Download - Treibhausgase in der Landwirtschaft – eine Einführung Dr. Jens Leifeld AGROSCOPE FAL Reckenholz
Treibhausgase in der Landwirtschaft – eine Einführung
Dr. Jens Leifeld
AGROSCOPE FAL ReckenholzEidgenössische 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
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 SenkenCO2-Budget Global
Mt CH4/year
Natural sources
Wetlands 115Termites 20Ocean 10Hydrates 5Sum Natural 150Antropogenic sources
Energy 75Landfills 40Ruminants 80Rice agriculture 100Biomass Burning 55Sum Anthropogenic 350Total Source 500Sinks
Soils 10Trophosperic OH 450Total sink 460Imbalance 40
Grundlagen I. Quellen und SenkenMethan (IPCC 2001)
Mt N/year
Natural Sources
Ocean 3.0NH3-oxidation Atmosphere 0.6Tropical Soils
Wet Forest 3.0 Dry Savannas 1.0Temperate Soils
Forests 1.0 Grasslands 1.0Sum Natural 9.6Anthropogenic Sources
Agricultural Soils 4.2Biomass Burning 0.5Industrial Sources 1.3Cattle and Feedlots 2.1Sum Anthropogenic 8.1Total Sources 17.7 (implied: 16.2)Stratospheric Sink (Photodissociation)
12.3
Imbalance 3.9
Grundlagen I. Quellen und SenkenLachgas (IPCC 2001)
-25-20-15-10
-505
1015202530
CO2 CH4 N2O
Fossil fuel
Emissions LULUCF
Uptake atmosphereand oceansMissing sink
Natural sources
AnthropogenicsourcesSink
Sin
k
S
ourc
eGrundlagen I. Globale Quellen und Senken
in CO2-Äquivalenten (Gt CO2 a-1)
Grundlagen II. Wirkungsweise TreibhausgaseStrahlungsbilanz der Erde (W m-2)
16867
324
390 78 24
235107 342
Incomingradiation
Backradiation
Surfaceradiation
LatentHeat (ET)
Sensibleheat
Outgoinglongwave
Reflected solarradiation
Absorptionby surface
Absorptionby atmosphere
GHGGHG
342 – 107 = 235; 24 + 78 + 390 = 492 - 324 = 168; 168 + 67 = 235
atmosphere
surface
Grundlagen II. Wirkungsweise TreibhausgaseRadiative 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 1850-1990ies (W m-2)
Percentage increase relative to 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
0
r
TH
0
x
dtr(t)a
dtx(t)a
xGWP
TH time horizon; ax radiative efficiency due to one unit increase in
atmospheric abundance (W m-2 kg-1); ar radiative efficiency of CO2
x(t) time-dependent decay of the substancer(t) time-dependent decay of the reference CO2
Grundlagen II. Wirkungsweise Treibhausgase GWP und mittlere Verweildauer der Kyoto-Treibhausgase
Gas GWP 100-Jahreshorizont
Mittlere Verweildauer in der Atmosphäre
(Jahre)
CO2 1 50-200
CH4 23 12
N2O 296 114
Hydrofluorocarbons (HFC) 12-12000 1.4-19
Perfluorocarbons (PFC) 5700-11900 2600-50000
Sulphur hexafluoride (SF6) 22000 3200
CO2-Äquivalente: z.B. 1 kg CH4 entspricht 23 kg CO2-Äquivalenten für einen 100-jahres Zeitraum
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. UNFCCC
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 human-induced 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-ProtokollF
lexi
ble
Mec
hani
smen
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.
Grundlagen III. Kyoto-Verpflichtung Schweiz
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 = 21%
•CH4-Quellen Global: Anteil Landnutzungsänderung/Landwirtschaft = 67%
•N2O-Quellen Global: Anteil Landnutzungsänderung/Landwirtschaft = 84%
(bezogen jeweils auf die anthropogenen Quellen)
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 Allgemeine Reaktionsgleichung
O2 + (CH2O) H2O + CO2 Beispiel Oxidation org. Substanz0 0,+I,-II +I,-II +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
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:
Oxidationsmittel Redoxpotential Gesamtreaktio
n (V)
G (kJ/mol Kohlenstoff)
Oxidationsmittel (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
Die Nutzung alternativer Elektronenakzeptoren verringert die energetische Effizienz der C-Oxidation
Treibhausgase und Landwirtschaft I.Treibhausgase als Produkte von Redoxreaktionen
Anaerobe Atmung
Aerobe Atmung
Red
oxre
ihe
Mineral FertilizerFixationDeposition
NH4
NO3
Plant residues
Mineralisa
tion
Ion
exch
ange
Manure
Organic N
NO
3 le
achi
ngN
H3
emis
sion
2NO3- 2NO2
- 2NO N2O N2
Denitrification
+V +III +II +I 0
Plan
t
upta
ke
Nitrification
NH4+
(N2O) NO2 - NO3
-
-III +I +III +V
N- emissions
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
Treibhausgase und Landwirtschaft II.Lachgas
O2-Konzentration (%)0%1%5%
10%15%21%22%
Durchmesser: 12 mm
Bereiche unterschiedlicher O2-Konzentration treten gleichzeitig im Boden auf; Wassergehaltsabhängig!
(Sexstone et al., 1985)
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, mitC=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 O2-Verbrauchsrate 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]
294.0
93.0
7.316.4 1.5
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
350.00
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
O2-Verbrauch (nmol/ml/h)
Min
imu
m a
gg
reg
ate
dia
mte
r fo
r O
2-D
efic
it (
mm
)
Treibhausgase und Landwirtschaft III.Methan
Eh = -200 bis +100 mV
Eh = < -200 mV
Eh = > +100 mV
Methanogenesis
Organic matterinput
SO42-
SO42-
NO3-, Fe3+, Mn4+
NO3-, Fe3+, Mn4+
Water table
Methanotrophs
Methane emission
Methane- oxidation
Methanogens
dept
h
Eh = -200 bis +100 mV
Eh = < -200 mV
Eh = > +100 mV
Two pathways of methane formation:
1) CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O 2a) Fermentation org. matter acetate, H2, CO2, ethanol, 2b) CH3COO- + H+ CH4 + CO2
Methanogenes
Methanotrophes
Treibhausgase und Landwirtschaft III.Methan
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
Treibhausgase und Landwirtschaft IV.Boden-C Pools
1. InputLandnutzungManagement ErtragDüngung
2. TurnoverManagement (Bodenbedeckung,Bodenbelüftung)StreuqualitätAbiotische FaktorenBodenbiologie
Soil-C
= Input * Turnover time(steady-state)
Plant biomass
Zwei Stellschrauben:
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
Treibhausgasbilanzen LandwirtschaftMethodischer 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
Incr
ease
in
com
plex
ity
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 LandwirtschaftMethodischer Ansatz IPCC: Bodenkohlenstofffaktoren
Base factor * Default C stock native * Tillage factor * Input factors
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).
Activity Key practice Carbon gain1 Time interval2
Confidence3
Cropland Conservation tillage 0.34 50-100 H management Fertilisation, crop rotation,
organic amendments 0.1 to 0.3 H
Incorporation of biosolids, manure, straw, etc.
0.2 to 1.0 50-100 M
Ley-arable farming 0.54 100 M Forages in rotation 0.3 37 M
Improved management2 0.22 40 M Grazing land management Increased productivity2 0.51 M Species introduction2:
Legumes Grasses
1.09 3.34
Conversion of agricultural land
Conversion arable to permanent grassland
0.5 to 1.0 50 M
Set-asides 0.52 50 M Wetland management
Conversion to agriculture -1 to -19 >100 M
Wetland restoration 0.1 to 1.0 >100 M 1 global estimates, otherwise data for temperate regions 2 time interval to which estimated rate applies 3 relative confidence: H = high, M = medium, L = low
TreibhausgasbilanzenC-Sequestrierungsraten
TreibhausgasbilanzenN2O-Emissionen Landwirtschaft n. IPCC
L iq u idS ys te m s
S o lid S to ra gea n d d ry lo t
Manure m anagem ent
A n im a l p ro d uc tion
Synthetic N Anim al wasteapplied to soil
N -fix ing crop s Crop re sidue s
Cultivation o fH istosols
D ire c t so ile m iss io ns
Atm osphericdepo sitio n
Leach ing an drun-off
In d irec t e m iss io ns
Agricultural soils
N 2O A griculture
TreibhausgasbilanzenN2O-Emissionsfaktoren (IPCC, 2000)
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 1.251. Mittelwerte
Beispiel Aktivität Milchkuh: Weidegang
Gülle Stall
Mist Stall
106 kg N a-1
29.6 kg N
69 kg N
7.3 kg N
Treibhausgasbilanzen N2O-Emissionen Berechnung Schweiz(Faktoren IPCC; Aktivitäten modifiziert nach Schmidt et al., 2000)
Beispiel für Tier 2 approach: Emissionsfaktoren = IPCC, Aktivitäten: CH-spezifisch(Tierkategorien, NH3-Emissionen, Anteil Haltungssysteme, fracleach,)
Anzahl Tiere Handelsdünger
Direkte Emissionen Handelsdünger
NOx Emissionen Handelsdünger
Indirekte Emission: Leaching & Runoff
Indirekte Emission: Deposition
NOx & NH3
Emissionen Weide
Lagerung Gülle & Mist
NH3 Emissionen Gülle & Mist
Emissionen Aus-bringung Hofdünger
Ausscheidung Weide
NH3 Emissionen Ackerland
Landwirtschaftliche Nutzfläche
Erntemenge Ackerkulturen
Emission Fixierung Ackerleguminosen
Emissionen Ernterückstände
Fläche Wiesen und Weiden
Emissionen Ernte-rückstände Weiden
Emissionen Fixierung Klee
Direkte Emissionen Ernterückstände
Direkte Emissionen Fixierung
Emission Aus-scheidung Weide
Emission Lagerung Gülle & Mist
Ausbringung Gülle & Mist
NOx Emissionen Gülle & Mist
NH3 Emissionen Handelsdünger
Ausbringung Handelsdünger
TreibhausgasbilanzenCH4-Emissionen Tierhaltung
Methane emissions agriculture: Enteric fermentation EF+Manure management MM:
MM: Emission factor:(Activity: animal number)
EF: Emission factor:(Activity: animal number)
Ym: methane conversion rate
TreibhausgasbilanzenCH4-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
TreibhausgasbilanzenNettoeffekt Mineralboden ( g CO2-Äquiv. m-2 a-1; Robertson et al., 20002)
Management CO2 N2O CH4 Net GWP1
Soil C N –fert. Lime Fuel
Annual crops
Conventional Tillage
0 27 23 16 52 -4 114
No till -110 27 34 12 56 -5 14
Perennial crops
Alfalfa -161 0 80 8 59 -6 -20
Poplar -117 5 0 2 10 -5 -105
Succession
Early succession
-220 0 0 0 15 -6 -211
Old sucession 0 0 0 0 21 -25 -4
(1) Positive = emission (2) 1 g CO2 m-2 = 10 kg CO2 ha-1
Treibhausgasbilanzen
Gesamtemissionen CH (links) und Anteile der Sektoren im Jahr 2000 (rechts)
(BUWAL Treibhausgasinventar: http://www.umwelt-schweiz.ch/
Landwirtschaft: 53% CH447% N2O
Treibhausgasbilanzen Landwirtschaft (BUWAL Treibhausgasinventar)
Category
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
% o
f to
tal G
HG
re
du
ctio
n 1
99
0 to
20
01
0
5
10
15
20
25
301. EF Dairy cattle 2. EF Non-dairy cattle and others 3. Manure management CH4
4. Manure management N2O
5. N2O Mineral N
6. N2O Manure spreading
7. N2O Pastures
8. N2O Crop residues
9. N2O N fixation
10. N2O N Deposition
11. N2O Leaching and run-off
12. N2O Organic soils
-10%
year
1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004
Gg C
O2-E
qu
iva
len
t
2500
2600
2700
2800
2900
3000
3100
3200
3300
CC4 (CO2-Equiv.)
N2O (CO2-Equiv.)
Time-course GHG emissions agriculture
Treibhausgasbilanzen
Anteile CH4, N2O, und CO2 an landwirtschaftlichen Treibhausgasemissionen/LULUCF (BUWAL, 2000)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Mt
CO
2-Ä
quiv
alen
te
CH4 N2O CO2
Entericfermentationdavon Cattle
Manuremanagementdavon Cattle
Agricultural soils
2.86 2.59 0
Ausgeglichene Flüsse beim Bodenkohlenstoff?
?
Teil 3: Nationale Ebene: Bodenkohlenstoff
Boden und Landnutzungstyp
t org
anis
cher
Koh
lens
toff
je H
ekta
r
0
200
800
1000
1200
1400
1600
1800AckerKunstwiesegünstiges Wieslandungünstiges Wiesland und alpwirtschaftliche Nutzflächenintakte Moorekultivierte Moore
Mineralische Böden
Organische Böden
1. Mineralböden: 0-100 cm; Moore: 0-200 cm
(Leifeld et al., 2003)
Kohlenstoffgehalte in landwirtschaftlichen Böden der Schweiz je Hektar1
Treibhausgasbilanzen Bodenkohlenstoff Schweiz
Teil 3: Nationale Ebene: Bodenkohlenstoff
year
1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250 2300 2350 2400
Mt o
rgan
ic c
arbo
n
0
5
10
15
20
25
30
35
40
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
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
Cultivated area since 1885: 17000 ha
Vergangene und prognostizierte C-Verluste kultivierter Moore
Deutliche C-Verluste durch Moorkultivierung seit 1885
Treibhausgasbilanzen Bodenkohlenstoff Schweiz
Leifeld et al., 2003
Teil 3: Nationale Ebene: C-Sequestrierung
activity
0 1 2 3 4 5 6
ann
ual s
eque
stra
tion
(103
t C
O2)
0
400
800
1200
1. current sink by no till2. all arable land converted to no till (mean)3. all arable land converted to permanent grassland (mean)4. conversion of all cropped peatlandsto permanent grassland (mean)5. restoration of all cultivated peatlands (mean)6. total potential sink (mean)1
Übersicht über mögliche Senkenaktivitäten und Senkenpotentiale1 in der Schweiz
1: Aktivität 3+5
1: Einschliesslich vermeidbarer Emissionen
TreibhausgasbilanzenSequestrierungspotentiale Schweiz I
Teil 3: Nationale Ebene: C-Sequestrierung
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
N2O-Emission
Agriculture
CH4-Emission
Agriculture
Current sink:No-till
Totalpotential sink
agriculture(mean)
Forest sinkaccording to Swiss Green-house Gas
Inventory (1)
Currentsource:
Cultivatedpeatlands
Currentsource:
Urbanisation
MtC
O2-
equi
vale
nts
Das C-Senkenpotential im Vergleich zu anderenTreibhausgasflüssen in der Schweiz
1. Mittel der Periode 1990 – 1999 (Schweizerisches Treibhausgasinventar)
Treibhausgasbilanzen Sequestrierungspotentiale Schweiz II
C-Senken Landwirtschaft können max. 21% der landwirtschaftlichen CH4 und N2O-Emissionen kompensieren
Zusammenfassung Treibhausgasbilanzen
1. IPCC-Methodik: Aktivität * Emissionsfaktor, Tier 1-3
2. Bei Methan und Lachgas ist die Landwirtschaft bedeutendste Emittent
in der Schweiz (entspricht dem globalen Bild)
3. Methanemissionen wurden seit 1990 v.a. durch eine Verkleinerung des
Kuhbestandes verringert; N2O durch Verringerung Mineral-N und
Futtermittelimporte
4. Reduktionsstrategien: Weiter verringerte Tierzahlen und Abnahme N-
Einsatz Landwirtschaft ohne Kompensation durch Importe!!
5. Landwirtschaftliche CO2-Flüsse sind bedeutend; CO2 Emissionen aus
Mooren in Treibhausgasinventare integriert, Mineralböden nicht
6. 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]