Entwicklung der Nitratkonzentration im Grundwasser am Beispiel eines Einzugsgebietes mit einer 20-jährigen Kooperation LW/WW

Transkript

1 Entwicklung der Nitratkonzentration im Grundwasser am Beispiel eines Einzugsgebietes mit einer 20-jährigen Kooperation LW/WW

2 Entwicklung der Nitratkonzentration im Grundwasser innerhalb eines Einzugsgebietes mit einer 20-jährigen Kooperation LW/WW Gliederung: 1. Einleitung 1 Einleitung 2. Übersicht der Situation im westlichen Kreisgebiet Viersen 3. Strategien und Maßnahmen zur Verminderung des Nitrateintrags 4. Kosten 5. Auswirkungen der Kooperationsmaßnahmen 6. Fazit WRRL Runder Tisch Grundwasser am 16.September 2014

3 1 Entwicklung der NO 3 -Konzentration am Beispiel eines Brunnens mg/l Nitrat Grenzwert Nitrat 50 mg/l

4 1 Nitratbelastung im Grundwasser in NRW

5 1 Nitratbelastung im Nierseinzugsgebiet Niers Nette Schwalm

6 1 Ursachen der Nitratbelastung N-Bilanzüberschüsse in Deutschland kg N/ha 180 incl. neue Bundesländer WRRL Runder Tisch Grundwasser am 16.September 2014

7 1 Ursachen der Nitratbelastung Nährstoffbilanzen Schema einer Hoftorbilanz WRRL Runder Tisch Grundwasser am 16.September 2014

8 2 Übersicht der Situation im westlichen Kreisgebiet Viersen - Landwirtschaftliche Nutzung - Anbau von Feldgemüse- und Sonderkulturen hoher Anteil Kartoffelanbau (bis 25%) intensive Viehhaltung Energiepflanzenanbau Jährlicher Anfall an Norg insgesamt ca. 170 kg/ha Wirtschaftdüngerimport

9 2 Übersicht der Situation im westlichen Kreisgebiet Viersen Viersen alle 08 - Anteile der Kulturen innerhalb der Fruchtfolge Kritische Kulturen Lüttelbracht Nettetal % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Gemüse Kartoffeln S-Mais Getreide Z-Rüben W.W.-Gras Grünland BS-gewächse Sonstige

10 Tiefe (cm) NO 3 (mg/l) Auswirkungen im Sickerwasser Nitratverteilung in der Sickerzone unter verschiedenen Nutzungsformen -400 Hoher Anteil organischer Dünger Benjeshecke Ökolandbau extensiver Ackerbau Futterbau Intensivweide

11 Nitratverlagerung ins Grundwasser 60 bis 180 kg N/(ha a) Nitratfreisetzung aus Oberboden (Mineralisierung) zusätzliche Stickstoffversorgung durch Düngung in Höhe des Pflanzenbedarfs Verlagerung des im Boden verbliebenen überschüssigen Nitrats in den Wintermonaten Gefahr der Nitratauswaschung ins Grundwasser Unter den am Niederrhein vorherrschenden klimatischen Bedingungen beträgt die durchschnittliche Verlagerungstiefe unter einer Parabraunerde (standorttypischer Boden) 60 bis 80 cm pro Sickerperiode. Das bedeutet, dass 70 bis 100 % des im Spätherbst im Boden befindlichen Nitrats für die Pflanzen im nachfolgenden Frühjahr nicht mehr zur Verfügung steht und somit ins Grundwasser ausgewaschen wird. WRRL Runder Tisch Grundwasser am 16.September 2014

12 Schema der Stickstoffverlagerung während der Sickerperiode 0 cm Beginn der Sickerperiode 45 cm Verlagerungstiefe ca. 60 cm 90 cm

13 Tiefe (cm) NO 3 (mg/l) : ZR (18 kg N/ha) 2009: MA (300 kg N/ha) 2 Nitratverteilung in der Sickerzone unter einer Fläche mit kombiniertem Ackerbau und Futterbau (Flächentausch) Probe vom Frühjahr : RG (58 kg N/ha) : KA (96 kg N/ha) : KA (99 kg N/ha) -800 WRRL Runder Tisch Grundwasser am 16.September 2014

14 Sickerwasser in mm Tolerierbarer standortbezogener N-Überschuss in der Region Niederrhein Tolerierbarer N min -Wert im Herbst 22 bis 45 kg N/ha bei Verlagerung von 60 cm N min x 4,43 x AH [%] Nitrat SW [mg/l] = Sickerwasser [mm] Standortbezogener Stickstoffüberschuss in kg/ha

15 2 Übersicht der Situation im westlichen Kreisgebiet Viersen - Nitratbelastung im oberflächennahen Grundwasser (Stand 2011) - Mittlere NO 3 - Konzentration 96 mg/l Kooperation Dülken/Boisheim

16 3 Strategien zur Verminderung des Nitrateintrags ins Grundwasser Tagung des Netzwerks Umweltmedizin in der Ärztekammer Nordrhein am 12.September 2013

17 Maßnahmen zur Verminderung des Nitrateintrags ins Grundwasser pflanzenbedarfsgerechte Ausbringung von Wirtschaftsdüngern durch Optimierung der Ausbringungstechnik und Erweiterung des Güllelagerraums keine Gülleausbringung von September bis Januar Abgabe von Wirtschaftsdüngern von viehstarken an viehschwache Betriebe innerhalb der Kooperation zur Verminderung einzelbetrieblicher Stickstoffüberschüsse Förderung des Zwischenfruchtanbaus Umstellung der Fruchtfolge

18 N min -Entwicklung der ehemaligen Kooperation Süchteln Gülleausbringung noch bis 15. Oktober möglich kg N/ha Keine Gülleausbringung zwischen dem und zulässig WRRL Runder Tisch Grundwasser am 16.September 2014

19 N min -Entwicklung von Frühkartoffeln mit ZF Senf N min kg/ha Brache Frühkartoffeln Zwischenfrucht Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez WRRL Runder Tisch Grundwasser am 16.September 2014

20 3 Strategien zur Verminderung des Nitrateintrags ins Grundwasser Ackerbauliche Maßnahmen : Zwischenfruchtanbau Vermeidung der Bodenbearbeitung im Herbst pflanzenbedarfsgerechte Nährstoffversorgung Maßnahmen zum pflanzenbedarfsgerechten Einsatz organischer Dünger: Umverteilung von Wirtschaftsdünger von viehstarken an viehschwache Betriebe Verzicht auf den Einsatz von Wirtschaftsdünger nach der Ernte Erweiterung von Güllelagerraum WRRL Runder Tisch Grundwasser am 16.September 2014

21 Problem der organischen Düngung: keine vollständige direkte Verfügbarkeit des enthaltenen Stickstoffs Nachlieferung nur schwer kalkulierbar höhere N-Mineralisierungsrate nach Bodenbearbeitung (im Herbst) Zum Vergleich: Norg im Westkreis 170 kg Steigendes N/ha Risiko von unvermeidlichen N-Verlusten bei langjähriger Überversorgung mit N org Tolerierbare Begrenzung des N org aus wasserwirtschaftlicher Sicht 120 kg N/ha und Jahr einschließlich der N-Dünger pflanzlicher Herkunft

22 Stickstoffkreislauf im Boden: NH 3 - Emission Atmosphäre Niederschläge gut kalkulierbar Wirtschaftdünger, Wirtschaftsdünger Siedlungsabfälle Gärreste Mineraldünger Pflanzenentzug Pflanzenrückstände ca. 40% organische N-Verbindungen (Stickstoffpool) schwer kalkulierbar Mineralisation ca. 60% NH bis 3% des N org / a Nitrifikation Abbau im Sickerwasser NO 3 - Sickerwasser Nitratauswaschung Wurzelzone Dränzone Abbau im Grundwasser NO 3 - Förderung im Wasserwerk Grundwasser WRRL Runder Tisch Grundwasser am 16.September 2014

23 N-Verluste bei Anwendung von Wirtschaftsdüngern + Gärresten Direkte Verfügbarkeit beträgt ca. 60% des Gesamt-N- Anteils + 20% über Nachlieferung, d.h. ca. 20% gehen über Auswaschung verloren N org (Betrieb) [kg/ha] N-Verlust [kg/ha] Nitrat (Sickerwasser) [mg/l] Bemerkung optimaler Anteil an N org gesetzliche Höchstgrenze für WD WRRL Runder Tisch Grundwasser Tagung des Netzwerks Umweltmedizin in der Ärztekammer Nordrhein am 16.September 2014 am 12.September 2013 mögliche Situation eines Biogasbetriebes

24 4 Kosten Allein für die Kooperation Dülken/Boisheim (ca ha landwirtschaftliche Nutzfläche) wurden seit 1994 ca. 1,7 Mio. für Beratung, Maßnahmen und Effizienzkontrollen bereitgestellt WRRL Runder Tisch Grundwasser am 16.September 2014

25 4 Jährliche Kostenverteilung der Kooperation Dülken/Boisheim /Jahr Umstellung auf Prämiensystem Effizienzkontrollen Wasserberatung Prämienmodell Investitionen Maßnahmen WRRL Runder Tisch Grundwasser am 16.September 2014

26 Übersicht Erfolgsprämien ab 2004 ab 2011 Kultur WRRL Runder Tisch Grundwasser am 16.September 2014 Grundprämie 60 kg N/ha altes Prämienmodell Erfolgsprämie incl. Grundprämie 80 kg N/ha 120 kg N/ha 60 kg N/ha neues Prämienmodell Erfolgsprämie incl. Grundprämie 80 kg N/ha 120 kg N/ha Getreide W-W.-Gras Z-Rüben Brache Baumschulgewächse S-Mais Grünland Kartoffeln Gemüse I (alle Sorten außer Gemüse II) Gemüse II [Porree (Ernte bis zum ), Blumenkohl, Chinakohl, Brokkoli]

27 5 Auswirkungen der Kooperationsmaßnahmen

28 Effizienzkontrollmaßnahmen Betrieb Nährstoff- Bilanzen 2.1 Stofftransportmodellierung m Wurzelzone N min - Bodenuntersuchungen m 3 m Sickerwasser- (Drän)- zone Nmin- Tiefenprofile und Tracer 3.2 Saugkerzen Lysimeter m 5 m Grundwasserzone Sauglanzenu. Bodenproben an der GW-Oberfläche Direct-Push und Grundwassermessstellen Multi-Level- Messstellen Rohwasseranalysen 4.2 WRRL Runder Tisch Grundwasser am 16.September 2014

29 5 Wirkung der Maßnahmen im Wurzelraum WRRL Runder Tisch Grundwasser am 16.September 2014

30 5 Auswirkungen der Maßnahmen nach 20 Jahren Kooperation - Beispiel: Mittlere N min -Restgehalte im Kooperationsgebiet Dülken/Boisheim - kg N/ha

31 Wirkung der Maßnahmen - Beispiel: Schlaggenaue N min -Restgehalte im Kooperationsgebiet Dülken/Boisheim - N min -Rest 1996 N min -Rest 2010

32 kg N/ha Entwicklung des N min - Durchschnittswertes nach Kartoffeln

33 5 Wirkung der Maßnahmen im Wurzelraum in der Sickerzone WRRL Runder Tisch Grundwasser am 16.September 2014

34 mg/l Nitratentwicklung im Brunnen WW101BR5 Gründung der Kooperation Dülken/Boisheim Nitrat

35 Sickerzone 65 m ü. NN Berechnete Fließzeit des Grundwassers aus Messstelle WW101GM54-1 vom Eintragsort bis zum Filterbereich Fließstrecke in m

36 Durchführung der Nitrat-Tiefbeprobung

37 Tiefe (cm) Anwendung von Effizienzkontrollen Flächengewichtetes Nitratprofil in der Sickerwasserzone : Nitrat 116 mg/l 1991: Nitrat 158 mg/l NO 3 (mg/l)

38 5 Wirkung der Maßnahmen im Wurzelraum in der Sickerzone im Grundwasser Nitrat WRRL Runder Tisch Grundwasser am 16.September 2014

39 Nitratverteilung im EZG Dülken 1. Stockwerk mg/l mg/l Nitratkonzentration 0 bis 10 mg/l 10 bis 25 mg/l 25 bis 50 mg/l 50 bis 90 mg/l mg/l > 90 mg/l mg/l Trendverlauf signifikant steigend schwach steigend kein Trend erkennbar schwach fallend signifikant fallend

40 4 Auswirkungen der Maßnahmen nach 20 Jahren Kooperation - Beispiel: Mittlere Nitratkonzentration in Vorfeldmessstellen des EZG Dülken/Boisheim - NO 3 (mg/l) 150,0 140,0 130,0 120,0 110,0 100,0 90,0 80,0 y = -3,7148x + 159,57 R² = 0, ,0 60,0 50,0 WRRL Runder Tisch Grundwasser am 16.September 2014

41 mg/l Nitratentwicklung im Brunnen WW101BR5 Gründung der Kooperation Dülken/Boisheim Nitrat

42 5 Wirkung der Maßnahmen im Wurzelraum in der Sickerzone im Grundwasser Nitrat Pflanzenschutzmittel WRRL Runder Tisch Grundwasser am 16.September 2014

43 0,05 0,09 WG110 0,09 PBSM-Befunde in GW-Messstellen (Summe PBSM µg/l) 0, ,13 0,08 WW101 0,12 0,34 0,58 0,16 0,41 1,59 0,30 0,36 0,08 0,20 0,16 0,25

44 0,06 <0,02 WG110 0,02 PBSM-Befunde in GW-Messstellen (Summe PBSM µg/l) 0, <0,02 <0,02 WW101 0,06 0,07 0,05 <0,02 <0,02 0,53 0,02 0,02 <0,02 0,02 0,05 0,04

45 Entwicklung von PBSM incl. rel. Metabolite in der GW-Messstelle WW101GM54-1 µg/l 1,20 1,10 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 <0, Atrazin Desethyl- Atrazin Desisopropyl- Atrazin Simazin Metribuzin Ter-buthylazin Isoproturon Bentazon

46 Entwicklung von PBSM incl. rel. Metabolite in der GW-Messstelle WW101GM55-1 µg/l 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Atrazin Desethyl- Atrazin Desisopropyl- Atrazin Simazin Diuron

47 5 Wirkung der Maßnahmen am Beispiel des Einzugsgebietes Dülken/Boisheim im Wurzelraum in der Sickerzone im Grundwasser Nitrat Pflanzenschutzmittel im Trinkwasser 20 Jahre Kooperation Landwirtschaft/Wasserwirtschaft

48 Inbetriebnahme Amern I Inbetriebnahme Tiefbrunnen Boisheim Inbetriebnahme Amern II Inbetriebnahme Brunnen 7 Dülken 5 Auswirkungen auf die Trinkwasserqualität Nitratentwicklung WW101 Reinwasser mg/l Grenzwert bis Grenzwert seit Nitrat WRRL Runder Tisch Grundwasser am 16.September 2014

49 Fazit Die dargestellten Ergebnisse zeigen, dass sich die Kooperationen in einigen Regionen zwar auf dem richtigen Weg befinden, das Ziel aber noch lange nicht erreicht ist. Jedoch sind vor dem Hintergrund einer erneuten Steigerung der Produktionsintensität vor allem durch den Bioenergiemarkt und der Intensivierung der Viehhaltung in einigen Regionen die Erreichung der vereinbarten Ziele in Frage zu stellen. Daher müssen neben diesen durch die Kooperation geförderten freiwilligen Maßnahmen zielführende gesetzliche Rahmenbedingungen geschaffen werden. Hier fordern die Verbände der Wasserwirtschaft folgende Mindestanforderungen für die Novellierung der DüngeV: WRRL Runder Tisch Grundwasser am 16.September 2014

50 Fazit Ausdehnung der N-Obergrenze auf alle organischen Dünger. In Gebieten mit Nitratkonzentrationen > 50 mg/l Absenkung auf 120 kg N/(ha a) Ackerland. Nährstoffbilanzierung auf Basis der Brutto-Hoftorbilanz Festsetzung des max. betrieblichen N-Überschusses auf 60 kg N/(ha a) auf Basis Hoftorbilanz Ausweitung der Lagerkapazität für organische Dünger auf 9 Monate und Begrenzung der organischen N-Düngung im Herbst WRRL Runder Tisch Grundwasser am 16.September 2014

51 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit WRRL Runder Tisch Grundwasser am 16.September 2014