An nur wenigen Tagen können bis zu über 70% der N2O-Gesamtjahresemission während Frost-Tau-Ereignissen aus Böden emittieren. Die Klärung der Ursachen hinter diesem Phänomen ist noch bruchstückhaft und hypothetisch.
In dieser Diplomarbeit ist ein einfaches Modell entwickelt worden, das sowohl eine vollständige Denitrifikation simulieren, aber auch auf die Einflüsse, die ein Frostereignis mit sich bringt, reagieren kann. Die Implementierung der verzögerten Aktivität der N2O-Reduktase war in diesem Modell ein neuer Ansatz.
Nach einer Literaturstudie wurden 5 Hypothesen zu den möglichen Ursachen der N2O-Emissionen während der Frost-Tau-Phase erstellt und mit Hilfe des entwickelten Modells untersucht und bewertet.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 2 Stand des Wissens
- 2.1 N2O
- 2.2 Allgemeine Grundlagen des Stickstoffkreislaufes im Boden
- 2.3 N₂O-Bildung während Frostereignisse
- 2.3.1 Einfluss auf die Bodenphysik
- 2.3.2 Einfluss auf die Bodenchemie
- 2.3.3 Einfluss auf die Bodenbiologie
- 2.4 Denitrifikation
- 2.4.1 Biologische Denitrifikation
- 2.4.1.1 Bakterielle Enzyme der Denitrifikation
- 2.4.1.2 Pilzliche Denitrifikation und Codenitrifikation
- 2.4.2 Chemodenitrifikation
- 2.4.3 Regulation der Denitrifikation
- 2.4.1 Biologische Denitrifikation
- 2.5 Denitrifikationsmodelle - kurzer Überblick
- 3 Materialien und Methoden
- 3.1 Materialien
- 3.1.1 Daten aus Literatur
- 3.1.2 ModelMaker
- 3.2 Methoden
- 3.2.1 Integrationsverfahren
- 3.2.2 Enzymkinetik
- 3.2.3 15N-Tracer-Technik
- 3.1 Materialien
- 4 Modellentwicklung
- 4.1 Modellbeschreibung
- 4.2 Graphische Darstellung des Modells
- 5 Sensitivitätsanalyse
- 5.1 Temperatur
- 5.2 Kohlenstoffversorgung
- 5.3 Sauerstoffgehalt
- 5.4 Wassergehalt
- 5.5 Nitratgehalte
- 6 Modellvalidierung
- 7 Diskussion
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Entwicklung eines mechanistischen Modells, das die frostbedingte N₂O Emission aus Böden simuliert. Ziel ist es, die Ursachen für die erhöhte N₂O-Freisetzung während Frost-Tau-Ereignissen zu verstehen und zu quantifizieren.
- Einfluss von Frost auf die Bodenphysik, Chemie und Biologie
- Modellierung der Denitrifikation unter Frostbedingungen
- Sensitivitätsanalyse des Modells hinsichtlich verschiedener Einflussfaktoren
- Validierung des Modells anhand von experimentellen Daten
- Diskussion der Ergebnisse und zukünftiger Forschungsperspektiven
Zusammenfassung der Kapitel
Kapitel 2 bietet eine umfassende Übersicht über den aktuellen Wissensstand zur N₂O-Bildung und -Emission, insbesondere im Kontext von Frost-Tau-Ereignissen. Es werden die wichtigsten Prozesse im Stickstoffkreislauf im Boden erläutert, sowie die spezifischen Auswirkungen von Frost auf die Bodenphysik, Chemie und Biologie. Darüber hinaus wird die Denitrifikation als Hauptquelle für N₂O-Emissionen im Detail behandelt, einschließlich der beteiligten Enzyme, Regulationsprozesse und verschiedener Denitrifikationsmodelle.
Kapitel 3 beschreibt die Materialien und Methoden, die für die Modellentwicklung verwendet wurden. Hier werden die Datenquellen, die Modellierungswerkzeuge und die angewandten Methoden zur Integration, Enzymkinetik und 15N-Tracer-Technik vorgestellt.
Kapitel 4 präsentiert das entwickelte mechanistische Modell und seine graphische Darstellung. Es beschreibt die wichtigsten Modellkomponenten und ihre Interaktionen, die den Einfluss von Frost auf die N₂O-Emission simulieren.
Kapitel 5 befasst sich mit der Sensitivitätsanalyse des Modells. Es untersucht den Einfluss verschiedener Faktoren, wie Temperatur, Kohlenstoffversorgung, Sauerstoffgehalt, Wassergehalt und Nitratgehalte, auf die N₂O-Emission.
Kapitel 6 beschreibt die Validierung des Modells anhand von experimentellen Daten. Es vergleicht die Modellierungen mit realen Messungen und bewertet die Güte des Modells.
Kapitel 7 diskutiert die Ergebnisse der Modellentwicklung und -validierung. Es beleuchtet die Stärken und Schwächen des Modells und gibt Hinweise auf zukünftige Forschungsperspektiven.
Schlüsselwörter
N₂O Emission, Frost-Tau-Ereignisse, Denitrifikation, Bodenmikrobiologie, Modellierung, Sensitivitätsanalyse, Modellvalidierung, Stickstoffkreislauf, Agrarökologie
Häufig gestellte Fragen
Warum sind Frost-Tau-Ereignisse relevant für N2O-Emissionen?
An nur wenigen Tagen während dieser Ereignisse können bis zu 70 % der gesamten Jahresemissionen an Lachgas (N2O) aus Böden freigesetzt werden.
Was simuliert das entwickelte mechanistische Modell?
Das Modell simuliert die Denitrifikation und berücksichtigt dabei physikalische, chemische und biologische Einflüsse von Frost auf den Boden.
Welche Rolle spielt die N2O-Reduktase im Modell?
Ein neuer Ansatz des Modells ist die Simulation der verzögerten Aktivität der N2O-Reduktase nach einem Frostereignis, was die hohen Emissionen miterklärt.
Welche Faktoren beeinflussen die Lachgasbildung im Boden?
Wichtige Faktoren sind die Temperatur, die Kohlenstoffversorgung, der Sauerstoff- und Wassergehalt sowie der Nitratgehalt im Boden.
Wie wurde das Modell validiert?
Das Modell wurde mithilfe von Literaturdaten und experimentellen Ergebnissen (z. B. 15N-Tracer-Technik) auf seine Genauigkeit geprüft.
- Quote paper
- Eva Höhne (Author), 2008, Entwicklung eines mechanistischen Modells zur Simulation der frostbedingten N2O Emission aus Böden, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/166852
