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A regionally disaggregated inventory of nitrous oxide emissions from agricultural soils in Germany – a GIS-based empirical approach
Nitrous oxide (N2O) is a potent greenhouse gas, which has to be included in national inventories because it is contributing to global warming. It primarily originates from agriculturally managed soils. These represent area sources, which are much more difficult to account for than point sources, such as power plants or industrial sources. The Intergovernmental Panel on Climate Change provides a default emission factor but also the plea for more sophisticated ways of calculating N2O emissions from agricultural land use, in particular from industrialized nations. To fulfill this plea, already some approaches developed for use in Germany and elsewhere, which are more process based to a certain degree, have been published. However, these predominately require a high information input for model runs and site-specific calibration. In the present paper, we demonstrate the advantage of an empirical approach. This contribution introduces an approach for estimating N2O emissions in a regionally disaggregated manner by calculating emission factors based on 86 empirical measurements of N2O fluxes. These emission factors are calculated separately for distinct regions of Germany based on climate characteristics (precipitation and days of frost) and soil aeration. By combining these calculated emission factors with datasets on land use, nitrogen input, climate characteristics and soil, the N2O emission fluxes for Germany are estimated in a spatially disaggregated manner at the county (Landkreis) level, only accounting for agricultural land use and excluding forest and urban areas. This approach yields an emission estimate of 53.38 Gg N2O−N. For comparison purposes, this contribution also estimates N2O emissions using a spatially disaggregated version of the IPCC guidelines to determine emissions for the national greenhouse gas inventories, which results in an estimated emission of 35.70 Gg N2O−N for Germany. The results of these emission estimates suggest that the N2O emissions from agricultural land use are underestimated in the official national greenhouse gas inventory if the simple, single-emission-factor based method is used.
Lachgas (N2O) ist ein starkes Treibhausgas, das zur Erderwärmung beiträgt und in nationalen Treibhausgasinventaren berücksichtigt werden muss. Es entsteht hauptsächlich in landwirtschaftlich genutzten Böden. Diese Flächenquellen sind deutlich schwerer zu berücksichtigen als Punktquellen wie Industrie oder Kraftwerke. Das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) gibt einen Standard-Emissionsfaktor vor, bittet aber auch um ausgefeiltere Methoden, N2O-Emissionen aus landwirtschaftlichen Böden zu berechnen, insbesondere für industrialisierte Nationen. Aufgrund dessen gibt es einige Ansätze für Deutschland, die zu einem gewissen Grad prozessorientiert sind, allerdings große Mengen an Eingabeinformationen für Modellläufe und ortsspezifische Kalibrierung benötigen. Hier präsentieren wir die Vorteile eines empirischen Ansatzes. Dieser Beitrag stellt einen Ansatz vor, der es ermöglicht, N2O-Emissionen räumlich disaggregiert abzuschätzen. Dies wird durch die Ermittlung von Emissionsfaktoren anhand von 86 Messreihen über N2O-Flüsse ermöglicht. Die Emissionsfaktoren werden jeweils für eindeutig über klimatische Charakteristika bzw. den Status der Bodendurchlüftung abgegrenzte Regionen Deutschlands bestimmt. Indem diese Emissionsfaktoren mit Datensätzen über Landnutzung, Stickstoffeintrag, Klimacharakteristika und Bodeneigenschaften verknüpft werden, können N2O-Emissionsflüsse für Deutschland regional disaggregiert auf Kreisebene abgeschätzt werden. Dabei wird nur landwirtschaftliche Landnutzung berücksichtigt, Wald- und Siedlungsflächen werden ignoriert. Dieser Ansatz schätzt die Emissionen auf 53.38 Gg N2O−N. Für Vergleichszwecke wird auch eine Methode vorgestellt, die die Vorgaben des IPCC zur Erstellung nationaler Treibhausgasinventare für N2O-Emissionen aus landwirtschaftlich genutzten Böden räumlich disaggregiert umsetzt, dies resultiert in einer Schätzung von 35.70 Gg N2O−N-Emissionen für Deutschland. Die Gesamtsumme der abgeschätzten N2O-Emissionen deutet darauf hin, dass die N2O-Emissionen aus landwirtschaftlich genutzten Böden in Deutschland im nationalen Treibhausgasinventar deutlich unterschätzt werden, wenn die einfache auf einem Emissionsfaktor basierende IPCC Methode genutzt würde.
