Dr. Frank Wendland
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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft<br />
Denitrifikationspotential- und Leistung in Boden<br />
und Grundwasser<br />
-Modellgestützte Quantifizierung auf Landesebene-<br />
Luise Keller, Petra Kuhr, Ralf Kunkel und <strong>Frank</strong> <strong>Wendland</strong><br />
Forschungszentrum Jülich GmbH<br />
Institut für Bio- und Geowissenschaften - Agrosphäre (IBG-3)<br />
52425 Jülich<br />
Tagung “Denitrifikation in Mecklenburg - Vorpommern”, Güstrow, 24.10.2013
IBG-3 Forschungsgruppe:<br />
Modellierung und Management von<br />
Flusseinzugsgebieten<br />
Charakteristika der Arbeiten:<br />
• Entwicklung von Modellen zur<br />
Bilanzierung und zur Prognose von<br />
Wasser- und Stoffströmen in großen<br />
Flusseinzugsgebieten und auf<br />
Bundeslandsebene<br />
• Entwicklung regional angepasster<br />
Strategien für den Schutz und ein<br />
nachhaltiges Management von<br />
Wasserressourcen<br />
• Hoher Anteil angewandter<br />
Forschungsprojekte (z.B. EU,<br />
Ministerien, Umweltbehörden der<br />
Länder)<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 2
Modellierung und Management von Flusseinzugsgebieten:<br />
Regionale Schwerpunkte Nährstoffmodellierung (N und P)<br />
in Deutschland (2009 – 2014)<br />
Nährstoffe Ist – Zustandsanalysen<br />
und Managementoptionen<br />
FGG Weser<br />
LANUV Nordrhein-Westfalen<br />
LHW Sachsen – Anhalt<br />
BSU Hamburg<br />
MU Niedersachsen<br />
LUNG Mecklenburg-Vorpommern<br />
LLUR Schleswig-Holstein<br />
HLUG Hessen<br />
KTBL Darmstadt<br />
TI Braunschweig<br />
Bz-REG Münster<br />
WWA Ansbach<br />
UBA<br />
(TLUG Thüringen)<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 3
Gliederung:<br />
1. Zielsetzung des F+E-Projektes für das LUNG<br />
2. Modellierung des Nitratabbaus im Boden (DENUZ) und Ausmaß des<br />
Nitratabbaus im Boden<br />
3. Modellierung des Nitratabbaus im Grundwasser (WEKU) und Ausmaß<br />
des Nitratabbaus im Grundwasser<br />
4. Validierung der Ergebnisse zum Nitratabbau<br />
5. Zusammenfassung und Schlussfolgerung<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 4
Zielstellung des vom LUNG<br />
beauftragten F+E-Vorhabens<br />
flächendeckende und räumlich hoch aufgelöste (100 x 100 m<br />
Raster) eintragspfadspezifische Quantifizierung der N- und P-<br />
Einträge in Grundwasser und Oberflächengewässer Mecklenburg-<br />
Vorpommerns<br />
Basierend auf dem im Forschungszentrum Jülich entwickelten<br />
Programmpaket GROWA-DENUZ-WEKU-MEPhos<br />
Wasserhaushaltsmodellierung (GROWA)<br />
Diffuse N-Einträge(DENUZ-WEKU): Fließzeitenmodellierung<br />
und reaktiver N-Transport in Boden und Grundwasser<br />
Diffuse P-Einträge (MEPhos)<br />
Punktförmige N- und P-Einträge<br />
Identifizierung von Belastungsschwerpunkten und prioritären<br />
Bereichen für die Durchführung von Maßnahmen zur Reduzierung<br />
der Nährstoffeinträge<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 5
Vorgehensweise bei den N – Modellanalysen<br />
mit GROWA – DENUZ/WEKU<br />
Kleinkläranlagen<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 6
Modellierung der Denitrifikation<br />
im Boden (DENUZ – Modell, Kunkel & <strong>Wendland</strong>, 2004)<br />
Michaelis-Menten Kinetik:<br />
DENUZ: Berechnung der Denitrifikation<br />
im durchwurzelten Boden (reversibel)<br />
dN<br />
dt<br />
( t<br />
) N<br />
( t<br />
)<br />
+ D ⋅<br />
k + N( t)<br />
max<br />
=<br />
0<br />
Abhängigkeiten:<br />
Verlagerbare N-Menge im Boden<br />
N(t 0 )<br />
<br />
Maximale Denitrifikationsleistung<br />
eines Bodens im Jahr<br />
(D max , k)<br />
Verweilzeit des Sickerwassers<br />
im Boden (t)<br />
DENUZ-Modellergebnis: verlagerbare N-Menge unterhalb der Wurzelzone<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 7
Verlagerbare Stickstoffmenge<br />
im Boden<br />
• Disaggregierung<br />
• N-Speicheränderung im<br />
Boden (Wald, Grünland)<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 8
Verlagerbare Stickstoffmenge<br />
im Boden<br />
Landwirtschaftliche N-<br />
Bilanzüberschüsse<br />
+<br />
Atmosphärische<br />
Deposition<br />
-<br />
N-Speicherung Boden<br />
• Disaggregierung<br />
• N-Speicheränderung im<br />
Boden (Wald, Grünland)<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 9
Modellierung der Denitrifikation<br />
im Boden (DENUZ – Modell, Kunkel & <strong>Wendland</strong>, 2004)<br />
Michaelis-Menten Kinetik:<br />
DENUZ: Berechnung der Denitrifikation<br />
im durchwurzelten Boden (reversibel)<br />
dN<br />
dt<br />
( t<br />
) N<br />
( t<br />
)<br />
+ D ⋅<br />
k + N( t)<br />
max<br />
=<br />
0<br />
Abhängigkeiten:<br />
Verlagerbare N-Menge im Boden<br />
N(t 0 )<br />
<br />
Maximale Denitrifikationsleistung<br />
eines Bodens im Jahr<br />
(D max , k)<br />
Verweilzeit des Sickerwassers<br />
im Boden (t)<br />
DENUZ-Modellergebnis: verlagerbare N-Menge unterhalb der Wurzelzone<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 10
Denitrifikationspotential der Böden<br />
(Einstufung nach LBEG-Arbeitskreis „Bodenkundliche Beratung in WSG“, 2008)<br />
Einstufung der Denitrifikationsbedingungen im Boden anhand<br />
• der Wassersättigung,<br />
• der geologischen Ausgangssubstrate<br />
• der Bodentypen<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 11
Denitrifikationspotential der Böden<br />
(Einstufung nach LBEG-Arbeitskreis „Bodenkundliche Beratung in WSG“, 2008)<br />
Anpassung der mittleren maximalen Denitrifikationsraten im Boden (LBEG-<br />
Arbeitskreis) für die verschiedenen Denitrifikationsstufen aufgrund der<br />
eigenen Forschungsarbeiten in den Bundesländern M-V, NI,S-H und dem<br />
Einzugsgebiet der Weser.<br />
Einstufung der Denitrifikationsbedingungen im Boden anhand<br />
• der Wassersättigung,<br />
• der geologischen Ausgangssubstrate<br />
• der Bodentypen<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 12
Denitrifikationsbedingungen im Boden<br />
Denitrifikationskapazität<br />
im<br />
Boden<br />
Maximale<br />
Denitrifikationsraten<br />
pro Jahr<br />
Beispiele für Bodentypen<br />
Sehr gering 12 kg/ha a Podsole, Bänderparabraunerden,<br />
Lockersyrosem, Regosole, Rendzina,<br />
gering 30 kg/ha a Braunerden, Pelosole, Parabraunerden,<br />
Pseudogley-Pelosole, Kolluvisole, Pseudogley-Parabraunerden,<br />
Tschernosem-<br />
Parabraunerden, Tschernosem-<br />
Pseudogleye….<br />
Mittel 59 kg/ha a Reine Pseudogleye , Gley-Pseuodogleye,<br />
Gley-Kolluvisole, Haftnässepseudogleye<br />
hoch 100 kg/ha a Anmoorgley, Gleye, Humusgleye<br />
Sehr hoch 300 kg/ha a Moore<br />
In die Ermittlung des Denitrifikationspotentials einer Bodeneinheit der KBK 25<br />
geht das Abbaupotenzial der Hauptbodentypen und der Nebenbodentypen<br />
gewichtet nach ihrem jeweiligen Flächenanteil an einer Bodeneinheit ein.<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 13
Denitrifikationskapazität im Boden<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 14
Modellierung der Denitrifikation<br />
im Boden (DENUZ – Modell, Kunkel & <strong>Wendland</strong>, 2004)<br />
Michaelis-Menten Kinetik:<br />
DENUZ: Berechnung der Denitrifikation<br />
im durchwurzelten Boden (reversibel)<br />
dN<br />
dt<br />
( t<br />
) N<br />
( t<br />
)<br />
+ D ⋅<br />
k + N( t)<br />
max<br />
=<br />
0<br />
Abhängigkeiten:<br />
Verlagerbare N-Menge im Boden<br />
N(t 0 )<br />
<br />
Maximale Denitrifikationsleistung<br />
eines Bodens im Jahr<br />
(D max , k)<br />
Verweilzeit des Sickerwassers<br />
im Boden (t)<br />
DENUZ-Modellergebnis: verlagerbare N-Menge unterhalb der Wurzelzone<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 15
Verweilzeit des Sickerwassers<br />
in der durchwurzelten Bodenzone<br />
Verweilzeit des Sickerwassers<br />
in der durchwurzelten Bodenzone<br />
(GROWA-Modell)<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 16
DENUZ-Modellergebnis:<br />
verlagerbare N-Menge unterhalb der Wurzelzone<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 17
Denitrifikationsleistung des Bodens in (%)<br />
des N-Eintrags in den Boden<br />
Im Landesmittel werden ca. 37% des N-Eintrags in den<br />
Boden in der durchwurzelten Bodenzone denitrifiziert<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 18
Vorgehensweise bei den Stickstoff – Modell -analysen<br />
mit den Modellen GROWA – DENUZ/WEKU<br />
Kleinkläranlagen<br />
N - Eintrag ins Grundwasser mit der Grundwasserneubildung<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 19
N - Eintrag ins Grundwasser<br />
entsprechend dem Anteil der<br />
Grundwasserneubildung am<br />
Gesamtabfluss<br />
(GROWA-Modellergebnis)<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 20
N - Eintrag ins Grundwasser<br />
entsprechend dem Anteil der<br />
Grundwasserneubildung am<br />
Gesamtabfluss<br />
(GROWA-Modellergebnis)<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 21
7<br />
1 : 1<br />
30% Abweichung<br />
6<br />
Gesamtabfluss GROWA<br />
Gesamtabfluss GROWA modelliert m³/s<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
Linear (Gesamtabfluss<br />
GROWA)<br />
R 2 = 0.98<br />
1<br />
0<br />
0 1 2 3 4 5 6 7<br />
MQ gemessen m³/s<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 22
Nitrateintrag ins Grundwasser mit der<br />
Grundwasserneubildung<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 23
N-Einträge ins Grundwasser<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 24
Vorgehensweise bei den Stickstoff – Modell -analysen<br />
mit den Modellen GROWA – DENUZ/WEKU<br />
Kleinkläranlagen<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 25
Modellierung der Denitrifikation<br />
im Grundwasser (WEKU – Modell, Kunkel & <strong>Wendland</strong>, 1997)<br />
WEKU: Berechnung der Denitrifikation im<br />
oberen Aquifer (irreversibel)<br />
Reaktionskinetik 1. Ordnung:<br />
∂c<br />
+<br />
∂t<br />
k<br />
n<br />
⋅c<br />
= 0<br />
Abhängigkeiten:<br />
N – Eintrag ins Grundwasser (c)<br />
Verweilzeit (t)<br />
Nitrat - Abbaukonstante (kn)<br />
WEKU-Modellergebnis: grundwasserbürtige N-Einträge in die Vorfluter<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 26
Räumliche Verteilung der verfügbaren<br />
Grundwassergütemessstellen (315)<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 27
Räumliche Verteilung der verfügbaren<br />
Grundwassergütemessstellen (315)<br />
• Datengrundlage (315 Messstellen) erlaubt weder<br />
eine „sinnvolle“ räumliche, noch eine<br />
„sinnvolle“ vertikale Regionalisierung der<br />
Konzentrationswerte<br />
• Nitratabbauvermögen im Grundwasser wurde<br />
getrennt für nach einzelnen hydrogeologischen<br />
Einheiten ausgewiesen<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 28
Bestimmung des Nitratabbauvermögens<br />
im Grundwasser<br />
Vorgehensweise:<br />
• Ausdifferenzierung grundwasserführende<br />
Gesteinseinheiten<br />
• Ableitung der Denitrifikationsbedingungen<br />
(oxidiert, reduziert)<br />
im Aquifer aus Grundwassergütedaten<br />
Glaziofluviatile Sande in<br />
Geschiebemergeln<br />
Glaziofluviatile Sande (Sander)<br />
Niedermoore aus dem<br />
Bodentypen-Raster<br />
• Zuweisung einer „Halbwertzeit“<br />
der Denitrifikation (Literatur)<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 29
Verteilung der Grundwassergütedaten auf<br />
die hydrogeologischen Einheiten<br />
Geschiebe<br />
- mergel<br />
Sander<br />
Nieedermoore<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 30
Primärstatistische Auswertung für die<br />
Konzentrationen von NO3, O2, Fe(II) und Mn(II)<br />
in den grundwasserführenden Gesteinseinheiten<br />
Gesteinseinheit<br />
Fe (II) Mn(II) NO<br />
Perzentile<br />
3<br />
(Anzahl Messstellen: 315) mg/l mg/l mg/l<br />
Gesteinseinheit<br />
(Anzahl Messstellen: 315)<br />
Niedermoor (16)<br />
Niedermoor (16)<br />
Sander (117) (117)<br />
Geschiebemergel / lehme (182)<br />
Geschiebemergel / lehme (182)<br />
0 2 mg/l<br />
Perzentile 10 P Fe (II) 1.14 mg/l Mn(II) 0.12 mg/l NO 3 mg/l 0.33 0 2 mg/l 0.058<br />
25 P 2.33 0.15 0.58 0.060<br />
10 P 1.14 0.12 0.33 0.058<br />
25 50 Pp 3.16 2.33 0.20 0.15 0.88 0.58 0.060 0.12<br />
50 75 pP 4.31 3.16 0.31 0.20 0.88 0.13 0.12<br />
75<br />
90 P 6.45<br />
4.31<br />
0.91<br />
0.31<br />
1.29<br />
0.88<br />
2.05<br />
0.13<br />
90 6.45 0.91 1.29 2.05<br />
10<br />
10 P 0.02<br />
0.02<br />
0.02<br />
0.02<br />
0.26<br />
0.26<br />
0.06<br />
0.06<br />
25 P 0.04 0.05 0.88 0.08<br />
50 p 1.01 0.15 0.88 0.12<br />
75 P 3.20 0.26 15.85 0.55<br />
90 6.39 0.54 82.10 5.28<br />
10<br />
90 P 6.39 0.02 0.54 0.02 82.10 0.31 5.28<br />
0.06<br />
25 10 P 0.02 0.04 0.02 0.06 0.31 0.88 0.06 0.09<br />
50 25 pP 0.04 1.63 0.06 0.16 0.88 0.09 0.15<br />
75 P 3.21 0.25 24.82 1.24<br />
50 p 1.63 0.16 0.88 0.15<br />
90 P 5.17 0.41 101.76 4.90<br />
75 P 3.21 0.25 24.82 1.24<br />
90 P 5.17 0.41 101.76 4.90<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 31
Nitratabbaubedingungen im Grundwasser<br />
Zugewiesene „Halbwertzeiten“ der Denitrifikation (aus der Literatur):<br />
Niedermoore aus dem Bodentypen-Raster -> 0,3a<br />
Glaziofluviatile Sande in Geschiebemergeln sowie Glaziofluviatile<br />
Sande (Sander) -> 1a<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 32
Modellierung der Denitrifikation<br />
im Grundwasser (WEKU – Modell, Kunkel & <strong>Wendland</strong>, 1997)<br />
WEKU: Berechnung der Denitrifikation im<br />
oberen Aquifer (irreversibel)<br />
Reaktionskinetik 1. Ordnung:<br />
∂c<br />
+<br />
∂t<br />
k<br />
n<br />
⋅c<br />
= 0<br />
Abhängigkeiten:<br />
N – Eintrag ins Grundwasser (c)<br />
Verweilzeit (t)<br />
Nitrat - Abbaukonstante (kn)<br />
WEKU-Modellergebnis: grundwasserbürtige N-Einträge in die Vorfluter<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 33
WEKU: 2 D - Modellierung von Grundwasserverweilzeiten<br />
(<strong>Wendland</strong> et al., 2004; Herrmann et al., 2012)<br />
Grundwasser-<br />
oberfläche<br />
• Rasterbasiert, zweidimensional<br />
• Bezogen auf den oberen Aquifer<br />
• Strömungslinien im Aquifer verlaufen<br />
parallel zur Grundwasseroberfläche<br />
Fließwegsanalyse<br />
t<br />
gw<br />
=<br />
Vorfluter<br />
∑<br />
i=<br />
Eintragszelle<br />
l<br />
v<br />
i<br />
a,i<br />
Grundwasserverweilzeiten<br />
Abstandsgeschwindigkeit<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 34
Abstandsgeschwindigkeit<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 35
WEKU: 2 D - Modellierung von Grundwasserverweilzeiten<br />
(<strong>Wendland</strong> et al., 2004; Herrmann et al., 2012)<br />
Grundwasser-<br />
oberfläche<br />
• Rasterbasiert, zweidimensional<br />
• Bezogen auf den oberen Aquifer<br />
• Strömungslinien im Aquifer verlaufen<br />
parallel zur Grundwasseroberfläche<br />
Fließwegsanalyse<br />
t<br />
gw<br />
=<br />
Vorfluter<br />
∑<br />
i=<br />
Eintragszelle<br />
l<br />
v<br />
i<br />
a,i<br />
Grundwasserverweilzeiten<br />
Abstandsgeschwindigkeit<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 36
Fließwege und Verweilzeiten<br />
p<br />
p<br />
l<br />
tot ∑ ( k k ) ∑ α<br />
v m n<br />
k= 1 k=<br />
1 a k k<br />
t ( i, j) = t m , n =<br />
• Betrachtung des gesamten<br />
Fließwegs von der Eintragszelle<br />
(i,j) bis zur Austragszelle<br />
(mp,np), in der der Übertritt in<br />
den Vorfluter erfolgt<br />
• Fließstrecken und<br />
Verweilzeiten ergeben sich<br />
durch Summation der<br />
Einzelwerte der Rasterzellen<br />
entlang des Fließwegs<br />
( mk<br />
, nk<br />
)<br />
( , )<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 37
WEKU: 2 D - Modellierung von Grundwasserverweilzeiten<br />
(<strong>Wendland</strong> et al., 2004; Herrmann et al., 2012)<br />
Grundwasser-<br />
oberfläche<br />
• Rasterbasiert, zweidimensional<br />
• Bezogen auf den oberen Aquifer<br />
• Strömungslinien im Aquifer verlaufen<br />
parallel zur Grundwasseroberfläche<br />
Fließwegsanalyse<br />
t<br />
gw<br />
=<br />
Vorfluter<br />
∑<br />
i=<br />
Eintragszelle<br />
l<br />
v<br />
i<br />
a,i<br />
Grundwasserverweilzeiten<br />
Abstandsgeschwindigkeit<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 38
Grundwasserverweilzeiten im oberen<br />
Grundwasserleiter<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 39
Modellierung der Denitrifikation<br />
im Grundwasser (WEKU – Modell, Kunkel & <strong>Wendland</strong>, 1997)<br />
WEKU: Berechnung der Denitrifikation im<br />
oberen Aquifer (irreversibel)<br />
Reaktionskinetik 1. Ordnung:<br />
∂c<br />
+<br />
∂t<br />
k<br />
n<br />
⋅c<br />
= 0<br />
Abhängigkeiten:<br />
N – Eintrag ins Grundwasser (c)<br />
Verweilzeit (t)<br />
Nitrat - Abbaukonstante (kn)<br />
WEKU-Modellergebnis: grundwasserbürtige N-Einträge in die Vorfluter<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 40
WEKU-Modellergebnis:<br />
Grundwasserbürtige N-Einträge in die Vorfluter<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 41
WEKU-Modellergebnis:<br />
Grundwasserbürtige N-Einträge in die Vorfluter<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 42
Denitrifikationsleistung des Grundwassers<br />
in (%) des N-Eintrags in den Aquifer<br />
ca. 85% des N-Eintrags in den Aquifer werden im<br />
Grundwasserleiter denitrifiziert<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 43
Denitrifikationsleistung des Grundwassers<br />
in (%) des N-Eintrags in den Aquifer<br />
Hohe Reduktion des Nitrateintrags ins Grundwasser durch Denitrifikation<br />
bedeutet keine Entwarnung im Hinblick auf den Grundwasserschutz:<br />
• Aufbrauch von Pyrit / org. Kohlenstoff (“Nitratdurchbruch” vor allem<br />
bei gering mächtigen Aquiferen)<br />
• Sekundärprobleme für Wasserwirtschaft (Brunnenverockerung, Arsen-,<br />
Nickelfreisetzung, Sulfatanstieg)<br />
ca. 85% des N-Eintrags in den Aquifer werden im<br />
Grundwasserleiter denitrifiziert<br />
25. Oktober 2013 Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre – Agrosphäre (ICG-4) Folie 44
Gliederung:<br />
1. Vorstellung Arbeitsgruppe<br />
2. Hintergrund der Studie<br />
3. Modellierung des Nitratabbaus im Boden (DENUZ) und Ausmaß des<br />
Nitratabbaus im Boden<br />
4. Modellierung des Nitratabbaus im Grundwasser (WEKU) und Ausmaß<br />
des Nitratabbaus im Grundwasser<br />
5. Validierung der Ergebnisse zum Nitratabbau<br />
6. Zusammenfassung und Schlussfolgerung<br />
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Validierung von<br />
Denitrifikationsmodellen<br />
Wolfram Eschenbach 1 , Lisa Krienen 1 , Heinrich Höper 2 ,<br />
R. Well 1 , J. Elbracht 2 , R. Kunkel 3 & F. <strong>Wendland</strong> 3<br />
1<br />
Thünen Institut für Agrarklimaschutz, 2 LBEG (Hannover), 3 FZ Jülich<br />
Ar<br />
N 2<br />
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Erste Ergebnisse des Projektes „Validierung von<br />
Denitrifikationsmodellen“ (TI, LBEG, FZJ)<br />
Auswertung:<br />
• Eschenbach (TI) : N 2 /Ar-Methode<br />
• N-Austrag Boden (FZJ): DENUZ –<br />
Modellergebnis (AGRUM<br />
Niedersachsen)<br />
Überprüfung des mit DENUZ modellierten Nitratabbaus im Boden anhand von<br />
Messwerten aus dem obersten Aquiferbereich (< 10m unter GOF) in den<br />
hydrogeologischen Einheiten Endmoränen (~ Geschiebelehme) und Geest<br />
(~Sander) Niedersachsens<br />
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Zusammenfassung und<br />
Schlussfolgerung<br />
Mit den Modellen DENUZ und WEKU wurde das Nitratabbauvermögen im<br />
Boden und im Grundwasserleiter konsistent auf Landesebene<br />
abgeschätzt<br />
<br />
<br />
ca. 37 % der verlagerbaren Nitratmenge im Boden (N-Überschuss<br />
aus der Landwirtschaft, atmosphärische Deposition) werden im<br />
Landesmittel abgebaut; dieser heterotrophe Prozess ist reversibel<br />
Im Grundwasserleiter werden im Landesmittel ca. 85% der ins<br />
Grundwasser eingetragenen N-Menge abgebaut; dieser autotrophe<br />
Prozess ist irreversibel<br />
Die Denitrifikation ist ein wichtiger natürlicher Prozess, der die realen<br />
N-Einträge ins Grundwasser bzw. die Vorfluter steuert… im Aquifer aber<br />
nur so lange bis die Denitrifikationskapazität aufgebraucht ist<br />
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