Projekt-670: Stickstoffkreislauf in einem agrarischen Ökosystem

Boden- und Grundwasserschutz haben in den letzten Jahren große Bedeutung erlangt. Klimaveränderungen, die sich zweifelsohne abzeichnen, beeinflussen massiv den Boden und seine Stoffumsetzungsprozesse. Dadurch werden auch das Sickerwasser hinsichtlich Quantität und Qualität und in der Folge das Grundwasser in vielfältiger Weise modifiziert. Art, Ausmaß und Folgen dieser Veränderungen können derzeit noch nicht abgeschätzt werden. Prognosen über eine Veränderung der Sickerwasserquantität und -qualität ausgelöst durch Klimaveränderungen sind daher eine große wissenschaftliche Herausforderung im Interesse der Gesellschaft.

Als Vorarbeiten für ein Forschungsprojekt sollen folgende Fragen untersucht werden:
- Modellierung des Einflusses einer Klimaveränderung auf den Stofftransfer im System Atmosphäre – Boden – Pflanze – Sickerwasser
- Prognosen über eine Veränderung der Sickerwasserquantität und –qualität ausgelöst durch Klimaveränderungen.

Der Stofftransfer zum Grundwasser hängt im großen und ganzen von der Ausnutzung der verfügbaren Nährstoffe durch den Pflanzenbestand, von der den Boden perkolierenden Sickerwassermenge und von der Stoffretentionskapazität des Bodens ab. Nur mit Hilfe der Lysimetrie können Stoffbilanzen berechnet und Veränderungen der Sickerwasserquantität und –qualität, ausgelöst durch Klimaveränderungen, modelliert werden.

Die Lysimeteranlagen an der BAL Gumpenstein bieten sich aus folgenden Gründen als Untersuchungsstandort an:
- Der Alpenraum hat für die Trinkwasserneubildung eine große Bedeutung; daher sollten insbesondere im Al-penraum Untersuchungen durchgeführt werden.
- Auf Grund des kühl-feuchten Klimas im Ennstal fällt bei den Monolithlysimetern und Sickerwassersammlern laufend und in ausreichenden Mengen Sickerwasser an.
(Diesen großen Vorteil nutzt u.a. auch das GSF-Forschungszentrum München und führt daher seine Isotopenuntersuchungen im System Niederschlag – Sickerwasser an der BAL Gumpenstein durch.)
- Funktionsfähige Monolithlysimeter und Sickerwassersammler mit geeigneten Versuchsflächen sind in unmittelbarer Nähe bereits vorhanden. Dies gewährleistet eine optimale Betreuung der Lysimeteranlagen bzw. Sickerwassersammler und der dazugehörigen Feldversuche sowie eine rasche Probenaufbereitung. Außerdem fallen keine Fahrtkosten an.
- Die meteorologische Beobachtungsstation an der BAL Gumpenstein liefert seit 1954 amtliche Wetterdaten. Langjährige phänologische Beobachtungen und Ertragsdaten von langjährigen Feldversuchen liegen vor.

Das Vorprojekt dient primär zur Methodenentwicklung und Validierung. Außerdem sollen folgende umweltbrisante Fragen beantwortet werden:
1. Kann durch Messung der N-Nettomineralisation in situ mittels Resin core-Methode der pflanzenverfügbare N im Boden bestimmt werden? Stimmen die gemessenen mineralisierten N-Mengen mit dem N-Entzug der Pflanzen überein?
2. Gibt es einen Zusammenhang zwischen der N-Nettomineralisation in situ, der Bodentemperatur und dem Bo-denwassergehalt?
3. Sind der NO3-Gehalt und die Nitratreduktase-Aktivität (NRA) in den Blättern Bioindikatoren für die NO3-Verfügbarkeit im Boden? Gibt es einen Zusammenhang zwischen der N-Mineralisation im Boden, der NRA und dem NO3-Gehalt in den Blättern?
4. Ist eine N-Bilanzierung mit Hilfe der Parameter N-Eintrag über die Atmosphäre durch Nasse Deposition, N-Mineralisation während der Vegetationsperiode, temporäre N-Speicherung in der Phytomasse, N-Entzug durch Ernte, N-Austrag mit dem Sickerwasser möglich?
5. Sind Monolithlysimeter und Sickerwassersammler gleich gut geeignet, den N-Austrag mit dem Sickerwasser zu quantifizieren?

Als Versuchsfläche bietet sich der Kompostversuch der Abteilung Bodenkunde an der BAL Gumpenstein an. Versuchsbeginn war 1992; somit ist gewährleistet, dass auf Grund der langjährigen praxiskonformen Bewirtschaftungsweise sofort realistische Daten erzielt werden können. Kulturarten sind Silomais, Winterroggen und Kleegras. Das Sickerwasser wird mittels Sickerwassersammler und Monolithlysimeter gewonnen. Im Rahmen des Vorprojektes wird vorerst der Silomais untersucht, da derzeit auf den Silomais-Parzellen sämtliche erforderlichen Messungen möglich sind (funktionsfähige TDR-Sonden) und weil es über den Silomais bereits zahlreiche Literaturdaten gibt, was hinsichtlich Methodenentwicklung und Validierung ein großer Vorteil ist.

Das primäre Ziel des Hauptprojektes ist es, Prognosen über eine Veränderung der Sickerwasserquantität und –qualität ausgelöst durch Klimaveränderungen zu erstellen. Das Vorprojekt dient primär zur Methodenentwicklung und Validierung. Allerdings können die zu erwartenden Untersuchungsergebnisse des Vorprojektes auch zur Düngeroptimierung und zur Minimierung der Grundwasserbelastung durch landwirtschaftliche Nutzung beitragen. Sie können für die Erstellung der Richtlinien für die sachgerechte Düngung (Grundlage im ÖPUL) verwendet werden. Somit handelt es sich eindeutig um angewandte und zukunftsorientierte Forschung.