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Zusammenfassung Heft 12


Freiburger Bodenkundliche Abhandlungen

Schriftenreihe des
Institut für Bodenkunde und Waldernährungslehre
der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg i.Br.
Schriftleitung: F. Hädrich


Heft 12


Peter Trüby


Elementumsatz in einer bewässerten Pararendzina der
südlichen Oberrheinebene unter besonderer Berücksichtigung der Schwermetalle


Freiburg im Breisgau 1983

ISSN 0344-2691


Zusammenfassung:
Im Zusammenhang mit vorgesehenen Hochwasserschutzmaßnahmen wird für den Bereich der südlichen Oberrheinebene die großflächige Überflutung ehemaliger Auenstandorte diskutiert. Dabei handelt es sich meist um mit Kiefern bestockte zweischichtige Pararendzinen. Ziel dieser Untersuchung war es, die Auswirkungen zu erfassen.
Es wurde ein Freilandmodellversuch durchgeführt mit Messungen zum Bodenwasserhaushalt und Elementumsatz (Na, K, Mg, Ca, AI, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, P und Cl). Außerdem wurde das Wachstum und der Ernährungszustand eines Kiefernversuchsbestandes untersucht. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten war die Optimierung der eingesetzten Methoden, sowie die fehlerkritische Oberprüfung des Versuchsansatzes und der erzielten Ergebnisse.
Die Bewässerung erfolgte über einen Zeitraum von 19 Monaten mit wöchentlichen Mengen von 60 mm, was etwa dem 5-fachen des durchschnittlichen Jahresniederschlag entspricht. Um den Einfluß der Wasserqualität auf den Elementumsatz und das Waldwachstum zu erfassen, wurden jeweils 2 Parzellen mit Grund- und Rheinwasser bewässert. Zum Vergleich wurden 4 Kontrol1parzel1en angelegt.
Zur Erfassung des Ausgangszustandes wurden vor Beginn der Bewässerung Boden- und Nadelanalysen durchgeführt. Bestimmt wurden u. a. die Elementgesamtgehalte in Skelett, Feinerde, Sand, Schluff und Ton. Zur Kennzeichnung der carbonatisch gebundenen Elementfraktionen wurden für Feinerde und Skelett außerdem die HC1-1ös1ichen Anteile bestimmt.
Bedingt durch den Carbonatgeha1t ist Ca das dominierende Element im Boden. Die Gehalte an Schwermetallen bewegen sich im Rahmen der Werte gering belasteter Böden. Die vertikale Verteilung von P, Zn, Cd und Pb ist ähnlich der der organischen Substanz. Die Verteilung der Carbonate auf die Korngrößenfraktionen läßt auf eine sekundäre Kalkanreicherung in der Deckschicht schließen. Die HC1-extrahierbaren Anteile betragen für Ca, Mg, Mn, Cd und Cu mehr als 50 % des Gesamtgehaltes. Für AI, Fe, Cr und Ni liegen die Vergleichswerte unter 2 1. Die Variabilität der Gesamtgehalte und der HCl-löslichen Anteile war hoch. Die Variationskoeffizienten erreichten je nach Element und Horizont bis zu 74 %. Eine Erfassung von bewässerungsbedingten Vorratsänderungen im Boden durch eine Kontrollmessung nach Abschluß der Bewässerung war deshalb selbst bei einem Stichprobenumfang von n=8 für keines der Elemente möglich.
Zur Erfassung des Elementumsatzes wurden die Konzentrationen und Flüsse im Frei1andniedersch1ag, Bewässerungs- und Sickerwasser bestimmt. Die Gewinnung des Sickerwassers erfolgte mit Unterdrucklysimetern aus Al2O3-Keramik.
Die Elementkonzentrationen im Frei1andniederschlag bewegen sich in derselben Größenordnung wie im Südschwarzwald und im Solling (ausgenommen Cu und Zn).
Die Konzentrationen im Grund- und Rheinwasser sind einander sehr ähnlich. Lediglich P enthielt das Rheinwasser in Vergleichsweise hoher Menge. Die Schwermetal1konzentrationen sind für das Rheinwasser zwar geringfügig höher als für das Grundwasser; sie erreichen jedoch in keinem Fall die für Trinkwasser angegebenen Grenzwerte, sondern liegen um meist eine oder mehrere Zehnerpotenzen darunter. Die dominierenden Elemente sind Ca, Na, Mg K und Cl .
Die Konzentrationen im Sickerwasser sind in ihrer Größenordnung durch die des Bewässerungswassers vorgegeben. Es lassen sich keine signifikanten Konzentrationsunterschiede zwischen der Grund- und Rheinwasservariante feststellen. Bedingt durch die hohe Durchlässigkeit des Substrates betragen die Konzentrationsänderungen durch die Infiltration im Boden selten mehr als 1/3 der Ausgangskonzentration.
Die Konzentrationen im Sickerwasser werden nicht durch die Lösungsgleichgewichte schwerlöslicher Carbonate, Hydroxide oder Hydroxicarbonate bestimmt. Die thermodynamisehen Gleichgewichtskonzentrationen weichen meist stark, im Extremfall sogar um bis zu 8 Zehnerpotenzen von den gemessenen Durchschnittskonzentrationen ab. Vor allem in den Grobporen befindet sich  das System Boden - Wasser weitab vom thermodynamisehen Gleichgewichtszustand.
Durch die Bewässerung erhöht sich der Eintrag an Na, K, Mg und Ca auf das 10- bis 100-fache des Eintrages durch den Frei1andnieder-schlag.
Die Schwermetal1deposition mit dem Frei 1andniederschlag unterscheidet sich mengenmäBig kaum von der des Südschwarzwaldes. Sie ist jedoch vor allem bei Cu und Zn deutlich geringer als im Solling. Auch bei intensiver Bewässerung mit Rheinwasser stellt der Schwermetalleintrag mit dem Niederschlag eine wesentliche, für Cd sogar die Hauptkomponente des Gesamteintrags dar.
Die Kalkulation der Elementflüsse mit dem Sickerwasser erfolgte auf der Grundlage einer klimatischen Wasserbilanz. Die Bewässerung führt im Vergleich mit den Kontrol1parzel1en zu einem drastischen Anstieg der Austragsraten.
Die Elementf1üssebi1anz erbringt für Na, K, Mg, Ca und Cu eindeutig negative Vorratsänderungen, die auf eine Mobilisierung von Bodenvorräten schließen lassen. Mit Ausnahme von N i fallen die Bilanzen für die Schwermetalle positiv aus. Es ist deshalb mit einer Filterwirkung des Bodens gegenüber diesen Elementen zu rechnen. Der Filterwirkungsgrad variiert bei Bewässerunq zwischen 10 und 30 %. Für die Kontrol1parzel1en ergeben sich weit höhere Wirkungsgrade von bis zu 80 %.
Die Kiefernbestände reagieren auf die Bewässerung mit einer deutlichen Zuwachssteigerung. Die Nadelanalysen zeigen in keinem Fall signifikante Gehaltsunterschiede zwischen Bewässerungs- und Kontrollparzel1en.
Diese Ergebnisse machen deutlich, daß die vorgesehene überf1u-tung von Waldstandorten der Oberrheinebene hinsichtlich der untersuchten Elemente zu keiner nennenswerten Beeinträchtigung der Grundwasserqualität führen wird. Vielmehr kann bei optimaler Wasserzufuhr die Holzproduktion erheblich gesteigert werden. Darüber hinaus kann durch Ausnutzung des Filters Boden ein - wenn auch bescheidener - Beitrag zur Reinigung des Rheinwassers geleistet werden.
Die Fehlerbetrachtung zeigt, daß die Spurenanalyse von Boden und Wasserproben aus carbonathaltigen Böden auch heute noch ein Problem darstellt. Eine Verfeinerung der analytischen Methoden ist vor allem bei Cd und z. T. auch bei Ni und Cr nötig. Bei den übrigen Elementen übersteigt die standortsbedingte Variabilität den Analysenfehler bei weitem und reicht die erzielte Präzision aus .
Die zur Sickerwassergewinnung eingesetzte AI2O3-Keramik ist nicht geeignet Konzentrationsgänge zu erfassen. Erhebliche Anteile des Austrages werden durch Sorptionsprozesse in den Lysimeterplatten festgelegt. Eine entsprechende Berücksichtigung in der Elementflüssebilanz ist unbedingt erforderlich.



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