Ziel der Arbeit ist die Gesamtbilanzierung der Treibhausgasemissionen eines Anbausystems unter Bewässerung auf einem Sandboden. Die dazu aufgestellte Treibhausgasbilanz basiert auf langjährigen Datenreihen zu Erträgen und Corg-Vorräten eines Dauerfeldversuchs sowie auf zweijährigen im Feldversuch durchgeführten N2O-Messungen. Die durchgeführten Untersuchungen zum Einfluss der Bewässerung auf die Corg-Vorräte zeigen, dass der Einsatz von mineralischem Stickstoffdünger und Bewässerung auf einem leichten Standort unter den klimatischen Bedingungen Nord-Ost-Deutschlands positive Effekte hat. Die N2O-Emissionen eines Sandbodens unter den klimatischen Bedingungen Brandenburgs sind sehr niedrig. Die Applikation von mineralischem Stickstoffdünger hat nur schwache und Bewässerung hat aufgrund der der hohen Bodendurchlüftung des Sandbodens keine Effekte auf die Höhe der N2O-Emissionen. Die direkten und indirekten Emissionen aus dem Maschinen- und Betriebsmitteleinsatz erhöhen sich bei Bewässerung und steigender Stickstoffdüngung deutlich. Bei den indirekten Treibhausgasemissionen nehmen die Emissionen der Herstellung des mineralischen Stickstoffdüngers einen bedeutenden Anteil der Gesamttreibhausgasemissionen ein. Bewässerung führt durch den erhöhten Dieselverbrauch hauptsächlich zu einer Erhöhung der direkten Emissionen. Unter Bewässerung kann jedoch ein Teil der Emissionen durch zunehmende Corg-Vorräte kompensiert werden. Somit sind in einigen Fällen die Gesamttreibhausgasemissionen pro Hektar bei Bewässerung geringer als ohne Bewässerung. Die aus Stickstoffdüngung und Bewässerung resultierenden Ertragserhöhungen führen dazu, dass die Gesamttreibhausgasemissionen bezogen auf die Ertragseinheit in den meisten bewässerten Varianten deutlich geringer sind als in den unbewässerten. Daraus lässt sich ableiten, dass Bewässerung auf einem Sandboden zu einer Verminderung der Treibhausgasemissionen beitragen kann. / The aim of this work is the estimation of the net greenhouse gas emissions by a greenhouse balance for an irrigated cropping system on a sandy soil in north-east Germany under various nitrogen fertilizer intensities. The balances are based on data of yields and SOC stocks of an irrigated long term field experiment as well as on results of N2O-measurements over two years. The results of the analysis of the long term response of irrigation and nitrogen fertilization have shown that irrigation and mineral nitrogen fertilization led to significant increases in yields and harvest residues. The increased carbon inputs from above ground harvest residues had positive effects on the SOC stocks. The results of N2O measurements indicated that N2O emissions from a sandy soil are very low. Mineral nitrogen fertilization had only marginal effects. Irrigation showed no effects on the amount of N2O emissions. On the one hand the analysis of the prepared greenhouse gas balances showed that irrigation and increased nitrogen fertilization lead to a strong increase of direct and indirect emissions from machinery and maintenance resource use. The indirect emissions of nitrogen fertilizer production took up a main part of the net greenhouse gas emissions. Irrigation mainly increased greenhouse gas emissions of fuel use and fuel production as well as the emissions of the machinery production. On the other hand the increasing SOC stocks especially in the fertilized variants under irrigation led to a compensation of a huge part of the additional emissions. Thus, in many cases the net greenhouse gas emissions per unit area was lower under irrigation. Due to the increased yields under irrigation the net greenhouse gas emissions per unit yield were lower than that under non-irrigated conditions.

In Anbetracht des Kompromisses zwischen der Erzielung des höchsten Gewinns und der geringsten Umweltbelastung ist ein tiefes Verständnis der ökonomischen Folgen der Stickstoff (N) Düngung erforderlich. Die vorliegende Doktorarbeit liefert umfassende Einblicke in (i) die Auswirkungen des standortspezifischen N-Managements (SSNM) auf die Rentabilität und Risikominderung, (ii) die Auswirkungen von Unsicherheiten und Risikoeinflüssen auf optimale N-Düngergaben und (iii) das Potenzial und die Kosten der Vermeidung von Treibhausgas (THG) Emissionen durch N-Düngereduktion. Ein Modellierungsansatz wurde entwickelt, um die Wirkung von Ertrag und Proteingehalt, Wirtschafts- und Risikoauswirkungen sowie THG-Emissionen auf die N-Düngung zu simulieren. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass SSNM die Wirtschaftlichkeit verbessert, indem es eine höhere Weizenqualität und damit Preisprämien erzielt. SSNM reduziert das Risiko, die Backqualität nicht zu erreichen, und es gibt keine wesentlichen Nachteile beim Verlustrisikomanagement im Vergleich zum einheitlichen Management. Preisprämien für eine höhere Weizenqualität bieten Anreize für höhere N-Düngergaben. Prämien verflachen die Gewinnfunktion weiter, was unzureichende Argumente für eine Absenkung des N-Inputs aus der Wirtschaftlichkeitssicht liefert, selbst bei einer hohen Risikoaversion der Landwirte. Eine moderate Reduzierung der mineralischen N-Düngung kann die THG-Emissionen bei moderaten Opportunitätskosten mindern. Die THG-Vermeidung durch N-Düngereduktion in einer bestimmten Region kann unter Berücksichtigung kultur- und ertragszonenspezifischer Ertragswirkungen optimiert werden. Insgesamt liefert diese Arbeit wichtige Erkenntnisse über die Chancen und Nachteile der Anpassung der N-Düngergaben. Darüber hinaus leistet sie einen direkten Beitrag zur Identifizierung von kosten- und risikoeffizienten N-Managementoptionen und bildet die Grundlage für effektive politische Ansätze zur THG-Vermeidung durch selektive N-Düngereduktion. / Considering the tradeoff between achieving the highest profit and causing the lowest environmental impact, there is a need for a profound understanding of the economic consequences of nitrogen (N) fertilizer application. The present doctoral research provides comprehensive insights into (i) effects of site-specific N management (SSNM) on profitability and risk mitigation; (ii) impacts of uncertainties and risk implications on optimal N fertilizer rates; and (iii) potential and costs of mitigating greenhouse gas (GHG) emissions by N fertilizer reduction. A modelling approach was developed to simulate the response of yield, protein, economic and risk implications, and GHG emissions to N fertilizer application. Findings of the thesis show that SSNM improves profitability by achieving higher grain quality, thus, price premiums. SSNM reduces the risk of not reaching the baking grain quality and poses no considerable disadvantage on downside risk management compared to uniform management. Price premiums for higher wheat quality provide incentives for higher N input rates. Premiums further flatten the profit function, giving insufficient arguments for lowering N input from a farm profitability perspective, even in presence of high risk aversion of farmers. Moderate reduction of mineral N fertilizer can mitigate GHG emissions at moderate opportunity costs. GHG mitigation by N fertilizer reduction in a given region can be optimized considering crop and yield-zone-specific yield responses. Overall, this thesis provides important insights on chances and drawbacks of adjusting N fertilizer rates. Moreover, it makes a direct contribution in identifying cost- and risk-efficient N management options and provides a basis for effective policy approaches to reduce GHG emissions by selective N fertilizer reduction.