Dataset to: Greenhouse gas emissions from Silphium perfoliatum and silage maize cropping on stagnosols
To achieve the desired greenhouse gas (GHG) mitigation from bioenergy, emissions from feedstock production need to be low. These emissions mainly consist of direct soil-borne GHG emissions during feedstock cultivation and indirect emissions from land use change caused by the competition between first-generation biomass and food production. Marginal land, such as low mountain ranges, is particularly suitable for feedstock production due to the small impact on indirect land-use change. However, the most common biomass crop in Europe, maize (Zea mays L.), does not achieve its full yield potential in cold, wet conditions. On such sites, cup plant (Silphium perfoliatum L.) could serve as an alternative to maize. As a perennial, cup plant provides soil protective benefits and many more versatile ecosystem services. To evaluate whether cup plant also provides nitrous oxide mitigation potential, a two-year field experiment was conducted to compare GHG emissions from cup plant and maize fields. GHG emissions were quantified using the closed chamber technique. Cup plant fields emitted on average 3.6±4.3 kg N2O-N ha-1 a-1 (-85%) less than maize fields. This corresponded to 74.0±94.1 g CO2-eq kWh-1 (-78%) less emissions per produced electrical power. However, the area (-34%) and nitrogen (-32%) productivity of cup plant were significantly lower than of maize. Hence, cup plant as a feedstock reduces direct field-derived GHG emissions compared with maize but, due to lower yields cup plant increases the risk of associated emissions from land-use change. Therefore, the increased sustainability of bioenergy from biogas by replacing maize with cup plant is heavily dependent on the performance of maize at these sites and on the ecosystem services of cup plant in addition to GHG savings.
Um die gewünschte Einsparung von Treibhausgasemissionen (THG) mit Bioenergie zu erreichen, müssen die THG-Emissionen die im Zusammenhang mit dem Biomasseanbau verursacht werden gering sein. Diese Emissionen setzen sich aus direkten THG-Feldemissionen während des Biomasseanbaus und den indirekten Emissionen aus der Landnutzungsänderung zusammen, die durch die Flächenkonkurrenz zwischen Biomasseanbau und Nahrungsmittelproduktion verursacht werden. Grenzertragsstandorte wie die deutschen Mittelgebirge eignen sich für den Biomasseanbau, da dort das Risiko für Emissionen aus indirekten Landnutzungsänderungen gering ist. Jedoch ist an diesen nasskalten Mittelgebirgsstandorten die häufigste Biomassekultur, der Silomais (Zea mays L.), ertragsschwach. Als Alternative zum Mais könnte an solchen Standorten die Durchwachsene Silphie (Silphium Perfoliatum L.) dienen. Als eine mehrjährige Kultur bietet die Durchwachsene Silphie diverse Ökosystemdienstleistungen und trägt besonders zum Bodenschutz bei. Um zu bewerten, ob der Anbau der Durchwachsene Silphie auch das Potenzial hat direkte Lachgasemissionen (N2O) einzusparen im Vergleich zum Mais, wurde ein zweijähriger Feldversuch durchgeführt. Die THG-Emissionen wurden mit der Closed-Chamber-Technik quantifiziert. Silphieflächen emittierten durchschnittlich 3,6 ±4,3 kg N2O-N ha-1 a-1 (-85%) weniger als Maisflächen. Dies entsprach 74,0 ±94,1 g CO2-eq kWh-1 (-78%) weniger Emissionen pro erzeugter Einheit elektrischer Energie. Allerdings waren die Flächen- (-34%) und die Stickstoff- (-32%) Produktivität der Durchwachsenen Silphie deutlich geringer als im Mais. Daher reduziert der Anbau der Durchwachsenen Silphie die direkten THG-Feldemissionen im Vergleich zum Mais, erhöht jedoch aufgrund der niedrigeren Erträge das Risiko von Emissionen aus Landnutzungsänderungen. Daher hängt das THG-Einsparpotenzial der durchwachsenen Silphie neben den direkten THG-Feldemissionen auch vom Ertragspotenzial des Maises an den gewählten Standorten ab.
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