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HydroN20

Ziel

Das Projekt beschäftigt sich mit dem Einfluss verschiedener Anbaubedingungen auf die Freisetzung von Distickstoffmonoxid (N2O) in Gewächshauskulturen. Ziel ist es, die N2O-Emission im hydroponischen Anbau von Gemüsepflanzen (z.B. Tomate, Gurke) zu bestimmen und zu reduzieren.

Ergebnisse

Im Projekt HydroN2O wurden erstmals die N2O-Emissionen aus dem hydroponischen Gewächshausanbau von Tomaten und Gurken unter Produktionsbedingungen und über die gesamte Anbauperiode untersucht. Dazu wurden in der Fontana Gartenbau GmbH in ca. zweiwöchigen Abständen geschlossene Kammern um die bepflanzten Substratmatten angebracht und die Anreicherung von N2O in der Kammerluft durch die Entnahme von Gasproben und deren Analyse am GC verfolgt. Die vorläufigen Ergebnisse zeigen, dass hydroponisch kultivierte Tomaten und Gurken aufgrund des intensiven Anbaus zwei- bis dreimal höhere N2O-Emissionen (z.B. 2,3 ± 1,3 kgN2O-N ha-1 yr-1 für Tomaten aus der Steinwoll-Hydroponik; Abb. 1) als vergleichbare Freilandkulturen aufweisen. Trotzdem fallen die in HydroN2O erzielten Messwerte deutlich geringer aus als bisher angegeben (ca. 70 % weniger N2O-Freisetzung). Bezieht man zudem den sehr hohen Ertrag im Gewächshaus ein (bis zu 500 t ha-1 yr-1 für Tomaten), fallen die N2O-Emissionen pro kg Ernteprodukt gering aus, im Mittel 6 mg kg-1. Des Weiteren ist der durchschnittliche Emissionsfaktor (kg N2O-N pro kg Dünger-N) mit 0,4 % bei Tomaten und 0,1 % bei Gurken sehr niedrig. Wir postulieren daher, dass N2O-Emissionen aus deutschen Gewächshäusern nur unwesentlich zur Erhöhung der Freisetzung von Treibhausgasen beitragen.

Ein weiterer Teil des Projekts beschäftigt sich mit verschiedenen Faktoren, welche die N2O-Emissionen aus hydroponischen Systemen beeinflussen können. Hierzu wurden Versuche im Gaswechselgewächshaus des IGZ durchgeführt. Dort können in zwei Gewächshauskabinen mit jeweils vier Reihen, welche bis zu 12 Pflanzen enthalten, kontinuierlich die N2O-Emissionsraten im abgedichteten Wurzelraum jeder Reihe untersucht werden. Dazu werden die N2O-Konzentrationen der ein- und ausströmenden Luft mit einer ca. 40minütigen Auflösung an einem Infrarot-Gasanalysator gemessen. Die bisherigen Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst. In einer Tomatenkultur konnte gezeigt werden, dass eine höhere Temperatur im Wurzelraum zu einer signifikanten Erhöhung der N2O-Emissionen führt. Im Gegensatz dazu konnte im zweiten Versuch kein Effekt der Fruchtmasse bzw. des Spross:Wurzel-Verhältnisses gefunden werden. Einen sehr großen Einfluss hatte die Substratauswahl auf die N2O-Emissionen (dritter Versuch). Auch in der Wiederholung (vierter Versuch) wurde eine signifikante Erhöhung der N2O-Emissionen bei Verwendung von Grünschnitt-Kompost gegenüber Perlit als Substrat gefunden. Der Vergleich der beiden Versuche zeigt, dass die N2O-Emissionen stark im Jahresverlauf und selbst zwischen den Wiederholungen variieren können, insbesondere bei der Verwendung von organischem Substrat. Weitere Faktoren wie die Nährlösungszusammensetzung (pH-Wert und Nitrat:Ammonium-Verhältnis) und die Bewässerungstechnik werden ebenfalls am IGZ untersucht.

Tabelle 1: Kumulative N2O-Emissionen aus verschiedenen Versuchen im IGZ-Gaswechselgewächshaus.

Versuch Dauer (d) Kultur Faktor Stufe Kumulative N2O-Emissionen (gN2O-N ha-1)
Mittelwert* SD* P**
1 81 Tomate Wurzelraum-Temperatur 15 °C 141 2 <0.001
25 °C 177 21
2 78 Tomate Fruchtmasse (Spross:Wurzel) Hoch 141 20 0.657
Niedrig 137 24
3a 34 Gurke Substrat Perlit 121 6 <0.001
Kompost 149 15
3b 30 Gurke Substrat Perlit 338 8 <0.001
Kompost 1221 500

*Mittelwerte und deren Standardabweichung (SD) von n = 4 Wiederholungen (n = 3 für 15 °C in Versuch 1)

**Exakte P-Werte aus Permutations-Varianzanalysen für den Effekt der jeweiligen Versuchsstufen auf die kumulativen N2O-Emissionen

Verwertung

Es wurden erstmals belastbare Daten zur N2O-Freisetzung bei der Produktion von Gemüse im Gewächshaus gesammelt. Nach abschließender Analyse soll der vollständige Datensatz für die Entwicklung und Testung von N2O-Minderungsstrategien sowie für die Erstellung eines "N2O-Fußabdrucks" für den Gewächshausanbau genutzt werden. Ein entsprechendes Werbekonzept für umweltfreundlich lokal produzierte Produkte soll erarbeitet und der "N2O-Fußabdruck" bekannt gemacht werden.