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Archiv: Monitoringprogramm Naturhaushalt (1987-2002)
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Depositionsmessungen
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1. Ziel der Untersuchung
Gegenüber den Immissionswerten, d.h. den Angaben über die Schadstoffkonzentrationen in der Luft, sind für Waldökosysteme die Stoffeinträge aus nasser ("saurer Regen") und trockener Deposition ("Staubniederschlag") meist von größerer Bedeutung, da sie zu einer dauerhaften Veränderung des Bodens und damit zu veränderten Standorteigenschaften führen (ULRICH et al. 1979). Im Wald sind diese Stoffeinträge höher als über Äckern, Städten oder Grünland, da die Baumkronen gas- und partikelförmige Stoffe aus der Luft adsorbieren, welche dann mit dem Regen ab und in den Boden eingewaschen werden. (Abb. 1) Da der Regen aber auch Stoffe aus den Nadeln auswaschen kann, müssen diese Depositionen innerhalb des Waldbestandes und auf einer Waldlichtung gemessen werden. Aus vergleichenden Berechnungen lassen sich dann die Anteile der trockenen Deposition und der Auswaschung berechnen (ULRICH 1991).
Abb. 1: Nasse und trockene Depostion, Bestandesniederschlag.
Abb. 2: Depositionssammler
2. Methodik
Die Methodik der Depositionsmessung wurde vor allem an der Universität Göttingen entwickelt (ULRICH et al. 1979). Auf dieses Verfahren gehen die Untersuchungen in Berlin zurück. Die Abbildung zeigt ein Gefäß zur Erfassung der Depositionen. Diese Gefäße werden 2 mal monatlich geleert und die darin gesammelte Lösung zu monatlichen Proben wird auf wesentliche Inhaltsstoffe hin analysiert.
3. Ergebnisse
In der Tabelle 1 sind die jährlichen Einträge pro Hektar für die Jahre seit Beginn der Messung 1987 aufgelistet. Es zeigt sich, dass zu Beginn der Messungen owohl die Bestandes- als auch die Freiflächeneinträge eine hohe Belastung mit Calcium nd Sulfat zeigten, diese aber seit der Wende 1989 deutlich zurückgegangen ist. Dagegen aren die Protoneneinträge auch zu Beginn der Messungen relativ gering, was durch die relativgeringen Niederschläge und durch die hohen Calciumgehalte, die zu atmosphärischer Pufferung führen, begründet ist. Sie haben weiterhin abgenommen, jedoch liegen die Gesamtsäureeinträge im Rahmen einer ökosystemaren Bewertung ( CRITICAL LOADS) immer noch zu hoch.
| Bestand (Grunewald Jagen 91) |
|
Freifläche-Lichtung (Grunewald Jagen 90) |
| Jahr |
mm |
H+ |
SO4-S |
NO3-N |
NH4-N |
Ca |
Pb |
mm |
H+ |
SO4-S |
NO3-N |
NH4-N |
Ca |
Pb |
| 1987 |
570 |
730 |
54,9 |
9,6 |
11,3 |
30,7 |
110,3 |
696 |
450 |
24,7 |
6,8 |
9,1 |
11,7 |
106,2 |
| 1988 |
444 |
690 |
56,1 |
6,7 |
8,0 |
28,2 |
75,7 |
542 |
510 |
25,8 |
4,45 |
5,7 |
11,2 |
63,8 |
| 1989 |
329 |
390 |
54,8 |
8,0 |
10,4 |
29,0 |
48,1 |
454 |
240 |
25,3 |
4,93 |
5,4 |
15,5 |
40,2 |
| 1990 |
497 |
460 |
49,8 |
6,1 |
9,8 |
31,2 |
43,2 |
602 |
290 |
21,1 |
5,07 |
6,1 |
11,4 |
35,7 |
| 1991 |
354 |
350 |
28,4 |
6,4 |
10,4 |
17,5 |
33,0 |
418 |
240 |
12,2 |
3,9 |
4,1 |
7,0 |
23,7 |
| 1992 |
381 |
360 |
23,4 |
4,7 |
6,8 |
12,6 |
35,8 |
531 |
330 |
11,6 |
4,2 |
4,8 |
4,9 |
28,2 |
| 1993 |
488 |
290 |
19,2 |
4,9 |
6,2 |
10,4 |
20,8 |
652 |
340 |
11,2 |
5,0 |
5,3 |
4,4 |
23,3 |
| 1994 |
523 |
280 |
16,8 |
4,7 |
6,2 |
8,9 |
16,9 |
671 |
310 |
11,0 |
4,72 |
5,8 |
4,7 |
18,5 |
| 1995 |
446 |
140 |
13,9 |
4,9 |
5,4 |
10,0 |
12,4 |
537 |
230 |
7,5 |
4,0 |
4,0 |
2,7 |
15,9 |
| 1996 |
385 |
130 |
11,2 |
4,7 |
5,3 |
7,4 |
12,1 |
474 |
170 |
6,4 |
3,9 |
4,5 |
2,7 |
13,2 |
| 1997 |
340 |
50 |
8,2 |
4,6 |
5,5 |
7,4 |
9,7 |
399 |
90 |
4,5 |
3,2 |
3,3 |
3,2 |
7,2 |
| 1998 |
395 |
60 |
7,4 |
4,3 |
4,6 |
6,0 |
8,5 |
503 |
160 |
5,5 |
4,1 |
3,9 |
2,8 |
9,9 |
| 1999 |
332 |
60 |
5,9 |
4,3 |
4,8 |
5,0 |
8,4 |
424 |
120 |
4,0 |
3,9 |
3,5 |
2,8 |
7,1 |
| 2000 |
354 |
50 |
5,6 |
4,1 |
4,7 |
5,3 |
6,4 |
457 |
140 |
4,4 |
4,0 |
3,9 |
2,5 |
6,9 |
| 2001 |
440 |
60 |
6,3 |
3,7 |
5,2 |
5,3 |
7,9 |
542 |
130 |
4,2 |
4,3 |
4,2 |
2,5 |
8,0 |
| 2002 |
590 |
30 |
6,5 |
4,4 |
7,5 |
6,3 |
|
739 |
160 |
5,6 |
4,9 |
5,6 |
3,3 |
|
Tab. 1: Zeitliche Entwicklung wichtiger Komponenten der Bestandes- und Freilanddeposition in kg/ha·a bzw. für Pb und H+ in g/ha·a (FISCHER 1998)
Blei und mit Einschränkungen Cadmium sind die einzigen Elemente, die im Freiland in größeren Mengen eingetragen werden als im Bestand. Dies liegt an der hohen Bindungskraft der Nadeln für diese Schwermetalle, so daß die Nadelgehalte im Laufe der Nadelalterung auch ansteigen.
Wie sehr tatsächlich die Säure schon in der Atmosphäre neutralisiert wird, zeigt sich in Tabelle 2. Hier ist für die verschiedenen Jahre der potentielle Eintrag an Schwefel-, Salpeter und Salzsäure aufgelistet (Block 1) und dem realen Säureeintrag in Form von H, NH4, Al, Mn und Fe (Block 2) gegenübergestellt.
Wie sehr tatsächlich die Säure schon in der Atmosphäre neutralisiert wird
| |
1987 |
1988 |
1989 |
1990 |
1991 |
1992 |
1993 |
1994 |
1995 |
1996 |
1997 |
| mm Niederschlag |
696 |
542 |
454 |
602 |
418 |
531 |
652 |
671 |
537 |
474 |
399 |
| 1. Summe Potentieller Säureeintrag |
2,01 |
1,96 |
1,91 |
1,67 |
1,03 |
1,03 |
1,05 |
1,03 |
0,75 |
0,67 |
0,50 |
| davon SO42- |
1,52 |
1,59 |
1,56 |
1,30 |
0,75 |
0,72 |
0,68 |
0,67 |
0,45 |
0,39 |
0,27 |
 NO3- |
0,49 |
0,32 |
0,35 |
0,36 |
0,28 |
0,30 |
0,36 |
0,34 |
0,29 |
0,28 |
0,23 |
| Cl- |
0,00 |
0,05 |
0,00 |
0,01 |
0,00 |
0,01 |
0,01 |
0,02 |
0,01 |
0,00 |
0,00 |
| 2. Gesamt-Säureeintrag |
1,31 |
1,10 |
0,81 |
0,85 |
0,60 |
0,71 |
0,76 |
0,76 |
0,55 |
0,51 |
0,35 |
| davon H+ |
0,45 |
0,50 |
0,24 |
0,29 |
0,24 |
0,33 |
0,34 |
0,31 |
0,23 |
0,17 |
0,09 |
| NH4+ |
0,65 |
0,41 |
0,39 |
0,43 |
0,29 |
0,34 |
0,38 |
0,41 |
0,29 |
0,32 |
0,24 |
| Al3+ |
0,17 |
0,14 |
0,11 |
0,10 |
0,05 |
0,03 |
0,03 |
0,03 |
0,02 |
0,01 |
0,01 |
| Mn2+ |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
| Fe3+ |
0,03 |
0,04 |
0,06 |
0,03 |
0,02 |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
| 3. Säurepufferung (1-2) |
0,71 |
0,86 |
1,10 |
0,82 |
0,43 |
0,32 |
0,29 |
0,27 |
0,20 |
0,16 |
0,15 |
| 4. davon Ca2+ |
0,63 |
0,55 |
0,77 |
0,56 |
0,35 |
0,24 |
0,22 |
0,22 |
0,13 |
0,13 |
0,16 |
| 5. Pufferung / pot. Säureeintrag in % |
35 |
44 |
58 |
49 |
42 |
31 |
28 |
26 |
27 |
24 |
30 |
Tab. 2: Atmosphärische Säurebilanz für die Waldfreifläche Grunewald Jagen 90 in den Jahren 1987 - 1993 in kmol IÄ/ha nach Abzug der meerbürtigen Anteile. (FISCHER 1998)
Die zeitliche Entwicklung zeigt sehr starke Abnahmen der meisten Depositionen. Bemerkenswert ist vor allem, daß infolge der starken Abnahme von Calcium und der geringeren Abnahme der Säurebildner (NO3 und SO4) der Protoneneintrag auf der Freifläche seit 1989 und im Bestand seit 1991 nicht mehr sinkt.
Das langjährige Mittel der Kronenraumbilanz für GR91 ist in Tab. 3 dargestellt. Bei allen Stoffen - außer Mn - ist eine relevante Kronenfilterung von 67-224 % des Freilandwertes erkennbar, die die hohe "Filterleistung" des Bestandes demonstriert und die zu einer erhöhten Belastung des Bestandesniederschlages führt. Desweiteren filtert die Krone gasförmige Stoffe aus (u.a. SO2, NO2), die in der Krone, da sie von den Blättern bzw. Nadeln direkt aufgenommen werden. K, Ca und Mg werden - teilweise im Austauch dafür - aus den Blättern/Nadeln ausgewaschen.
| |
Gemessen |
Aus den gemessenen Daten berechnet |
mol IÄ
/ha·a |
Eintrag auf der Freifläche |
Eintrag im Bestand |
Kronen-
filterung (Staub) |
Kronen-
filterung (gas) |
Kronen-
filterung in % des Eintrages auf der Freifläche |
Gesamt-
eintrag durch Immissionen |
Verbleib
im
Kronen-
raum |
Aus-
waschung aus Kronen-
raum |
| H2O |
571 |
448 |
- |
- |
- |
448 |
122 |
- |
| H |
340 |
440 |
230 |
530 |
224 |
1090 |
650 |
- |
| SO4 |
1110 |
2360 |
790 |
460 |
113 |
2360 |
- |
- |
| Cl |
190 |
440 |
130 |
120 |
132 |
440 |
- |
- |
| Ca |
440 |
1050 |
320 |
0 |
73 |
760 |
- |
290 |
| K |
50 |
390 |
40 |
0 |
80 |
90 |
- |
300 |
| Na |
150 |
250 |
100 |
0 |
67 |
250 |
- |
- |
| Mg |
80 |
320 |
60 |
0 |
75 |
140 |
- |
180 |
| Al |
80 |
220 |
60 |
0 |
75 |
140 |
- |
80 |
| Mn |
0 |
80 |
0 |
0 |
- |
10 |
- |
70 |
| Fe |
30 |
60 |
20 |
0 |
67 |
40 |
- |
20 |
| NH4 |
410 |
620 |
280 |
50 |
80 |
750 |
130 |
- |
| NO3 |
350 |
460 |
230 |
10 |
69 |
590 |
130 |
- |
Tab. 3: Langjährige Mittelwerte der Kronenraumbilanz (1987-1994) für den Altkiefernbestand GR91 (H2O in mm, sonst in mol IÄ/ha·a, Berechnungen nach ULRICH 1991)
Regionale Differenzierungen innerhalb Berlins und des Umlandes zeigen sich vor allem beim Ca-Eintrag und spiegeln die Nähe zur Stadt bzw. zum Großemittenten, den Zementwerken in Rüdersdorf, wieder, wo sie sich beim Bestandeseintrag stärker bemerkbar macht, als im Freiland. Im Umland führen landwirtschaftliche Emissionen zu teilweise höhere NH4-N und Phosphat-Einträgen (FISCHER 1993).
4. Literatur
Fischer, U. 1995: Ökologische Dauerbeobachtung: Deposition. Gutachten im Auftrag der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umweltschutz Berlin - Jahresbericht 1994.
Fischer, U. 1996: Depositionsmessungen in Waldökosystemen Berlins. AFZ/der Wald, 747-749
Fischer, U. 1998: Ökologische Dauerbeobachtung Deposition. Gutachten im Auftrag der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umweltschutz Berlin - Jahresbericht 1997.
Ulrich, B. 1991: Rechenweg zur Schätzung der Flüsse in Waldökosystemen. Identifizierung der sie bedingenden Prozesse. In: Beiträge zur Methodik der Waldökosystemforschung. Ber. Forschz. Waldökosysteme, Reihe B, Bd. 24: 204-210
Ulrich, B., Mayer, R. & Khanna, P.K. 1979: Deposition von Luftverunreinigungen und ihre Auswirkungen im Solling. Schriften aus d. Forstl.Fak. d.Uni. Göttingen u.d. Niedersächs. Forstl. Versuchsanstalt Band 58
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