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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]