Original paper

Geomorphology – key regulator of net methane and nitrous oxide fluxes from the pedosphere

Jungkunst, Hermann F.; Fiedler, Sabine

Zeitschrift für Geomorphologie, NF Volume 49 Issue 4 (2005), p. 529 - 543

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published: Dec 29, 2005

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ArtNo. ESP022004904012, Price: 29.00 €

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Abstract

The scientific Global Change debate is hampered by the insufficient knowledge of “greenhouse gas” fluxes. Thereby, extrapolations of global warming potentials of soil derived trace gas fluxes are sources of greatest uncertainties. At single ecosystems gas fluxes still show highly variable thus hardly predictable fluxes. Our main thesis was that geomorphology helps to explain much of the variability even at this detailed scale, i. e. under rather uniform ecological condition as seen from the surface. This thesis was tested at a site in Wildmooswald (Black Forest/SW-Germany) where recently soil individual fluxes were identified, but not the cause of the formation of such diverse and mainly hydromorphic pedosphere. The idea was that the periglacial slope deposits including a water-logging layer form a more complex relief than the present rather uniform relief. Thus explaining the diverging soil water and gas balances. The water-logging layer was mapped by a regular auger grid (2520 m). The Global Warming Potential (CH4, N2O) was calculated by gas specific warming potential and area proportion of each soil type. Upper and lower relief were not congruent, thus the relief of periglacial slope deposits is explaining the spatial variability of N2O and CH4 emissions. The study field emitted 1,059 kg of CO2 equivalents ha a–1 in average, whereas most estimates not considering the spatial distribution of the periglacial slope deposits would be around 355 kg not capable of explaining measured high spatial variability.

Kurzfassung

Geomorphologie – der bestimmende Faktor für netto Methan- und Lachgas-Flüsse aus der Pedospäre. – Die wissenschaftliche Diskussion um den Klimawandel leidet stark unter den fehlenden Kenntnissen über die Emissionsstärken der so genannten „Treibhausgase“. Großen Anteil hieran hat die Abschätzung bodenbürtiger Spurengasflüsse. Eine hohe räumliche Variabilität der Flüsse, selbst innerhalb augenscheinlich einheitlicher Ökosysteme, erschwert die Extrapolation vom Punkt zur Fläche. In der vorliegenden Studie sollte geprüft werden, inwiefern Kenntnisse über die Geomorphologie dazu betragen können, ökosysteminterne Variabilitäten zu erklären. Untersucht wurden 6,53 ha im „Wildmooswald“ (Südlicher Schwarzwald) mit bekannten bodentypenspezifischen Flüssen, deren Ursache bislang ungeklärt war. Es wurde angenommen, dass aufgrund periglaziärer Schuttdecken ein komplexes unterirdisches Relief entstanden ist, welches nicht durch das rezente Relief abgebildet ist. Dieses unterirdische Relief, insbesondere dessen stauende Schicht, führt zu stark variierenden Wasser- und Gashaushalten (biogeochemischen Bedingungen) der unterschiedlichen Böden. Die wasserstauende Schicht wurde mittels eines regelmäßigen Bohrstockrasters kartiert. Das globale Erwärmungs-Potential (CH4, N2O) wurde mittels gasspezifischem Erwärmungspotentials (wird in CO2 Äquivalente ausgedrückt) und Flächenanteilen der einzelnen Ursache für die räumliche Variabilität der Lachgas- und Methanflüsse erkannt werden. Für das Messfeld wurde eine durchschnittliche Emission von 1.059 kg ha–1 a– CO2 Äquivalente ermittelt. Entsprechend der bislang gängigen Verfahren würden ohne Berücksichtigung der räumlichen Anordnung der periglaziären Schuttdecken – und des damit variierenden Wasserhaushaltes – Abschätzungen um 355 kg resultieren, ohne die gemessene hohe räumliche Variabilität erklären zu können.

Keywords

nitrous oxidepedosphereatmosphere