Demonstrationsvorhaben „Indikatoren zur Früherkennung von Nitratfrachten im Ackerbau“ - Studie „Messprogramme der Bundesländer und angrenzender EU-Staaten (NL, DK) zum Abgleich des Frühindikatorensystems“

  • Burkhard Stever-Schoo Julius Kühn-Institut (JKI), Institut für Pflanzenbau und Bodenkunde, Deutschland
  • Anne Ostermann Julius Kühn-Institut (JKI), Institut für Pflanzenbau und Bodenkunde, Deutschland
  • Oliver Stock Julius Kühn-Institut (JKI), Institut für Pflanzenbau und Bodenkunde, Deutschland
  • Martin Kücke Julius Kühn-Institut (JKI), Institut für Pflanzenbau und Bodenkunde, Deutschland
  • Jörg-Michael Greef Julius Kühn-Institut (JKI), Institut für Pflanzenbau und Bodenkunde, Deutschland

Abstract

Im Demonstrationsvorhaben „Indikatoren zur Früherkennung von Nitratfrachten im Ackerbau“ werden in fünf Bundesländern auf 48 teilnehmenden Betrieben mit 576 Testflächen unter vollständig harmonisierten Vorgaben Stickstoffbilanzen berechnet sowie Stickstoffgehalte in Böden und im Sickerwasser analysiert. Aus diesen Daten soll ein Frühindikatorensystem entwickelt werden, um Zusammenhänge zwischen Bewirtschaftungsmaßnahmen und Nitratbelastungen sowie zeitliche Änderungen frühzeitig aufzuzeigen. Dadurch wird die häufig gegebene zeitliche und räumliche Entkopplung zwischen Bewirtschaftungsänderungen und der Nitratkonzentration in Grundwassermessstellen überwunden. Die Ergebnisse können einen wertvollen Beitrag im Rahmen der Nitratberichterstattung leisten. Ein solches Monitoring-Konzept erfordert eine bundesweit harmonisierte Vorgehensweise, um eine einheitliche Datenerhebung und damit eine Vergleichbarkeit sowie Übertragbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten. Diese Studie ist ein wichtiger Baustein des Demonstrationsvorhabens und hat das Ziel einen Überblick über das Vorgehen der Bundesländer beim Nitrat-Monitoring auf landwirtschaftlich genutzten Flächen zu geben und relevante Erkenntnisse und Erfahrungen für das zu erarbeitende Frühindikatorensystem hervorzuheben.
Dazu wurden mit den Länderministerien und den Fachbehörden für Landwirtschaft und Umwelt Gespräche geführt und Informationsrecherchen betrieben. Des Weiteren wurde vergleichend das Vorgehen in Dänemark und den Niederlanden untersucht. Besonders berücksichtigt wurden Monitoring-Aktivitäten im Zusammenhang mit der Umsetzung der EG-Nitratrichtlinie, der EG-Wasserrahmenrichtlinie, dem Wasserhaushaltsgesetz und der EG-Trinkwasserrichtlinie. Das Vorgehen und die Erfahrungen der Länder beim Nitrat-Monitoring sind - bis auf wenige Ausnahmen - nicht in wissenschaftlich referierten Fachzeitschiften veröffentlicht. Die Herkunft der beschafften Informationen ist aus diesem Grunde sehr vielfältig und setzt sich zusammen aus Behördenmitteilungen, gesetzlichen Berichtspflichten der Länder, Fachartikeln, Abschlussberichten, Jahresberichten, Internetauftritten und Fachvorträgen.
In allen Bundesländern gibt es Aktivitäten zur Aufklärung und Quantifizierung des Zusammenhanges zwischen Bewirtschaftungsmaßnahmen und Nitrateinträgen in Sicker- und Dränwasser, in Grundwasserkörper und Oberflächengewässer. In einigen Ländern hat insbesondere die Umsetzungspflicht der EG-Wasserrahmenrichtlinie zu einer deutlichen Ausweitung der Untersuchungen beigetragen, während andere auf bereits etablierte Aktivitäten zur Erfüllung der EG-Nitratrichtlinie und des Wasserhaushaltsgesetzes aufbauen konnten. Seitens der Länder wird verstärkt auf eine zeitnahe Erfassung der Wirksamkeit von Maßnahmen mit Hilfe von Indikatoren hingearbeitet. Überdies liefern Forschungsprojekte und Versuche wichtige Informationen zur zielgerichteten Planung und Durchführung von Grundwasserschutzmaßnahmen, die sich z.B. mit der Ermittlung gebietscharakteristischer bodenkundlicher und hydrogeologischer Daten, der Erfassung der Beschaffenheit und Fließeigenschaften des Wassers oder der Erhebung und Analyse grundwasserschutzrelevanter Daten landwirtschaftlicher Betriebe beschäftigen. Anhand ihrer Monitoring- und Forschungsaktivitäten haben die Länder umfangreiche Erfahrungen über die Anwendbarkeit und Aussagekraft unterschiedlicher Indikatoren gesammelt. Festzustellen ist allerdings auch, dass sich die Ausrichtung, der Fortschritt und die methodische Durchführung der Monitoring- und Untersuchungsaktivitäten zum Teil erheblich unterscheiden. Die Monitoringprogramme der Länder beinhalten meist sowohl kalkulatorische als auch stofflich-analytische Indikatoren. Einige Länder führen z.B. regelmäßig großflächige Nmin-Messkampagnen zur Quantifizierung reaktiver Stickstoffverbindungen im Boden durch, während andere vor allem auf die Auswertung statistischer
Daten zur Berechnung von Nährstoffbilanzen unterschiedlicher Skalierung und darauf aufbauender Modellierungen setzen.
Nährstoffbilanzen erlauben die Betrachtung sämtlicher landwirtschaftlicher Flächen auf verschiedensten Skalen und sind mit vergleichsweise geringem Aufwand ableitbar. Die Aussagekraft der Ergebnisse in Bezug auf die Nitratbelastung ist allerdings in erheblichem Maße abhängig von der Qualität der erhobenen Daten und der betrachteten Bezugsebene. Auch bei schlagspezifischen Betrachtungen haben Untersuchungen einiger Länder gezeigt, dass ein Zusammenhang von Schlagbilanzüberschüssen mit tatsächlich im Boden befindlichen Stickstoffmengen und den daraus resultierenden Auswaschungsverlusten häufig nur bei der Betrachtung langjähriger Zeitreihen, jedoch nicht jahresscharf abgeleitet werden kann. Dies kann vor allem auf die Faktorkombination aus Bewirtschaftung, Standort und Witterung und die dadurch bedingte Stickstoffdynamik im Boden zurückgeführt werden.
Häufig wird die Herbst-Nmin-Methode für das Monitoring von Einzelmaßnahmen aber vereinzelt auch beim Gebietsmonitoring verwendet. Die Herbst-Nmin-Methode erlaubt eine vergleichsweise einfache Erhebung von Messwerten unter Einbeziehung der Stickstoffdynamik. Unter Berücksichtigung des Sickerwasseraufkommens lassen sich aus den Messwerten Nitratkonzentrationen im Sickerwasser prognostizieren. Die Methode ist zu diesem Zweck allerdings nicht für alle Standorte gleichermaßen geeignet. Zudem weichen Vorgaben der Länder für den Beprobungszeitpunkt, die Probengewinnung, den Transport sowie die Analyse bislang zum Teil voneinander ab, so dass die Vergleichbarkeit der Messergebnisse nicht immer sichergestellt ist.
In einigen Ländern werden zudem auf repräsentativen Standorten Nitrat-Tiefenprofile eingesetzt. Nitrat-Tiefenprofile eignen sich zur Abbildung der Nitratkonzentrationen im Sickerwasser für mehrere zurückliegende Jahre und erlauben die Validierung der aus Nmin-Untersuchungen prognostizierten Nitratkonzentrationen im Sickerwasser. Weiterhin werden Saugkerzenanlagen sowie Unterflurlysimeter zur genauen Bestimmung des Nährstoffaustrags mit dem Sickerwasser in Versuchen, zum Teil aber auch zu Monitoringzwecken, betrieben. Die Systeme liefern zwar sehr genaue Daten und eignen sich daher gut zur räumlich begrenzten Bewertung der Wirksamkeit von Grundwasserschutzmaßnahmen, lassen jedoch kaum flächenhafte Betrachtungen zu.
Die Ergebnisse aus den Ländern weisen darauf hin, dass ein effizientes Nitratmonitoring idealerweise sowohl kalkulatorische (N-Bilanzen) als auch stofflich-analytische (Nmin-Methode und Nitrat-Tiefenprofile) Indikatoren beinhalten sollte. Dabei sind für die Gewinnung repräsentativer Aussagen, die Etablierung eines geeigneten Testbetriebsnetzes und die Formulierung länderübergreifend harmonisierter Regelungen zur Datenerhebung und Messung Voraussetzungen. Die Erhebungen sollten nach Möglichkeit um Modellrechnungen erweitert werden, um ein besseres Prozessverständnis zu erreichen und die Ergebnisse auf größere räumliche Skalen übertragen zu können. Das Demonstrationsvorhaben schafft mit dem kombinierten Ansatz aus einheitlich angewandten kalkulatorischen und analytischen Verfahren perspektivisch die Grundlage für ein Monitoring, welches die aktuelle Situation der Nitratbelastung zuverlässig abbilden kann und dadurch einen wichtigen Beitrag zur Nitratberichterstattung leistet. Dazu ist im Fortlauf des Vorhabens die Anwendung und Überprüfung des Indikatorensets in weiteren Testgebieten mit anderen Betriebsstrukturen und Standortverhältnissen erforderlich.

Veröffentlicht
2020-12-08