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Überschreitung der Belastungsgrenzen für Eutrophierung

Nährstoffeinträge (vor allem Stickstoff) aus der Luft belasten Land-Ökosysteme und gefährden die biologische Vielfalt. Zur Bewertung dieser Belastung stellt man ökosystemspezifische Belastungsgrenzen (Critical Loads) den aktuellen Stoffeinträgen aus der Luft gegenüber. Trotz rückläufiger Stickstoffbelastungen in Deutschland besteht weiterhin Handlungsbedarf – vor allem bei den Ammoniak-Emissionen. Situation in Deutschland Im Jahr 2019 (letzte verfügbare Daten) wurden die ökologischen Belastungsgrenzen für ⁠ Eutrophierung ⁠ durch Stickstoff in Deutschland auf 69 % der Flächen empfindlicher Ökosysteme überschritten (siehe Karte „Überschreitung des Critical Load für Eutrophierung durch die Stickstoffeinträge im Jahr 2019“). Die zur Flächenstatistik dieser Überschreitung herangezogenen Ökosystemtypen stammen aus dem CORINE-Landbedeckungsdatensatz von 2012 und bilden vor allem Waldökosysteme ab (ca. 96 %). Besonders drastisch sind die Überschreitungen in Teilen Nordwestdeutschlands. Aufgrund der dort ansässigen Landwirtschaft und intensiv betriebenen Tierhaltung ist der Stickstoffeintrag dort besonders hoch. So sind etwa zwei Drittel der Stickstoffeinträge auf Ammoniakemissionen zurückzuführen. Im Rahmen eines ⁠ UBA ⁠-Vorhabens zur Modellierung der Stickstoffdeposition (PINETI-4, Abschlussbericht in prep.) konnte die Entwicklung der Belastung methodisch konsistent für eine lange Zeitreihe (2000 bis 2019) rückgerechnet werden. Die nationalen Zeitreihendaten zeigen, dass der Anteil der Flächen in Deutschland, auf denen die ökologischen Belastungsgrenzen überschritten wurden, von 84 % im Jahr 2000 auf 69 % im Jahr 2019 zurückging (siehe Abb. „Anteil der Fläche empfindlicher Land-Ökosysteme mit Überschreitung der Belastungsgrenzen für Eutrophierung“). Die Abnahme der Belastungen spiegelt größtenteils den Rückgang der Emissionen durch Luftreinhaltemaßnahmen wider. Karte: Überschreitung des Critical Load für Eutrophierung durch Stickstoffeinträge im Jahr 2019 Quelle: Kranenburg et al. (2024) Flächenanteil empfindlicher Land-Ökosysteme mit Überschreitung der Belastungsgrenzen Eutrophierung Quelle: Kranenburg et al. (2024) Diagramm als PDF Diagramm als Excel mit Daten Handlungsbedarf trotz sinkender Stickstoffeinträge Auch in den nächsten Jahren ist wegen der bisher nur unwesentlich abnehmenden Ammoniak-Emissionen – vornehmlich aus der Tierhaltung – mit einer weiträumigen ⁠ Eutrophierung ⁠ naturnaher Ökosysteme zu rechnen. Bei der Minderung von diffusen Stickstoffemissionen in die Luft besteht daher erheblicher Handlungsbedarf. Was sind ökologische Belastungsgrenzen für Eutrophierung? Zur Bewertung der Stoffeinträge werden ökologische Belastungsgrenzen (⁠ Critical Loads ⁠) ermittelt. Nach heutigem Stand des Wissens ist bei deren Einhaltung nicht mit schädlichen Wirkungen auf Struktur und Funktion eines Ökosystems zu rechnen. ⁠ Ökologische Belastungsgrenzen ⁠ sind somit ein Maß für die Empfindlichkeit eines Ökosystems und erlauben eine räumlich differenzierte Gegenüberstellung der Belastbarkeit eines Ökosystems mit aktuellen atmosphärischen Stoffeinträgen. Das dadurch angezeigte Risiko bedeutet nicht, dass in dem betrachteten Jahr tatsächlich schädliche chemische Kennwerte erreicht oder biologische Wirkungen sichtbar sind. Es kann Jahrzehnte dauern, bis Ökosysteme auf Überschreitungen der ökologischen Belastungsgrenzen reagieren. Im Rückschluss ist auch die Erholung des Ökosystems auf vorindustrielles Niveau sehr langwierig, wenn nicht sogar eine irreversible Schädigung des Ökosystems vorliegt. Beide Prozesse sind abhängig von Stoffeintragsraten, meteorologischen und anderen Randbedingungen sowie von chemischen Ökosystemeigenschaften. Daher sind absolute Schadprognosen mittels der Überschreitungen der ökologischen Belastungsgrenzen prinzipiell nicht möglich. Stickstoffdepositionen – ein Treiber des Biodiversitätsverlusts Ein übermäßiger atmosphärischer Eintrag (⁠ Deposition ⁠) von Nährstoffen (vor allem Stickstoff) und deren Anreicherung in Land-Ökosystemen kann auf lange Sicht Ökosysteme stark beeinträchtigen. So kann es zu chronischen Schäden der Ökosystemfunktionen (wie der Primärproduktivität und des Stickstoffkreislaufs) kommen. Auch Veränderungen des Pflanzenwachstums und der Artenzusammensetzung zugunsten stickstoffliebender Arten (⁠ Eutrophierung ⁠) können hervorrufen werden. Außerdem wird die Anfälligkeit vieler Pflanzen gegenüber Frost, ⁠ Dürre ⁠ und Schädlingsbefall erhöht. Atmosphärische Einträge führen zu einer weiträumigen Angleichung der Stickstoffkonzentrationen im Boden auf einem nährstoffreichen Niveau. Die derzeit hohen Stickstoffeinträge in natürliche und naturnahe Land-Ökosysteme sind eine Folge menschlicher Aktivitäten, wie Landwirtschaft oder Verbrennungsprozesse. Diese sind mit hohen Emissionen von chemisch und biologisch wirksamen (reaktiven) Stickstoffverbindungen in die Luft verbunden. Aus der ⁠ Atmosphäre ⁠ werden diese Stickstoffverbindungen über Regen, Schnee, Nebel, Raureif, Gase und trockene Partikel wieder in Land-Ökosysteme eingetragen. Die resultierende Überdüngung ist eine der Hauptursachen für den Rückgang der ⁠ Biodiversität ⁠. Fast die Hälfte der in der Roten Liste für Deutschland aufgeführten Farn- und Blütenpflanzen sind durch Stickstoffeinträge gefährdet. Ziele und Maßnahmen zur Verringerung der Stickstoffeinträge Ein langfristiges Ziel der Europäischen Union (EU) und der Genfer Luftreinhaltekonvention (⁠ UNECE ⁠ Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution, CLRTAP) ist die dauerhafte und vollständige Unterschreitung der ökologischen Belastungsgrenzen für ⁠ Eutrophierung ⁠. International wurden deshalb in der sog. neuen ⁠ NEC-Richtlinie ⁠ ( Richtlinie (EU) 2016/2284 vom 14.12.2016) für alle Mitgliedstaaten weitere Minderungen der ⁠ Emission ⁠ von reaktiven Stickstoffverbindungen (NH x , Stickstoffoxide (NO x )) vereinbart, die bis 2030 erreicht werden müssen. Für Deutschland ergeben sich folgende nationale Emissionsminderungsverpflichtungen für Stickstoff für das Jahr 2030 und darüber hinaus im Vergleich zum Basisjahr 2005: Ammoniak (NH 3 ): minus 29 % Stickstoffoxide (NO x ): minus 65 % (siehe auch „Emissionen von Luftschadstoffen“ ). Konkrete nationale Maßnahmen, die zum Erreichen der oben genannten Minderungsverpflichtungen geeignet sind, werden derzeit in einem Nationalen Luftreinhalteprogramm zusammengestellt. Maßnahmen zur Begrenzung der negativen Auswirkungen des reaktiven Stickstoffs, zu denen auch die Eutrophierung von Ökosystemen zählt, sind in der Veröffentlichung des Umweltbundesamtes "Reaktiver Stickstoff in Deutschland" enthalten. Auch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (⁠ BMU ⁠) verfolgt den Ansatz einer nationalen Stickstoffminderungsstrategie . Weitere Informationen bietet auch das Sondergutachten des SRU „Stickstoff: Lösungen für ein drängendes Umweltproblem“ . Hintergrundwissen zur Modellierung von atmosphärischen Stoffeinträgen bietet der Bericht zum Forschungsvorhaben „PINETI-4: Modelling and assessment of acidifying and eutrophying atmospheric deposition to terrestrial ecosystems“.

Abschätzung der Vegetationsgefährdung durch Ozon in Hessen

Das Projekt "Abschätzung der Vegetationsgefährdung durch Ozon in Hessen" wird/wurde gefördert durch: Hessische Landesanstalt für Umwelt. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Gießen, Fachbereich 08 Biologie, Chemie und Geowissenschaften, Institut für Pflanzenökologie (Botanik II).Die Konzentrationen vieler Luftinhaltsstoffe sind aufgrund vielfältiger menschlicher Aktivitäten in den letzten Jahren beträchtlich angestiegen. Als vegetationsgefährdende Komponente gewinnt dabei Ozon in der Bundesrepublik Deutschland zunehmend an Bedeutung, während z.B. Schwefeldioxid aufgrund der erfolgreichen Emissionsminderungsmaßnahmen in den Hintergrund tritt. Bei der Erstellung von Luftreinhalteplänen/Wirkungskatastern geht es darum, die räumliche und zeitliche Variabilität der Schadgaskonzentrationen im Hinblick auf eine mögliche Beeinträchtigung der Vegetation zu bewerten. Darüber hinaus gilt es, mögliche Entwicklungen der Immissionsbelastung prospektiv zu beurteilen, um frühzeitig evtl. notwendige Gegenmaßnahmen einleiten zu können. Dies bedarf integrierender Konzepte, in denen physikalisch/chemische Messprogramme und Verfahren der Bioindikation miteinander verknüpft werden. Das gemeinsam mit dem Hessischen Landesamt für Umwelt und Geologie durchgeführte Untersuchungsprogramm gliedert sich in fünf Schritte: - In einem ersten Schritt wurden potentielle Ertragsverluste durch Ozon anhand von Dosis-Wirkung-Funktionen aus der Literatur unter Verwendung hessischer Ozon-Messdaten für verschiedene Kulturpflanzen abgeschätzt. - In einem zweiten Schritt wurde eine flussorientierte Kenngröße für die Ozon-Belastung der Vegetation unter Verwendung von Messgrößen abgeleitet, die in den Ländermessnetzen erhoben werden. - In einem dritten Schritt wurde ein Modell für die Bestimmung des Gasaustausches zwischen Vegetation und bodennaher Atmosphäre entwickelt. - In einem vierten Schritt wurden sog. kritische absorbierte Ozon-Dosen (critical loads) für standardisiert exponierte Rezeptoren abgeleitet. - In einem fünften Schritt werden die aktuell in Europa diskutierten Grenzwerte zum Schutz der Vegetation vor Ozon und die ihnen zu Grunde liegenden Dosis-Wirkung-Funktionen auf ihre Übertragbarkeit auf bzw. Relevanz für die deutschen Verhältnisse untersucht. Die Methodik zur Ableitung kritischer absorbierter Ozon-Dosen (critical loads) wird weiterentwickelt sowie die Gefährdung der Vegetation durch Ozon auf regionaler Ebene realistisch abgeschätzt.

Critical Levels und Critical Loads Baden-Württemberg 2020, Teil CL1: Methoden- und Datengrundlagen der Stickstoffanleitung

Das Projekt "Critical Levels und Critical Loads Baden-Württemberg 2020, Teil CL1: Methoden- und Datengrundlagen der Stickstoffanleitung" wird/wurde gefördert durch: Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg. Es wird/wurde ausgeführt durch: Regioplus Ingenieurgesellschaft.Das Kernvorhaben zur Umsetzung des ersten Forschungswettbewerbs in StickstoffBW konkretisiert die Simple-Mass-Balance Methode und entwickelt eine Fachkonvention für die behördliche Festsetzung von Critical Level und Critical Loads (CL). Die Ergebnisse sollen die in 2014 veröffentlichte 'CL-Datenmappe' ablösen. Im Einzelnen sollen die Forschenden 1. eine Anleitung zur Ermittlung der Critical Levels und Critical Loads orientierend mit Karten und abschließend mit Anleitung (Ing. Regioplus Mainz) einschließlich 2. einer Kartieranleitung zur Differenzierung der Biotoptypen nach Empfindlichkeit gegenüber Stickstoffeinträgen (Breunig Karlsruhe) und 3. einer Analyse der historischen Grünlandnutzung als Orientierungshilfe für die Definition von Trophiezonen für den Viehbesatz und die Düngungsintensität erarbeiten (Ing. Hohenheim).

Forstliches Umweltmonitoring

Das Projekt "Forstliches Umweltmonitoring" wird/wurde gefördert durch: Kommission der Europäischen Gemeinschaften Brüssel. Es wird/wurde ausgeführt durch: Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz.Waldökosysteme sind vielfältigen Belastungen ausgesetzt. Um rechtzeitig ungünstigen Entwicklungen entgegensteuern zu können, ist eine fortlaufende Überwachung des Waldzustandes notwendig. Dieses forstliche Umweltmonitoring erfolgt in Rheinland-Pfalz mit Hilfe von landesweiten Übersichtserhebungen (Level-I: Kronenzustandserhebung, Bodenzustandserhebung oder Waldernährungserhebung auf einem systematischen Raster) und anhand von Intensivuntersuchungen an Waldökosystem-Dauerbeobachtungsflächen (Level-II kontinuierliche Messungen der Luftschadstoffbelastung und der Witterungsverläufe sowie eine fortlaufende Beobachtung der Reaktionen der Waldökosysteme auf natürliche und anthropogene Stresseinflüsse an ausgewählten für die wichtigsten Waldstandorte in Rheinland-Pfalz charakteristischen Flächen). Erfasst werden u.a.: Kronenzustand (terrestrisch und aus IRC-Luftbildern); Waldwachstum; Nährstoffversorgung; Bodenvegetation; Bodenzustand; Baumflechten; Feinwurzeln; Mykorrhiza; Streufall; Ozonschadsymptome; Phänologie; Klima; Witterung; Luftschadstoffimmission; Luftschadstoffdeposition; Bodenwasser; Quellwasser. Anhand dieser Ergebnisse erfolgen Bewertungen zu den Themen: Wasserhaushalt, Bioelementhaushalt, Bodenversauerung, Stickstoffsättigung, Überschreitungen der ökologischen Belastungsgrenzen durch Luftschadstoffe (critical loads, AOT 40 etc.). Alle wesentlichen Befunde und umfangreiche Bewertungen können auch unter www.fawf.wald-rlp.de und hier unter: Forschungsschwerpunkte/Forstliches Umweltmonitoring eingesehen werden.

Manual on Methodologies and Criteria for Modelling and Mapping Critical Loads and Levels and Air Pollution Effects, Risks, and Trends - Update 2024

This report is an important collection of tools used in the framework of the Geneva Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution (CLRTAP). Thus, it provides for example a scientific basis on the application of critical levels and loads, their interrelationships, and the consequences for abatement. After the transfer of the Coordination Center for Effects from the Netherlands to Germany this edition is published by the German Environment Agency (UBA). With this edition recent technical updates where transferred in the document. The changes of chapter 3 from the Ammonia-workshop decided 2023 have been incorperated.The information on backgrounddatabase (BGDB) (5.2) and the new receptor map were implemented in chapter 5.6.

Empirical Critical Loads of nitrogen for Europe

This brochure summarizes the revised empirical critical loads for N compared to 2011. 40 % of ecosystems react more sensitively to N than previously assumed. The ecosystems studied have been visualized to make them easier to understand. Two maps show the distribution of natural and semi-natural ecosystems on the one hand and the distribution of forest ecosystems in Europe and the neighboring countries of Eastern Europe, the Caucasus and Central Asia (⁠ EECCA ⁠) on the other. This brochure was developed as a low-threshold information tool for scientists, but also for politicians and the interested public in the EU and the EECCA countries. Veröffentlicht in Broschüren.

Manual on Methodologies and Criteria for Modelling and Mapping Critical Loads and Levels and Air Pollution Effects, Risks, and Trends - Update 2024

This report is an important collection of tools used in the framework of the Geneva Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution (CLRTAP). Thus, it provides for example a scientific basis on the application of critical levels and loads, their interrelationships, and the consequences for abatement. After the transfer of the Coordination Center for Effects from the Netherlands to Germany this edition is published by the German Environment Agency (⁠ UBA ⁠). With this edition recent technical updates where transferred in the document. The changes of chapter 3 from the Ammonia-workshop decided 2023 have been incorperated.The information on backgrounddatabase (BGDB) (5.2) and the new receptor map were implemented in chapter 5.6. Veröffentlicht in Texte | 123/2024.

PINETI-4: Modelling and assessment of acidifying and eutrophying atmospheric deposition to terrestrial ecosystems

Biodiversity in Europe is strongly affected by atmospheric nitrogen and sulfur deposition to ecosystems. Within the PINETI-4 (Pollutant Input and Ecosystem Impact) project the deposition of nitrogen and sulfur compounds across Germany was quantified for the years 2000, 2005, 2010 and 2015 to 2019, using the atmospheric chemical transport model LOTOS-EUROS and precipitation composition measurements. Model improvements lead to better evaluation scores in comparison to observations compared to the previous PINETI-3 report. While nitrogen deposition has been decreasing in the last decades, the results show that in 2019 critical loads for eutrophication were still exceeded for nearly 70 % of ecosystems. Veröffentlicht in Texte | 130/2024.

Critical Limits for Acidification and Nutrient Nitrogen

The International Cooperative Programme on Modelling and Mapping of Critical Levels and Loads and Air Pollution Effects, Risks and Trends (ICP Modelling and Mapping) develops and uses critical loads to recommend science-based emission reductions to policy makers within the ⁠ UN ⁠ Air Convention (CLRTAP). A critical load defines the deposition of a pollutant below which significant harmful effects on a sensitive ecosystem element are not expected to occur. The Simple Mass Balance (SMB) model is the most widely used steady-state model under the Air Convention to estimate critical loads for nutrient nitrogen (eutrophication) and sulphur together with nitrogen (acidification). Within the SMB model, so-called critical limits define chemical threshold values to prevent harmful effects in the ecosystem. In this report, the currently used critical limits for terrestrial ecosystems were reviewed. The project was motivated to ensure continuous uptake of scientific advances in the effects work. Experts of the National Focal Centres (NFC) and beyond were invited to comment and discuss preliminary results of the project during the ICP Modelling and Mapping Task Force meetings and a workshop. Results will be used by the Coordination Centre for Effects (CCE) to review the Mapping Manual for calculating critical loads. Veröffentlicht in Texte | 93/2024.

Indikator: Eutrophierung durch Stickstoff

Die wichtigsten Fakten 69 % der Fläche empfindlicher Ökosysteme Deutschlands waren 2019 durch zu hohe Stickstoffeinträge bedroht. Die Bundesregierung strebt mit der Neuauflage der Nachhaltigkeitsstrategie 2016 an, den Anteil dieser Flächen zwischen 2005 und 2030 um 35 % zu senken. Dadurch ergibt sich nach den derzeitigen Berechnungsgrundlagen ein Wert von 52 % im Jahr 2030. Nur wenn die Anstrengungen verstärkt werden, den Ausstoß von Luftschadstoffen zu senken, kann dieses Ziel erreicht werden. Welche Bedeutung hat der Indikator? ⁠ Ökologische Belastungsgrenzen ⁠ (sogenannte „Critical Loads“) sind ein Maß für die Empfindlichkeit eines Ökosystems gegenüber dem Eintrag eines Schadstoffs. Liegen die Einträge von Luftschadstoffen unter diesen „Critical Loads“, ist nach heutigem Stand des Wissens nicht mit schädlichen Wirkungen auf Struktur und Funktion eines Ökosystems zu rechnen. Durch einen übermäßigen Eintrag von Stickstoffverbindungen aus der Luft in Land-Ökosysteme können Nährstoffungleichgewichte entstehen. In Folge des geänderten Nährstoffangebots ändert sich zum Beispiel die Artenzusammensetzung: Organismen, die stickstoffarme Standorte bevorzugen, werden zugunsten stickstoffliebender Arten verdrängt. Fast die Hälfte der in Deutschland in der Roten Liste aufgeführten Farn- und Blütenpflanzen sind durch Nährstoffeinträge gefährdet. Außerdem werden viele Pflanzen durch die Veränderung der Nährstoff-Verfügbarkeit anfälliger gegenüber Frost, ⁠ Dürre ⁠ und Schädlingen. Der ⁠ Indikator ⁠ fokussiert naturnahe Ökosysteme, insbesondere Wälder, Moore, Heiden und Magerrasen. Wie ist die Entwicklung zu bewerten? Trotz rückläufiger Stickstoffeinträge wurden die Belastungsgrenzen für die Einträge von Stickstoff im Jahr 2019 immer noch auf 69 % der Fläche empfindlicher Ökosysteme überschritten. Im Jahr 2005 waren es noch 79 % der Fläche. Besonders problematisch sind die hohen Ammoniak-Emissionen durch Tierhaltung und Düngemittelausbringung. Diese sind bisher nur unwesentlich gesunken und auch in näherer Zukunft ist nicht mit einem starken Rückgang zu rechnen. Die Bundesregierung hat sich in ihrer Nachhaltigkeitsstrategie folgendes Ziel gesetzt: Der Anteil der Flächen, die von zu hohen Stickstoffeinträgen betroffen sind, soll zwischen 2005 und 2030 um 35 % sinken (BReg 2016). Somit ergibt sich mit derzeitigen Berechnungsgrundlagen ein Wert von 52 % im Jahr 2030. Damit dieses Ziel erreicht werden kann, müssen die Reduktionverpflichtungen für Ammoniak und Stickoxide der Richtlinie (EU) 2016/2284 über die Reduktion der nationalen Emissionen bestimmter Luftschadstoffe eingehalten werden. Diese sehen eine Minderung der Emissionen um 29 % (NH 3 ) bzw. um 65 % (NO x ) im Vergleich zum Basisjahr 2005 vor. Mit welchen Maßnahmen die Emissionen gesenkt werden können, beschreibt das nationale Luftreinhalteprogramm gemäß § 6 der Richtlinie (EU-RL 2016/2284). Vorschläge für Maßnahmen, mit denen das Problem der ⁠ Eutrophierung ⁠ durch Stickstoff gelöst werden kann, macht das Umweltbundesamt in der Publikation „Reaktiver Stickstoff in Deutschland“ (⁠ UBA ⁠ 2015). Wie wird der Indikator berechnet? Zunächst werden die kritischen Belastungsgrenzen (⁠ Critical Loads ⁠) für empfindliche Ökosystemtypen berechnet: Wieviel Stickstoff kann abgelagert werden, ohne dass das ⁠ Ökosystem ⁠ langfristig geschädigt wird? Den Critical Loads werden die Stoffeinträge in die Ökosysteme gegenübergestellt, die im Rahmen der nationalen Depositionsmodellierung ermittelt wurden. Nähere Informationen finden sich in den Berichten der Europäischen Umweltagentur und des Umweltbundesamtes ( EEA 2014 , UBA 2014 ). In der Nationalen Biodiversitätsstrategie wird ein verwandter ⁠ Indikator ⁠ publiziert (BMUB 2015) . Aufgrund abweichender Methoden kommt dieser Indikator zu anderen Werten. Ausführliche Informationen  zum Thema finden Sie im Daten-Artikel: "Überschreitung der Belastungsgrenzen für Eutrophierung" .

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