Humusumsatz und Stickstoffeinträge in Gewässer

Laufzeit: 05/2017 - 12/2018

Projektziele

Kopplung der praxiserprobten Teilmodelle »CCB« (Kohlenstoffhaushalt) und »STOFFBILANZ« (Nährstoffhaushalt) mit dem Ziel einer vollständigen Integration der Stickstoffbilanz, inklusive der Stickstoffausträge aus dem Boden und der Stickstoffeinträge in Gewässer;
Im Rahmen der Modellkopplung soll zudem ein Wechsel von der bisher in Bilanzzeitschnitten angelegten Modellierung (STOFFBILANZ) hin zu Jahresschritten vollzogen werden;
Abbildung der Stickstoffströme landwirtschaftlich genutzter Böden in Sachsen für den Zeitraum 1998 bis 2014;
Weiterentwicklung der innovativen Modell-Technologie zur dynamischen Bilanzierung der Kohlenstoff- und Stickstoffströme sowie des Humushaushaltes für Fachplanungen der Meso- bis Makroskala auf regionaler Ebene mit reduziertem Datenaufwand

Projektergebnisse

Technische Voraussetzungen für effektiven Datenaustausch zwischen den Modellen CCB (Candy Carbon Balance) und STOFFBILANZ (Verfahren zur flussgebietsspezifischen Ermittlung und Quantifizierung diffuser Stoffausträge aus der Fläche und deren Eintrag in die Fließgewässer, Seen und das Grundwasser) mit akzeptablen Modell-Rechenzeiten für die Simulation von ca. 30.000 landwirtschaftlich genutzte Teilflächen in Sachsen konnten erfolgreich realisiert werden;
Anwendungsfähige Web-GIS-basierte Modulbausteine zur gekoppelten dynamischen Bilanzierung von Humushaushalt und Nährstoffströmen sind verfügbar und können im Kontext weiterer modellgestützter Ermittlungen von landwirtschaftlichen Stickstoff- bzw. Nitrat- Einträgen in die Gewässer auf regionaler Ebene in Sachsen eingesetzt werden;
Trends der modellierten Kohlenstoff (C)-Dynamik zeigen gute Übereinstimmung mit beobachteten C‑Trends auf landwirtschaftlichen Bodendauerbeobachtungsflächen und Dauertestflächen (DTF). Ackerböden stellen hier meist eine Kohlenstoffsenke dar. Dieses für den Klimaschutz positive Ergebnis ist stark auf den vergleichsweise hohen Anteil konservierender Bodenbearbeitung in Sachsen zurückzuführen;
Sequenzielle Berechnungen von Stickstoff (N)-Umsatz und N-Bilanz als „Bodenbilanz“ konnten auf Basis des im Projekt entwickelten Landwirtschafts- Szenarios erfolgreich vollzogen werden. Die Einflüsse von jährlich wechselnden Witterungsbedingungen sowie der jeweiligen Bewirtschaftungsausprägungen auf die C/N-Dynamik werden für die sächsischen Ackerflächen insgesamt gut abgebildet;
Bei den einschlägigen landwirtschaftlichen N-Bilanzierungen muss zwischen Feld-Bilanz (ohne …) und Boden-Bilanz (mit Bodenumsatzprozessen) unterschieden werden. Die in der Praxis erfolgenden Prozesse des Auf- und Abbaus von Bodenhumus inklusive der damit verbundenen Stickstoffverlagerungs- und Umsetzungseffekte bilden wichtige Elemente im Rahmen einer sachgerechten Darstellung und Bilanzierung des betreffenden Gesamtprozesses in den Böden;
Resultierend aus den erfolgten CCB- bzw. STOFFBILANZ-Modellkopplungs-Betrachtungen kann eine gleichzeitige bzw. vergleichende Anwendung bzw. Auswertung ggf. vorliegender Daten sowohl aus Bodendauerbeobachtungsflächen und landwirtschaftlichen Dauertestflächen (DTF) als auch von BEFU-Datenbeständen (Beratungsmodell zum betrieblichen Nährstoffmanagement) empfohlen werden, die sich möglicherweise auch gegenseitig gut ergänzen können;
Die zeitliche Verzögerung von Effekten der Nitrat-Verlagerung sowie die Grundwasser-Passage wurden im Rahmen der CCB-STOFFBILANZ-Modellierungsarbeiten jahresweise abgeschätzt. Der bisher nur für langjährige Betrachtungen nutzbare Modellansatz konnte nunmehr auch für jahresweise Berechnungen angewendet werden;
Zusammenfassend zeigt sich anhand der vorgenommenen Modellrechnungen, dass in den zurückliegenden Jahren seit 2003 auf landwirtschaftlichen Flächen in weiten Teilen Sachsens von einem auch im Sinne des Klimaschutzes positiv zu bewertenden erfolgten Humusaufbau auszugehen ist, der gleichermaßen mit einer Festlegung von Stickstoff im Boden einhergeht. Bedingt wird dies vor allem durch die sukzessive erfolgte Zunahme konservierender Bodenbearbeitung in Sachsen;
Als Folge des o.g. überwiegenden Humusaufbau bei den landwirtschaftlich genutzten Flächen reduziert sich auch der verlagerungsfähige N-Überschuss im Boden und somit der N-Austrag aus der Bodenzone bzw. der N-Eintrag in die Oberflächengewässer in Sachsen. Eine Umkehrung der oben beschriebenen überwiegenden N-Festlegung im Boden könnte z.B. aber dann auftreten, wenn bisher erreichte Maßnahmenumfänge der konservierenden Bodenbearbeitung in Sachsen zukünftig wieder zurückgehen bzw. abnehmen sollten

Projektziele

Kopplung der praxiserprobten Teilmodelle »CCB« (Kohlenstoffhaushalt) und »STOFFBILANZ« (Nährstoffhaushalt) mit dem Ziel einer vollständigen Integration der Stickstoffbilanz, inklusive der Stickstoffausträge aus dem Boden und der Stickstoffeinträge in Gewässer;
Im Rahmen der Modellkopplung soll zudem ein Wechsel von der bisher in Bilanzzeitschnitten angelegten Modellierung (STOFFBILANZ) hin zu Jahresschritten vollzogen werden;
Abbildung der Stickstoffströme landwirtschaftlich genutzter Böden in Sachsen für den Zeitraum 1998 bis 2014;
Weiterentwicklung der innovativen Modell-Technologie zur dynamischen Bilanzierung der Kohlenstoff- und Stickstoffströme sowie des Humushaushaltes für Fachplanungen der Meso- bis Makroskala auf regionaler Ebene mit reduziertem Datenaufwand