Seit Jahrtausenden gibt es auf der Erde landwirtschaftliche Nutzung, die mit hohen Input und Output von Stoffen verbunden ist. Die Bewirtschaftung der Nutzflächen ist zudem von Klima, Boden und Relief abhängig. Diese Faktoren können je nach Region verschieden sein. So wird in Deutschland Landwirtschaft mit unterschiedlicher Intensität betrieben. In Abbildung 1 ist ersichtlich wo der Anteil der ackerbaulichen Bearbeitung besonders hoch ist und wo geringer. Bei der landwirtschaftlichen Fläche in Deutschland betrug er 1997 54,1% und bei einem Flächenverbrauch von 120 ha pro Tag ist davon auszugehen, dass sich die genannte Zahl noch verringert haben wird (AKADEMIE FÜR RAUMFORSCHUNG UND LANDESPLANUNG 1999: 27).
Die Arbeit beschäftigt sich mit den theoretischen Grundlagen von Stoffausträgen aus landwirtschaftlichen Flächen und versucht die gewonnenen Erkenntnisse anhand eines Beispiels weiter zu veranschaulichen.
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Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
1. Einleitung
2. Definition der Nährstoffe
2.1. Definition nach Leser
2.2. Definition nach Hintermaier-Erhardt und Zech
2.3. Makro- und Mikroelemente
3. Stickstoff und Stickstoffkreislauf
4. Phosphor und Phosphorkreislauf
5. Massebilanz von Stickstoff und Phosphor
6. Definition der Austragsquellen (Emissionsquellen)
6.1. punkthafte Quelle
6.2. Flächenquelle
7. Erosion
7.1. Ernterosion
7.2. Bearbeitungserosion
7.3. Winderosion
7.4. Wassererosion
8. Zusammenfassung der theoretischen Ausführungen am Beispiel des Einzugsgebietes Salziger und Süßer See
8.1. Geographische Einordnung des Gebietes
8.2. Auswirkungen auf den Süßen See
8.3. Auswirkungen auf den Salzigen See
9. Quellen
9.1. Literatur
9.2. Internet
9.3. Bildquellen
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Verteilung der landwirtschaftlichen Fläche in Deutschland 1997
Abbildung 2: Stickstoffkreislauf
Abbildung 3: Phosphorkreislauf
Abbildung 4: Nährstoffeinträge in Oberirdische Gewässer
Abbildung 5: Entwicklung der Phosphat-Belastung der Oberflächen- Gewässer in der Bundesrepublik Deutschland zwischen 1975 und 1995
Abbildung 6: Der Süße See
Abbildung 7: Verschmutzung im Süßen See
Abbildung 8: Luftbild vom Salzigen See
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Makro- und Mikroelemente
Tabelle 2: Nährelemente in landwirtschaftlichen Böden
Tabelle 3: Richt- und Grenzwerte einiger Stoffe im Trinkwasser
Tabelle 4: Charakteristika flächen- und linienhafter Erosion
Tabelle 5: Nährstoffabtrag in kg/ ha*a durch Oberflächenabfluss
1. Einleitung
Seit Jahrtausenden gibt es auf der Erde landwirtschaftliche Nutzung, die mit hohen Input und Output von Stoffen verbunden ist. Die Bewirtschaftung der Nutzflächen ist zudem von Klima, Boden und Relief abhängig. Diese Faktoren können je nach Region verschieden sein. So wird in Deutschland Landwirtschaft mit unterschiedlicher Intensität betrieben. In Abbildung 1 ist ersichtlich wo der Anteil der ackerbaulichen Bearbeitung besonders hoch ist und wo geringer. Bei der landwirtschaftlichen Fläche in Deutschland betrug er 1997 54,1% und bei einem Flächenverbrauch von 120 ha pro Tag ist davon auszugehen, dass sich die genannte Zahl noch verringert haben wird (AKADEMIE FÜR RAUMFORSCHUNG UND LANDESPLANUNG 1999: 27).
Die Arbeit beschäftigt sich mit den theoretischen Grundlagen von Stoffausträgen aus landwirtschaftlichen Flächen und versucht die gewonnenen Erkenntnisse anhand eines Beispiels weiter zu veranschaulichen.
Abbildung 1: Verteilung der landwirtschaftlichen Fläche in Deutschland 1997
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Quelle: www.umweltbundesamt.org am 22.02.2002
2. Definition der Nährstoffe
2.1. Definition nach Leser
Nährstoffe sind alle Stoffe, welche von den Organismen für den Aufbau ihrer Körpersubstanz und der Aufrechterhaltung ihrer Lebensfunktionen benötigt werden (LESER 1997: 541).
2.2. Definition nach Hintermaier – Erhardt und Zech
Als Nährstoffe werden alle für das Pflanzenwachstum wesentliche Stoffe bezeichnet. Dies können Ionen, Elemente oder Elementarverbindungen sein (HINTERMAIER-ERHARDT; ZECH 1997: 184).
2.3. Makro- und Mikroelemente
Die unterschiedlichen Nährstoffe teilt man in verschiedene Kategorien auf werden und werden von den Pflanzen in differenzierten Mengen benötigt.
Die wichtigsten Nährelemente sind der Stickstoff und der Phosphor. Auf sie wird speziell unter den Punkt 3. und 4. dieser Arbeit eingegangen. Hier werden alle übrigen Elemente behandelt.
Besonders hohen Bedarf haben die Pflanzen an Stickstoff, Phosphor, Schwefel, Kalium, Calcium und Magnesium. Sie werden auch als Makroelemente bezeichnet. Ihnen entgegen stehen die Mikroelemente, auf welche die Pflanzen nur in geringeren Mengen angewiesen sind. Zu ihnen zählen Eisen, Mangan, Kupfer, Zink, Selen, Molybdän, Silicium, Bor, Natrium und Chlor (HINTERMAIER-ERHARDT; ZECH 1997: S. 184) In Tabelle 1 sind alle hier genannten Elemente noch einmal mit ihren Aufgaben innerhalb der Pflanze aufgeführt.
Die Nährstoffe können im Boden in verschiedenartigen Bildungsformen vorliegen. Dazu zählen das Vorhandensein in mineralischer und organischer Form (zu etwa 98%), die sorptive Bindung und die Ionen in der Bodenlösung (etwa 2%). Besonders leicht pflanzenverfügbar sind die austauschbare und wasserlösliche Fraktion.
Tabelle 1: Makro- und Mikroelemente der Pflanzen
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Quelle: SITTE, P. u. a., 1998: 325 ff.
Tabelle 2: Nährelementgehalte in landwirtschaftlichen Böden
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Quelle: SCHROEDER 1969 in: FIEDLER 2001: 262
In der Landwirtschaft ist der Gehalt des Bodens an leicht verfügbaren Elementen im Wurzelraum (FIEDLER 2001: 261). In Tabelle 2 sind beispielhaft Gesamtelementgehalte für landwirtschaftliche Flächen dargestellt.
3. Stickstoff und Stickstoffkreislauf
Der Stickstoff nimmt unter den Nährstoffen eine besondere Stellung ein. Gründe dafür sind der geringe Stickstoffgehalt im Ausgangsgestein der Böden, das Unterliegen von vielfachen Umwandlungen im Boden, das Beitragen zur Eutrophierung (Nährstoffübersättigung von Gewässern durch vermehrtes Wachstum von Plankton und überhöhten Sauerstoffverbrauchs [LESER 1997: 188 f.]) von Gewässern und die Verursachung von Qualitätsproblemen bei Grundwasser für Trinkwasserzwecke. Hinzu kommt, dass er am stärksten den Ertrag in der Landwirtschaft beeinflusst. Das heißt die Kulturpflanzen benötigen den Stickstoff quantitativ am meisten (SCHEFFER; SCHACHTSCHABEL 1998: 270).
Der Stickstoff ist als Baustein der Eiweißgruppen das Hauptnährelement aller Organismen (LESER 1997: 833). So ist er auch in der Pflanze am Aufbau der Eiweißstoffe (Synthese der Körperbausteine) beteiligt und kommt in anderen organischen Komponenten, wie dem Chlorophyll vor. So befinden sich etwa 50% des Gesamtstickstoffs und circa 70% des Blattstickstoffs in einer grünen Pflanze in den Chloroplasten beziehungsweise den Blättern der Pflanze (SITTE u.a. 1998: 325). Durch seine große Bedeutung vor allem für das Pflanzenwachstum ist der Stickstoff ein wichtiger Dünger. Des weiteren ist der Stickstoff das zentrale Element im Stoffhaushalt der Ökosysteme. Er tritt relativ selten in Mineralien auf und wird dadurch auf der Erdoberfläche und im Wasser fast nur biotisch angereichert (LESER 1997: 833).
Der Stickstoffkreislauf besteht aus dem System Atmosphäre – Biomasse – Boden, in dem das Element Stickstoff vielfachen Wanderungen und Umlagerungen unterliegt (LESER 1997: 833). Er ist die aktive Schaltstelle des Kreislaufes (HINTERMAIER-ERHARDT; ZECH 1997: 270). Der Stickstoff liegt im Oberboden zu 95%in organisch gebundener Form (Huminstoffe, Biomasse, Vegetationsrückstände und abgestorbene Organismen) und zu 5% mineralischer, anorganischer Form (hauptsächlich Nitrat) vor (Mannsfeld et al. 1998 in Lehmann 2000: 4).
Abbildung 2: Stickstoffkreislauf
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Quelle: HINTERMAIER-ERHARDT; ZECH 1997: 270
Hauptsächlich besteht der Stickstoffkreislauf aus drei „Speichern“, dem unbegrenzten Reservoir des Luftstickstoffs (N2 = 78% Vol.-% der Luft), dem in Lebewesen fixierten Stickstoff, dem Stickstoff der toten Biomasse und der Humussubstanzen im und auf dem Boden, zwischen denen durch chemische Umsetzungsvorgänge ein ständiger Stickstofftransport beziehungsweise -austausch stattfindet (LESER 1997: 833). Hinzu kommen Einträge aus dem Niederschlag und der organischen Düngung beziehungsweise Mineraldüngung (HINTERMAIER-ERHARDT; ZECH 1997: 270). Ohne die Stickstoff-Düngung könnten nur Erträge in der Höhe erzielt werden, die durch die übrigen Stickstoffquellen (atmosphärischer und Bodenstickstoff) gedeckt werden ( WELTE 1982: 65). So beträgt zum Beispiel der Tagesbedarf der Anbaukultur Zuckerrübe bei der Frühjahrdüngung an Stickstoff 200 kg/ ha, um optimale Erträge zu erzielen (HINTERMAIER-ERHARDT; ZECH 1997: 270).
Für das Pflanzenwachstum wesentlich ist die Bereitstellung von Stickstoff in pflanzenverfügbarer Form (NH4, NO3) (HINTERMAIER-ERHARDT; ZECH 1997: 270). Dies geschieht durch die biologische Fixierung des elementaren Luftstickstoffs. Die Fixierung erfolgt über zwei Wege. So einmal frei im Boden über aerobe und anaerobe lebende Mikroorganismen (zum Beispiel Azotobakter) oder über Mikroorganismen, die mit höheren Pflanzen in Symbiose leben. In der Landwirtschaft sind besonders die Knöllchenbakterien von Bedeutung, die mit Leguminosen eine Gemeinschaft bilden. Zu den Leguminosen zählen Klee, Bohnen, Erbsen und Luzerne. Gute Klee- oder Luzernebestände können in mitteleuropäischen Klimaverhältnissen zum Beispiel zwischen 120 und 400 kg/ ha elementaren Luftstickstoff binden (WELTE 1982: 59).
Im Solum, der obersten Schicht der festen Erdsubstanz (LESER 1997: 787) entstehen durch Ammonifikation Ammonium und durch Nitrifikation Nitrat (HINTERMAIER-ERHARDT; ZECH 1997: 270). Ammonifikation ist die Umwandlung des organisch gebundenen, nicht pflanzenverfügbaren Stickstoffs in das pflanzenaufnehmbare Ammonium (HINTERMAIER-ERHARDT; ZECH 1997: 14). Als Nitrifikation wird die zweiphasige Oxidation des Ammoniumions über Nitrit zu Nitrat bezeichnet. Sie erfolgt hauptsächlich durch chemolithothrophe Nitrifikanten und Nitrobacter im aeroben Bodenmilieu (HINTERMAIER-ERHARDT; ZECH 1997: 191). Aus dem Nitrat und Ammonium synthetisieren die Pflanzen lebenswichtige Proteine, Peptide, Aminosäuren und Stickstoffringverbindungen, welche in der Nahrungskette an die Tiere weitergegeben werden. Die Rückführung des organisch gebundenen in die Pedosphäre erfolgt mit dem Ableben der Pflanzen und Tiere. Dort kann der Stickstoff wieder mineralisiert werden. Stickstoffverluste treten durch Ammoniakverflüchtigung, Nitratauswaschung und Denitrifikation auf (HINTERMAIER-ERHARDT 1997: 270 f.). Im Folgenden werden die Vorgänge einzeln erläutert.
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