Wassergüte von Söllen in Agrarlandschaften Ost-Brandenburgs

Präsentation zum Thema: "Wassergüte von Söllen in Agrarlandschaften Ost-Brandenburgs"—  Präsentation transkript:

1 Wassergüte von Söllen in Agrarlandschaften Ost-Brandenburgs
Zentrum für Agrarlandschafts- und Landnutzungsforschung Wassergüte von Söllen in Agrarlandschaften Ost-Brandenburgs Thomas Kalettka1 & Catrin Rudat2 1 ZALF, Institut für Landschaftswasserhaushalt, 2 Umweltplan Stralsund Gmbh,

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3 Dynamik der Wassergüte-Parameter von Söllen
- Leitfähigkeit - elektrolytarme Sölle: B_BAP, E_20, E_19 elektrolytreiche Sölle: E_6, B_205, L_17f

4 Wassergüte-Parameter - Elektrolytbelastung -
von Söllen - Elektrolytbelastung - sehr weich: 0-4°dH weich: 4-8°dH mittelhart: °dH ziemlich hart: °dH Hart: °dH sehr hart: >30°dH

5 Dynamik der Wassergüte-Parameter von Söllen
- Bioproduktion und Stoffdynamik - Polytrophes Soll B-BFA Kennzeichen der Eutrophierung von Söllen: - Sommerperiode: dichte artenarme Makrophytenbestände - Winterperiode: Maximum des Phytoplanktons - Zyklische Sauerstoffzehrung: interne Düngung aus dem Sediment

6 Beziehung von Phytoplankton und Makrophyten
dominant Makrophyten nicht dominant

7 Analyse der Bioverfügbarkeit von Phosphor aus Sedimenten
Bioverfügbarkeit a) unmittelbar verfügbarer P SRP des NH4Cl-Extraktes des P b) reduktiv verfügbarer P SRP des BD-Extraktes c) gesamt bioverfügbarer P Summe SRP der Extrakte d) nicht verfügbarer P Rest-P Extraktions-mittel Extraktion Zeit [h] / Temp. [°C] Bindungsformen von P NH4Cl (1 M) 0,5 / 20-25 SRP / NRP Gelöste, unmittelbar verfügbare Phosphate = im Interstitialwasser und labil an Oberflächen gebunden BD (0,11 M) 0,5 / 40 SRP NRP Reduktant lösliche anorg. Phosphate = an Fe- und Mn-Hydroxide adsorptiv gebunden: Fe(OH)3, FeOOH, MnOOH An Fe- und Mn-Hydroxide gebundener org. P NaOH (1 M) 16 / 20-25 Baselösliche Phosphate = an Metalloxide von Fe und Al gebunden und gegen OH- austauschbar (Fe2O3, Al2O3) P in Mikrorganismen, Detritus und Huminstoffen HCl (0,5 M) Säurelösliche Phosphate = Ca- u. Mg-P, Apatit-P Säurelabiler org. P, hydrolysierter org. P Rest-P TP Schwer abbaubare bzw. nicht verfügbare Phosphate = Refraktärer überwiegend org. P SRP = Soluble Reactive P NRP = Not Reactive P (NRP= TP-SRP) TP = Total P

8 Interne Eutrophierung durch Freisetzung von Phosphor
Ansteigendes redoxsensitives Potenzial für P-Freisetzung 1: B-BAP; 2: B-II/8; 3: B-KP; 4: E-19; 5: L-18b; 6: E-6; 7:E.20; 8: L-18; 9: B-BFA; 10: B-207c; 11: B-203 Redoxlöslicher Fe(III)-gebundener Phosphor im Sediment Klassifizierung des Eutrophierungspotenzials aquatischer Sedimente Stoffeintragsdisposition BD-SRP (oberer 1 cm) [mg/g TM] Redoxsensitives Eutrophierungspotenzial hoch bis sehr hoch (4-6) > 1.0 sehr hoch mittel (2-4) mittel bis hoch gering (0-2) gering Sehr gering (<0) 0-0.1 sehr gering

9 Hydrochemische Leitparameter von Söllen der Agrarlandschaft
Hohe, signifikante Korrelationen (p < 0,05) bei 9 von 16 Parametern Variablen Faktor 1 Faktor 2 LF 0,95 0,09 SO4 0,87 -0,27 Cl 0,89 0.19 Ca 0,98 -0,01 Mg 0,96 0,01 GH 0,97 0,05 pH 0,08 0,82 O2 0,15 0,91 TP 0,14 -0,64 Erklärte Varianz (Eigenwert) 5,36 2,00 Anteil an der Gesamtvarianz % 60 22 PCA-Ordinationsdiagramm der extrahierten Parameter im Verhältnis zu 39 Söllen Extraktion: Hauptkomponenten; Faktorrotation: varimax; Ergebnisse: Faktorladungen der Variablen markierte Ladungen  0,65 Gruppe 1: P-reich Mineralstoff-arm Gruppe 2: P-arm Mineralstoff-arm Gruppe 3: P-reich Mineralstoff-reich Gruppe 4: P-arm Mineralstoff-reich

10 Wassergüte von Söllen der Agrarlandschaft
(modifizierte Methode nach Klapper 1992) Lietzen (n=15), Eggersdorf (n=15), Müncheberg incl. Eggersdorf (n=59) (2,5-2,9 = eutroph; 3,0-3,4 = hoch eutroph; 3,5-3,9 = polytroph; 4,0-4,4 = hoch polytroph) Geringer Trophie-Grad = Geringe Stoffeintragsdisposition ·      Große Sölle mit breiten Pufferzonen (hohe Pufferkapazität) ·      Kleine Sölle in schwach welligem Einzugsgebiet (geringe Bodenerosion) ·      Fehlen von Zuflüssen aus Dränagen ·      Randverwallungen an der Böschungoberkante (hohe Pufferkapazität)

11 Beziehung zwischen Trophiegrad und Stoffeintragsdisposition von Söllen
Bewertung der Stoffeintragsdisposition (SED) mittels Punktesystem: SED = Summe (Stoffeinträge) – Summe (Pufferkapazität des Solls) Summe der Punkte Einzugsgebietsgröße (1-5) Relief des Einzugsgebietes (1-5) Input Drainagen (1-3) Input Wassererosion (1-4) Breite des Uferrandstreifens(1-5) Breite des Ufers (1-5) Randverwallung des Ufers (1-5) Sollfläche (1-5) n = 29; r = 0,79; signifikant p < 0,001

12 Klassifikation der Trophie von Söllen (modifiziert nach Klapper 1992)
Kriterien oligo-troph meso-troph schwach eutroph hoch eutroph schwach polytr. hoch polytr. hyper-troph 1,0-1,4 1,5-2,5 2,5-2,9 3,0-3,4 3,5-3,9 4,0-4,4 4,5-5,0 Nährstoffverhältnisse Frühjahr, MW 3-4, nach Eisaufbruch [mg/l] a) SRP b) TP c) anorg. N (wenn TN/TP < 7) </= 0,005 </= 0,015 </= 0,3 </= 0,045 </= 0,5 </= 0,2 </= 1,0 </= 1,2 </= 1,5 > 1,2 > 1,5 Sommer, MW 6-9 [mg/l] </= 0,002 </= 0,01 </= 0,04 </= 0,03 </= 0,1 > 0,5 Bioproduktion in der Vegetationsperiode Chl. A, MW 3-11, nach Eisaufbruch [mg/l] nur wenn Makrophyten nicht dominant 1* </= 3 </= 10 </= 40 </= 60 > 60 Makrophyten/fädige Grünalgen 2* Sichttiefe, MW 3-11 [m] Nach Eisaufbruch, nur bei ganzjährig ausreichender Wassertiefe - >/= 4 >/= 1,5 >/= 1,0 >/= 0,5 >/= 0,2 < 0,2 1* - Summe Deckungsgrad Makrophyten + fädige Grünalgen </= 50 % 2* - Deckung % an der Gesamtwasseroberfläche mit Litoralcharakter (Maximum in der Vegetationsperiode), Trophieindikation nach Artenkombinationen, anwenden wenn Summe Deckungsgrad Makrophyten/Fadenalgen >/= 25 %

13 Artname Trophie N* NO3 NH4 P I° Schwimmdecken /Pleustophyten Lemna gibba 3-4 8 reich Lemna minor 2,5-3-4 6 5,0 Spirodela polyrhiza (2)-3 Wolffia arrhiza 3 Schwebematten / Pleustophyten Lemna trisulca (2)-3-(4) 5 mäßig Ceratophyllum submersum (2)-3, 4 7 Ceratophyllum demersum Fadengrünalgen Riccia fluitans 2-2,9 arm Utricularia vulgaris 2-3 4 arm-mäßig Wurzelnde Schwimmblattrasen /Rhizophyten Nuphar lutea 2-3-4 Potamogeton natans 1-3 2,5 Ranunculus aquatilis Polygonum amphibium nicht reich Tauchfluren /Rhizophyten Potamogeton crispus 4,5 Potamogeton acutifolius Myriophyllum spicatum 3,0 Hottonia palustris nicht hoch Trophie-indikation von Stand-gewässern mittels Hydro-phyten (Literatur) N* = Ellenberg et al. (1991) I° = Melzer (1988)

14 Vorläufige Trophieindikation von Söllen mittels Hydrophyten-Kombinationen
Dominanzarten *Deckung [%] Begleitarten *max. Deckung [%] Lemna gibba Lemna minor Lemna trisulca Spirod. polyrhiza Cer. submersum Cer. demersum Utric. vulgaris Fadengrünalgen Riccia fluitans Nuphar luta Nymphaea alba Pol. amphibium Pol. natans Pol. crispus Pot. acutifolius Chara fragilis 4,5 25-75 25 1 4,0 25-100 5 50-100 50 10 3,5 Lemna minor Spirodela polyrhiza Wolffia arrhiza 25-50 3,0 10-25 5-50 0-50 Myr. Spicatum Nuphar lutea 5-25 Ran. aquatilis 10-75 Hottonia palustris 10-50 *Deckung in % der Gesamtwasserfläche mit Litoralcharakter (Maximum Mai bis September)

15 Korrelation von Stoffeinträgen und Biodiversität von Makrophyten
n = 32; r = 0,19; nicht signifikant n = 32; r = 0,38; signifikant p < 0,02 n = 32; r = 0,64; signifikant p < 0,001 n = 32; r =0,59; signifikant p < 0,001 Problem: Mangel an schwach eutrophen Referenzstandorten in der Agrarlandschaft

16 Korrelation von Wasserqualität und Belastung der Sedimentoberfläche
n = 22; r = 0,76; signifikant p < 0,001 n = 22; r = 0,54; signifikant p < 0,01 Probleme: Einfluß der Bodenerosion und des zeitweiligen Trockenfallens auf die Muddenbildung (Silikatmudden) Mangel an schwach eutrophen Referenzstandorten in der Agrarlandschaft n = 22; r = 0,66; signifikant p < 0,005

17 Einfluss des Oberflächenzuflusses in der Winterperiode auf den Trophiegrad von Söllen der Agrarlandschaft (mittlere bis hohe Stoffeintragsdisposition) 1 2 3 4 1 = Zufluss gering = Schneeschmelze, Zufluss hoch, Frostboden 2 = Regen, Zufluss hoch, kein Bodenfrost 4 = Schnee/Regen, Zufluss mittel, tauender Boden