Biodiversität senkt Nitratauswaschung aus dem Boden in das Grundwasser

Sophia Leimer1, Peter Escher1, Yvonne Oelmann2, Wolfgang Wilcke1
1 Institut für Geographie und Geoökologie, KIT
2 Geoökologie, Universität Tübingen

O 9.1 in Nitrat im Grundwasser - Eintrag, Abbau und Prognose

14.04.2016, 10:15-10:30, Plank Hörsaal, Geb. 40.32

 

 

Nitrat-Einträge in das Grundwasser hängen von der Bodenbewirtschaftung und Bodeneigenschaften ab. In Experimenten zum Zusammenhang zwischen Biodiversität und dem Funktionieren von Ökosystemen, steigert Pflanzen-Biodiversität die Biomasseproduktion hauptsächlich auf Grund von komplementärer Ressourcennutzung diverser Pflanzenmischungen. Diese komplementär genutzten Ressourcen umfassen insbesondere Nährstoffe im Boden, wie zum Beispiel Stickstoff. Daher stellt sich die Frage, ob biodiverse Pflanzenmischungen die Nitratauswaschung aus dem Boden senken können.

In einem Grünland-Biodiversitäts-Experiment (Jena-Experiment) messen wir seit 2002 kontinuierlich NO3-N- Konzentrationen in der Bodenlösung und Wassergehalte in der Hauptwurzelzone (0-30 cm Bodentiefe). Das Jena-Experiment wurde auf vorher gedüngtem Ackerland etabliert und umfasst 82 Plots (20m x 20m) mit 1-60 Pflanzenarten aus 1-4 funktionellen Pflanzengruppen (Leguminosen, Gräser, große Kräuter, kleine Kräuter), die nicht gedüngt werden. Seit 2006 untersuchen wir außerdem in den Biodiversitäts-Exploratorien den Einfluss der Landnutzungsintensität und der mit dieser verbundenen Biodiversität auf die Nitratausträge aus dem Boden in etablierten Grünland-Systemen. Wasserflüsse im Boden wurden mit Hilfe der Bodenwassergehalte und Klimadaten modelliert. Das Produkt der monatlichen Wasserflüsse und NO3-N Konzentrationen ergab die monatliche Nitratauswaschung, die anschließend statistisch auf Biodiversitätseinflüsse untersucht wurde.

In Jena war kurz nach der Landnutzungsänderung von gedüngtem Ackerland zu ungedüngtem Grünland die NO3-N Auswaschung am höchsten, insbesondere in artenarmen Pflanzenmischungen. Mit steigender Pflanzenartenzahl sank die quantitative NO3-N Auswaschung im Winter, wenn die Auswaschung am höchsten war, mehr als im Sommer. Die Präsenz von Leguminosen in der Artenmischung erhöhte und die Präsenz von Gräsern reduzierte die NO3-N Auswaschung. Die Präsenz von kleinen Kräutern senkte die NO3-N Auswaschung und dieser Effekt verstärkte sich mit der Zeit. In zwei der drei Biodiversitäts-Exploratorien führte eine höhere Pflanzenartenzahl gleichfalls zu einer Minderung der Nitrat-Auswaschung aus dem Boden. Als wichtigste Steuergröße für die Nitrat-Auswaschung erwies sich allerdings das vor allem durch die Bewirtschaftung beeinflusste C/N-Verhältnis des Bodens.

Unsere Ergebnisse zeigen, dass durch die Wahl der Pflanzenarten bei der Etablierung von Grünland der Nitrat-Austrag in das Grundwasser beeinflusst werden kann. Insbesondere kurz nach einer Landnutzungsänderung von gedüngtem Ackerland zu ungedüngtem Grünland, kann die NO3-N Auswaschung reduziert werden, indem artenreiche Pflanzenmischungen ohne Leguminosen gesät werden. Damit ergibt sich durch die Beeinflussung der Pflanzendiversität eine neue Management-Option, die sowohl dem Umweltschutz (geringere Nitrat-Auswaschung) als auch der Ökonomie (bessere Düngeausnutzung) dient.




Leimer, S., Kreutziger, Y., Rosenkranz, S., Beßler, H., Engels, C., Hildebrandt, A., Oelmann, Y., Weisser, W.W., Wirth, C., Wilcke, W., 2014a. Plant diversity effects on the water balance of an experimental grassland. Ecohydrology 7, 1378–1391.

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Schwarz, M.T., Bischoff, S., Blaser, S., Boch, S., Schmitt, B., Thieme, L., Fischer, M., Michalzik, B., Schulze, E.-D., Siemens, J., Wilcke, W., 2014. More efficient aboveground nitrogen use in more diverse Central European forest canopies. Forest Ecology and Management 313, 274-282.



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