Untersuchungen der Nährstoff- und der Schwermetalldynamik auf Standorten der Intensiv-Boden-Dauerbeobachtung in Schleswig-Holstein

Das angestrebte sehr hohe Ertragsniveau landwirtschaftlicher Kulturen im konventionellen Landbau führt zu entsprechend hohen Gaben an mineralischen und organischen Düngern. Liegt der erwartete Nährstoffentzug durch die angebaute Kultur über dem tatsächlichen Entzug der Pflanzen, werden die Nährstoffe – sofern sie im Boden nicht gespeichert werden – mit dem Sickerwasser ausgetragen. Neben den wirtschaftlichen Verlusten sind insbesondere die ökologischen Folgen zu betrachten. In steigendem Ausmaß führt der sehr mobile Nitratstickstoff über den Austrag mit dem Sickerwasser zur Gefährdung an-grenzender Umweltkompartimente, zu-nehmend des Grund- und letztlich des Trinkwassers. Infolge geringer Wasser- und Nährstoffspeicherung sowie hoher Wasserleitfähigkeit sind in dieser Hinsicht vor allem landwirtschaftlich genutzte sandige Böden der Geest kritisch zu sehen. Probleme treten insbesondere bei geringem Grundwasserabstand verbunden mit ackerbaulicher Nutzung auf. Die Austräge von Schwermetallen und Arsen mit dem Sickerwasser werden neben den Grundgehalten und pH-Werten im Bo-den vor allem durch den Eintrag an Schwermetallen und Arsen durch mineralische Phosphor- und Kalkdünger sowie organische Dünger wie Gülle, Stallmist und auch Biogasgärreste bestimmt. Insbesondere Kupfer und Zink werden durch organische Düngung vermehrt in Böden eingetragen und führen zu erhöhten Bodengehalten und Austrägen mit dem Sickerwasser. An einem der betrachteten Standorte wäre bei Beibehaltung der Bewirtschaftung eine Verdoppelung des Kupfergehaltes im Boden in einem überschaubaren Zeitraum von deutlich weniger als 100 Jahren möglich. Eine Überschreitung der Vorsorgewerte der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung ist derzeit jedoch nicht zu besorgen

Antibiotikarückstände aus der Veterinärmedizin in Wirtschaftsdünger-,Bodenmaterial- und Sickerwasserproben in Schleswig-Holstein

In der intensiven Tierhaltung werden große Mengen an Antibiotika eingesetzt. Ihre Abgabemenge sinkt von 2011 zu 2015 um mehr als 50 % (Abgabemenge 2015: 805 t), gleichzeitig ist aber der Verbrauch der für die Therapie beim Menschen bedeutsamen Reserveantibiotika in der Tiermedizin gestiegen. Negative Einflüsse auf Bodenbiozönosen, Grundwasser und angebaute Nahrungsmittel und damit auf den Menschen sind zu besorgen. 2016 werden an sieben Standorten der schleswig-holsteinischen Boden-Dauerbeobachtung sowie elf weiteren Standorten mit unterschiedlichen Sorptionseigenschaften unter Acker- und Grünlandnutzung entnommene Wirtschaftsdünger-, Boden- sowie teilweise Sickerwasserproben auf Rückstände an Antibiotika untersucht. In allen Wirtschaftsdüngerproben werden Antibiotika nachgewiesen, wobei Tetracycline am häufigsten gemessen werden. Ihre Gehalte in Schweinegüllen und entsprechenden Gärresten sind in der Regel höher als in Rindergüllen und entsprechenden Gärresten. Gehalte in Gärresten liegen teilweise oberhalb derjenigen der vergorenen Güllen. Die gemessenen Gehalte der untersuchten Wirtschaftsdünger sind deutlich niedriger als die in anderen Bundesländern. In Bodenmaterialproben werden die im Boden als relativ immobil eingestuften Tetracycline am häufigsten nachgewiesen, wobei es sich überwiegend um mit Schweinegülle bzw. entsprechenden Gärresten beaufschlagte Flächen handelt. Teilweise korrelieren die Befunde an Tetracyclinen im Boden mit höheren Gehalten in den Wirtschaftsdüngern. Böden in anderen Bundesländern weisen deutlich höhere Maximalwerte an Tetracyclinen auf als die untersuchten Böden in Schleswig-Holstein. Die mobileren Sulfonamide werden nur einmalig mit einem Wert knapp oberhalb der Bestimmungsgrenze nachgewiesen. In Sickerwasserproben wird nur Lincomycin an einem Standort mit stark schwankenden Gehalten nachgewiesen, was mit einem Nachweis im dazugehörigen Wirtschaftsdünger, jedoch nicht mit einem Nachweis im Boden korreliert. Die Untersuchungen werden in 2017 an drei ackerbaulich genutzten Standorten der Boden-Dauerbeobachtung in Schleswig-Holstein vertieft fortgeführt werden. Sie repräsentieren unterschiedliche typische Standortverhältnisse und Bewirtschaftung. Vorgesehen sind häufigere Probenentnahmetermine vor und insbesondere nach Wirtschaftsdünger-Applikationen sowie die Erstellung vertikaler Messwert-Profile

Nährstoffausträge bei ökologisch und konventionell bewirtschafteten Boden-Dauerbeobachtungsflächen in Schleswig-Holstein

Zur exemplarischen zeitnahen und unmittelbaren Erfassung von Stoffflüssen im Boden werden in Schleswig-Holstein im Rahmen des Projektes Boden-Dauerbeobachtung vier Intensiv-Boden-Dauerbeobachtungsflächen betrieben. Sie sind zwischen 2003 und 2007 eingerichtet worden. Es handelt sich hierbei um drei Ackerstandorte und einen Grünland-standort. Der Grünlandstandort und einer der Ackerstandorte werden ökologisch, die beiden anderen Ackerstandorte werden konventionell bewirtschaftet. Zu drei Terminen im Jahr (Vegetationsbeginn, nach der Ernte und zum Vegetationsende) sind Bodenmaterialproben von diesen Standorten entnommen und geochemisch auf mehrere Stickstofffraktionen untersucht worden. Das gesamte Jahr hindurch sind Sickerwasserproben gewonnen und chemisch ebenfalls auf mehrere Stickstofffraktionen sowie auf Phosphor und Kalium untersucht worden. Die Auswertung der Untersuchungsergebnisse hat ergeben, dass der konventionell ackerbaulich genutzte Standort auf sandigem Substrat aufgrund schwacher Sorption und hoher Nutzungsintensität sehr hohe Austräge an Stickstoff und Kalium aufweist. Aus diesem Grunde werden auf sorptionsschwachen Standorten zum Schutz des Grund-wassers vor Stickstoffeinträgen eine Änderung der Bewirtschaftungsweise und zur Vermeidung einer langfristigen Kaliumaushagerung eine an den Bedarf des Standortes angepasste Kaliumdüngung empfohlen

Bodenphysikalische Untersuchungen von Torfdämmen zur Wiedervernässung von Hochmooren

Im Auftrag des Landesamtes für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume Schleswig-Holstein (LLUR) wurde der Wasserstaueffekt von Verwallungen, die zur Wiedervernässung in degradierten Hochmooren errichtet wurden, anhand der bodenphysikalischen Kennwerte: gesättigte Wasserleitfähigkeit, Trockenrohdichte und Luftkapazität (weite Grobporen > 50 µm) auf vier Hochmoorflächen in der Eider-Treene-Sorge Niederung Schleswig-Holsteins überprüft. Um den erwünschten Verdichtungseffekt in der Verwallung (bestehend aus einem Torfdamm mit darunterliegender Verfüllungsgrube als „Torfdichtwand“) näher zu quantifizieren, wurden vergleichbare Untersuchungen an einem jeweiligen Referenzstandort in den gleichen Bodentiefen (50 und 100 cm unter GOF) durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass in der Verfüllungsgrube die Wasserleitfähigkeit in horizontaler Richtung gegenüber der Referenzfläche abnimmt, was die seitliche Wasserbewegung aus dem Moorkörper vermindert. Dieser Staueffekt wurde im Mittel allerdings nur in 50 cm, nicht in 100 cm Tiefe erreicht. Geringe Trockenrohdichten und hohen Luftkapazitäten in 100 cm Tiefe deuten auf eine nachlassende Wirkung der Verdichtung durch die Baggerlast mit der Tiefe. Allerdings bewirkte das Zerstören der natürlichen Torfstrukturen und die Durchmischung eine Abnahme der Porenfunktionalität in der Verwallung, so dass die besonders leitfähigen Grobporen nicht in Zusammenhang mit einer Zunahme der horizontalen Wasserleitfähigkeit stehen. Ihr positiver Effekt auf den Wasserfluss wirkt daher nur in vertikaler, nicht mehr in horizontaler Richtung. Die damit erzeugte Umkehr der Anisotropie von einer stärker horizontal, wie in den natürlich geschichteten Torfen der Referenz, zu einer stärker vertikal ausgeprägten Fließrichtung in der Verwallung, wird daher mit als eine entscheidende Steuergröße für das Abflussregime gesehen, die die Effektivität der Wasserrückhaltung verbessert

Natürliche und anthropogene Bodenverdichtungen in Schleswig-Holstein: Nachweis von schädlichen Bodenveränderungen

Viele Bodentypen Schleswig-Holsteins weisen durch pedo-/geogenetische Prozesse bereits natürliche Verdichtungen im Unterboden auf. Der flächenhafte Anteil dieser natürlichen Verdichtungen liegt auf Basis der BÜK S.-H. 250 unter Berücksichtigung von Leit- und Begleitböden in Schleswig-Holstein bei 43%. Durch anthropogene Bodenverdichtungen kann der Anteil, auch bei Böden ohne natürliche Verdichtungserscheinungen, entsprechend höher liegen. Zur Erfassung des Verdichtungszustandes wurden bei 1115 Bodenleitprofilen der Datenbank des LLUR S.-H. u.a. die Luftkapazität (LK) und gesättigte Wasserleitfähigkeit (kf) ausgewertet und im Hinblick auf kritische Grenzwerte (LK = <5 Vol.% und kf =<10 cm/d) bewertet. Es zeigte sich, dass der Verdichtungsstatus in deutlicher Abhängigkeit vom Bodentyp steht. Podsole und sandige Braunerden sind nicht bzw. kaum betroffen, während beispielsweise Pararendzinen (als Resultat starker Erosion in Kuppen- und Oberhanglage) aufgrund des anstehenden Geschiebemergels einen hohen natürlichen Verdichtungsstatus aufweisen. Eine anthropogene Bodenverdichtung konnte bei Pseudogleyen und Pseudogley-Parabraunerden nachgewiesen werden. Über ein Drittel der kf- (und ein Viertel der LK-Werte) sind in den primär wasserleitenden Sw- bzw. Sw-Al-Horizonten geringer als in den wasserstauenden Sd- bzw. Sd-Bt-Horizonten, was der Pedogenese der Bodentypen widerspricht

Evaluating the water retention effect of peat dams as rewetting measure of degraded raised bogs in Schleswig-Holstein by soil physical parameters

In Schleswig-Holstein haben sich Verwallungen als ein vielversprechendes Konzept zur Wiedervernässung als einleitender Schritt zur Renaturierung von Hochmooren dargestellt. In dieser Studie wurde der Wasserstaueffekt der Verwallung (bestehend aus einem Torfdamm mit darunterliegender Verfüllungsgrube als „Torfspundwand“) anhand bodenphysikalischer Kennwerte an drei Hochmoorstandorten in Schleswig-Holstein überprüft. Als Prüfparameter eignen sich mit zunehmender Indikation Trockenrohdichte, Luftkapazität (Grobporen > 50 um) und gesättigte Wasserleitfähigkeit, die sensibel auf Verdichtungsprozesse - wie sie in der Verwallung durch die Baggeraktivität erzeugt werden - reagieren. Um den erwünschten Verdichtungseffekt näher zu quantifizieren, wurden vergleichbare Untersuchungen an einem jeweiligen Referenzstandort in den gleichen Bodentiefen (50 und 100 cm unter GOF) durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass in der Verfüllungsgrube die Wasserleitfähigkeit in horizontaler Richtung gegenüber der Referenzfläche abnimmt, was die seitliche Wasserbewegung aus dem Moorkörper vermindert. Dieser Staueffekt wurde allerdings nur in 50 cm Tiefe, nicht in 100 cm Tiefe erreicht. Geringe Trockenrohdichte und hohe Luftkapazitäten in 100 cm Tiefe deuten auf eine nachlassende Wirkung der Verdichtung durch die Baggerlast mit der Tiefe. Zum anderen bedingte das Zerstören der natürlichen Torfstrukturen und die Durchmischung eine Störung der Porenfunktionalität in der Verwallung, so dass die besonders leitfähigen Grobporen nicht in Zusammenhang mit einer Zunahme der horizontalen Wasserleitfähigkeit stehen. Ihr positiver Effekt auf den Wasserfluss wirkt daher nur in vertikaler, nicht in horizontaler Richtung. Die damit erzeugte Umkehr der Anisotropie von einer stärker horizontal, wie in den natürlich geschichteten Torfen der Referenz, zu einer stärker vertikal ausgeprägten Fließrichtung in der Verwallung wird daher mit als eine entscheidende Steuergröße für das Abflussregime gesehen, die die Effektivität der Wasserrückhaltung verbessert.The rewetting of degraded raised bogs with the help of water retaining peat dams proved to be a promising restoration strategy in Schleswig-Holstein. In this study, the water retention effect of peat dam systems (consisting ofan aboveground peat dam and a belowground pit refilled with the parent peat material from the surroundings acting as “piling wall”) was analysed at three raised bog sites in Schleswig-Holstein. The evaluation based on the following soil physical test values with increasing indication power: bulk density, air capacity (coarse pores > 50 um) and saturated hydraulic conductivity, which likely react sensitively to compaction processes during the dam construction by excavators. In order to quantify the barrier function of the belowground “piling wall” at each site, comparable analyses were conducted at the same sampling depths (50 and 100 cm below ground surface) on an adjacent, undisturbed reference site with natural peat stratification. The results indicated a decreased saturated hydraulic conductivity in horizontal direction in the 50 cm depth of the “piling wall” compared to the reference site. In contrast, a low bulk density and a high air capacity was found in the 100 cm depth, indicating that the compaction intensity declined with depth. On the other hand, the disruption of the natural peat structure by excavators and the following mixing process reduced pore functionality in the peat dam systems. Consequently, the increase in highly conductible macropores only led to an improvement of the hydraulic conductivity in the vertical, but not in the horizontal direction. This reversal of anisotropy from a more horizontally pronounced, like in the undisturbed reference peat soil, to a more vertically pronounced flow direction in the peat dam systems might be an important control parameter for the water flow regime, improving the efficiency of water retention inside the raised bog body.DFG, SUB Göttingen, DGMTresearc

Description and prediction of copper contents in soils using different modeling approaches - Results of long-term monitoring of soils of northern Germany

Gefördert im Rahmen des Projekts DEA

Anisotropie der gesättigten Wasserleitfähigkeit in Böden der Hauptnaturräume Schleswig-Holsteins (Norddeutschland) unter Acker- und Grünlandnutzung

Gegenwärtig diskutierte Phänomene, wie häufig auftretender Oberflächenabfluss, vermehrte Bodenerosion und verringerte Ertragssicherheit, lassen sich ansatzweise über Bodenstruktureigenschaften und eine daraus hervorgehende, räumlich unterschiedlich gesättigte Wasserleitfähigkeit des Bodens erklären. Hierzu wurden Datensätze aus 766 Profilen unter Acker- und Grünlandnutzung in den vier Hauptnaturräumen Schleswig Holsteins (Östliches Hügelland, Niedere und Hohe Geest sowie Marsch) zur gesättigten Wasserleitfähigkeit (kf) in vertikaler und horizontaler Richtung und damit deren Richtungsabhängigkeit (Anisotropie) bis in eine Tiefe von 60 cm untersucht. Die Ergebnisse zeigen eine verstärkte Anisotropie der kf in horizontaler Richtung an, die jedoch in Abhängigkeit vom geologischen Ausgangsgestein, Bodentyp und Tongehalt sowie von der Landnutzung variiert. Unter Ackernutzung weisen die Unterböden aller Hauptnaturräume im Mittel eine horizontale Anisotropie auf, die unterhalb der Pflugsohle (≤ 40 cm Tiefe) am stärksten ausgeprägt ist und auf Plattenstrukturbildungen als Folge der Bodenbewirtschaftung hindeuten. Unter Grünlandnutzung zeigen besonders die Oberböden eine horizontale Anisotropie, wobei diese in den beiden Geestregionen mit einem hohen Anteil an Viehwirtschaft auch im Unterboden sehr ausgeprägt ist. Anisotropieeffekte, insbesondere im Unterboden unter Ackernutzung, deuten sich auch bodentypspezifisch für Kolluvisole, Pseudogley-Parabraunerden und Pseudogleye an. Deren hohe Empfindlichkeit gegenüber anthropogenen Strukturänderungen (Plattenbildung) spiegelt sich im zeitlichen Verlauf der horizontalen kf wider, die über die letzten 30 Jahre im Östlichen Hügelland signifikant zugenommen hat

Natural and anthropogenic compaction in North Germany (Schleswig-Holstein): Verification of harmful subsoil compactions

Many soil types in the federal state of Schleswig-Holstein (North Germany) are naturally compacted in the subsoil due to pedo- or geogenic processes (42% of the area) but, due to anthropogenic impacts, the percentage of subsoil compaction has increased further. To determine the overall subsoil compaction status of seven representative soil types in Schleswig-Holstein (≤ 60 cm depth), air capacity (AC), saturated hydraulic conductivity (Ks) and effective bulk density (ρBeff) of 342 soil profiles from the database of the State Agency for Agriculture, Environment and Rural Areas of Schleswig-Holstein (LLUR) were evaluated with respect to critical threshold values (AC  1.7 g cm−3). The compaction status was classified into Classes I–IV, where a harmful subsoil compaction was assumed if both values of AC and Ks simultaneously exceeded (are smaller than) their threshold value (Class IV). Subsoils of (Stagnic) Luvisols and Stagnosols derived from glacial till, as well as those of Fluvic Gleyic Stagnosols of the marshlands, showed a high degree of natural compaction (46%–65% in Class IV). In contrast, sandy subsoil horizons of Podzols and Brunic Arenosols derived from glacifluvial sediments were rarely compacted (< 13% in Class IV), and possessed the lowest ρBeff, which were similar to Anthrosols. Only 5%–18% of their subsoil horizons exceeded the critical value of 1.7 g cm−3. Additionally, anthropogenic subsoil compaction of at least 6%–10% was verified for (Stagnic) Luvisols and Stagnosols