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Ableitung naturraumtypischer Anreicherungsfaktoren zur Bestimmung des Phosphor- und Schwermetalleintrages in Oberflächengewässer durch Erosion

Ableitung naturraumtypischer Anreicherungsfaktoren zur Bestimmung des Phosphor- und Schwermetalleintrages in Oberflächengewässer durch Erosion
Ansprechpartner:

Dr.-Ing. S. Fuchs
Dr.-Ing. M. Schwarz

Projektgruppe:Abteilung 2

Kurzbeschreibung

In Stoffstrombilanzierungsmodellen werden zur Abschätzung der Einträge durch Erosion stoffspezifische Anreicherungsfaktoren (ER) benötigt. Ziel des Projektes war die Ableitung naturraum- bzw. bodenregionstypischer Anreicherungsfaktoren (ER) für Pges- und 6 Schwermetalle (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn) für Baden-Württemberg. Es sollte weiterhin geprüft werden, in wie weit die Befunde auf deutsche Bodenregionen übertragen werden können Ausgewählte HRB aus Baden-Württemberg dienten dabei als Probenahmestellen für das erodierte Bodenmaterial (Sediment- und Hochwasserbeprobungen) aus dem Einzugsgebiet. Die Proben wurden hinsichtlich ihrer Stoffkonzentrationen mit den Oberbodenbeprobungen von repräsentativ ausgewählten Einzugsgebietsflächen verglichen und daraus der jeweilige Anreicherungsfaktor berechnet.
In 4 Bodenregionen von Baden-Württemberg wurden an 13 HRB-Standorten Untersuchungen durchgeführt. Insgesamt wurden ca. 3.800 Einzelproben genommen: 135 Mischproben von den Oberböden der Äcker und 101 Mischproben aus den Stauräumen der HRB. Zusätzlich wurden an 10 von 13 Standorten Hochwasserbeprobungen durchgeführt. Der überwiegende Teil der Proben wurde zur Ermittlung der Korngrößenverteilung und Bestimmung der Stoffkonzentrationen in die S-, U- und T-Fraktion aufgetrennt. Hierzu wurde eine Fraktionierungsmethode entwickelt, bei der für jede Kornfraktion eine ausreichende Materialmenge für die nachfolgenden Analysen bereitstellt werden konnte.
Die ER wurden auf die ackerbaulich relevanten Bodenregionen von Baden-Württemberg in Form einer Typisierung extrapoliert. Die mittleren ER liegen für P zwischen 1,1 und 2,5, für Cd zwischen 1,2 und 3,5, für Cr zwischen 1,7 und 5,5, für Cu zwischen 1,4 und 5,0, für Ni zwischen 1,3 und 4,8, für Pb zwischen 1,0 und 3,6 und für Zn zwischen 1,6 und 3,5.
Insbesondere in Einzugsgebieten mit geringem Ackerflächenanteil und hohem Grünlandanteil sowie mit nennenswerten Wald- und Mooranteilen traten sehr hohe Stoffkonzentrationen in den Hochwasserproben auf. Diese sind nicht auf den Prozess der Erosion, sondern auf die Auswaschung von Huminstoffen (Kolloide) durch oberflächennahen Zwischenabfluss zurückzuführen. Sie werden deshalb nicht bei der Berechnung der ER berücksichtigt.
Die Untersuchungen bestätigen die Ergebnisse der Voruntersuchungen und die Hypothese des Forschungsvorhabens, dass die aus Freilandproben ermittelten ER kleiner sind als die teilweise in Stoffstrombilanzierungsmodellen (z. B. MONERIS) verwendeten ER. Die Annahme von unrealistischen ER kann zu einer deutlichen Überschätzung der Phosphor- und Schwermetalleinträge über den Prozess der Bodenerosion führen, was die Relevanz der im Rahmen dieser Untersuchung erzielten Ergebnisse unterstreicht.


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