Daten-getriebene Analyse von Verweilzeiten und Rückhaltepotentialen von Nitrat in verschiedenartigen Einzugsgebieten in Deutschland und Frankreich

Sophie Ehrhardt1, Andreas Musolff1
1 Umweltforschungszentrum Leipzig

1.2 in Wasserqualität in Grundwasser und Flusseinzugsgebieten

26.03.2020, 14:00-14:15, Weißer Saal

Während der letzten Jahrzehnte führten erhöhte Stickstoff(N)-Einträge, die primär aus der Landwirtschaft stammten, zu einer Verschlechterung der Qualität von Grund- und Oberflächenwässern. Die gestiegenen N-Konzentrationen können im Fluss oder Mündungsgebiet Eutrophierung verursachen sowie zu einer Verfehlung der von der EU vorgeschriebenen Standards für Wasserqualität führen. Diese beiden Folgen stellen nicht nur lokal und EU-weit, sondern auch global ein Problem dar. Trotz Maßnahmen, welche die N-Einträge bereits reduzieren, ziehen diese nicht immer sinkenden Konzentrationen in Oberflächengewässern nach sich. Gedämpfte oder ausbleibende Reaktionen auf Maßnahmen können ihre Ursache einerseits in einer Akkumulation von organisch gebundenem N im Boden (biogeochemisches Erbe [eng. „legacy“]) oder in langen Verweilzeiten des anorganischen N’s auf dem Weg zum Fluss (hydrologisches Erbe) haben.

Eine kürzlich erschienene Studie (Ehrhardt et al., 2019), welche mesoskalige Einzugsgebiete in Mitteldeutschland untersuchte, kam zu dem Schluss, dass Verweilzeiten mehrere Dekaden umfassen und bis zu 88 % des Nitrateintrags (dominant hydrologisch) „vererbt“ bzw. verzögert freigegeben werden können.  

Darauf folgende Analysen, die ebenfalls das N-Budget und dessen Verweilzeiten untersuchen, decken nun eine höhere Bandbreite und Anzahl an verschiedenartigen Einzugsgebieten in Deutschland und Frankreich ab. Dazu werden atmosphärische und landwirtschaftliche N-Einträge über mehrere Dekaden mit den entsprechenden Flusskonzentrationen von N d.h. dem N-Austrag, verglichen. Basierend auf diesem daten-getriebenen Ansatz, können gleichzeitig Aussagen zum N-Budget und den effektiven Verweilzeiten im Boden und Grundwasser getroffen werden. Eine Untersuchung der Beziehung zwischen Konzentration und Abfluss gibt Aufschluss über das Potential und die Charakteristik eines möglichen N-Erbes. Daraus soll ein tieferer Einblick in die N-Pfade und deren kontrollierende Größen gewonnen werden.

Wissen über Verweilzeiten unter verschiedenen physikalischen Bedingungen und Wissen über das Potential N zeitweilig zu speichern („zu vererben“), sind entscheidend, wenn Maßnahmen zum Flussmanagement auf ihre Effektivität überprüft werden sollen. Beide Parameter, biogeochemisches und hydrologisches Erbe bestimmen entscheidend sowohl die zeitliche Dimension in welcher Maßnahmen wie bspw. reduzierte N-Einträge, Wirkung zeigen können als auch die Intensität einer zu erwartenden Verbesserung von Wasserqualität.



Ehrhardt, S., Kumar, R., Fleckenstein, J. H., Attinger, S., and Musolff, A.: Trajectories of nitrate input and output in three nested catchments along a land use gradient, Hydrol. Earth Syst. Sci., 23, 3503–3524, https://doi.org/10.5194/hess-23-3503-2019, 2019.



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