While breeding for increased oil yield has generated new lines of spring canola (Brassica napus L.) for biodiesel production, emissions of N2O from fertilized canola fields threaten to undermine the climate change mitigation benefits of canola as a biodiesel alternative to conventional diesel. This study determined the response of N2O emissions to canola line and N treatment in a maritime setting (Truro, Nova Scotia). Tissue N uptake was measured to determine whether differences in N uptake between the lines could explain any observed effect of canola line. Nitrate Exposure (the summation of daily soil NO3- concentrations over a growing season, serving as an integrated measure of the exposure of soil biomass to nitrate over the growing season) was determined to investigate its potential as a predictor of N2O emissions. Four spring canola lines (‘Topaz’, ‘Sentry’, ‘Polo’, and 04C204, in order of increasing seed oil content) were paired with five N treatments (40, 60, 80, 100, and 120 kg N ha-1) in an incomplete two-factor factorial design over two growing seasons (2008 and 2009). N2O emissions were determined using a non-steady state vented chamber method. N2O emissions peaks closely followed increases in soil water content in both years, indicating that limited aerobicity was the trigger for N2O emissions events, and suggesting that denitrification was the predominant microbial process responsible for N2O emissions. The magnitude of average N2O emissions both years was considerably low when compared to other studies (0.55 and 0.56 kg N2O ha-1 in 2008 and 2009 respectively). Increasing N treatment resulted in significantly increased N2O emissions in 2008. Though the same trend was observed in 2009, it was not found to be significant. Differences in weed cover, soil C, soil N supplying capacity, and elevation between the sites may have contributed to the inability to detect an N2O emissions response to N treatment in 2009. Canola line had no effect on N2O emissions in either study year, though heavy competition by weeds significantly affected canola plant health and survival in 2009. Tissue N uptake increased with increasing N treatment, but did not change with choice of line, which is consistent with the observation of no N2O emissions response to line. Nitrate Exposure was found to be strongly correlated with N2O emissions in a linear relationship, supporting the conclusion that Nitrate Exposure can be a promising indicator of N2O emissions when they are limited by soil N. Finally, FluxPerOil, the ratio of N2O emissions per unit oil yield (kg N2O kg-1 oil) was found to decrease with decreased N treatment in 2008, though only very little, indicating a marginal abatement of N2O emissions at a significant cost of oil. FluxPerOil was unreliable in 2009 due to weeds compromising the line effect and therefore oil yield.

A field experiment was carried out in Ontario, Canada to compare independently measured soil N2O profile concentration and surface N2O flux measurements overwinter and at spring thaw, to estimate the soil N2O content accumulation overwinter, and to estimate the magnitude of the contribution of the physical release of trapped N2O to surface fluxes at spring thaw. Gas samples at various depths were taken and N2O concentrations determined, soil profile gaseous N2O content was calculated by estimating the air-filled pore-space from soil condition measurements, and soil aqueous N2O content was calculated using liquid water content measurements and applying Henry’s Law. Soil N2O content was found to reach a maximum of ~25 mg N2O m-2, and by comparing changes in soil N2O content to surface fluxes measured using the micrometeorological flux-gradient technique, the physical release of previously produced N2O was estimated to contribute up to 47% of spring thaw N2O surface fluxes.

A two-year field study and two incubation studies were conducted to evaluate incorporating urea with a urease and nitrification inhibitor to reduce N2O and N losses from fall banded fertilizer. In each year of the field experiment, five fertilizer treatments (fall banded NBPT-DCD urea, conventional urea, calcium nitrate, spring banded conventional urea and control) were applied at three sites. The effect of incorporating urease and nitrification inhibitors with urea was not consistent in our studies. The application of fall banded NBPT and DCD did not result in greater agronomic performance. Moreover, the addition of inhibitors to urea did not reduce nitrous oxide emissions in the field. The addition of inhibitors resulted in significantly less cumulative nitrous oxide emissions compared to conventional urea in only one of two laboratory experiments. In conditions where fertilizer was not generally susceptible to large losses, the effects of urease and nitrification inhibitors may not be evident.

Through the 21st century, global-mean stratospheric ozone abundances are projected to increase due to decreasing chlorine and bromine concentrations (as a consequence of the Montreal Protocol for Substances that Deplete the Ozone Layer), and continued CO₂-induced cooling of the stratosphere. Along with CO₂, anthropogenic emissions of the greenhouse gases N₂O and CH₄ are projected to increase, thus increasing their atmospheric concentrations. Consequently, reactive nitrogen species produced from N₂O and reactive hydrogen species produced from CH₄ are expected to play an increasingly important role in determining stratospheric ozone concentrations. Chemistry-climate model simulations were performed using the NIWA-SOCOL (National Institute of Water and Atmospheric Research - SOlar Climate Ozone Links) model, which tracks the contributions to ozone loss from a prescribed set of catalytic cycles, including the ozone-depleting nitrogen and hydrogen cycles, over latitude, longitude, pressure and time. The results provide a comprehensive picture of how stratospheric ozone may evolve through the 21st century under a range of greenhouse gas emissions scenarios, and quantitatively extend concepts that had previously been understood only qualitatively.

<p> Eine Hauptquelle des vom Menschen verursachten klimaschädlichen Distick-stoffoxids (N₂O), das auch Lachgas genannt wird, sind landwirtschaftliche Böden. Im Hinblick auf die ansteigende Weltbevölkerung ist mit einer Erhöhung der landwirtschaftlichen Produktion zu rechnen - mit weitreichenden Auswirkungen auf den Stickstoffkreislauf. Allerdings sind noch immer nicht alle Stickstoffflüsse und Umbauprozesse in Böden bis ins Detail verstanden, im Speziellen die Denitrifikation als einer der Schlüsselprozesse. Bei der Denitrifikation wird Nitrat (NO₃^-) über Nitrit (NO2-) und Stickstoffmonoxid (NO) zu N₂O und schließlich zu Di-Stickstoff (N₂) umgesetzt, wobei N₂O parallel entstehen und verbraucht werden kann. Die Politik befasst sich angesichts des Klimawandels und dessen Folgen mit Maßnahmen zur Reduzierung der Treibhausgase gerade im Agrarbereich. Um die Emissionen von Klimagasen vorhersagen zu können, werden prozessbasierte Modelle verwendet, die mit Hilfe von Feldstudien eingeschätzt und verbessert werden sollen. Weiterhin können beispielsweise Isotopomermessungen dazu beitragen, die N₂O- Prozesse im Boden besser zu verstehen. </p> <p> Diese Arbeit beinhaltet verschiedene Untersuchungsergebnisse zum Thema „N₂O- Emissionen landwirtschaftlicher Böden“ und liefert hilfreiche Informationen, die dazu beitragen, die Wissenslücke bezüglich der N₂O- Prozesse und deren Einflussfaktoren zu füllen. </p> <p> In einer ersten Teilstudie wird der Langzeiteffekt unterschiedlicher Bodenbearbeitung (pflugbasiert vs. pfluglos) einerseits auf die Vorräte und die Verteilung organischen Kohlenstoffs und des Gesamtstickstoffs und andererseits auf die Jahresemission von N₂O und die jährliche Methanaufnahme beschrieben und diskutiert. Dabei sollte insbesondere untersucht werden, wie sich die Bearbeitung auch auf die Variation der Gasflüsse und auf die Faktoren, die die zeitliche und räumliche Variabilität bedingen, auswirkt. </p> <p> Zusätzlich wurden mit dem „Denitrification- Decomposition“-Modell (DNDC) die bei den Feldversuchen erfassten N₂O-Emissionen und Ernteerträge der zwei Bearbeitungsvarianten modelliert. Damit sollte die Eignung des Modells im Hinblick auf die Beschreibung und Vorhersagbarkeit der Emissionen und Erträge der unterschiedlich bewirtschafteten Böden getestet werden. </p> <p> Des Weiteren werden zwei Laborexperimente zur Identifizierung von Produktions- und Reduktionsprozessen des N₂O während der Denitrifikation in Ackerböden mit Hilfe stabiler Isotope präsentiert. Der erste Versuch zielte durch die zeitgleiche Erfassung der N₂O- Produktion und -Reduktion darauf ab herauszufinden, ob die Isotopensignaturen des emittierten N₂O unter der nicht-homogenen NO₃^-- und Denitrifikationsverteilung im Boden geeignet sind, die involvierten Prozesse besser zu beschreiben. </p> <p> Der zweite Versuch sollte neben dem Einfluss der initialen Bodenfeuchte auf die N₂- und N₂O- Flüsse auch dazu dienen festzustellen, inwieweit die Isotopensignaturen des emittierten N₂O und des NO₃^- im Boden die N₂-Flüsse und das Verhältnis von N₂O/N₂ widerspiegeln und ob die Isotopensignaturen des N₂O als Werkzeug zur Untersuchung der Denitrifikation im Boden geeignet sind. </p> <p> Für die Untersuchung des Einflusses der Bodenbearbeitung wurden die Versuchsstandorte Garte Süd und Hohes Feld bei Göttingen ausgewählt. Die lössbasierten Parabraunerden unterliegen seit über 40 Jahren der konventionellen (pflugbasierten) und der reduzierten (pfluglosen) Bodenbearbeitung, mit den jeweiligen Bearbeitungstiefen von 25 bis 28 und 5 bis 8 Zentimetern. Über einen Zeitraum von zwei Jahren wurden die N₂O- und Methan- Flussraten mittels Haubenmethode sowie einige Bodenparameter (Wassergehalt und mineralischer Stickstoffgehalt) wöchentlich gemessen und Wetterdaten (Temperatur und Niederschlag) täglich erfasst. Zusätzlich wurde zu Beginn der Untersuchung eine Bodeninventur durchgeführt. Ernteerträge wurden getrennt für die Flächen, Jahre und Bodenbearbeitungsvarianten bestimmt. </p> <p> Für die Modellierung wurde ein Testmodel, basierend auf der Parametrisierung einer Variante der ersten Teilstudie (Garte Süd, pflugbasiert) generiert, welches die erfassten Daten (N₂O-Emissionen, Erträge, Bodenwasserdynamik) am besten beschrieben hat. Diese Parametrisierung wurde dann an den anderen Varianten als zurückblickende Simulation angewendet. </p> <p> Die beiden Laborversuche fanden in England am Institute of Grassland and Environmental Research, North Wyke, statt. Mit Hilfe eines speziellen Denitrifikations-Inkubationssystems unter Ausschluss des N₂ wurden zwölf mit Ackerboden gefüllte Zylinder eingebaut und nach Über- und Durchströmen mit einem Helium/Sauerstoff Gemisch wurde Glukose (400 kg C ha-1) und Kaliumnitrat (75 kg N ha-1) bei einem wassergefüllten Porenvolumen von 85% über ein mittig angebrachtes zweites Gefäß von oben zugegeben. Nach 7,5 Tagen wurde statt des Helium/Sauerstoff Gemisches reines Helium verwendet, um eine vollständige Denitrifikation zu gewährleisten. Die Gasflüsse (N₂O, N₂ und Kohlenstoffdioxid) und Isotopensignaturen (&delta;¹⁸O-N₂O, &delta;¹⁵N^bulk-N₂O, &delta;¹⁵N^&alpha;, &delta;¹⁵N^&beta; und die ¹⁵N Positionspräferenz) des emittierten N₂O wurden über einen Zeitraum von 13 Tagen erfasst. </p> <p> Bei dem zweiten Laborversuch wurde ein Teil der Bodenproben bei trockenen (20% wassergefülltes Porenvolumen), der andere Teil bei deutlich feuchteren Bedingungen (75% wassergefüllter Porenvolumen) über einen Zeitraum von vier Wochen vorinkubiert. Anschließend wurden alle Proben auf denselben hohen Wassergehalt (85% wassergefülltes Porenvolumen) eingestellt, in die Versuchsanlage eingebaut, unter Helium/Sauerstoff Atmosphäre gesetzt. Nach Zugabe von Glukose (400 kg C ha-1) und Kaliumnitrat (75 kg N ha-1) (90% wassergefülltes Porenvolumen) wurden die Gasflüsse und Isotopensignaturen analog zum ersten Versuch zehn Tage lang untersucht. In diesem Versuch wurde nach sechs Tagen die Sauerstoffzufuhr gestoppt. </p> <p> Die Ergebnisse der ersten Studie ergeben, dass die jährlichen N₂O-Flüsse und Methan-Aufnahmen der untersuchten Ackerböden mehr von den Bodeneigen-schaften, dem Klima und der Bewirtschaftung abhingen als vom Bearbeitungs- system. Winteremissionen machten bis zu 50 Prozent der jährlichen N₂O-Emissionen aus und die Jahresemissionen spiegeln die Unterschiede der Jahresniederschläge wieder. Außerdem hat sich das jahrzehntelange Pflügen auf die Verteilung des organischen Kohlenstoffs im Bodenprofil ausgewirkt, jedoch nicht auf den Gesamtkohlenstoffvorrat der gepflügten und minimal bearbeiteten Flächen. Unterschiede der Gesamtkohlenstoffvorräte zwischen den Flächen lassen sich auf den unterschiedlichen Tongehalt zurückführen. </p> <p> Die standortspezifische Kalibration hat sich als essenzielle Voraussetzung für die Modellierung der N₂O-Flüsse und Ernteerträge herausgestellt. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass die Kalibration mit experimentellen Daten und verfügbaren Literaturangaben zu annähernder Übereinstimmung zwischen modellierten und gemessenen Erträgen und den jährlichen N₂O- Emissionen geführt hat. Es wurden jedoch große Abweichungen bezüglich der modellierten und gemessenen N₂O-Emissionen im Jahresverlauf festgestellt. Die Pedotransferfunktionen das Denitrifikationsteilmodell des verwendeten DNDC Modells bedürfen daher weiterer Verbesserungen. </p> <p> Die dritte Studie legt dar, dass die N₂O- Isotopologen den zeitlichen Verlauf der beobachteten N₂O- und N₂-Flüsse widerspiegelten und hilfreiche Prozess-informationen lieferten. Die eindeutige Identifizierung der Quellprozesse wurde durch das Auftreten mehrerer Faktoren behindert und konnte abschließend nicht aufgeklärt werden. Dennoch wies der zeitgleiche Anstieg der 15N-Positions-präferenz und der &delta;¹⁸O-N₂O-Signaturen auf die N₂O-Reduktion zum N₂ hin. </p> <p> Der bedeutende Einfluss der Wiederbefeuchtung eines Bodens auf die N₂O-Emissionen belegt die vierte Studie. Der Versuchsansatz zeigt, dass das zeitgleiche Erfassen von N₂- und N₂O-Flüssen und der Isotopensignaturen von NO₃^- und N₂O zusammen mit der Modellierung der Isotopenfraktionierung Einblicke in die räumliche Verteilung von N Spezies und der mikrobiellen Aktivität im Boden erlaubt. </p> <p> Insgesamt bleibt festzuhalten, dass sich kein genereller Einfluss der betrachteten Bodenbearbeitungssysteme auf den Nettoaustausch des N₂O gezeigt hat und dass die Modellierung der N₂O-Gesamtemissionen der zwei Bodenbearbeitungs-systeme mit den gemessenen Werten übereinstimmte. Die Nutzung stabiler Isotope hat das Verständnis der N₂O-Produktions- und -Verbrauchsprozesse verbessert und die initialen Feuchtebedingungen haben die Emissionen und die Isotopensignaturen während der Denitrifikation in einem Ackerboden beeinflusst. </p>

A two-year field study and two incubation studies were conducted to evaluate incorporating urea with a urease and nitrification inhibitor to reduce N2O and N losses from fall banded fertilizer. In each year of the field experiment, five fertilizer treatments (fall banded NBPT-DCD urea, conventional urea, calcium nitrate, spring banded conventional urea and control) were applied at three sites. The effect of incorporating urease and nitrification inhibitors with urea was not consistent in our studies. The application of fall banded NBPT and DCD did not result in greater agronomic performance. Moreover, the addition of inhibitors to urea did not reduce nitrous oxide emissions in the field. The addition of inhibitors resulted in significantly less cumulative nitrous oxide emissions compared to conventional urea in only one of two laboratory experiments. In conditions where fertilizer was not generally susceptible to large losses, the effects of urease and nitrification inhibitors may not be evident.

Thesis (Ph.D.)--University of Tulsa, 1990. / Bibliography: leaves 123-126.

Thesis (M.S. - Soil, Water, and Environmental Science)--University of Arizona. / Includes bibliographical references (leaves 60-62).

Thesis (Ph. D.)--University of Nevada, Reno, 2008. / "August, 2008." Includes bibliographical references (leaves 109-115). Online version available on the World Wide Web.

Thesis (Ph. D.)--University of California, San Diego, 1998. / Vita. Includes bibliographical references.