N~hrstoff- und Schwermetallgehalte in BOden Originalarbeiten

Originalarbeiten I IIIII III I

Variationen der N ihrstoff- und Schwermetallgehalte in B6den Dargestellt an ausgewiihhen Regionen in Eifel und Hunsriick

Benno Rothstein 1., Dietmar Schr6der 2 und Klaus Isermann 3

1 Zukiinftige Technologien Consulting des VDI-TZ, Graf-Recke-Str. 84, D-40239 Dfisseldorf 2 Universitiit Trier, FB VI, Abteilung Bodenkunde, D-54286 Trier 3 Biiro fiir nachhaltige Landwirtschaft und Agrikultur, Heinrich-von-Kleist-Straf~e 4, D-67374 Hanhofen

* Korrespondenzautor: Dr. Benno Rothstein, Master of Environmental Sciences, European Institute for Energy Research (EIfER}, Electricit6 de France/UniversiQit Karlsruhe, Emmy Noether Str. 11, D-76131 Karlsruhe (benno.rothstein@eifer.org- www.eifer.uni-karlsruhe.de)

DOI: http://dx.doi.ore/10.1065/uwsf2003.04.055

Zusammenfassung

Dieser Beitrag untersucht die Variationen der N~ihrstoff- und Schwermetallgehalte in B6den ausgew/ihlter Regionen von Eifel und Hunsriick (Region Trier). Datengrundlage bildeten fiber 100.000 vorhandene Daten und eigene Untersuchungen auf Acker-, Griinland-, Weinbau- und Waldstandorten bei jeweils hoher und geringer Nutzungsintensidit. Die Bewertung der Niihrstoffgehalte fiir P und K erfolgte nach dem Leitfaden 'Sach- gerechte Diingung fiir Acker- und Griinland'. Zur Erstellung der Schwermetall-Vertei|ungskarten wurde eine r~iumliche Inter- polation der Daten mittels Kriging gew~ihlt. Die Ergebnisse lassen erkennen, &iss den B6den der Region Trier in der Vergangenheit erheblich zu viel Phosphor und Kalium zugefLihrt wurde - insbesondere bei den Weinbergsflfichen. Auf Ackerb6den hat die mineralische und organische Diingung ei- nen grogen Einfluss auf die Erh6hung der Schwermeta|lgehalte im Boden gehabt. Auf Wald- und Griinlandstandorten ist die Immission von schwermetallhaltigen St~iuben bedeutsam und auf Weinbergsb6den die Anwendung yon kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln. Die Nutzungsart iibt einen erheblichen Einfluss auf die Niihrstoff- und Schwermetallgehahe des Bodens aus, die Nutzungsintensitfit war dagegen weniger differenzie- rend. Um den anthropogenen Schwermetalleintrag in B6den generell zu reduzieren, sollten landnutzungsspezifische Minde- rungsstrategien erarbeitet werden. Die D/ingung ist z.B. auf den Bedarf der Pflanze zu beschr/inken, belastete Sekund/irrohstoff- diinger sind zu vermeiden und eine Vergleichbarkeit der Analy- tik ist zu gew/ihrleisten.

AbkOrzungen: AbfKlfirV: Kl/irschlammverordnung; BBodSchG: Bundes-Bodenschutzgesetz; BBodSchV: Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung; BMU: Bundesministerium fiir Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit; DiiV: Dfingeverordnung; EU: Europ~iische Union; K: Kalium; LABO: Bund-/L~inder- arbeitsgemeinschaft Bodenschutz; P: Phosphor; SFB: Sonder- forschungsbereich; UVM/LFU B.-W.: Ministerium fiir Umwelt und Verkehr/Landesanstalt fiir Umweltschutz Baden-Wiirttem- berg; VDLUFA" Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Un- tersuchungs- und Forschungsanstalten

Schlagw6rter: Bodenuntersuchungsstatistik; Hintergrundwerte; Kl~irschlamm; Landnutzungsvergleich; N/ihrstoffgehalt; sachge- rechte Diingung; Schwermetallgehalt; Vorsorgewerte

Abstract

Variations of Nutrient and Heavy Metal Contents in Soils- ~ e n t e d at Se~-,ed Regions in Eifat and Hunsrueck

This article i n v ~ s t ~ the variat;ams of nutriem (phospFamas (P) and potassium (K)) and heavy w~'~al, contents in soils. Tba~refore. sele~.ed ~ in Eifel and Huns~.mck ( region'around Ti"~r ) were examined. The database c-onsists of more than 100.000 existing measurements pbas own hnvestigations o n t h e ~ land use classes" - fiek~ grassland, viniculmral areas and forest - with regard to their in*,emities (conventional und biological). The evaluation:Of the mm'ient contents fo~ P and K was made using'fne manual 'ad- equate fertilization for field and grassland'. The creation of~eavy metal distribution traps is based on the Kn'ging method. In the past, soils in the region of Trier received a too large amount of P and K - especZally ha vinicultura! areas. Mineral and organic fertilization has a great influence on the heavy metal coments on farmland, The immission of d~st r withl-teavy wmt- als is i m p o r r z n t o i l forest and gras;qand locations. On vin-~yards the,me Of ~ u s , p t a n t protection agems is critical. The land use classes have had a substantial influence ~ea the nutrient and heavy metal contents of the soil. In contrast to this, the intensitie s

[ showedI~s dif~re~ces: In '~der to reduce the anthrolx, geniC ] ' ~ a c t or* h ~ w metals in soils, it is necessary to create specific [ ~Aucdam strategies for each hnd USe cl~Lss, For example the fertb

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I g ~ : ApprOpriate fertfliTafion; bacl~grotmd vaiue; differ- [ ences of lapg! use; heavy metal Contents nutrient content; pre- [ c a ~ o n V ~ sewage sludge; sol| ex2_~minationlstatisfic s [ ,,,,,

Einleitung

Bodennutzung geht mit Bodenver~inderungen einher. Davon macht der Bereich der N~ihrstoff- und Schwermetallgehalte im Boden keine Ausnahme. Neben der Landnutzung h/in- gen N/ihrstoffgehalte yon der Dauer der landwirtschaftli- chen Nutzung ab.

Bislang liegen aber nur wenige Arbeiten i~ber den Nfihrstoff- versorgungszustand einer ganzen Region vor, die die zeitli- che Entwicklung der Bodenn~ihrstoffgehalte auf unterschied- lich genutzten Fl~ichen beriicksichtigen. Dies h~ingt damit zusammen, dass in den letzten zehn Jahren verst~irkt Privat- labore Bodenuntersuchungen vorgenommen haben, und es

92 UWSF - Z Umweltchem Okotox 16 (2) 92 - 98 (2004) �9 ecomed verlagsges. AG & Co. KG, D-86899 Landsberg und Ft. Worth/TX �9 Tokyo �9 Mumbai * Seoul ~ Melbourne �9 Paris

Originalarbeiten N&hrstoff- und Schwermetallgehalte in B6den

keine koordinierende Stelle mehr gibt, die diese Daten sam- melt und auswertet. Daher wurde in der vorliegenden Arbeit die Vertei|ung der Phosphor (P)- und Kalium (K)- Gehalts- klassen ,con Acker-, Griinland- und Weinbergsb6den in der Region Trier (ehemaliger Regierungsbezirk Trier) in aufein- anderfolgenden Zeitintervallen gegeniibergestelh.

In der Vergangenheit wurden nutzungsbezogene Schwer- metallgehalte vielfach zu undifferenziert untersucht. Deswe- gen solhe sowohl die regionale Variation der Schwermetall- gehalte bei gleicher landwirtschaftlicher Nutzung und Nut- zungsintensit/it (intensiv genutzte Ackerb6den), also der Ein- fluss des Gesteins auf den Schwermetallgehalt des Bodens, dargestellt werden. Die Schwermetallgehaltsdaten stammen ebenfalls aus der Region Trier und wurden im Rahmen des SFB 522 'Umwelt und Region' erhoben.

Des Weiteren sollte der Einfluss der landwirtschaftlichen Nutzung und Nutzungsintensit/it auf den N/ihrstoff- und Schwermetallgehah des Bodens - bei ansonsten gleichen ge- ologischen Verhfihnissen- dargestellt werden. Die untersuch- ten Nutzungsarten waren Acker, Griinland, Weinbau und Wald bei jeweils hoher und geringer Nutzungsintensit/it. Dazu wurden Fl~ichen des Hunsriicks untersucht, die sehr einheitliche Substrat-/Bodeneigenschaften aufwiesen. Somit k6nnen Konzentrationenschwankungen im Zusammenhang mit der Nutzung betrachtet werden. Die Bewertung der N~ihrstoffgehalte erfolgte nach dem 'Leitfaden sachgerechte Diingung fiir Acker- und Griinland' und die Beurteilung der Schwermetallgehahe nach der BBodSchV.

1 Stand der Forschung

1.1 N~hrstoffe

P und K sind wesentliche Wachstumsfaktoren fi~r Pflanzen. Uberh6hte N~ihrstoffgehalte im Boden bedeuten ab~r zugleich die Gefahr hoher N/ihrstoffaustr/ige in die Umwelt (Pau Vall & Vidal 2002, Pommer .et al 2001, Behrendt et al. 1999)

und weisen gleichzeitig auf einen ineffizienten, ressourcen- zehrenden N~ihrstoffeinsatz in der Vergangenheit hin (Geier & K6pke 2000).

Aufgrund intensiver Beratung sind N/ihrstoffiiberschLisse in Deutschland generell zuriickgegangen- in Rheinland-Pfalz st/ir- ker als im Bundesdurchschnitt. Dies wird zum einen auf den verminderten Handelsdiingereinsatz und zum anderen auf eine Reduzierung des Viehbesatzes zuriickgefiihrt (Quirin et al. 1999, /ihnlich auch BMU 2002, Wiede 2000, Behrendt et al. 1999).

Nach Isermann & Isermann (1996) waren bereits in den 80er Jahren Ackerb6den mit P zu 65% (alte Bundesl/inder) bzw. 74% (neue Bundesl~inder) gut bis sehr gut versorgt. Bei K la- gen diese Werte bei 40% bzw. 82%. Trotz der im Allgemei- nen guten N/ihrstoffversorgung k6nnen regionale Unterschie- de auftreten. So stellte die rheinland-pf~ilzische Landesregierung 1984 fest, dass fiber zwei Drittel aller untersuchten rheinland- pf/ilzischen B6den (Acker, Griinland und Weinbau) die ange- strebten N~ihrstoffgehalte noch nicht erreicht haben (Ministe- rium fiir Landwirtschaft, Weinbau und Forsten 1984). Aus Bodenuntersuchungsergebnissen des VDLUFA geht hervor, dass Mitte der 90er Jahre in Deutschland 25-40% der Acker- fl/ichen den P-Gehaltsklassen D und E, also hoch bis sehr hoch, zuzuordnen waren (VDLUFA 2002). Im Waldzustandsbericht fiir Rheinland-Pfalz wird konstatiert, dass die Mehrzahl der bewerteten F1/ichen eine geringe P- und K-Versorgung bei Bu- chen und Fichten zeigt (Ministerium ftir Umwelt und Forsten Rheinland-Pfalz 2001). Da die Darstellung des N/ihrstoff- versorgungszustandes gr6f~erer R/iume wichtig ist, wird derzeit beim VDLUFA iiberlegt, die Bodenuntersuchungsstatistik auf Landes- und Bundesebene wieder einzufiihren.

1.2 Schwermetalle

Das Ausgangsgestein beeinflusst in hohem Mafle den Schwer- metallgehalt des Bodens. Die wichtigsten im Untersuchungs- gebiet vorkommenden bodenbildenden Gesteine und deren Schwermetallgehalte sind in Tabelle 1 dargestelh.

Tabelle 1: Mittlere naterliche Schwermetallgehalte (Gesamtgehalte) wichtiger bodenbildender Gesteine im Untersuchungsgebiet [mg/kg]

e ~ l ~ l : ~ l ~ . : h i c ~ :1 Ca,, , i r i ~ r : I , H g �9 [ Tonstein/Tonschiefer Ruppert & Schmidt 1987 0,13 90 45 0,45 68 22 95 DVWK 1988 0,30 90 50 0,40 70 20 100 AIIoway 1999 0,22 90 39 0,18 68 23 120 L6ss Ruppert & Schmidt 1987 0,20 75 18 0,15 27 20 60 UVM/LFU B.-W. 1994 37 17 29 26 57 LABO 1998 0,72 44 41 0,27 37 76 100 Kalkstein Rupped & Schmidt1987 0,16 11 4 0,03 15 5 23 DVWK 1988 10 4 20 10 20 AIIoway 1999

0,04 0,03 11

0,04 6 0,17 7 6 20

Sandstein Ruppert & Schmidt 1987 0,0X 20 X 0,0X 2 8 25 DVWK 1988 0,0X 30 X 0,03 2 7 15 AI I t~ t~y 1 QQQ N N~ ~N

BasaWGabbro Rupped & Schmidt1987 0,10 168 90 0,02 134 4 100 DVWK 1988 0,2 170 90 0,09 130 6 100

200 90 150 3 100 AIIoway 1999 0,13 0,01 X = keine Angabe

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N&hrstoff- und Schwermetallgehalte in B6den Originalarbeiten

Je nach Gestein werden die Vorsorgewerte nach BBodSchV (1999) teilweise iJberschritten. So weisen z. B. Tonstein und Schieferton hohe Gehalte an Zn, Pb und Cr auf.

Neben den geogenen sind v.a. die anthropogenen Schwer- metallquellen (atmogene Eintr~ige, Diingung, Pflanzenschutz- mittel, Abfallverwertung auf/in den Boden) von Bedeutung. In den letzten Jahren sind zahlreiche Untersuchungen zu ver- schiedenen Schwermetalleintragspfaden in den Boden vorge- nommen worden (z.B. Alloway 1999, Scheffer & Schacht- schabel 1998). Bei Untersuchungen von Bodenproben aus unterschiedlichen Tiefen sind die anthropogenen Schwerme- talle vorwiegend im Oberboden wiederzufinden.

Nutzungsbedingte Schwermetallgehalte sind zwar schon untersucht worden (z.B. Auf~endorf et al. 2000, Kanton Ba- sel-Landschaft 1993, speziell fiir die Region: Schmidt & Walter 1987). Allerdings fehlt es bei solchen Untersuchungen oftmals an weiteren Informationen (z.B. Art der Diingung, Ausgangsgestein, Intensit~it der Nutzung, Probeentnahme- tiefe), sodass vergleichbare nutzungsbezogene Aussagen nur bedingt m6glich sind.

2 Untersuchungsgebiete, Flfichennutzungsarten und -intensit~it

Das Untersuchungsgebiet der Fragestellung 'Variationen der N/ihrstoff- und Schwermetallgehalte in B6den' umfasste die Fl/ichen des Mosel-Saar-Gaus, des siidwestlichen HunsriJcks, der si~dwestlichen Eifel sowie des Moseltals von Palzem bis Reil (Region Trier). Der gr6t~te Teil dieser Region wird durch die Formationen des Unterdevons und stellenweise des Ober- und Mitteldevons gebildet. Vulkanische Gesteine treten v.a. als k~inozoische Vulkanite im Umkreis von Daun/Mander- scheid auf. Die Trier/Bitburger Mulde ist durch Trias-Sedimente gekennzeichnet, vereinzelt kommen terti/ire und quart~ire Ab- lagerungen vor. Als dominierende Ausgangsgesteine sind im Untersuchungsgebiet Schieferton, Basalt, basische Aschen, Sandstein, Kalkstein, Tonmergel nnd L6ss zu nennen.

Die Untersuchungsfliichen der Fragestellung 'Einfluss der landwirtschaftlichen Nutzung und Intensit/it' waren auf die Schieferverwitterungsb6den des siidwestlichen Hunsriicks beschr~inkt und bildeten somit eine Teilmenge des ersten Untersuchungsgebietes. Bei jeder Nutzungsart wurde zwi- schen zwei Intensit~iten unterschieden: Bei Acker, Griinland und Weinbau wurden konventionelle (intensiv) und biologi- sche (Okolandbau) Bewirtschaftungen und bei Wald Fich- ten- und Laubwaldkulturen miteinander verglichen.

3 Datenmaterial und Untersuchungsmethoden

Der Datensatz zum N~ihrstoffversorgungszustand der B6den beinhaltete N~ihrstoffgehalte von rund 45.400 Acker-, 13.700 Griinland- und 44.800 Weinbergsstandorten (alle 0-30 cm Beprobungstiefe) der Region Trier. Alle zur Verfiigung ste- henden Daten sind in den Jahren 1983 bis 2002 im Rahmen des ~ 3 AbfKl~irV (1992) oder des ~ 4 DiW (1996) erhoben worden und stammten sowohl von intensiv als auch von biologisch bewirtschafteten Fl/ichen. Die pflanzenverfiig-

baren P- und K-Gehalte (als P2Os und K20 angegeben) wur- den in Calcium-Acetat-Lactat-Extrakten (CAL) gemessen. Der Datensatz wurde in die folgenden Gruppen aufgeteilt: 1983-1988, 1989-1994, 1995-2000, 2000-2001. Ein sechs- j~ihriger Zeitintervall ist u.a. deswegen sinnvoll, well die Di~V (1996) mindestens alle sechs Jahre Bodenuntersuchungen vor- schreibt. Anschliet~end erfolgte eine Sortierung der Gehalts- klassen (A -- sehr niedrig, B -- niedrig, C = anzustreben; D = hoch, E -- sehr hoch) sowie die Darstellung ihrer prozentua- len H/iufigkeit in S~iulendiagrammen.

Der Datensatz zum Einfluss der Geologie auf den Schwerme- tallgehalt beinhaltete etwa 2300 GPS-verortete Schwermetall- Daten (K6nigswasseraufschluss) der Ackerkrume (0-30 cm), die im Rahmen des ~ 3 AbfK1/irV (1992) erhoben wurden. Daraus wurden mit Hilfe des Krigings Karten zur r~iumli- chen Verteilung fiir jedes Schwermetall erstellt und anschlie- fiend miteinander verschnitten. Zur Vereinfachung wurden pH-Werte >6, die Bodenart Lehm/Schluff und ein Humus- gehalt <8% vorausgesetzt.

Bei der Untersuchung zu den nutzungs- und intensit/its- bedingten Einfliissen wurden N~ihrstoff- und Schwermetall- gehalte in unterschiedlichen Tiefen ermittelt. Die Gesamt- gehalte an P, K und Schwermetallen wurden nach dem Druck- bombenaufschlusssystem nach Berghof (Heinrichs et al. 1986) gemessen. Um die Schwermetallgehalte der B6den hinsichtlich ihrer Umwehrelevanz (biologischen Verfiigbar- keit) beurteilen zu k6nnen, wurden die mobilit~itsbestim- menden Faktoren wie pH-Wert, Corg- und der Tongehalt bestimmt. Bei den Ackerfl/ichen betrug die F1/ichenanzahl bei konventioneller und biologischer Bewirtschaftung jeweils vier, bei den iibrigen Nutzungen und Intensit~iten jeweils zwei.

4 Ergebnis

4.1 Nfihrstoffgehalte

Abb. 1 und 2 zeigen die prozentuale Verteilung der N/ihrstoff- Gehaltsklassen bei Acker-, Griinland- und Weinbergsb6den.

Bei allen Fl/ichennutzungen in s~imtlichen Zeitintervallen ist der Anteil der Klassen D und E bei K h6her als bei P. Bei den Ackerfl~ichen fand eine (erwiinschte) Nivellierung der Stand- ortverMltnisse statt - d.h., der Anteil der mittel und gut versorgten Klassen (C, D) hat im Laufe der letzten beiden Jahr- zehnte zugenommen, der der iiberversorgten (Klasse E) hat abgenommen. Besonders bei P ist ein Riickgang der Gehalts- klasse E zu Gunsten von C zu verzeichnen gewesen - die riickl~iufige Verwendung des P und die bedarfsgerechtere DiJngung sind die Ursachen (Pau Vail und Vida12002). Dies kann als ein Schritt in Richtung nachhaltigere Landwirtschaft gewertet werden. Bei den Griinlandfl/ichen ist das Bild/ihn- lich. Weinbergsb6den sind dagegen immer noch deutlich iJberversorgt. Dies h~ingt mit einer, in Relation zum gerin- gen Entzug, deutlich iiberh6hten Diingung zusammen. Die- ser geringe Entzug resultiert daraus, dass ein gro6er Teil der N~ihrstoffe dem Boden wieder fiber Bl~itter, Schnittholz und Traubentrester zugefiJhrt wird. Zudem wurden Weinbergs- b6den jahrhundertlang, auch zur Erh6hung der Wasserspei- cherf~ihigkeit, stark organisch gediJngt.

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O r i g i n a l a r b e i t e n N b . h r s t o f f - u n d S c h w e r m e t a l l g e h a l t e in B 6 d e n

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1983..88 1989-94 1995-00 2001-02 1995-00 2001-02 1993-94 1995-00 2001-02

n : 5 7 3 n : 4 8 5 1 n : 2 1 6 6 8 n : 1 8 3 1 4 n = 6 7 6 4 n = 6 9 7 5 n = 4 1 n=38213 n = 8 5 6 8

Acker Gri~nland Wein

Abb. 1: Entwicklung der prozentualen Verteilung der P2Os-Gehaltsklassen in der Region Trier

t00%

[ ] 25~

10% - - ~9{ 1 2 0% : ': :~ 52 ~ 3 ~ 2 9 11 2 t

1983-88 1989-94 1995-00 2001-02 19954)0 2001-02 1993-94 1996-00 2001-02

n = 5 7 3 n=4851 n=21880 n=18314 n = 6 7 6 4 n = 6 9 7 5 n = 4 1 n=38213 n = 8 5 6 8

Acker Griinlarld Weir)

Abb. 2: Entwicklung der prozentualen Verteilung der K20-Gehaltsklassen in der Region Trier

In Abb. 3 sind die durchschnittlichen P2Os - und K20-Ge- halte bei verschiedenen Landnutzungsformen und Tiefen [cm] dargestelh.

Die KzO-Gehahe der bio.logisch bewirtschafteten Ackerfl~i- chen waren signifikant niedriger als die der konventionellen Varianten. Auf den Griinland- und Weinbergsfl/ichen waren dagegen die K20-Gehahe der biologischen Varianten h6her. Dies lietg sich allerdings nicht statistisch absichern und ist

wahrscheinlich auf die konventionelle Vornutzung zuriick- zuffihren. Auff/illig waren auch hier die insgesamt hohen K20-Gehahe im Weinbau. In den untersuchten Waldfl~ichen lieflen sich keine Unterschiede bei K20-Gehalten zwischen Nadel- und Laubwald feststellen.

Bei den PaOs-Gehalten ergab sich auf den Ackerflfichen ein uneinheitliches Bild. W/ihrend alle vier biologisch und zwei der vier konventionell bewirtschafteten Ackerfl~ichen mitt-

60

50

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Abb. 3: Durchschnittliche P2Os-Gehalte und K20-Gehalte [rag/100g; CAL] bei verschiedenen Landnutzungsformen und Tiefen [cm]; Acker: n jeweils 4; alle ~brigen Nutzungen: n jeweils 2

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lere Gehahsklassen aufwiesen, lagen die verbleibenden zwei konventionell bewirtschafteten Ackerfl~ichen deutlich dariiber. Beim Gri~nland waren die P2Os-Gehalte bei beiden Varian- ten in etwa gleich. Beim Weinbau wiesen die extensiven Va- rianten auch hier etwas h6here Werte auf als bei konventio- neller Nutzung, wobei bei beiden Intensit~iten das Niveau als vergleichsweise hoch einzusch~itzen ist. Auch hier diirfte die Vornutzung Spuren hinterlassen haben. Bei den Wald- fl~ichen lief~en sich beim P2Os keine Unterschiede von Laub- zu Nadelwald feststellen. Bei den Weinbergsb6den sind die h6heren K/O-Gehalte, und z. T. auch P2Os-Gehahe, des Un- terbodens im Vergleich zum Oberboden auff~illig. Dies h~ingt zum einen mit dem Rigolen zusammen, das einen h6heren Skelettanteil im Oberboden und einen gr6geren Feinerdean- teil im Unterboden bewirkt und zum anderen damit, dass die aus dem Oberboden ausgewaschenen N/ihrstoffe dort gebunden worden sind.

Grunds/itzlich liet~ sich bei den N~ihrstoffgesamtgehalten die gleiche Relation wie bei den CAL-Gehalten beobachten. Dies bedeutet also, dass die Fl/ichen, die hohe verfiigbare P2Os - bzw. K20-Gehalte aufwiesen auch gleichzeitig hohe P- bzw. K-Gesamtgehalte verzeichneten. Dies traf besonders auf Wein- bergsfl~ichen zu. Somit kann davon ausgegangen werden, dass diese Fl~ichen schon seit langer Zeit iiberversorgt sind.

4.2 Schwermetallgehalte

Das Untersuchungsgebiet liefl sich nach seinen Schwerme- tall-Gesamtgehalten in drei Regionen einteilen: Vulkaneifel und Hunsrtick mit vergleichsweise hohen und die Triasmulde/

Wittlicher Senke mit relativ geringen Schwermetallgehalten. Die Vulkaneifel hat sich durch verh/iltnism~it~ig hohe Werte der Schwermetalle Kupfer, Chrom und Nickel ausgezeich- net. Dies ist auf die geogene Belastung durch die Ausgangs- gesteine Tonstein, Basalt und Gabbro zuriickzufiihren. Die vergleichsweise hohen Gehahe an Zink und Chrom im Hunsrtick entstammen dem Ausgangsgestein Tonstein. Die Ablagerungen des Perms in der Wittlicher Senke sowie die mesozoischen Sedimente der Triasmulde wiesen verh~iltnism~i- f~ig geringe Schwermetallgehalte auf. Eine Ausnahme bildeten die Bereiche des Keupers mit relativ hohen Gehalten an Ni- ckel, Chrom und Kupfer. In Abb. 4 sind die F1/ichen schwarz eingezeichnet, bei denen der Vorsorgewert fiir Lehm/Schluff fiir mindestens ein Schwermetall iiberschritten wurde.

Somit sind die Schwermetallgehalte der Ackerfl/ichen der Region Trier gr6f~tenteils 'naturbedingt' (gem/if~ 59 Abs. 2 BBodSchV 1999) und nicht durch Kl~irschlamm-Gaben oder andere anthropogene Eintr~ige verursacht (Rothstein et al. 2001). Die derzeit zul/issigen Schwermetallgehalte fiir K1/ir- schlamm nach AbfKl~irV (1992) werden in der Region Trier, wie aus der Abb. 1 folgt, zumeist deutlich unterschritten, sodass nicht yon einer gravierenden Schwermetallanrei- cherung durch Kl~irschlamm-Applikationen ausgegangen werden kann. Lediglich bei Zink k6nnten seine geogen be- dingten Gehalte durch Kl~irschlamm, schwermetallhahige Diinger oder durch die Abnutzung von verzinkten Arbeits- geriiten anthropogen erh6ht worden sein.

Die 'LABO-Hintergrundwerte' fiir Rheinland-Pfalz (Hauen- stein et al. 1996 zitiert in LABO 1998) wiesen gegeniiber den im Rahmen dieses Projektes ausgewerteten Schwer-

Legende ~ Ackerfl&che; Vorsorgewert unterschritten

m Ackerfl~,che; Vorsorgewert 0berschritten

I ~ sonstige Fl&chen

nicht erfasst

Geobasisdaten �9 Landesvermessungsamt Rheinland-Pfalz - 06.10.2000 Az.: 26 722-1.11

Abb. 4: Uberschreitung yon Vorsorgewerten nach BBodSchV for Schwermetalle in der Region Trier

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Abb. 5: Mittlere Schwermetallgehalte unterschiedlich landwirtschaftlich genutzter Fl&chen in 0-30 cm Tiefe; Acker: n jeweils 4; alle Gbrigen Nut- zungen: n jeweils 2

metallgehalten bei den pleistoz/inen (16ssbeeinflussten) Aus- gangsgesteinen drastisch h6here Bleigehalte und bei den de- vonischen Ausgangsgesteinen deutlich h6here Kupfergehalte auf. Dies 1/isst sich dadurch erkl/iren, dass bei den 'LABO- Hintergrundwerten' keine Nutzungsdifferenzierung vorge- nommen wurde. Gerade die Nutzungsart, wie aus Abb. 5 ersichtlich, beeinflu~st in starkem Mat~e die Schwermetall- gehalte des Oberbodens (0-30 cm). Im Falle der pleistoz/inen Sedimente kann die Dominanz der Waldnutzung und fiir die devonischen Gesteine die Dominanz des Weinbaus bei der Berechnung des 90. Perzentils frir die Erh6hung der entspre- chenden Gehalte als Begrrindung herangezogen werden.

Abb. 5 zeigt, dass bei den Schwermetallgehalten mit Aus- nahme von Kupfer im Weinbau kein Unterschied zwischen biologischer und konventioneller Bewirtschaftung bestand. Somit hatte die Intensitfit der landwirtschaftlichen Nutzung nur einen geringen Einfluss auf den Schwermetallgehalt. S/imtliche Schwermetallgehalte der eigenen Untersuchungen von Ackerflfichen stimmten mit den Gehalten des externen Datensatzes frir den Bereich Hunsrrick riberein.

Deutliche bewirtschaftungsbedingte Unterschiede zeigten sich bei Zink: Ackerfl/ichen wiesen erh6hte Zinkgehalte auf, die riber Wein, Grrinland und Wald bis auf das Normalniveau abnahmen. Wiihrend bei den letzteren Nutzungsart von geo- genen Zinkgehahen ausgegangen werden konnte, waren die Gehalte der Ackerfl/ichen teilweise anthropogen bedingt. Dies zeigte sich daran, dass die Gehalte oberfl~ichennah in beiden Intensit~itsstufen erh6ht waren. W~ihrend bei den kon- ventionellen Fl~ichen sowoh[ Grille als auch Kl/irschlamm- applikationen zur Anreicherung gefrihrt haben, war bei den biologischen Fl/ichen vornehmlich die Grilleaufbringung frir die erh6hten Gehahe verantwortlich.

Beim Blei waren die Gehalte bei Acker und Wein geringer als bei Grrinland und Wald. Diese Akkumulation 1/isst sich auf die Ausk/immung von Feinst/iuben durch die Vegetation zu- rrickfrihren, die bei Wald und Griinland am h6chsten ist (~hn- lich auch UVM/LfU B.-W. 1994, LABO 1998, Europfiische Kommission 2000). Die Abnahme der Gehalte mit der Tiefe lie6 sich z.T. auch durch die organische Substanz erkl/iren, die als Bindungspartner anthropogener Bleiemission fungiert.

W~ihrend bei Kupfer die Gehalte auf Acker-, Grrinland- und Waldfl/ichen als 'normal' eingestuft werden konnten, waren sie auf den Weinbergsfl~ichen stark riberh6ht. Beide Inten- sit~iten wiesen einen ausgepr/igten Tiefengradienten auf, so- dass eindeutig auf langj~ihrige, anthropogene Eintr~ige (kupfer- haltige Spritzmittel) geschlossen werden konnte.

Anhand der eigenen Untersuchungen zur Schwermetallkon- zentration liefl sich best/itigen, dass auf den mit Klfirschlamm beaufschlagten konventionellen Ackerfl/ichen keine h6heren Schwermetallgehalte als auf den mit Wirtschaftsdringern gedringten biotogischen Ackerfl/ichen zu finden sind. Den nutzungsbedingten, also anthropogen angereicherten Schwer- metallen stehen vergleichsweise hohe Humus- und Ton- gehalte gegenriber, sodass nicht von einer Gef/ihrdung durch Schwermetallaustrag ausgegangen werden muss. Eine ange- passte Kalkung der Wald- und Weinbergsstandorte ist den- noch zu empfehlen - bei den Waldstandorten aufgrund der niedrigen pH-Werte und bei den Weinbergsstandorten we- gender geringeren Tongehalte.

5 Sch lussfo lgerungen , E m p f e h l u n g e n und Ausb l ick

Seit Intensivierung der N~ihrstoffuntersuchungen und der daraus resultierenden angepassten Diingung hat der Anteil der riberversorgten Ackerfl/ichen abgenommen. Somit sind erste Fortschritte erzielt worden. Die fundierte Ermittlung des Dringebedarfs ist unverzichtbar fiir eine gute fachliche Praxis in der Landwirtschaft. Dringema6nahmen diirfen je- doch nicht nur dem unmittelbaren Ziel der Pflanzenern~ih- rung dienen, sondern sie mrissen auch den Boden- und Sicker- wasserschutz berricksichtigen.

Daher wird es auch weiterhin n6tig sein, den P-Austrag riber Bodenerosion zu minimieren. Dazu bieten sich eine redu- zierte, zeitlich angepasste Dringung, eine bessere Ausnutzung und Verteilung der Wirtschaftsdringer, eine reduzierte Bo- denbearbeitung und eine vielf/iltige Fruchtfolge mit l~inge- rer Bodenbedeckung an.

Auf Weinbergsfl/ichen besteht aufgrund der hohen P-Gehal- te in Verbindung mit einem hohen Erosionsrisiko (insbeson- dere bei Steillagen) nach wie vor die Gefahr der P-Eutrophie- rung der Oberfl/ichengew~isser (und des Grundwassers). Daher ist es sehr ratsam, dass im Weinberg erosionsmindernde Matg- nahmen durchgeffihrt werden. Eine M6glichkeit sind beispiels- weise die vielfach bereits erfolgten Begrrinungen der Rebgassen. Diese Magnahme mindert allerdings, aufgrund der Wasser- konkurrenz, den Traubenertrag (VDLUFA 1996). Hier mriss- te der Staat lenkend eingreifen, indem er einen finanziellen Ausgleich bei Ertragseinbugen gew/ihrt. Dafrir werden exter- ne Kosten (z.B. grinstigere Wasseraufbereitung in Wasserwer- ken oder Behebung von Folgesch/iden der P-Eutrophierung in der Landschaft) verringert.

Die ermittelten Schwermetallgehahe stellen keine akute Ge- fahr dar. Die Ergebnisse haben dennoch best/itigt, dass For- derungen zur Minimierung weiterer Stoffeintr/ige in den Boden gerechtfertigt sind. Dies ist besonders frir die Region Trier wichtig, da hier bereits geogen bedingt die Vorsorge- werte erreicht werden k6nnen und niedrige pH-Werte vor- herrschen. Allerdings erscheint es auch sinnvoll, die geogenen

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N&hrstoff- und Schwermetallgehalte in B6den Originalarbeiten

Grundgehalte bei der Bewertung der Bodenbelastung st~ir- ker zu beriicksichtigen - z. B. durch eine Ausweisung von Bodenbelastungsgebieten.

Die Nutzungsart hat einen erheblichen Einfluss auf die Schwer- metallgehalte des Bodens ausgeiibt. Die Nutzungsintensit/it wirkte dagegen, aufger bei Kupfer auf Weinbergsfl/ichen, we- niger differenzierend. Der anthropogene Schwermetalleintrag in B6den ist grunds~itzlich zu reduzieren. Hierzu sollten land- nutzungsspezifische Minderungsstrategien erarbeitet werden, z.B. weniger Kupfer ins Futter, weniger Kupfer im Biolandbau, Grenzwerte fiir Schwermetalle in Mineraldiingern.

Da erh6hte N~ihr- oder Schadstoffgehalte nicht mit der Bewirt- schaftungsintensit/it erkl/irt werden konnten, sollten Uber- priifungen und Bewertungen der Umweltvertr/iglichkeit an- hand von Indikatoren (z.B. Schadstoff- und Niihrstoffgehalt der B6den) erfolgen, nicht aber anhand von Bewirtschaf- tungsintensit~iten (konventionell/biologisch).

Hieraus leitet sich auch die Frage ab, auf welche Weise der Staat aufgerhalb des Ordnungsrechts steuernd eingreifen kann. Eine M6glichkeit w/iren marktwirtschaftliche Instru- mente. So zeigen neueste Untersuchungen aus der Schweiz, dass 'Okomaflnahmen' (Honorierung 6kologischer Leistun- gen) zu einer Reduktion der landwirtschaftsbedingten N~ihrstoffbelastung fiihren (Braun 2001, Griinig & Prasuhn 2001, Anonym 2001). Fiir den Fall, dass der Staat ein An- reizsystem fiir den Einsatz solcher '(3komaflnahmen' schafft, k6nnten weitere Fortschritte schnell erreicht werden.

Die Darstellung des N~ihrstoffversorgungszustandes gr6fle- rer R~iume ist wichtig. Daher wird derzeit beim VDLUFA iiberlegt, die Bodenuntersuchungsstatistik auf Landes- und Bundesebene wieder einzufiihren. Die EU hat die Notwen- digkeit, Schwermetalldaten auf vergleichbarer Basis zu er- he.ben, erkannt und arbeitet derzeit an einer Verbesserung der methodischen Vorgaben.

I1 Danksagung. FOr die Bereitstellung des Datenmaterials sei der Firma | Agrolab, der SLVA Trier sowie dem Raiffeisen-Service Waren recht herz- I lich gedankt.

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Eingegangen: 3. Juli 2002 Akzeptiert: 15. April 2003

OnlineFlrst: 16. April 2003

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