Bilanzierung über Input – Output-Verfahren

Die Berechnung der jeweiligen Stoffbilanzen erfolgte über die Differenz zwischen den Stoffflüssen in Freilandniederschlag und Vorfluter. Dabei wird davon ausgegangen, dass über den Niederschlag der Stoffeintrag (Input), über den Vorfluter der Stoffaustrag (Output) erfolgt. Zu berücksichtigen ist jedoch, dass die trockene Deposition bei fehlenden Wasserflüssen nicht erfasst wurde. Eine Abschätzung der Stoffbilanzen über alle Kompartimente hinweg erfolgt in Kap. 5.4.2.

Aus der Differenz der Stoffflüsse [kg/ha] zwischen FNS und VF ergeben sich positive und negative Werte im Sinne von Netto-Quellen und –Senken (Tab. 5.30). Die positiven Werte verweisen auf eine Speicherung des Stoffes innerhalb des Systems, die sowohl auf Retention vorwiegend in der ungesättigten Bodenzone als auch auf die Aufnahme von Pflanzennährstoffen zurückzuführen ist.

Negative Werte bedeuten eine Freisetzung des jeweiligen Stoffes, die vor allem auf Verwitterungsprozesse zurückgehen und auf ein ausreichendes Angebot eines Pflanzennährstoffs verweisen. Wie in Tabelle 5.30 dargestellt, werden dem Ökosystem 2002 12,8 kg Ca/ha, 7,4 kg Mg/ha und 2,1 kg K/ha entzogen. Die unterschiedlichen Mengen sind zum einen auf den Mehreintrag von Ca gegenüber Mg zurückzuführen, die beide im Vergleich zu K eine geringere Rolle als Pflanzennährstoff spielen, was wiederum den nur geringen Austrag an K bedingt. Am deutlichsten ausgeprägt ist der Si-Austrag mit 34,8 kg Si/ha, was auf die Desilifizierung zurückzuführen ist ebenso wie der Export von 8,4 kg Fe/ha. Der Wert von –2,6 kg Pb/ha ist am ehesten auf die Applikation von Agrochemikalien zurückzuführen, die von Juli bis September 2002 sehr hohe Pb-Gehalte in Bodenlösung und Vorfluter bedingen.

Positive Werte zeigen sich hingegen bei den Stickstoffkomponenten, wobei anzumerken ist, dass innerhalb der ersten Projektphase TNb, TOC und DOC in Freiland- und Bestandsniederschlag nicht an einer ausreichenden Anzahl von Proben ermittelt wurden. Die Werte der gemessenen Stickstoffkomponenten verweisen auf eine Pflanzenaufnahme von 20,7 kg NO₃-N/ha und 5,3 kg NH₄ -N/ha. Der Pflanzennährstoff P zeigt ebenfalls eine Reduktion zwischen FNS und VF, so dass dem System insgesamt 2,8 kg PO₄-P/ha bzw. 3,4 kg P_tot/ha entzogen werden. Eine Sonderstellung nimmt die Gruppe der Ionen SO₄, Cl und Na ein, die ebenfalls positive und zum Teil sehr hohe Werte annehmen. Hier ist davon auszugehen, dass die vor allem meerbürtigen Stoffe, die zudem nur eine geringe Bedeutung innerhalb des Pflanzenmetabolismus besitzen, zwar in einem Überangebot im FNS vorliegen, innerhalb des Systems jedoch gespeichert werden. Al³⁺ und die Schwermetalle Cu, Mn und Zn zeigen ebenfalls eine Aufnahme innerhalb des Systems. Der Eintrag mit dem FNS ist relativ gering und die genannten Ionen dienen lediglich als Mikronährstoffe. Daraus folgt, dass auch diese Stoffe im Boden gespeichert werden.

Von besonderem Interesse betreffend der Stoffflüsse ist die differenzierende Betrachtung zwischen Trocken- und Regenzeit (Abb. 5.49). Hierbei ist von Bedeutung, dass nach relativ gleichmäßig verteilten Niederschlägen bis zum Ende der Regenzeit zunächst eine Phase mit geringen Niederschlägen und wenig Abfluss eintritt (Mitte September bis Mitte Oktober). Daran schließt sich eine Phase mit hohen Niederschlägen bei zugleich hohem Abfluss an (Mitte Oktober bis Mitte November). Da der Abfluss auch bei Reduktion der Niederschläge auf einem hohen Niveau verbleibt,

Wassersättigung des Bodens erreicht wird, die sich mit zeitlicher Verzögerung langanhaltend auf den Abfluss auswirkt.

Tab. 5.30: Stoffflüsse in Freilandniederschlag (Mittelwert), Vorfluter und Bilanzen 2002 [kg/ha] (Differenz)

Die Daten von HETZEL (1999) und FISCHER (1998), die im Osten der Côte d’Ivoire im Einzugsgebiet des Bossématié erhoben wurden, zeigen ebenfalls einen Austrag von Ca (-26,3 kg/ha*a), Mg (-8,7 kg/ha*a), K (-5,0 kg/ha*a) und Fe (-1,1 kg/ha*a) aus dem Ökosystem. Abgesehen von Fe und Mg sind die Austragsraten jedoch deutlich höher einzuordnen.

Diesen Werten steht eine Speicherung von 8,4 kg Na/ha*a, 17,3 kg N/ha*a und 4,3 kg P/ha*a gegenüber. Die P-Speicherung ist gut vergleichbar mit den vorliegenden Stoffflussberechnungen, betreffend Na und N jedoch deutlich größer. Die Abweichungen sind jeweils in Verbindung mit der guten Nährstoffausstattung der Böden im Osten der Côte d’Ivoire (v.a. betreffend Ca und Mg) zu sehen. Der niedrigere Na-Stofffluss wird im Hana-Einzugsgebiet durch eine Festlegung in den tieferen Gesteinsschichten erklärt (Kap. 5.2.2.).

Getrennt nach Saison tendieren Ca, Mg, K, Si und Fe innerhalb der Regenzeit zu relativ gleichmäßigen Austrägen, die leicht mit Andauer der Regenzeit ansteigen. Demgegenüber werden insbesondere N, Na, Cl, SO₄ und S ebenfalls mit leicht ansteigender Tendenz über den FNS eingetragen. In der Phase geringen Abflusses besitzen alle untersuchten Komponenten eine positive Bilanz, in der mehr eingetragen als ausgetragen wird. Zugleich sind die Eintragsraten im zeitlichen Vergleich relativ hoch, was sich besonders bei N, Na, S, Cu und insbesondere Zn manifestiert. Im daran anschließenden Zeitabschnitt mit hohen Abflüssen zeigen sich im Vergleich hohe Austragsraten aller Stoffe.

die Einträge über die auftretenden kleineren Niederschlagsereignisse gering und halten sich nahezu die Waage mit den Stoffausträgen über den geringen jedoch perennierenden Abfluss. Eine gesonderte Rolle nehmen PO₄-P, P_tot, NH₄-N und Cu ein. Zu Beginn der Regenzeiten findet im Vergleich zu den anderen Komponenten ein sehr hoher Eintrag statt.

Die Ursachen für das unterschiedliche Verhalten wurden bereits unter Kap. 5.3.4.2. diskutiert.

Zusammenfassend nehmen insbesondere saisonale Effekte Einfluss auf die zeitlichen Trends der Ein- und Austräge und die Stoffbilanzen. Meerbürtige Einträge dominieren während der Regenzeit (Na, Cl, S), der Austrag vor allem pedogener und geogener Stoffe über den Vorfluter wird durch den hohen Abfluss reguliert (Ca, Mg, Si, Fe). Zur Trockenzeit sind Stoffeinträge und –austräge nahezu ausgeglichen, was vor allem durch die geringeren Wasserflüsse bedingt ist.

Überprägt werden die saisonalen Einflüsse während der Regenzeit durch den bei erhöhtem Abfluss einsetzenden Verdünnungseffekt und die Applikation von Agrochemikalien (N, PO₄-P, K, S und assoziiert Cu und Zn), sowie während der Trockenzeit durch die Staubdeposition des Harmattan und die Brandrodungsaktivitäten (PO4-P, N) bzw. zu Beginn der Regenzeit durch den Hysterese und Top Down-Effekt (P_tot, PO₄-P, S, N).

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Abb. 5.50: Stoffflüsse ausgewählter Parameter [kg/ha * Woche]. IN = Freilandniederschlag, OUT = Vorfluter, 15.12.2001 bis 31.03.2003

-0,30 0,00 0,30

12/01 02/02 04/02 06/02 08/02 10/02 12/02 02/03

-1,00 0,50 2,00 3,50 5,00

12/01 02/02 04/02 06/02 08/02 10/02 12/02 02/03 NO3-N IN NO3-N OUT diff

-2,00 -1,00 0,00 1,00

12/01 02/02 04/02 06/02 08/02 10/02 12/02 02/03 Ca IN Ca OUT diff

-0,003 -0,001

0,001 0,003

12/01 02/02 04/02 06/02 08/02 10/02 12/02 02/03

Cu IN Cu OUT diff -1,00

-0,50 0,00 0,50

12/01 02/02 04/02 06/02 08/02 10/02 12/02 02/03

Fe IN Fe OUT diff

12/01 02/02 04/02 06/02 08/02 10/02 12/02 02/03 K IN K OUT diff

-0,60 -0,20 0,20 0,60

12/01 02/02 04/02 06/02 08/02 10/02 12/02 02/03

-5,00 -3,00 -1,00 1,00

12/01 02/02 04/02 06/02 08/02 10/02 12/02 02/03

Si IN Si OUT diff

-0,05 0,00 0,05 0,10

12/01 02/02 04/02 06/02 08/02 10/02 12/02 02/03

Zn IN Zn OUT diff

12/01 02/02 04/02 06/02 08/02 10/02 12/02 02/03 Na IN Na OUT diff

5.4.2. Bilanzierung über die Abschätzung der Wasserflüsse in den einzelnen Kompartimenten