Wie entschlüsseln wir den Einfluss unterschiedlicher Teileinzugsgebiete auf Nitratexportdynamiken mesoskaliger Einzugsgebiete?

C. Winter1, S. Lutz1, A. Musolff1, M. Weber2, J. H. Fleckenstein1
1 Department für Hydrogeologie, UFZ Leipzig
2 Department für Hydrosystemmodellierung, UFZ Leipzig

1.4 in Wasserqualität in Grundwasser und Flusseinzugsgebieten

Hohe Nitratkonzentrationen im Grund- und Oberflächenwasser sind ein altbekanntes und dennoch hoch aktuelles Problem. Um dieses Problem möglichst effizient zu lösen, müssen die Prozesse der Mobilisation, des Transportes und der Speichrung von Nitrat in Einzugsgebieten möglichst genau verstanden werden. Dies gestaltet sich in mesoskaligen Einzugsgebieten besonders schwierig, da diese meist eine hohe Komplexität an verschiedenen Landnutzungsformen und Abflussprozessen aufweisen, die potentiell den Nitrattransport und –Austrag beeinflussen. Um den Einfluss verschiedener Teileinzugsgebiete auf Nitratdynamiken am Gebietsauslass zu verstehen, untersuchen wir Langzeittrends (1983 - 2016) und Ereignisdynamiken (viertelstündige Auflösung, 2010 - 2016) von Nitratfrachten, -Konzentrationen und Konzentration-Abfluss-Beziehungen, in drei Teileinzugsgebieten der Selke (Mitteldeutschland, Harz). Der Oberlauf der Selke wird von Wald dominiert und weist einen geringeren Nitrateintrag auf, während der Unterlauf von Landwirtschaft dominiert wird und einen deutlich höherem Nitrateintrag aufweist. Umso erstaunlicher ist es, dass im langfristigen Mittel der Großteil der Nitratfrachten mit über 65% aus dem Oberlauf stammt. Diese hohen Frachten im Oberlauf der Selke erklären wir durch kürzere Verweilzeiten von Nitrat in Boden und Grundwasser und positiven Konzentration-Abfluss-Beziehungen, die implizieren, dass Nitratkonzentrationen mit steigendem Abfluss ansteigen und schnell exportiert werden. Im Vergleich dazu sind die Verweilzeiten im Unterlauf deutlich länger und die Konzentration-Abfluss-Beziehung zeigt, dass Nitratkonzentrationen im langfristigen Mittel weniger bis gar nicht mit dem Abfluss ansteigen und während Ereignissen sogar absinken können. Die Spitzen der Nitratfrachten während hohem Abfluss fallen dementsprechend trotz höherem Nitrateintrag geringer aus. Das führt aber auch dazu, dass weniger als die Hälfte des eingetragenen Nitrates auch wieder aus dem Einzugsgebiet exportiert wird. Dazu kommt ein niedriges Abbaupotential für Nitrat im Boden und Grundwasser (Hannappel et al., 2018; Kuhr et al., 2014), weshalb wir mit einem signifikanten Speicher von Nitrat im Untergrund rechnen der sich negativ auf die Trinkwasserqualität auswirkt und zudem dazu führt, dass Maßnahmen zur Reduktion hoher Nitratkonzentrationen stark verzögert oder gepuffert werden. Unser Studiengebiet veranschaulicht deutlich, dass im Ober- und Unterlauf von mesoskaligen Einzugsgebieten die Art und Dynamik der Nitratbelastung stark variieren kann. Dementsprechend ist es äußerst wichtig Teileinzugsgebiete separat zu erfassen und Maßnahmen zur Reduktion gebietsspezifisch anzupassen. Oberflächengewässer und Grundwasser solltem zudem als ein zusammenhängendes System erfasst und verstanden werden, da das Wechselspiel zwischen fluvialem Transport und Nitrat-Anreicherung in Boden und Grundwasser eine wichtige Rolle für das Verständnis von Nitratexportdynamiken im Oberflächenwasser spielt.



Hannappel, S., Köpp, C., & Bach, T. (2018). Charakterisierung des Nitratabbauvermögens der Grundwasserleiter in Sachsen-Anhalt. Grundwasser, 23(4), 311–321.

Kuhr, P., Kunkel, R., Tetzlaff, B., & Wendland, F. (2014). Räumlich differenzierte Quantifizierung der Nährstoffeinträge in Grundwasser und Oberflächengewässer in Sachsen-Anhalt unter Anwendung der Modellkombination GROWA-WEKU-MEPhos. FZ Jülich, Endbericht Vom, 25, 2014.