Detailansicht

Ammonia emissions from beech litter as source of reactive nitrogen gas in deciduous forests

Helmut Haller

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Masterstudium Ökologie

Betreuer*in

Sophie Zechmeister-Boltenstern

Volltext herunterladen
Volltext in Browser öffnen

DOI

10.25365/thesis.39596

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29503.85594.558669-6

Link zu u:search

(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Ammoniak (NH3) gilt als einer der wichtigsten Luftverschmutzer des 21. Jahrhunderts und Messdaten von natürlichen Emissionen werden benötigt um detailliertere Ökosystmenmodelle zu entwickeln. Gasemissionen und Nährstofffreisetzung während des Abbaus von Pflanzenmaterial sind wichtige Prozesse der Stoffkreisläufe in Ökosystemen. Als Gegenpol zur Photosysnthese erfahren auch die Frühphasen des Pflanzenstreuabbaus immer mehr Beachtung, gerade der bidirektionale Fluss von Ammoniak ist dabei noch kaum untersucht. Um Ammmoniakemissionen aus Pflanzenstreu (und Bodenproben) in geringen natürlichen Konzentrationen (< 1 ppb) zu messen, wurde ein neues, voll automatisiertes Messsystem entwickelt. Im Anschluss wurden zwei Experimente durchgeführt um den Einfluss unterschiedlicher Stickstoffgehalte (C:N-Verhältnisse) und Feuchtigkeit von Buchenstreu (Fagus sylvatica L.) auf die Gasmissionen von NH3, NO, N2O und CO2 zu untersuchen. Hierfür wurden Buchenstreuproben aus zwei österreichischen Laubwäldern (Schottenwald (SW), Wien und Ort (OR), Gmunden) verwendet. Ziel war es, die zeitliche Dynamik von Stickstoffemissionen zu untersuchen und diese mit theoretischen Mustern entlang der Stickstoff-Kaskade (NH3→NO→ N2O) zu vergleichen. In Experiment 1 wurden die Proben der zwei Standorte nach anfänglicher Befeuchtung auf jeweils 20 und 80 % Wassergehalt einer 80-stündigen Austrocknungsphase ausgesetzt. Bei Experiment 2 wurde eine Probe (SW) nach anfänglicher Befeuchtung (60 % WG) 80 Stunden lang ausgetrocknet, dieser Zyklus wurde danach zweimal wiederholt. N2O – Gasproben wurden jeweils nach einer Befeuchtung und am Ende einer Austrocknungsperiode genommen. Als Begleitparameter wurden NH4+-, NO3--Konzentrationen, Feuchtigkeit und pH-Wert analysiert. In Experiment 1 waren die NH3-Emissionen der SW Proben mit dem höherem N-Gehalt höher als die des weniger belasteten Standorts OR. Außerdem waren Emissionen aus feuchteren Proben (80 %) höher als die von trockeneren Proben (20 %), was vermutlich auf höhere Mineralisierungsraten nach ursprünglicher Befeuchtung zurückzuführen ist. Weder für Stickstoffmonoxid- (NO) noch für CO2– Emissionen konnten signifikanten Unterschiede zwischen den zwei Laubtypen festegestellt werden. Der Verlauf der CO2 – Emissionen zeigte für die Proben mit höheren Feuchtegehalten nach ~ 24 Stunden ohne Aktivität, exponentiellen Zuwachs und Emissionspeaks nach ~ 60 Stunden. Die trockeneneren Proben (20 %) zeigten über den gesamten Zeitverlauf keine CO2 – Emissionen, vermutlich da ein postulierter Schwellenwert für Streuabbau von 30 % Feuchtigkeit unterschritten wurde. Bei allen Proben wurde eine deutliche Lachgasaufnahme (N2O) am Ende des Trockenzyklus verzeichnet. Bei Experiment 2 wurden die höchsten Ammoniakwerte aller Messungen zu Beginn verzeichnet. Danach nahmen diese kontinuierlich ab und zeigten dabei einen starken Tag-/Nachtverlauf. Die höheren Werte am Tag wurden durch höhere Temperaturen aufgrund von Sonneneinstrahlung erklärt. Die Erhöhung durch Befeuchtung dürfte daher mit eine Verstärkung der Ammoniakverdampfung durch Wasserverdunstung einhergehen. Ähnlich wie im 1. Experiment waren NO – Emissionen waren anfänglich am höchsten, bis diese nach ~ 80 Stunden ganz aufhörten. Auch CO2 – Emissionen zeigten anfangs einen ähnlichen Verlauf, allerdings mit niedrigeren Werten, was auf die niedrigeren Feuchten zurückzuführen ist. Lachgasaufnahme war am Ende der Trockenzyklen zu beobachten. Insgesamt waren die NH3-Emissionen (967 µg NH3 - N m-2 h-1 bei 60% WG) fast doppelt so hoch wie die NO-Emissionen (520 µg NO - N m-2 h-1) über eine Inkubationszeit von 250 Stunden. In Bezug auf die Stickstoffkaskade beobachteten wir die gleichzeitige Emission von sowohl reduzierten (NH3) als auch oxidierten (NO) Stickstoffverbindungen. Während jedoch die NH3-Emissionen während der Inkubationszeit anhielten, sanken die NO-Emissionen ab, bevor die mikrobielle Atmung einsetzte. Höhere N-Konzentration in der Laubstreu führte zu höheren Ammoniakemissionen, auch die Feuchtigkeit hatte eine verstärkende Wirkung. Im Rahmen dieser Arbeit konnten wir deutlich zeigen, dass NH3-Emissionen aus Laubstreu ganz wesentlich zu den Stoffflüssen in natürlichen Ökosystemen beitragen.

Abstract

(Englisch)

Abstract Gas and nutrient release during litter decomposition are important processes in element cycles. Early stage decomposition has recently seen increasing attention. Moreover the magnitude of ammonia (NH3) emissions from beech litter is not well known. Therefore a new device for automatic soil emission measurements of reduced nitrogen was constructed and tested to assess ammonia fluxes from beech litter. Subsequently two experiments were conducted to examine the influence of beech litter (Fagus sylvatica L.) stoichiometry (C:N ratio) and moisture levels on gaseous emissions of NH3, NO, N2O and CO2. In particular we were interested in the temporal dynamics of emissions and whether these follow the nitrogen cascade (NH3→NO→ N2O). For this purpose samples from two Austrian deciduous forests exposed to different nitrogen pollution (Schottenwald (SW), Vienna and Ort (OR), Gmunden) were examined. Two experiments were performed; first to detect NH3 emission of the two litter types under different moisture levels over a period of ~ 80 hours (Experiment 1) and another Experiment to simulate three consecutive wetting and drying cycles for 80 hours each with one litter type (Experiment 2). Furthermore accompanying litter parameters (i.e. NH4+, NO3- concentrations, moisture, and pH were assessed. In Experiment 1 we could clearly distinguish higher NH3 emissions from samples with higher nitrogen content (SW) regardless of moisture levels. Furthermore, emissions decreased with progressing drying of the samples, and higher initial moisture levels promoted higher NH3 emissions within the same litter types. NO emissions decreased with decreasing moisture until zero. Carbon dioxide emissions started only 24 hours after wetting for the moister sample (80 %), peaked after 60 hours and then declined again. No CO2 – emissions were registered for the drier samples (20 %) which were believed to be under the threshold of microbial decomposition (30%). Uptake of N2O was registered at the end of the drying period for all samples. In Experiment 2 NH3 emissions started out highest after initial wetting and then decreased until rewetting, which seemed to boost emissions strongly. However, in spite of air conditioning we observed diurnal temperature variations in the chambers due to sun irradiation which likely amplified the wetting effects. Nitric oxide emissions decreased exponentially until emission stopped after 80 hours. After a lag phase of 24 hours CO2 emissions increased exponentially. Carbon dioxide emissions were boosted by rewetting events but declined over time. We found total NH3-emissions (967 µg NH3 - N m-2) of SW (60 % moisture) exceeded those of total NO emissions (520 µg NO - N m-2) over an incubation period of 250 hours. Concerning the nitrogen cascade we observed simultaneous emissions of both reduced (NH3) and oxidized (NO) nitrogen compounds shortly after litter wetting. Whereas NH3 emissions lasted throughout our experiments NO emissions declined before the onset of microbial respiration. Higher leaf litter N-concentration resulted in higher ammonia emissions, where higher moisture contents of samples may enhance ammonia volatilization through increased mineralization and amplified effects through evaporation. Within this thesis we clearly showed that NH3 emissions from deciduous leaf litter can contribute substantially to natural ecosystem fluxes.

Autor*innen

Helmut Haller

Haupttitel (Englisch)

Ammonia emissions from beech litter as source of reactive nitrogen gas in deciduous forests

Paralleltitel (Deutsch)

Ammoniakemissionen aus Buchenstreu als Quelle für reaktive Stickstoffgase in Laubwäldern

Publikationsjahr

2015

Umfangsangabe

99 S. : Illustrationen, Diagramme

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Sophie Zechmeister-Boltenstern

Klassifikation

42 Biologie > 42.91 Terrestrische Ökologie

AC Nummer

AC12730888

Utheses ID

35076

Studienkennzahl

UA | 066 | 833 | |

Detailansicht

Abstracts

Schlagwörter