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| 28.09.2018 | Barth, Natalja 1 Konzept und Ergebnisse des Bodenmonitorings in Sachsen BDF-Stickstoffmonitoring

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Page 1: Konzept und Ergebnisse des Bodenmonitorings in Sachsen · BDF-Programm: Konzept Kategorien der BDF Bodenlandschaften As in Oberboden . 5 | 28.09.2018 | Barth, Natalja Datenerhebung

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Konzept und Ergebnisse des Bodenmonitorings in Sachsen BDF-Stickstoffmonitoring

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❙ PROGRAMM Boden-Dauerbeobachtung des LfULG:

Ziele und Konzept der Datenerhebung:

Welche Daten, Wozu und für Wen ???

❙ AUSWERTUNGSBEISPIELE

N-Stoffflüsse/Bilanzierungsmöglichkeiten

❙ MODERNE DATENBANK Boden-Dauerbeobachtung

❙ ZUSAMMENFASSUNG

❙ SCHLUSSFOLGERUNGEN

Vortragsgliederung

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❙ Beseitigung mangelhafter Kenntnisse über die

komplexen Wechselwirkungen der Pedosphäre mit

den anderen Sphären (Atmosphäre, Hydrosphäre,

Biosphäre und Lithosphäre)

❙ Erkennung bodendynamischer Prozesse als

Steuerungsfaktoren der Bodenfunktionen

❙ Gewinnung repräsentativer Daten zum aktuellen

Bodenzustand als Grundlage landesweiter Analysen

und Trends für den Ressourcenschutz

❙ Bereitstellung von Zeitmessreihen für

Prognosemodelle zur zukünftigen Entwicklung von

Boden- und Standortverhältnissen, z. B. unter dem

Aspekt des Klimawandels

❙ Beitrag des Bodens zu einem integrativen

Umweltmonitoring

BDF-Programm: Ziele

Foto: Holger Forberg (LfULG)

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❙ BDF I (50 BDF):

- regionale Flächenrepräsentanz in den

Bodenlandschaften Sachsens

- grundlegende Informationen über stoffliche

und physikalische Eigenschaften

- Beprobung in circa fünfjährigem Zyklus

❙ BDF II (5 BDF):

- Sonderstandorte

(Boden- und Immissionsbelastung, Empfindlichkeit

des Bodens)

- dauerhafte Ausstattung mit Messgeräten

(u. a. zum Bodenwasserhaushalt, zum Klima,

zu Sickerwasserinhaltsstoffen, zur Deposition

BDF-Programm: Konzept Kategorien der BDF

Bodenlandschaften

As in Oberboden

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Datenerhebung auf allen BDF

Kornverteilung

Wasser-

durchlässigkeit

Rohdichte

Gesamt-

porenvolumen

Grob-, Mittel-,

Feinporen BDF (1000 m²)

Bodenphysik

Bodenchemie

Allgemeine

Charakterisierung

Bodenphysikalische

Eigenschaften

Bodenchemische

Eigenschaften

Bodentyp

Substrattyp

Naturraum

Klima

Corg, pH-Wert

KAK

Gesamtgehalte von

Hauptelementen,

Schwermetallen,

Nichtmetallen

Mobile Anteile von

Schwermetallen & As

pflanzenverfügbare

Nährstoffe

Rückstellproben Bewirtschaftungsdaten

Medium Boden Ersteinrichtung

einmalig jährlich ca. 5-jährlich

Analytik: Labor BfUL, GB 5

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Datenerhebung auf BDF II

BDF (1000 m²) (1000 m²)

* Pflanzen-

inhaltsstoffe

Mess-

Station

jährlich ca. alle 5 Jahre

* Bodenphysik

* Bodenchemie

Alle Daten analog BDF I

und zusätzlich:

stündlich bis monatlich

Probenahme und Stationsbetreuung: BfUL, FB 34

Analytik: Labor BfUL, GB 5

Unterkannte WEeff

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Vielfältige Daten

Alle Abt.

Plattform

Alle Abt.

Neue Themen und

Parameter

Alle Abt.

Übertragung Punkt -> Fläche

Alle Abt.

Bodenfruchtbarkeit

Abt. 7

Klimaschutz und Klimafolgen

Abt. 4, 5, 7

BDF-Daten

und Strukturen

Qualitätssicherung

Abt. 4, 7, BfUL

Umsetzung EG-WRRL

Abt. 4, 7

Anwendungsfelder und

Vernetzungen

Qualitätssicherung

Analytik

Erfolgskontrolle bei der

Umsetzung von Maßnahmen

Reduzierung der

Nährstoffausträge in Grund- und

Oberflächenwasser

Wirkung von Klimaveränderungen auf

Böden (Erosion, Humus, Bodenfeuchte

und Sickerwasser, Bodentemperatur, …)

Monitoring Ertragsbestimmender

Parameter (Bodenwasser, Makro-

und Mikronährstoffe, …)

Übertragung

vom Punkt in die Fläche

(z.B. Umfelduntersuchungen:

Bodenkartierung, DWD)

Neue Themen: Smart Farming, …

Neue Parameter: Pharmaka,

Dioxine, PSM, …

Plattform sowohl für LfULG als auch

für landes-, bundesweite

und EU-Programme Ableitung von:

- Hintergrundwerten

- Quelle für Validierung und

Modellierung

- Stoffflüsse (Auswerte Bsp. für

Stickstoff folgt)

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Standorte der BDF

2.1

4.1

4.3

4.5

6.2

6.3

9.1

10.2

11.1

BDF I – pedoregionale Bodenrepräsentanz

BDF II – instrumentierte Sonderstandorte

BDF 17: errichtet 2016

BDF 33: bis 2013 BDF II, aktuell BDF I

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Stickstoffvorräte im Boden

BGL mit den höchsten Nt-Vorräten

Grenzen der BGL und BL

Nt-Vorräte in 0–60 cm

in in Bodengroßlandschaften (BGL)

BDF Medianwerte (Bodenkartierung)

<= 2,5 t/ha

> 2,5–4,5 t/ha

> 4,5–6,5 t/ha

> 6,5–8,5 t/ha

> 8,5 t/ha

keine Angaben

(überbaut, Wasser u. ä.)

Die höchsten Nt Vorräte

treten in den BGL der

„Auen“ und in den BGL

„Berg/Hügel“ auf.

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Dreijährige Mittel der Stickstoff-Düngergaben

Daten N-Düngergaben aus

Bewirtschaftungsangaben

N-Summe = Norgan+Nminer

Ø Nminer = 99 kg/ha/a

⇒ entspr. „Gesamt D“

Ø Norgan = 24 kg/ha/a

⇒ etwas unter „Gesamt D“

Ø = 161 kg/ha/a bei „stetig

hoch“

N-Düngergaben auf den

BDF in Jahren 2002–2004; 2005–2007;

2008–2010; 2011–2013;

2014–2016

< 100 kg/ha/a

> 130 kg/ha/a stetig hoch

steigend

stetig niedrig

= 31 BDF

= 8 BDF

= 16 BDF

Dreijährige Mittel der

N-Düngergaben auf den BDF

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Zusammenhang zwischen Stickstoff-Düngergaben

und Stickstoffeintrag (Bulk) Abgleich der

Bewirtschaftungs-

daten mit den

Messdaten der

Bulk-Sammler

hohe N-Deposition

nach N-Düngergaben

Düngerbedingt im

Bulk bis zu

121 kg N/ha/a

Hintergrundwert für

Sachsen:

10 kg N/ha/a

ohne Düngerspitzen

Keine regionale

Tendenzen

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Jährliche durchschnittliche

Stickstoff-Salden auf den BDF 2002–2016

2002–2016 für alle BDF:

N-Saldo Ø = +17kg/ha/Jahr

Kumulative N-Saldo Ø = +253 kg/ha

Max. kumulative N-Saldo = +1682 kg/ha

(Löss)

>= 60

> 0 bis < 60

<= 0

N-Saldo in kg/ha/Jahr

N-Bilanzen bzw. N-Salden

nach DüV (2002-2016)

34 BDF mit positiven

N-Salden

21 BDF mit negativen

N-Salden

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Entwicklung der dreijährigen

Mittelwerte der Stickstoff-Salden in den

Bodengroßlandschaften

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2004

2009

2014

NO

3

[mg

/l]

300 -

0 -

-

Entwicklung der Nitrat-Gehalte im Sickerwasser

Jährliche Mittelwerte an der Unterkante des effektiven Wurzelraums der BDF

- Sehr starke

Schwankungen bei

Nitrat-Gehalten

einer BDF

- Räumliche

Unterschiede

- Einflussfaktoren

Witterung, Ereignis

Substrat

Bewirtschaftung

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Starkregenereignisse vs.

Nitratkonzentration im Sickerwasser

auf der BDF 43

Starkregen

19.07. 15:00–16:00 Uhr

29.07. 23:00–24:00 Uhr

Messtiefe

Messzeitraum von–bis

19.07.2005

02.08.2005

02.08.2005

16.08.2005

16.08.2005

29.08.2005

Nitrat 40 cm [mg/l] 100 260 170

Nitrat 80 cm [mg/l] 44 620 100

Stu

ndensum

men

Nie

ders

chla

g [m

m/m

²]

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Starker

Anstieg der

Luft- und

Boden-

temperatur

→ starke

Schnee-

schmelze

23.03.2006 13:00 Uhr 11.04.2006 08:00 Uhr

Schneeschmelze vs.

Nitratkonzentration im Sickerwasser

auf der BDF 43

Messtiefe

Messzeitraum von–bis

15.03.2006

28.03.2006

28.03.2006

11.04.2006

11.04.2006

25.04.2006

Nitrat 40 cm [mg/l] 260 490 58

Nitrat 80 cm [mg/l] 360 300 290

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Nitrat-Gehalte im Sickerwasser

Jährliche Mittelwerte an der Unterkante des effektiven Wurzelraums der BDF

BDF 24

BDF 12

BDF 23

BDF 43

BDF 33 BDF 24

*Zusammenhang

Zeitpunkt Düngung/

Anstieg der N-Gehalt

im SW (außer Löss)

*Zusammenhang

Bewirtschaftung/

jährliche Mittelwerte

der N-Gehalte im SW

(alle Substrate)

Stilllegung bzw.

Düngermenge

*Zusammenhang

Ereignis/Anstieg

der N-Gehalte im

SW (alle Substrate)

BDF 24

BDF 17

Starke

Schneeschmelze,

Starkniederschläge

Ende 2005

2007-2009 hohe

N-Saldo Starke

Niederschläge

2013; hohe

N-Saldo

BDF 23

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157 Seiten

Dr. Natalja Barth, LfULG, Ref. 42

Hans-Joachim Kurzer,

Dr. Hartmut Kolbe,

Dr. Michael Grunert, LfULG, Ref. 72

Dr. Henning Andreae, Frank Jacob,

SBS

Dr. Ulrike Haferkorn, Martin Rust,

BfUL

Ron Tannert, INL

Steht als PDF-Datei im Internet zur

Verfügung.

Termin: 2017

Broschüre

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Beispiel: Import von stündlichen Sensordaten aus von den BDF-II-Loggern erzeugten

CSV-Dateien

FIS Boden

Datenbank Boden-Dauerbeobachtung

Beispiel: Kontrolle und Editieren von Messdaten Beispiel: Termine und Düngemitteleinsatz innerhalb der Bewirtschaftungsdaten Beispiel: Parameter von Bodenwasserproben (Nummern, Termine, Mengen usw.) Beispiel: Ansicht von Analysenwerten der Bulk-Depositionsproben Beispiel: Pflanzenschutzmittel als Referenzdaten zu den Bewirtschaftungsdaten Beispiel: Visualisierung und Gegenüberstellung verschiedener Parameter

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❙ Die höchsten Nt Vorräte treten in den BGL der Auen und Niederterrassen auf.

❙ Positive Stickstoffbilanz (nach DüV) über 15 Jahre haben 62 % der BDF

❙ Positive Stickstoffbilanz BGL „Löss“ 14 BDF davon 7 BDF in GW-nitratbelasteten Gebieten

❙ Positive Stickstoffbilanz BGL „Sand “ 6 BDF davon 2 BDF in GW-nitratbelasteten Gebieten

❙ Stickstoffdepot in Lössböden Gefährdungspotenzial durch Akkumulation vom Stickstoff:

Stickstoff-Quelle für das Sickerwasser

❙ Geringer positiver Stickstoff-Saldo Sandböden Gefährdungsrisiko für die Verlagerung des

Nitrats mit dem Sickerwasser

❙ Das Rückhaltevermögen des Bodens Zeitverzug für die Nitrat-Verlagerung oder Um- und

Abbau von Stickstoff-Verbindungen

❙ Extreme Ereignisse (starke Niederschläge, intensiver Schneeschmelze) rasche Nitrat-

Verlagerung: Klimawandel-Anzahl der extremen Ereignisse wird steigen

Zusammenfassung

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❙ Düngung sollte und könnte besser angepasst werden:

❙ Räumlich an die konkreten Standortverhältnisse (Böden, Grundwasserregime, Klima)

❙ Zeitlich an den Bedarf der Fruchtarten und evtl. sogar an Wetterereignisse (??)

❙ Voraussetzung ist die Kenntnis der entsprechenden Parameter in hoher räumlicher

(Standortverhältnisse, Kulturen) und zeitlicher (Nährstoffbedarf, Wetter) Auflösung.

Langzeitreihen speziell beim Boden an den selben Standort sind die Basis für die

zahlreiche Auswertungen!

Schlussfolgerungen

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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Vielen Dank

an meine Kollegen Ref. 42: Frau Lausch, Christina &

Herr Holger Forberg

an Kollegen BfUL für die Betreuung der Stationen,

Probenahme und Laboranalytik (Boden, Deposition,

Sickerwasser & Pflanzen)