Lachgas (Formel: N2O) ist ein sehr klimawirksames Gas, das Mikroorganismen im Boden produzieren bzw. abbauen können. Kultivierte Böden stellen damit eine bedeutende Quelle von Treibhausgasen in der Landwirtschaft dar. Um Strategien zur Verminderung der landwirtschaftlichen Treibhausgasemissionen zu entwickeln, ist es entscheidend, die Prozesse, Mechanismen und Einflussfaktoren zu verstehen, die zur Bildung und zum Abbau von Lachgas führen. Über die Rolle, die Bodenmikroorganismen dabei spielen, ist nur wenig bekannt. Das Projekt will diese Rolle unter verschiedenen landwirtschaftlichen Bewirtschaftungsformen klären. Als Forschungsbasis dienen drei sehr gut dokumentierte Feldversuche in der Schweiz, bei denen die Lachgas-Flüsse aus dem Boden gemessen werden. Dadurch wird es möglich, den Einfluss der Bewirtschaftungssysteme ("biologisch" versus "konventionell"), der Bodenbearbeitung (gepflügt versus ungepflügt) und der Behandlung mit und ohne Pflanzenkohle auf die Struktur und Funktion von Organismengemeinschaften zu untersuchen. Als Untersuchungsmethoden kommen molekularbiologische Methoden und stabile Isotopentechniken zum Einsatz. Die Ergebnisse sprechen vor allem die Wissenschaftsgemeinde in den Disziplinen Bodenökologie, mikrobielle Ökologie und im weiteren Sinne auch Agronomie und Umweltwissenschaften an. Auch die landwirtschaftliche Praxis und Beratung sowie die politischen Entscheidungsträger erlangen detaillierte Einblicke in die Rolle von Bodenmikroorganismen bei der Lachgasfreisetzung und den Einfluss der Bodenbewirtschaftung.
N2O is a major greenhouse gas, which contributes to the ozone layer destruction. Due to its long atmospheric half lifetime, its global warming potential exceeds that of CO2 about 300 times. Anthropogenic N2O emissions are highest in croplands, as N2O is produced and reduced by soil microorganisms during N-transformation processes.
In order to develop effective mitigation strategies for N2O emissions, a deeper understanding of controls and mechanisms influencing N20 emissions needs to be developed. There is a good knowledge basis on single parameters influencing GHG emission from soils, but so far only little is known about the influence of farming systems (conventional vs. organic management, tillage, fertilization) on GHG fluxes in croplands and the overall greenhouse gas balance. As N-transformation processes in soils are almost entirely controlled by microbial activity, an understanding of the factors influencing abundance and activity of functional microbial communities is crucial. The microbial reduction of N2O to N2 represents the last step of denitrification. This is of particular interest, as the overall function of soils as source or sink for N2O might be controlled by this process.
In order to assess the influence of soil management on N2O producing and reducing microbial communities and N2O emissions, the following research questions are addressed: (1) How does soil management influence N2/(N2+N2O) ratio? (2) Does soil management affect the contribution of nitrification and denitrification to N2O emissions? (3) How strong is the explanatory power of the size and structure of nitrifying and denitrifying microbial communities to the observed N2O fluxes?
In order to answer this questions research on well-established field trials is conducted. The DOK-trial in Therwil/CH serves as a research platform to investigate effects of conventional and organic farming systems. In the field trial in Frick/CH, the impact of reduced and conventional tillage is investigated. Analyses of N-transforming microbial communities on a structural and functional level are complementing ongoing, long-term N2O measurements. Furthermore, incubation trials under controlled conditions are conducted. In these systems 15N tracers are used in order to determine sources of N2O emissions.
