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Treibhausgase in der Landwirtschaft – eine Einführung
Dr. Jens Leifeld
AGROSCOPE FAL Reckenholz
Eidgenössische Forschungsanstalt für Agarökologie und Landbau
1. Grundlagen
Global Change, Globale Treibhausgasflüsse, Wirkungsweise
Treibhausgase, Global Warming Potentials,
Klimakonvention, Kyoto-Protokoll, Senkenanrechung
2. Entstehung von Treibhausgasen in der Landwirtschaft
Redoxchemie, Entstehung und Verbrauch von N2O und CH4;
Corg-Gehalte landwirtschaftlicher Böden/Sequestrierung
3. Treibhausgasbilanzen Landwirtschaft
Treibhausgasbilanzen gem. IPCC, Zeitliche Entwicklung der
THG-Emissionen Schweiz, Reduktionsstrategien- und Potenziale
Global Change – Rekapitulation:
Parallelität atmosphärische CO2-Konzentration und Temperaturschwankung
Anstieg der atm. Konzentration der Treibhausgase CO2, N2O, CH4
Menschlicher Einfluss auf die Zusammensetzung der Erdatmosphäre:
Heutige atmosphärische CO2-Konzentration höher als in den letzten 400000 a.
Anomalien der Oberflächentemperatur nördl. Hemisphäre in den letzten 1000
Jahren
 Ein signifikanter Anteil des Anstiegs der Treibhausgaskonzentration in der
Atmosphäre ist anthropogen
 Es gibt einen signifikanten, anthropogen verursachten Anstieg der
Temperatur
Grundlagen I. Quellen und Senken
CO2-Budget Global
Average annual budget of CO2 for 1980 to 1989 and for 1989 to 1998 (in
Gt C a-1) ( 90% confidence interval) ; IPCC (2000)
1980 to 1989
1989 to 1998
(1) Fossil fuel combustion and cement production
5.5  0.5
6.3  0.6
(2) Storage in the atmosphere
3.3  0.2
3.3  0.2
(3) Ocean uptake
2.0  0.8
2.3  0.8
(4) Net terrestrial uptake = (1)-[(2)+(3)]
0.2  1.0
0.7  1.0
(5) Emissions from land-use change
1.7  0.8
1.6  0.8
(6) “Missing sink”: Residual terrestrial uptake = (4)+(5)
1.9  1.3
2.3  1.3
Grundlagen I. Quellen und Senken
Methan (IPCC 2001)
Mt CH4/year
Natural sources
Wetlands
Termites
Ocean
Hydrates
Sum Natural
Antropogenic sources
Energy
Landfills
Ruminants
Rice agriculture
Biomass Burning
Sum Anthropogenic
Total Source
Sinks
Soils
Trophosperic OH
Total sink
Imbalance
115
20
10
5
150
75
40
80
100
55
350
500
10
450
460
40
Grundlagen I. Quellen und Senken
Lachgas (IPCC 2001)
Mt N/year
Natural Sources
Ocean
NH3-oxidation Atmosphere
Tropical Soils
Wet Forest
Dry Savannas
Temperate Soils
Forests
Grasslands
Sum Natural
Anthropogenic Sources
Agricultural Soils
Biomass Burning
Industrial Sources
Cattle and Feedlots
Sum Anthropogenic
Total Sources
Stratospheric Sink
(Photodissociation)
Imbalance
3.0
0.6
3.0
1.0
1.0
1.0
9.6
4.2
0.5
1.3
2.1
8.1
17.7 (implied: 16.2)
12.3
3.9
Sink 

Source
Grundlagen I. Globale Quellen und Senken
in CO2-Äquivalenten (Gt CO2 a-1)
30
25
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
Fossil fuel
Emissions LULUCF
Uptake atmosphere
and oceans
Missing sink
Natural sources
Anthropogenic
sources
Sink
CO2
CH4
N2O
Grundlagen II. Wirkungsweise Treibhausgase
Strahlungsbilanz der Erde (W m-2)
107
Incoming
radiation
Outgoing
longwave
342
235
Reflected
solar
radiation
GHG
Surface
radiation
Absorption
168
by surface
24
78
390
67
Absorption
by atmosphere
324
Back
radiation
Sensible Latent
heat Heat (ET)
342 – 107 = 235; 24 + 78 + 390 = 492 - 324 = 168; 168 + 67 = 235
Grundlagen II. Wirkungsweise Treibhausgase
Radiative Forcing und Global Warming Potenials GWP
Radiative Forcing: „Change in net (down minus up) irradiance at the
tropopause“
Für CO2:
RF = 5.35*ln(C/C0) [W m-2]
RF = 5.35*ln(365/278) = 1.46 = 0.017 W m-2 ppmv-1
Radiative forcing 1850- Percentage increase relative to
1990ies (W m-2)
incoming radiation
CO2
+1.46
0.43
CH4
+0.48
0.14
N2O
+0.15
0.04
Halocarbons
+0.34
0.10
Sum
+2.43
0.71
Grundlagen II. Wirkungsweise Treibhausgase
GWP und mittlere Verweildauer der Kyoto-Treibhausgase
Global Warming Potential: „A measure of the relative radiative effect of a
given substance compared to another, integrated over a chosen time horizon.“
Ein relatives Mass für die Treibhauswirksamkeit von 1 kg einer Substanz relativ
zu 1 kg CO2.
TH
GWP x  
 a  x(t) dt
x
0
TH
 a  r(t) dt
r
0
TH
ax
ar
x(t)
r(t)
time horizon;
radiative efficiency due to one unit increase in
atmospheric abundance (W m-2 kg-1);
radiative efficiency of CO2
time-dependent decay of the substance
time-dependent decay of the reference CO2
Grundlagen II. Wirkungsweise Treibhausgase
GWP und mittlere Verweildauer der Kyoto-Treibhausgase
Gas
GWP 100Jahreshorizont
Mittlere Verweildauer
in der Atmosphäre
(Jahre)
CO2
1
50-200
CH4
23
12
N2O
296
114
12-12000
1.4-19
5700-11900
2600-50000
22000
3200
Hydrofluorocarbons (HFC)
Perfluorocarbons (PFC)
Sulphur hexafluoride (SF6)
CO2-Äquivalente: z.B. 1 kg CH4 entspricht 23 kg CO2-Äquivalenten
für einen 100-jahres Zeitraum
Grundlagen III. UNFCCC
United Nations Framework Convention on Climate
Change UNFCCC (http://unfccc.int/) 1992
Acknowledging that change in the Earth's climate and its adverse
effects are a common concern of humankind, …
Determined to protect the climate system ...,
Have agreed as follows:
... to achieve ... stabilization of greenhouse gas concentrations in
the atmosphere at a level that would prevent dangerous
anthropogenic interference with the climate system. Such a level
should be achieved within a time-frame sufficient to allow
ecosystems to adapt naturally to climate change, ...
Grundlagen III. Kyoto-Protokoll
Kyoto-Protokoll, 1997 (I)
1. Each Party in achieving its quantified emission limitation and reduction
commitments under Article 3, in order to promote sustainable development, shall
implement and/or further elaborate policies and measures in accordance with its
national circumstances, such as:
(i) Enhancement of energy efficiency in relevant sectors of the national economy;
(ii) Protection and enhancement of sinks and reservoirs of greenhouse gases not
controlled by the Montreal Protocol, taking into account its commitments under
relevant international environmental agreements; promotion of sustainable forest
management practices, afforestation and reforestation;
(iii) Promotion of sustainable forms of agriculture in light of climate change
considerations;
(iv) Research on, and promotion, development and increased use of, new and
renewable forms of energy, of carbon dioxide sequestration technologies and of
advanced and innovative environmentally sound technologies;
…
Grundlagen III. Kyoto-Protokoll
Kyoto-Protokoll, 1997 (II): Instrumente Sinks and Reservoirs
Article 3.3: The net changes in greenhouse gas emissions by sources and removals
by sinks resulting from direct human-induced land-use change and forestry
activities, limited to afforestation, reforestation and deforestation since 1990,
measured as verifiable changes in carbon stocks in each commitment period, shall
be used to meet the commitments under this Article of each Party included in
Annex I.
Article 3.4: … each Party included in Annex I shall provide ... data to establish its
level of carbon stocks in 1990 and to enable an estimate to be made of its changes
in carbon stocks in subsequent years. The Conference of the Parties ... shall decide
upon modalities, rules and guidelines as to how, and which, additional humaninduced activities related to changes in greenhouse gas emissions by sources
and removals by sinks in the agricultural soils and the land-use change and
forestry categories shall be added to, or subtracted from, the assigned amounts for
Parties included in Annex I
Grundlagen III. Kyoto-Protokoll
Nachfolgekonferenzen Bonn und Marrakesh
Forest management, cropland management, grazing land management, and
revegetation area are eligible land-use, land-use change and forestry activities
under 3.4 of the Kyoto Protocol.
A Party have to demonstrate, that such activities have occurred since 1990 and
are human-induced.
Accounting excludes removals resulting from elevated CO2, indirect N deposition,
dynamic effects of age structure.
Grundlagen III. Kyoto-Protokoll
Stichwörter
Joint Implementation: Klimaschutzprojekte zwischen Industrieländern
(Annex I Staaten) mit Emissionsgutschriften. Senkenprojekte: Land- und
Forstwirtschaft. Forstwirtschaft Art. 3.4: max. 1.83 Mt CO2 (=CAP für CH)
Clean Development Mechanism: Klimschutzprojekte zwischen Annex- I –
und Entwicklungsländern. Senkenprojekte: Nur Aufforstung und
Wiederaufforstung bis jährlich max. 1% der nationalen Emissionen 1990
Emission Trading: Handelspartner für Emissionszertifikate: Alle Annex-I
Länder
Net Net accounting: Änderung der Nettobilanz gegenüber 1990: Gilt nur für
landw. Aktivitäten, nicht für Waldbewirtschaftung
Verification: IPCC Good Practice Guidance LULUCF; Stichwörter:
independent assessments, direct measurement, modelling, remote sensing
Grundlagen III. Kyoto-Verpflichtung Schweiz
Verpflichtungen der Schweiz
Mit der Ratifizierung des Kyoto-Protokolls verpflichtet sich die
Schweiz, für die erste Verpflichtungsperiode 2008-2012 zur
Reduktion der Treibhausgasemissionen um 8% relativ zu 1990
(base year):
Bruttoemissionen 1990: 53 Mt CO2 equiv. 
4.3 Mt CO2 equiv.pro Jahr Vermeidungsverpflichtung 2008-2012
CO2-Gesetz: Verringerung der fossilen CO2-Emissionen um 10% in
2010 relativ zu 1990.
Zusammenfassung Grundlagen
•Anstieg GHG Konzentration Atmosphäre seit Industrialisierung
•Statistischer Zusammenhang Anstieg GHG und Temperatur
•Kausaler Zusammenhang Anstieg GHG und Temperatur wahrscheinlich
•Physikalische Wirkung GHG  Strahlungsbilanz
•Normierung auf GWP (Einheitswährung)
•Völkerrechtliche Verpflichtung zur Verminderung Treibhausgasemissionen
•CO2-Quellen Global: Anteil Landnutzungsänderung/Landwirtschaft
•CH4-Quellen Global: Anteil Landnutzungsänderung/Landwirtschaft
•N2O-Quellen Global: Anteil Landnutzungsänderung/Landwirtschaft
(bezogen jeweils auf die anthropogenen Quellen)
= 21%
= 67%
= 84%
1. Grundlagen
Global Change, Globale Treibhausgasflüsse, Wirkungsweise
Treibhausgase, Global Warming Potentials,
Klimakonvention, Kyoto-Protokoll, Senkenanrechung
2. Entstehung von Treibhausgasen in der Landwirtschaft
Redoxchemie, Entstehung und Verbrauch von N2O und CH4;
Corg-Gehalte landwirtschaftlicher Böden/Sequestrierung
3. Treibhausgasbilanzen Landwirtschaft
Treibhausgasbilanzen gem. IPCC, Zeitliche Entwicklung der
THG-Emissionen Schweiz, Reduktionsstrategien- und Potenziale
Treibhausgase und Landwirtschaft I.
Treibhausgase als Produkte von Redoxreaktionen
Aox + Bred
 Ared + Box
O2 + (CH2O)  H2O + CO2
0
0,+I,-II
+I,-II
Allgemeine Reaktionsgleichung
Beispiel Oxidation org. Substanz
+IV,-II
Redoxpotential E: Elektrochemische Arbeitsfähigkeit eines Elektrons (V)
Redoxpotential der Gesamtreaktion = Summe der Einzelpotentiale
Beispiel:
Oxidationshalbreaktion:
CH2O+H2O  CO2+4e-+4H+;
E = +0.42V
Reduktionshalbreaktion:
O2+4e-+4H+  2H2O;
E = +0.82 V
Redoxpotential Gesamtreaktion = +0.82 V + 0.42 V = +1.24 V
Treibhausgase und Landwirtschaft I.
Treibhausgase als Produkte von Redoxreaktionen
Redoxpotential Gesamtreaktion = +0.82 + 0.42 = +1.24 V
Änderung der freien Energie: G = -nFE0´ [J]
n = Anzahl Elektronen; F = Faraday-Konstante (9.68*10^4J/mol/V); E0´ =
Redoxpotential bei pH7 (V)
Das bedeutet für die Oxidation organischer Substanz im Boden mit O2 als
Oxidationsmittel:
O2 + (CH2O)  H2O + CO2
G = -4*9.68*10^4*1.24 = -480 kJ/mol
Das Redoxpotential einer Reaktion ist direkt proportional zur
Änderung in der freien Energie G
Treibhausgase und Landwirtschaft I.
Treibhausgase als Produkte von Redoxreaktionen
Oxidation organischer Substanz (CH2O) mit unterschiedlichen
Elektronenakzeptoren:
Redoxreihe
Oxidationsmittel Redoxpotential
Gesamtreaktion
(V)
G (kJ/mol
Kohlenstoff)
Oxidations
mittel
(mol)
O2  H2O
1.24
-478
1
NO3-  N2
1.16
-450
0.8
MnO2  Mn(II)
0.56
-217
4
Fe(OH3)  Fe(II)
0.24
-91
4
SO42-  H2S
0.21
-81
0.5
Aerobe
Atmung
Anaerobe
Atmung
Die Nutzung alternativer Elektronenakzeptoren verringert
die energetische Effizienz der C-Oxidation
Treibhausgase und Landwirtschaft II.
Lachgas
Mineral Fertilizer
Fixation
Deposition
N- emissions
Manure
Plant residues
Ion exchange
Organic N
NH4
NO3
Nitrification
NH4+  (N2O)  NO2 -  NO3-III

+I
 +III

+V
Denitrification
2NO3-  2NO2 -  2NO  N2O  N2
+V

+III

+II

+I

0
Treibhausgase und Landwirtschaft II.
Lachgas
2NO3- + 2CH2O + 2H+  N2O + 2CO2 + 3H2O | 1.04 V; Halbreaktion: +0.56 V
O2 + CH2O
 H2O + CO2
| 1.24 V; Halbreaktion: +0.82 V
 Die Denitrifizierung im Boden ist an niedrigere Redoxpotentiale
gekoppelt und geschieht bevorzugt bei O2-Defizit
O2-Konzentration (%)
0%
1%
5%
10%
15%
21%
22%
Durchmesser: 12 mm
(Sexstone et al., 1985)
 Bereiche unterschiedlicher O2-Konzentration treten gleichzeitig
im Boden auf; Wassergehaltsabhängig!
Treibhausgase und Landwirtschaft II.
Sind solche O2-Gradienten im Aggregatinneren typisch oder untypisch?
(Angaben u.a. aus: Hillel 1998; Fenchel 1998)
O2 Konzentrationsdifferenz C Aggregatoberfläche – Aggregatinneres:
C=S*R^2/6D, mit
C=Konzentrationsunterschied Oberfläche – Zentrum; R=Aggregatdurchmesser, S=O2
Verbrauchsrate, D=Diffusionskoeffizient O2 in Wasser
Für C = O2-Konz. bei Sättigung = Kh (O2) * pO2 (=0.21) ergibt sich durch Umstellen
nach R:
R = [C *6D/S]^0.5 = Aggregatdurchmesser, bei dem für eine definierte O2Verbrauchsrate S im Aggregat pO2 = 0 wird.
S = 32 – 160 (Bodenproben) bzw. 3600 (Grasabbau aerob) [nmol O2/ml/h] 
Treibhausgase und Landwirtschaft II.
Sind solche O2-Gradienten im Aggregatinneren typisch oder untypisch?
(Angaben u.a. aus: Hillel 1998; Fenchel 1998)
S = 32 – 160 (Bodenproben) bzw. 3600 (Grasabbau aerob) [nmol O2/ml/h] 
Minimum aggregate
diamter for O2-Deficit (mm)
350.00
300.00
294.0
250.00
200.00
150.00
100.00
93.0
50.00
16.4
7.3
0.00
0
500
1.5
1000
1500
2000
2500
O2-Verbrauch (nmol/ml/h)
3000
3500
4000
Treibhausgase und Landwirtschaft III.
Methan
Organic matter
input
Eh = > +100 mV
Methane emission
Water table
NO3-, Fe3+, Mn4+
depth
NO3-, Fe3+, Mn4+
Eh = -200 bis +100 mV
SO42SO42-
Eh = < -200 mV
Methanogenesis
Methanogens
Methaneoxidation
Methanotrophs
Treibhausgase und Landwirtschaft III.
Methan
CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O
Eh = > +100 mV
Methanotrophes
Eh = -200 bis +100 mV
Two pathways of methane formation:
1) CO2 + 4H2  CH4 + 2H2O
Eh = < -200 mV
2a) Fermentation org. matter  acetate,
H2, CO2, ethanol,
2b) CH3COO- + H+  CH4 + CO2
Methanogenes
Treibhausgase und Landwirtschaft IV.
Boden-C Pools
Zwei Stellschrauben:
1. Input
Landnutzung
Management
Ertrag
Düngung
Plant biomass
Soil-C
= Input * Turnover time
(steady-state)
2. Turnover
Management (Bodenbedeckung,
Bodenbelüftung)
Streuqualität
Abiotische Faktoren
Bodenbiologie
Zusammenfassung Treibhausgase und Landwirtschaft
1. Treibhausgase als Produkte von Redoxreaktionen:
 aerobe Bereiche begünstigen oxidierte Species
 anaerobe Bereiche begünstigen reduzierte Species:
Denitrifikation, Methanbildung, Torfakkumulation
2. Kohlenstoffakkumulation/Kohlenstoffverlust im Boden: Produkt
von Inputmenge und Turnoverzeit; Akkumulation ist reversibel
1. Grundlagen
Global Change, Globale Treibhausgasflüsse, Wirkungsweise
Treibhausgase, Global Warming Potentials,
Klimakonvention, Kyoto-Protokoll, Senkenanrechung
2. Entstehung von Treibhausgasen in der Landwirtschaft
Redoxchemie, Entstehung und Verbrauch von N2O und CH4;
Corg-Gehalte landwirtschaftlicher Böden/Sequestrierung
3. Treibhausgasbilanzen Landwirtschaft
Treibhausgasbilanzen gem. IPCC, Zeitliche Entwicklung der
THG-Emissionen Schweiz, Reduktionsstrategien- und Potenziale
Increase in complexity
Treibhausgasbilanzen Landwirtschaft
Methodischer Ansatz IPCC
Tier 1: Only IPCC default values are used
Tier 2: Country-specific modification of default emission
factors and activity data = higher resolution and certainty
Tier 3: Country-specific modification plus dynamic modelling
and/or inventory measurement systems = highest certainty
Grundlage jedes Emissionsinventars: Emission = Aktivität * Emissionsfaktor
•Aktivität: z.B. Menge N-Dünger pro Fläche und Jahr; Tierzahl
•Emissionsfaktor: z.B. Anteil N2O-Emission pro Einheit Dünger-N
Treibhausgasbilanzen Landwirtschaft
Methodischer Ansatz IPCC: Bodenkohlenstofffaktoren
Base factor * Default C stock native * Tillage factor * Input factors
Treibhausgasbilanzen
C-Sequestrierungsraten
Table 2. Potential rates of carbon gains and losses (-) (t C ha-1 a-1) for human-induced
activities that are potentially relevant for Swiss agriculture (IPCC, 2000).
Carbon gain1
Time
interval2
Confidence3
0.34
0.1 to 0.3
50-100
H
H
0.2 to 1.0
50-100
M
0.54
0.3
100
37
M
M
0.22
0.51
40
M
M
0.5 to 1.0
50
M
0.52
50
M
-1 to -19
>100
M
Wetland restoration
0.1 to 1.0
global estimates, otherwise data for temperate regions
2
time interval to which estimated rate applies
3
relative confidence: H = high, M = medium, L = low
>100
M
Activity
Key practice
Cropland
management
Conservation tillage
Fertilisation, crop rotation,
organic amendments
Incorporation of biosolids,
manure, straw, etc.
Ley-arable farming
Forages in rotation
Grazing land
management
Conversion of
agricultural
land
Improved management2
Increased productivity2
Species introduction2:
Legumes
Grasses
Conversion arable to
permanent grassland
Set-asides
Wetland
management
1
Conversion to agriculture
1.09
3.34
Treibhausgasbilanzen
N2O-Emissionen Landwirtschaft n. IPCC
N2O Agriculture
Manure management
Liquid
Systems
Solid Storage
and dry lot
Agricultural soils
Animal production
Direct soil
emissions
Synthetic N
Animal waste
applied to soil
N-fixing crops
Crop residues
Cultivation of
Histosols
Indirect emissions
Atmospheric
deposition
Leaching and
run-off
Treibhausgasbilanzen
N2O-Emissionsfaktoren (IPCC, 2000)
106 kg N a-1
7.3 kg N
Beispiel Aktivität Milchkuh:
Weidegang
69 kg N
Gülle Stall
29.6 kg N
Mist Stall
Beispiele Emissionsfaktoren N2O (% der Aktivität)1
Weidegang
2.0
Güllelagerung
0.1
Mistlagerung
2.0
Mineral-N
1.25
Ernterückstände Ackerbau und
Grünland
1.25
N-Fixierung Ackerbau
1.25
1. Mittelwerte
Treibhausgasbilanzen N2O-Emissionen Berechnung Schweiz
(Faktoren IPCC; Aktivitäten modifiziert nach Schmidt et al., 2000)
Indirekte Emission:
Leaching & Runoff
Indirekte Emission:
Deposition
Anzahl Tiere
Ausscheidung Weide
NOx & NH3
Emissionen Weide
Emission Ausscheidung Weide
NH3 Emissionen
Handelsdünger
Handelsdünger
NOx Emissionen
Handelsdünger
Ausbringung
Handelsdünger
NH3 Emissionen
Ackerland
Landwirtschaftliche
Nutzfläche
Emission Lagerung
Gülle & Mist
Lagerung Gülle &
Mist
NH3 Emissionen
Gülle & Mist
Ausbringung Gülle
& Mist
NOx Emissionen
Gülle & Mist
Direkte Emissionen
Handelsdünger
Emissionen Ausbringung Hofdünger
Fläche
Wiesen und Weiden
Emissionen Ernterückstände Weiden
Direkte Emissionen
Ernterückstände
Emissionen
Ernterückstände
Emissionen
Fixierung Klee
Direkte Emissionen
Fixierung
Emission Fixierung
Ackerleguminosen
Erntemenge
Ackerkulturen
Beispiel für Tier 2 approach: Emissionsfaktoren = IPCC, Aktivitäten: CH-spezifisch
(Tierkategorien, NH3-Emissionen, Anteil Haltungssysteme, fracleach,)
Treibhausgasbilanzen
CH4-Emissionen Tierhaltung
Methane emissions agriculture: Enteric fermentation EF+Manure management MM:
EF: Emission factor:
(Activity: animal number)
Ym: methane conversion rate
MM: Emission factor:
(Activity: animal number)
Treibhausgasbilanzen
CH4-Emissionen Tierhaltung Schweiz
Methanemissionsfaktoren (kg CH4/Tier/Jahr, CH, 2001)
EF
MM
Dairy Cattle
103.58
14.43
Non-dairy Cattle
42.43
3.38
Pigs
1.08
3.41
Sheep
7.13
0.14
Poultry
0.01
0.01
Treibhausgasbilanzen
Nettoeffekt Mineralboden ( g CO2-Äquiv. m-2 a-1; Robertson et al., 20002)
Management
CO2
N2O
CH4
Net
GWP1
Soil C
N –fert.
Lime
Fuel
0
27
23
16
52
-4
114
-110
27
34
12
56
-5
14
Alfalfa
-161
0
80
8
59
-6
-20
Poplar
-117
5
0
2
10
-5
-105
-220
0
0
0
15
-6
-211
0
0
0
0
21
-25
-4
Annual crops
Conventional
Tillage
No till
Perennial crops
Succession
Early succession
Old sucession
(1) Positive = emission (2) 1 g CO m-2 = 10 kg CO ha-1
Treibhausgasbilanzen
Gesamtemissionen CH (links) und Anteile der Sektoren im Jahr 2000 (rechts)
(BUWAL Treibhausgasinventar: http://www.umwelt-schweiz.ch/
Landwirtschaft:
53% CH4
47% N2O
Treibhausgasbilanzen Landwirtschaft (BUWAL Treibhausgasinventar)
Time-course GHG emissions agriculture
3300
3200
Gg CO2-Equivalent
3100
3000
-10%
2900
2800
2700
CC4 (CO2-Equiv.)
N2O (CO2-Equiv.)
2600
2500
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
year
% of total GHG reduction 1990 to 2001
30
1. EF Dairy cattle
2. EF Non-dairy cattle and others
3. Manure management CH4
25
4. Manure management N2O
5. N2O Mineral N
6. N2O Manure spreading
20
7. N2O Pastures
8. N2O Crop residues
9. N2O N fixation
15
10. N2O N Deposition
11. N2O Leaching and run-off
12. N2O Organic soils
10
5
0
0
1
2
3
4
5
6
7
Category
8
9
10
11
12
Treibhausgasbilanzen
Anteile CH4, N2O, und CO2 an landwirtschaftlichen
Treibhausgasemissionen/LULUCF (BUWAL, 2000)
Mt CO2-Äquivalente
2.5
Enteric
fermentation
davon Cattle
2
1.5
Manure
management
davon Cattle
1
0.5
?
Agricultural soils
0
CH4
2.86
N2O
2.59
CO2
0
 Ausgeglichene Flüsse beim Bodenkohlenstoff?
Treibhausgasbilanzen
Teil 3: Nationale Ebene:
Bodenkohlenstoff
Bodenkohlenstoff
Schweiz
Kohlenstoffgehalte in landwirtschaftlichen Böden
der Schweiz je Hektar1
1800
t organischer Kohlenstoff je Hektar
1600
1400
1200
1000
Acker
Kunstwiese
günstiges Wiesland
ungünstiges Wiesland und
alpwirtschaftliche Nutzflächen
intakte Moore
kultivierte Moore
Organische Böden
800
200
Mineralische Böden
0
Boden und Landnutzungstyp
1. Mineralböden: 0-100 cm; Moore: 0-200 cm
(Leifeld et al., 2003)
Treibhausgasbilanzen
Teil 3: Nationale Ebene:
Bodenkohlenstoff
Bodenkohlenstoff
Schweiz
Vergangene und prognostizierte C-Verluste kultivierter Moore
40
35
Mt organic carbon
30
Cultivated area since 1885: 17000 ha
mean decay rate 9.52 t CO2-C ha-1 a-1
fast decay rate 11.68 t CO2-C ha-1 a-1
slow decay rate 7.34 t CO2-C ha-1 a-1
25
20
area: 12000 ha, rate 11.68 t CO2-C ha-1 a-1
area: 22000 ha, rate 7.34 t CO2-C ha-1 a-1
15
10
5
0
1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250 2300 2350 2400
year
Leifeld et al., 2003
 Deutliche C-Verluste durch Moorkultivierung seit 1885
Teil 3: Nationale
Treibhausgasbilanzen
Ebene: C-Sequestrierung
Sequestrierungspotentiale Schweiz I
1. current sink by no till
2. all arable land converted to no till (mean)
3. all arable land converted to
permanent grassland (mean)
4. conversion of all cropped peatlands
to permanent grassland (mean)
5. restoration of all cultivated peatlands (mean)
6. total potential sink (mean)1
3
annual sequestration (10 t CO2)
Übersicht über mögliche Senkenaktivitäten
und Senkenpotentiale1 in der Schweiz
1200
800
400
0
0
1
1: Aktivität 3+5
2
3
4
activity
1: Einschliesslich vermeidbarer Emissionen
5
6
Treibhausgasbilanzen
Teil 3: Nationale
Sequestrierungspotentiale
Ebene: C-Sequestrierung
Schweiz II
Das C-Senkenpotential im Vergleich zu anderen
Treibhausgasflüssen in der Schweiz
5
Mt CO2-equivalents
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
N2OEmission
Agriculture
CH4Current sink:
Total
Forest sink Current
Emission
No-till
potential sink according to source:
Agriculture
agriculture Swiss Green- Cultivated
(mean)
house Gas peatlands
Inventory (1)
Current
source:
Urbanisation
1. Mittel der Periode 1990 – 1999 (Schweizerisches Treibhausgasinventar)
 C-Senken Landwirtschaft können max. 21% der
landwirtschaftlichen CH4 und N2O-Emissionen kompensieren
Zusammenfassung Treibhausgasbilanzen
1.
2.
3.
4.
5.
6.
IPCC-Methodik: Aktivität * Emissionsfaktor, Tier 1-3
Bei Methan und Lachgas ist die Landwirtschaft bedeutendste Emittent
in der Schweiz (entspricht dem globalen Bild)
Methanemissionen wurden seit 1990 v.a. durch eine Verkleinerung des
Kuhbestandes verringert; N2O durch Verringerung Mineral-N und
Futtermittelimporte
Reduktionsstrategien: Weiter verringerte Tierzahlen und Abnahme NEinsatz Landwirtschaft ohne Kompensation durch Importe!!
Landwirtschaftliche CO2-Flüsse sind bedeutend; CO2 Emissionen aus
Mooren in Treibhausgasinventare integriert, Mineralböden nicht
Das „Senkenpotential“ kann weder die CH4 und N2O-Emissionen der
Landwirtschaft noch die historischen C-Verluste kompensieren!
Mögliche Themen Diplomarbeiten
1.
Torfabbau durch Moorkultivierung: Indikatoren und Einflussgrössen
2.
Bodenkohlenstoffvorräte und Umsetzungsraten entlang eines
topographischen Gradienten (ev. Oberwallis)
Interessierte kontaktieren mich unter:
Jens Leifeld, AGROSCOPE FAL Reckenholz, Reckenholzstrasse 191,
8046 Zürich, Tel. 01 3777 510, e-mail [email protected]