Wie viel Nährstoffe verträgt die Ostsee?

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1 Wie viel Nährstoffe verträgt die Ostsee? - Nährstoffeinträge in die Ostsee und ihre Auswirkungen Mario von Weber Europäischer Meeresschutz Ziel 2020 gesunde biologische Vielfalt in der Ostsee Berlin, 12. März 2014

2 Gliederung 1. Nährstoffeinträge in die Ostsee 2. Auswirkungen auf das Ökosystem 3. Ziele WRRL, MSRL, HELCOM 4. Ableitung von Hintergrund- und Orientierungswerten 2

3 Die Ostsee kleines Meer mit großen Problemen Wasseraustausch mit der Nordsee stark eingeschränkt Mittlere Verweilzeit Jahre (Nordsee 3-4 Jahre) Einzugsgebiet mit 1,73 Mio. km² vier mal größer als die Wasserfläche mit km² 3

4 Nährstoffeintrag - Eintragspfade Eintragspfade für Nährstoffe in die Gewässer: Punktuelle Einträge Kläranlagen, Industrie Diffuse Einträge Oberflächenabfluss, Erosion Abdrift Drainage Versickerung Atmosphärische Deposition (Ærtebjerg et al. 2003) 4

5 Anteil der Quellen am Nährstoffeintrag in die Ostsee Ntotal Point source discharge Ptotal Point source discharge Ntotal Diffuse source losses Ptotal Diffuse source losses NtotalNatural background losses PtotalNatural background losses SWEDEN t SWEDEN 6850 t # # RUSSIA 2540 t RUSSIA t FINLAND t # FINLAND 6790 t # ESTONIA t ESTONIA 1370 t DENMARK t # # Anteil der Eintragsquellen (UBA 2006): Stickstoff diffus: 60 % Punktquellen: 10 % natürlicher Hintergrund: 30 % Phosphor diffus: 53 % Punkquellen: 20 % natürlicher Hintergrund: 27 % DENMARK 1490 t LATVIA t # LITHUANIA t # GERMANY t # POLAND t N ational Land Survey of Finland 144/MYY/03 Finnish Envir onment Institute SYKE, FIN LAN D 2003 Gesamtemissionen (HELCOM 2013): t/a Stickstoff Deutschland: t/a (6,8 %) LATVIA 1470 t LITHUANIA 780 t GERMANY 1200 t POLAND t N ational Land Survey of Finland 144/M YY/03 Finnish Envir onment Institute SYKE, FIN LAN D 2003 Gesamtemissionen (HELCOM 2013): t/a Phosphor Deutschland: t/a (5,3 %) 5

6 Düngemitteleinsatz im EZG der Ostsee von 1956 bis 2010 Der Einsatz an Stickstoffdünger hat sich seit Mitte des 20. Jh. bis 1989 um das Sechsfache erhöht! (Nausch 2013, FAOSTAT) Der Einsatz an Phosphordünger hat sich seit Mitte des 20. Jh. bis 1989 um das Vierfache erhöht! (Nausch 2013, FAOSTAT) 6

7 Nährstoffkonzentrationen in der Ostsee Gesamtphosphor Küstengewässer MV Phosphat östliches Gotlandbecken Gesamtstickstoff Küstengewässer MV Zentrale Ostsee: linearer Anstieg der Konzentrationen um das 3- bis 4-fache von 1960er bis Anfang 1980er Jahre; bis heute Stagnation auf hohem Niveau (Nausch 2010) Küstengewässer: in den 1990er Jahren signifikante Abnahme der Konzentrationen und Stagnation auf geringerem Level; für P -50 %, für N -47 % ( / ) (LUNG 2013) 7

8 Folgen der Eutrophierung erhöhter Eintrag von Nährstoffen Quelle: IOW verstärktes Algenwachstum mit starker Wassertrübung Rückgang des Makrophytengürtels 4- facher Anstieg Sauerstoffmangel im Sediment erhöhter Remobilisierung von Nährsalzen (PO4) großflächige Verschlickung der Sedimente Foto: S. Dahlke Verarmung der Bodenlebensgemeinschaft große Flächen sehr dünn besiedelter oder verödeter Gewässerbereiche k 7- facher Anstieg Quelle: Humborg

9 Umweltziele für die Meeresumwelt Wasser-Rahmenrichtlinie: guter ökologischer und chemischer Zustand bis spätestens 2027! Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie: guter Zustand der Meeresumwelt bis 2020! HELCOM-Ostseeaktionsplan: Saubere und gesunde Ostsee bis 2021! Guter Zustand = Zielzustand nach WRRL 9

10 Umweltziele für die Meeresumwelt Bewertung nach WRRL Ziel guter ökologischer Zustand nach WRRL wurde für alle Wasserkörper in den Küstengewässern verfehlt (Voß et al. 2011) 10

11 Umweltziele für die Meeresumwelt HELCOM Ostseeaktionsplan Ministerdeklaration 1988 : Halbierung der Nährstoffeinträge in die Ostsee bis 1995 ist für Phosphor (75 %) erreicht worden, für Stickstoff (25 %) nicht (inzwischen aber erreicht)! Ostsee-Aktionsplan 2007: Reduktionsziele für Deutschland bis 2021: 240 t/a Phosphor, t/a Stickstoff Ostsee-Aktionsplan NEU 2013 Neuberechnung der maximal erlaubten Einträge (MAI): t N (von t P ) und t P (von t P ) mit einer Reduktionsanforderung: t P (13 %), t P (41 %) und der Aufteilung nach Anrainerstaaten (CART) Reduktionsziele für Deutschland bis 2021: * t/a P * t/a N (* deutscher Frachtanteil am Odereinzugsgebiet) 11

12 Nährstoffreduktionsziele Bund/Länder-Ausschuss Nord- und Ostsee Beschlüsse der 2. Sitzung des Koordinierungsrates am Der Koordinierungsrat hält die Zusammenstellung und anschließende nationale Prüfung bestehender Nährstoffreduktionsziele für die Umsetzung der MSRL in der Nord- und Ostsee für notwendig. Es gilt innerhalb der Meeresregionen zu prüfen, inwieweit diese Ziele ausreichen, um den GES (Guten Umweltzustand) zu erreichen. Der Koordinierungsrat hält sofern noch nicht vorhanden - die Ableitung von Nährstoffreduzierungszielen für die in die Ostsee einmündenden Flüsse für die Umsetzung der WRRL für notwendig. Der Koordinierungsrat weist darauf hin, dass die Nährstoffreduktionsziele für WRRL und MSRL widerspruchsfrei sein müssen. Beauftragung einer Ad-hoc-Arbeitsgruppe Nährstoffreduktionsziele und Eutrophierung Ostsee 12

13 Ziele und Rahmenbedingungen für die Entwicklung von Hintergrund- und Orientierungswerten Zielsetzung: 1. Ableitung von Hintergrund- und Orientierungswerten (= Schwellenwert guter/moderater Zustand gemäß WRRL) für alle inneren und äußeren Küstengewässer der deutsche Ostsee sowie die offene deutsche Ostsee auf der Basis von Modellsimulationen 2. berücksichtigt werden die Parameter Stickstoff, Phosphor und Chlorophyll-a 3. Abschätzung der zugehörigen Konzentrationen und kritischen Frachten in den Fließgewässern des deutschen Ostsee-Einzugsgebietes 13

14 Ziele und Rahmenbedingungen für die Entwicklung von Hintergrund- und Orientierungswerten Probleme: 1. Die aktuellen Hintergrund- und Orientierungswerte für Nährstoffe vs. Chlorophyll-a für die deutschen Küstengewässern und die Ostsee passen nicht zueinander (BLMP, LAWA-RAKON). 2. Die Hintergrun- und Orientierungswerte für Küstengewässern und offene Ostsee sind inkonsistent (WRRL und BSAP). 3. Die aktuellen Hintergrundwerte für Nährstoffe in den inneren Küstengewässern sind unrealistisch niedrig (LAWA-RAKON, OGewV). 4. Die aktuellen Orientierungswerte für Nährstoffe in Küstengewässern passen nicht zu den Orientierungswerten (und resultierenden Frachten) in Fließgewässern (LAWA-RAKON, OGewV). 14

15 Methode zur Ableitung der neuen Hintergrundund Orientierungswerte Flusseinzugsgebietsmodell MONERIS (IGB): Zeitraum um 1880 geeignet für die Ableitung von Referenzfrachten für die deutschen Ostseezuflüsse und die Oder, Vergleich mit aktuellen Frachten Welche Annahmen sind für 1880 bereits erfüllt? Landwirtschaft Landwirtschaft ist 1880 ohne nennenswerte Nährstoffüberschüsse (Kriterien von CIS REFCOND 2003) Die Deposition entspricht im EZG noch weitgehend ungestörten Verhältnissen Dränung entspricht nicht einer extensiven Landwirtschaft Urbane Flächen Keine Punktquellen, Die Kanalisation ist erst eine Folge der Urbanisierung! Nur in großen Städten ist die Bevölkerungsdichte höher als 10 EW/km² Ökosystemmodell der Ostsee ERGOM-MOM (IOW): Simulation der Nährstoff- und Chlorophyll-Konzentrationen um 1880 und der letzten 30 Jahre 15

16 Methode zur Ableitung der neuen Hintergrundund Orientierungswerte um 1880 Chlorophyll-Konzentrationen im Sommer heute : = relativer Unterschied 1880 zu heute (IOW 2013) 16

17 Weiteres Vorgehen zur Bestimmung der Referenz- und Orientierungswerte 1. Die Ergebnisse der historischen Simulation (1880) werden durch die aus der Simulation für die Jetztzeit (letzten 30 Jahre) dividiert; der relativen Unterschied (Faktor) zwischen beiden liegt zwischen 0 und Der Median über die Messwerte wird für die Jahre 2001 bis 2012 berechnet. 3. Der neue Hintergrundwert wird aus der Multiplikation des Medians ( ) mit dem relativen Faktor aus der Modellsimulationen berechnet. 4. Der neue Orientierungswert ergibt sich als das 1,5-fache des Hintergrundwertes. Median Messwerte relativer Faktor Referenzwert (neu) Referenzwert (alt) Zielwert (neu) Zielwert (alt) CHL 13,54 0,407 5,51 1,60 8,27 2,40 DIN 12,64 0,086 1,09 8,00 1,63 12,00 DIP 0,74 0,136 0,10 0,26 0,15 0,39 TN 33,92 0,33 11,19 11,42 16,79 17,10 TP 1,5 0,281 0,42 0,52 0,63 0,77 (IOW 2013) 17

18 Weiteres Vorgehen zur Bestimmung der Referenz- und Orientierungswerte Nach dieser Methode wird für jede Messstelle der Referenz- und Orientierungswert ermittelt und pro Wasserkörper gemittelt CHL.a [µg/l] RefWert (neu) ZielWert (neu) Median RefWert (alt) ZielWert (alt) CHL.a [µg/l] RefWert (neu) ZielWert (neu) GB2 GB10 GB19 Mittelwert 0 GB2 GB19 (IOW 2013) 18

19 Szenarien für Zielfrachten und Zielkonzentrationen für die Ostseezuflüsse Annahme: Reduktion ist im gesamten Gebiet gleichmäßig Um den CHL-Zielwert von 3,6 µg/l (80 % der Ausgangssituation, integriert über das gesamte Gebiet) zu erreichen, müsste die DIN-Fracht um 34 % reduziert werden. aktuelle Situation (PLC-5): flussbürtige TN-Fracht: 19,7 kt/a atmosphärische Deposition: 13,0 kt/a Summe TN-Fracht: 32,7 kt/a Abfluss: 122 m 3 /s durchschnittliche Konzentration der flussbürtigen TN-Fracht : 4,7 mg/l Option 1: gleichmäßige Reduktion von atmosphärischer Deposition und Flüsse um 34 % zulässige flussbürtige TN-Fracht : 12,9 kt/a durchschnittliche Zielkonzentration: 3,10 mg/l Option 2: Reduktion nur in den Flüssen zulässige flussbürtige TN-Fracht: 8,4 kt/a durchschnittliche Zielkonzentration: 2,0 mg/l Option 3: Reduktion der atmosph. Deposition um 50 % zulässige flussbürtige TN-Fracht 15,0 kt/a durchschnittliche Zielkonzentration: 3,6 mg/l Option 4: gleichmäßige Reduktion von atmosphärischer Deposition und Flüsse um 47 % und Reduktion von 170 t TP gem. BSAP 2013 zulässige flussbürtige TN-Fracht 10,4 kt/a durchschnittliche Zielkonzentration: 2,5 mg/l (IOW 2014) 19

20 Zusammenfassung 1. Die Belastung der Ostsee hat sich im Zeitraum 1950er bis Ende 1980er Jahre für Phosphor vervierfacht, für Stickstoff versechsfacht. 2. Seit Anfang der 1990er Jahre sind die Nährstoffeinträge und die Konzentrationen rückläufig bzw. stagnieren auf etwas geringerem Level. 3. Die langen Verweilzeiten, die aktuellen Einträge und die im Ökosystem bereits vorhandenen Nährstoffe verhindern eine schnelle Remesotrophierung. 4. Im Sinne von harmonsierten Umweltzielen zur Erreichung des guten Zustands (WRRL, MSRL, HELCOM) wurden modellgestützt ökologisch abgeleitete Hintergrund- und Orientierungswerte für Stickstoff, Phosphor und Chlorophyll-a in den Küstengewässern und der vorgelagerten Ostsee erarbeitet. 5. Auf Basis der Modellergebnisse lassen sich mittlere kritische Flussfrachten und mittlere Zielkonzentrationen für die Flüsse abschätzen. 20

21 Vielen Dank! IOW: Gerald Schernewski, René Friedland, Günther Nausch, Thomas Neumann IGB: Markus Venohr, Ulrike Hirt Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Mitglieder der ad-hoc-ag Nährstoffreduktionsziele und Eutrophierung Ostsee und für Ihre Aufmerksamkeit Foto: Archiv DMMF W. Fiedler 21