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Lachgas: Auswirkungen der Bodenbewirtschaftung auf lachgasproduzierende und -abbauende Bodenmikroorganismen
Landwirtschaftlich bewirtschaftete Böden stellen eine bedeutende Quelle des klimawirksamen Lachgases dar. Das Projekt "Lachgas" untersuchte die Rolle der Bodenorganismen bei der Produktion und beim Abbau von Lachgas und den Einfluss der Bewirtschaftung auf diese Mikroorganismen.
Hintergrund (abgeschlossenes Forschungsprojekt)
Lachgas ist ein sehr klimawirksames Gas, das Mikroorganismen im Boden produzieren beziehungsweise abbauen können. Als Forschungsbasis dienten Feldversuche, die gezielt die Strategien der Bodenbewirtschaftung abdecken: der Langzeit-Feldversuch von Frick mit reduzierter Bodenbearbeitung, der DOK-Langzeitversuch mit verschiedenen Bodenbewirtschaftungssystemen und ein neuer Feldversuch zum Einsatz von Pflanzenkohle. Sowohl im Feld- als auch in Laborversuchen wurden die Lachgas-Emissionen und die funktionellen Organismengemeinschaften nach der Zugabe von Düngemitteln quantifiziert.
Ziel
Das Projekt sollte Grundlagen liefern zum Einfluss der Bodenbewirtschaftung auf die Struktur und Funktion der mikrobiellen Gemeinschaften. Die Ziele bestanden darin, den Einfluss von Bodenbewirtschaftungsstrategien auf die Lachgas-Freisetzung zu bestimmen, den Einfluss von Bodenbewirtschaftungsstrategien auf funktionelle Bodenmikroorganismen während der Bildung und des Abbaus von Lachgas zu evaluieren und festzustellen, inwiefern funktionelle Gen-Analysen Lachgasfreisetzungen erklären können.
Ergebnisse
Die Behandlung mit Pflanzenkohle scheint unter den drei untersuchten Bodenbewirtschaftungsformen (Pflügen, Bewirtschaftungssysteme, Pflanzenkohle) die Lachgasemissionen am stärksten zu vermindern. Die Reduktion von Lachgas (N2O) zu Stickstoff (N2) ist in allen untersuchten Böden ein wichtiger Prozess der Stickstoffumwandlung; in den mit Pflanzenkohle angereicherten Böden ist sie der wichtigste Prozess. Ein konstanter pH-Wert über 6 unterstützt die klimaschonende landwirtschaftliche Bewirtschaftung von Böden. Er trägt dazu bei, die Funktionalität der Lachgas abbauenden Bakterien zu erhalten.
Böden mit einem hohen Gehalt an organischem Kohlenstoff setzen meist auch potenziell mehr Lachgas frei. Angepasste Düngestrategien sind deshalb für eine klimaschonende Landwirtschaft von entscheidender Bedeutung. Relevant sind dabei nicht nur der richtige Zeitpunkt der Düngung, sondern auch die Art und die Menge der eingesetzten Mittel.
Die Expression funktioneller Gene könnte als allgemeiner Hinweis für die Stickstoffanreicherung und den Stickstoffabbau dienen; diese variierte jedoch nur beim Einsatz von Pflanzenkohle. Wahrscheinlich waren hierfür räumliche und zeitliche Unterschiede im Feld verantwortlich.
Wer die Struktur und Funktionen von Gemeinschaften von Bodenorganismen kennt, kann Böden nachhaltiger nutzen und Düngemittel gezielter einsetzen.
Bedeutung für die Forschung
Das Projekt liefert grundlegende Informationen über die im Feld beobachteten Schwankungen der Lachgasflüsse und über den Einfluss der Bodenbewirtschaftung auf entsprechende Unterschiede. Der DOK-Feldversuch ist weltweit einer der wenigen Langzeitversuche, die eine umfangreiche Lachgas-Bilanz auf Feldebene vorweisen können. Dieses Projekt wird dessen wissenschaftliches Ansehen weiter fördern. Durch die Verbindung etablierter bodenökologischer Forschungsmethoden mit modernsten Techniken der Molekularbiologie macht das Projekt die Schweizer Forschung wettbewerbsfähiger.
Das Projekt bezieht sich auf das "Forschungskonzept Umwelt für die Jahre 2013-2016" des Bundesamtes für Umwelt wo Forschungslücken mit Blick auf die biologische Vielfalt in Böden und ihre Funktionen identifiziert wurden.
Bedeutung für die Praxis
Das Projekt liefert detaillierte Informationen über die bestimmenden Faktoren bei der Freisetzung von Lachgas aus den Böden und über die Rolle der Mikroorganismen. Es zeigt auf, welchen Einfluss die verschiedenen landwirtschaftlichen Bewirtschaftungssysteme. Dieses Projekt und weitere aktuell weltweit durchgeführte Arbeiten liefern die Daten, die dringend benötigen werden, um den Einsatz von Pflanzenkohle als Bewirtschaftungsalternative in der Landwirtschaft in gemässigtem Klima zu beurteilen. Mit Hilfe der Resultate wird es möglich sein, die wichtigsten Ursachen für die Lachgasemissionen aus Böden zu ermitteln und damit eines der Ziele der Strategie gegen die Freisetzung von Treibhausgasen in der Landwirtschaft zu erreichen. Das Projekt unterstützt zudem die Implementierung der Strategie des Bundesamtes für Landwirtschaft im Bereich "Bodenschutz und Bodenbearbeitung", indem es Wissenslücken bei der Bodenbearbeitung ohne Pflug schliesst. Es ist auch mit der "Thematischen Strategie für den Schutz des Bodens" der Europäischen Kommission verbunden. Diese behandelt explizit konservierende Bodenbearbeitungsverfahren, die Treibhausgasemissionen verringern und Erosion verhindern sollen.
Originaltitel
Structure and function of N2O producing and reducing microbial communities as influenced by soil management