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Gewässerschutz und LandwirtschaftStoffeinträge, Austragungspfade, Beurteilung
potentieller Gefährdungen
WRRL – Qualifizierungsoffensive für Landschaftspflegeverbände in Bayern
Teil 2: Gewässerschutz mit Landwirtschaft
Seminar am 17.04.2012in Nürnberg
Dr. Matthias Wendland, Friedrich NüßleinInstitut für Agrarökologie, Ökologischen Landbau und Bodenschutz
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Gliederung:
� Ziele der Wasserrahmenrichtlinie
� Stoffeinträge aus der Landwirtschaft
� Austragungspfade
� Beurteilung potentieller Gefährdungen
WRRL
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Umweltziele der Wasserrahmenrichtline
Ziel:
• Erreichen/Sicherung eines „Guten ökologischen und chemischen Zustands“ für alle Gewässer
• Leitbild für Oberflächengewässer: Natürlicher Zustand, „Sehr guter Zustand“
• Eine Verschlechterung des Zustandes der Gewässer ist zu verhindern
WRRL
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Wege zum guten Zustand
• Schutz der Gewässer vor Schadstoffen
• Schutz vor übermäßigem Nährstoffeintrag
• naturnahe Gewässerunterhaltung und Gewässerentwicklung
• Schutz des Trinkwassers
Alle Bereiche sind betroffen (Abwasserreinigung, Hochwasserschutz, Schifffahrt, Wasserkraft, Landwirtschaft)
WRRL
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Stoffeinträge aus der Landwirtschaft WRRL
� Bodenpartikel
� Nährstoffe � Phosphor �Phosphat
� Stickstoff �Nitrat
� Pflanzenschutzmittel
� (Schwermetalle/Tierarzneimittel/Sauerstoff zehrende Substanzen)
Oberflächengewässer
Grundwasser
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Wirkung der Einträge auf den ökologischen Zustand
Beispiel „Fische“
WRRL
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Wirkung der Einträge auf den ökologischen Zustand
Kolmation (Versandung / Verschlammung)
� Direkte Schädigung von Pflanzen und Tieren (z. B. Perlmuscheln)
� Verlust von Lebensraum für Fische und Makrozoobenthos
� Verlust von Laicharealen für kies-laichende Fischarten
Nährstoffeinträge Phosphor
� Algenwachstum
� Sauerstoffmangel
WRRL
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Zustandsbeurteilung der Oberflächengewässer
Qualitätskomponenten
Fische Makrozoo-benthos
Makrophyten & Phytobenthos
Phyto-plankton
Chemie
StrukturDurchgängig
keitOrgan. Bel.
StrukturNährstoffe Nährstoffe Stoff-
einträge
WRRL
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Bewertung von Oberflächengewässer
� Biologische Bewertungskomponenten� Fische, Makrozoobenthos, Makrophyten &
Phytobenthos und Phytoplankton Ökologischer Zustand
Chemischer Zustand
WRRL
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Bewertung von Oberflächengewässer
� Biologische Bewertungskomponenten� Fische, Makrozoobenthos, Makrophyten &
Phytobenthos und Phytoplankton
� Unterstützungskomponenten� chemisch-physikalische Messgrößen� hydromorphologische Parameter
Ökologischer Zustand
Chemischer Zustand
WRRL
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Unterstützungskomponente
Chemisch-physikalische Messgrößen: Sauerstoff, NährstoffeHintergrundwerte: sehr guter ZustandOrientierungswerte: guter ZustandOrientierungswerteKenngröße Sauerstoff TOC BSB5 Pges o-PO4-P NH4-NEinheit mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/lStatistische Kenngröße Min Mittel Mittel Mittel Mittel Mittel
LAWA-Gewässertypen/Typengruppen:
Bäche und Flüsse der Kalkalpen > 7 2,5 0,10² 0,07 0,1
Bäche und kleine Flüsse des Alpenvorlandes > 6 5 0,15² 0,10 0,3
Große Flüsse des Alpenvorlandes, Donau und Seeausflüsse
> 7 4 0,10² 0,07 0,3
Bäche und Flüsse des Mittelgebirges > 7 7 4 0,10 0,07 0,3
Flüsse und Ströme des Mittelgebirges, ohne Donau > 6 7 6 0,10 0,07 0,3
Bewertung von Oberflächengewässer WRRL
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Bewertung von Oberflächengewässer
� Biologische Bewertungskomponenten� Fische, Makrozoobenthos, Makrophyten &
Phytobenthos und Phytoplankton
� Unterstützungskomponenten� chemisch-physikalische Messgrößen� hydromorphologische Parameter
� Spezifische Schadstoffe� Stofflisten mit Qualitätsnormen
� Prioritäre und prioritär gefährliche Stoffe� Qualitätsnormen für 20 prioritäre Stoffe
und 13 prioritär gefährliche Stoffe
Ökologischer Zustand
Chemischer Zustand
WRRL
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Bewertung von Oberflächengewässer
Ökologischer Zustand - Oberflächengewässer
287
13
50
354
97
2 8
6 1 2
1 4 6
1 3
2
sehr gutgutmäßigunbefriedigendschlechtnicht relevant
WRRL
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Zustandsbeurteilung Grundwasserkörper WRRL
• Beurteilung erfolgt für die Grundwasserkörper− guter / schlechter chemischer Zustand− Parameterbezogen
• nach WRRL/GW-Tochter-RL in guten chemischen Zustand− wenn EU-weite Qualitätsnormen (QN) eingehalten werden
• Qualitätsnormen:− Nitrat 50 mg/l− PSM (Einzelstoff) 0,1 µg/l− PSM (Summe) 0,5 µg/l− weitere Parameter: z. B. Arsen, Cadmium, Blei, Quecksilber
-> bundeseinheitlich stoffbezogene Schwellenwerte
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Austragungspfade WRRL
Diffuse Quellen auf Acker- und Grünland
Grundwasser
Zwischenabfluss
Dränage
Oberflächenabfluss ( und Erosion)
Makro-porenfluss
Grundwasser
Zwischenabfluss
Dränage
Oberflächenabfluss ( und Erosion)
Grundwasser
Zwischenabfluss
Dränage
Oberflächenabfluss ( und Erosion)
Grundwasser
Zwischenabfluss
Dränage
Grundwasser
Zwischenabfluss
Dränage
Zwischenabfluss
Dränage
Oberflächenabfluss ( und Erosion)
Makro-porenfluss
Erosion und Oberflächenabfluss
Quelle: Raschbacher/Diepolder, LfL
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Niederschlag / Abfluss
BodenHangneigung / Länge
Landnutzung
Erosion
Bestimmungsfaktoren des Bodenabtrags
Austragungspfade – Erosion/Oberflächenabfluss Oberflächengewässer
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Austragungspfade – Erosion/Oberflächenabfluss
Landnutzung
Oberflächengewässer
Bodenbedeckung verhindert den Abtrag� Wald /Grünland günstiger als Ackernutzung� Bodenbedeckung v.a. zu Zeiten von Starkregen wichtig
nach Schwertmann et al. 1987
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Austragungspfade – Erosion/Oberflächenabfluss
Ermittlung der potentiellen Erosionsgefährdung (Bsp.)
Oberflächengewässer
Das Zusammenwirken der Faktoren bestimmt den Abtrag!
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Austragungspfade – Drainagen
Phosphoraustrag aus drainierten Grünlandflächen
Quelle: Ulrich, Forster, WWA Traunstein
Oberflächengewässer
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Austragungspfade – Drainagen
Phosphoraustrag aus drainierten Grünlandflächen
Quelle: Ulrich, Forster, WWA Traunstein
Oberflächengewässer
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Austragungspfade – Drainagen
Einfluss der Gülleapplikation vor einem Starkregenauf die Austräge an Gesamt-Phosphor (TP)
0
200
400
600
800
1000
0 2 4 6 8 10 12 14 16Abflüsse am Drän in l/m²
TP-F
rach
ten
in g
/ha
ohne Gülle
Schlitztechnik
Prallteller
(Milchviehgülle: 25 m3/ha, Beregnung 30 l/m2)
Oberflächengewässer
Quelle: Raschbacher/Diepolder, LfL
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Beurteilung potentieller Gefährdungen Oberflächengewässer
MONERIS - Nährstoffeintragungsmodelierung
Quelle: LfU / Kaul, Forstner
Emission ≥ Immission
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0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
kg P2O5/ha
Jahr
Mineraldüngereinkauf "Phosphat" in Bayern 1950 - 2010
Düngemanagement• P-Vorrat im Boden• Nährstoffsaldo
Beurteilung potentieller Gefährdungen Oberflächengewässer
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Beurteilung potentieller Gefährdungen
Stoff-einträge
Oberflächengewässer
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16,2
1,3 1,3 1,0 2,5 1,95,8 4,8
65,2
27,7
2,15,3 3,3
26,6
0,6
18,1
1,6
14,7
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Kläranlagen Trennsystem Mischsystem KleinKA Erosion Depos.Wasserfläche
Oberflächen-abfluss
Dränagen Grundwasser
Frac
htan
teile
in %
StickstoffPhosphor
Beurteilung potentieller Gefährdungen
Anteile der Eintragspfade am Nährstoffeintrag in Bayern (2007) Daten aus MONERIS, LfU
Oberflächengewässer
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P-Frachten in kg/ha und Jahr
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
SonstigeGrundwasserDränagenOberflächen-AbflussErosionKleinkläranl.Urbane FlächenKläranlagen
Berechnete P-Frachten (Moneris) für das Jahr 2007, LfU
Oberflächengewässer
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Bodeneinträge durch Erosion Oberflächengewässer
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Phosphoreinträge über Erosion Oberflächengewässer
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Forschungsvorhaben LfL Oberflächengewässer
Evaluierung Erosionsschutzmaßnahmen
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Forschungsvorhaben LfL Oberflächengewässer
Evaluierung Erosionsschutzmaßnahmen
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geringer Niederschlag hohe Nitratkonzentrationen im Sickerwasser
Franken
Südbayern
Einfluss des Klimas auf die Nitrat-Auswaschung
Beurteilung potentieller Gefährdungen Grundwasser
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Beurteilung potentieller Gefährdungen Grundwasser
Düngemanagement
• Ausgeglichenes Nährstoffsaldo
• N-Düngung standort- und zeitgerecht durchführen
• Güllemanagement (ausreichend Lagerraum, evtl. Gülleabgabe,
Ausbringtechnik)
• Fruchtfolge
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Beurteilung potentieller Gefährdungen Grundwasser
0
20
40
60
80
100
120
140
160
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
kg N/ha
Jahr
N‐Saldo der landwirtschaftlich genutzten Flächen in Bayern 1950 ‐ 2010"Bilanz Bayern"
korrigierter N‐Bruttosaldo
korrigierter N‐Nettosaldo(abzügl. gasf. Verluste)
Mineraldünger
• Ausgeglichenes Nährstoffsaldo
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Beurteilung potentieller Gefährdungen
Gefahr der Nitratverlagerung bei unterschiedlichen Düngungszeitpunkten und Bodenart
Grundwasser
(Quelle: Laurenz 1991)
• N-Düngung standort- und zeitgerecht durchführen• Güllemanagement (ausreichend Lagerraum, evtl. Gülleabgabe, Ausbringtechnik)• Fruchtfolge
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Beurteilung potentieller Gefährdungen Grundwasser
0
10
20
30
40
Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
Sick
erw
asse
r in
% d
er F
eldk
apaz
ität
Sickerwasser in % der Feldkapazität2008 - 2011 schlechter Boden AZ=36 (Wetterstation Bonnhof, AN)
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Beurteilung potentieller Gefährdungen Grundwasser
0
10
20
30
40
Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
Sick
erw
asse
r in
% d
er F
eldk
apaz
ität
Sickerwasser in % der Feldkapazität2008 - 2011 guter Boden AZ=76 (Wetterstation Bonnhof, AN)
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Beurteilung potentieller Gefährdungen Grundwasser
020406080
100120140160180200
-250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200
Nm
in-G
ehal
t 0-9
0 cm
(kg/
ha)
N-Düngung minus N-Optimum
Nmin-Gehalt nach der Ernte von Silomaisin Abhängigkeit von der N-Düngung minus N-Optimum
(Vers. 526, 5 Orte, 3 Jahre)
( )
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Beurteilung potentieller Gefährdungen Grundwasser
Var. 1
Var. 2
Var. 3
Var. 4
Var. 1 Var. 2
Var. 3
0
5
10
15
20
‐250 ‐200 ‐150 ‐100 ‐50 0 50 100 150 200
Mittlere Nitratkonzen
tration [m
g NO
3 l‐1 ]
Einfacher N‐Saldo [kg N ha‐1]
Spitalhof
Puch
GrünlanddüngungBeziehung zwischen dem einfachem N-Saldo und der
mittleren Nitratkonzentration im Sickerwasser
Quelle: Raschbacher/Diepolder, LfL
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Beurteilung potentieller Gefährdungen
Tiefenbohrungen
Grundwasser
Dr. Wendland/Nüßlein 04.2012 40
Beurteilung potentieller Gefährdungen Grundwasser
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
0 30 60 90 120 150 180
Nitrat (mg/l)
Tief
e (c
m)
Mittelwert: 24 mg/l
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
0 30 60 90 120 150 180
Nitrat (mg/l)
Tief
e (c
m)
Mittelwert: 99 mg/l
Tiefenuntersuchungen auf den Nitratgehalt landwirtschaftlicher Nutzflächen
N-Saldo: ausgeglichen N-Saldo: 83 kg N/ha
26.04.2012
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Dr. Wendland/Nüßlein 04.2012 41
Beurteilung potentieller Gefährdungen Grundwasser
Quelle: LfU/Kartendienst
11 GWK im schlechten Zustand
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Stoffeinträge aus der Landwirtschaft WRRL
Austragungspfade von Pflanzenschutzmitteln
Quelle: Wehrmann, BBA
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Austragungspfade von Pflanzenschutzmitteln
Quelle: Haider, DWA
Diffuse Quellen
WRRL
Dr. Wendland/Nüßlein 04.2012 44
Beurteilung potentieller Gefährdungen
Pflanzenschutzmitteln
Quelle: Bach et al. 2000
WRRL
� Das Sorptionsverhalten bestimmt den Austragungspfad
� Die Verfügbarkeit des PSM für den Austrag wird u. a. von der Wasserlöslichkeit, dem Sorptionsverhalten und der Konzentration bestimmt
Wirkstoff Sorptionskoeffizient Koc [L/kg] Halbwertszeit DT 50 [d]
2,4-D 38 10
Isoproturon 100 12
Chloridazon 205 43
Pendimethalin 16.000 126
26.04.2012
23
Dr. Wendland/Nüßlein 04.2012 45
Beurteilung potentieller Gefährdungen
791
10
Oberflächengewässer
Dr. Wendland/Nüßlein 04.2012 46
Beurteilung potentieller Gefährdungen Grundwasser
- 9 GWK im schlechten Zustand• Hauptursache: Atrazin und Desethylatrazin
=> Maßnahme bereits getroffen => Anwendungsverbot seit 1991, weitere Überwachung
- weitere Überschreitungen für Bentazon, Metazachlor, Terbuthylazin, Desethylterbuthylazin
=> Maßnahme: zunächst vertiefte Untersuchungen
Quelle: LfU/Kartendienst