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Wassereinzugsgebiets-Langzeit-Monitoring im Forsthydrologischen Forschungsgebiet Reinhardswald

Das Forsthydrologische Forschungsgebiet Reinhardswald (Nordhessen) umfasst das 420 ha grosse, bewaldete Einzugsgebiet des Elsterbaches. Dort werden seit 1971 Wasser- und Stoffbilanzuntersuchungen durchgefuehrt. Vorrangiges Ziel ist es, die atmogene Saeure- und Schadstoffbelastung dieses repraesentativen Mittelgebirgs-Waldoekosystems zu quantifizieren und die langfristigen Auswirkungen der sauren Deposition auf die forstlichen Standorte, die Waldbestockung, das Abflussverhalten/-regime und die Gewaesserqualitaet zu dokumentieren. Im Rahmen einer normalen forstlichen Bewirtschaftung wird das Forschungsgebiet Reinhardswald also als 'Barometer-Einzugsgebiet' zum Erkennen exogen verursachter Veraenderungen im Wasser- und Stoffhaushalt genutzt

Untersuchung zur Bestimmung des Stoffaustrags mit dem Sickerwasser in Waldoekosystemen

Ergaenzung von Stoffeintragsmessungen durch Luftverunreinigungen auf zwei Versuchsflaechen des Pilotprojektes 'Saure Niederschlaege'. Erstellung einer mehrjaehrigen Fluessebilanz. Auswirkungen einer Kalkung auf den Stoffaustrag.

Integriertes Wasserressourcenmanagement in den Einzugsgebieten der Flüsse Wolga-Rhein am Beispiel von Problemregionen - Teilprojekt 3: Lebenszyklusmanagement wasserwirtschaftlicher Anlagen^Wolga-Rhein-Projekt: Deutsch-russisches Kooperationsprojekt zur Wassergüte- und Wassermengenbewirtschaftung an Wolga und Rhein von Problemregionen^Teilprojekt 1: Operationelle Modellierung der Wasser- und Stoffströme in Flussgebieten auf der Basis eines praxisorientierten Umweltmonitorings^Teilprojekt: 4: Wasserinhaltsstoffe und ihre Umsetzungen in der Wolga und ihren Nebenflüssen^Teilprojekt 2: Gewässerentwicklung und hydrodynamisch-numerische Gewässermodellierung, Integriertes Wasserressourcenmanagement in den Einzugsgebieten der Flüsse Wolga-Rhein am Beispiel von Problemregionen - Teilprojekt 6: Charakterisierung der Umsatz- und Austragsprozesse von DOC

Für die DOC Belastung von Gewässern und der damit verbunden Probleme bei der Trinkwasseraufbereitung ist die Identifikation der Randbedingungen für den Umsatz von DOC im Boden und Gewässer unter den russischen Witterungsbedingungen, vor allem im Winter, und der daraus resultierenden Differenzierung der DOC Eintragspfade in die Gewässer von Bedeutung. Zur Erreichung der Zielstellungen ist ein skalenübergreifender Ansatz vorgesehen, der auf dem bestehenden Einzugsgebietsmonitoring aufbaut und weitere Methoden einbindet. So sollen i) Lysimeter generelle Aussagen über DOC Leaching und DOC Formen ermöglichen, ii) Intensivmessfelder aufgebaut werden, um den Bodenwasserhaushalt zu quantifizieren und DOC zu charakterisieren und iii) das Modellsystems IWAN zur Bewertung von Maßnahmenszenarien zur Verminderung des DOC Eintrags in Gewässer modifiziert werden. Durch die angestrebte Verbindung der erwarteten Ergebnisse mit praxisnaher Umsetzung und Demonstration im russischen Einzugsgebiet Lubazhinkha mit KMU und Landwirtschaftsbetrieben in Russland soll ein wesentlicher Beitrag zur Entwicklung von Techniken zur nachhaltigen Sicherung der Wasserqualität im Wolgaeinzugsgebiet geleistet werden.

Bodenbeobachtung zur Ermittlung der Langzeitwirkungen von Umwelteinfluessen und landwirtschaftlicher Bewirtschaftung

Untersuchung der Einfluesse von landwirtschaftlichen Bewirtschaftungsmassnahmen wie Bodenbearbeitung, Duengung (Mineral- und Wirtschaftduenger), Pflanzenschutz und ausserlandwirtschaftlicher Einwirkungen (Immissionsbelastungen, erosionsausloesende Niederschlaege) auf Bodenstruktur, -fauna, -mikrobiologie, Naehrstoffhaushalt und -verlagerung, Humusgehalt und -qualitaet sowie Schadstoffbelastung (anorganische, organische Stoffe, Radionuklide), Pflanzengesellschaften. Untersucht werden Boden, Ernteprodukte, Duenger und Stoffeintraege aus der Luft. Auf ausgewaehlten Flaechen werden Bodenverlagerung und -austrag untersucht. Die Untersuchungen erfolgen ueberwiegend im Fruchtfolgeturnus. Die Bewirtschaftungsmassnahmen werden in Schlagkarteien aufgezeichnet. Im bisherigen Beobachtungszeitraum ist fuer fast alle Eintragspfade eine Abnahme der eigetragenen Schwermetallmengen festzustellen.

Grundlagen zur nachhaltigen Entwicklung von Oekosystemen bei veraenderter Umwelt - Teilpojekt A12: Indikatoren des Stoffhaushalts von Waldoekosystemen

Das Verstaendnis des Input-Output-Verhaltens und die Prognose der Stoffaustraege aus Waldoekosystemen ist fuer eine nachhaltige Nutzung von Waeldern eine wichtige Voraussetzung. Neben deterministischen Stoffhaushaltsmodellen werden hierfuer auch 'Transferfunktionen' verwendet, die eine Berechnung von Stoffaustraegen aus Elementeintrag und Parametern des Oekosystems bzw. Bodens ('Indikatoren') ermoeglichen. Der Vorteil solcher Transferfunktionen liegt in der Verwendung einfach zu messender, flaechig vorliegender Oekosystemparameter und damit in der Moeglichkeit der Regionalisierung. Auf der Basis veroeffentlichter Daten zum Stoffhaushalt von Waldoekosystemen aus der Bundesrepublik sowie aus Mittel- und Nordeuropa werden statistische Beziehungen zwischen einfach zu messenden Parametern des Bodens und der Vegetation und dem Stoffhaushalt von Waldoekosystemen hergestellt. Der Stoffhaushalt ist durch langjaehrige Daten zu den Eintraegen mit den Niederschlaegen und den Austraegen mit dem Sickerwasser bzw. dem Abfluss charakterisiert. Im Mittelpunkt stehen dabei die langjaehrigen N-Umsaetze sowie die Fluesse der Elemente S, Ca, Mg, H+ und Aln+. Die bislang bestehende, etwa 200 europaeische Fallstudien umfassende Datenbasis wird um nordamerikanische Standorte und um Fallstudien mit Manipulationen des Stoffhaushaltes erweitert. Ziel ist die Ableitung und Verbesserung der Transferfunktionen des Stoffhaushalts, die Regionalisierung und die Prognose der Stoffaustraege. Von der Erweiterung um nordamerikanische Standorte sind Impulse fuer die Generalisierung zu erwarten, da im Vergleich zu Europa geringere Eintraege und Unterschiede in der Nutzungsgeschichte vorhanden sind. Mit der Ausweitung der Datenbasis um manipulierte Standorte werden Prognosen zum Stoffaustrag nach Aenderungen der Stoffeintraege geprueft. Eine abschliessende Validierung erfolgt an einem unabhaengigen Bestandeskollektiv aus den Stoffbilanzstudien der forstlichen Versuchsanstalten. In Zusammenarbeit mit der Saechsischen Landesanstalt fuer Forsten (Graupa) erfolgt ferner die Vorhersage und Validierung der N-, S- und Kationenaustraege an BZE-Standorten im Freistaat Sachsen.

Vergleichende Untersuchungen zur Erfassung und Bewertung wassergetragener Sediment- und Stofftransferprozesse in Weinbaugebieten Sachsen-Anhalts hinsichtlich der Belastungswirkung auf Böden und Gewässer

Mit einem Messsystem zur automatischen Registrierung der Oberflächenabflüsse und zur abflussabhängigen Probenahme (Bild 1), soll in der Sonderkultur Weinbau für jedes erosive Niederschlagsereignis der Sediment- und Stofftransfer unter Berücksichtigung der steuernden natürlichen und nutzungsbedingten Einflussfaktoren quanti- und qualifiziert werden. Auf der Hanglage Heineckeberg (Bild 2) im Weingut 'Rollsdorfer Mühle (Weinanbaugebiet 'Saale-Unstrut , Exklave Höhnstedt - Bild 3), der Jungrebenanlage (Bild 4) im Bergbausanierungsgebiet der ROMONTA GmbH (Weingut 'Rollsdorfer Mühle ) und am Steinkreuzweg in Naumburg (Landesweingut Bad Kösen - Bild 5) wurden am Hangfuss der Bearbeitungsvarianten Offen, Rindenmulch und Dauerbegrünung Erosionsmessstellen (Bild 6) eingerichtet, die unter natürlichen Niederschlagsverhältnissen den Boden- und Stoffaustrag erfassen. In Ergänzung zum Runoff wird am 'Heineckeberg über eine Saugkerzen- und Tensiometerstaffel jeweils am Ober-, Mittel- und Unterhang, sowohl die laterale Abflusskomponente in den Bodentiefen 30 bzw. 60 cm betrachtet als auch kontinuierlich die Bodenwasserspannung gemessen. Die mit den Transportprozessen und der Akkumulation verbundenen Probleme bzw. Belastungsrisiken können somit vielseitig geprüft werden. Neben dieser bewährten Messroutine, soll durch die Separation der Niederschläge ein Kriterium gefunden werden, welches die erosionswirksamen Sequenzen in Minutenauflösung hinsichtlich einer Impulsantwortfunktion besser erklärt.

Quantifizierung horizontaler Naehrstoffbewegungen durch angepasste Weidewirtschaft mit Schafen in Wasser- und Naturschutzgebieten

In bestimmten Wasser- und Naturschutzgebieten von Nordrhein-Westfalen wird die Huetehaltung von Schafen tagsueber verwendet, um diese Flaechen zu regenerieren und zu erhalten. Es ist zu untersuchen, welche Naehrstoffmengen den Naturschutzflaechen entzogen wird, wenn die Schafe nachts in einem ausserhalb der Naturschutzflaechen gelegenen Pferch untergebracht sind. Ausgesuchte Hammel sollen im Nachtpferch in Stoffwechselkaefigen untergebracht werden, um quantitativ Kot und Harn zu sammeln. Sie sollen tagsueber beim Weidegang Stoffwechselgeschirre tragen zur quantitativen Erfassung der Kotmenge. Die Entnahme repraesentativer Proben des gefressenen Gruenfutters, die Anwendung einer Markertechnik und entsprechende Analysen sollen die durch die Schafe verursachten Naehrstoffbewegungen quantifizieren.

Langzeituntersuchungen des Verhaltens von Schadstoffen im Boden am Beispiel der Anwendung von Siedlungsabfaellen (TV 1)

Seit 1967 bis 1984 wurden auf einer Hochmoor- und einer Moormarschflaeche unter Gruenlandnutzung unterschiedliche Mengen Abwasserfaulschlamm (bis 200 t Trockenmasse/ha) ausgebracht. Die ertragsbeeinflussende Wirkung hat nachgelassen. Die Pflanzen nehmen nach Klaerschlammduengung nur wenig mehr Pb, Ni und Cr auf. Die Konzentration von Zn, Ni und Cd in den Pflanzen bleibt deutlich erhoeht. Trotz niedriger pH-Werte im Boden ist 10 Jahre nach der letzten Duengung mit Abwasserfaulschlamm auf Hochmoorgruenland keine wesentliche Verlagerung der Schwermetalle in den Untergrund festzustellen. Die Verlagerung der Schwermetalle in den Untergrund wird weiterhin verfolgt.

Anbaueignung und Qualitaetsparameter nachwachsender Rohstoffpflanzen auf grundwasserbeeinflussten Niederungsstandorten

Anbau nachwachsender Rohstoffpflanzen auf Niedermoor - Gruenland ist aufgrund der Fremdwasserzufuhr ein interessanter Standort in Nord-Ostdeutschland fuer den Anbau nachwachsender Rohstoffpflanzen zur Biomassenproduktion. Auf Niedermoor zeigte das einheimische Rohrglanzgras die beste Standortanpassung mit hoher Ertragsleistung und guter technologischer Eignung. Der durch Mineralisierung in Niedermoorboden freiwerdende Stickstoff wird vom Rohrglanzgras weitgehend aufgenommen, wodurch Austraege ins Grundwasser vermieden werden. Das Chinaschilf winterte auf Niedermoor stark aus und hat hier keine Anbauberechtigung. Von Chinaschilf werden humose Mineralbodenstandorte mit tieferem Grundwasserstand (90 cm) bevorzugt. Es bringt hier die hoechsten Ertraege bei guenstiger Wasserverwertung. Sein Stickstoffbedarf ist geringer als der des Rohrglanzgrases. Hauptverwendungszweck der geprueften Graeser duerfte auf dem Energiesektor liegen. Brennstoff- und Ascheparameter sind mit denen von Getreidestroh vergleichbar. Die Biomasse koennte aufgrund der ermittelten Qualitaetsparameter auch zur umweltfreundlichen Herstellung von Papier und Verpackungsmaterial verwendet werden.

Niederschlagsbedingte Schmutzbelastung der Gewaesser aus staedtischen befestigten Flaechen - Phase III, TP 2: Bilanzierung anthropogener Schadstoffe vor dem Hintergrund der Ansatzmoeglichkeiten von Verfahren zur Regenwasserbehandlung

Die dritte Phase des Verbundprojektes NIEDERSCHLAG beschaeftigt sich mit der grossraeumigen Quantifizierung des niederschlagsbedingten Stoffaustrages aus Stadtgebieten. In der ersten Phase des Verbundprojektes werden das Austrags- und das Transportverhalten anthropogener Schadstoffe in den einzelnen Teilsystemen der Stadtentwaesserung untersucht. In der zweiten Phase werden die Erkenntnisse der ersten Phase auf zwei Testgebiete (Dresden und Karlsruhe) uebertragen und mit Hilfe von Massenbilanzen ueberprueft. Die Arbeitsschritte der Quantifizierung entsprechen der Vorgehensweise bei der Anwendung eines Simulationsmodells. Die Ausgangsbasis bilden die Daten zum flaechenbezogenen Stoffaustrag, die im Rahmen der ersten und zweiten Phase des Verbundprojektes gewonnen wurden. Die Anpassung der Daten an zwei Testgebiete (Neckar und Lahn) entspricht der Modellkalibrierung und der Vergleich der Ergebnisse mit Daten der Gewaessergueteueberwachung fuer weitere Gewaessersysteme (z.B. Main, Mosel, Weser) der Modellvalidierung. Anschliessend soll die grossraeumige Anwendung anhand der Summation der Ergebnisse fuer die verschiedenen Flusseinzugsgebiete erfolgen. Ein sehr komplexer Anwendungsfall (z.B. Elbe) soll die Grenzen der Anwendbarkeit dieser Methode aufzeigen.

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