Endbericht zum Forschungsprojekt

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1 Endbericht zum Forschungsprojekt ß/Q US 08,31, Analyse von Agrar- und Umweltmaßnahmen im Bereich des landwirtschaftlichen Gewässerschutzes vor dem Hintergrund der EG-Wasserrahmenrichtlinie in der Flussgebietseinheit Weser" AGRUM-Weser Peter Kreins 1, Horst Behrendt 2, Horst Gömann 1, Claudia Heidecke 1, Ulrike Hirt 2, Ralf Kunkel 3, Kirsten Seidel 1, Björn Tetzlaf/und Frank Wendland März 2009 Laufzeit: bis (Bewilligungszeitraum) Das diesem Bericht zugrunde liegende Modellvorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren 1 Johann Heinrich von Thünen-Institut (vti), Institut für Ländliche Räume, Braunschweig 2 Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) im Forschungsverbund Berlin e.v. 3 Forschungszentrum Jülich (FZJ), Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre - Agrosphäre (ICG-4), Jülich AGRUM FGG Weser Forschungszentrum Johann Heinrich von Thünen-Institut

2 Verzeichnis der Abbildungen Verzeichnis der Tabellen Verzeichnis der Karten Abkürzungsverzeichnis I VII X XIII XXII 1. Einleitung, Zielsetzung und Vorgehensweise 1 2. Charakterisierung des Einzugsgebiets der FGE Weser Einordnung der Untersuchungsregion Landwirtschaftliche Landnutzung und Tierhaltung ' Struktur der Landnutzung im Untersuchungsgebiet Struktur der Tierhaltung im Untersuchungsgebiet Betriebsstruktur Modellverbund, Methodik Agrarökonomische Modellierung mit RAUMIS Zielsetzung des Modellsystems Nährstoffbilanzierung im RAUMIS-Modell Weiterentwicklung der N-Bilanzierung für die Beschreibung des Ist-Zustands Implementierung des Stickstoffvergleichs laut Düngeyerordnung Modellierung der diffusen Stickstoffeinträge mit GROWA/WEKU Simulation der austragsrelevanten Abflusskomponenten mit dem Wasserhaushaltsmodell GROWA Hydrologische Grundbegriffe und Definitionen Berechnung der Gesamtabflusshöhe Berechnung der Höhe des Oberflächenabflusses Berechnung der Sickerwasserhöhe Berechnung der Grundwasserneubildung und des Zwischenabflusses Datengrundlagen Quantifizierung des Nitratabbaus im Boden (DENUZ- Modell), 43

3 II Potenzielle Stickstoffausträge aus dem Boden- /Nitratkonzentrationen im Sickerwasser Simulation des reaktiven Nitrattransports im Grundwasser (WEKU-Modell) Analy se des Nitratabbauvermögens der Grundwasserleiter Modellierung der Grundwasserverweilzeiten im oberen Aquifer Modellierung des reaktiven Stickstofftransports im oberen Aquifer Datengrundlagen Quantifizierung der Nitrateinträge in die Oberflächengewässer MONERIS Modellierung der Hydrologie Abflussbaum Abflussgleichung Abflusskalibrierung Berechnung der Gewässeroberfläche Quantifizierung von Nährstoffeihträgen Nährstoffeinträge aus diffusen Quellen Nährstoffeinträge durch Abschwemmung " Nährstoffeinträge durch Erosion 66 \ Nährstoffeinträge aus Dränagen Nährstoffeinträge aus dem Grundwasser Nährstoffeinträge von urbanen Systemen Nährstofffrachten der Flüsse Retention in den Flusssystemen Zusammenspiel der Modelle im Modellverbund Datenbasis Agrarstatistik Agrarstrukturerhebung Bodennutzungshaupterhebung Viehzählung Ernte- und Betriebsberichterstattung (EBE) für Feldfrüchte und Grünland Landwirtschaftliche Gesamtrechnung 85

4 III Statistik zum Düngemittelhandel KTBL-Daten Oberflächenwasserkörper Klimadaten Atmosphärische Deposition Stickstoff-Deposition Phosphordeposition Digitales Geländemodell Landnutzungsdaten Infoterra ATKIS Bodendaten im Einzugsgebiet der FGE Weser Erstellung einer Karte der künstlich gedränten Flächen Hydrogeologische Daten Urbane Gebiete Monitoringdaten Sensivitätsanalysen der Eingangsdaten Wasserhaushalt und Eintragspfade Ergebnisse der Wasserhaushaltsmodellierung mit GROWA Berechnete Wasserhaushaltskomponenten Validierung der Modellergebnisse zum Wasserhaushalt MONERIS Wasserhaushalt Erosion Analyse des Ist-Zustandes der Nährstoffeinträge und -frachten in der FGE Weser Entwicklung der Nährstoffbilanzüberschüsse in Deutschland Nährstoffbilanz für das Jahr Mineraldünger Organischer Dünger Entzüge 145

5 IV N- und P-Bilanzüberschüsse Nährstoffeinträge in die Grundwasserkörper Landwirtschaftliche Überschüsse und atmosphärische N- Deposition Quantifizierung des Nitratabbaus im Boden Stickstoffausträge ausdem Boden und Nitratkonzentrationen im Sickerwasser Validierung der Modellergebnisse zur Nitratkonzentration im Sickerwasser Nährstoffeinträge in die Oberflächengewässer über die vom FZJ unterschiedenen Eintragspfade Nährstoffeinträge in die Oberflächengewässer über den Direktabfluss Nährstoffeinträge ins Grundwasser Nährstoffeinträge in die Oberflächengewässer über den Grundwasserabfluss Gesamte diffuse Nährstoffeinträge in die Oberflächengewässer über den Direktabfluss und den Grundwasserabfluss Validierung der vom FZ-Jülich modellierten diffusen Nitrateinträge in die Oberflächengewässer Nährstoffeinträge in die Oberflächengewässer über die vom IGB unterschiedenen Eintragspfade Pfade des N-und P-Eintrages gesamt und für die Teilräume N-und P-Einträge und Frachten der Teilräume der FGE Weser Pfadbezogene Auswertung der räumlichen Verteilung der N-und P-Nährstoffeinträge Nährstoffeinträge über Punktquellen Direkteintrag in die Oberflächengewässer über atmosphärische Deposition Nährstoffeinträge in die Oberflächengewässer durch Ab schwemmung Nährstoffeinträge über Erosion in die Oberflächengewässer Nährstoffeinträge über Dränagen in die Oberflächengewässer Nährstoffeinträge über Grundwasser/Interflow in die Oberflächengewässer Nährstoffeinträge über urbane Gebiete 189

6 V Gesamte diffuse Nährstoffeinträge in Oberflächengewässer über alle diffusen Pfade nach IGB N-und P-Konzentrationen der Hauptläufe Validierung der Ergebnisse von MONERIS Zusammenfassung der Ergebnisse des IGB und des FZJ für den IST- Zustand der Stickstoffeinträge Analyse der Auswirkungen von Maßnahmen zur Erreichung der Bewirtschaftungsziele nach EG-Wasserrahmenrichtlinie Einordnung von Baseline-und Maßnahme-Effekten Auswirkungen veränderter Rahmenbedingungen in der Landwirtschaft auf die Nährstoffüberschüsse im Baseline-Szenario bis Allgemeine Agrarpolitik Agrarumweltmaßnahmen \ Sonstige Einflussgrößen Erwartbare Entwicklung der landwirtschaftlichen Landnutzung und Produktion Auswirkungen der erwartbaren Anpassungen in der Landwirtschaft auf die Nährstoffüberschüsse Auswirkungen des Baseline-Szenarios auf die Nitrateinträge ins Grundwasser und die Oberflächengewässer (FZJ) Nitrateinträge in die Grundwasserkörper Nitrateinträge in die Oberflächengewässer Nitrateinträge über den Direktabfluss Nitrateinträge über den Grundwasserabfluss Abschätzung der Denitrifikationskapazität reduzierter Aquifere Auswirkungen des Baseline-Szenarios auf die Nährstoffeinträge in die Oberflächengewässer (IGB) Handlungsgebiete und Handlungsbedarf Handlungsgebiete und Handlungsbedarf Grundwasser Handlungsbedarf zur Erreichung der Ziele für die Oberflächengewässer Überprüfung des Handlungsbedarf zur Umsetzung der Abwasserrichtlinie Handlungsbedarf für die Oberflächengewässer nach Erreichen eines guten Grundwasserzustands 243

7 _VI 7.6 Maßnahmen zur Erreichung der Bewirtschaftungsziele nach EG- Wasserrahmenrichtlinie Systematisierung von Nährstoffminderungsmaßnahmen Ausgewählte ergänzende Maßnahmen Mögliche Maßnahmenkombination zur Erreichung der Ziele für das Grund wasser Auswirkungen der Grundwassermaßnahmen auf die Oberflächengewässer Mögliche Maßnahmenkombination zur Erreichung der Ziele für die Oberflächengewässer Zusammenfassung Fazit Literatur Anhang Ausgewählte ergänzende Maßnahmen aus dem LA WA-Maßnahmenkatalog Keine Wirtschaftsdüngerausbringung nach der Ernte Zwischenfrucht mit frühem Umbruch Zwischenfrucht mit spätem Umbruch Einsatz von Grundwasser schonender Ausbringungstechnik für Gülle und Gärsubstrate Grünlandextensivierung Förderung von Extensivkulturen Reduzierte N-Mineraldüngung (Acker) inklusive Verzicht auf Spätgabe bei Getreide Winterrübsen Ökologischer Landbau 308