Emissionen gasförmiger Stickstoff-Verbindungen (NH3 und N2O) aus Pflanzen in Abhängigkeit von der N-Versorgung und pflanzenartspezifischen Stoffwechseleigenschaften

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2007

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http://dx.doi.org/10.22029/jlupub-16932

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Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Höhe von Ammoniak (NH3)-Emissionen aus Pflanzen zu erfassen. Abschließend sollte es möglich sein, eine Wertung der aus der Literatur bekannten und diskutierten Diskrepanzen über die tatsächliche NH3-Freisetzung aus Pflanzen vorzunehmen. Darüber hinaus sollten die Faktoren weiter untersucht werden, welche die Höhe der NH3-Emissionen aus Pflanzen beeinflussen. Dabei galt es, die NH3-Freisetzung in Abhängigkeit von der N-Ernährung der Pflanzen sowie der angebotenen Nährionenart zu untersuchen. Ein weiteres Ziel war es, den aus der Literatur bekannten Zusammenhang zwischen NH3-Abgabe und physiologischer Entwicklung sowie den Einfluss stoffwechselspezifischer Eigenschaften auf die Abgabe von NH3 zu prüfen. Aufbauend auf diesen Ergebnissen sollte es möglich sein, eine Gesamtbeurteilung über pflanzliche NH3-Emissionen durchzuführen. Dabei sollte zum einen die Bedeutung der NH3-Verluste für die Pflanze selbst, zum anderen sollten auch umweltrelevante Aspekte berücksichtigt werden. Gegenstand der Arbeit war außerdem, der Frage nach dem Vorkommen weiterer gasförmiger N-Verluste (NOx, N2O) aus Pflanzen nachzugehen und deren Bedeutung in Bezug auf die N-Bilanz der Pflanzen aufzuzeigen. Die Gegenüberstellung der Ergebnisse aus der N-Bilanzierung und der Messergebnisse der Windtunnelmethode im N-Bilanzierungsversuch mit Sommerweizen gaben Anlass zur Annahme, dass nur die durch direkte Messung im Windtunnel erhobenen Daten die realen NH3-Emissionsverluste aus Pflanzen wiedergeben. Dadurch lassen sich auch die aus der Literatur bekannten Diskrepanzen über die tatsächliche NH3-Freisetzung aus Pflanzen deuten und gemäß den gewonnenen Erkenntnissen neu bewerten. Der N-Versorgungsgrad der Versuchspflanzen hatte deutlichen Einfluss auf die Höhe der NH3-Emissionen bei Weizen. Erhöhtes N-Angebot führte im allgemeinen zu erhöhten Gesamt-NH3-Emissionsverlusten. Überdies traten unter N-Mangel zeitweise auch negative Netto-NH3-Emissionen auf, was einer Aufnahme von NH3 entspricht. Die N-Angebotsform beeinflusste das NH3-Emissionsverhalten der Versuchspflanzen ebenfalls deutlich. Die Versorgung mit ausschließlich Ammonium-N führte sowohl bei Weizen als auch bei Ackerbohnen gegenüber der Versorgung mit ausschließlich Nitrat-N zu einer verstärkten Freisetzung von NH3.Über die Art der Nährionenversorgung wurde Einfluss auf den pflanzlichen Stoffwechsel mit entsprechenden Auswirkungen auf das NH3-Emissionsverhalten der Versuchspflanzen genommen. Sulfatbetonte Ernährung hatte gegenüber chloridbetonter Ernährung eine Reduktion der NH3-Emissionsverluste bei Weizen zur Folge. Alle erhobenen NH3-Emissionsdaten zeigten, dass die Höhe der NH3-Freisetzung stark an die Entwicklung und das Alter der Pflanzen gebunden ist. Daraus konnte abgeleitet werden, dass bestimmte physiologische Stoffwechselprozesse in verschiedenen Wachstumsphasen die Freisetzung von NH3 zur Folge haben. Wie die vergleichende Gegenüberstellung der NH3-Emissionen von Weizen und Mais ergab, emittierte Mais (C4-Pflanze) gegenüber Weizen (C3-Pflanze) deutlich geringere Mengen an NH3. In Nährlösungskulturversuchen waren bei Mais sogar überwiegend Phasen der Aufnahme von NH3 aus der Atmosphärenluft zu beobachten. Damit konnte die in der Literatur dargestellte These, die Photorespiration nehme in Bezug auf die Freisetzung von NH3 eine maßgebende Position ein, bestätigt werden. Zusätzlich wird Mais eine effektivere NH3-Assimilation (positiverer Nettoprozess) zugeschrieben. Bei Ackerbohnen traten gegenüber Weizen insgesamt höhere NH3-Emissionsverluste auf. Die vergleichende Gegenüberstellung mineralisch und symbiontisch ernährter Ackerbohnen ergab, dass die über die Symbiose mit Rhizobien erfolgte N-Versorgung der Pflanzen gegenüber NH4+-N-Ernährung einen leichten Anstieg der NH3-Freisetzung zur Folge hatte. Offen blieb, ob dabei eine weniger effektive N-Umsetzung oder der Prozess der N2-Fixierung über die Nitrogenase Ursache für dieses Ergebnis war. Die Ergebnisse zeigten, dass über pflanzenbauliche Maßnahmen Einfluss auf die NH3-Freisetzung aus Pflanzen genommen werden kann. Insbesondere die N-Ernährung beeinflusst die Abgabe von NH3. Dabei lagen die NH3-Emissionen insgesamt gesehen auf sehr niedrigem Niveau, so dass diese Art der NH3-Freisetzung weder in Bezug auf umweltrelevante Aspekte noch aus pflanzenphysiologischer Sicht von Bedeutung sein dürfte. Bei Weizen wurden Lachgas (N2O)-Flüsse bzw. -Konzentrationsveränderungen zwischen oberirdischem Pflanzenspross und umgebender Atmosphärenluft festgestellt. Bei Nitrat-N-Ernährung wurde grundsätzlich eine Abgabe von N2O beobachtet. Bei Ammonium-N-Ernährung traten Phasen der N2O-Abgabe und Phasen der N2O-Aufnahme auf. Die Konzentrationsveränderungen an N2O im oberirdischen Sprossbereich lagen allerdings nahe an der Nachweisgrenze. Trotzdem konnte gezeigt werden, dass die Versorgung mit Nitrat-N die Abgabe von N2O begünstigt.

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