| 28.09.2018 | Barth, Natalja 1
Konzept und Ergebnisse des Bodenmonitorings in Sachsen BDF-Stickstoffmonitoring
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❙ PROGRAMM Boden-Dauerbeobachtung des LfULG:
Ziele und Konzept der Datenerhebung:
Welche Daten, Wozu und für Wen ???
❙ AUSWERTUNGSBEISPIELE
N-Stoffflüsse/Bilanzierungsmöglichkeiten
❙ MODERNE DATENBANK Boden-Dauerbeobachtung
❙ ZUSAMMENFASSUNG
❙ SCHLUSSFOLGERUNGEN
Vortragsgliederung
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❙ Beseitigung mangelhafter Kenntnisse über die
komplexen Wechselwirkungen der Pedosphäre mit
den anderen Sphären (Atmosphäre, Hydrosphäre,
Biosphäre und Lithosphäre)
❙ Erkennung bodendynamischer Prozesse als
Steuerungsfaktoren der Bodenfunktionen
❙ Gewinnung repräsentativer Daten zum aktuellen
Bodenzustand als Grundlage landesweiter Analysen
und Trends für den Ressourcenschutz
❙ Bereitstellung von Zeitmessreihen für
Prognosemodelle zur zukünftigen Entwicklung von
Boden- und Standortverhältnissen, z. B. unter dem
Aspekt des Klimawandels
❙ Beitrag des Bodens zu einem integrativen
Umweltmonitoring
BDF-Programm: Ziele
Foto: Holger Forberg (LfULG)
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❙ BDF I (50 BDF):
- regionale Flächenrepräsentanz in den
Bodenlandschaften Sachsens
- grundlegende Informationen über stoffliche
und physikalische Eigenschaften
- Beprobung in circa fünfjährigem Zyklus
❙ BDF II (5 BDF):
- Sonderstandorte
(Boden- und Immissionsbelastung, Empfindlichkeit
des Bodens)
- dauerhafte Ausstattung mit Messgeräten
(u. a. zum Bodenwasserhaushalt, zum Klima,
zu Sickerwasserinhaltsstoffen, zur Deposition
BDF-Programm: Konzept Kategorien der BDF
Bodenlandschaften
As in Oberboden
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Datenerhebung auf allen BDF
Kornverteilung
Wasser-
durchlässigkeit
Rohdichte
Gesamt-
porenvolumen
Grob-, Mittel-,
Feinporen BDF (1000 m²)
Bodenphysik
Bodenchemie
Allgemeine
Charakterisierung
Bodenphysikalische
Eigenschaften
Bodenchemische
Eigenschaften
Bodentyp
Substrattyp
Naturraum
Klima
Corg, pH-Wert
KAK
Gesamtgehalte von
Hauptelementen,
Schwermetallen,
Nichtmetallen
Mobile Anteile von
Schwermetallen & As
pflanzenverfügbare
Nährstoffe
Rückstellproben Bewirtschaftungsdaten
Medium Boden Ersteinrichtung
einmalig jährlich ca. 5-jährlich
Analytik: Labor BfUL, GB 5
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Datenerhebung auf BDF II
BDF (1000 m²) (1000 m²)
* Pflanzen-
inhaltsstoffe
Mess-
Station
jährlich ca. alle 5 Jahre
* Bodenphysik
* Bodenchemie
Alle Daten analog BDF I
und zusätzlich:
stündlich bis monatlich
Probenahme und Stationsbetreuung: BfUL, FB 34
Analytik: Labor BfUL, GB 5
Unterkannte WEeff
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Vielfältige Daten
Alle Abt.
Plattform
Alle Abt.
Neue Themen und
Parameter
Alle Abt.
Übertragung Punkt -> Fläche
Alle Abt.
Bodenfruchtbarkeit
Abt. 7
Klimaschutz und Klimafolgen
Abt. 4, 5, 7
BDF-Daten
und Strukturen
Qualitätssicherung
Abt. 4, 7, BfUL
Umsetzung EG-WRRL
Abt. 4, 7
Anwendungsfelder und
Vernetzungen
Qualitätssicherung
Analytik
Erfolgskontrolle bei der
Umsetzung von Maßnahmen
Reduzierung der
Nährstoffausträge in Grund- und
Oberflächenwasser
Wirkung von Klimaveränderungen auf
Böden (Erosion, Humus, Bodenfeuchte
und Sickerwasser, Bodentemperatur, …)
Monitoring Ertragsbestimmender
Parameter (Bodenwasser, Makro-
und Mikronährstoffe, …)
Übertragung
vom Punkt in die Fläche
(z.B. Umfelduntersuchungen:
Bodenkartierung, DWD)
Neue Themen: Smart Farming, …
Neue Parameter: Pharmaka,
Dioxine, PSM, …
Plattform sowohl für LfULG als auch
für landes-, bundesweite
und EU-Programme Ableitung von:
- Hintergrundwerten
- Quelle für Validierung und
Modellierung
- Stoffflüsse (Auswerte Bsp. für
Stickstoff folgt)
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Standorte der BDF
2.1
4.1
4.3
4.5
6.2
6.3
9.1
10.2
11.1
BDF I – pedoregionale Bodenrepräsentanz
BDF II – instrumentierte Sonderstandorte
BDF 17: errichtet 2016
BDF 33: bis 2013 BDF II, aktuell BDF I
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Stickstoffvorräte im Boden
BGL mit den höchsten Nt-Vorräten
Grenzen der BGL und BL
Nt-Vorräte in 0–60 cm
in in Bodengroßlandschaften (BGL)
BDF Medianwerte (Bodenkartierung)
<= 2,5 t/ha
> 2,5–4,5 t/ha
> 4,5–6,5 t/ha
> 6,5–8,5 t/ha
> 8,5 t/ha
keine Angaben
(überbaut, Wasser u. ä.)
Die höchsten Nt Vorräte
treten in den BGL der
„Auen“ und in den BGL
„Berg/Hügel“ auf.
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Dreijährige Mittel der Stickstoff-Düngergaben
Daten N-Düngergaben aus
Bewirtschaftungsangaben
N-Summe = Norgan+Nminer
Ø Nminer = 99 kg/ha/a
⇒ entspr. „Gesamt D“
Ø Norgan = 24 kg/ha/a
⇒ etwas unter „Gesamt D“
Ø = 161 kg/ha/a bei „stetig
hoch“
N-Düngergaben auf den
BDF in Jahren 2002–2004; 2005–2007;
2008–2010; 2011–2013;
2014–2016
< 100 kg/ha/a
> 130 kg/ha/a stetig hoch
steigend
stetig niedrig
= 31 BDF
= 8 BDF
= 16 BDF
Dreijährige Mittel der
N-Düngergaben auf den BDF
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Zusammenhang zwischen Stickstoff-Düngergaben
und Stickstoffeintrag (Bulk) Abgleich der
Bewirtschaftungs-
daten mit den
Messdaten der
Bulk-Sammler
hohe N-Deposition
nach N-Düngergaben
Düngerbedingt im
Bulk bis zu
121 kg N/ha/a
Hintergrundwert für
Sachsen:
10 kg N/ha/a
ohne Düngerspitzen
Keine regionale
Tendenzen
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Jährliche durchschnittliche
Stickstoff-Salden auf den BDF 2002–2016
2002–2016 für alle BDF:
N-Saldo Ø = +17kg/ha/Jahr
Kumulative N-Saldo Ø = +253 kg/ha
Max. kumulative N-Saldo = +1682 kg/ha
(Löss)
>= 60
> 0 bis < 60
<= 0
N-Saldo in kg/ha/Jahr
N-Bilanzen bzw. N-Salden
nach DüV (2002-2016)
34 BDF mit positiven
N-Salden
21 BDF mit negativen
N-Salden
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Entwicklung der dreijährigen
Mittelwerte der Stickstoff-Salden in den
Bodengroßlandschaften
| 28.09.2018 | Barth, Natalja 14
2004
2009
2014
NO
3
[mg
/l]
300 -
0 -
-
Entwicklung der Nitrat-Gehalte im Sickerwasser
Jährliche Mittelwerte an der Unterkante des effektiven Wurzelraums der BDF
- Sehr starke
Schwankungen bei
Nitrat-Gehalten
einer BDF
- Räumliche
Unterschiede
- Einflussfaktoren
Witterung, Ereignis
Substrat
Bewirtschaftung
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Starkregenereignisse vs.
Nitratkonzentration im Sickerwasser
auf der BDF 43
Starkregen
19.07. 15:00–16:00 Uhr
29.07. 23:00–24:00 Uhr
Messtiefe
Messzeitraum von–bis
19.07.2005
02.08.2005
02.08.2005
16.08.2005
16.08.2005
29.08.2005
Nitrat 40 cm [mg/l] 100 260 170
Nitrat 80 cm [mg/l] 44 620 100
Stu
ndensum
men
Nie
ders
chla
g [m
m/m
²]
| 28.09.2018 | Barth, Natalja 16
Starker
Anstieg der
Luft- und
Boden-
temperatur
→ starke
Schnee-
schmelze
23.03.2006 13:00 Uhr 11.04.2006 08:00 Uhr
Schneeschmelze vs.
Nitratkonzentration im Sickerwasser
auf der BDF 43
Messtiefe
Messzeitraum von–bis
15.03.2006
28.03.2006
28.03.2006
11.04.2006
11.04.2006
25.04.2006
Nitrat 40 cm [mg/l] 260 490 58
Nitrat 80 cm [mg/l] 360 300 290
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Nitrat-Gehalte im Sickerwasser
Jährliche Mittelwerte an der Unterkante des effektiven Wurzelraums der BDF
BDF 24
BDF 12
BDF 23
BDF 43
BDF 33 BDF 24
*Zusammenhang
Zeitpunkt Düngung/
Anstieg der N-Gehalt
im SW (außer Löss)
*Zusammenhang
Bewirtschaftung/
jährliche Mittelwerte
der N-Gehalte im SW
(alle Substrate)
Stilllegung bzw.
Düngermenge
*Zusammenhang
Ereignis/Anstieg
der N-Gehalte im
SW (alle Substrate)
BDF 24
BDF 17
Starke
Schneeschmelze,
Starkniederschläge
Ende 2005
2007-2009 hohe
N-Saldo Starke
Niederschläge
2013; hohe
N-Saldo
BDF 23
| 28.09.2018 | Barth, Natalja 18
157 Seiten
Dr. Natalja Barth, LfULG, Ref. 42
Hans-Joachim Kurzer,
Dr. Hartmut Kolbe,
Dr. Michael Grunert, LfULG, Ref. 72
Dr. Henning Andreae, Frank Jacob,
SBS
Dr. Ulrike Haferkorn, Martin Rust,
BfUL
Ron Tannert, INL
Steht als PDF-Datei im Internet zur
Verfügung.
Termin: 2017
Broschüre
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Beispiel: Import von stündlichen Sensordaten aus von den BDF-II-Loggern erzeugten
CSV-Dateien
FIS Boden
Datenbank Boden-Dauerbeobachtung
Beispiel: Kontrolle und Editieren von Messdaten Beispiel: Termine und Düngemitteleinsatz innerhalb der Bewirtschaftungsdaten Beispiel: Parameter von Bodenwasserproben (Nummern, Termine, Mengen usw.) Beispiel: Ansicht von Analysenwerten der Bulk-Depositionsproben Beispiel: Pflanzenschutzmittel als Referenzdaten zu den Bewirtschaftungsdaten Beispiel: Visualisierung und Gegenüberstellung verschiedener Parameter
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❙ Die höchsten Nt Vorräte treten in den BGL der Auen und Niederterrassen auf.
❙ Positive Stickstoffbilanz (nach DüV) über 15 Jahre haben 62 % der BDF
❙ Positive Stickstoffbilanz BGL „Löss“ 14 BDF davon 7 BDF in GW-nitratbelasteten Gebieten
❙ Positive Stickstoffbilanz BGL „Sand “ 6 BDF davon 2 BDF in GW-nitratbelasteten Gebieten
❙ Stickstoffdepot in Lössböden Gefährdungspotenzial durch Akkumulation vom Stickstoff:
Stickstoff-Quelle für das Sickerwasser
❙ Geringer positiver Stickstoff-Saldo Sandböden Gefährdungsrisiko für die Verlagerung des
Nitrats mit dem Sickerwasser
❙ Das Rückhaltevermögen des Bodens Zeitverzug für die Nitrat-Verlagerung oder Um- und
Abbau von Stickstoff-Verbindungen
❙ Extreme Ereignisse (starke Niederschläge, intensiver Schneeschmelze) rasche Nitrat-
Verlagerung: Klimawandel-Anzahl der extremen Ereignisse wird steigen
Zusammenfassung
| 28.09.2018 | Barth, Natalja 21
❙ Düngung sollte und könnte besser angepasst werden:
❙ Räumlich an die konkreten Standortverhältnisse (Böden, Grundwasserregime, Klima)
❙ Zeitlich an den Bedarf der Fruchtarten und evtl. sogar an Wetterereignisse (??)
❙ Voraussetzung ist die Kenntnis der entsprechenden Parameter in hoher räumlicher
(Standortverhältnisse, Kulturen) und zeitlicher (Nährstoffbedarf, Wetter) Auflösung.
Langzeitreihen speziell beim Boden an den selben Standort sind die Basis für die
zahlreiche Auswertungen!
Schlussfolgerungen
| 28.09.2018 | Barth, Natalja 22
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
| 28.09.2018 | Barth, Natalja 23
Vielen Dank
an meine Kollegen Ref. 42: Frau Lausch, Christina &
Herr Holger Forberg
an Kollegen BfUL für die Betreuung der Stationen,
Probenahme und Laboranalytik (Boden, Deposition,
Sickerwasser & Pflanzen)