CaCO3 in Agrarökosystemen als Quelle von atmosphärischem CO2 durch Stickstoffdüngung

• Antragsteller: Kazem Zamanian, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441739623

Stickstoffdüngung und Umwandlung von Stickstoff (N) durch Nitrifikation führt nicht nur zur Nitrat- sondern auch Säurebildung in Böden. Dieser Säuregehalt in kalkhaltigen und gekalkten Böden wird durch die Auflösung von Karbonaten (meistens CaCO3) neutralisiert, was zur Freisetzung erheblicher CO2-Mengen in die Atmosphäre führt. Bislang ist die Bedeutung der CO2-Emission von CaCO3 aufgrund von N-Düngung vernachlässigt. Daher sind die beteiligten Prozesse, die Umweltbedingungen und Managementpraktiken zur Steuerung der CO2-Emissionen von CaCO3 nur unzureichend untersucht. Diese Fragen werden in diesem Antrag durch 6 Arbeitspakete (WP) aus Labor- (WP1-3 und 5) und Feldarbeiten (WP4) sowie durch Modellierung (WP6) angesprochen, um die CO2-Emission von CaCO3 zu bestimmen und vorhersagen. Die natürliche Isotopensignatur δ13C des CO2 wird verwendet, um zwischen den CO2-Quellen, d. h. CaCO3 oder CO2 aus Wurzel- und Mikrobenatmung zu unterscheiden. Die Auswirkungen der Qualität und Stabilität der organischen Bodensubstanz (WP1) und des Nährstoffgleichgewichts der Pflanzen (WP2) werden durch Vergleich organischen und mineralischen Düngemitteln untersucht. Die Bildungvon Carboxylgruppen und die Analyse der H+-Verteilung vom Düngerapplikationspunkt mit planaren Optoden-pH-Mapping-System verfolgt. WP3 befasst sich mit den Auswirkungen des Oxidationszustands des Bodens und dem Beitrag von Fe2+ und Fe3+ an der karbonatbasierden CO2-Freisetzung. WP4 untersucht die Rhizosphärenprozesse und die N-Effizienz verschiedener Pflanzenarten. WP5 konzentriert sich auf den Beitrag von Unterbodenkarbonaten unter Verwendung von doppelt markiertem (15N und 2H) Harnstoffdünger und auf die Abwärtsbewegung von Nitrat und H+. In WP6 werden wichtige einflussgrößen auf die CO2-Emission von CaCO3 (Bodenwassergehalt, Ca2+-Konzentrationen im Bewässerungswasser, N-Düngerauftragsraten, Pflanzenarten, Temperatur und Düngezeiträumen (10 bis 100 Jahre)) in ein prozessbasiertes Modell in Hydrus 1D implementieren. Die Ergebnisse werden Prozesse und Mechanismen der CO2-Emissionen von CaCO3 unterscheiden und betonen, dass ein verbessertes N-Düngungsmanagement langfristige CO2-Emissionen verhindern kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen