Sickerwasserqualität & Stoffbilanzen · Klinck et al.: 20 Jahre BDF-F Niedersachsen - Sickerwasserqualität & Stoffbilanzen ID Standort Art a EKl UZ Bodentyp NZ GWBU Göttinger Wald

20 Jahre BDF Niedersachsen

Sickerwasserqualität & StoffbilanzenU. Klinck, A. Fier

P. Rademacher, H. Meesenburg, B. Scheler, M. Wagner, S. Fleck, B. Ahrends, K.J. MeiwesH. Höper, W. Schäfer, H. Wallrabenstein, M. Haßdenteufel

Kap.: Stoffkonzentrationen im SickerwasserKap.: Stoffausträge mit dem Sickerwasser

(Kap.: Ökosystembilanzen auf forstwirtschaftlich genutzten Flächen)

Acker vs. Forst

Klinck et al.: 20 Jahre BDF-F Niedersachsen - Sickerwasserqualität & Stoffbilanzen

niedrighochSickerwasserrate

Trinkwassergewinnung, Erholungsraum, Lebensraumfunktion

zusätzliche Funktionen

seltenhäufigDüngung / Kalkung

ganzjährigperiodischBodenvegetation

seltenhäufigBefahrung

auf Rückegassen beschränktim Bereich des Gewendes und der Fahrspuren hoch

Bodenverdichtung

ggf. vor Pflanzung, ansonsten nichthäufigBodenbearbeitung

niedrighochNutzungsintensität

dauerhaft und tief reichendperiodischDurchwurzelung

seltenhäufigKulturartenwechsel

ausgeprägtes Makroporensystem, gute Durchlüftung, ausgeprägte

Humusauflagen

mächtiger humoser Oberboden, der sich zum Unterboden scharf abgrenzt,

keine Humusauflagen

Boden

dort, wo landwirtschaftliche Nutzung unrentabel

dort, wo rentabel und nicht andere Nutzungen vorrangig

Standorte

ForstAcker

Methodik


© Fleck

© Meesenburg

9 Intensiv-BDF-F + 2 assoziierte Flächen� 4 Flächen mit Buche: GWBU, HABU, LSBU, SLB1� 1 Fläche mit Eiche: EHEI� 4 Flächen mit Fichte: LBKA, LBNH, LBSH, SLF1� 2 Flächen mit Kiefer: AUKI, FUKI

Methodik

9 Intensiv-BDF-F + 2 assoziierte Flächen� 4 Flächen mit Buche: GWBU, HABU, LSBU, SLB1� 1 Fläche mit Eiche: EHEI� 4 Flächen mit Fichte: LBKA, LBNH, LBSH, SLF1� 2 Flächen mit Kiefer: AUKI, FUKI

Zeitraum: 1990-2009

Wasserhaushaltsmodelle� LWF-BROOK90 (Hammel & Kennel 2001)� SIMPEL (Hörmann 1997)

Stoffbilanz+ Deposition+ (Silikatverwitterung)

- Sickerwasseraustrag- (Nettonährstoffaufnahme)

Nutzungsszenarien� ohne Nutzung� Derbholz-Nutzung� Vollbaum-Nutzung


© Fleck

© Meesenburg


ID Standort Art a EKl UZ Bodentyp NZ

GWBU Göttinger Wald Buche 144 0.6 140 Terra fusca-Rendzina 5

LSBU Unterlüß Buche 131 2.3 150 Podsol-Braunerde 3

SLB1 Solling Buche 162 3.1 150 podsolige Braunerde 4-

EHEI Ehrhorn Eiche 130 1.9 180 podsolige Braunerde 3+

LBKA Lange Bramke, Kamm Fichte 64 2.5 95 Podsol-Braunerde 3+

LBNH Lange Bramke, Nordhang Fichte 64 2.1 95 Podsol-Braunerde 3+

LBSH Lange Bramke, Südhang Fichte 64 2.1 90 Podsol-Braunerde 3+

SLF1 Solling Fichte 127 2.1 95 podsolige Braunerde 4-

AUKI Augustendorf Kiefer 68 1.3 95 Podsol-Tiefumbruchsboden 3-

FUKI Fuhrberg Kiefer 60 1.0 90 Gley-Podsol 2+

NZ = Nährstoffziffer nach forstlicher Standortaufnahme NiedersachsenUZ = Umtriebszeit in Jahren

EKl = Ertragsklasse des Bestandesa = Alter des Bestandes 2011

Vielfalt

0

5

10

15

20

25

30

35

1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

mg

l-1

LSBU SLB1 HABU GWBU EHEI LBNH LBKA LBSH SLF1 FUKI AUKI

Nitrat-N: KonzentrationenTrinkwV 2001UNECE 2007, Sverdrup & Warfvinge 1993


Sulfat-S: Anteile an der Anionensumme

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

%

F003LSBU F006SLB1 F008HABU F009GWBU F002EHEI F005LBNHF005LBKA F005LBSH F007SLF1 F004FUKI F021AUKI


Baumarteneffekt: Bsp. Solling


-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

Buche, 1994-1996 Buche, 2007-2009 Fichte, 1994-1996 Fichte, 2007-2009µm

ol c

l-1

Hydronium Aluminium Calcium Kalium Magnesium Mangan Natrium Chlorid Nitrat Sulfat Rest

Wasserleitfaden: Bsp. AUKI (2007-2009)DEPO-Daten aus Kap.: Stoffeinträge durch Deposition

-4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 4000

Deposition Freiland

Deposition Bestand

±0 cm im Boden

-20 cm im Boden

-60 cm im Boden

-250 cm im Boden

µmolc l-1

Hydronium Aluminium Calcium Kalium Magnesium NatriumAmmonium Chlorid Hydrogencarbonat Nitrat Sulfat Rest


Schwermetalle: Bsp. BleiArbeitsentwurf der Bundesregierung 2011Trinkwasser-Empfehlung WHO 2004


0

5

10

15

20

25

1990 1995 2000 2005 2010

µg l-1

F003LSBU F006SLB1 F008HABU F009GWBU F002EHEIF005LBNH F005LBKA F007SLF1 F004FUKI F021AUKI

Stickstoffbilanz: Bsp. AUKIDEPO-Daten aus Kap.: Stoffeinträge durch Deposition

-60

-40

-20

0

20

40

60

1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Au

stra

g <

----

- (k

g h

a-1)

----

-> E

intr

ag

Ammonium Nitrat org. Stickstoff Bilanz


Stoffbilanzen: Bsp. SLF1DEPO-Daten aus Kap.: Stoffeinträge durch Deposition


-2000

-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Calcium Kalium Magnesium Stickstoffm

ol c

ha-1

a-1

Verwitterung Deposition Festlegung im Stammholz Festlegung in Rinde Festlegung im ReisigholzFestlegung in Nadeln Sickerwasser-Austrag Bilanz ohne Nutzung Bilanz bei Derbholz-Nutzung Bilanz bei Vollbaum-Nutzung

-20

-15

-10

-5

0

5

10

ohne Nutzung bei Derbholz-Nutzung bei Vollbaum-Nutzungkg

ha-1

a-1

GWBU LSBU SLB1 EHEI LBKA LBNH LBSH SLF1 AUKI FUKI

Stoffbilanzen: Calciumeinmaliger Input durch Kalkung: +600 kg Calcium


Stoffbilanzen: Magnesiumeinmaliger Input durch Kalkung: +350 kg Magnesium


-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4


ha-1

a-1


Stoffbilanzen: Kalium


-10

-5

0

5

10

15

20

25


ha-1

a-1


Stoffbilanzen: Stickstoff


-20

-10

0

10

20

30

40


ha-1

a-1


Zusammenfassung

Für typische niedersächsische Waldökosysteme wird die Chemie der Bodenlösung ...

� überwacht (Monitoring)� beurteilt (Trends, IST-Zustand, Szenarioanalyse)

Zielgruppen� interessierte Öffentlichkeit (Information)� Entscheidungsträger in Politik und Wirtschaft (Beratung)� Wissenschaft (Prozessverständnis)

Kenngrößen� Sickerwasserqualität und -quantität� Wasserleitfaden� Ionen- und Stoffbilanzen� ...

Vergleiche� Baumarten� Standorte� Nutzungsintensitäten� Nutzungsformen ---> Landwirtschaft


© Meesenburg

Danke für die Aufmerksamkeit.

© Klinck

20 Jahre Boden-Dauerbeobachtung in Niedersachsen

Sickerwasserqualität und Stoffausträge

A. Fier, U. Klinck

H. Höper, W. Schäfer, H. Wallrabenstein, M. Haßdenteufel

A. H. Meesenburg, B. Scheler, M. Wagner, S. Fleck, B. Ahrends, K.J. Meiwes

Sickerwasserzusammensetzung unter Ackernutzung

Stoffausträge unter Ackernutzung

Unterschiede Forst/Acker

Inhalt

Messeinrichtungen

10 Intensiv-BDF mit Saugsondenanlagen zur Sickerwassergewinnung

Messung der Sickerwasserqualität an der Untergrenze des Wurzelraumes

14-tägige Probenahme im Winterhalbjahr


Saugsonden-

einbau

Saugsonden mit Sammelbehälter


6 Lysimeterstandorte (1 m²

Fläche, analog zur jewei-

ligen BDF bewirtschaftet

Messung der Sickerwas-

sermenge

Messung der

Sickerwasserqualität

Messeinrichtungen

Ionenbilanz Standort L032MARK – Sandboden (Landkreis Cloppenburg)


Acker (konventionell

bewirtschaftet)

Forst

Grundwasser unter Acker

Acker Forst Grundwasser

dominierende

Ionen Calcium (Zufuhr

durch Kalkung),

Nitrat

Aluminium,

Chlorid, Nitrat,

Natrium

entspricht in etwa

dem Sickerwasser

-6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000

Elementgehalte als Ionenäquivalente [µmol(c) l-1]

Cl S-SO4 N-NO3 HCO3 Ca K

Mg Na N-NH4 H Al

0,8 mL032MARK

F021AUKI

Grundw.

L032MARK

2,5 m

6,0 m

H+

SO42--S NO3

--N

NH4+-N

HCO3-Cl-

Mg2+ Na+ Al3+H+

K+Ca2+

Rest

Ionenbilanz Standort L065JUEH – Kalksteinverwitterungsboden (Kreis Göttingen)


Acker (konventionell

bewirtschaftet)

Forst

Acker Forst

dominierende Ionen Calcium, Nitrat,

Hydrogencarbonat

Calcium, Hydrogencarbonat

(aus der Verwitterung des

Kalksteins)

Ionenzusammensetzung hängt ab von: Standort/Ausgangsgestein und Landnutzung

-6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000

Elementgehalte als Ionenäquivalente [µmol(c) l-1]

Cl S-SO4 N-NO3 HCO3 Ca K

Mg Na N-NH4 H Al

0,8 mL065JUEH

F009GWBU 3 m

H+

SO42--S NO3

--N

NH4+-N

HCO3-Cl-

Mg2+ Na+ Al3+H+

K+Ca2+

19 mg/l Rückgang pro Jahr

050

100150200250300350400450500

Dez

94

Jun 9

5

Dez 9

5

Jun 9

6

Dez 9

6

Jun 9

7

Dez

97

Jun 9

8

Dez

98

Jun 9

9

Dez 9

9

Jun 0

0

Dez 0

0

Jun 0

1

Dez

01

Jun 0

2

Dez

02

Jun 0

3

Dez 0

3

Jun 0

4

Dez 0

4

Jun 0

5

Dez

05

Jun 0

6

Dez

06

Jun 0

7

Dez 0

7

Jun 0

8

Dez 0

8

Jun 0

9

Dez

09

Nit

rat [m

g/l

]

TVO Grenzwert

Roggenmonokultur - 0 kg N Grünbrache Mais WR

22 mg/l Rückgangpro Jahr

050

100150200250300350400450500

Dez

94

Jun 9

5

Dez 9

5

Jun 9

6

Dez 9

6

Jun 9

7

Dez

97

Jun 9

8

Dez

98

Jun 9

9

Dez 9

9

Jun 0

0

Dez 0

0

Jun 0

1

Dez

01

Jun 0

2

Dez

02

Jun 0

3

Dez 0

3

Jun 0

4

Dez 0

4

Jun 0

5

Dez

05

Jun 0

6

Dez

06

Jun 0

7

Dez 0

7

Jun 0

8

Dez 0

8

Jun 0

9

Dez

09

Nit

rat [m

g/l

]

Roggenmonokultur - 120 kg N Grünbrache Mais WR

TVO Grenzwert


Bodenform:

Braunerde aus

Geschiebe-

decksand,

konventionell

bewirtschaftet

ehemaliger Feldversuch Glissen neben der BDF L049GLIS); WR = Winterroggen

Verlauf der Nitratkonzentrationen (Nitrat-N) am Standort Glissen –

Saugsonden in 8 dm Tiefe

050

100150200250300350400450500

Dez 9

7

Jun 9

8

Dez 9

8

Jun 9

9

Dez 9

9

Jun 0

0

Dez 0

0

Jun 0

1

Dez

01

Jun 0

2

Dez 0

2

Jun 0

3

Dez 0

3

Jun 0

4

Dez 0

4

Jun 0

5

Dez

05

Jun 0

6

Dez 0

6

Jun 0

7

Dez 0

7

Jun 0

8

Dez 0

8

Jun 0

9

Dez

09

Nit

rat [m

g l-

1]

L032MARK - Saugsonden in 0,8 m

TVO Grenzwert

M WT M WR M WR SG SG M M SG WRZF ZF ZF ZF ZF ZF ZF

Mittelw.:

85 mg/l

Verlauf der Nitratkonzentrationen (Nitrat-N) am Standort L032MARK


Bodenform: Podsol aus holozänem Flugsand

Bewirtschaftung: konventionell bewirtschaftete Ackerfläche (hoher Anteil

organischer Düngung)

M = Mais, WR = Winterroggen, WT = Wintertriticale, SG = Sommergerste, ZF = Zwischenfrucht

050

100150200250300350400450500

Dez 9

8

Jun 9

9

Dez 9

9

Jun 0

0

Dez 0

0

Jun 0

1

Dez 0

1

Jun 0

2

Dez 0

2

Jun 0

3

Dez 0

3

Jun 0

4

Dez 0

4

Jun 0

5

Dez 0

5

Jun 0

6

Dez 0

6

Jun 0

7

Dez 0

7

Jun 0

8

Dez 0

8

Jun 0

9

Dez 0

9

Nit

rat [m

g l-

1]

L021GROE - Saugsonden in 0,8 m

KT ST WR LP Klee SG Klee KT WT ÖL EB WR ST KT ST WT

Mittelw.:

16 mg/l

TVO Grenzwert

KT ST WR LP Klee SG Klee KT WT ÖL EB WR ST KT ST WT

Mittelw.:

72 mg/l


KT = Kartoffeln, ST = Sommertriticale, WT = Wintertriticale, SG = Sommergerste, EB =Erbsen, LP = Lupinen, WR = Winterroggen, ÖL = Ölrettich.

Verlauf der Nitratkonzentrationen (Nitrat-N) am Standort L021GROE

Bodenform: Podsol aus Flugsand

Bewirtschaftung: ökologisch bewirtschaftete Ackerfläche (organische Düngung)

Nitratkonzentrationen unter Acker:


langjährige mittlere NO3-Konzentration unter Acker (Sandböden) ist > 50 mg/l

keine abnehmenden Trends erkennbar

Boden braucht 8-20 Jahre (ja nach Mineralisationspotential) um sich auf

reduzierte Düngung einzustellen

langjährige N-Austräge liegen auf der Höhe der N-Schlagbilanzen (Ausnahme:

Quellenstandorte)

reduzierte N-Düngung/N-Schlagbilanzen führen langfristig zu reduzierten N-

Austrägen

Schwermetallkonzentrationen


Standort As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn pH

Schwermetallgehalte [mg/kg] im Ap (Mittelw. Grund- u. Wiederholungsinventur)

L032MARK 1,21 0,17 8,48 12,4 0,06 1,15 9,6 14,4 4,7

L033DINK 1,02 0,08 7,37 10,1 0,04 1,18 7,2 16,1 4,5

L037SCHL 59 14 28 425 1 33 3499 3861 7,5

Schwermetallgehalte [µg/l] im Sickerwasser (Mediane 2006 bis 2008)

L032MARK 0,5* 0,25* 2,5* 8 0,25* 2,5 1* 25*

L033DINK 0,5* 0,58 2,5* 21 0,25* 5 2 259

L037SCHL 0,5* 0,25* 2,5* 2,5* 0,25* 1* 1* 25*

*< Nachweisgrenze

Rot = Überschreitung des Vorsorgewertes für Böden nach §8 Abs. 2 Nr. 1

Bundes-Bodenschutzgesetz

Lila = Überschreitung des Schwellenwertes nach Grundwasserverordnung

vom 9. November 2010 (BGBl. I S. 1513), Anhang 2

= Überschreitung der Prüfwerte für Grundwasser nach dem Entwurf

der „Mantelverordnung“ (Bundesregierung 2011)

0,2 0,10

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Ca Mg K N-NH4 N-

NO3

P-PO4S-SO4 Cl

Nä

hrs

toff

au

str

ag

[kg

ha

-1]


Mittlere Nährstofffrachten im

Sickerwasser der F003LSBU

1993 bis 2009

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Ca2+Mg2+ K+ N

Nährs

toffaustr

ag [kg h

a-1

]

Ca2+ Mg2+ K+ N SO42-- Cl-

SCa2+ Mg2+ K+ NH4

+- NO3-- PO4

3-- SO42-- Cl-

N N P S

Mittlere Nährstofffrachten im

Sickerwasser des Lysimeters L064HOHE

Winterhalbjahre 03/04 bis 09/10

pH Oberboden: 5,7 pH Oberboden: 3

=> unter Ackernutzung sind die Nährstoffausträge deutlich höher als unter Forst

(Sickerwasserbildung unter Acker höher)

Forst Acker

dominierende Anionen SO42-, Cl-, (NO3

-) NO3-, Cl-

dominierende Kationen Al3+ Ca2+

niedrige pH-Werte

=> Schwermetall-

mobilität erhöht

hohe

Sickerwasserraten

=> hohe Frachten

Sickerwasserzusammensetzung Forst-/Ackerstandorte

Zusammenfassung

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!


Lysimeter am Standort L064HOHE

Documents

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