Zur Anwendbarkeit von Geringfügigkeitsschwellen für Spurenelemente im Sickerwasser unter Berücksichtigung der räumlichen Variabilität im Feldmaßstab

Zur Ableitung und Anwendung fachlicher Beurteilungsmaßstäbe im Rahmen der Fortschrei-bung der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) für den Pfad Boden-Grundwasser sind Kenntnisse zu Hintergrundkonzentrationen von Spurenelementen im Si-ckerwasser erforderlich. Im Rahmen eines F&E-Vorhabens wurden bundesweit einheitliche Daten zur Sickerwasserbeschaffenheit im Übergangsbereich von der ungesättigten zur ge-sättigten Zone im Boden (OdB) erhoben. Für die Datenbasis zur Ableitung von Hinter-grundwerten wurden Sickerwässer von 49 repräsentativen Standorten auf drei verschiede-nen Bodenausgangsgesteinsgruppen unterschiedlicher Nutzung (Acker, Grünland und Forst) in Norddeutschland beprobt. Auf Grundlage dieser Daten wurden der Median und das 90. Perzentil der Hintergrundkonzentrationen von Spurenelementen im Sickerwasser klassiert nach Bodenausgangsgestein und Landnutzung abgeleitet und mit den Geringfügigkeits-schwellen (GFS) für das Grundwasser verglichen. Auf Sandböden unter Acker, Grünland und insbesondere unter Wald lagen die 90. Perzentile für mehrere Spurenelemente z.T. erheblich über den GFS. Die Werte der 50. und 90. Perzentile im Sickerwasser in Geschie-belehmen/-mergeln und Lössen unterschritten die GFS deutlich. Die Auswertungen der räumlichen Variabilität zeigen, dass die Konzentrationsspannen am Standort 90% und mehr der Gesamtvariabilität in der Region betragen und höher als der GFS-Wert sein können. Durch die große standörtliche Variabilität ist bei verschiedenen Spurenelementen eine sta-tistisch sichere Überschreitung der GFS erst bei Werten gegeben, die den GFS-Wert um 100% oder mehr übersteigen. Im Falle von Cd (GFS = 0,25 µg/l) wurden z.B. im Sickerwas-ser von sandigen Waldböden durchschnittliche standörtliche Konzentrationsspannen von 0,9 µg/l gefunden. Diese Ergebnisse stellen die Anwendbarkeit der GFS ohne Berücksichtigung der standörtlichen Variabilität am OdB grundsätzlich in Frage

3D infiltration dynamics in an initially dry sandy soil: interactive soil hydraulic-geophysical interpretation

To assess water transport dynamics in a poorly structured homogeneous sandy soil, labour-intensive TDR and tensiometer measurements were conducted during a double tracer ponding experiment. Water transport was also observed by 3D-ERT measurements. The excavated soil profile showed a cone-shaped infiltration zone with depth, contrary to an expected tracer pattern in sand. Water content changes showed highest water contents at the wetting front, referred to as saturation overshoot. This non-monotonic pattern is likely to have been caused by reduced wettability of the soil material, which reduces capillary forces during the infiltration. Independent ERT-data showed the same infiltration pattern during ponding, but could not detect the saturation profile due to gradient smoothing during the inversion process

Development of a method for in situ measurement of denitrification in aquifers using 15N tracer tests and membrane inlet mass spectrometry

We present a new approach for in situ-measurement of denitrification using a combination of 15N-tracer push-pull experiments with in situ analysis of 15N-labled N2 and N2O using membrane inlet mass spectrometry (MIMS). In the 15N-tracer experiment we present here we supplemented Aquifer material of two depths with 15N labeled nitrate. The results of our laboratory 15N-tracer test showed a linear increase of denitrification products (15(N2O+N2)) over time. At the end of our experiment we measured up to 1500 and 3700 µg/L 15(N2O+N2) in the water samples from the supplemented aquifer material. The online measurement with MIMS enabled us to see during the experiment if and when the production of the labeled denitrification products started. We took also parallel samples for isotope ratio mass spectrometry (IRMS) analysis to check our MIMS measurements. The measured 15(N2O+N2) values for IRMS matches the MIMS measurements very well. With the MIMS-method there is no need for sample preparation and so we were able to run the MIMS part of the 15N-tracer test automatically. Later-on this approach will be used in the field

Zum Vergleich von Spurenelementkonzentrationen aus in situ Sickerwasserproben mit Eluatkonzentrationen von ortsgleichen Bodenproben

In dieser Studie werden Spurenelementkonzentrationen aus wässrigen Eluaten im Wasser/-Feststoffverhältnis (WF) von 2 L/kg sowie WF 5 L/kg mit Spurenelementkonzentrationen im Sickerwasser verglichen. Beim WF 5 L/kg Eluat wurde die Ionenstärke des Elutionsmittels mit Hilfe von Ca-Nitrat probenspeziefisch an in situ Bedingungen angepasst. Beide Elutionverfahren sind ähnlich geeignet um in situ Spurenelementkonzentrationen abzuschätzen. Mittels Regressionsanalyse lassen sich für die meisten betrachteten Elemente statistisch signifikante (p<0.01) Zusammenhänge zwischen in situ Konzentrationen und denen im Eluat gemessenen nachweisen. Das Bestimmtheitsmaß steigt in folgender Reihenfolge an Pb, Cr<< As< Cu, Zn, Sb, Mo, V< Cd, Ni, Co. Niedrige Konzentrations in situ werden in den Eluaten beider Methoden unterschätzt. Die Streuung der Werte beträgt ein bis zwei Zehnerpotenzen um die Regressionsgrade

Zeitliche und räumliche Veränderungen der Schwermetallgehalte von Blei, Zink, Kupfer in den Auflagen von Waldböden an BZE-Punkten

Die Erhebung der ersten bundesweiten Bodenzustandserhebung im Wald (BZE-I) fand von 1987 bis 1992 an ca. 1900 Mess-punkten statt. Die Ergebnisse der Spuren-elementgehalte in der Auflage an diesen Punkten wurden mit den Daten der BZE-II-Erhebung (zwischen 2006 und 2008) der gleichen Punkte verglichen. Das Ergebnis: Die räumliche Verteilung der Konzentratio-nen von Blei, Zink und Kupfer hat sich zwi-schen der Erstinventur und der Zweitinven-tur kaum verändert. In alten Bergbauregio-nen der Mittelgebirge und den Ballungsge-bieten sind auch weiterhin hohe Schwer-metallkonzentrationen vorhanden. Es sind keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den Konzentrationen von Blei, Zink und Kupfer festzustellen. Die Schwermetallkonzentration nimmt von der L-, Of- zur Oh-Lage bei Kupfer und insbe-sondere Blei zu. Die Mischprobe aus allen Horizonten weist bei diesen Elementen geringere Werte auf als im Oh-Horizont

Uran in Böden und Sickerwässern - gibt es Indizien für eine Phosphordünger-bürtige Uran-Anreicherung?

Anhand repräsentativer, länderübergreifender Datensätze zu Uran-Gehalten in Ober- und Unterböden sowie zu Uran-Konzentrationen im Sickerwasser/oberflächennahen Grundwasser (SW-oGW) von 50 norddeutschen Lockergesteinsstandorten wird der Frage nachgegangen, ob sich Hinweise auf eine U-Anreicherung in landwirtschaftlich genutzten Oberböden bzw. eine U-Verlagerung mit dem Sickerwasser als Folge eines Phosphordünger-bürtigen U-Eintrages in die Böden Deutschlands finden. Der Vergleich von U-Gehalten (Königswasserextrakt) in Ober- und Unterböden von ca. 1000 Standorten in Deutschland zeigt eine tendenzielle U-Anreicherung in landwirtschaftlich genutzten Oberböden gegenüber Oberböden unter Forst (mittlere Anreicherung: 0,15 mg/kg). Die U-Konzentrationen im SW-oGW der norddeutschen Lockergesteins-Standorte variieren um 4 - 5 Zehnerpotenzen in Abhängigkeit von Landnutzung (Forst < Acker) und Substrat (Sand < Geschiebelehm < Löss). Die dominierenden U-Spezies variieren v.a. als Funktion des pH-Wertes: unter Acker überwiegen mobile Uranyl-Carbonatspezies während unter Forst zweiwertige Uranyl-Kationen dominieren. Insgesamt stützen die Befunde dieser Auswertung die Hypothese einer schleichenden Befrachtung von landwirtschaftlich genutzten Böden mit Phosphordünger-bürtigem Uran und einer Verlagerung in das Grundwasser

Hintergrundkonzentrationen von Spurenelementen in der Grundwasserneubildung in Norddeutschland und deren räumliche Variabilität

Eine wesentliche Grundlage für die Ableitung, Fortschrei-bung und Anwendung von Prüfwerten nach Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV, 1999) für den Pfad Boden-Grundwasser sind Kenntnisse über repräsentative Hintergrund-konzentrationen von Schadstoffen im Bodensickerwasser. Da bisher kaum bundesweit einheitlich erhobene und ausgewertete Daten zur Beschaffenheit des Sickerwassers im Übergangsbereich von der ungesättigten zur gesättigten Zone zur Verfügung standen, wurde im Rahmen eines Forschungsvorhaben die Beprobung des Sickerwassers von verschiedenen Bodenausgangsgesteinsgruppen in Nord-deutschland durchgeführt. Die erstellte Datenbasis wurde zur Ableitung von flächenrepräsentativen Hinter-grundkonzentrationen ausgewertet. Da die zeitliche und räumliche Variabilität von Konzentrationen im Bodensickerwasser die Unsicherheit der abgeleiteten flächenrepräsentativen Hintergrundkonzentrationen wesentlich beeinflussen, wurden diese beiden Eigenschaften untersucht. In diesem Beitrag wird die räumliche Variabilität näher betrachtet

Deutschlandweite Abgrenzung benachteiligter Agrarzonen auf der Grundlage der BÜK 1000

In der EU wird zurzeit die Einstufung und Ausweisung von landwirtschaftli-chen Gebieten mit naturbedingten Nachteilen überarbeitet. Mit Hilfe fachlicher Vorschläge der Ge-meinsamen Forschungsstelle (Joint Research Center – JRC) sollen zukünftig benachteiligte Gebiete aufgrund von acht sog. biophy-sikalischen Klima- und Bodenkriterien objektiv und eindeutig eingestuft werden. Die Mitgliedstaaten wurden aufgefordert, entsprechende „Simulationen“ unter Verwendung nationaler Daten zu übermitteln, um zu zeigen, ob und wie die Kriterien für die Neuabgrenzung der benachteiligten Agrarzonen angewendet werden könnten. Die Bundesanstalt für Geowissenschaf-ten und Rohstoffe (BGR) hat im Auftrag des Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) bundesweite Auswertungen der bodenbezogenen Kriterien auf Basis der Nutzungsdifferenzierten Bodenübersichtskarte 1:1 Mio. (BÜK 1000 N) erstellt. Ziel der Auswertungen der BGR war es, die vom JRC vorgeschlagenen und in Fachgesprächen konkretisierten bodenbezogenen Kriterien auf Bundes-ebene mit vorhandenen (Flächen-)Daten darzustellen. Als Ergebnis wurden Regionen ausge-wiesen, in denen mit definierten Wahr-scheinlichkeiten davon auszugehen ist, dass sie bezüglich naturbedingter Be-nachteiligungen betroffen sind. Für die spätere Gebietsabgrenzung sind die Bundesländer zuständig

Emissionen von grundwasserbürtigem N2O in die Atmosphäre: Modellrechnungen zu einem 15N-Tracerversuch unter Feldbedingungen

In einem Tracerversuch mit isotopisch mar-kiertem Nitrat wurde unter Feldbedingungen (Gley-Podsol aus Talsand, darunter ein Lockergesteinsaquifer) die Denitrifikation im oberflächennahen Grundwasser und die daraus resultierende Emission von N2O in die Atmosphäre über einen Zeitraum von Juli bis September 2007 verfolgt. Die Messergebnisse dienten als Anfangs- und Randbedingungen und Vergleichswerte für Simulationsrechnungen zum Transport von N2O durch den Boden zur Atmosphäre mit einem numerischen Gasdiffusionsmodell. Die Ergebnisse der Simulationsrechnungen bestätigen, dass Diffusion der wesentliche Prozess für den N2O-Transport in dem untersuchten Boden war. Für die geringen grundwasserbürtigen N2O-Emissionen spielte N2O-Abbau im Boden keine Rolle. Wir schlussfolgern aus den Ergebnissen, dass die Simulationsrechnungen eine wertvolle Ergänzung zur experimentellen Datenbasis darstellen. Sie verdeutlichen u.a., dass die N2O-Emission am Versuchsstandort hauptsächlich durch N2O-Umsetzungen im Oberboden gesteuert wurde