Reduktion der Gewässerbelastung durch Herbizide und ihrer Transformationsprodukte: Modellansatz zur Optimierung von landwirtschaftlichen Managementsystemen

Stipendiatin/Stipendiat: Anne-Kathrin Wendell

Die Verwendung von Pflanzenschutzmitteln (PSM) gilt als eines der wichtigsten Instrumente zur Erzielung maximaler Erträge auf landwirtschaftlichen Flächen. Mit den ersten Niederschlägen nach einer Applikation werden sie jedoch in erhöhter Konzentration in Gewässer eingetragen. Eine besondere Rolle spielen hier die Erosion und der schnelle Zwischenabfluss. In Tieflandregionen kann der Austrag über Drainagen überwiegen. Wenn PSM in Gewässer gelangen, können sie Wasserorganismen dauerhaft schädigen. Es zeigt sich, dass der weitverbreitete kritische Zustand der Wasserökologie aktuell einen wesentlichen Beitrag dazu leistet, dass die Ziele der EG-Wasserrahmenrichtlinie nicht erreicht werden. Herbizide spielen hierbei eine wichtige Rolle, da ihre Konzentrationen am häufigsten im Risikobereich für die aquatische Ökologie vorkommen. Neben den Herbiziden selbst werden ihre Transformationsprodukte (TP) zunehmend im Wasser nachgewiesen. Ihre Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit sind jedoch nicht immer bekannt. Außerdem muss in Zukunft mit einer Zunahme des Austragsrisikos gerechnet werden, da verschiedene Klimaszenarien einen Anstieg von Starkniederschlägen und Dürren für Norddeutschland prognostizieren. Es ist daher notwendig, nachhaltige Bewirtschaftungsstrategien für drainierte Regionen zu entwickeln, um die Risiken für die Umwelt und die Bevölkerung auch unter den Bedingungen des Klimawandels zu minimieren.

Um dies zu erreichen, soll in diesem Forschungsprojekt untersucht werden, inwieweit die Transportmechanismen und Eintragspfade von Herbiziden und deren TP für die Skala des landwirtschaftlichen Betriebs prozessbasiert modelliert werden können. Da das SWAT+-Modell eine Vielzahl von Optionen für die Abbildung von Transportprozessen für PSM bietet, soll es als Ausgangsmodell für die Modellierungsarbeiten verwendet werden. Für die Modellierung werden Daten zum Herbizid- und TP-Austrag auf betrieblicher Ebene von einem Vorgängerprojekt der Christian-Albrechts-Universität verwendet. Das Untersuchungsgebiet besitzt eine Größe von 100 ha, von denen 71% landwirtschaftlich genutzt werden und ein Drainagenetz mit einer Länge von 6,3 km. Für die Integration der TP soll deren Massenbilanz in das Modell implementiert werden. Im weiteren Verlauf dieses Promotionsprojekts wird überprüft, in welchem Maß die Gewässerbelastung durch Herbizide und deren TP durch die Optimierung von landwirtschaftlichen Managementsystemen im Tiefland reduziert werden kann. Zu diesem Zweck werden die Effizienz eines optimierten Flächenmanagements und seine Schwachstellen zum Herbizid- und TP-Rückhalt modellbasiert ermittelt. Darüber hinaus wird die Wirksamkeit einer Maßnahmenkombination mit Interfacemethoden wie Retentionsteiche zur Minderung von Konzentrationsspitzen bestimmt. Welche Auswirkung der Klimawandel auf das Austragsverhalten von Herbiziden und deren TP hat, soll durch die Modellierung repräsentativer Klimaszenarien festgestellt werden. Hierbei werden die Effizienzen des optimierten Flächenmanagements und der Maßnahmenkombination bei veränderten Klimabedingungen miteinander verglichen werden. Zusätzlich wird deren Performance während trockener und nasser Perioden bewertet. So wird eine zuverlässige Bewirtschaftungsstrategie für einen nachhaltigen Gewässerschutz gewährleistet. Daher können die Ergebnisse dieses Promotionsprojektes für die Erreichung eines „guten chemischen und ökologischen Zustandes“ der Gewässer bis 2027 nützlich sein.

Förderzeitraum:
01.07.2021 - 30.06.2024

Institut:
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Institut für Natur- und Ressourcenschutz
Abteilung für Hydrologie und Wasserwirtschaft

Betreuer:
Prof. Dr. Nicola Fohrer

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