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Fraktionierung und Mobilität des Phosphors in Grünlandböden

P ist für alle Lebewesen ein lebensnotwendiges Nährelement. In terrestrischen Ökosystemen ist P häufig ein limitierender Nährstoff. Der P-Gehalt im Oberboden beeinflusst die Pflanzenartenvielfalt im Dauergrünland. P ist für die Eutrophierung von Oberflächengewässern hauptverantwortlich. Außerdem gehört P zu den knappen Rohstoffen. Die Preise für mineralische P-Dünger werden deshalb in Zukunft vermutlich weiter steigen. Ein effizienter Einsatz mineralischer P-Dünger ist daher sowohl aus Gründen des Natur- und Umweltschutzes als auch aus Kostengründen notwendig. Von einer ressourcenschonenden und umweltverträglichen Grünlandbewirtschaftung wird erwartet, dass die Düngung den P-Bedarf der Pflanzen deckt, gleichzeitig aber die P-Verluste durch Erosion, Abschwemmung und Auswaschung so gering wie möglich gehalten werden. Daher ist es notwendig, die Düngung an den zeitlichen und mengenmäßigen Nährstoffbedarf der Vegetation anzupassen. Um dieses Ziel zu erreichen, muss einerseits der saisonabhängige P-Bedarf der Pflanzen bekannt sein und andererseits die P-Dynamik im Boden berücksichtigt werden. Die P-Dynamik im Boden ist von vielen Bodeneigenschaften abhängig. Entscheidend sind vor allem pH-Wert, Bodenwasserhaushalt (Redoxpotential), Bodentemperatur und mikrobielle Aktivität (Phosphataseaktivität) im Boden. Für die Optimierung von P-Düngemaßnahmen sind daher Kenntnisse über die P-Dynamik im Boden und die verschiedenen P-Pools im Boden notwendig. Davon hängt die Ausnutzbarkeit und Ertragswirksamkeit der P-Dünger und somit die bedarfsgerechte Menge und der optimale Zeitpunkt der P-Düngung ab. Über die P-Dynamik im Boden in Abhängigkeit vom Bodenwasserhaushalt und die verschiedenen P-Pools in österreichischen Grünlandböden ist bisher noch wenig bekannt. Die Thematik ist aber von großer praktischer Relevanz, weil P ein knapper Rohstoff mit großer Umweltwirkung ist. Sowohl aus landwirtschaftlicher als auch aus wasserwirtschaftlicher Sicht stellen sich folgende Fragen: - Werden die verschiedenen P-Pools im Boden durch langjährige Düngung unterschiedlich angereichert? - Welchen Einfluss hat die Höhe der jährlich ausgebrachten P-Düngermenge? - Bestehen Unterschiede zwischen mineralischer und organischer Düngung? - Welche P-Pools im Boden werden bei fehlender Düngung bevorzugt abgereichert? - Bestehen hinsichtlich P-Pools Unterschiede zwischen verschiedenen Tiefenstufen im Boden? - Welchen Einfluss haben Grundwasserspiegelschwankungen und Veränderungen des Bodenwassergehaltes auf die P-Dynamik und P-Mobilität im Boden? - Haben feuchte und nasse Grünlandstandorte einen geringeren P-Düngerbedarf als wechselfeuchte oder frische Standorte? Für die Beantwortung dieser Fragen bieten sich Langzeitfeldversuche an. Langzeitfeldversuche wurden in Gumpenstein 1960 und in Admont 1946 angelegt. Die Düngungs- und Nutzungsgeschichte auf den einzelnen Versuchsparzellen ist bestens dokumentiert. (Text gekürzt)

Einsatz von Nitrifiziden - C- und N-Umwandlungsprozesse

Nitrifikationsinhibitoren bieten die Moeglichkeit, mineralische N-Duenger und organische Duenger effektiv und umweltschonender (Nitratproblematik) einzusehen. Bisherige und laufende Untersuchungen erstrecken sich auf die Erfassung von Wirkungsparametern in Abhaengigkeit von Boden- und Umweltbedingungen, Bewirtschaftungsmassnahmen ua. Im Rahmen der Grundlagenforschung werden Probleme der N-Dynamik im Boden in Abhaengigkeit von der organischen Duengung (Guelle) sowie generell Fragen der Umsetzung organischer Duenger im Boden bearbeitet.

Optimierung und Fertigung eines seriennahen Prototyps zur präzisen Platzierung von Flüssigsubstraten in Böden mit Prüfung der Effizienzsteigerung bei Stickstoff, Teilprojekt D

Der in der Landwirtschaft eingesetzte Stickstoffdünger bildet einen zentralen Baustein, um ein stabiles Pflanzenwachstum zu garantieren. Für die landwirtschaftlichen Betriebe bedeutet dies die Sicherung der Erträge und der Wirtschaftlichkeit. Dem entgegen stehen die bekannten negativen Auswirkungen der Stickstoffmengen, welche nicht durch die Pflanze aufgenommen werden, sondern entweder ausgewaschen werden und die Nitratwerte in Gewässern erhöhen, oder in Form von Ammoniak oder Lachgas ausgasen und den Klimawandel begünstigen. Im Vorhaben LiqInject wird ein Gerät entwickelt und zur Serienreife geführt, welches durch ein geeignetes Ausbringverfahren - der Ablage des Düngers in einem tiefen und abgeschlossenen Depot - die negativen Auswirkungen des Stickstoffaustrags minimiert und durch die Erhöhung der Effizienz gleichzeitig eine Reduktion der eingesetzten Düngermenge ermöglicht. Zudem wird die Durchwurzelung der Pflanzen angeregt und damit die Trockenresistenz des Bestands gestärkt. Zum Erreichen des Projektziels sind insgesamt vier Arbeitspakete geplant: Die Etablierung eines Parzellenversuchsgeräts als Vorarbeit zur Durchführung der pflanzenbaulichen Versuche bis zum wissenschaftlichen Nachweis der angesprochenen Vorteile in der landwirtschaftlichen Praxis. Die nach dem aktuellen Stand der Vorarbeiten bestehenden technischen Lösungen werden optimiert und zu einem serienreifen Produkt weiterentwickelt. Die dazu nötige Applikationstechnik wird konzipiert und aufgebaut. Als Ergebnis liefert die Durchführung des Projekts ein für Landwirte und Lohnunternehmer zur Verfügung stehendes Gerät zur Depotdüngung mit flüssigen Substraten, welches bei minimalen negativen Auswirkungen auf die Umwelt gleichzeitig eine gesteigerte Effizienz, Ertragsstabilität und Wirtschaftlichkeit bietet.

Indikator: Nitrat im Grundwasser

<p>Die wichtigsten Fakten</p><p><ul><li>Die europäische Nitratrichtlinie, die Grundwasserrichtlinie sowie die deutsche Grundwasser- und Trinkwasserverordnung verpflichten dazu, Überschreitungen des Grenzwertes für Nitrat von 50 Milligramm pro Liter zu verhindern.</li><li>Seit 2008 wird der Grenzwert jedes Jahr an etwa jeder sechsten Messstelle überschritten.</li><li>Umfangreiche Änderungen des Düngerechts erlauben seit 2023 die Ausweisung besonders belasteter Gebiete verbunden mit strengeren Bewirtschaftungsauflagen sowie den Aufbau eines nationalen Monitoringprogramms.</li><li>Der landwirtschaftlich bedingte Eintrag von Nährstoffen ist wesentliche Ursache für hohe Nitratkonzentrationen im Grundwasser.</li></ul></p><p>Welche Bedeutung hat der Indikator?</p><p>In der Landwirtschaft wird Nutzpflanzen Stickstoff durch Dünger zugeführt. Oft wird Dünger jedoch nicht standort- und nutzungsgerecht ausgebracht. Überschüssiger Stickstoff wird ausgewaschen und gelangt als Nitrat ins Grundwasser und andere Gewässer. In Flüssen und Seen führt das zur Überdüngung (siehe Indikatoren <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/umweltindikatoren/indikator-oekologischer-zustand-der-fluesse">„Ökologischer Zustand der Flüsse“</a> und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/umweltindikatoren/indikator-oekologischer-zustand-der-seen">„Ökologischer Zustand der Seen“</a>), im Grundwasser zu Stickstoffanreicherungen und Überschreiten des Nitrat-Grenzwertes. Nitrat kann im menschlichen Körper in Nitrosamine umgewandelt werden. Bei Säuglingen kann es dadurch zu einer Störung des Sauerstofftransports kommen (Methämoglobinämie). Im <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/wasser/wasserwirtschaft/qualitaet-des-trinkwassers-aus-zentralen">Trinkwasser</a> wird der Grenzwert zwar nur sehr selten überschritten, allerdings ist es aufwändig und teuer, in den Wasserwerken Nitrat aus dem Rohwasser zu entfernen.</p><p>Wie ist die Entwicklung zu bewerten?</p><p>Die europäische <a href="http://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?uri=celex:31991L0676">Nitratrichtlinie</a> (EU-RL 91/676/ EWG) hat das Ziel, Verunreinigungen des Grundwassers durch landwirtschaftliche Nitrateinträge zu vermeiden. Regierungen müssen Aktionsprogramme entwickeln, um Nitratgehalte über 50 mg/l zu verhindern. Seit 2008 liegt der Anteil der Messstellen, die den Grenzwert überschreiten, zwischen 15 und 19 %. Auch der Anteil der Messstellen mit einem erhöhten Nitrat-Gehalt über 25 mg/l stagniert seit 2008 bei etwa 33–38 %. Seit 2016 ist die Einhaltung des Nitrat-Grenzwertes auch Ziel der <a href="https://www.bundesregierung.de/breg-de/themen/nachhaltigkeitspolitik/die-deutsche-nachhaltigkeitsstrategie-318846">Nachhaltigkeitsstrategie</a> der Bundesregierung (BReg 2016).</p><p>Das zentrale Element zur Umsetzung der Nitratrichtlinie ist die <a href="https://www.bmel.de/DE/Landwirtschaft/Pflanzenbau/Ackerbau/_Texte/Duengung.html">Düngeverordnung</a>. Sie definiert „die gute fachliche Praxis der Düngung“ und gibt vor, wie die mit der Düngung verbundenen Risiken zu minimieren sind. Sie ist wesentlicher Bestandteil des deutschen Aktionsprogramms. Im Februar 2020 legte die Bundesregierung einen mit der EU abgestimmten neuen Entwurf vor, dem der Bundesrat am 27. März 2020 zustimmte. Seit 01. Mai 2020 ist die neue Düngeverordnung rechtskräftig.</p><p>Der Europäische Gerichtshof hatte Deutschland am 21.06.2018 wegen Verletzung der EU-Nitratrichtlinie verurteilt, weil diese nur unzureichend umgesetzt sei und die bisher eingeleiteten Maßnahmen nicht ausgereicht hatten, eine deutliche Reduzierung der Nitratbelastung zu erzielen<a href="http://curia.europa.eu/juris/liste.jsf?pro=&amp;nat=or&amp;oqp=&amp;dates=&amp;lg=&amp;language=de&amp;jur=C%2CT%2CF&amp;cit=none%252CC%252CCJ%252CR%252C2008E%252C%252C%252C%252C%252C%252C%252C%252C%252C%252Ctrue%252Cfalse%252Cfalse&amp;num=C-543%252F16&amp;td=%3BALL&amp;pcs=Oor&amp;avg=&amp;page=1&amp;mat=or&amp;jge=&amp;for=&amp;cid=480942#">&nbsp;(Rs. C-543/16)</a>. Deutschland hat daraufhin wiederholt sein Düngerecht, insbesondere die Düngeverordnung (DüV) umfangreich überarbeitet. Diese erlaubt nun belastete Gebiete gesondert auszuweisen und dort strengere Bewirtschaftungsauflagen geltend zu machen. Daneben baut Deutschland seit 2019 ein nationales Monitoringprogramm auf, das jährlich Aussagen über die Nährstoffbelastung und die Wirkung der Maßnahmen der DüV ermöglichen soll. Rechtliche Grundlage für dieses Wirkungsmonitoring soll zukünftig eine neue Monitoringverordnung bilden. Das EU-Vertragsverletzungsverfahren gegen Deutschland wurde am 01.06.2023 eingestellt. In wie weit die nun umgesetzten zusätzlichen Maßnahmen ausreichen, um die Nitratbelastung des Grundwassers zu verringern, werden die Messungen in den kommenden Jahren zeigen.</p><p>Wie wird der Indikator berechnet?</p><p>Deutschland muss regelmäßig Daten über den Zustand des Grundwassers an die Europäische Umweltagentur (EUA) übermitteln. Dafür wurden von den Bundesländern repräsentative Messstellen ausgewählt und zum EUA-Grundwassermessnetz zusammengefasst. Die Daten werden über das Umweltbundesamt an die EUA gemeldet. Der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/i?tag=Indikator#alphabar">Indikator</a>⁠ vergleicht die Messstellen, an denen der Grenzwert überschritten wird, mit der Gesamtzahl der Messstellen.</p><p><strong>Ausführliche Informationen zum Thema finden Sie im Daten-Artikel <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/wasser/grundwasserbeschaffenheit">"Grundwasserbeschaffenheit"</a>.</strong></p>

Biogasanlagen im Landkreis Osnabrück

Eine Biogasanlage dient der Erzeugung von Biogas durch Vergärung von Biomasse. In landwirtschaftlichen Biogasanlagen werden meist tierische Exkremente (Gülle, Festmist) und Energiepflanzen als Substrat eingesetzt. In nicht-landwirtschaftlichen Anlagen wird Material aus der Biotonne verwendet. Als Nebenprodukt wird ein als Gärrest bezeichneter Dünger produziert. Bei den meisten Biogasanlagen wird das entstandene Gas vor Ort in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt.

GcBÜK400 - Cadmium im Oberboden

Cadmium verdient unter den Schwermetallen besondere Beachtung, da seine Toxizität für Tiere und Menschen erheblich größer als die anderer Schwermetalle ist. Als Akkumulationsgift wird es im Körper angereichert und kann dort über Jahrzehnte verbleiben. Auf Grund seiner chemischen Verwandtschaft zum Zink kommt es fast ausschließlich mit diesem vor, insbesondere in allen zinkführenden Mineralen (u. a. Zinkblende, Galmei) und Gesteinen. Die durchschnittliche Cd-Konzentration der Gesteine der oberen kontinentalen Erdkruste (Clarkewert) beträgt 0,1 mg/kg, in Böden finden sich Gehalte in der Regel 0,50 mg/kg. Im Gegensatz zu As und anderen Schwermetallen (z. B. Cr, Ni) ist in den oberflächennah anstehenden sächsischen Hauptgesteinstypen keine geochemische Spezialisierung auf Cd nachweisbar. Die petrogeochemische Komponente liegt im Bereich des Clarkwertes um 0,1 mg/kg. In den Erzlagerstätten ist Cd vor allem an die Zinkerze der polymetallischen hydrothermalen Gänge und teilweise an die Skarnlagerstätten und stratigen-stratiformen Ausbildungen gebunden (chalkogene Komponente). Seit Beginn der Industrialisierung gelangt Cadmium über die Emissionen der Buntmetallhütten, die Verbrennung von Kohlen und Erdöl und in jüngerer Zeit über Galvanotechnik, Müllverbrennung, Düngemittel, Klärschlämme und Komposte anthropogen in die Umwelt. Während in den Oberböden Nord- und Mittelsachsens niedrige Gehalte dominieren (Cd-arme periglaziäre sandige bis lehmige Substrate; Löss), kommt es in den Verwitterungsböden über Festgesteinen zu einer relativen Anreicherung. Eine Abhängigkeit vom Tongehalt ist insofern festzustellen, dass die sandigen Substrate gegenüber lehmigen Substraten etwas niedrigere Cd-Gehalte aufweisen. Auf Acker- und Grünlandstandorten sind im Vergleich zu den Waldstandorten im Oberboden höhere Cd-Gehalte anzutreffen, da infolge der sehr niedrigen pH-Werte unter Forst eine Cd-Mobilisierung und Verlagerung in größere Bodentiefen stattfindet. Besonders hohe Cd-Belastungen befinden sich im Freiberger Raum, die durch die geogene Cd-Anreicherung bei der Bildung buntmetallführender Erzgänge aber vor allem anthropogen durch die Verhüttung von Zinkerzen verursacht werden. Die höchsten Gehalte sind in den Oberböden in unmittelbarer Nähe der Hüttenstandorte sowie in geringeren Konzentrationen östlich davon (in Hauptwindrichtung) festzustellen. Andere Lagerstättengebiete mit Zinkverzungen im Westerzgebirge und in der Erzgebirgsnordrandzone weisen nur schwach erhöhte Gehalte auf. Eine besondere Stellung bei der Belastung mit Cadmium nehmen die Auenböden der Freiberger und der Vereinigten Mulde ein. Durch die Abtragung von Böden mit geogen verursachten Anreicherungen im Einzugsgebiet und den enormen anthropogenen Zusatzbelastungen durch die Erzaufbereitung und die Hüttenindustrie, kommt es bei Ablagerung der Flusssedimente und Schwebanteile in den Überflutungsbereichen zu hohen Cd-Anreicherungen. In den Auenböden der Elbe und Zwickauer Mulde treten dagegen deutlich niedrigere Gehalte auf. Die geogenen und anthropogenen Prozesse führen im Freiberger Raum und in den Auenböden der Freiberger und Vereinigten Mulde zu flächenhaften Überschreitungen der Prüf- und Maßnahmenwerte der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) für Cadmium.

GcBÜK400 - Cadmium im Oberboden

Cadmium verdient unter den Schwermetallen besondere Beachtung, da seine Toxizität für Tiere und Menschen erheblich größer als die anderer Schwermetalle ist. Als Akkumulationsgift wird es im Körper angereichert und kann dort über Jahrzehnte verbleiben. Auf Grund seiner chemischen Verwandtschaft zum Zink kommt es fast ausschließlich mit diesem vor, insbesondere in allen zinkführenden Mineralen (u. a. Zinkblende, Galmei) und Gesteinen. Die durchschnittliche Cd-Konzentration der Gesteine der oberen kontinentalen Erdkruste (Clarkewert) beträgt 0,1 mg/kg, in Böden finden sich Gehalte in der Regel 0,50 mg/kg. Im Gegensatz zu As und anderen Schwermetallen (z. B. Cr, Ni) ist in den oberflächennah anstehenden sächsischen Hauptgesteinstypen keine geochemische Spezialisierung auf Cd nachweisbar. Die petrogeochemische Komponente liegt im Bereich des Clarkwertes um 0,1 mg/kg. In den Erzlagerstätten ist Cd vor allem an die Zinkerze der polymetallischen hydrothermalen Gänge und teilweise an die Skarnlagerstätten und stratigen-stratiformen Ausbildungen gebunden (chalkogene Komponente). Seit Beginn der Industrialisierung gelangt Cadmium über die Emissionen der Buntmetallhütten, die Verbrennung von Kohlen und Erdöl und in jüngerer Zeit über Galvanotechnik, Müllverbrennung, Düngemittel, Klärschlämme und Komposte anthropogen in die Umwelt. Während in den Oberböden Nord- und Mittelsachsens niedrige Gehalte dominieren (Cd-arme periglaziäre sandige bis lehmige Substrate; Löss), kommt es in den Verwitterungsböden über Festgesteinen zu einer relativen Anreicherung. Eine Abhängigkeit vom Tongehalt ist insofern festzustellen, dass die sandigen Substrate gegenüber lehmigen Substraten etwas niedrigere Cd-Gehalte aufweisen. Auf Acker- und Grünlandstandorten sind im Vergleich zu den Waldstandorten im Oberboden höhere Cd-Gehalte anzutreffen, da infolge der sehr niedrigen pH-Werte unter Forst eine Cd-Mobilisierung und Verlagerung in größere Bodentiefen stattfindet. Besonders hohe Cd-Belastungen befinden sich im Freiberger Raum, die durch die geogene Cd-Anreicherung bei der Bildung buntmetallführender Erzgänge aber vor allem anthropogen durch die Verhüttung von Zinkerzen verursacht werden. Die höchsten Gehalte sind in den Oberböden in unmittelbarer Nähe der Hüttenstandorte sowie in geringeren Konzentrationen östlich davon (in Hauptwindrichtung) festzustellen. Andere Lagerstättengebiete mit Zinkverzungen im Westerzgebirge und in der Erzgebirgsnordrandzone weisen nur schwach erhöhte Gehalte auf. Eine besondere Stellung bei der Belastung mit Cadmium nehmen die Auenböden der Freiberger und der Vereinigten Mulde ein. Durch die Abtragung von Böden mit geogen verursachten Anreicherungen im Einzugsgebiet und den enormen anthropogenen Zusatzbelastungen durch die Erzaufbereitung und die Hüttenindustrie, kommt es bei Ablagerung der Flusssedimente und Schwebanteile in den Überflutungsbereichen zu hohen Cd-Anreicherungen. In den Auenböden der Elbe und Zwickauer Mulde treten dagegen deutlich niedrigere Gehalte auf. Die geogenen und anthropogenen Prozesse führen im Freiberger Raum und in den Auenböden der Freiberger und Vereinigten Mulde zu flächenhaften Überschreitungen der Prüf- und Maßnahmenwerte der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) für Cadmium.

Bodenaushagerung nach Einstellung der Stickstoffduengung auf verschieden geduengtem Wirtschaftsgruenland zur Ueberfuehrung in Extensivgruenland

Auf vorher mit 0, 180, 300, 420 und 660 kg N/ha N zT aus Handelsduenger, zT aus Guelle; die Guelle zT als Vollguelle, zT als verduennte Guelle und zT mit Nachregnen-geduengten Flaechen wird nicht mehr mit N geduengt. Alle Varianten werden 4mal geschnitten. Ermittelt werden Trockenmasseertrag und N-Gehalt im Aufwuchs sowie NO3-Konzentration im Bodenwasser (90 cm Tiefe), Nmin im Boden bei 100 cm Tiefe und Gesamt-N und Gesamt-C bis 40 cm Tiefe.

Die Filterwirkung verschiedener Sande und Kiese bei der Duengung mit Abwasserklaerschlamm und Muellkompost

In Muelldeponien treten Sickerwaesser auf, die das Grundwasser stark verunreinigen koennen. In Lysimetern soll festgestellt werden, wie gross die Filterwirkung von Kies, Sand, Boden und Muellkompost bezueglich der Sickerwaesser ist. Muellkompost fuehrte zu einer erhoehten Verunreinigung des Sickerwassers.

Entwicklung eines neuen Arbeitsverfahrens von der Weiche bis zur Chromgerbung im Durchlauf mit haengenden Haeuten

Fuer die Wasserwerkstattarbeiten bei der Lederfertigung wird viel Wasser verbraucht. Das anfallende Abwasser ist stark verschmutzt. Es ist gekennzeichnet durch eine hohe Alkalitaet, eine hohe Konzentration an Sulfiden, einen sehr hohen Anteil an Proteinen durch die zerstoerte und partiell aufgeloeste Haarmasse, einen hohen Gehalt an Neutralsalzen und schliesslich durch eine verhaeltnismaessig hohe Konzentration dreiwertiger Chromsalze. Die bisherigen Arbeitsverfahren lassen nur ein sehr aufwendiges Aufarbeiten des Abwassers zu. Es wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem durch eine vorgezogene Enthaarung Haarkeratin abgetrennt und sofort in eine Form umgewandelt wird, die als Protein eine Wiederverwendung in der Landwirtschaft zulaesst. Alle folgenden Prozessabschnitte werden im Duschverfahren durchgefuehrt, wobei die Loesungen rezirkuliert und dabei auf einen konstanten pH-Wert geregelt werden. Zur Durchfuehrung dieses Verfahrens wurde eine im Durchlauf arbeitende Apparatur konstruiert und gebaut, bei der die Haeute, ueber Stangen haengend, automatisch durch die einzelnen Reaktionsbereiche geleitet werden.

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