Caroline Buchen

Am 27.01.2017 hat Caroline Buchen erfolgreich ihre Doktorarbeit „The fate of nitrogen after grassland renewal and grassland conversion to maize cropping – An investigation of N₂O processes and mineral N dynamics at the field scale“ an der Fakultät für Architektur, Bauingenieurwesen und Umweltwissenschaften der Technischen Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig verteidigt. Die Dissertation wurde im Rahmen des DFG-Graduiertenkollegs 1397 „Steuerung von Humus- und Nährstoffhaushalt in der ökologischen Landwirtschaft“ angefertigt.

Auf intensiv genutzten Grünlandstandorten, besonders im Nordwesten Europas, ist Grünlanderneuerung eine weit verbreitete Maßnahme. Die Bearbeitung von Grünlandböden kann jedoch zu einer gesteigerten Mineralisation im Zuge des Abbaus organischer Bodensubstanz und der alten Grasnarbe führen, welches hohe N-Verluste in Form des klimarelevanten Treibhausgases Lachgas (N₂O) und/oder Nitratauswaschung (NO₃^-) zur Folge haben kann. Im Rahmen der Dissertation wurden Untersuchungen zur Dauer des beschriebenen Effektes, zum Einfluss unterschiedlicher Techniken der Grünlanderneuerung (mit und ohne mechanische Zerstörung der Grasnarbe) und den zugrunde liegenden Prozessen der N₂O-Umsetzung durchgeführt.

Zu diesem Zweck wurde in Norddeutschland ein Feldversuch (2013-2015) angelegt, bei dem verschiedene Grünlanderneuerungstechniken mit Dauergrünland und Grünlandumbruch mit anschließender Maisnutzung verglichen wurden. Dafür wurden zwei Grünlandflächen mit unterschiedlichen Bodentypen (Plaggenesch und Anmoorgley) gewählt, welche sich im Gehalt an organischer Bodensubtanz und dem Grundwassereinfluss unterscheiden.

Im ersten Teil der Studie wurden N₂O-Flüsse und die Dynamik des mineralischen N (0-30 cm) über einen Zeitraum von zwei Jahren untersucht. Zusätzlich wurden N_min-Profile (0-90 cm) genutzt, um den N-Verlust über Winter zu quantifizieren und das Risiko für eine mögliche NO₃^--Auswaschung abzuschätzen. Obwohl die N₂O-Flüsse für einen kurzen Zeitraum (2 Monate) nach der Bearbeitung erhöht waren, konnte kein Jahreseffekt festgestellt werden. Im ersten Winter nach dem Aufbrechen der alten Grasnarbe trat jedoch insbesondere für den Plaggenesch ein erhöhtes Risiko für NO₃^--Auswaschung auf.

Im zweiten Teil der Studie erfolgte die Untersuchung der N₂O-Produktionswege und der N₂O-Reduktion zu N₂ (dem Endprodukt der Denitrifikation) unter Anwendung der ¹⁵N-Gasflussmethode im Feld für 6 Wochen im Sommer 2014. Auf dem Anmoorgley wurden große N-Verluste durch den Prozess der Denitrifikation bestimmt, wobei N₂ den größten Anteil an den Emissionen aufwies. Auf dem Plaggenesch wurden generell geringere gasförmige Verluste ermittelt.

In der dritten Studie wurden natürlich vorhandene stabile Isotopensignaturen im bodenbürtigen N₂O (δ¹⁵N_^bulkN2O, δ¹⁸O_N2O und δ¹⁵N^SP_N2O = intramolekulare Verteilung von ¹⁵N im N₂O Molekül) genutzt, um Quellen der N₂O-Bildung im ersten Jahr nach Grünlanderneuerung zu ermitteln. Erstmals wurden gleichzeitig die Anteile der N₂O-Reduktion und der bakteriellen N₂O-Bildung aus den Messdaten mit einer neuen Auswertungsroutine abgeschätzt. Die z. T. zeitgleiche Durchführung dieser Messungen ermöglichte einen ersten Vergleich beider Methoden auf der Feldebene.

Die Ergebnisse zeigen, dass für die untersuchten Standorte ein hohes Mineralisationspotential vorliegt, so dass eine Berücksichtigung der N_min-Dynamik in der N-Düngung und eine schnelle Entwicklung des neuen Pflanzenbestandes notwendig sind, um eine optimale Nutzung des Dünger-N im Aufwuchs zu erzielen und N-Verluste zu vermeiden. Durch Anwendung von Isotopenmethoden hat sich gezeigt, dass N₂-Emissionen ein wichtiger Verlustpfad der N-Bilanz sind, der bei der Bewertung der N-Nutzungseffizienz im Grünland berücksichtigt werden sollte.