Belastungsgrenzen von Ökosystemen und deren Überschreitung

2.2.1. Depositionsdaten

Die Einträge von Schwefel- und Stickstoffverbindungen beinhaltete die Verwendung von verschiedenen Emissionsdaten (amtliche Daten aus Sachsen, Polen

Abbildung 2. Übersicht der Bodenklassifikation nach der Europäischen Bodendatenbank.

Rycina 2. Mapa przeglądowa klasyfikacji gleb wg Europejskiego Banku Danych Glebowych (ESDB).

Figure 2. Soil classification according to the ‘European Soil Database’.

und Tschechien) und Klimaszenarien. Mit Hilfe des FRAME-Modells wurden flächendeckende Datensätze für die Depositionssummen der Jahre 2000, 2005, 2010, 2015, 2020, 2025 und 2030 erstellt. Eine detaillierte Beschreibung des Vorgehens ist in Kryza et al. (2013) zu finden. Der Depositionsdatensatz, welcher für diese Studie Verwendung fand, beinhaltete nur Änderungen und Prognosen der Emissionen. Die klimatischen Parameter wurden aus dem Referenzklimadatensatz verwendet, wobei der Zeitschnitt 2010 für die zu- künftigen Depositionen fixiert wurde.

Bei Stickstoffeinträgen ist zu berücksichtigen, dass es sich hierbei nicht nur um einen Schadstoff, sondern auch um einen der Hauptnährstoffe für Pflanzen handelt.

Bei der verwendeten einfachen Massenbilanzmethode werden die stickstoffspeichernden und -entziehenden Prozesse im Ökosystem einander gegenübergestellt.

Hierzu gehören die Nettofestlegung von Stickstoff in der Holzbiomasse, die Nettoimmobilisierung in der Humusschicht, die Denitrifikation (Stickstoffabbau) sowie ein (unvermeidlicher) Nitrataustrag mit dem Sickerwasser.

2.2.2. Bodendaten

Informationen über Bodendaten sind für die Critical-Load-Berechnung erforderlich, um z.B. die Verwitterungsrate oder die Säureneutralisationskapazität bestimmen zu können. Die verwendeten Bodendaten wurden der Europäischen Bodendatenbank beim Joint Research Center (JRC) entnommen [European Soil Database v2.0 (ESDB v2.0: “The European Soil Database distribution version 2.0, European Commission and the European Soil Bureau Network, CD-ROM, EUR 19945 EN, 2004“)]. Die Parameter zur Beschreibung der Texturklassen, des Ausgangsgesteins und der Feuchtestufe wurden verwendet.

Die folgende Abbildung zeigt eine Übersicht der Bodenklassifikation nach der Europäischen Boden- datenbank.

2.2.3. Landnutzungsdaten

Für die Critical-Load-Berechnung naturnaher Öko- systeme wurden der Vektordatensatz der CORINE Land Cover (CLC2006) Datenbank verwendet. Es wurden nur Landnutzungstypen einbezogen, welche für eine Critical-Load-Modellierung in Frage kommen. So werden zum Beispiel versiegelte Areale ebenso ausgeschlossen wie intensiv genutzte Ackerflächen. Obschon Critical-Load-Berechnungsansätze für Oberflächengewässer existieren, wurden diese im vorliegenden Projekt nicht umgesetzt. In Abbildung 3 sind die nach CORINE 2006 verwendeten

Landnutzungsklassen flächenhaft und in Tabelle 1 statistisch nach Flächenanteilen dargestellt.

Dabei ist zu erkennen, dass Wald- und andere naturnahe Ökosysteme einen Flächenanteil von ca. 42,6 % im Untersuchungsgebiet ausmachen. Die restlichen 57,4 % sind ungeeignet für die CL Berechnung (z.B.

Wasserflächen, Siedlungsgebiete, agrarische Nutzung).

2.2.4. EUNIS-Klassifikation der Ökosystemtypen

EUNIS ist die Europäische Klassifikation der Ökosysteme (European Nature Information System (vgl.

eunis.eea.europa.eu). Auf Basis des CORINE-Datensatzes und der Bodendaten können für das Untersuchungsgebiet potentielle Pflanzengesellschaften abgeleitet und einem Biotoptyp nach EUNIS-Klassifikation zugeordnet werden. Nach Entwicklung einer Zuordnungsmatrix konnten 41 verschiedene EUNIS-Klassen zugeordnet werden. Diese Verfeinerung der zuvor als geeignet befunden CORINE Klassen dient der Ausklammerung ungeeigneter EUNIS-Klassen (z.B. Strauchplantagen oder nicht ausdifferenzierte Habitatkomplexe) und der Erstellung einer Karte mit detaillierteren Ökosystemtypen (vgl. Abbildung 4).

2.2.5. Methodik und Berechnung von Critical Load und deren Überschreitungen Der hier angewendete effektbasierte Ansatz für die Critical-Load-Ermittlung ermöglicht es, zu Emissions- bzw. Depositionsobergrenzen zu gelangen. Die einbezogenen Effekte der untersuchten Luftschadstoffe basieren auf rezeptorspezifischen Betrachtungen. Dabei werden Unterschiede von Ökosystemtypen einbezogen.

Der Critical Load hängt also nicht nur vom betrachteten Effekt, sondern auch vom jeweiligen Ökosystemtyp (Rezeptor) ab und kann z.B. für einen Buchenwald anders ausfallen als für einen Fichtenwald auf gleichartigem Standort. Unterschiede ergeben sich aber auch in Abhängigkeit von Standorteigenschaften wie Bodentyp, Mächtigkeit der durchwurzelten Bodenschichten, Inklination und damit auch klimatischen Bedingungen wie Temperatur und Niederschlag.

Um die Belastungssituation von Ökosystemen (Wälder, naturnahe und semi-natürliche Ökosysteme der Offenlandschaft) charakterisieren zu können, wurden den Critical Load die tatsächlichen Depositionen atmosphärischer Schadstoffe (Schwefel und Stickstoff) gegenübergestellt. Aus der Differenz der beiden Größen ist ersichtlich, ob die Belastungsgrenzen für Versauerung und Eutrophierung eingehalten oder überschritten werden.

Bei der verwendeten einfachen Massenbilanzmethode

werden Eintrags- und Austragsberechnungen von Schadstoffen für ein Ökosystem gegenübergestellt.

Die Grundannahme ist dabei, dass die langfristigen Stoffeinträge gerade noch so hoch sein dürfen, dass durch ökosystemare Prozesse diese Einträge gepuffert, gespeichert oder in geringem Umfang aus dem

System ausgetragen werden. Insofern lässt sich dieser Ansatz auch als Quellen- und-Senken-Modell der betrachteten Stoffeinträge beschreiben. Versauernd wirkende Einträge dürfen demnach höchstens der gesamten Säureneutralisationskapazität des betrachteten Ökosystems entsprechen. Die Berechnungs- und

Tabelle 1. Landnutzungsklassen im Untersuchungsgebiet.

Tabella 1. Klasy użytkowania ziemi na obszarze objętym projektem.

Table 1. Landuse classes in the area under investigation.

CORINE

Code Beschreibung Fläche im UG

[Rasterzellen] Anteil im UG

[%] Anteil an den Rezeptoren [%]

311 Laubwälder 4844 6,0 14,1

312 Nadelwälder 19376 24,0 56,4

313 Mischwälder 9276 11,5 27,0

321 Natürliches Grünland 481 0,6 1,4

322 Heiden und Moorheiden 137 0,2 0,4

411 Sümpfe 172 0,2 0,5

412 Torfmoore 69 0,1 0,2

Summe: 34355 42,6 100,00

Abbildung 3. Verwendete Landnutzungsklassen nach CORINE (2006).

Rycina 3. Zastosowane klasy użytkowania ziemi wg CORINE (2006).

Figure 3. Land use classes according to CORINE (2006).

CL_maxN = CL_minN + CL_maxS 1-f_de

Ableitungsvorschriften der Critical Load sind dem Methodenhandbuch zur Critical-Load-Berechnung zu entnehmen (vgl. ICP Modelling & Mapping 2010).

Der Ansatz der einfachen Massenbilanzmethode beinhaltet die Berechnung von 3 Parametern (CLminN, CLmaxS, CLmaxN) zur Abschätzung der maximalen Belastungsgrenze für die Versauerung und einem Parameter für die Eutrophierung (CLnutN) (siehe Abb. 5). CLminN beschreibt die Menge an Stickstoff, welche als Nährstoff vom Ökosystem zur optimalen Entwicklung benötigt wird. Der CLminN markiert daher den Bereich, unterhalb dessen keine Minderung von Stickstoff empfehlenswert erscheint. Dieser Wert berechnet sich aus der Summe der rezeptorspezifischen Stickstoffaufnahme (Nu) und der temperaturgebundenen Stickstoffimmobilisierung (Ni). Die Formel für die Berechnung des maximal zulässigen Schwefeleintrags lautet wie folgt:

CL_maxS = BC_dep - Cl_dep + BC_w - BC_u - ANC_le(crit)

BC_dep und Cl_dep beschreiben die Deposition von basischen Kationen (Ca, K, Mg und Na) und Chlor. BC_w beschreibt die Verwitterungsraten basischer Kation und Bc_u die rezeptorspezifische Aufnahme von Nährkationen (Ca, K und Mg). ANC_le(crit) beschreibt die maximale bzw. kritische Auswaschungsrate der Säureneutralisierungskapazität.

Diese wird unter Verwendung so genannter Critical Limits für pH-Wert, Bc/Al-Verhältnis und Al-Konzentration berechnet. Die Formel für die Berechnung des maximal zulässigen Stickstoffeintrags mit Blick auf versauernde Wirkungen lautet wie folgt:

Der Parameter f_de beschreibt einen Reduktionsfaktor, welcher sich aus Denitrifikationsprozessen im Boden ableitet. CL_nutN wird folgendermaßen berechnet:

CL_nutN = N_u + N_i + N_de + N_le(acc)

Der Parameter N_de beschreibt den Teil des Stickstoffs, der durch Denitrifikationsprozesse gebunden wird.

N_le(acc) setzt sich aus einer zuvor als unbedenklich festgelegten Stickstoffkonzentration und der Menge des Sickerwassers zusammen. Dieser Parameter beschreibt also die Stickstoffmenge, welche das Ökosystem über das Sickerwasser verlassen kann, ohne bedeutende Schäden im Wurzelraum zu bewirken. Depositionswertepaare bestehen aus Stickstoffdeposition (X-Wert) und Schwefeldeposition (Y-Wert) und können in einem zweidimensionalen Koordinatensystem abgebildet und mit der modellierten Critical-Load-Funktion verglichen

werden (siehe Abbildung 5A). Je nach Position (oder Region) innerhalb dieses Koordinatensystems ergeben sich unterschiedliche Prioritäten der Senkungsziele (siehe Abbildung 5B). So würde z.B. eine Reduzierung der Schwefeldeposition innerhalb der Region 3 wenig erfolgreich sein, während die Reduzierung der Stickstoffdeposition anzuraten wäre.

3. Ergebnisse

3.1. Klimatrend im Untersuchungsgebiet