Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II Vorlesung 6 Themen: Stickstoff- und Phosphat-Eintrag Interaktion Oberflächengewässer / Grundwasser bei Nährstoffbelastungen Gefährdungsabschätzung der Erosion auf der Basis der ABAG Anforderungen an die Landwirtschaft

Lehrziele der Veranstaltung erschaffen bewerten analysieren anwenden Sie entwickeln selbstständig Maßnahmen zur Erosionsminderung in Gewässereinzugsgebieten. verstehen Sie verstehen und klassifizieren Maßnahmen zur Erosionsminderung in der Landwirtschaft. Sie kennen die Zusammenhänge zwischen Stoffeintrag einerseits und Erosion sowie Auswaschungsgefährdung andererseits. erinnern Sie kennen die Einflussgrößen des Bodenabtrages.

Diffuser Stoffeintrag Stickstoff Eintrag Phosphat Eintrag (via Bodenpassage) vorwiegend vertikale Fließ-prozesse zum Grundwasser und von dort in die Gewässer (via Erosion) vorwiegend oberflächennahe, horizontale Fließprozesse Erosionspotenzial Grundwasserebene Auswaschungsgefährdung

Interaktion Oberflächenwasser - Grundwasser Ergebnis: Influente (wasserabgebende) Gewässer oder effluentes (ausfließendes) Grundwasser

Stoffeintrag Ungesättigte Bodenzone Ort der Beurteilung Schadstoffquelle Ungesättigte Bodenzone Ort der Beurteilung Bildzitat: Meyer, LFA Grundwasserleiter

Interaktion Oberflächenwasser - Grundwasser Oberflächengewässer signifikante anthropogene Belastungen durch diffuse Quellen NRW Fachinformationssystem Diffuse Quellen (FIS DQ) Grundwasser Risikoanalyse bezüglich der Belastung Verknüpfung der punktuellen und diffusen Belastungen sowie der Standorteigenschaften Grundwasser abhängige Ökosysteme NRW Beschreibung der Bodenverhältnisse Die Deckschichteneigenschaften sowie deren Funktionen werden Bestandteil der Maßnahmenplanung

Zielbestimmung beim Stoffeintrag Bestimmung der Erosionsgefährdung Ermittlung der Austauschhäufigkeit und Bestimmung des nutzungsabhängigen Auswaschungspotenzials Räumliche Identifikation der Interaktionszonen Oberflächenwasser & Grundwasser

Bestimmung der Austauschhäufigkeit Methode: Austauschhäufigkeit = Sickerwasserrate / FKWe [1/a] Daten: - Sickerwasserrate (GLADIS) - Feldkapazität des effektiven Wurzelraums (digitale Bodenkarte 1:50.000) Format: Vektor Bezug: Bodenpolygone BK50

Auswaschungsgefährdete Bereiche Methode: nutzungsbezogene Bewertung der Austauschhäufigkeit Daten: - Nutzung (ATKIS) - Austauschhäufigkeit Format: Vektor Bezug: Teileinzugsgebiet

Ergebnis Auswaschungsgefährdung - keine +++++ sehr hoch ++++ hoch +++ mittel ++ gering + sehr gering Auswaschungsgefährdung

Erosionsgefährdete Bereiche Methode: Allgemeine Bodenabtragsgleichung – ABAG Daten: - Isoerodentenkarte - Bodenerodierbarkeit (BK50) - Neigung (DGM5) - Nutzung (ATKIS) Format: Raster Bezug: Pixel (10 m x 10 m)

Ergebnis Erosionsgefährdung - keine +++++ sehr hoch ++++ hoch +++ mittel ++ gering + sehr gering Erosionsgefährdung

Bestimmung der Erosionsgefährdung via ABAG Allgemeine Bodenabtragsgleichung („ABAG“) A = R x K x LS x C x P [t/(ha  a)] R: Regenfaktor (Erosivität Regen) K: Bodenerodierbarkeitsfaktor (Anfälligkeit des Bodens) LS: Topographiefaktor C: Bodenbedeckungs- und Bodenbearbeitungsfaktor P: Erosionsschutzfaktor

Allgemeine Bodenabtragsgleichung Erläuterung: Der Regenfaktor ist ein Maß für die gebietsspezifische Erosionskraft des Regens. Dieser Wert stellt eine Verknüpfung zwischen der Niederschlagsintensität und der resultierenden kinetischen Energie her. Datenquelle: Isoerodentenkarte des Geologischen Dienstes NRW, Stand August 2002 Verfügbarkeit: 100% der Landesfläche NRW# A = R  K  LS  C  P Regenfaktor (Erosivität des Regens)

Gefährdungsabschätzung durch Erosion A = R  K  LS  C  P

Niederschlag und kinetische Energie medianer Durchmesser [mm] Fallge- schwindigkeit [m/s] kinetische Energie [kJ/m² x h] Intensität [mm/h] Sprühregen 0,2 0,10 0,200 10-3 Nieselregen 0,5 1,00 4,200 100 Leichter Regen 1,0 1,20 4,900 101 Starker Regen 15,0 2,10 6,900 103 Gewitterregen 100,0 3,00 8,400 104

Bodenerodierbarkeitsfaktor Erläuterung: Der Bodenerodierbarkeitsfaktor beschreibt die Erosionsanfälligkeit des Bodens. Es wird das Abtragsverhältnis zu einem „Standardhang“ als Funktion von der Korngrößenverteilung, dem Anteil organischer Substanz, der Aggregatklasse des Oberbodens sowie der Durchlässigkeitsklasse abgeleitet. Datenquelle: Digitaler Bodenkarte des Geologischen Dienstes NRW Verfügbarkeit: 99,03% der Landesfläche NRW A = R  K  LS  C  P Bodenerodierbarkeits- faktor

Bodenerodierbarkeitsfaktor A = R  K  LS  C  P

Topographiefaktor Erläuterung: Der Topographiefaktor berücksichtigt das Gelände, Verhältnis des Abtrags eines Hanges beliebiger Länge und Neigung zu einem „Standardhang“, Verknüpfung von Hanglänge und Geländeneigung: LS = (L/22)m  (65,41  sin²  + 4,56  sin  + 0,065) A = R  K  LS  C  P Topographiefaktor

Höhenmodell Eifel-Rur A = R  K  LS  C  P N

Höhenmodell Eifel-Rur A = R  K  LS  C  P Aachen

Bodenbedeckungs- und Bodenbearbeitungsfaktor Erläuterung: Auswirkungen der Bodennutzung / Bepflanzung. Der Wert ist abhängig von der Kulturpflanze: Ackerflächen 0,250 (Mittelwert) Sonderkulturen 0,200 Grünland 0,004 Wald 0,002 Sonstige Flächen 0,000 Datenquelle Ableitung aus ATKIS NRW (über LUA), Verfügbarkeit 100% der Landesfläche NRW A = R  K  LS  C  P Bodenbedeckungs- und Bodenbearbeitungsfaktor

Bodenbedeckungs- und Bodenbearbeitungsfaktor A = R  K  LS  C  P

Erosionsschutzfaktor Erläuterung: Der Erosionsschutzfaktor beschreibt den Einfluss von Erosionsschutzmaßnahmen, z.B. Furchenbildung parallel / senkrecht zu den Höhenlinien Datenquelle keine daher P = 1 (keine Schutzmaßnahmen) A = R  K  LS  C  P Erosionsschutzfaktor

Gesamtergebnis Erosionsgefährdung A = R  K  LS  C  P Gesamtergebnis

Anforderungen an die Landwirtschaft Grundsätzlich gilt: Jeder hat sich so zu verhalten, dass schädliche Bodenveränderungen gar nicht erst entstehen können. => Pflicht zur Vorsorge Bei bestehenden schädlichen Bodenveränderungen sind Sanierungs-, Schutz- oder Beschränkungsmaß- nahmen zu ergreifen. => Pflicht zur Gefahrenabwehr Schlußfolgerungen: Schadstoffbelastungen verhindern Erosionsprozesse vermeiden Schadverdichtungen vorbeugen

Gute fachliche Praxis Standort- und witterungsgerechte Bodenbearbeitung Erhaltung oder Verbesserung der Bodenstruktur Vermeidung von Bodenschadverdichtungen Vermeidung von Bodenabträgen (Erosion) Erhaltung naturbetonter Strukturelemente der Feldflur (z.B. Hecken, Feldgehölze, Feldraine) Erhaltung und Förderung der biologischen Aktivität des Bodens Erhaltung des standorttypischen Humusgehaltes

Verringerung von Schadstoffeinträgen Einsatz schwermetallarmer Mineraldünger Verminderung unnötig hoher Zusätze an Kupfer, Zink und Antibiotika in Futtermitteln, zur Entlastung der Frachten in Gülle oder Festmist Einschränkung der Verwertung von Klärschlämmen auf besonders nährstoffreiche und schadstoffarme Schlämme Nur gütegesicherte Komposte entsprechend der Bioabfallverordnung ausbringen

Maßnahmen gegen Bodenerosion Bildzitat: MUNLV NRW

Maßnahmen gegen Bodenerosion Reduzierung der Zeitspannen ohne oder nur geringer Bodenbedeckung durch Untersaaten, Zwischenfruchtanbau oder Strohmulch Anwendung erosionsmindernder Bodenbearbeitungs- und Bestellverfahren wie konservierende Bodenbearbeitung mit Mulch oder Direktsaat Vermeidung hangabwärts gerichteter Bearbeitungsspuren Aufbau und Erhalt eines stabilen Bodengefüges, z.B. durch Zufuhr organischer Substanz und Kalk Vermeiden von Krumenbasis- und Unterbodenverdichtungen Unterteilung langer Hänge, die sonst durchgehend mit erosionsfördernden Kulturen bestellt wurden Anlage von Grünstreifen quer zum Hang Dauerhafte Begrünung von besonders gefährdeten Tiefenlinien

Unterschiede der Bodenbearbeitung Konventionelle Bodenbearbeitung Konservierende Bodenbearbeitung Direktsaat Bodenbearbeitung mit Pflug, Einarbeiten von bis zu 90 Prozent der Pflanzenrückstände Scheibenegge, Einebnen der Oberfläche Bodenbearbeitung mit Grubber zur Saatbettbereitung Aussaat Scheibenegge zur Saatbettbereitung Herbizidanwendung Hacken Ernte Untergrundlockerung, Einarbeiten von bis zur Hälfte der Pflanzen- rückstände Bodenbearbeitung mit Grubber Aussaat Herbizidanwendung Hacken Ernte Herbizidanwendung Aussaat Ernte

Einfluss der Bodenbearbeitung Bildzitat: Spektrum der Wissenschaft

Vor- und Nachteile Direktsaat Vorteile weniger Erosion bessere Bodenfeuchtigkeit gesünderer Boden weniger Arbeits- und Benzinkosten weniger Sediment- und Düngereintrag in Gewässer günstigere CO2 Bilanz Nachteile Umstellung auf Direktsaat anfangs schwierig Ausrüstung zunächst teuer mehr Herbizide notwendig auftretende Unkräuter, Krankheiten, Schädlinge nicht unbedingt vorhersagbar anfangs oft mehr Stickstoffdünger nötig Pflanzen können langsamer keimen; dadurch vielleicht geringerer Ertrag

Vorsorge zum Schutz vor Schadverdichtungen 1 Bildzitat: MUNLV NRW

Vorsorge zum Schutz vor Schadverdichtungen 2 Befahrbarkeit des Bodens verbessern Konservierende Bodenbearbeitung Lockern mit dem Grubber Pflanzenreste, Mulch und organische Düngung fördern die Tätigkeit von Regenwürmern und anderen Bodenorganismen, stabilisieren die Bodenstruktur und erhöhen letztendlich die Tragfähigkeit Absenken mechanischer Belastungen Einsatz von z.B. Breit-, Terra-, Zwillingsreifen Verminderter Reifendruck Nichtausschöpfen der Lade-/Bunkerkapazität Senken der Überrollhäufigkeit

Vorsorge zum Schutz vor Schadverdichtungen 3 Anwendung technischer Möglichkeiten Automatische Reifendruckregelsysteme Raupenfahrwerke Dreiradfahrwerke Knicklenkung Bildzitat: MUNLV NRW

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