Nährstoffe in Fließgewässern ein Problem?

Transkript

1 3. Workshop Gewässerkunde in Lüneburg am 18. September 2018 Nährstoffe in Fließgewässern ein Problem? Stephanie Gudat / Oliver Melzer NLWKN Hannover Hildesheim Geschäftsbereich III Gewässerbewirtschaftung/ Flussgebietsmanagement

2 Wasserwirtschafts- und Umweltdaten im NLWKN Digitale Erfassung Exkurs

3 Exkurs Wasserwirtschafts- und Umweltdaten im NLWKN Digitale Erfassung

4 Exkurs Wasserwirtschafts- und Umweltdaten im NLWKN Digitale Erfassung Zentrale Datenhaltung in der Landesdatenbank (LDB) 3. Workshop Gewässerkunde Lüneburg, 18. September 2018

5 Exkurs Wasserwirtschafts- und Umweltdaten im NLWKN Digitale Erfassung Zentrale Datenhaltung in der Landesdatenbank (LDB) Beispiel Nährstoffe in Fließgewässern : Im Zeitraum Jan bis Dez mehr als Messwerte zu TN und TP an mehr als 460 Messstellen 3. Workshop Gewässerkunde Lüneburg, 18. September 2018

6 Exkurs Wasserwirtschafts- und Umweltdaten im NLWKN Digitale Erfassung Zentrale Datenhaltung in der Landesdatenbank (LDB) Die Beispiel Daten ermöglichen und Bewertung Nährstoffedie in Beschreibung Fließgewässern : typischer Ausprägungen Im Zeitraum Jan bis Dez der zeitlichen Entwicklung (Trends), mehr als Messwerte zu TN und TP sowie (natürlich) der aktuellen Situation an mehr als 460 Messstellen hinsichtlich der Nährstoffgehalte in Fließgewässern. 3. Workshop Gewässerkunde Lüneburg, 18. September 2018

7 Nährstoffe in Fließgewässern ein Problem? Gliederung Nährstoffe: Parameter und Bewertung Die Summenparameter TN und TP Aktuelle Nährstoffsituation Zeitliche Aspekte Jahresgänge Langjährige Trends

9 Nährstoffe in Fließgewässern ein Problem?

10 Nährstoffe in Fließgewässern ein Problem? Grundsätzlich sind Nährstoffe natürlich kein Problem. Ohne sie gäbe es kein Leben / Wachstum!

11 Nährstoffe in Fließgewässern ein Problem? Grundsätzlich sind Nährstoffe natürlich kein Problem. Ohne sie gäbe es kein Leben / Wachstum! Aber: In den aktuell vorkommenden Mengen stellen sie durchaus ein großes Problem dar. Dies gilt bereits seit mehreren Jahrzehnten! Nährstoffe beeinflussen die Populationen der Lebewesen und somit die Artengemeinschaften maßgeblich.

12 Relevante Nährstoff-Parameter In Süßwasser-Ökosystemen: Insbesondere Phosphor (opo 4 -P und TP) Phosphor gilt als limitierender Faktor der Primärproduktion Stickstoff-Verbindungen sind demgegenüber als Nährstoffe untergeordnet, können jedoch u.u. toxisch für die Gewässerfauna sein (v.a. Ammoniak und Nitrit)! In tidebeeinflussten und marinen Ökosystemen: Insbesondere Stickstoff (TN) als eutrophierender Faktor

13 Relevante Nährstoff-Parameter Dennoch: TN wird auch in den Fließgewässern genauestens beobachtet!

14 Relevante Nährstoff-Parameter Die Stickstoff-Einträge kommen zu großen Teilen aus dem Binnenland! Daher: Übertragung des Ziels auf die Gewässer des Binnenlandes (Empfehlung der LAWA)

15 Bewertung nach Oberflächengewässer-Verordnung Relevante Nährstoff-Parameter (OGewV 2016) Kennzeichnend für den guten ökologischen Zustand: opo 4 -P: je nach Gewässertyp 0,05 mg/l bis 0,1 mg/l TP: je nach Gewässertyp 0,1 mg/l bis 0,3 mg/l N-Verbindungen: abgeleitet u.a. vor dem Hintergrund der Toxizität TN: 2,8 mg/l niedersachsenweit, (Ziel des Küstenschutzes!)

17 Was sind Summenparameter? TOC CSB TP BSB NO X AOX PAK TSP TN DOC Ein Summenparameter fasst eine (oder mehrere) Stoffgruppen zusammen. Der Vorteil besteht in der relativ einfachen gesamthaften Erfassung und Angabe von Stoffen in Umweltproben. (nach Wikipedia)

18 TN als Summenparameter TN = total nitrogen Summe des Stickstoffs aller Stickstoffverbindungen weitere Nitrat (NO 3 - ) Organisch (DON) dissolved organic nitrogen Fulvosäuren Huminsäuren Nitrit (NO 2- ) Ammonium (NH 4 + ) Anorganisch Aminosäuren Ammoniak (NH 3 )

19 TN als Summenparameter - Durchschnittliche Anteile der Fraktionen in einer niedersächsischen Gewässerprobe -

20 TN als Summenparameter - Durchschnittliche Anteile der Fraktionen in einer niedersächsischen Gewässerprobe -

21 TN als Summenparameter - Durchschnittliche Anteile der Fraktionen in einer niedersächsischen Gewässerprobe - Gesamt- Stickstoff (TN) 100% Abgeleitet aus mehr als Messungen an 378 Messstellen für den Zeitraum 2012 bis 2016

22 TP als Summenparameter TP = total phosphorus Summe des Phosphors aller Phosphorverbindungen

23 TP als Summenparameter Phosphor kommt in der Natur überwiegend in Form von Phosphaten vor. Phosphate Verbindungen mit dem Säurerest der Ortho-Phosphor-Säure

24 TP als Summenparameter Phosphor kommt in der Natur überwiegend in Form von Phosphaten vor. Phosphate Verbindungen mit dem Säurerest der Ortho-Phosphor-Säure H 3 PO 4

25 TP als Summenparameter Phosphor kommt in der Natur überwiegend in Form von Phosphaten vor. Phosphate Verbindungen mit dem Säurerest der Ortho-Phosphor-Säure PO 4 3- Hinsichtlich der Funktion von Phosphor als Nährstoff werden die P-Fraktionen in Gewässern unterschieden durch die tatsächliche bzw. potenzielle Bioverfügbarkeit

26 TP als Summenparameter Überwiegende Arten von Phosphaten in Gewässern: 3- freie Phosphat-Ionen (kurz Orthophosphat bzw. opo 4 ) - Im Wasser gelöst Sehr hohe, sofortige Bioverfügbarkeit Wird von den Primärproduzenten (Algen) sehr schnell aufgenommen - -

27 TP als Summenparameter Überwiegende Arten von Phosphaten in Gewässern: 3- freie Phosphat-Ionen (kurz Orthophosphat bzw. opo 4 ) ungelöste Salze (z.b. Calcium-, Eisen-, Aluminiumphoshate) Partikulär oder mineralisch gebundene Phosphate Ungelöste Ester (Organophosphate), Poly- und Cyclo-Phosphate, z.t. biologisch fixierte (in Organismen enthaltenen) Phosphate Schwer löslich oder fest gebunden, somit nicht direkt bioverfügbar Allerdings können unter bestimmten Bedingungen die Phosphat-Ionen freigesetzt und damit bioverfügbar werden, z.b. bei: Änderungen insbesondere des ph-werts und der Sauerstoffverhältnisse der Zersetzung von Organismen

28 TP als Summenparameter - Durchschnittliche Anteile der Fraktionen in einer niedersächsischen Gewässerprobe -

29 TP als Summenparameter - Durchschnittliche Anteile der Fraktionen in einer niedersächsischen Gewässerprobe - Die Spannweite des opo 4 -P-Anteils liegt bei Einzelproben zwischen 0 % und 100 % Gesamt- Phosphor (TP) 100% Abgeleitet aus mehr als Messungen an mehr als 400 Messstellen für den Zeitraum 2005 bis 2016

31 Mindestens 2-fach: 12% 23% % 65% 3. Workshop Gewässerkunde Lüneburg, 18. September 2018

32 Mindestens 2-fach: 17% 33% % 50% 3. Workshop Gewässerkunde Lüneburg, 18. September 2018

33 Nährstoffe in Fließgewässern ein Problem? Gliederung Nährstoffe: Parameter und Bewertung Die Summenparameter TN und TP Aktuelle Nährstoffsituation Zeitliche Aspekte Jahresgänge der Nährstoffkonzentrationen Langjährige Trends

34 X mg/l m³/s Zeitlicher Verlauf der Konzentrationen an OW-Messstellen: TN Idealisierte Abflussganglinie "Idealtypische" Ganglinie für TN Idealisierte Ganglinie für TN Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat Abgeleitet aus mehr als Messwerten an 378 Messstellen für den Zeitraum 2012 bis 2016

35 X mg/l Zeitlicher Verlauf der Konzentrationen an OW-Messstellen: TN "Idealtypische" Ganglinie für TN Idealisierte Ganglinie für TN etwa Faktor 2 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat Abgeleitet aus mehr als Messwerten an 378 Messstellen für den Zeitraum 2012 bis 2016

36 Zeitlicher Verlauf der Konzentrationen an OW-Messstellen: TN stark ausgeprägte Saisonalität Höchstwerte im Winter, insbes. im Januar stark an allgemeines Abflussgeschehen gebunden (überwiegend gelöste Verbindungen)

37 X mg/l Zeitlicher Verlauf der Konzentrationen Idealisierte Niederschlag Abflussganglinie (Hannover) an OW-Messstellen: TP "Idealtypische" Ganglinie für TN Idealisierte Ganglinie für TP Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez etwa Faktor 1,3 Monat Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat Abgeleitet aus fast Messwerten an 323 Messstellen für den Zeitraum 2012 bis 2016

38 X mg/l Zeitlicher Verlauf der Konzentrationen an OW-Messstellen: TP "Idealtypische" Ganglinie für TN Idealisierte Ganglinie für TP Reale Ganglinie Einzel -ereignisbezogene Peaks: z.b. Schneeschmelze, Starkregen, Hochwasser, Häufigkeit und zeitliches Vorkommen sind äußerst variabel Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez sie werden im regelmäßigen, festen Beprobungsturnus nur Monat zufällig erfasst Abgeleitet aus fast Messwerten an 323 Messstellen für den Zeitraum 2012 bis 2016

39 Zeitlicher Verlauf der Konzentrationen an OW-Messstellen: TP gering(er) ausgeprägte Saisonalität Höchstwerte im Winter, 2. Peak im Sommer partikulär gebundene Phosphate: stark an Abflussgeschehen von Flächen gebunden (Schneeschmelze, Starkregen, Hochwasser, )

40 X mg/l Zeitlicher Verlauf der Konzentrationen an OW-Messstellen: opo 4 -P Idealisierte Ganglinie für opo 4 -P etwa Faktor 2 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat Abgeleitet aus mehr als Messwerten an 189 Messstellen für den Zeitraum 2006 bis 2017

41 Zeitlicher Verlauf der Konzentrationen an OW-Messstellen: opo 4 -P deutliche Saisonalität Höchstwerte im Sommer stark an Verhältnisse im Gewässer gekoppelt (Temperatur, Licht, Sauerstoff, ph-wert, )

42 Nährstoffe in Fließgewässern ein Problem? Gliederung Nährstoffe: Parameter und Bewertung Die Summenparameter TN und TP Aktuelle Nährstoffsituation Zeitliche Aspekte Jahresgänge der Nährstoffkonzentrationen Langjährige Trends

43 Abschätzung langjähriger Trends für TN und TP Zeitraum: 2003 bis 2016 (14 Jahre) Kombination der statistischen Verfahren nach MANN-KENDALL COX-STUART Die Verfahren erlauben nur Aussagen dazu, ob ein Trend vorliegt und über die Richtung (steigend oder fallend). Sie erlauben keine Aussagen zur Stärke eines Trends (z.b. stark steigend oder schwach fallend )

44 Ergebnisse der Trendtests für TN im Zeitraum 2003 bis 2016 Fallender Trend kein Trend steigender Trend berechnet: Nicht berechnet 118

47 Ergebnisse der Trendtests für TP im Zeitraum 2003 bis 2016 Fallender Trend kein Trend steigender Trend berechnet: Nicht berechnet 110

48 Nährstoffe in Fließgewässern ein Problem? Gliederung Nährstoffe: Parameter und Bewertung Die Summenparameter TN und TP Aktuelle Nährstoffsituation Zeitliche Aspekte Jahresgänge der Nährstoffgehalte Langjährige Trends

49 Zusammenfassung und Fazit Nährstoffe in Fließgewässern ein Problem? Stagnation auf hohem Niveau! Sowohl in Bezug auf Phosphor- als auch auf Stickstoffverbindungen In Niedersachsen: Ein klares Ja! Trifft zu bezüglich der aktuellen Nährstoffkonzentrationen langfristigen Entwicklung der Belastungen (Trends) Die Auswertungen fußen auf einer belastbaren Datenbasis aus langjährigen, umfangreichen Messungen und Untersuchungen 3. Workshop Gewässerkunde Lüneburg, 18. September 2018