Entwicklung eines Bodenmodells für die Simulationen von N2O Emissionen

Distickstoffoxid, bekannt als Lachgas, ist ein ziemlich starkes Treibhausgas mit einem hohen Treibhauspotenzial. Ein Großteil der anthropogenen Lachgas-Emission stammt von der Forst- und Landwirtschaft vor allem dort, wo man Stickstoffhaltige Düngemittel schon Jahrzehnte einsetzt. Dies führte zu einer signifikanten Erhöhung der Lachgasemssion die sich in der Atmosphäre als langlebiges Treibhausgas festsetzt. Die bislang bekannten hauptverantwortlichen Prozesse dafür sind Nitrifikation und Denitrifikation. Die Herstellung von Lachgas in der Erde ist im Wesentlichen von der Anwesenheit von Sauerstoff, Nitrat, Nitrit, Ammonium und von bestimmten Mikroben-Stämme abhängig, welche jedoch recht häufig vorkommen. Denitrifikation kann man als anaerobe Atmung dieser speziellen Mikroben beschreiben. Es entsteht dabei aus Nitrat molekularer Stickstoff dessen Zwischenprodukte Nitrit und Lachgas sind. Nitrifikation ist ein Stoffwechselprozess von Mikro-Organismen. Er oxidiert in einem ersten Schritt Ammonium zu Nitrit und in einem zweiten Schritt Nitrit zu Nitrat. Wenn nicht genügend Sauerstoff für diesen Prozess vorhanden ist, dann wird im ersten Schritt neben Nitrit auch Lachgas erzeugt. Denitrifikation und Nitrifikation hängen daher stark vom vorhandenen Sauerstoff ab. Der Sauerstoffgehalt des Bodens hängt wiederum von dessen verschiedenen physikalischen und chemischen Eigenschaften ab, wie zum Beispiel Bodenfeuchte, pH-Wert, Temperatur etc. Das Ziel dieses Projektes ist, ein Simulations-Programm zu schreiben, welches Denitrifikation und Nitrifikation gemäß den aktuellsten Forschungserkenntnissen konzipiert ist und auf dem Prinzip der Elektronen-Bilanzierung von Redox-Reaktionen basiert; es inkludiert dabei auch die komplexe Matrix des Bodens mit der Bodentextur, Bodenfeuchte, Stickstoffgehalt mit all seinen Formen etc. Die Resultate der Simulationen werden mit experimentellen Daten verglichen und evaluiert. Das fertige Programm kann in sogenannte "large-scale"- Modelle integriert werden um Lachgas-Emissionen in Böden, vor allem im Land- und Forstwirtschaftlichen Bereich langfristig abzuschätzen. Studien für "Precision farming" sowie zum Beispiel die mit Lachgasemissionen erweiterte CO 2 Bilanz von Bio-Treibstoff-Pflanzen können durchgeführt werden und schließlich Untersuchungen für die volle Treibhausgas Bilanz in wirtschaftlicher Hinsicht durchgeführt werden.