NITROSPHERE - Auswirkungen atmosphärischer Stickstoffdeposition auf die Produktivität terrestrischer Ökosysteme sowie dem Biosphäre-Atmosphäre-Austausch klimawirksamer Spurengase - Ein neuer Ansatz
Intensive Landwirtschaft, Industrie und Verkehr riefen in den letzten Jahrzehnten eine erhöhte Deposition reaktiven, atmosphärischen Stickstoffs (Nr) hervor. Neben klimatischen Auswirkungen kann dieser in zu großen Mengen erheblichen Einfluss auf die Funktionalität terrestrischer Ökosysteme haben, indem die Vitalität der Pflanzen sowie die Grundwasserqualität stark beeinträchtigt werden. Trotz enormer Fortschritte in der messtechnischen Bestimmung von Treibhausgasflüssen zwischen Biosphäre und Atmosphäre ist das Wissen über unmittelbare Auswirkungen von Nr-Depositionen auf die Produktivität der Ökosysteme sowie dem assoziierten Treibhausgasaustausch sehr beschränkt.
Projektziele
Ziel des Projekts NITROSPHERE ist die Schaffung eines verbesserten Systemverständnisses hinsichtlich gekoppelter Kohlenstoff- und Stickstoffkreisläufe. Hierbei wird insbesondere der Zusammenhang zwischen atmosphärischer Stickstoffdeposition und dem Austausch klimarelevanter Treibhausgase wie CO2 und N2O auf unterschiedlichen Zeitskalen untersucht. Durch den Einsatz innovativer Messverfahren soll nicht nur die instrumentelle Ausstattung großskaliger Forschungsinfrastrukturen wie ICOS auf Standortebene gestärkt, sondern auch eine verbesserte Datenbasis zur Ableitung von Emissionsfaktoren zur Verfügung gestellt werden.
Mit der Entwicklung des TRANC (Total Reactive Atmospheric Nitrogen Converter) wurde kürzlich ein neues Messverfahren vorgestellt, welches nicht mehr die Nachteile und Schwierigkeiten ehemaliger Nr-Messmethoden wie beispielsweise eine geringe zeitliche Datenauflösung bzw. einen hohen Aufwand chemischer Laboranalysen, mit sich zieht. Mit dem am Thünen-Institut für Agrarklimaschutz optimierten Konverter ist es möglich, die Gesamtheit aller reaktiven Stickstoffverbindungen kontinuierlich und zeitlich hoch aufgelöst zu messen. Dabei werden sämtliche luftgetragenen Nr-Verbindungen thermisch bzw. katalytisch zu Stickstoffmonoxid (NO) umgewandelt und anschließend mittels Chemilumineszenz-Detektor in hoher Frequenz (10 Hz) erfasst. In Kombination mit mikrometeorologischen Parametern – insbesondere der lokalen Turbulenz – kann auf diese Weise der Netto-Austausch aller Nr-Verbindungen zwischen Biosphäre und Atmosphäre im Rahmen des Eddy-Kovarianz-Verfahrens auf Halbstundenbasis angegeben werden.
Die Etablierung und Weiterentwicklung der TRANC-Methodik in Kombination mit Datenassimilierung und Modellierung bilden die zwei Arbeitsmodule der Nachwuchsforschergruppe. Dies sind:
(I) kontinuierliche Messungen des Biosphäre-Atmosphäre-Austauschs von Nr-Verbindungen mittels TRANC-Technologie an repräsentativen Standorten (Agrar-, Hochmoor-, Waldstandort) sowie
(II) Modellierung und Datensynthese unter dem Aspekt des direkten Zusammenhangs zwischen Nr-Deposition bzw. Änderungen in der Nr-Deposition und dem Treibhausgasaustausch.
Beim Teilbereich Modellierung und Datensynthese (2. Arbeitsmodul) werden zum einen die im Projekt erhobenen Datensätze aus den eigenen Messkampagnen für die Analyse kurzfristiger Auswirkungen der Nr-Dynamik auf den Treibhausgasaustausch herangezogen. Zum anderen werden Gasflussmessungen aus bereits vorhandenen Datenbanken genutzt, um die eher langfristigen Effekte erhöhter Nr-Deposition auf Ökosystemproduktivität sowie CO2- und N2O-Flüsse zu untersuchen.
Projektleitung
Dr. Christian Brümmer
Thünen-Institut für Agrarklimaschutz (TI-AK) Bundesallee 50
38116 Braunschweig
Tel. +49 531 596 2614
E-Mail: christian.bruemmer@ti.bund.de
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