Teilprojekt 7

 

Home
Nach oben

Nährstoffaushagerung von Flusssee-Sedimenten

Bearbeiter: R. Knösche, Universität Potsdam

Konkrete Zielstellung

Solange die Flussseen in ihren Sedimenten noch über erhebliche remobilisierbare Nährstoffvorräte verfügen, werden die Nährstoffkonzentrationen im Wasser, trotz möglicher Verminderung der Belastung aus dem Einzugsgebiet, auf einem hohen Niveau bleiben (LUA Brandenburg 1995). Eine mögliche Strategie, diesem Effekt entgegenzuwirken, wäre die Förderung der Nährstofffestlegung, insbesondere des Phosphates, im Sediment. Eine Steigerung der Ca-vermittelten P-Fixierung ist kaum realisierbar, da ein erhöhter Kalziumaustrag aus dem Einzugsgebiet ökologisch nicht vertretbar wäre. Die Fe- und Mn-vermittelte P-Fixierung weist zwar eine hohe Kapazität auf, ist aber redoxabhängig und daher reversibel. Das Redoxpotential der obersten Sedimentschicht wird jedoch nicht nur durch die Sauerstoffkonzentration im Wasser bestimmt. Die Festlegung von Phosphat in den Sedimenten kann sehr wirksam durch den Eintrag von Nitrat, das als Elektronenakzeptor die Bildung von P-bindenden Eisen-III-oxidhydraten begünstigt, gefördert werden (Ripl 1978 u.a.). Für einen Havelsee, den Tegeler See, konnte dieser Mechanismus nachgewiesen werden (Jahn/ Klein 1995). Da gegenwärtig der Stickstoff noch überwiegend in Form von Ammonium in die Havel eingetragen wird, ergibt sich hieraus eine Möglichkeit der Einflussnahme auf die P-Retention, vor allem durch eine vollständige Nitrifikation in den Klärwerken (Jahn/ Klein 1995). Um den für eine wirksame P-Festlegung erforderlichen Nitratanteil am anorganischen Gesamt-N abschätzen zu können, sind P-Rücklösungsversuche an Sedimentkernen aus einem Havelsee im Labormaßstab in Gegenwart abgestufter Nitratkonzentrationen geplant. Gleichzeitig verfolgen diese Versuche die Phosphatkonzentrationen im Sedimentporenwasser verfolgt.

PWAT: TP im Wasser

PORG: P in leicht abbaubarer organischer Substanz

PADS: mineralisch adsorbierter und gelöster P

Pext : P-Import

Pout: P-Export

Psed : P-Sedimentation

Pint: P-Remobilisierung

Pmin: P-Mineralisierung

Pseep: P-Versickerung

 

 

Eine entgegengesetzte Strategie wäre die Förderung des Exportes überschüssigen, nicht mehr fixierbaren Phosphats aus den Sedimenten (Aushagerung). Diese Nährstoffaushagerung, die sich nebenbei auch auf Ammonium erstreckt, ist von dauerhaftem Erfolg, benötigt aber viele Jahre. In den Loosdrecht-Seen wurde mit dieser Strategie innerhalb von neun Jahren eine Verminderung des Gesamt-P-Gehaltes der oberflächlichen Sedimentschichten um 36 % erreicht, die eine Senkung der P-Freisetzung um ca. 70 % zur Folge hatte (Keizer & Sinke 1992). Im See Norrviken (Schweden) konnte ebenfalls durch P-Export innerhalb von 10 Jahren der TP-Gehalt des Sedimentes um 10 % und der Gehalt des leicht remobilisierbaren Phosphats um ca. 40 % gesenkt werden (Sas 1989). Voraussetzung ist, dass ein Netto-P-Export aus dem Gewässer realisiert werden kann. Für diese Betrachtungen verwendeten Keizer & Sinke (1992) ein einfaches, mathematisch formuliertes Modell (vgl. Abbildung).

Im Falle einer unbedeutenden P-Versickerung kann der Netto-Export nur über die Import- und Exportgröße beeinflusst werden. Wie der Import über das Management im Einzugsgebiet gesenkt werden kann, wird in den Teilprojekten (TP) 5 und 8 untersucht. Der Export könnte vor allem durch eine partielle Verzögerung des Abflusses bis in die Vegetationsphase erhöht werden, weil in dieser Phase erhöhte P-Mengen aus dem Sediment freigesetzt werden, die im wachsenden Plankton vorübergehend festgelegt mit dem Wasser gut exportierbar sind. Die Möglichkeiten einer Verlagerung der Abflüsse in das Sommerhalbjahr werden in den TP 3, 5 und 8 untersucht.

In diesem Teilprojekt sollen an einem ausgewählten Flusssee unter Nutzung der Ergebnisse der oben genannten Teilprojekte folgende Fragen bearbeitet werden:

  1. Welche Mindest-Nitratkonzentrationen sind im Wasser der Havelseen erforderlich, um eine wirksame P-Festlegung in den Sedimenten zu erzielen?
  2. Welcher Netto-Nährstoffexport hat sich zur Zeit eingestellt und welche Exportsteigerungen sind theoretisch erreichbar?
  3. In welchem Zeitrahmen sind bestimmte P-Aushagerungen der Sedimente möglich und wie verschiebt sich dabei das Verhältnis PADS zu PORG (vgl. Abb.) Exakte Prognosen zum Aushagerungszeitraum werden allerdings noch nicht möglich sein.

Geplante Arbeiten und Methoden

Dieses Teilprojekt arbeitet auf der Fokusebene. Nach der Auswahl eines für die Untersuchungen geeigneten Flusssees und der Erstellung eines genauen Beprobungsplanes erfolgen Voruntersuchungen zur allgemeinen morphologischen und hydrologischen Charakterisierung des Gewässers sowie die technische Vorbereitung der Experimente. Für diesen See wird auf der Grundlage von Import-/Export-Messungen (Nährstoffkonzentrationen, Zu- und Abflüsse, abgeschätzte Grundwassereinträge aus TP 3, Verdunstungsschätzung) im 14-Tage-Rhythmus eine äußere Nährstoffbilanz erstellt. Parallel zu diesen Untersuchungen ermöglichen Bestimmungen der Nährstoffgradienten im Sedimentporenwasser des Sees bis 20 cm Tiefe im Monatsrhythmus die Abschätzung der diffusiven P-Freisetzung aus diesen Gradienten (Porenwassergewinnung mit Hilfe von Minisaugkerzen aus Sedimentkernen vor Ort).

In einem Langzeitexperiment (aerobe und semianaerobe Verhältnisse im Wasser, Temperatur simuliert, wie im Freiland) wird der Verlauf der Nährstoffaushagerung und die damit verbundene Änderung der Nährstoffremobilisierung in ungestörten Sedimentkernen durch langsame Überströmung mit künstlichem Seewasser (ohne P und N) untersucht. Zugleich werden die Veränderungen der Nährstoffkonzentrationen im Porenwasser, des PORG und PADS nach Keizer & Sinke (1992) in größeren Intervallen und der P-Bindungsformen (Methode nach Hieltjes & Lijklema 1980) am Beginn und Ende des Experimentes ermittelt. Die im Experiment gewonnenen Ergebnisse werden über die Untersuchung der Variabilität verschiedener Sedimentparameter der obersten Schicht in gestochenen Sedimentkernen vom Punkt in die Fläche übertragen. In ähnlich aufgebauten Versuchen soll auch die P-immobilisierende Wirkung abgestufter Nitratkonzentrationen untersucht werden.

Die Auswertung der Ergebnisse soll eine Entscheidungshilfe bei der Wahl der am besten geeigneten Strategie zur Beeinflussung der Nährstoffremobilisierung aus den Sedimenten liefern und im Falle der Nährstoffaushagerung zur Beschreibung der anzustrebenden Sedimentbeschaffenheit, die die Ausbildung eutropher Verhältnisse in den Flussseen der Havel ermöglicht, führen (Zielvorstellungen über die Gewässergüte aus TP 1). Daraus lässt sich der grobe Zeitrahmen ableiten, in dem der angestrebte Sedimentzustand in verschiedenen hydrologischen Szenarien voraussichtlich erreichbar ist (Szenarien zu erreichbaren Erhöhungen der Sommerabflüsse aus TP 3, 5 und 8).

Zeitplan

  1. Auswahl des Sees, Vorbereitung der Beprobung, morphologische und hydrologische Charakterisierung des Gewässers
  2. Erstellung einer äußeren Nährstoffbilanz, Langzeitexperiment zur Nährstoffaushagerung und -remobilisierung
  3. Entnahme von Sedimentkernen, Bestimmung von Parametern zur Flächenübertragung
  4. Bestimmung der für eine wirksame P-Festlegung notwendigen Nitratkonzentration
  5. Abwägung der Strategien und Beschreibung der anzustrebenden Sedimentbeschaffenheit sowie Zeitrahmens zur Erreichung dieses Zustandes

nach oben

 

Bei Fragen und Hinweisen wenden Sie sich bitte an W. Lahmer (werner@wernerlahmer.de oder  webmaster@havelmanagement.net)
Stand: 07. Februar 2005

Layout: W. Lahmer