Models4Pastures: Lachgas aus der Landwirtschaft

Lachgas ist eines der vier wichtigsten Treibhausgase. Es entsteht unter anderem in Böden und entweicht von dort in die Atmosphäre. Kenntnisse über die räumlichen und zeitlichen Unterschiede der N2O-Emissionen von verschiedenen Weidesystemen sind gering. Die Modellierung wird erschwert durch das selektive Abgrasen der Tiere und die Konzentration von Nährstoffen (d.h. Stickstoff) auf relativ kleinen Flächen in Form von Mist- und Urin-Flecken. Es fehlen nicht nur umfassende Analysen von Daten aus In-situ-Messungen der N2O-Flüsse, sondern auch Vergleiche von Simulationsmodellen. Solche Vergleiche sind jedoch essenziell, um potenzielle Strategien zur Verminderung von Lachgas-Emissionen besser bewerten zu können.

Das primäre Ziel war es, Strategien zur Reduktion von Lachgas-Emissionen aus Weiden zu testen - sowohl experimentell bei Weideland in der Schweiz als auch mit Modellen zu den biogeochemischen Prozessen für Weideland in gemässigten Breiten überall auf der Welt.

Ein sekundäres Ziel war es, die verfügbaren Modelle zu verbessern, da die meisten Modelle artenreiches Grasland nicht befriedigend abbilden können.

Die experimentellen Daten aus der Schweiz zeigten, dass die N2O-Emissionen um etwa 50% reduziert werden können, wenn die organische Düngung durch eine biologische Stickstoff-Fixierung mit Hülsenfrüchten ersetzt wird. Gleichzeitig wurde die Produktivität durch die alternative Versorgung mit Stickstoff über die Mischkultur mit Hülsenfrüchten nicht beeinträchtigt. Eine weitere Analyse in Zentraleuropa zeigte ausserdem, dass die Bewirtschaftung, insbesondere die Düngung, die N2O-Emissionen stärker erhöhte als Umwelteinflüsse.

Eine Ensemble-Modellierung (parallele Simulation derselben Bewirtschaftung mit verschiedenen Modellen) für eine Reihe von Reduktionsstrategien ergab erhebliche Unterschiede der prognostizierten N2O-Emissionen und Erträge. Das zeigt, dass die Modelle verbessert werden müssen, um Reduktionsstrategien bei Weidesystemen zuverlässig zu simulieren. Neben einem verminderten N-Input in Graslandsystemen trägt auch eine kleinere Zahl von Weidetieren dazu bei, dass die Umwelt weniger stark durch schädliche Faktoren wie Treibhausgas-Emissionen belastet wird.

Kontinuierliche Messungen des N2O-Austausches liefern wertvolle Daten, weshalb die laufenden Messungen fortgesetzt werden sollten. Die Versuchsanordnungen zur In-situ-Messung der N2O-Emissionen müssen auf weitere Bewirtschaftungsformen, auf ein breiteres Spektrum von klimatischen Gradienten und auf unterschiedlich intensiv bewirtschaftete landwirtschaftliche Produktionssysteme erweitert werden.

Die zukünftige experimentelle Forschung muss von Beginn an Modelle für biogeochemische Prozesse berücksichtigen, damit die Modelle so verbessert werden können, dass Simulationen für artenreiches Grasland und genauere Simulationen mit Einbezug von zahlreicheren (allen) Ökosystem-Prozessen möglich sind.

Das Projekt hat gezeigt, dass die N2O-Emissionen erheblich reduziert werden können, wenn der Stickstoff-Input in Weidesysteme von der Düngung auf eine Stickstoff-Fixierung durch Mischkulturen mit Hülsenfrüchten verlagert wird. Weiter untersucht werden müssen die damit einhergehenden Auswirkungen, z.B. die gleichzeitigen Vorteile für die Fütterung der Weidetiere (bessere Verdaulichkeit, reduzierte Methan-Emissionen aus der enterischen Fermentation), die längerfristige Gültigkeit dieser Ergebnisse sowie andere Verwendungsmöglichkeiten des weiterhin anfallenden organischen Düngers auf Landwirtschaftsbetrieben. Schliesslich hat der reduzierte Input von (organischem und anorganischem) Dünger nicht nur weniger schädliche Auswirkungen auf die Umwelt, sondern auch eine positive Wirkung auf die Kosteneffizienz, ohne dass dabei die Erträge beeinträchtigt werden.

Robust models for assessing the effectiveness of technologies and managements to reduce N2O emissions from grazed pastures (Models4Pastures)