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Phosphoreinträge in die Gewässer bundesweit modellieren

Nach wie vor ist in Deutschland in einigen Gewässern die Belastung mit Phosphor zu hoch. Für eine weitere Reduzierung der Einträge braucht es eine verlässliche Beschreibung der wichtigsten Quellen und Eintragspfade. Mit neuen Datengrundlagen und methodischen Ansätzen wurde die bundesweite Modellierung der Phosphoreinträge mit dem Modell MoRE aktualisiert. Fokus lag auf der Weiterentwicklung der Aussagen für den Eintragspfad Bodenerosion. Die neuen Ergebnisse zeigen, dass insgesamt in Deutschland jährlich rund 15.400 t/a Gesamtphosphor in die Gewässer eingetragen werden, davon 11 % über ⁠ Erosion ⁠ hauptsächlich von Ackerflächen. Circa 60 % stammen aus Siedlungsgebieten (Kläranlagen, Kanalisationen). Veröffentlicht in Texte | 142/2022.

Züchterische Verbesserung der Phosphor-Aneignungseffizienz von Stärkekartoffeln und eine ressourcenschonende Rohstoffproduktion, Teilvorhaben 2: Aufklärung morphologischer, physiologischer und molekularer Mechanismen zur Verbesserung der Phosphoraufnahmeeffizienz der Kulturkartoffel

Die Kulturkartoffel (Solanum tuberosum spp. tuberosum) hat eine vergleichsweise schlechte Nährstoffaneignungseffizienz. Bei der Erzeugung von Stärkekartoffeln kommt der optimalen Ernährung der Pflanze mit Phosphor eine hohe Bedeutung zu, während die Ausbringung leicht löslicher Phosphor-Dünger das Risiko der Phosphor-Auswaschung und Gewässerbelastung birgt. Der Züchtung von Sorten mit verbesserter P-Aneignungseffizienz kommt deshalb aus Sicht des Ressourcen- und Umweltschutzes eine hohe Bedeutung zu. Das Ziel des Gesamtvorhabens ist es, (I) Kartoffel-Genotypen mit einer hohen P-Aneignungseffizienz zu identifizieren und (II) molekulare Marker zu entwickeln, die zur Selektion P-effizienter Stärkekartoffelsorten genutzt werden können. Unser Teilprojekt wird hierbei zur Phänotypisierung der Kartoffel-Genotypen beitragen und Effizienzmechanismen aufklären.

Professionelle Überwachung des Wassers führt zur Veränderung

Mit Hilfe von 400 Messstellen an Flüssen, Bächen und Seen sowie mehr als 1000 Grundwassermessstellen überwacht der NLWKN (Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz) kontinuierlich die Gewässergüte. Die Ergebnisse, zum Beispiel die ausführliche Auswertung zur Stickstoff- und Phosphatbelastung niedersächsischer Gewässer, sind jetzt schnell und einfach in der niedersächsischen Landesdatenbank für wasserwirtschaftliche Daten nachzulesen: www.wasserdaten.niedersachsen.de . Neben der aktuellen Nährstoffsituation von Oberflächenwasser und Grundwasser lässt sich durch Anklicken für jede Messstelle die Entwicklung der Nährstoffgehalte in Form übersichtlicher Zeitreihen abrufen. „Die Daten sprechen eine deutliche Sprache“, betonte Umwelt-Staatssekretärin Almut Kottwitz am Dienstag bei der Vorstellung des in Jahresberichts des NLWKN in Norden: „An vielen Flüssen und Seen erreichen die Stickstoff- und Phosphorgehalte hohe Werte. Das Grundwasser ist in weiten Bereichen Niedersachsens mit Nitrat belastet“. So sind 51 der 123 Grundwasserkörper und damit rund 59 Prozent der niedersächsischen Landesfläche nach dem derzeit veröffentlichten Bewirtschaftungsplanentwurf zur Wasserrahmenrichtlinie als im schlechten Zustand einzuordnen. Sorgen bereiten darüber hinaus auch die Spurenstoffe, zum Beispiel Wirkstoffe der Pharmazie und Chemie, die in großen Mengen in der Humanmedizin und in der Tier- und Pflanzenproduktion sowie in der Industrie eingesetzt werden, die aber leider auch in den Wasserkreislauf gelangen. Deshalb untersucht der NLWKN bestimmte Spurenstoffe in den Gewässern Niedersachsens. Nachgewiesen werden sie mit modernster Umweltanalytik in niedrigsten Konzentrationen (Nanogramm pro Liter, ng/l). Spurenstoffe können bereits in geringen Mengen Umwelt gefährdend wirken, wenn sie giftig und nur schwer abbaubar sind und sich obendrein in der Umwelt über die Nahrungskette in Lebewesen (zum Beispiel Fischen) anreichern. Im Grundwasser wurden des öfteren Pflanzenschutzmittelwirkstoffe und zunehmend deren Abbauprodukte nachgewiesen. Auch muss angesichts vereinzelter Funde von Tierarzneimittel- oder Humanarzneimittelwirkstoffen mit neuen Stoffgruppen gerechnet werden. „Aufgrund der Befundlage wird der NLWKN sein Monitoring und die analytischen Laborkapazitäten noch erweitern“, kündigte Kottwitz an. Arzneimittelwirkstoffe werden vom Organismus bei Mensch und Tier nicht vollständig umgesetzt und mitunter zu mehr als 70 Prozent wieder ausgeschieden. Sie gelangen mit dem Abwasser in die Fließgewässer beziehungsweise mit Gülle und Mist über den Boden in das Grundwasser. In Deutschland werden jährlich etwa 1.600 Tonnen Antibiotika in der Tiermedizin und 630 Tonnen Antibiotika in der Humanmedizin eingesetzt, wobei der regionale Verbrauch an Tierarzneimitteln proportional zur Viehbesatzdichte ist. Der Absatz von Pflanzenschutzmitteln beträgt bundesweit ca. 32.500 Tonnen, davon sind 55 Prozent Herbizide. Dass die professionelle Überwachung des Grundwassers und des Oberflächengewässers auch die Basis für kontinuierliche Verbesserungen der Gewässergüte ist, machte der Direktor des NLWKN, Siegfried Popp an einem Beispiel fest: Die biologische Untersuchung des Makrozoobenthos im Fließgewässer, also der am Boden lebenden Kleinsttiere, die mit dem Auge noch erkennbar sind, sei seit 1985 Aufgabe der Wasserwirtschaft in Niedersachsen. Die Ergebnisse wurden anhand klassischer Gewässergütekarten regelmäßig dargestellt. „So konnte die schlechte Wasserqualität der Fließgewässer in den 1980er und 1990er Jahren veranschaulicht werden. Das führte dazu, dass hinsichtlich der Nährstoffe die Reinigungsleistung der kommunalen Kläranlagen erheblich erhöht wurde, und sich somit die biologische Gewässergüte der Flüsse und Bäche in weiten Teilen deutlich verbessert hat“. Sein Fazit: „Die vom NLWKN erhobenen Daten und deren Bewertung sind eine entscheidende Handlungsgrundlage für die Politik“. Kottwitz abschließend: „Die diffuse Stickstoffbelastung des Grundwassers müssen wir in enger Zusammenarbeit mit der Landwirtschaft weiter verringern. Mit Blick auf die Spurenstoffe gilt es jetzt, die Einträge deutlich zu reduzieren und somit teure End-of-Pipe-Lösungen zu vermeiden“.

Identifizierung der kosteneffizienten Maßnahmen bezüglich der Gewässerbelastung mit Schadstoffen zur Erfüllung der EG-Wasserrahmenrichtlinie unter Berücksichtigung der lokalen Randbedingungen - Beispiel Rur

Problemstellung: Die im Jahr 2000 verabschiedete EG-Wasserrahmenrichtlinie (2000/60/EG) stellt eine Neuordnung des europäischen Wasserrechtes dar und etabliert eine integrierte Herangehensweise in der Wasserwirtschaft. Ihr Ziel ist das Erreichen eines 'guten ökologischen und chemischen Zustandes' in Oberflächengewässern und im Grundwasser bis 2015. Das zentrale Instrument der EG-WRRL ist der Bewirtschaftungsplan (Anhang VII), welcher u.a. eine Bestandsaufnahme der Flussgebiete sowie die Ableitung und Durchführung von Maßnahmen zum Erhalt bzw. zur Verbesserung des Gewässerzustandes beinhaltet. Die Maßnahmen zur Verbesserung des Gewässerzustandes sind immissionsbezogen entsprechend der vorhandenen Defizite und der Belastungssituation abzuleiten. Zwar sind die Bewirtschaftungspläne einschließlich der Maßnahmenprogramme erst Ende 2009 zu erstellen, jedoch sollte schon heute eine konkrete Vorstellung über eine Herangehensweise an mögliche und sinnvolle Maßnahmen sowie deren Wirksamkeit und Kosten gewonnen werden. Nur so können die Maßnahmen im Hinblick auf das Erreichen des 'guten' Gewässerzustandes bis 2015 termingerecht umgesetzt werden. Zielsetzung: Ziel des Vorhabens ist eine beispielhafte Aufstellung der kosteneffizienten Maßnahmen bzw. Maßnahmenkombinationen bezüglich der Gewässerbelastungen ausgewählter defizitärer Parameter (Stickstoff, Phosphor, Cadmium, Blei, Zink, Atrazin, Diuron, Chloridazon). Mit den gewählten Vorschlägen soll den Bezirksregierungen als zuständige Fachbehörden zur Umsetzung der EG-WRRL in NRW ein anwendbares Instrumentarium zur Verfügung gestellt werden. Innerhalb des Projektes sollen Wasserkörper im Flussteileinzugsgebiet der Rur (AE von ca. 2370 km ) nach dem Ergebnisbericht der Bestandsaufnahme auf gütespezifische Problemstellungen hin untersucht werden und mögliche kosteneffiziente Maßnahmen(kombinationen) nach einer formulierten methodischen Vorgehensweise erarbeitet werden. Vorgehensweise: Im Rahmen der Untersuchungen am Beispiel von Wasserkörpern des Flussteileinzugsgebietes 'Rur' (Eifel) sollen folgende Punkte bearbeitet werden: - Auswertung der Bestandsaufnahme zur Identifizierung der signifikanten Belastungsquellen mit Einfluss auf die betrachteten gütespezifischen Problemstellungen. - Festlegung der Zielgrößen zur Kennzeichnung des 'guten Zustandes' für die betrachteten Stoffparameter unter kritischer Würdigung der Vorgaben des Unterliegers (Niederlande) - Identifizierung und Katalogisierung von Maßnahmen und Maßnahmenkombinationen für die Vermeidung bzw. Reduzierung der Schadstoffeinträge einschl. der Kosten und Wirksamkeiten - Einschätzung der Wirkung von Maßnahmenkombinationen auf die gütespezifischen Problemstellungen im Hinblick auf das Erreichen des 'guten Gewässerzustandes' und Ableitung von Zielerfüllungsfunktionen in Abhängigkeit der Reduktion der Belastungen und der gewählten Maßnahmenkombinationen als Grundlage für die Entscheidungsfindung.

Evaluation der Oekomassnahmen in den Bereichen Stickstoff und Phosphor

Auf nationaler und regionaler Ebene soll gezeigt werden, inwieweit die Oekomassnahmen zu einer geringeren Belastung der Umwelt und insbesondere der Gewaesser mit Stickstoff und Phosphor fuehren. Mit den Ökomassnahmen nach Art. 70 und 76 (vormals Art. 31b) des Landwirtschaftsgesetzes wird unter anderem eine Senkung des Nitratgehalts im Grund- und Quellwasser sowie eine geringere Belastung der Oberflächengewässer mit Phosphor angestrebt. Im Auftrag des Bundesamts für Landwirtschaft (Module 22, 23, 32 und 33) wird in diesem Projekt einerseits der Nährstoffüberschuss der Landwirtschaft, welcher den gesamten Nährstoffverlusten und der Nährstoffanreicherung im Boden entspricht, berechnet (nationale Evaluation). Andererseits wird in ausgewählten Gebieten der Einfluss der Ökomassnahmen auf die Nitratauswaschung, die Phosphorabschwemmung und die Bodenerosion studiert (regionale Evaluation). In dieser Wirkungsanalyse geht es um die Frage, ob und in welchem Ausmass ein kausaler Zusammenhang zwischen den in der Landwirtschaft durchgeführten Ökomassnahmen und der Belastung der Gewässer mit Stickstoff und Phosphor besteht.

Wirkung bodennaher Gülleausbringungsverfahren auf den Phosphoraustrag in Drainagen

Zur Untersuchung des Phosphoraustrages in Dränagen bei einer Gülleaufbringung kurz vor Niederschlagsereignissen wurden auf einer Grünlandfläche direkt am Mitteregelsee Beregnungsversuche durchgeführt. Dabei wurden drei unterschiedliche Ausbringungsverfahren (Schleppschlauch, Prallteller und Schleppschuh) mit einer Nullvariante verglichen. Dazu wurden vier Dränagenstränge geöffnet, die Gülle auf die Versuchsparzellen aufgebracht und Starkniederschlagsereignisse unmittelbar nach der Aufbringung bzw. ca. 20 Stunden danach simuliert. Nach dem Anspringen des Dränagesystems wurde der Abfluss mittels Kübelmessung ermittelt. Weiters wurden die Konzentrationen von Phosphor, Ammonium und Nitrat bestimmt, um die ausgetragenen Frachten berechnen zu können. Die Auswertung der Messergebnisse ergab eine starke Abhängigkeit der Phosphorfracht von der Gesamtabflussmenge, die bei den acht verschiedenen Parzellen erhebliche Unterschiede aufwies. Nach einer Standardisierung der Versuchsfläche hinsichtlich Ausbringungsmenge, Gesamtabfluss in der Dränage und Anteil von Bodenwasser und Beregnungswasser am Gesamtabfluss konnten die Varianten miteinander verglichen werden. Dabei zeigt der Prallteller die höchsten Frachten an ausgetragenen Phosphor, die etwa zweimal der Phosphorfracht der alternativen Aufbringungsvariante Schleppschuh entsprach. Die Phosphorfracht, die nach Gülleapplikation mit dem Schleppschlauch aufgetragen wurde, war etwas niedriger als jene des Schleppschuhs. Ein Vergleich mit einem ähnlichen Versuch in Bayern bestätigte den Trend dieser Untersuchung. Durch den Einsatz der alternativen Applikationsmethoden Schleppschlauch und Schleppschuh konnte im Vergleich zur konventionellen Gülleausbringung mittels Prallteller auch eine Reduktion des Ammoniumaustrages über Dränagen erreicht werden. Der gleiche Trend wurde hinsichtlich Nitrats festgestellt. Abschließend bleibt festzuhalten, dass das Ausbringungsverfahren bei einer Applikation kurz vor einem Starkniederschlagsereignis großen Einfluss auf den Austrag von Phosphor, Ammonium und Nitrat in das Dränagesystem hat. Mit der Wahl einer geeigneten Applikationsmethode kann eine Belastung der Gewässer, vor allem mit Phosphor, in empfindlichen Gebieten deutlich reduziert werden.

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