Identifizierung der Hauptnitratquellen in einem landwirtschaftlichen Entwässerungsgraben im Tieflandgebiet der Elbe mittels stabiler Isotope

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Jan Rosenberg
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1 Identifizierung der Hauptnitratquellen in einem landwirtschaftlichen Entwässerungsgraben im Tieflandgebiet der Elbe mittels stabiler Isotope Nadine Borges 1, Michael Rode 1, Joris Spindler 1, Tina Neef 2, Ralph Meißner 2, Gerhard Strauch 3 1 Department Hydrologische Modellierung 2 Department Bodenchemie 3 Department Hydrogeologie

2 Gliederung des Vortrags 1. Problemstellung 2. Material und Methoden 2.1 Untersuchungsgebiet Schaugraben 2.2 Analyse der natürlichen Isotopenvariation am Nitrat 3. Ergebnisse 3.1 Benthische Denitrifikation 3.2 Identifizierung der Eintragsquellen 3.3 Hydrologische Abhängigkeit des Nitrateintrags 4. Zusammenfassung

3 Problemstellung - Zunahme des Anteils des diffusen Stickstoffeintrags aus der Landwirtschaft an der Gesamt N Belastung. - Zur Verbesserung des Nährstoffmanagement in solchen Einzugsgebieten Kenntnis der Quellen und natürlichen Abbauprozesse notwendig - Untersuchungen Teil eines DFG-Projektes zur N- Retention im Einzugsgebiet (Grundwasser, Gewässernahbereich und Oberflächenwasser) Ziel: Identifizierung der Haupteintragsquellen des Nitrats mittels stabiler Isotope (δ 15 N und δ 18 O am Nitrat) Analyse der saisonalen Variabilität und der Bedeutung hydrologischer Einflussfaktoren

4 Untersuchungsgebiet Schaugraben Landwirtschaftlicher Entwässerungsgraben mit natürlicher Quelle Einzugsgebiet: ca. 24 km² Grabenlänge: 13,3 km MQ: 25 l/s Nitratfracht: 21,6 t/a kontinuierliche Mengen- Güte- Station mit definierten Grabenprofil am Gebietsauslass seit 1997 Landwirtschaftliche Nutzfläche: Ackerbau 57%, Grünland 17% Düngung auf diesen Flächen: Mineralischer Dünger: 112,21 kg/ha/a Organischer Dünger: 42,24 kg/ha/a

5 Methodik Am Gebietsauslass: - Kontinuierlich erhobene Daten zum Abfluss und zur Nitratkonzentration - Untersuchung des δ 15 N am NO 3 - im Hydrologischen Jahr 2000/2001 Gebietsauslass An einer Messstrecke (700m): Messstrecke - An 7 Messpunkten im Zeitraum Daten zum Abfluss, NO 3 - -N, δ 15 N und δ 18 O am NO 3 -

6 Nitratkonzentration am Gebietsauslass des Schaugrabens 40 NO 3 - N in mg/l Hohe saisonale Variabilität der Nitratkonzentration Seit 2002 Wochenmischproben Ausnahme: Sommer Jan. 97 Datum Apr. 97 Jul. 97 Okt. 97 Jan. 98 Apr. 98 Jul. 98 Okt. 98 Jan. 99 Apr. 99 Jul. 99 Okt. 99 Jan. 00 Apr. 00 Jul. 00 Okt. 00 Dez Mrz. Jun. Sep Dez Mrz. Jun. Sep Dez Mrz

7 Entwicklung von Nitratkonzentration und Isotopenverhältnis in der Messstrecke Juni 2002 N-NO3 15N 18O [mg/l] N-NO Fraktionierungsfaktoren: δ 15 N : -7,04; -3,36 Frachtreduzierung: 0,3kg/d δ 15 N, δ 18 O [ ] δ 18 O : -4,24; -1,68 Denitrifikationsrate: 122 mg/(m²*d) 2 0 Aber: nur bei vereinzelten Probenahmen nachweisbar Messstrecke [m] 0

8 Saisonale Variabilität der Eintragsquellen des Nitrats Atmosphärische Nitratdeposition KAS (nach Amberger und Schmidt 1987) δ 18 O [ ] Mineralischer Dünger Denitrifikationstrend 10 0 Nitrat aus Nitrifikation im Boden Organischer Dünger δ 15 N [ ]

9 Saisonale Variabilität der Eintragsquellen des Nitrats Atmosphärische Nitratdeposition KAS Oberflächenwasser δ 18 O [ ] Mineralischer Dünger Denitrifikationstrend 10 0 Nitrat aus Nitrifikation im Boden Organischer Dünger δ 15 N [ ]

10 Saisonale Variabilität der Eintragsquellen des Nitrats Atmosphärische Nitratdeposition KAS Oberflächenwasser infiltrierendes Grundwasser δ 18 O [ ] Mineralischer Dünger Denitrifikationstrend 10 0 Nitrat aus Nitrifikation im Boden Organischer Dünger δ 15 N [ ]

11 Zusammenhang zwischen Abfluss und δ 15 N 30,00 δ 15 N [ ] 25,00 20,00 15,00 10,00 Eintragsquellen variieren in Abhängigkeit vom Abfluss Niedrige Abflüsse: Nitrat aus Nitrifikation im Boden 5,00 0,00 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 Q in l/s Hohe Abflüsse: Nitrateintrag durch organischen Dünger

12 Zusammenhang zwischen Gebietsabfluss und Nitratkonzentration im Schaugraben Median: Nov-Feb mg/l NO 3 -N 50 l/s Mär-Jun 2,91 mg/l NO 3 -N 30 l/s Jul-Oct 0,49 mg/l NO 3 -N 10 l/s

13 Denitrifikation? Verhältnis zwischen 15N und N-NO3 am Gebietsauslass Fraktionierungsfaktor: 2,36 δ 15 N [ ] Nitrat aus Nitrifikation 0 im Boden Nov-Feb Mär-Jun Jul-Okt N-NO 3 - [mg/l] Eintrag von organischem Dünger Warum im Winter?

14 Wasserführung der Gräben im Untersuchungsgebiet Schaugraben Biese Gräben mit ganzjähriger Wasserführung Uchte Nitratexport hängt vom hydrologischen Anschluss der Hauptlastgebiete ab Sommertrockene Gräben Infiltrierendes Grundwasser mit hoher NO 3 - Konzentration

15 Zusammenfassung Hauptnitratexport bei hohen Abflüssen im Winter; entscheidende Eintragsquelle ist der organische Dünger (Nitrat-N Konzentrationen über 1mg/l) Bei niedrigen Abflüssen (und geringen Nitratkonzentrationen) gewinnt der Nitrateintrag durch Nitrifikation im Boden an Bedeutung Denitrifikation kann im Einzugsgebiet nur vereinzelt im Frühjahr bzw. in sehr feuchten Sommern nachgewiesen werden Wesentlichen Einfluss auf die saisonale Variabilität hat der hydrologische Anschluss der Hauptlastgebiete

16 Danksagung Dem Technischen Personal der Lysimeter Station Falkenberg für die Betreuung der automatischen Messstation und der Erhebung der kontinuierlichen Messdaten Dem Labor für Stabile Isotope am UFZ in Halle sowie dem Gewässeranalytischen Labor des UFZ in Magdeburg für die Analysierung der Proben Der Deutschen Forschungsgemeinschaft und dem Projektträger Wissenschaft-Technologie-Umwelt (WTU) des Landes Sachsen-Anhalt für die Finanzierung des Projektes Und Ihnen für die Aufmerksamkeit

17 Reihe1 Pegel ,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00-5

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