Climate change effects on greenhouse gas emissions from Northern European soils

• Main Author: Wagner, Denise
• Format: Thesis
• Language: unknown
• Published: 2009
• Subjects: 30.03 Methoden und Techniken in den Naturwissenschaften; 38.09 Physische Geographie; 38.60 Bodenkunde: Allgemeines; 43.47 Globale Umweltprobleme; Klimawandel / Treighausgase / Nordeuropa / Bodenemissionen / Feuchte / Temperatur / CO2 / N2O / CH4; climate change / greenhouse gases / northern Europe / soil emisions / moisture / temperature / CO2 / N2O / CH4; Boden; Kaamanen
• Online Access: http://othes.univie.ac.at/7475/

Auswirkungen des Klimawandels (vor allem Temperatur- und Niederschlagsänderungen) führen zu Änderungen der Bodentreibhausgase in Nordeuropa. Der Wassergehalt und die Temperatur des Bodens beeinflussen den Gasaustausch zwischen Boden und Atmosphäre stark. Ein Laborversuch zur Messung der N2O- NO- , CO2- und CH4-Flüsse aus 13 nordeuropäischen Böden, mit unterschiedlichen Landnutzungsarten (Acker, Wald, Wiese und Feuchtgebiet), wurde durchgeführt. Im Frühjahr 2008 wurden an jedem Standort 24 ungestörte Bodenproben genommen und 4 unterschiedlichen Temperaturen (5°, 10°, 15° und 20°C) und Wassergehalten (20%, 40%, 60% und 80%) ausgesetzt. An den 5 Waldstandorten wurden zusätzlich die Treibhausgasflussraten der Streuproben (5-20°C) bestimmt. Die Bodendichte, das Trockengewicht und der pH-Wert wurden von jedem Zylinder bestimmt. Ammonium- und Nitratkonzentrationen wurden, sowohl vor als auch nach dem Inkubationsversuch, analysiert. Um bessere Zusammenhänge zwischen den chemischen und biologischen Bodenprozessen erkennen zu können, wurden zusätzlich die N-Mineralisierungsrate und der N-Gehalt in der mikrobiellen Biomasse aus je 3 Zylindern pro Standort bestimmt. Zwecks genauerem Verständnis über die Auswirkungen von Bodentemperatur und Bodenfeuchte auf die Gasraten, wurden neben den statistischen Standardtests Multiple Regressionsanalysen berechnet. Die Ergebnisse waren stark standortabhängig und nur geringe Zusammenhänge innerhalb der einzelnen Ökosysteme konnten aufgedeckt werden. Die höchsten N2O und NO Emissionen wurden für die Wald- und Wiesenstandorte festgestellt. Die NO Flüsse waren von der Bodentextur und der Bodenverdichtung stark beeinflusst. Außerdem stellt die Chemodenitrifikation einen weiteren wichtigen NO Produzenten dar. Wir fanden positive Zusammenhänge zwischen anorganischem Stickstoff (NH4 und NO3) und Lachgasemissionen. Die meisten Standorte wiesen höhere Ammonium- und Nitratwerte nach der Inkubation und bei feuchteren Bodenverhältnissen auf. Für den schottischen Standort Griffin konnten NO Aufnahmeraten von bis zu -11.8 µg N m-2h-1 verzeichnet werden. Am niederländischen Standort Loobos führten bemerkenswert hohe atmosphärische Stickstoffeinträge von 40 kg ha-1yr-1 zu NO Werte von bis zu 131.7 µg N m-2h-1. Mit ansteigender Temperatur und sinkendem Feuchtegehalt wurde ein Zuwachs der CO2 Emissionen festgestellt. Für Griffin ist vor allem die organische Substanz für die hohe CO2 Produktion (337.8 mg C m-2h-1) verantwortlich. Speziell an den Wald- und Wiesenstandorten konnte die Bodendichte, der organische Kohlenstoff und die Wurzelaktivität als entscheidender Parameter zur Entstehung der CO2 Respiration nachgewiesen werden. Das finnische Wiesen-/Feuchtgebiet Kaamanen verzeichnete, mit ansteigendem Wassergehalt, einen Zuwachs an emittierendem Methan und gleichzeitig einen Rückgang der Methanoxidationsrate. Saure Böden mit geringem Feuchtegehalt stellen optimale Bedingungen für die Methanogenese dar. Der pH - Wert diente als fundamentaler Parameter um den genaueren Ursprung der wichtigsten Treibhausgase rekonstruieren zu können. In Zukunft werden die nördlichen Böden, unter dem Einfluss der Klimaänderungen, vermehrt als Methanquelle dienen. Vergleiche der Gasflussraten zwischen Boden- und Streuproben ergaben bemerkenswerte Unterschiede, speziell bei den N2O und CH4 Flüssen. Effects of climate change (i.e. temperature and precipitation changes) are supposed to alter the soil GHG fluxes in northern higher latitudes. Soil moisture and soil temperature strongly control the gas exchange between soils and the atmosphere. A laboratory investigation was performed to measure N2O-, NO-, CO2- and CH4 fluxes from 13 Northern European soils with different land use types (cropland, forest, grassland and wetland). Twenty-four intact soil cores per site were collected in spring 2008 and incubated at four different temperatures (5°, 10°, 15° and 20°) and under four different soil moisture contents (20%, 40%, 60% and 80%). Furthermore GHG fluxes were measured from the 5 forest litter samples under 5-20°C and under the ambient water content. Bulk density, dry weight and pH were determined from each cylinder. Ammonium and NO3-N concentration was analysed before (ambient water content) and after (the adjusted water content 20, 40, 60 or 80% WFPS) incubation experiments. Furthermore, gross N-mineralization rate and N-content in microbial biomass was measured on 3 extra soil cores for better understanding of the chemical and biological soil processes. Beside of standard statistical procedures, multiple regression analysis was conducted for acquiring information on the combined effects of soil temperature and soil moisture on N2O-, NO-, CO2- and CH4 soil emission or uptake rates. Our results were site dependent and minor relations to landuse types were found. Highest flux rates of N2O and NO were measured at forest and grassland sites. Positive relationships between N2O emissions and inorganic N (NH4 and NO3) were found. At most sites NO3-N and NH4-N concentrations were significantly higher after incubating soil cores under wettest conditions. Nitric oxide consumption rates of down to –11.8 µg N m-2h-1 were measured at the Scottish forest UK-Gri. Notable high atmospheric N-deposition rates of 40 kg ha-1yr-1 in the Netherlands may be the cause for resulted in high NO emission of up to 131.7 µg N m-2 h-1 at the site NL-Loo. Increasing CO2 emission with increasing soil temperature and decreasing WFPS was observed. Organic matter content may play a crucial role for significantly enhanced high CO2 emission of 337.8 mg C m-2 h-1 at the forest UK-Gri. We found a strong increase of CH4 emission at the Finnish grassland/wetland site FI-Kaa (CH4 flux of 107.20 µg C m-2 h-1) with increasing WFPS. Soil pH was a fundamental parameter in our study for determinig the origin of greenhouse gas emissions. Our results should also provide a bridge to interdisciplinary scientific research as they can be incorporated into nutrient cycle and climate models.