Nitrat im Grundwasser

• Grundlegende Informationen zum Parameter Nitrat

Landwirtschaftliche Flächennutzungen sind nachweislich Hauptverursacher für Nitrateinträge in das Grundwasser. Dies ist durch zahlreiche Studien belegt und veröffentlicht. Im Projekt »Dynamische Bilanzierung der Nährstoffeinträge in sächsische Gewässer im Zeitraum 2016 bis 2021« auf Basis des Modellkonzeptes »STOFFBILANZ« wurden Stickstoffeinträge in sächsische Gewässer bilanziert. Mit ca. 16.000 Tonnen pro Jahr (ca. 55 %) stammt der Hauptanteil dieser Stickstoffeinträge aus den Ackerflächen der Landwirtschaft. Weitere ca. 2.000 Tonnen pro Jahr (ca. 7 %) stammen aus den sonstigen landwirtschaftlichen Flächennutzungen Grünland sowie Obst- und Weinbau. Aus Nadelwäldern resultieren 9 %, aus Laubwäldern 3 % und aus Siedlungsflächen 10 % des Stickstoff-Gesamteintrages. Betrachtet man nur die Einträge in das Grundwasser (ohne Oberflächengewässer) und berücksichtigt denitrifizierende Verhältnisse im Boden, sind das noch ca. 4.700 Tonnen pro Jahr aus Acker- und Grünland sowie Obst- und Weinbau. In anderen Bundesländern gibt es vergleichbare, teil auch noch höhere Anteile der Stickstoffeinträge aus landwirtschaftlichen Flächen in das Grundwasser.

• Nährstoffeinträge in sächsische Gewässer – Zeitschnitt 2018 Überblick zu Nährstoffeinträgen in sächsische Gewässer

Kommunale Kläranlagen, die das Abwasser von mehr als 50 Einwohnern entsorgen, entwässern ausschließlich in Oberflächengewässer, sind also beim Grundwassereintrag nicht oder nur in sehr geringem Maße (z.B. über Infiltration an Gewässerrändern) beteiligt. Der anteilige Stickstoffeintrag aus kommunalen Kläranlagen und industriellen Direkteinleitungen in sächsische Gewässer beträgt ca. 4,3 Tonnen pro Jahr (Zeitschnitt 2018) und umfasst damit ca. 15 % des modellgestützt ermittelten gesamten Stickstoffgesamteintrages in die Gewässer. Auf weitere urbane Quellen der Siedlungsgebiete (z.B. Kleinkläranlagen, Grau- und Niederschlagswassereinleitungen) ca. 10 % und auf Waldflächen ca. 12 %.

Abwasserkanäle tragen nicht wesentlich zum Stickstoffeintrag in das Grundwasser bei. Das liegt zum einen im hohen Sanierungsgrad bei den Abwasserkanälen begründet.

Seit 1991 wurden in die öffentliche Abwasserbeseitigung in Sachsen ca. 10 Mrd. € investiert. Der größte Anteil der Investitionen, ca. 80 Prozent, entfällt auf die Kanalisation und zur Kanalisation gehörende Mischwasser- und Regenwasserbehandlungsanlagen und nur etwa 20 Prozent auf Kläranlagen. Zum anderen liegen Abwasserkanäle in Tallagen und entwässern in Richtung der Sammelpunkte zu Klärwerken oder Pumpstationen. Selten gehen Abwasserleitungen als Druckleitung "über den Acker". Ferner sind hier Überwachungsmaßnahmen vorgeschrieben. Abwasserdruckleitungen sind zum Teil auch doppelwandig mit Erkennung von Leckagen ausgestattet, so dass ggf. dennoch auftretende Sickerverluste rechtzeitig erkannt und Reparaturmaßnahmen zeitnah veranlasst werden können.

Als nitratbelastete Gebiete werden Flächen oder Feldblöcke bezeichnet, in deren Umgebung eine erhöhte Konzentration von Nitrat im Grundwasser durch Messwerte ermittelt wurde. Ein Feldblock ist eine zusammenhängende landwirtschaftlich nutzbare Fläche.

Grund für die Neuausweisung ist das Vertragsverletzungsverfahren der EU gegen Deutschland wegen unzureichender Umsetzung der Nitrat-Richtlinie. Die EU-Kommission hatte im Rahmen der Abstimmungen zur Umsetzung des EuGH-Nitrat-Urteils unter anderem die uneinheitliche Praxis der Ausweisung belasteter Gebiete in den Ländern bemängelt. Daher wurde geregelt, dass die Bundesregierung die Allgemeine Verwaltungsvorschrift zur einheitlichen Ausweisung belasteter Gebiete erneut überarbeiten muss. Wesentlicher Inhalt war unter anderem, dass der so genannte "Emissionsansatz" komplett wegfällt, da dieser nach Einschätzung der EU-Kommission nicht mit der Nitrat-Richtlinie vereinbar ist. Dieser beinhaltete die Möglichkeit der Herausnahme von so genannten "grünen" Feldblöcken, die nach einem modelltechnischen Ansatz geringe Stickstoffsalden aufweisen. Das ist nicht mehr möglich. Das Vertragsverletzungsverfahren der EU-Kommission gegen Deutschland ist mittlerweile eingestellt. Nach Ansicht der EU-Kommission entsprechen die düngerechtlichen Regelungen nunmehr den Vorgaben der Nitratrichtlinie.

• Nitratrichtlinie: Kommission schließt Verfahren gegen Deutschland Pressemitteilung der Vertretung der Europäischen Kommission in Deutschland

Grundlage der Ausweisung nitratbelasteter Gebiete in Sachsen ist nunmehr die am 10. August 2022 veröffentlichte Allgemeine Verwaltungsvorschrift zur Ausweisung von mit Nitrat belasteten und eutrophierten Gebieten (AVV Gebietsausweisung – AVV GeA) in Verbindung mit der Verordnung über die Anwendung von Düngemitteln, Bodenhilfsstoffen, Kultursubstraten und Pflanzenhilfsmitteln nach den Grundsätzen der guten fachlichen Praxis beim Düngen (Düngeverordnung - DüV) und der Verordnung zum Schutz des Grundwassers (Grundwasserverordnung - GrwV). Diese Verordnungen setzen aktuell die Richtlinie 91/676/EWG (Nitratrichtlinie) in Deutschland um.

• AVV Gebietsausweisung
• Düngeverordnung 2020

Die Abgrenzung der Nitratgebiete nach der AVV GeA folgt einem schrittweisen Ansatz.

1. Zunächst werden die Grundwasserkörper ermittelt, die einen schlechten chemischen Zustand oder einen steigenden Trend hinsichtlich Nitrat aufweisen. Auch Grundwasserkörper mit nur einer landwirtschaftlich beeinflussten Messstelle und einer Nitratkonzentration > 50 mg/l oder > 37,5 mg/l und einem steigenden Trend, müssen berücksichtigt werden. Dazu kommen noch Einzugsgebiete von Trinkwasser- oder Heilquellenentnahmestellen, bei denen die o.g. Voraussetzungen vorliegen.
2. Die punktuell im Grundwasser gemessenen Nitratwerte werden durch ein mathematisches Verfahren (in Sachsen "IDW", siehe weiter unten) in die Fläche übertragen und es wurden Bereiche mit Nitratkonzentrationen > 50 mg/l sowie > 37,5 mg/l mit steigendem Trend ermittelt. Dieses Vorgehen wird als "Binnendifferenzierung" bezeichnet.
3. Daraus entstehen die so genannten Immissionsgebiete. Das sind Gebiete innerhalb von Grundwasserkörpern. Immission bedeutet, dass hier ein Eintrag höherer Stickstoffsalden wahrscheinlich ist, der zu einer Überschreitung der Grundwasserqualitätsnorm von 50 mg/l Nitrat führt. Ein modellierter feldblockbezogener Stickstoffsaldo spielt im Unterschied zur alten AVV 2020 keine Rolle mehr. Der tatsächliche feldblockbezogene Stickstoffsaldo spielt dabei ebenfalls keine Rolle.
4. Innerhalb dieser Bereiche wurden danach die landwirtschaftlichen Feldblöcke bestimmt. In die Ausweisung wurden nur die Feldblöcke übertragen die innerhalb der Flächen mit einer Überschreitung der Nitratkonzentration von 50 mg/l oder > 37,5 mg/l mit steigendem Trend liegen.

Die so genannte Nitrat-Fachkulisse umfasst 13847 Feldblöcke mit 185.044 ha. Dies entspricht ca.10 Prozent der Landesfläche von Sachsen bzw. 19ŒŒ,8 Prozent der landwirtschaftlich genutzten Fläche von Sachsen.

Das entspricht einer Vergrößerung von 54.435 ha (41,7 %) der landwirtschaftlich genutzten Fläche von Sachsen.

Flächenveränderungen ergeben sich aus verschiedenen Gründen:

1. Als Bewertungsgrundlage dienen die Grundwasserkörper nach EG-Wasserrahmenrichtlinie. Mit der Neuausweisung 2022 mussten neue Grundlagen berücksichtigt werden. 2021 waren die so genannten Bewirtschaftungspläne zu überarbeiten. Diese traten am 22.12.2021 im Kraft. Der Zustand der Grundwasserkörper in Sachsen hat sich ingesamt leicht verbessert, wobei auch drei Grundwasserkörper in den schlechten chemischen Zustand bei Nitrat neu eingestuft werden mussten.
2. Der Wegfall des Emissionsansatzes führt nun dazu, dass Feldblöcke in die Betrachtung einbezogen werden müssen, die vorher nicht betroffen waren.
3. Die Möglichkeit der Hinzunahme von Messstellen Dritter hat sich erheblich verbessert. So ist der Parameter Nitrit nun nicht mehr verpflichtend Teil des Untersuchungsspektrums. Es konnten 443 Messtellen, vorrangig von Wasserversorgungsunternehmen, aber auch von benachbarten Bundesländern als so genannte Zusatzmessstellen berücksichtigt werden. Dies hat wesentlich zur Verkleinerung der sonst durch Wegfall des Emissionsansatzes ca. doppelt so großen Nitratgebiete geführt.
4. Die Verbesserung der Nitratgehalte an einzelnen Messstellen hat auch zur Verkleinerung der Immissionsgebiete gegenüber der vorherigen Ausweisung geführt.

Binnendifferenzierung bezeichnet hier die Unterscheidung von mit Nitrat belasteten von unbelasteten Teilgebieten in einem Grundwasserkörper. Als Grundwasserkörper wird ein Grundwasservorkommen oder ein abgrenzbarer Teil eines Grundwasservorkommens bezeichnet. Die Ermittlung von mit Nitrat belasteten und unbelasteten Teilgebieten erfolgt anhand der Konzentrationsverteilung von Messwerten aus dem Grundwasser. Gemäß der Düngeverordnung ist die Ausweisung von Teilgebieten von Grundwasserkörpern als nitratbelastete Gebiete grundsätzlich möglich. Als nitratbelastete Gebiete wurden und werden in Sachsen nur diese binnendiffenzierten Gebiete verwendet, um entsprechende Maßnahmen effektiv zu platzieren.

Bereits die Düngeverordnung 2017 sah die Möglichkeit der Binnendifferenzierung vor. Sachsen hatte diese bereits mit der Ausweisung der nitratbelasteten Gebiete 2019 genutzt. Dabei wird das Verfahren "IDW" verwendet.

Unter Denitrifikation wird der sauerstofffreie (anaerobe) Abbau von Nitrat (NO₃⁻) über mehrere Zwischenstufen bis zum molekularen Stickstoff (N₂) bezeichnet. Dieser Vorgang ist bakteriell gesteuert und stellt für die Bakterien eine Möglichkeit der Energiegewinnung dar. Da diese Form der Energiegewinnung weniger effizient ist, als die über den Sauerstoff, findet die Denitrifikation im Grundwasser nur dann statt, wenn den Mikroorganismen für ihre Atmung kein Sauerstoff zur Verfügung steht. Die Denitrifikation ist die einzig bedeutsame Nitratsenke im Grundwasser.

Anhand der Gase Argon und Stickstoff kann ermittelt werden, wie viel des elementaren Stickstoffs aus dem Abbau von Nitrat stammt bzw. wie viel Nitrat vor der Denitrifikation im Grundwasser gewesen ist.

Das LfULG hat die Denitrifikationsleistung im Grundwasser erstmalig bestimmt. Aufgrund der noch nicht flächendeckenden Ergebnisse hat das LfULG diese noch nicht für die Gebietsausweisung 2022 herangezogen.

• Altersdatierung und Denitrifikation an Grundwassermessstellen Erste Ergebnisse der Denitrifikation im sächsischen Grundwasser

IDW bedeutet "Inverse Distanz Wichtung" und zählt zu den nach AVV GeA einsetzbaren deterministischen Regionalisierungsverfahren. Ziel dieses etablierten Verfahrens ist es, zwischen zwei oder mehreren vorliegenden Punktinformationen (Messwerte) eine Konzentrationsverteilung zu ermitteln, um flächenhafte Aussagen treffen zu können. Bei diesem Verfahren werden der Abstand der Messpunkte untereinander gewichtet und die Messwerte an den Punkten nicht verändert. Daher wird das Verfahren auch oft auch "stützstellentreu" bezeichnet.

Bei einer Regionalisierung mit dem Verfahren Inverse Distance Weighting (IDW) ist eine Messstellendichte von mindestens einer Messstelle je 50 Quadratkilometer bezogen auf die Landesfläche erforderlich. Das wird in Sachsen eingehalten. Gleichwohl ist zur genaueren Abgrenzung und zum Ausschluss unbelasteter Teilgebiete eine weitere Messnetzverdichtung erforderlich. Ferner ist die Verwendung deterministischer Regionalsierungverfahren nur bis Ende 2028 erlaubt.

Mit dem Ausweisungsmessnetz wird die Binnendifferenzierung vorgenommen.

Das sächsische Ausweisungsmessnetz enthält 521 Grundwassermessstellen. Dazu wurden aber noch 443 Zusatzmessstellen für die Interpolation verwendet.

Es wurden Nitratmesswerte aus dem Zeitraum 2018 bis 2021 (vier Jahre) verwendet.

Die Prüfung der Analysenergebnisse auf Messfehler und Messunsicherheiten findet im Rahmen der Qualitätssicherung in den Laboren der Betriebsgesellschaft für Umwelt und Landwirtschaft statt (u.a. Prüfung auf Ionenbilanzfehler, Verfahrensweise bei Messungenauigkeiten und Validierung der Messergebnisse gemäß Handbuch integriertes Management - IMS). Weiterhin werden die Analysenwerte bei der Datenübertragung in das Umweltinformationssystem des Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie auf Plausibilität geprüft. Durch beide vorliegenden Verfahren werden nicht plausible Messergebnisse ausgeschlossen.

Grundwassermessstellen, die nach einfacher und geophysikalischer Überprüfung sowie nach Kamerabefahrung nicht funktionsfähig waren, wurden nicht ins Ausweisungsmessenetz aufgenommen. Zudem wurden Messstellen mit Fremdwasserbeeinflussung, Überprägung durch punktuelle Einträge (Altstandorte, Deponien und Altdeponien), nicht bestimmtem oder bestimmbarem Grundwasserleiterkomplex sowie unvollständigem Analysenspektrum nicht bei der Ermittlung der mit Nitrat gelasteten Gebiete berücksichtigt.

Im Ausweisungsmessnetz sind auf Grund des regionalen Verteilungsmusters der Nutzungsstrukturen innerhalb von Sachsen auch Grundwassermessstellen mit anderen Landnutzungen außer ackerbaulicher Nutzung enhalten. Dies können sein: forstwirtschaftliche Nutzungen, Grünland, Siedlung und Verkehr. So sind u.a. auch im EUA-Messnetz, als ein Bestandteil des Ausweisungsmessnetzes, die Grundwassermesstellen gemäß der prozentualen Nutzungsverteilung von Sachsen vertreten.

Im interaktiven Datenportal iDA sind unter dem Fachthema Grundwasser alle Messstellen und die verwendeten Messwerte einsehbar. Dabei wird unterschieden in:

• Grundwassermessstellen: Alle Daten, Messwerte und Sachinformationen zu Grundwassermessstellen, unabhängig vom Messnetz
• Ausweisungsmessnetz 2022: Messstellen des Ausweisungsmessnetzes mit Darstellung der verwendeten Nitratstützwerte

• Zugang über Umwelt- und Datenportal iDA Thema: Grundwassermessstellen. Für historische Werte von nicht mehr betriebenen Messstellen kann in der Kartenanwendung über den Filter die Option "ohne Messnetz / Archiv" hinzugeschaltet werden.
• Grundwassermessstellen Für historische Werte von nicht mehr betriebenen Messstellen kann in der Kartenanwendung über den Filter die Option "ohne Messnetz / Archiv" hinzugeschaltet werden.

Dazu existieren verschiedene Datenplattformen. Die Zugänge sind jeweils hier aufgelistet:

• Zugang über Umwelt- und Datenportal iDA In diesem System werden die zugrunde liegenden Messstellen und weitere Fachdaten angezeigt.
• DIANAweb
• InVeKoS Online GIS

Das Landesmessnetz Grundwasser des Freistaates Sachsens wird regelmäßig durch den Neubau und Ersatz von Grundwassermessstellen erweitert und verbessert. Die geplanten Messstellen sollen insbesondere eine genauere Eingrenzung der Nitratbelastung des Grundwassers ermöglichen. Grundlage ist eine wasserwirtschaftliche Fachplanung und ortskonkrete Aufgabenstellung. Die künftigen Standorte (Umkreise der Vorplanung) können in der interaktiven Kartenanwendung iDA unter dem Thema Wasser, Grundwasser, Geplante Messstellen (Umkreise) eingesehen werden. In dem Layer werden 131 geplante Messstellen als Umkreise dargestellt, die bis 2024 gebaut werden sollen (Stand: 16.08.2021).

• iDA - Kartenthema Geplante Messstellen (Umkreise) Weitere Themen (z.B. Grundwassermessstellen) können hinzugeschaltet werden.