Ermittlung potentieller Nährstoffretentionsraten als Ökosystemleistung von Flussauen am Beispiel von Stickstoff – AZOTE

Projektbeschreibung

Elbe - M. Scholz
Bei Hochwasserereignissen treten in den Flussauen optimale Bedingunen auf um Nitrat mikrobiell zu Lachgas und molekularem Stickstoff abzubauen. Foto: M. Scholz, UFZ

Die hohe Nitratbelastung großer Flüsse verlangt nach Maßnahmen zur Reduktion der Konzentration in den Gewässern. Neben den diffusen und punktuellen Einträgen durch Landwirtschaft, Abwassereinleitungen und Industrie bestimmt auch die natürliche Selbstreinigungskraft der Gewässer und angrenzender Auen deren Nitratkonzentration. Eine natürliche Minderung der Konzentrationen wird vornehmlich durch den Prozess der Denitrifikation gesteuert, wobei Nitrat unter anaeroben Bedingungen mikrobiell über Nitrit, Stickstoffmonoxid und Lachgas zu molekularem Stickstoff reduziert wird.

Die Böden von Flussauen sind aufgrund der häufigen Wassersättigung, der Verfügbarkeit von organischem Kohlenstoff und Nitrat sowie der relativ langen hydraulischen Verweilzeiten potentiell effiziente Systeme, um Nitrat permanent aus dem System Aue und Fluss zu entfernen. Das Ausmaß, die maßgeblichen Steuerungsgrößen sowie die Größenordnung der Nitrat-Reinigungsleistung von Flussauen sind allerdings noch weitestgehend unbekannt. Das liegt zum einen an der hohen Komplexität des Denitrifikationsprozesses mit einer Vielzahl an möglichen Einflussfaktoren, zum anderen aber auch an der sehr hohen räumlichen und zeitlichen Heterogenität dieser Einflussfaktoren im Feld.



Hochwasser 2002 Elbe - A.Kuenzelmann
Hochwasser 2002 an der Elbe - Foto: A. Künzelmann, UFZ

Ziel des Projektes AZOTE ist es, eine repräsentative Probenahmekampagne in Auen bzw. Uferbereichen der vier Flüsse Elbe, Rhein, Main und Weser durchzuführen. Die Probenahme erfolgt in Straten, die den Überflutungsgradienten wiederspiegeln. Die potentielle Denitrifikationsleistung (denitrification enzym activity) der entnommenen Proben wird experimentell mittels Acetylen-Inhibierung ermittelt.

Aufbauend auf den Ergebnissen der Acetylen-Inhibierung sollen anschließend statistische Zusammenhänge zwischen räumlichen sowie bodenphysikalischen und –chemischen Parametern und den experimentell ermittelten Denitrifikationsraten identifiziert werden. Besonderes Augenmerk wird hierbei auf diejenigen Parameter gelegt, die flächendeckend verfügbar sind und daher direkt oder indirekt über entsprechende Proxies genutzt werden können, um die Reinigungsleistung von Auen abzuschätzen. Die modellbasierte Hochrechnung der Denitrifikationsleistung von ganzen Flussauen soll auf Grundlage der identifizierten statistischen Zusammenhänge optimiert werden. Um den gesellschaftlichen Nutzen der Reinigungsleistung als Ökosystemleistung von Flussauen zu beurteilen, wird diese schließlich anhand geeigneter Ansätze, wie der Ersatzkostenermittlung, einer ökonomischen Bewertung unterzogen.

Die wichtigsten Projektziele

  • Ermittlung von Denitrifikationspotentialen der Auen verschiedener hydrogeomorphologischer Einheiten, die repräsentativ für rezent überflutbare Auen der Bundeswasserstraßen sind (Elbe, Rhein, Main, Weser)
  • Untersuchung der Einflüsse verschiedener hydrologischer (z.B. Überflutungsregime, Konnektivität) und bodenkundlicher Parameter (z.B. Bodentypen, Gehalt an org. Bodensubstanz (OBS), pH, Temperatur, etc.) sowie der Topographie auf die gemessenen Denitrifikationspotentiale
  • Validierung, Anpassung und Erweiterung des bestehenden Faustzahlenansatzes nach Schulz-Zunkel et al. 2012 und Horchler et al. 2015
  • Aufbau eines Denitrifikationsmodells im Kontext des Ökosystemleistungen - Ansatzes (hier Regulierungsleistung) für die untersuchten Auen
  • Bewertung der Ökosystemleistung als Reinigungsleistung am Beispiel der Denitrifikation