Untersuchung der stabilen Isotope des Stickstoffs und des Sauerstoffs an einem Waldstandort am Mühleggerköpfel zur Abschätzung der Belastung des Bodenwassers in einem Waldökosystem : Endbericht 06/2000

Seibersdorf

2000

70 S.

zahlr. Lit. Ang.

Bandaufführung

63159

Die in den Bodenprofilen beobachteten ð15N - Werte liegen in einem für weitgehend ungestörte Bodenprofile üblichen Bereich (GERZABEK et al. 1989). Die Abweichung isotopischer Meßwerte der Meßstellen 1 und 2 ist auf die hohe Varabilität in derartigen Forstökosystemen zurückzuführen (ENGLISH 1999). Die ð15N - Nitratwerte aus Niederschlagsproben weisen große Schwankungen auf, die auf einen Eintrag von Nitrat aus unterschiedlichen Quellen zurückgeführt werden können. Es besteht ein signifikanter Zusammenhang im Verlauf der ð15N - Nitratwerte von Kronendurchflußproben und WADOS Proben. Alle drei Niederschlagstypen (WADOS, RKD, RFF) könnten der selben Grundgesamtheit entstammen. Jahreszeitliche Schwankungen der ð15N - Nitratwerte in den Niederschlägen wurden beobachtet. Das Nitrat in den Niederschlägen wies in den Winterhalbjahren im Durchschnitt einen höheren Anteil an schweren N Isotopen auf als in den Sommerhalbjahren. Eine signifikante Verschiebung zu höheren ð15N - Nitratwerten war zwischen Oberflächenabfluß und Bodenwässern festzustellen. Dies kann auf Nitrifikationsprozesse aus der mit zunehmender Profiltiefe N-isotopisch immer schwerer werden organischen Substanz, und auf Leachingprozesse zurückgeführt werden. Bei einem Vergleich der ð15N - Nitratwerte des Oberflächenwassers mit den ð15N - Nitratwerten aus den Niederschlagsproben konnte kein signifikanter Zusammenhang im Verlauf festgestellt werden. Nitrifikationsprozesse an der Bodenoberfläche und weniger die Nitratdeposition scheinen daher hauptverantwortlich für die Herkunft des Nitrats im Oberflächenwasser zu sein. Isotopische Untersuchungen der Proben aus dem Schneelysimeter zeigen, dass es in der Schneeschicht und Schneeschmelze zu deutlichen Nitrifikationsprozessen (z.B. aus NH4+, N20 etc.) kommt. Somit kann festgestellt werden, dass nicht nur direkte atmosphärische Deposition sondern auch Nitrifikationsreaktionen bei der Schneeschmelze, bzw. innerhalb der Schneedecke zur isotopischen Zusammensetzung des schlußendlich am Boden auftreffenden Nitrates beitragen. Für weitergehende quantitative Aussagen über Umsetzungsprozesse in der Schneedecke wären noch die isotopische Messung anderer Stickstoffformen, insbesondere des NH4+ notwendig. Wegen der Komplexität der Stickstoffchemie des Bodens ist die Stickstoff -Isotopie zur Herkunftsunterscheidung des Nitrat-Austrages (Bodennitrifikation bzw. Depositions-Auswaschung) nicht immer ausreichend. Die Aussagesicherheit kann durch die zusätzliche Bestimmung des 180-Gehaltes im Nitratsauerstoff wesentlich erhöht werden, da sich die beiden oxidationsrelevanten Pools (Luftsauerstoff und Wasser) isotopisch um ca. 30 Promille unterscheiden (WASSENAAR, 1995). Eine derartige Abschätzung ergibt einen Bereich von 0 bis 15 % Anteil von Depositionsnitrat am Nitrat im Oberflächenabfluß. Damit kann der schon aus den ð15N - Nitratwerten qualitativ gezogene Schluß, dass der direkte Input von Nitrat aus den Niederschlägen wenig zum Gesamtauftreten von Nitrat im Oberflächenabfluß und Bodenwässern beiträgt, mit Hilfe der ð18O Abschätzungen unterstützt werden. In einem Lysimeterversuch wurde 15N-markiertes Nitrat als Tracer eingesetzt. Bis Anfang November 1998 wurden in Summe 52 % der applizierten N-Verbindung ausgewaschen. Die restlichen 48 % des applizierten Nitrats wurden durch Adsorption, Immobilisierung und biochemischen Reaktionen (Denitrifikation - Pflanzenaufnahme - Umsetzung zu Ammoniak und N20) anderen N-Kreisläufen zugeführt. In einer groben Abschätzung läßt sich aus den Isotopenmessungen folgende Nitratbelastung für das Sickerwasser aus der Nitrat Deposition an dem Standort Mühleggerköpfl ableiten: Zu 5-10 % des Nitrates im Oberflächenwasser stammt aus direkter Nitratdeposition. Vernachlässigt man die Umsetzung bei Eintritt des Oberflächenabflusses in den Boden, können 50 % (siehe Lysimeterversuch) des Nitrats ins Sickerwasser (60 cm Tiefe) gelangen. Damit würde max. 5 % des Nitrats im Sickerwasser aus direkter Deposition entstammen. Berücksichtigt man die Unsicherheit der Abschätzung (plus minus 5 %) und zusätzlich beim Eintritt in den Boden auftretende Denitrifikationsprozesse, so würde auch eine Verdopplung des Nitrateintrages aus Deposition kaum eine signifikante Erhöhung des Nitrats im Sickerwasser bewirken. Die im Rahmen dieses Projektes durchgeführte Analysen beschränkten sich auf die isotopische Zusammensetzung des Nitrates. Für eine genauere Abschätzung der N-Deposition am Nitrat im Grundwasser wäre auch die isotopische Erfassung andere wichtiger N-Quellen (z.B. NH4+) notwendig. Weitergehende Untersuchungen könnten die oben angeführte Abschätzung verbessern und helfen den Beitrag anderer N-Depositionsquellen zum Nitrat im Boden abzuschätzen.