Kriterien der Belastung der Landschaft durch die Bodennutzung: Maßstäbe für die Belastbarkeit

343 Pages·1979·7.36 MB·German

by  Dipl.-Ing. agr. Peter Ditter

FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Nr. 2828/Fachgruppe Umwelt/Verkehr
Herausgegeben vom Minister für Wissenschaft und Forschung
Dipl. -Ing. agr. Peter Ditter
Dr. agr. Konrad Mollenhauer
Dipl. -lng. agr. Gabriele Heger
Dipl. -Geogr. Volker Sokollek
Prof. Dr. Botho Wohlrah
Institut für Landeskultur der Justus-Liebig-Universität Gießen
Kriterien der Belastung
der Landschaft durch die Bodennutzung
Maßstäbe für die Belastbarkeit
EXrRA
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Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 1979
C.!P-Kurztite1aufnahme der Deutschen Bib1iothek
Kriterien der Be1astung der Landschaft durch
die Bodennutzung : Hassstäbe für d. Be1astbar
keit / Peter Ditter •••
(Forschungsberichte des Landes Nordrhein
Westfa1en ; Nr. 2828 : Fachgruppe Umwe1t,
Verkehr)
ISBN 978-3-531-02828-6 ISBN 978-3-322-88120-5 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-88120-5
NE: Ditter, Peter [MitarbJ
© 1979 by SpringerFachmedien Wiesbaden 1979
Ursprünglich erschienen bei Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen 1979
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ISBN 978-3-531-02828-6
n h a 1 t Seite
Einführung und Zielsetzung (S. 1 - 30)
(von K. Mollenhauer und B. Wohlrab)
1.1 Allgemeine Einordnung des Themas
1.2 Begriffe und thematische Abgrenzung 2
1.2.1 Belastung und Belastbarkeit 2
1.2.2 Landschaft - Naturhaushalt 8
1.2.3 Bodennutzung 9
1.3 Räumliche Abgrenzung 11
1.4 Modelle als Hilfsmittel der Landschaftsökologie 13
1.4.1 Modelldarstellungen in der Landschafts- und
Ökosystemforschung 13
1.4.2 Darstellung des Grundmodells für die weitere
Behandlung der Landschaftsbelastung 16
1.4.2.1 Kompartimentierung 16
1.4.2.2 Quantifizierung der Flüsse 19
1.4.2.3 Weitere Erläuterungen zu den Mode 11 en 20
1.5 Literatur 27
2 Wirkungen der Bodennutzung auf den Landschaftswas
serhaushalt in mengenmäßiger Hinsicht (S. 31 - 116)
(von B. Wohlrab und V. Sokollek) 31
2.1 Das System .. Vegetation - Boden" im l~asserhaushalt 31
2.1.1 Einflüsse der Vegetationsdecke auf den Wasser-
haushalt 32
2.1.1.1 Niederschlagshöhe 32
2.1.1.2 Interzeptionsverdunstung und Bestandesniederschlag 34
2.1.2 Wasserhaushalt im Bereich der Bodenoberfläche
und im Wurzelraum terrestrischer Böden 39
2.1.2.1 Infiltration, Oberflächenabfluß und Bodenwasser-
abfluß 43
2.1.2.2 Tra~spiration 45
2.1.2.3 Sickerwasserabfluß 49
2.1.3 Der Wasserhaushalt hydromorpher Böden 61
2.2 Zur Quanti fizi erung der l~asserhausha 1t skomponenten
in einer Modell-Darstellung 67
2.2.1 Flachland 69
IV
2.2.1.1 Böden ohne Grundwasseranschluß 70
2.2.1.2 Böden mit Grundwasseranschluß 82
2.2.2 Mittelgebirge 87
2.2.2.1 Terrestrische Böden in Plateaulagen 88
2.2.2.2 Terrestrische Böden in Hanglagen 94
2.2.2.3 Staunasse Böden 98
2.3 Zusammenfassende Beurteilung des Einflusses ver
schiedener Kulturpflanzenbestände auf den Gebiets
wasserhaushalt und seine daraus abzuleitende Be
lastung sowie Belastbarkeit durch die Bodennutzung 104
2.4 Literatur 109
3 Wirkungen der Bodennutzung über die Freisetzung und
Zufuhr von Nährstoffen auf den Landschaftshaushalt,
dargestellt am Beispiel der Belastung von Grund
und Oberflächenwasser (S. 117 - 258)
(von G. Reger) 117
3.1 Belastung des Grundwassers mit Stickstoffver-
bindungen 118
3.1. 1 Grenz- und Richtwerte aus medizinischer Sicht 118
3. 1. 2 Faktoren, die die Stickstoff-Auswaschung beein-
flussen 123
3.1. 2.1 Vegetation 124
3. 1. 2. 2 Wasserleitfähigkeit 131
3.1.2.3 Bodenvorrat 135
3.1.2.3.1 Mineralisierung des organisch gebundenen N 136
3.1.2.3.2 Priming-Effekt 141
3. 1.2.4 Denitrifikation 147
3.1.2.5 Ammoni akverfl üchti gung 154
3.1.2.6 N-Düngung 157
3.1.2.7 N-Auswaschung und Bewässerung 162
3.2 Belastung der Oberflächengewässer mit Stick-
stoffverbindungen 164
3.2.1 Direkte Befrachtung durch Abschwemmung und
Bodenabtrag 164
3.2.2 Gesamtbefrachtung der Oberflächengewässer 169
3.3 Bilanz des Ein- und Austrags von N auf Nutzflächen 175
3.3. 1 Eintrag über Niederschläge 176
3.3.2 Eintrag über N-bindende Mikroorganismen 178
V
3.3.3 Eintrag über mineralische und organische Dünge
mittel 179
3.3.4 Austrag über Pflanzenentzug 184
3.3.5 Beispiele für Bilanzen 187
3.3.6 Zur Übertragung von Bilanzwerten in ~1odell e hin
sichtlich der Gewässerbelastung, Verlagerungs
mechanismen 202
3.3.7 Modelldarstellungen 211
3.4 Oberblick über die Belastung der Gewässer mit
anderen Nährstoffen 231
3.4.1 Phosphor 231
3.4.2 Ka 1i um, Na tri um 235
3.4.3 Calcium, Magnesium 236
3.4.4 Chlorid, Sulfat 237
3.4.5 Modell-Betrachtung zu den in 3.4.1 bis
3.4.4 behandelten Elementen 239
3.5 Literatur 241
4 Belastung und Belastbarkeit der Landschaft am Bei
spiel von Schwermetallen (S. 259- 331)
(von P. Ditter) 259
4.1 Grundsätzliches über die Herkunft der Schwer-
metalle 259
4.2 Schwermetallbelastung der Landschaft 263
4. 2. 1 Natürliche Schwermetallgehalte der Landschafts-
faktoren Boden und Vegetation 263
4.2.2 Schwermetallanreicherung in der Landschaft 265
4.2.2.1 Durch Luftverunreinigungen hervorgerufene Schwer-
metallbelastungen der Landschaft 265
4.2.2.1.1 Schwermetallbelastung der Landschaft durch
NE-Meta 11 stäube 265
4.2.2.1.2 Schwermetallbelastung der Landschaft durch Verkehr 270
4.2.2.1.3 Schwermetallbelastung der Landschaft durch Ver-
brennung fossiler Brennstoffe 274
4.2.2.1.4 Großräumige Auswirkungen der Belastung der Atmo-
sphäremit Schwermetallen 275
4.2.2.2 Schwermetallbelastung der Landschaft durch Ab-
fallprodukte 276
4.2.2.3 Schwermetallbelastung der Landschaft durch Dünge-
mittel 280
4.2.2.4 Schwermetallbelastung der Landschaft durch
schwermetallhaltige Fungizide 283
VI
4.2.2.5 Zusanmenfassung 284
4.3 Verbleib der Schwermetalle in der Landschaft 289
4. 3.1 Schwermetalle in der Vegetation (Abb. 4.1) 290
4.3.2 Schwermetalle im Bereich der Bodenoberfläche
(Abb. 4.1) 291
4.3.2.1 Einfluß der Bodenreaktion (pH) auf die Schwer
metallmobilität 292
4.3.2.2 Mobilität der einzelnen Metalle im Boden 293
4.3.2.3 Schwermetallverlagerung durch Bodenbearbei
tung (B) (Abb. 4.1) 295
4.3.2.4 Oberflächenhafte Verlagerung der Schwermetalle
(V ) ( Abb . 4 . 1) 295
0
4.3.3 Schwermetalle in der Rhizosphäre, Schwermetall
aufnahme durch die Pflanzen (Abb. 4.1) 297
4.3.4 Schwermetalle im undurchwurzelten Bodenbereich
(Abb. 4.1) 301
4.3.5 Schwermetalle im Grundwasser (Abb. 4.1) 301
4.3.6 Abschlußbetrachtung zum Grundmodell (Abb. 4.1) 302
4.4 Modellhafte Darstellung der Verlagerung von
Schwermetallen auf verschiedenen Standorten
(Abb. 4.2- 4.8; Legendes. S.286- 288) 310
4.4.1 Schwermetallverlagerung in Sandböden
(Abb. 4.2 - 4.4) 311
4.4.2 Schwermetallverlagerung in Lehmböden
(Abb. 4.5 - 4.8) 312
4.5 Belastbarkeit der Landschaft mit Schwermetallen 314
4. 5.1 Schwermetallgrenzwerte in Böden 315
4.5.2 Schwermetallgrenzwerte in Siedlungsabfall
produkten 316
4.5.3 Verringerung der Schwermeta 11 be 1a stung aus der
Atmosphäre 319
4.6 Zusanmenfassung 320
4.7 Literatur 321
5 Anhang (zu Kapitel 2) 333
- 1 -
1 Einführung und Zielsetzung
von
K. Mollenhauer und B. Wohlrab
1.1 Allgemeine Einordnung des Themas
Seit etwa Mitte der fünfziger Jahre wurden unter dem Postulat
"Umweltschutz" in großem und ständig wachsendem Umfang Eingriffe
in den Naturhaushalt und Belastungen der Landschaft dargestellt
und diskutiert. Diese Entwicklung steht im engen Zusammenhang
mit der zweiten industriellen Revolution, der sich offensicht-.
lieh kein Wirtschaftszweig entziehen konnte. Sie hat vor allem
in den Verdichtungsgebieten Europas, Nordamerikas und Japans
immer neue Sofortmaßnahmen zur Hilfe bei akuten Notständen und
zur Vorbeugung gegen irreversible Schäden gemacht.
er~orderlich
Sie erfordert darüber hinaus jedoch immer dringlicher auch lang
fristig wirksame und die Ökosphäre in all ihren Zusammenhängen
berücksichtigende Initiativen und Verhaltensweisen.
Beispiele für Auswirkungen vorrangig oder ausschließlich öko
nomisch orientierten Handelns des Menschen sind an sich bis
weit zurück in die geschichtliche Vergangenheit zu verfol~en;
sie haben ganze Landschaften umstrukturiert und in ihrer Entwick
lung gestört (SCHREIBER, 1976). Das exponentielle Wachstum der
artiger Aktivitäten, ihre sich kumulierenden Wirkungen, in Ver
bindung mit dem Bevölkerungswachstum warfen jedoch weltweit die
Frage nach den Grenzen solchen Wachstums (MEADOWS et al., 1972)
und damit nach der Belastung und Belastbarkeit aller Landschaften
der Erde auf.
Schon sehr lange hat man sich mit Schäden in der Ökosphäre be
faßt, die eindeutig auf bestimmte nutzungsbedingte, menschliche
Einwirkungen zurückzuführen sind. Zunehmend problematisch wur
den diese Studien in den Fällen, bei denen mehrere
Verur~acher
beteiligt waren, und der Grad ihrer Beteiligung ermittelt wer-
- 2 -
den sollte. Noch größere Schwierigkeiten ergaben sich, als es
mehr und mehr darum ging, nicht so offenkundige, sondern mut
maßliche und in ihren Ausmaßen schwer zu übersehende Einflüsse
des menschlichen Wirtschattens auf den Naturhaushalt zu analy
sieren und zu prognostizieren (am Beispiel wasser- und bergbau
licher Eingriffe: WOHLRAB, 1965).
Der Mangel an Erkenntnissen über die Wirkungsmechanismen führte
bei den ersten deduktiv-spekulativen Betrachtungen über die .Be
lastung" der Landschaft hin und wieder zu kausalen Kurzschlüssen.
Ein typisches Beispiel dafür ist das direkte Inbeziehungsetzen
von zunehmendem Phosphatdüngerverbrauch in der Bundesrepublik
Deutschland, aber auch in anderen Ländern, und Gewässereutro
phierung (kritisch dazu: SCHWERTMANN, 1973).
Nicht nur, um solche pauschalen Fehlurteile abzuwehren, sondern
vielmehr, um die Ansatzpunkte für wirkungsvolle Vorbeuge- und
Gegenmaßnahmen herauszufinden, wurden in letzter Zeit die Wir
kungs- und Wechselmechanismen und die komplexen Wirkungsketten
in das Zentrum der Betrachtung gerückt. Ein wesentliches Hilfs
mittel bilden dabei modellhafte Darstellungen der betrachteten
Landschaften, Landschaftsteile oder Ökosysteme. Sie sollen bes
sere Einsichten in die Prozesse, Gesetzmäßigkelten und Strukturen
vermitteln, die Ökosystemen und Landschaften eigen sind und ihre
Gleichgewichte bedingen.
1.2 Begriffe und thematische Abgrenzung
1.2.1 Belastung und Belastbarkeit
Im umweltbezogenen Sprachgebrauch werden Eingriffe in den Natur
haushalt vielfach mit dem Begriff .Belastung" gekennzeichnet.
Die negative Wertung, die dieser Begriff beinhaltet, resultiert
aus den durch menschliche Aktivitäten hervorgerufenen Verände
rungen natürlicher Gleichgewichte in den Ökosystemen, die als
Störungen oder als eine Auslösung von Ungleichgewichten be-
- 3 -
trachtet werden können oder müssen. SCHROEDER und BROMMER (1976)
verstehen unter Belastung die Störung des Normalzustandes, in
dem sich das Umweltsystem in einem natürlichen, sich weitgehend
selbst regulierenden Gleichgewicht befindet.
ELLENBERG (1972) definiert Belastungen von ökosystemen als
"nicht zum normalen Haushalt gehörige (meist durch den Menschen
ausgelöste) ~inwirkung eines Faktors .•. oder eines Komplexes
von Faktoren"; er weist aber gleichzeitig darauf hin, daß Öko
systeme ebenso natürlichen Belastungen ausgesetzt
sind~
Hier stellt sich nun die Frage, ob demnach menschliches Handeln
stets als belastende Beeinträchtigung von außen zu betrachten
ist oder ob es nicht einbezogen werden muß oder kann in die in
Ökosystemen ablaufenden Vorgänge und wirksam werdenden Faktoren.
SUKOPP (1972) weist darauf hin, daß in Mitteleuropa kaum ein
Vegetationsfleck mehr vom Menschen unbeeinflußt ist.
Wollte man also die Beeinflussung durch den Menschen schlecht
hin Belastung nennen, gäbe es in der Kulturlandschaft praktisch
keine unbelasteten .ökosysteme. MEISEL und BORGER (1972) bei
spielsweise konstatieren demgegenüber jedoch für den Anfang
der fünfziger Jahre nnoch eine überwiegend bäuerlich geprägte
und gepflegte Kulturlandschaft" in der Bundesrepublik umit
einem relativ wenig belasteten Naturhaushalt", die seither
allerdings stärkeren Veränderungen unterliege.
Man muß also die Frage stellen, ob von Belastung nicht erst
dann gesprochen werden sollte, wenn in der Folge menschlichen
Handelns Ökosysteme (und Landschaften) so einseitig überprägt
werden, daß sie ihre Fähigkeit zur Selbstregulation verlieren,
daß Ungleichgewichte auftreten, die ~ie Systeme grundlegend
verändern, daß es über die Umwandlung der Artenzusammensetzung
und deren Wirkungsgefüge mit den abiotischen Standorteigenschaf
ten zu einer fortschreitenden Störung und damit zu einer zeit
lich absehbaren negativen Entwicklung der Biogeozönose kommt;
ob man den Begriff nBelastung" nicht erst dann verwenden sollte,
wenn die.ökosysteme ihre für die Existenz der an ihnen teil
habenden Lebewesen, also letztlich auch wieder des Menschen,
wichtigen Funktionen nicht mehr ausfüllen k5nnen und darüber