Ermittlung der Ursachen von Schwellenwertüberschreitungen von Ammonium (und Begleitparametern) im oberflächennahen Grundwasser unter Berücksichtigung des landwirtschaftlichen Einflusses und Abgrenzung von geogenen und anderen Quellen in NRW.

Nina Wurth1, Frank Wisotzky1, Sabine Bergmann2
1 RUB
2 LANUV

P 13.6 in Nitrate and the importance of denitrification for water supply

Die Arbeit basiert auf Daten des Landesamts für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz NRW.

In bestimmten Gebieten in NRW liegen schwellenwertwertüberschreitende Ammoniumkonzentrationen (0,5 mg/l) im Grundwasserleiter vor. Diese sind zum einen geogen bedingt, zum anderen sind vor allem in landwirtschaftlich genutzten Gebieten signifikante Überschreitungen festzustellen. In der Masterarbeit sollen diese Standorte chemisch charakterisiert und die Wirkungsprozesse sowie die Ursachen ermittelt werden.

Die Daten aus den Jahren 2014 bis 2016 von NRW werden statistisch mit dem Programm SPSS von IBM ausgewertet (u.a. Varianzanalyse zu den Einflussfaktoren, Korrelation versch. Paramater). Es werden drei belastete Grundwasserkörper (GWK) ausgewählt. Je GWK werden zwei signifikante Messstellen (MST) einer Detailbetrachtung unterzogen und mit Einflussfaktoren in der Umgebung verglichen. Zwei Multilevel-Messstellen werden zur Analyse der Verlagerung und Prozesse im Tiefenprofil genutzt. Ergebnisse der N2/Ar-Methode werden zur Bestimmung der Denitrifikation verwendet.

Die vorläufigen Ergebnisse zeigen bei den Korrelationstests keine Überraschungen. Stoffe aus der Düngung, bspw. ortho-Phosphat-Phosphor und Chlorid, korrelieren (bis auf Nitrat) positiv mit Ammonium. Ebenso redoxsensitive Stoffe, insbesondere Arsen. Die Messwerte sämtlicher MST (Anzahl = 3611) wurden differenziert nach der Landnutzung ausgewertet und einer Varianzanalyse unterzogen. Neben Siedlungsflächen-beeinflussten MST sind hinsichtlich der NH4- Konzentrationen auch Acker-beeinflusste MST signifikant erhöht, verglichen mit Wald-beeinflussten MST.

Die zur weiteren Auswertung ausgewählten MST überschreiten alle den NH4-Schwellenwert. Der Einzugsbereich ist Acker. Der Boden ist bei allen MST sandig und kiesig, sodass die Deckschichten als ungünstig eingestuft sind. Sandböden haben eine geringe Sorptionskraft, sodass bei geringem Grundwasserflurabstand theoretisch auch ein Direkteintrag des NH4 möglich wäre. Die Austauschrate des Bodenwassers ist hoch bis sehr hoch und die mittleren Flurabstände liegen zw. 1,16 bis 1,65 m (min. Abstände zeitw. <30 cm). In allen MST kann Denitrifikation nachgewiesen werden. Ebenso ist Arsen in allen MST vorhanden. In zwei MST überschreitet es den Schwellenwert. Cadmium scheint hingegen nicht zu interagieren.

An einer Multilevel-Messstelle kann deutlich gezeigt werden, dass NH4 auf den anthropogenen Stickstoffeintrag zurückzuführen ist und nicht geogen zu erklären ist. Es wird an diesem Standort nicht als NH4 verlagert, sondern stammt aus einem sehr hohen Eintrag org. Düngemittel (hohe NH4- und DOC-Konzentration oben). Ab 12 m Tiefe tritt NH4 auf, bedingt durch eine im reduzierenden Milieu ab 10-12 m Tiefe stattfindende Nitratreduktion oder ggf. Nitratassimilation. Oberhalb findet bei gleichzeitig vorhandenem hohem DOC-Eintrag eine organotrophe Denitrifikation (HCO3-Freisetzung) statt.