Wasserschutz
Quantifizierung von P-Austrägen aus landwirtschaftlichen Flächen
Ergebnisse eines Forschungsprojektes
Im Rahmen des INTERREG-III-A-Forschungsprojektes „Saubere Seen" wurden von sechs unterschiedlich strukturierten Wassereinzugsgebieten (Größe, Flächennutzung, Viehbesatz) die abfließenden Wassermengen, die darin enthaltenen partikulären bzw. löslichen Phosphorkonzentrationen und daraus die ausgetragenen Phosphorfrachten ermittelt.Ein Kernpunkt lag hierbei in der Quantifizierung unterschiedlicher Austragpfade, speziell der aus landwirtschaftlichen Nutzflächen. Die mittleren Phosphorfrachten aus der LN bewegten sich in einer Spannweite von 0,20 bis 0,64 kg Gesamt-Phosphor (TP) entsprechend 0,46 bis 1,47 kg P2O5 pro Hektar und Jahr. P-Austragspfade aus landwirtschaftlich genutzten Flächen waren in erster Linie die Erosion und der vertikale Austrag durch die Bodenmatrix. Der oberflächliche P-Abfluss vom Grünland spielte nur eine untergeordnete Rolle.
Problemstellung
Saubere und lebendige Gewässer in Europa
Mit der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) hat sich die europäische Wasserpolitik das Ziel „sauberer und lebendiger Gewässer in Europa" gesetzt (BAYERISCHES LANDESAMT FÜR WASSERWIRTSCHAFT, 2004; BAYERISCHES LANDESAMT FÜR UMWELT, 2005). Bei der Vorgabe, bis zum Jahr 2015 einen „Guten Zustand aller Wasserkörper" zu erreichen, und unter der Prämisse eines generell bestehenden Verschlechterungsverbots sieht die WRRL speziell für Oberflächengewässer die Herbeiführung sowohl eines guten chemischen, wie auch ökologischen Zustandes vor. Dies beinhaltet die Entwicklung von Strategien und Normen gegen die Wasserverschmutzung. Zudem wird durch die WRRL der Wasserschutz zu einer gesamteuropäischen Aufgabe, die fach- und grenzüberschreitende Ansätze erfordert.
Mit der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) hat sich die europäische Wasserpolitik das Ziel „sauberer und lebendiger Gewässer in Europa" gesetzt (BAYERISCHES LANDESAMT FÜR WASSERWIRTSCHAFT, 2004; BAYERISCHES LANDESAMT FÜR UMWELT, 2005). Bei der Vorgabe, bis zum Jahr 2015 einen „Guten Zustand aller Wasserkörper" zu erreichen, und unter der Prämisse eines generell bestehenden Verschlechterungsverbots sieht die WRRL speziell für Oberflächengewässer die Herbeiführung sowohl eines guten chemischen, wie auch ökologischen Zustandes vor. Dies beinhaltet die Entwicklung von Strategien und Normen gegen die Wasserverschmutzung. Zudem wird durch die WRRL der Wasserschutz zu einer gesamteuropäischen Aufgabe, die fach- und grenzüberschreitende Ansätze erfordert.
Hohe P-Einträge in Oberflächengewässern
Das Problem zu hoher P-Einträge in Oberflächengewässer ist zum einen durch die Reduzierung der Einträge aus Siedlung (Bau bzw. Ausbau von Kläranlagen) und zum anderen durch eine Verringerung der diffusen Nährstoffeinträge aus landwirtschaftlichen Nutzflächen zu lösen. Dies war auch der Ausgangspunkt des Forschungsvorhabens.
Das Problem zu hoher P-Einträge in Oberflächengewässer ist zum einen durch die Reduzierung der Einträge aus Siedlung (Bau bzw. Ausbau von Kläranlagen) und zum anderen durch eine Verringerung der diffusen Nährstoffeinträge aus landwirtschaftlichen Nutzflächen zu lösen. Dies war auch der Ausgangspunkt des Forschungsvorhabens.
Ziel „Saubere Seen"
Zielsetzung des INTERREG-III-A-Forschungsprojektes „Saubere Seen" war es, im Einzugsgebiet von zwei Stauseen, die in den oberpfälzischen Landkreisen Cham und Schwandorf liegen, den Phosphoreintrag zu quantifizieren sowie Erkenntnisse über die Ursachen und Wege des Phosphoreintrags zu gewinnen. Ausgehend davon sollen Maßnahmen zur Verringerung der P-Belastung abgeleitet, in der Praxis umgesetzt und in Hinblick auf ihre Übertragbarkeit auf andere Gebiete geprüft werden.
Zielsetzung des INTERREG-III-A-Forschungsprojektes „Saubere Seen" war es, im Einzugsgebiet von zwei Stauseen, die in den oberpfälzischen Landkreisen Cham und Schwandorf liegen, den Phosphoreintrag zu quantifizieren sowie Erkenntnisse über die Ursachen und Wege des Phosphoreintrags zu gewinnen. Ausgehend davon sollen Maßnahmen zur Verringerung der P-Belastung abgeleitet, in der Praxis umgesetzt und in Hinblick auf ihre Übertragbarkeit auf andere Gebiete geprüft werden.
Der Eixendorfer Stausee
Der Eixendorfer Stausee ist ein künstlicher Aufstau des Flusses Schwarzach in einem Talbecken auf ca. 6,2 km Länge zwischen den Ortschaften Rötz und Neunburg vorm Wald in der Oberpfalz. Mitentscheidend für die oft schlechte Qualität des Wassers ist die Tatsache, dass der Eixendorfer See ein im Vergleich zu natürlichen Seen sehr großes Einzugsgebiet besitzt. Mit einer Ausdehnung von 410 km2 ist dieses rund 400 mal größer als seine Wasseroberfläche. Die Schwarzach entwässert eine Mittelgebirgslandschaft mit steilen Waldhängen und z. T. intensiv genutzten Hochflächen. Das Einzugsgebiet wird zu 46 % als Wald, zu 47 % als landwirtschaftliche Nutzfläche und zu 7 % als Siedlungs- bzw. Verkehrsfläche genutzt (siehe Tabelle 1). Seit über 15 Jahren häufen sich die Beschwerden über eine Verschlechterung der Wassergüte. Zudem kam es aufgrund des Einstaus zu einer ungünstigen Entwicklung des Artenspektrums bei Tieren und Pflanzen. Als Folge von Nährstoffeinträgen hat der See eine polytrophe Zustandsstufe erreicht. Dadurch beeinträchtigen Algenblüten die Biozönosen (Lebensgemeinschaften) des Sees und dessen Nutzung durch Badebetrieb, sonstige wassergebundene Freizeitbetätigungen und die Fischerei.
Der Eixendorfer Stausee ist ein künstlicher Aufstau des Flusses Schwarzach in einem Talbecken auf ca. 6,2 km Länge zwischen den Ortschaften Rötz und Neunburg vorm Wald in der Oberpfalz. Mitentscheidend für die oft schlechte Qualität des Wassers ist die Tatsache, dass der Eixendorfer See ein im Vergleich zu natürlichen Seen sehr großes Einzugsgebiet besitzt. Mit einer Ausdehnung von 410 km2 ist dieses rund 400 mal größer als seine Wasseroberfläche. Die Schwarzach entwässert eine Mittelgebirgslandschaft mit steilen Waldhängen und z. T. intensiv genutzten Hochflächen. Das Einzugsgebiet wird zu 46 % als Wald, zu 47 % als landwirtschaftliche Nutzfläche und zu 7 % als Siedlungs- bzw. Verkehrsfläche genutzt (siehe Tabelle 1). Seit über 15 Jahren häufen sich die Beschwerden über eine Verschlechterung der Wassergüte. Zudem kam es aufgrund des Einstaus zu einer ungünstigen Entwicklung des Artenspektrums bei Tieren und Pflanzen. Als Folge von Nährstoffeinträgen hat der See eine polytrophe Zustandsstufe erreicht. Dadurch beeinträchtigen Algenblüten die Biozönosen (Lebensgemeinschaften) des Sees und dessen Nutzung durch Badebetrieb, sonstige wassergebundene Freizeitbetätigungen und die Fischerei.
Drachensee
Beim sich momentan in der Bauphase/Anstauphase befindlichen Drachensee wird der Fluss Chamb in erster Linie zum Hochwasserschutz der Stadt Furth im Wald auf einer Fläche von 88 ha aufgestaut. Das Einzugsgebiet beträgt 212 km², wobei 120 km² auf deutschem und 92 km² auf tschechischem Gebiet liegen. Es wird zu ca. 55 % landwirtschaftlich, zu 40 % forstwirtschaftlich und zu ca. 5 % als Siedlungs- und Verkehrsfläche genutzt. In der Vergangenheit durchgeführte Messungen deuten darauf hin, dass sich auch im Drachensee polytrophe Verhältnisse einstellen werden, was bedeutet, dass ebenfalls wie beim Eixendorfer See eine touristische Nutzung als Badesee relativ problematisch werden dürfte.
Beim sich momentan in der Bauphase/Anstauphase befindlichen Drachensee wird der Fluss Chamb in erster Linie zum Hochwasserschutz der Stadt Furth im Wald auf einer Fläche von 88 ha aufgestaut. Das Einzugsgebiet beträgt 212 km², wobei 120 km² auf deutschem und 92 km² auf tschechischem Gebiet liegen. Es wird zu ca. 55 % landwirtschaftlich, zu 40 % forstwirtschaftlich und zu ca. 5 % als Siedlungs- und Verkehrsfläche genutzt. In der Vergangenheit durchgeführte Messungen deuten darauf hin, dass sich auch im Drachensee polytrophe Verhältnisse einstellen werden, was bedeutet, dass ebenfalls wie beim Eixendorfer See eine touristische Nutzung als Badesee relativ problematisch werden dürfte.
Für die gesamte bayerisch-tschechische Region – und darüber hinaus für ähnlich strukturierte Einzugsgebiete – haben die Erkenntnisse dieses Projekts auch deshalb Bedeutung, weil es sich um ein Grenzgebiet handelt, in dem der Fremdenverkehr gerade wegen des Fehlens ausreichend vorhandener Einkommensalternativen ein bedeutender Wirtschaftsfaktor ist.
Methodik
Ermittlung der P-Frachten
Um einen möglichst genauen Überblick über die verschiedenen Frachtanteile (punktuell, diffus) zu erhalten, wurden an den beiden Seezuläufen Messstellen eingerichtet, welche die Nährstoffeinträge aus den jeweiligen Gesamteinzugsgebieten (GEZG) erfassten.
Um einen möglichst genauen Überblick über die verschiedenen Frachtanteile (punktuell, diffus) zu erhalten, wurden an den beiden Seezuläufen Messstellen eingerichtet, welche die Nährstoffeinträge aus den jeweiligen Gesamteinzugsgebieten (GEZG) erfassten.
Zudem wurden in vier Teileinzugsgebieten (TEZG) im Eixendorfer Gebiet mit unterschiedlichen Flächenanteilen an Acker-, Grünland-, Wald und Siedlungsflächen, unterschiedlicher Erosionsgefährdung der Ackerflächen sowie unterschiedlichem Grad der Intensivierung der landwirtschaftlichen Produktion (Viehdichte, Anteil dränierter Flächen) Messstellen installiert. Diese Messstellen in den vier Teileinzugsgebieten lieferten Anhaltswerte über die P-Frachten aus den überwiegend landwirtschaftlich genutzten Einzugsgebieten. Die Messstelle im TEZG Zillendorf erfasste aufgrund ihrer räumlichen Lage neben den diffusen P-Einträgen auch Stoffeinträge durch Abwässer aus einer Siedlung.
An diesen Hauptmessstellen wurden die Nährstoffeinträge sowohl qualitativ als auch quantitativ erfasst, d. h. es wurde zum einen die Abflussmenge und zum anderen die P-Konzentration in den Fließgewässern bestimmt. Zur kontinuierlichen Probenahme an den Hauptmessstellen wurden automatische Probenehmer eingesetzt, die mit einem Einperlmodul versehen waren, welches die Pegelhöhe misst und diese in Intervallen von 15 Min. abspeichert. Aus den Pegelhöhen wurde der Durchfluss über Formeln für geeichte V-Wehre, welche in den Teileinzugsgebieten verwendet wurden, errechnet. Für die beiden Messstellen an den Seezuläufen wurde der Durchfluss anhand einer gemessenen Pegel-Abfluss-Kurve ermittelt. Neben den Hauptmessstellen wurden durch Schöpfprobenahmestellen in den Einzugsgebieten weitere Werte über P-Konzentrationen erhoben. Damit sollten Fragen bezüglich des Siedlungseinflusses sowie zu methodischen Fragen der Probenahmetechnik beantwortet werden.
Die gewonnenen Proben wurden im Labor des Wasserwirtschaftsamtes Regensburg aufbereitet und untersucht. Gemessen wurde hierbei sowohl der gesamte P-Gehalt (TP) einer Wasserprobe, als auch deren „löslicher" P-Gehalt (DTP) nach Passieren eines Mikrofilters. Die Differenz zwischen dem gemessenen TP und DTP ergibt den partikulär gebundenen Phosphor (PP).
Aus der Abflussmenge und der P-Konzentration wurden die P-Frachten ermittelt und EDV-technisch zu Monats- und Jahresdurchschnittswerten aggregiert. Dadurch konnten sowohl die verschiedenen Einzugsgebiete untereinander verglichen (siehe Tabelle 1), als auch Belastungsspitzen innerhalb eines Jahres herausgearbeitet werden.
Ermittlung der P-Herkünfte
Zentrale Bedeutung gerade für Sanierungsmaßnahmen eutropher Gewässer hat die Kenntnis, aus welchen Bereichen sowie in welcher Höhe und Form (partikulär, gelöst) die P-Einträge kommen. Da jedoch an den Messstellen direkt nur die Gesamtsumme der aus den jeweiligen Einzugsgebieten stammenden P-Frachten nicht jedoch direkt die Herkunftspfade gemessen werden konnten, beruht die Differenzierung der Beiträge unterschiedlicher Flächennutzung auf rechnerischen Verfahren. Zu diesen wurden sowohl eigene Messergebnisse als auch regionale Zahlen anderer Quellen herangezogen.
Zentrale Bedeutung gerade für Sanierungsmaßnahmen eutropher Gewässer hat die Kenntnis, aus welchen Bereichen sowie in welcher Höhe und Form (partikulär, gelöst) die P-Einträge kommen. Da jedoch an den Messstellen direkt nur die Gesamtsumme der aus den jeweiligen Einzugsgebieten stammenden P-Frachten nicht jedoch direkt die Herkunftspfade gemessen werden konnten, beruht die Differenzierung der Beiträge unterschiedlicher Flächennutzung auf rechnerischen Verfahren. Zu diesen wurden sowohl eigene Messergebnisse als auch regionale Zahlen anderer Quellen herangezogen.
Die Berechnung der TP-Fracht aus der landwirtschaftlichen Nutzfläche (LN) wurden dabei aus der Differenz zwischen den jeweiligen TP-Frachten aus den Einzugsgebieten und den (hochgerechneten) TP-Frachten aus Wald, Teichwirtschaft, Siedlung und Verkehr abgeleitet. Dies muss gerade in Hinblick auf die nachfolgende Interpretation vorausgeschickt werden, wobei auch zu betonen ist, dass ein anderes Verfahren nicht möglich war. Anhand zweijähriger Messreihen der LfL in zwei Waldgebieten (KREMB et al.) waren die dort anfallenden TP-Frachten bekannt und konnten für das Gesamteinzugsgebiet hochgerechnet werden. Die Höhe der aus dem Siedlungsbereich (kommunale Abwässer, Regenentlastung, Hauskläranlagen) des Gebiets stammenden spezifischen jährlichen P-Fracht wurde dem Bericht von SEIBOLD (2001) entnommen, die Zahlen aus dem Bereich „Verkehr" (Eintrag über nicht kanalisierte Gräben) wurden ebenfalls aufgrund von Literaturangaben (KREMB et al.) über den Flächenanteil hochgerechnet.
Schätzung der Austragspfade aus der LN
Bei der Quantifizierung der in Tabelle 2 (unterer Teil) aufgeführten Austragspfade aus der landwirtschaftlichen Nutzfläche der einzelnen Einzugsgebiete handelt es sich ebenfalls nicht um direkte Messergebnisse sondern um Differenzberechnungen unter Verwendung verschiedener Forschungsergebnisse und Expertenmeinungen.
Bei der Quantifizierung der in Tabelle 2 (unterer Teil) aufgeführten Austragspfade aus der landwirtschaftlichen Nutzfläche der einzelnen Einzugsgebiete handelt es sich ebenfalls nicht um direkte Messergebnisse sondern um Differenzberechnungen unter Verwendung verschiedener Forschungsergebnisse und Expertenmeinungen.
So wurden von der ermittelten TP-Fracht aus der LN die geschätzten Frachten aus den Bereichen „Grundwasser, Zwischenabfluss, Drainagen" und „Oberflächenabfluss aus Grünland" abgezogen. Der Rest ist die rechnerisch ermittelte TP-Fracht, deren Herkunft vor allem aus der Erosion von Ackerflächen stammt.
Bezüglich der Abschätzung des Frachtanteiles aus dem „Oberflächenabfluss von Grünlandflächen" wurden Ergebnisse von POMMER et al. (2001) herangezogen und auf die Eixendorfer Verhältnisse übertragen.
Die Summe der Frachten aus dem Bereich „Grundwasser, Zwischenabfluss und Drainagen" wurde folgendermaßen abgeschätzt: Anhand von Messergebnissen von DIEPOLDER et al. (2006) von zwei Saugkerzenanlagen unter Acker (Puch) und Grünland (Kempten) wurden deren Ergebnisse auf die Eixendorfer Standortverhältnisse für den Bereich Grundwasser, Zwischenabfluss übertragen. Die spezifischen TP-Austräge aus Drainagen gründen sich auf Messergebnisse aus durchgeführten Drainageversuchen von DIEPOLDER, RASCHBACHER, EBERTSEDER (2005) am Eixendorfer See sowie auf Ergebnisse von MERTENS (2004) vom oberfränkischen Weißenstädter See. Diese wurden für die Drainageflächen des Eixendorfer Einzugsgebiets hochgerechnet. Dabei wurde der Umfang der dortigen Drainageflächen aufgrund von Schätzungen durch Fachleute aus der Region (u. a. MALY, pers. Mitteilung) ermittelt.
Weitere Daten zur Interpretation
Zur Interpretation der festgestellten Gewässerqualitätsparameter war es notwendig, für die einzelnen Einzugsgebiete weitere Daten zu erheben. Die Ermittlung des genauen Umfangs der jeweiligen Einzugsgebiete erfolgte mittels topographischer Karten im Maßstab 1:25.000 im EDV-Programm „ArcView" anhand der Höhenlinien. Es erwies sich in Einzelfällen als hilfreich, vor Ort eine weitere Überprüfung vorzunehmen, da z. B. Gräben Einflüsse auf den tatsächlichen Umfang eines Einzugsgebietes hatten. Die Ermittlung der Flächengrößen und Flächennutzungen erfolgte mittels Orthofotos (Luftbilder) sowie topographischer Karten in ArcView und mit Hilfe der InVeKoS-Daten der bayerischen Landwirtschaftsverwaltung. Informationen zum Viehbesatz und zur Nutzung landwirtschaftlicher Förderprogramme stammen ebenfalls aus den InVeKoS-Daten. Der ortsansässige Gebietsberater hat darüber hinaus bei Einzelbetriebsbesuchen weitere notwendige Daten erhoben. Zur Erhebung der Klimadaten wurden stellvertretend für die Einzugsgebiete die Wetterdaten der Station Wullnhof des agrarmeteorologischen Messnetzes der LfL verwendet, ergänzt durch Aufzeichnungen nahegelegener Wetterstationen.
Zur Interpretation der festgestellten Gewässerqualitätsparameter war es notwendig, für die einzelnen Einzugsgebiete weitere Daten zu erheben. Die Ermittlung des genauen Umfangs der jeweiligen Einzugsgebiete erfolgte mittels topographischer Karten im Maßstab 1:25.000 im EDV-Programm „ArcView" anhand der Höhenlinien. Es erwies sich in Einzelfällen als hilfreich, vor Ort eine weitere Überprüfung vorzunehmen, da z. B. Gräben Einflüsse auf den tatsächlichen Umfang eines Einzugsgebietes hatten. Die Ermittlung der Flächengrößen und Flächennutzungen erfolgte mittels Orthofotos (Luftbilder) sowie topographischer Karten in ArcView und mit Hilfe der InVeKoS-Daten der bayerischen Landwirtschaftsverwaltung. Informationen zum Viehbesatz und zur Nutzung landwirtschaftlicher Förderprogramme stammen ebenfalls aus den InVeKoS-Daten. Der ortsansässige Gebietsberater hat darüber hinaus bei Einzelbetriebsbesuchen weitere notwendige Daten erhoben. Zur Erhebung der Klimadaten wurden stellvertretend für die Einzugsgebiete die Wetterdaten der Station Wullnhof des agrarmeteorologischen Messnetzes der LfL verwendet, ergänzt durch Aufzeichnungen nahegelegener Wetterstationen.
Ergebnisse und Diskussion
Tabellen zu den Erläuterungen
In den Tabellen 1 und 2 sind wesentliche Erkenntnisse des Forschungsprojekts zur Landnutzung der einzelnen Einzugsgebiete, zur Zusammensetzung der dort ermittelten P-Frachten und P-Konzentrationen sowie zur Quantifizierung der Herkunftspfade des ausgetragenen Phosphors zusammengefasst.
Dabei zeigen die Ergebnisse, dass gerade durch die gezielte Auswahl von Teileinzugsgebieten eine große Variation der Flächennutzung (LN, Wald, Siedlung/Verkehr, siehe Tabelle 1), insbesondere auch der landwirtschaftlichen Flächennutzung (Acker, Grünland, siehe Tabelle 2) als Datenbasis für eine weitere Interpretation bezüglich des Einflusses der Landnutzung auf den P-Eintrag in Oberflächengewässer und der sich daraus ergebenden möglichen Optimierungsansätzen erreicht werden konnte.
Weiterhin bestätigen die Extremwerte bei den Messungen der Wasserabflüsse und der P-Konzentrationen (Tabelle 1), dass nur mehrjährige, kontinuierliche Datenreihen eine verlässliche Aussage über Nährstoffeinträge in Gewässer ermöglichen. Eine kurzfristige Betrachtungsweise birgt die Gefahr empfindlicher Fehleinschätzungen. So machten beispielsweise monatliche Extreme der Wasserabflüsse bis zu ca. 45 % des jährlichen Durchschnittswerts (Irlach) aus, bzw. übertrafen die monatlichen Maxima der TP-Konzentrationen das jährliche Mittel um das Vier- (Irlach) bis Sechsfache (Saxlmühle).
Ergebnisse im Detail
Teileinzugsgebiete
Zwischen den vier Teileinzugsgebieten in der Eixendorfer Region schwankten die TP-Konzentrationen und TP-Frachten aus den Gesamtflächen (siehe Tabelle 1 ) in weiten Grenzen. Dabei wurde für Teileinzugsgebiete mit hohem Wald- und Grünlandanteil (Irlach, Breitenried) eine um rund die Hälfte niedrigere durchschnittliche TP-Fracht (0,19 bzw. 0,33 kg TP/ha und Jahr) gemessen als in den beiden anderen Teileinzugsgebieten (0,55 kg TP/ha und Jahr in Saxlmühle und Zillendorf).
Zwischen den vier Teileinzugsgebieten in der Eixendorfer Region schwankten die TP-Konzentrationen und TP-Frachten aus den Gesamtflächen (siehe Tabelle 1 ) in weiten Grenzen. Dabei wurde für Teileinzugsgebiete mit hohem Wald- und Grünlandanteil (Irlach, Breitenried) eine um rund die Hälfte niedrigere durchschnittliche TP-Fracht (0,19 bzw. 0,33 kg TP/ha und Jahr) gemessen als in den beiden anderen Teileinzugsgebieten (0,55 kg TP/ha und Jahr in Saxlmühle und Zillendorf).
Im Teileinzugsgebiet Saxlmühle stammten die insgesamt hohen durchschnittlichen TP-Frachten von 0,55 kg TP/ha und Jahr zu fast 90 % aus der Landwirtschaft. Sie nahmen damit – gemessen an dem Verhältnis der LN an der Gesamtfläche (76 %) – einen überproportional hohen Anteil ein. Die Erklärung dafür dürfte darin zu sehen sein, dass sich die landwirtschaftliche Nutzung in diesem Teileinzugsgebiet durch viehstarke Betriebe und einen hohen Anteil an vorwiegend mittel bis stark erosionsgefährdeten Ackerflächen auszeichnet. Dadurch wurden, wie in Tabelle 2 ersichtlich ist, aus den landwirtschaftlich genutzten Flächen (LN) pro Jahr 0,64 kg TP/ha (entsprechend 1,47 kg P2O5/ha) ausgetragen. Der ermittelte Phosphoraustrag aus der LN war damit tendenziell der höchste von allen Teileinzugsgebieten. Ebenfalls stellte ein kalkulierter Anteil der Erosion von fast zwei Drittel an der gesamten TP-Fracht aus den landwirtschaftlichen Nutzflächen das Maximum der vier Teileinzugsgebiete dar.
Aus den gewonnenen Erkenntnissen lässt sich somit für vergleichbare Einzugsgebiete mit einem hohen Anteil an Ackerbau in erosionsgefährdeten Lagen übertragen und belegen, dass in der Förderung von erosionsmindernden Maßnahmen wesentliche Ansatzpunkte für die Minderung von diffusen P-Austrägen aus landwirtschaftlich genutzten Flächen zu sehen sind. Dies gerade deshalb, weil nach Analyse der Messreihen in vielen Fällen hohe P-Frachten mit hohen Abflussraten im Winterhalbjahr einhergingen, also in einer Jahreszeit, wo auf Ackerflächen häufig nur eine fehlende bis geringe Bodenbedeckung vorhanden ist.
Wie stark sich – neben einem hohen Waldanteil – eine ganzjährige Bodenbedeckung auf die Senkung der P-Frachten in Gewässer auswirken kann, zeigen die Teileinzugsgebiete Irlach und Breitenried. Hier wurden in beiden Fällen aus der Gesamtfläche mit durchschnittlich 0,33 bzw. 0,19 kg TP/ha und Jahr vergleichsweise niedrige P-Frachten ermittelt (siehe Tabelle 1). Auch die mittleren TP-Konzentrationen von 0,11 bzw. 0,09 mg TP/l erreichten in Irlach und Breitenried nur ca. die Hälfte der Größenordnung wie in den Teileinzugsgebieten Saxlmühle und Zillendorf (0,21 bzw. 0,22 mg TP/l).
Zu vermerken ist allerdings, dass auch in Irlach und Breitenried deutliche Unterschiede in Bezug auf die diffusen TP-Frachten aus der landwirtschaftlichen Nutzfläche bestanden. Dabei ließ sich nach Tabelle 2 für das TEZG Irlach ein wesentlich höherer mittlerer TP-Austrag (0,47 kg TP/ha und Jahr) aus der LN ableiten als für das TEZG Breitenried (0,20 mg TP/ha und Jahr). Verständlich wird dies, wenn man berücksichtigt, dass beim TEZG Irlach der Ackeranteil an der LN – bei nicht unerheblicher Erosionsgefährdung – sowie der durchschnittliche Viehbesatz wesentlich höher lagen als beim TEZG Breitenried.
Mit einem P-Austrag aus der landwirtschaftlichen Nutzfläche (LN) von durchschnittlich 0,20 kg TP/ha und Jahr (entsprechend 0,46 kg P2O5) wies das TEZG Breitenried den geringsten P-Austrag aller sechs (Teil-) Einzugsgebiete auf. Ursache dafür sind die extensive Form der Landwirtschaft, bestehend aus einem hohen Grünlandanteil (70 % der LN), welcher mit geringer Viehdichte (1,1 GV/ha) bewirtschaftet wird und Ackerflächen (30 % der LN), die zudem keine bedeutende Erosionsgefährdung aufwiesen.
Die in Breitenried gewonnen Erkenntnisse können als Beispiel dafür gewertet werden, bis zu welcher Grenze sich diffuse P-Belastungen aus der Landwirtschaft senken lassen. Aber auch hier besteht ein in der Relation (siehe Tabelle 2) bemerkenswert hoher vertikaler P-Austragspfad durch Sickerwasser, Zwischenabfluss und/oder evtl. Drainagen. Dieser dürfte sich in der Praxis kaum senken lassen.
Gesamteinzugsgebiete
Die beiden Gesamteinzugsgebiete weisen im Durchschnitt eine weitgehend ähnliche Nutzung der jeweiligen Gebietsflächen auf (siehe Tabelle 1), unterscheiden sich aber in Bezug auf den Acker- und Grünlandanteil der LN (siehe Tabelle 2) und den Viehbesatz. Zusätzlich ist zu vermerken, dass die landwirtschaftliche Nutzung im Einzugsgebiet des Drachensees insgesamt als extensiver anzusehen ist, zumal 43 % der Gebietsfläche auf tschechischer Seite liegen.
Die beiden Gesamteinzugsgebiete weisen im Durchschnitt eine weitgehend ähnliche Nutzung der jeweiligen Gebietsflächen auf (siehe Tabelle 1), unterscheiden sich aber in Bezug auf den Acker- und Grünlandanteil der LN (siehe Tabelle 2) und den Viehbesatz. Zusätzlich ist zu vermerken, dass die landwirtschaftliche Nutzung im Einzugsgebiet des Drachensees insgesamt als extensiver anzusehen ist, zumal 43 % der Gebietsfläche auf tschechischer Seite liegen.
Die durchschnittlichen TP-Konzentrationen für die beiden Gesamteinzugsgebiete lagen bei den Seezuläufen bei 0,17 bzw. 0,18 mg TP/l (siehe Tabelle 1). Diese Zahlen weisen darauf hin, dass die TP-Konzentrationen weit über der notwendigen Grenze (ca. 0,03 mg TP/l) lagen, die für einen mesotrophen Zustand der Stauseen, d. h. für eine nur mäßige Algenbildung (SEYBOLD, 2001) anzustreben ist. Wenngleich nicht direkt von den gemessenen P-Einträgen in den Seenzuläufen auf die Höhe der P-Konzentration im stehenden Gewässer geschlossen werden kann (Einbau in die Biomasse, Sedimentation, Umschichtungsprozesse), dürfte eine befriedigende Badewasserqualität nach den gegenwärtigen Bedingungen für beide Stauseen nicht erreicht werden. Vielmehr untermauern die Messergebnisse die am Eixendorfer See vorkommenden Algenblüten und machen solche auch für den neu aufgestauten Drachensee in Zukunft wahrscheinlich.
Aus den gemessenen TP-Konzentrationen und der ablaufenden Wassermenge ließ sich ein hektarbezogener jährlicher TP-Austrag von rund 0,5 kg TP/ha aus den beiden Einzugsgebieten errechnen. Überwiegend bestand dabei die TP-Fracht aus partikulärem Phosphor. Rund die Hälfte der gesamten Phosphorfracht stammte aus diffusen Einträgen. Beim Drachensee lag aufgrund der in Bezug auf die Höhe der TP-Belastung günstigeren Voraussetzungen der landwirtschaftlichen Flächennutzung (mehr Grünlandanteil) und Intensität (geringerer GV-Besatz) der hektarbezogene TP-Eintrag pro Jahr (0,40 kg TP/ha) aus der LN unter dem des Eixendorfer Sees (0,56 kg TP). Daraus wird ersichtlich, dass hier auch andere Eintragspfade eine wesentliche Rolle spielten. Dies trifft vor allem für den TP-Eintrag aus Siedlungsabwässern zu, welcher zur gesamten in den Drachensee eingetragenen TP-Fracht zu 45 % beitrug, also etwa die gleiche Größenordnung wie die TP-Belastung aus der LN aufwies. Dieser Eintragspfad war beim Eixendorfer See mit 39 % etwas geringer.
Die Ergebnisse zeigen, dass in beiden Einzugsgebieten künftig sowohl durch eine Optimierung der Abwassersituation als auch durch eine Reduzierung der P-Einträge aus den landwirtschaftlichen Nutzflächen Möglichkeiten bestehen, die Wasserqualität zu verbessern.
Ein Ansatzpunkt aus landwirtschaftlicher Sicht ist vor allem die Minderung des P-Eintrags durch Erosion. Deren Anteil allein am diffusen TP-Austrag aus den landwirtschaftlichen Nutzflächen erreichten eine kalkulierte Größenordnung von etwa 60 % (siehe Tabelle 2). Dies bedeutet, dass sich der Fokus künftig darauf richten muss, gerade auf geneigten Ackerflächen das Erosionspotenzial noch weiter zu senken. Der intensiven Beratungsarbeit vor Ort ist es zu verdanken, dass hier durch eine erhöhte Akzeptanz von Maßnahmen des bayerischen Kulturlandschaftsprogramms (KuLaP) wichtige notwendige Schritte zur weiteren Optimierung der Gewässerqualität in der Praxis erkannt und eingeleitet wurden.
Während der Oberflächenabfluss von Grünlandflächen für die P-Einträge in beide Seen mit einer geschätzten Größenordnung von ca. max. 5 % kaum ins Gewicht fiel, traf dies für den vertikalen P-Austrag nicht zu. Die P-Austräge in das Grundwasser und solche aus Zwischenabfluss (Interflow) und Drainagen für die jeweils gesamte Acker- und Grünlandfläche wurden in beiden Einzugsgebieten auf knapp 40 % der Austräge aus den landwirtschaftlichen Nutzflächen geschätzt (siehe Tabelle 2).
Im Gegensatz zur Erosion müssen hier jedoch produktionstechnische Möglichkeiten zu einer deutlichen Verminderung der P-Austräge als vergleichsweise gering eingeschätzt werden. Zwar ist anzunehmen, dass mit einer Verringerung des leicht löslichen Phosphats (CAL-P) im Boden auch eine Verringerung des vertikalen P-Austrags einhergeht. In welchem Maße dies zutrifft, muss jedoch erst in weiteren Forschungsvorhaben quantifiziert werden. Außerdem ist eine Abreicherung von hohen P-Gehalten im Boden nur über einen langen Zeitraum möglich. Im Grünland könnte durch eine Optimierung der Gülletechnik gerade auf drainierten Flächen eine gewisse Verringerung des P-Austrags zu erreichen sein (DIEPOLDER, RASCHBACHER, EBERTSEDER, 2005). Es bleibt weiteren Untersuchungen vorbehalten, zu klären, ob dies auf nicht drainierten Flächen der Fall ist und wie hoch dieser Effekt zu bewerten ist.
Es bleibt abschließend darauf hinzuweisen, dass ohne die neueren Erkenntnisse aus Drainageversuchen und Saugkerzenanlagen der vertikale Austrag nicht hinlänglich genau abgeschätzt hätte werden können. Die Bedeutung der Erosion für den P-Austrag wäre überschätzt worden.
Schlussfolgerung
Somit ließ sich unter Berücksichtigung der wichtigen Tatsache, dass die P-Konzentration im Zulauf nicht identisch mit der P-Konzentration im See sein muss, vorsichtig folgender Schluss ziehen: Nur extrem extensive, grünland- und waldreiche Landnutzungssysteme in Kombination mit einer optimalen Abwassersituation im Siedlungsbereich können eine für touristische Zwecke befriedigende Gewässerqualität des Eixendorfer Stausses und des neu aufgestauten Drachensees gewährleisten.
Gegenwärtig ist dies aber unter den gegebenen regionalen Verhältnissen nicht der Fall, wie die Ergebnisse zeigen. Vielmehr wurden selbst beim TEZG Breitenried bei weitgehender Ausschöpfung landwirtschaftlicher Extensivierungsmöglichkeit, einem hohem Grünland- und Waldanteil mit 0,09 mg TP/l, wesentlich höhere P-Konzentrationen gemessen, als dies für mesotrophe Verhältnisse in stehenden Gewässern (ca. 0,03 mg TP/l) erforderlich wäre.
Hier zeigen sich demnach Grenzen des möglichen Gewässerschutzes. Es zeigt sich aber auch die nicht vollständig aufzuhebende Diskrepanz zwischen einer seit langem bestehenden landwirtschaftlich betonten Flächennutzung unter gegebenen ökonomischen Rahmenbedingungen einerseits sowie den aus gesamtgesellschaftlicher Sicht ebenfalls nachvollziehbaren gestiegenen Anforderungen (Freizeit, Tourismus) an die Gewässerqualität neu geschaffener (flacher) Seen, die ursprünglich primär dem Hochwasserschutz dienen sollten. Wohl aber weisen die Ergebnisse des Forschungsprojekts darauf hin, dass durchaus noch reale Optimierungsmöglichkeiten sowohl im kommunalen Abwassersektor als auch in der landwirtschaftlichen Produktionstechnik bestehen, die es auszuschöpfen gilt.
Maßnahmen zur Verringerung des P-Austrags
Im folgenden sind die in auch der Beratung im Rahmen dieses Projektes angewandten besonders effizienten produktionstechnischen Maßnahmen zur Reduzierung der P-Austräge aus den landwirtschaftlichen Nutzflächen stichpunktartig dargestellt:
- Anstreben einer möglichst ganzjährigen Bodenbedeckung durch Fruchtfolgegestaltung, Zwischenfruchtanbau, Winterbegrünung, Mulchsaat, Direktsaat, Untersaaten in maisbetonten Fruchtfolgen; gezielte Begrünung bei Stillegung von Ackerflächen
- Verkürzen langer, erosiver Hänge durch Ranken, Gräben, Dämme, Furchen sowie Wechsel von Sommerung/Winterung quer zur Hanglänge, Errichtung von begrünten Abflusswegen, Schaffung von Puffer- und Retentionsräumen
- Umwandlung von Acker in Grünland (falls Verwertung des Grünlands möglich);
- im Grünland der Verzicht auf Umbruch bzw. die umbruchlose Grünlanderneuerung und die Wiesennachsaat bei lückigen Grünlandbeständen
- ausreichender Gewässerabstand bei Düngung und Weidehaltung
- Begrenzung oder Verzicht auf P-haltige Dünger bei erhöhten P-Gehalten im Boden (Gehaltsklassen D und E) oder bei Anmoor-/Moorböden;
- Anstreben einer ausgeglichenen P-Bilanz (Futter-, Gülle- und Mineraldüngermanagement), Errechnen und Beurteilen von P-Salden
- angepasstes Güllemanagement (Gülleverteilpläne, Begrenzung der Gülleaufbringung in sensiblen Bereichen, Schaffung von ausreichend Lagerraum, ggf. Gülleabgabe, Einsatz spezieller Technik zur Gülleausbringung)
- Bewirtschaftungsmaßnahmen nach den Kriterien des Ökologischen Landbaus (Fruchtfolgegestaltung, Verzicht/Einschränkung bei mineralischer Düngung)
Es sei gerade bei der Umsetzung von Maßnahmen, insbesondere solchen, die über die Maßgaben des landwirtschaftlichen Fachrechts (u. a. Düngeverordnung) hinausgehen und bei denen die Möglichkeiten und Grenzen ökologischer und ökonomischer Ansprüche von teilweise unterschiedlicher Gruppen möglichst weitgehend in Einklang gebracht werden sollen, auf die Bedeutung staatlicher Fördermaßnahmen hingewiesen.
Hingewiesen sei auch in diesem Zusammenhang nochmals – gerade in einer Phase sehr knapper personeller Ressourcen – auf die tragende Rolle einer umfassenden Beratung, die sowohl regionalspezifischen wie einzelbetrieblichen Erwägungen in Einzugsgebieten mit sensiblen Gewässerstrukturen Rechnung trägt. Nach Erkenntnissen aus diesem und weiteren Projekten der LfL im Gewässerschutzbereich (HEGE, RASCHBACHER, 2004) stellt die einzelbetriebliche Beratung gerade unter Einbeziehung maßnahmenbezogener Förderungsmöglichkeiten einen Eckpfeiler im Gewässerschutz dar.
Fazit und Ausblick
Mittleren jährlichen Einträge an Gesamtphosphor (TP)
Die mittleren jährlichen Einträge an Gesamtphosphor (TP) schwankten in den einzelnen Einzugsgebieten zwischen 0,19 kg TP/ha und 0,55 kg TP/ha. Entscheidend für die Unterschiede ist die unterschiedliche Struktur (Wald- und Siedlungsanteil, Anteil und Zusammensetzung der landwirtschaftlichen Nutzflächen, Intensität der Landwirtschaft) in den einzelnen Einzugsgebieten.
Die mittleren jährlichen Einträge an Gesamtphosphor (TP) schwankten in den einzelnen Einzugsgebieten zwischen 0,19 kg TP/ha und 0,55 kg TP/ha. Entscheidend für die Unterschiede ist die unterschiedliche Struktur (Wald- und Siedlungsanteil, Anteil und Zusammensetzung der landwirtschaftlichen Nutzflächen, Intensität der Landwirtschaft) in den einzelnen Einzugsgebieten.
Durchschnittlichen jährlichen P-Frachten
Die durchschnittlichen jährlichen P-Frachten aus den landwirtschaftlichen Nutzflächen bewegten sich in den vier Teileinzugsgebieten in einer Spannweite von 0,20 bis 0,64 kg TP/ha und Jahr. Die Obergrenze wurde dabei bei demjenigen Teileinzugsgebiet mit dem höchsten Anteil (76 %) an Ackerflächen, welche zudem überwiegend mittel bis stark erosionsgefährdet waren, ermittelt. Dagegen bildete das Teileinzugsgebiet mit dem höchsten Grünlandanteil (70 % der LN) und dem geringsten Viehbesatz die Untergrenze.
Die durchschnittlichen jährlichen P-Frachten aus den landwirtschaftlichen Nutzflächen bewegten sich in den vier Teileinzugsgebieten in einer Spannweite von 0,20 bis 0,64 kg TP/ha und Jahr. Die Obergrenze wurde dabei bei demjenigen Teileinzugsgebiet mit dem höchsten Anteil (76 %) an Ackerflächen, welche zudem überwiegend mittel bis stark erosionsgefährdet waren, ermittelt. Dagegen bildete das Teileinzugsgebiet mit dem höchsten Grünlandanteil (70 % der LN) und dem geringsten Viehbesatz die Untergrenze.
Gesamter TP-Austrag
Am gesamten TP-Austrag aus den landwirtschaftlich genutzten Flächen der Teileinzugsgebiete spielte der Oberflächenabfluss vom Grünland mit durchschnittlich 7 % eine untergeordnete Rolle. Je nach Standortvoraussetzungen der Teileinzugsgebiete variierte der durch Erosion bedingte Anteil des TP-Austrags aus der LN zwischen 18 % und 65 %. Der Anteil des vertikalen P-Austrags aus der LN über die Pfade Drainagen, Zwischenabfluss und Grundwasser schwankte zwischen 33 und 67 % und stellt damit einen weiteren bedeutenden Austragspfad dar.
Am gesamten TP-Austrag aus den landwirtschaftlich genutzten Flächen der Teileinzugsgebiete spielte der Oberflächenabfluss vom Grünland mit durchschnittlich 7 % eine untergeordnete Rolle. Je nach Standortvoraussetzungen der Teileinzugsgebiete variierte der durch Erosion bedingte Anteil des TP-Austrags aus der LN zwischen 18 % und 65 %. Der Anteil des vertikalen P-Austrags aus der LN über die Pfade Drainagen, Zwischenabfluss und Grundwasser schwankte zwischen 33 und 67 % und stellt damit einen weiteren bedeutenden Austragspfad dar.
P-Einträge und P-Konzentrationen
Sowohl am Eixendorfer Stausee als auch am Drachensee lagen im jeweiligen Messzeitraum die P-Einträge und P-Konzentrationen deutlich höher, als dies für die Erreichung eines mesotrophen Zustands notwendig wäre. In beiden Fällen dürfte damit unter den gegenwärtigen Rahmenbedingungen eine zufriedenstellende Badewasserqualität vorläufig nicht zu erreichen sein.
Sowohl am Eixendorfer Stausee als auch am Drachensee lagen im jeweiligen Messzeitraum die P-Einträge und P-Konzentrationen deutlich höher, als dies für die Erreichung eines mesotrophen Zustands notwendig wäre. In beiden Fällen dürfte damit unter den gegenwärtigen Rahmenbedingungen eine zufriedenstellende Badewasserqualität vorläufig nicht zu erreichen sein.
Hohe monatliche P-Frachten
Hohe monatliche P-Frachten traten in allen Einzugsgebieten meist in Verbindung mit hohen monatlichen Abflussraten vor allem im Winterhalbjahr auf. Extreme der TP-Konzentration lagen dagegen im Hochsommer. Möglichkeiten zur Minderung des P-Eintrages werden demnach vorzugsweise in einer Reduzierung der Bodenerosion durch eine möglichst ganzjährige Bodenbedeckung hängiger Ackerflächen sowie in einem Abbau des P-Gehalts der häufig mit Phosphor überversorgten Ackerflächen gesehen.
Hohe monatliche P-Frachten traten in allen Einzugsgebieten meist in Verbindung mit hohen monatlichen Abflussraten vor allem im Winterhalbjahr auf. Extreme der TP-Konzentration lagen dagegen im Hochsommer. Möglichkeiten zur Minderung des P-Eintrages werden demnach vorzugsweise in einer Reduzierung der Bodenerosion durch eine möglichst ganzjährige Bodenbedeckung hängiger Ackerflächen sowie in einem Abbau des P-Gehalts der häufig mit Phosphor überversorgten Ackerflächen gesehen.
Engagierte Beratungsarbeit vor Or
Es ist hervorzuheben, dass es durch eine engagierte Beratungsarbeit vor Ort (Einzugsgebietsberater, Ämter für Landwirtschaft, LfL) gelang, in der landwirtschaftlichen Praxis wichtige gewässerschonende Maßnahmen zu etablieren und auszuweiten. So stieg der Anteil an Maisflächen mit Mulchsaat/Winterbegrünung und die Teilnahme an weiteren KULAP-Maßnahmen für gewässersensible Bereiche in den Einzugsgebieten während der Projektlaufzeit deutlich an. Weiterhin deutete sich beim Hoftorsaldo eine Senkung der positiven P-Salden an.
Es ist hervorzuheben, dass es durch eine engagierte Beratungsarbeit vor Ort (Einzugsgebietsberater, Ämter für Landwirtschaft, LfL) gelang, in der landwirtschaftlichen Praxis wichtige gewässerschonende Maßnahmen zu etablieren und auszuweiten. So stieg der Anteil an Maisflächen mit Mulchsaat/Winterbegrünung und die Teilnahme an weiteren KULAP-Maßnahmen für gewässersensible Bereiche in den Einzugsgebieten während der Projektlaufzeit deutlich an. Weiterhin deutete sich beim Hoftorsaldo eine Senkung der positiven P-Salden an.