Entwicklung eines mechanistischen Modells zur Simulation der frostbedingten N2O Emission aus Böden

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
  • 2.5 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
• 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

Details

• Hochschule: Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften )
• Note: 1,3
• Autor: Eva Höhne (Autor:in)
• Erscheinungsjahr: 2008
• Seiten: 84
• Katalognummer: V166852
• ISBN (eBook): 9783640831401
• ISBN (Buch): 9783640831012
• Sprache: Deutsch
• Schlagworte: N2O Bodenbiologie Stickstoffkreislauf Denitrifikation Bodenkunde Geoökologie 15N Treibhausgase Landwirtschaft Frost-Tau-Prozesse denitrification nitrous oxide soil nitrogen cycle agriculture