Management zur Reduzierung diffuser Stoffeinträge durch die Landwirtschaft

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1 Management zur Reduzierung diffuser Stoffeinträge durch die Landwirtschaft Prof. Dr. Gunnar Lischeid Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung e.v., Institut für Landschaftswasserhaushalt Universität Potsdam, Institut für Geoökologie

2 Institut für Landschaftswasserhaushalt Bewirtschaftungsstrategien Modellierung und Wassermanagement Boden und Grundwasser Datenanalyse und Modellierung Prozessstudien und Monitoring Kleingewässer und Feuchtgebiete

3 1. Retentionsanlagen für die Minderung von Nährstoffausträgen aus gedränten landwirtschaftlichen Flächen in Gewässer Förderung: Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (FP Nr.: 04HS039) Jörg Steidl, Thomas Kalettka, Volker Ehlert, Joachim Quast, Jürgen Augustin Zentrum für Agrarlandschaftsforschung, Müncheberg

4 Eutrophierung der Ostsee Nährstoffeintrag über Fließgewässer 2000 Nitrat-N (µg/l) Januar Februar 2000 (Daten: SYKE) Deutsche Küste ( (Behrendt & Bachor 1998, Mewes 2004)

5 Nitrat im Grundwasser Brandenburg, Filtertiefe bis 50 m unter Flur Quelle: Landesumweltamt Brandenburg (2007)

6 Nitrat im Grundwasser Brandenburg, Filtertiefe bis 50 m unter Flur Quelle: Landesumweltamt Brandenburg (2007)

7 Nitrat im Grundwasser Grundwassermessstelle Peege-Mündung (Uckermark) Daten: C. Merz (LWH) [mg l -1 ] Dez 99 Apr 01 Sep 02 Jan 04 Mai 05 Okt 06 Feb 08 Jul 09 NO3 tief NO3 flach

8 Verweilzeiten (Ucker-Einzugsgebiet)

9 Eutrophierung der Ostsee Nährstoffeintrag über Fließgewässer 2000 Deutsche Küste ( ( (Behrendt & Bachor 1998, Mewes 2004)

10 Retentionsanlage Damm mit Auslass Abflussmessung am Auslass

11 Pilotanlagen pond I II III drained area ha I II III drainage system regular checked regular surface area m² volume m³ surface area/ drained area m²/ha maximum depth m 0,8 0,7 1,1 mean depth m 0,2 0,2 0,5 shore length/ surface area m -1 0,1 0,1 0,2

12 Stickstoff-Konzentrationen

13 Stickstoff: Input-Output-Bilanz pond I II III budget year Removal: N-import drain system R M = L Inlet L outlet Outlet N-export ground water sum kg a -1 kg a -1 kg a -1 efficency % % % % % % Removal Efficiency: R R eff = L N-removal M Inlet

14 Stickstoff-Senken I II III process storage in pond above-ground biomass of macrophytes denitrification max. N in kg kg a -1 I 112,5 17,1 II 10,4 0,9 III 1,7 10,8

15 Phosphor-Konzentrationen

16 Input-Output-Bilanz pond I II III Removal: budget year P-import P-export drain outlet system kg a -1 P-removal kg a -1 efficency % % % none % % R M = L Inlet L Outlet Removal Efficiency: R R eff = L M Inlet

17 Zusammenfassung Die Retentionsanlagen führten zu einer Reduktion des Abflusses um 8-56 % der Stickstoff-Austräge um 3 39 % der Phosphor-Austräge um 0-84 % (Ausnahme: 2007 in Teich II) Die Retentionsleistung hing von der Flächenrelation (sollte 1% sein) und der Vegetation ab. Retentionsanlagen stellen hinsichtlich Biodiversität und Landschafts-Ästhetik eine Bereicherung dar. Die Anlagen sind wartungsarm.

18 Retentionsanlagen: Schlussfolgerungen Die naturnahen Retentionsanlagen stellen einen effektiven und wartungsarmen Ansatz zur Reduzierung der Nährstoffexporte aus Dränanlagen dar. Das Phosphor-Retentionspotential ist noch schwierig zu abzuschätzen und lässt sich vermutlich weiter erhöhen. Untersuchungen und Prozess-Optimierungen werden im laufenden Projekt und zusätzlichen Anlagen fortgesetzt.

19 2. Nichtlineare Systemanalyse Gunnar Lischeid, Christop Merz, Marco Natkhin, Uwe Schindler, Jörg Steidl Zentrum für Agrarlandschaftsforschung, Müncheberg Christina Weyer Universität Bayreuth Jochen Bittersohl Bayerisches Landesamt für Umwelt, Hof

20 Struktur und Funktion x in y out y out y out = f(x in, Struktur)

21 Bodenwassergehalte Lys26_130 Lys26_160 Lys26_185 Lys30_130 Lys30_ Lys30_ Lys31_ Lys31_ Tage ( ) KF_100 KF_200 KF_300 KK_ Lys31_ TDR-/FDR Sonden Messorte (7 (7 Feldstandorte, 6 Lysimeter) cm cm Tiefe Tiefe Tongehalt 8 31% 31% 1521 Tage ( ) KF_ KK_

22 Dämpfung von Input-Signalen precip evapotr p-e p-e_10d p-e_30d Lys08 Lys14 Lys25 Lys26 Lys30 Lys31 KF KK KM FeHo CH-K Sk-M Sk-B Depth [cm below surface] Reactivity

23 Dämpfung von Input-Signalen Tiefe [cm unter Flur] Weitere Weitere Untersuchungen: Untersuchungen: Lys08 Lys14 Lys25 Lys26 Lys30 Lys31 KF KK Steigung Steigung der der Regressionsgeraden = = Maß Maß für für die die Dämpfung Dämpfung Korrelation Korrelation mit mit Tongehalt? Tongehalt? Streuung Streuung der der Punkte Punkte um um die die Regressionsgeraden KM FeHo = = Maß Maß für für die die Heterogenität Heterogenität des des Bodens Bodens CH-K Für Sk-M Für Lysimeter Lysimeter geringer geringer als als für für Feldstandorte? Feldstandorte? Sk-B Schnittpunkt Schnittpunkt der der Regressionsgeraden mit mit der der Tiefe Tiefe = 0 cm cm = = Maß Maß für für die die Dämpfung Dämpfung des des Niederschlagsignals Niederschlagsignals Systematischer Systematischer Unterschied Unterschied Reaktivität zwischen zwischen Wald Wald und und Acker? Acker?

24 Reaktivität der Abflussganglinie Summer Reactivity P_Mündung Q_Dedelow Q_Falkenhagen Q_Raakow D_Göritz Percentage of hydromorphic soils

25 Hydrologische Systemanalyse Groundwater Lakes Mean depth to water table [m] Hei_Gw1 Red_Gw5 Bri_Gw3 Bri_Gw5 Red_Gw4 Bri_Gw6 Bri_Gw4 Bri_Gw2 Wol_Gw1 Red_Gw1 Bri_Gw1 Red_Gw3 Red_Gw Damping coefficient D Altitude [m a.s.l.] Laa_Lk1 Bri_Lk2 Bri_Lk1 Hei_Lk1 Kie_Lk1 Red_Lk1 Red_Lk2 War_Lk Damping coefficient D (Lischeid et al., in prep.)

26 Gewässergüte (Lehstenbach-Gebiet) Daten: Wasserproben Probenahmestellen x x x Variablen (ph, Ca, Mg, Na, K, Al, Mn, Fe, Si, NO 3, SO 4, Cl, DOC) Auswertung: Isometric Feature Mapping (Lischeid & Bittersohl 2008, J. Hydrol.)

27 Prozessausprägungen 1. Redoxprozesse 1 m 2. Straßensalz 3. Bodenversauerung GW06 GW20 Schlöppnerbrunnen Spring 35 GW17 Bergkopf Spring 2 m 4. Filterkies- Kontamination 1 m 2 m Groundw. Stream GW01 GW11 GW13 GW02 GW12 GW03 GW15 GW05 Uplsope Wetland GW04 GW16 Downslope Wetland W. Tribut. C. Outlet E. Tribut. 1 m 2 m (Mittelwerte und Standardabweichungen)

28 1. Komponente: Redox-Bedingungen Schlöppnerbrunnen Spring Spring 35 Catchment Runoff Denitrification GW Isomap Component del 15 N-NO 3 GW03c LB (Weyer et al., in Vorb.) Redox Component

29 Systemanalyse: Schlussfolgerungen Die pleistozäne Landschaft Nordostdeutschland ist hinsichtlich ihrer Struktur sehr heterogen und komplex, hinsichtlich des hydrologischen Verhaltens (manchmal) jedoch überraschend einfach. Moderne Verfahren der nichtlinearen Systemanalyse liefern dafür vielversprechende Werkzeuge.

30 Fragen?

31 Hydrologie im Pleistozän (C. Merz)

32 Ostsee Nährstoffeintrag über Fließgewässer 2000 Nitrat-N (µg/l) im Oberflächenwasser, Januar Februar 2000 (Daten: SYKE) org. N NO 2 +NO 3 -N NH 4 -N tot. P PO 4 -P (

33 Ostsee Nährstoffeintrag über Fließgewässer 2000 org. N NO 2 +NO 3 -N NH 4 -N tot. P PO 4 -P (

34 Eutrophierung der Ostsee Nährstoffeintrag über Fließgewässer 2000 Nitrat-N (µg/l) Januar Februar 2000 (Daten: SYKE) org. N NO 2 +NO 3 -N NH 4 -N sonst. P PO 4 -P (