Landwirtschaftliche Ursachen hoher Sulfatgehalte in gefördertem Trinkwasser
Bilanzierung und Modellierung des Schwefelhaushaltes am Beispiel von zwei überwiegend landwirtschaftlich genutzten Wassereinzugsgebieten
Agricultural Causes of High Sulfur Concentrations in Drinking Water
Calculation and Modelling of the Sulfur Balance of two Catchment Areas under Predominant Agricultural Use
Matthias Willms
Doctoral thesis
Date of Examination:
2004-05-02
Date of issue:
2005-03-18
Advisor:
Meyer, Brunk Prof. Dr.
Referee:
Meyer, Brunk Prof. Dr.
Referee:
Wildhagen, Holger Prof. Dr.
Persistent Address: http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-AEC6-8
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Name:
willms.pdf
Size:
4,4 MB
Format:
PDF
Description:
Dissertation
Abstract
English
Increasing sulphur concentrations in groundwater raise a problem for many waterworks. This dissertation explores the influence of agricultural land use on the sulphur concentration of seepage water considering two catchment areas. The areas under investigation are located in Saxony and Lower Saxony in Germany. Methodically, the investigation is based on calculations of nutrient balances on farm, stable and field levels. Balances are established for the nutrients N, P, K, Mg and S. Subsequently, the seepage water and the leaching of sulphate and nitrate are quantified by applying the models SULFONIE and HERMES.The analysis for Saxony reveals that the present agricultural land use does not lead to increased leaching of sulphur into the groundwater. Soil samples show high quantities of sulphur in loamy and clayey soils. These accrue to the previous agricultural land use and atmospheric deposition from the 1980s. Measurements were approved by modelling.In Lower Saxony the sulphur balance is slightly increased due to a high life stock density. However, the analysis reveals that there is no risk for a raised sulphur concentration in the seepage water because of high seepage rates.Concluding, the dissertation examines impacts of possible future agricultural land uses on seepage water and leaching of sulphur. The following scenarios were modelled: Area-wide application of sulphur fertilizer, organic agriculture, climate change.
Keywords: nutrient balance; modelling; seapage water; sulphur; sulphate
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Steigende Sulfatgehalte sind für viele Wasserwerke ein Problem bei der Aufbereitung von Rohwasser zu Trinkwasser. In dieser Arbeit wird am Beispiel von zwei Unersuchungsgebieten der Einfluss der landwirtschaftlichen Flächennutzung auf den Sulfatgehalt des Sickerwassers untersucht. Die Untersuchungsgebiete befinden sich in Sachsen und Niedersachsen. Methodisch werden zunächst Nährstoffbilanzen als Betriebs-, Stall- und Flächenbilanzen für die Nährstoffe N, P, K, Mg und S erstellt. Anschließend wird unter Berücksichtigung von Boden- und Wetterdaten die Sickerwassermenge sowie der Sulfat- und Nitrataustrag mit Hilfe der Modelle SULFONIE und HERMES simulativ berechnet.Die Ergebnisse zeigen, dass in Sachsen die derzeitige landwirtschaftliche Flächennutzung nicht zu erhöhten Sulfatausträgen führt. Analysen von Bodenproben belegen, dass sich in lehmigen und tonigen Böden noch erhebliche Sulfatmengen befinden. Diese sind in den 80er Jahren durch Landwirtschaft und atmosphärische Deposition eingetragen worden. Die Messungen werden durch Simulationsrechnungen der Modelle bestätigt. In Niedersachsen ist der landwirtschaftliche Schwefelsaldo auf Grund des hohen Viehbesatzes leicht erhöht, stellt jedoch auf Grund der hohen Sickerwasserrate kein Risiko für die Sulfatkonzentration im Sickerwasser dar.Abschließend werden die Auswirkungen möglicher zukünftiger Formen der landwirtschaftlichen Flächennutzung auf die Sickerwassermenge und den Schwefelaustrag simulativ berechnet. Dabei werden folgende Szenarien untersucht: Flächendeckender Einsatz schwefelhaltiger Mineraldünger, vollständige Umstellung der Untersuchungsgebietes auf Ökologischen Landbau und der zu erwartende Klimawandel.
Schlagwörter: Nährstoffbilanz; Modellierung; Sickerwasser; Schwefel; Sulfat
