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Die Messung von Tagesgängen der Kohlenstoffdioxid-Flüsse mit manuellen Hauben startet vor Sonnenaufgang (Großes Moor bei Gifhorn, 04:45 Uhr).
Die Messung von Tagesgängen der Kohlenstoffdioxid-Flüsse mit manuellen Hauben startet vor Sonnenaufgang (Großes Moor bei Gifhorn, 04:45 Uhr).
Institut für

AK Agrarklimaschutz

Projekt

Validierung von Denitrifikationsmodellen


Federführendes Institut AK Institut für Agrarklimaschutz

© Thünen-Institut/AK

Validierung des modellierten Nitratabbaus in nordwestdeutschen Flusseinzugsgebieten durch die direkte Messung der Denitrifikation im Grundwasser

Dünger aus der Landwirtschaft belasten das Grundwasser und Oberflächengewässer. Die Belastung mit Nitrat-Stickstoff wird durch Denitrifikation vermindert. Um regionale Denitrifikationsmodelle zu prüfen, quantifizieren wir erstmals die Denitrifikation im Grundwasserkörper direkt.

Hintergrund und Zielsetzung

In Europa werden jährlich rund. 20 Mio. Tonnen Stickstoff (N) in Form von synthetischen N-Düngern und organischen Wirtschaftsdüngern auf Agrarböden ausgebracht. Ein erheblicher Teil davon wird in Oberflächen- und Grundwässer ausgetragen und gefährdet damit das Schutzgut Wasser. Während die landwirtschaftlich induzierten Stickstoffüberschüsse in Grund- und Oberflächengewässer verfrachtet werden, mindert die Denitrifikation im Boden und Grundwasserraum diese Fracht. Die Denitrifikation ist daher für den Schutz des Grundwassers und den Schutz von Oberflächengewässern vor Eutrophierung sehr bedeutsam. Ebenso ist die Denitrifikation wichtig, um Emissionen des Treibhausgases N2O aus aquatischen Systemen („indirekte N2O-Emissionen“) zu steuern. Ziel unseres Projekts ist, durch Messung von gelöstem N2 aus der Denitrifikation im Grundwasser (N2/Ar-Methodik) die bisher verfügbaren Modellergebnisse zur Denitrifikation im Boden und im Grundwasser (DENUZ und WEKU, Kunkel und Wendland 1997, 2006) zu validieren. Wir wollen außerdem neue Ergebnisse über die indirekte N2O Emission durch Denitrifikation im Grundwasser ableiten.    

Zielgruppe

Wissenschaft, Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft, Fachöffentlichkeit im Bereich Wasserversorger, Landwirtschaft und Umweltschutz.

Vorgehensweise

Im Rahmen des Projektes haben wir in Niedersachsen 612 Grundwassermessstellen beprobt. Wir haben die Hauptparameter des Grundwassers analysiert. Die während der Verweilzeit im Grundwasser abgelaufene Denitrifikation haben wir mittels der N2/Ar-Methode quantifiziert. Die N2/Ar-Methode basiert darauf, gasförmige Reaktionsprodukte der Denitrifikation in Grundwasserproben zu messen. An ausgewählten Messstellen wird das Grundwasseralter bestimmt (Helium-Tritium-Methode). Aus diesen Daten werden sowohl Denitrifikationsraten im Grundwasser als auch der Nitrateintrag berechnet. Die erhobenen Daten haben wir in einer Datenbank aufbereitet und in ArcGIS georeferenziert. Die modellierten Nitrateinträge (DENUZ) und der modellierte Nitratabbau auf der Grundwasserfließstrecke (WEKU) haben wir mit den Projektdaten verglichen und bewertet. Darauf aufbauend passen wir abschließend die Modelle an.

Unsere Forschungsfragen

Zum Vergleich der N2/Ar-Methode mit DENUZ:

  • Sind die mit DENUZ modellierten Nitrateinträge mit den Ergebnissen der N2/Ar-Methode vergleichbar?
  • Welchen Einfluss hat der Messstellenausbau auf die Vergleichbarkeit gemessener und modellierter Werte?
  • Gibt es regionale Unterschiede in der Übereinstimmung zwischen modellierten Nitrateinträgen ins Grundwasser und der N2/Ar-Methode?
  • Welchen Einfluss hat die Heterogenität der Bodeneigenschaften und/oder der Landnutzung auf die Vergleichbarkeit von Modell und Messung?

Zum Vergleich der N2/Ar-Methode mit WEKU:

  • Wie ist die Übereinstimmung der modellierten und des gemessenen Nitratabbaus im Grundwasser?
  • Welchen Einfluss haben verschiedene Aquifertypen auf die Vergleichbarkeit von Modell und Messung?

Beteiligte externe Thünen-Partner

Geldgeber

  • Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)
    (national, öffentlich)

Zeitraum

11.2011 - 9.2014

Weitere Projektdaten

Projekttyp:
Projektstatus: abgeschlossen

Publikationen

  1. 0

    Eschenbach W, Budziak D, Elbracht J, Höper H, Krienen L, Kunkel R, Meyer K, Well R, Wendland F (2018) Möglichkeiten und Grenzen der Validierung flächenhaft modellierter Nitrateinträge ins Grundwassermit der N2/Ar-Methode. Grundwasser 23(2):125-139, DOI:10.1007/s00767-018-0391-6

  2. 1

    Eschenbach W, Well R, Krienen L (2013) Validation of modelled denitrification in selected river catchment areas of northern Germany by direct measurement of denitrification in groundwater. In: Volume of Abstracts: International Interdisciplinary Conference on: Land Use and Water Quality ; 10-13 June 2013, The Hague, The Netherlands. pp 86-87

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