6.3 Recherchen zum Boden-
6.3.1 Zielsetzungen und Betrieb von Boden-Dauerbeobachtungs- Boden-Dauerbeobachtungs-flächen (BDF) Boden-Dauerbeobachtungs-flächen (BDF)
Die Boden-Dauerbeobachtung versteht sich als Instrument zur langfristigen Überwa-chung der Veränderung von Bodenzuständen und Bodenfunktionen und ist ein Instru-ment zur Umsetzung des Bundes-Bodenschutzgesetzes1.
Die Ziele der bodenkundlichen Dauerbeobachtung bestehen in (LABO 2000):
• der Feststellung der gegenwärtigen Merkmale und Eigenschaften von Böden sowie ihrer Belastung an boden- und landschaftsrepräsentativen Standorten;
• der langfristigen Ermittlung von Bodenveränderungen infolge standort-, be-lastungs- und nutzungsspezifischer Einflüsse durch periodische Untersuchungen des Bodenzustandes und/oder durch Bilanzierung des Stoffhaushaltes der Böden;
• der Schaffung einer Basis für die Einrichtung von Versuchsflächen zur Entwick-lung von Auswertungsmodellen und in
• der Einrichtung von Referenzflächen für regionale Belastungen und von Eich-standorten.
Die spezifischen Zielsetzungen des BDF-Programms auf landwirtschaftlichen Flächen bestehen darin, die langfristigen Auswirkungen landwirtschaftlicher Bewirtschaftung wie Bodenbearbeitung, Düngung, Pflanzenschutz und außerwirtschaftlicher Einflüsse wie Immissionsbelastung auf den Boden zu erfassen. Untersucht werden zu diesem Zweck die Auswirkungen auf die Bodenstruktur, -fauna, -mikrobiologie, Nährstoff-haushalt und -verlagerung, Humusgehalt und -qualität sowie Schadstoffbelastung und Pflanzengesellschaften. Neben dem Boden selbst werden zumindest auf ausgewählten Flächen auch die einzelnen Stoffeintrags- und -austragspfade erfasst (MÜLLER 1998 in CONDAT 1998).
Die Boden-Dauerbeobachtung beinhaltet definitionsgemäß sowohl eine Merkmals- als auch Prozessdokumentation:
• Die Merkmalsdokumentation dient der Erfassung schädlicher Veränderungen von Bodenzuständen und -funktionen. Zur Merkmalsdokumentation werden die soge-nannten Basis-BDF eingerichtet, auf denen die Beobachtung i.d.R. periodisch und ohne dauerhafte Installation von Messgeräten im Bodenkörper erfolgt.
1 Gesetz zum Schutz vor schädlichen Bodenveränderungen und zur Sanierung von Altlasten, Bundes-Bodenschutzgesetz (BBodSchG) vom 17. März 1998 (BGBl. I S. 502), Inkrafttreten zum 1. März 1999
• Im Rahmen der Prozessdokumentation werden primär Stoffflüsse erfasst, die Veränderungen im Stoffhaushalt i.d.R. empfindlicher und frühzeitiger aufzeigen, als dies mit der Merkmalsdokumentation möglich ist. Diese Erhebungen erfolgten auf sogenannten Intensiv-BDF, die im Gegensatz zu den Basis-BDF instrumen-tiert sind (LABO 2000).
Mit den BDF sollen repräsentative Bodenzustände und Belastungssituationen innerhalb Deutschlands erfasst werden. Die Auswahl der BDF soll dementsprechend nach den Kriterien der Landschafts-, Boden-, Nutzungs- und Belastungsrepräsentanz erfolgen.
Dabei ist eine Abstimmung mit bereits bestehenden oder auch geplanten Beobachtungs-standorten anzustreben. Voraussetzungen für einen dauerhaften Betrieb der BDF sind neben der langfristigen Verfügbarkeit der Flächen auch die konstante Beibehaltung der Nutzung (oder einer charakteristischen Nutzungsfolge) sowie die Möglichkeit zur Er-fassung der Bewirtschaftungsmaßnahmen.
Boden-Dauerbeobachtungsflächen werden sowohl auf Wald- und Agrar- als auch auf Sonderstandorten eingerichtet. Zu Letzteren gehören neben naturschutzfachlich beson-ders hochwertigen Flächen auch Bereiche, die in besonderer Weise Belastungen ausge-setzt sind. Die Betreuung der BDF ist in vielen Ländern in Abhängigkeit vom Ökosys-temtyp, in dem die BDF eingerichtet wurde, geregelt. Die BDF auf Ackerflächen betreuen i.d.R. die Landesanstalten für Landwirtschaft, die Waldboden-Dauerbeobach-tungsflächen die Landesbehörden für Wald/Forstwirtschaft. Die Landesämter oder Landesanstalten für Umwelt übernehmen mitunter den Betrieb der BDF auf Sonder-standorten. Die Zuständigkeiten können aber ebenso auch anders geregelt sein. So übernimmt in Bayern beispielsweise das Landesamt für Geologie sowohl Einrichtung als auch Betrieb der BDF auf den Sonderstandorten.
Erste Grundlage für die Einrichtung von Boden-Dauerbeobachtungsflächen war die
„Konzeption zur Einrichtung von Boden-Dauerbeobachtungsflächen“, die von der Sonderarbeitsgruppe Informationsgrundlagen Bodenschutz im Auftrag der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Bodenschutz (LABO) erarbeitet und im Jahr 1991 herausgegeben wurde. Diese Konzeption zielte auf eine länderübergreifende Vereinheit-lichung der Vorgehensweise bei der Auswahl und Einrichtung der BDF sowie der Pro-benahme, Probenverwahrung, Analytik und Datenhaltung.
Die Empfehlungen zur Einrichtung der BDF fanden bundesweit weitgehende Berück-sichtigung, wobei die Umsetzung auch länderspezifische Besonderheiten einbezog. So haben BARTELS et al. (1997) als Ergebnis ihrer Recherchen zum Stand der Umsetzung der „Konzeption zur Einrichtung von Boden-Dauerbeobachtungsflächen“ positiv ver-merkt, dass die meisten Bundesländer die obligatorischen Kriterien der LABO zur Auswahl, Einrichtung und (Erst-)Beprobung von BDF zum großen Teil umgesetzt haben. Zwischen 70 und 98% der obligatorischen Kriterien der LABO von den Ländern wurden bei der Einrichtung ihrer BDF berücksichtigt. Besonders eng an das Konzept der LABO hielt sich das Land Schleswig-Holstein bei der Einrichtung seiner BDF, während beispielsweise die Behörden von Hessen und Thüringen sowie der beiden
Stadtstaaten Berlin und Hamburg die Richtlinien weniger vollständig umgesetzt haben.
Insbesondere für die landwirtschaftlichen BDF hat die Untersuchung von BARTELS et al.
(1997) jedoch ergeben, dass Ende der 90er Jahre in vielen Ländern für die landwirt-schaftlichen BDF noch keine Schlagdateien geführt wurden.
Die „Konzeption zur Einrichtung von Boden-Dauerbeobachtungsflächen“ wurde unter Federführung des LABO-AK 2 1999 bzw. 2000 um Empfehlungen bzw. Regelungen zum Betrieb der BDF ergänzt, um auch diesbezüglich die Voraussetzungen für eine vergleichbare Vorgehensweise in den Ländern zu schaffen. Vorgaben zur Vereinheitli-chung der Datenauswertung stehen noch aus.
Diese Fortschreibung (LABO 2000) sieht sektorübergreifende Erhebungen vor, die sich in obligatorisch und fakultativ zu erfassende Programmteile gliedern. Neben Erhebun-gen im Boden sind im Rahmen der Prozessdokumentation auch ErhebunErhebun-gen zu Klima und Witterung, Deposition, Düngung und Pflanzenschutz, Pflanzeninhaltsstoffen, Austrägen über die Gasphase und zur Erosion vorgesehen. Darüber hinaus soll die Vegetation als Indikator für Bodenveränderungen eingesetzt werden. Die nach der LABO-Richtlinie auf den BDF zu erhebenden Bodenparameter sind in Tab. 30 zusam-mengestellt. Nicht berücksichtigt wurde an dieser Stelle die für das BDF Programm empfohlene Erhebung von Mikronährelementen wie B, Mo, Ba, Se u.a. sowie von Schwermetallen, organischen Schadstoffen und langlebigen Radionukliden.
Die Einrichtung der BDF in den Bundesländern ist unterschiedlich weit vorangeschrit-ten, wobei die Einrichtungsphase zum großen Teil noch nicht abgeschlossen ist. Wie-derholungsuntersuchungen haben bislang in nur wenigen Bundesländern stattgefunden (UMWELTBUNDESAMT 2001b).
Die Vorgaben zum Betrieb der BDF (LABO 2000) haben ebenfalls dazu geführt, dass Bodenbeobachtungen, die bislang unter dem Begriff der Boden-Dauerbeobachtung geführt wurden und die nicht in vollem Umfang den Vorgaben der LABO-Richtlinie entsprechen, nicht mehr als BDF bezeichnet werden (z.B. Waldboden-Beobachtungen der Landesanstalt für Wald und Forst in Gotha/Thüringen).
Tab. 30: Beobachtungsprogramm der BDF / LABO-Empfehlungen (LABO 2000) x: obligatorisch, xx: empfohlen
Parameter LABO-Empfehlungen zu Einrichtung und Betrieb von BDF
Bodentyp x: [einmalig]
Bodenart, Tongehalt, Korngrößenvertei-lung
x: [einmalig] Korngrößen nach DIN 19683-2
Bodenphysikalische Kennzeichnung Aggregatstabilität (GMD)
Bodengefüge
xx: [1-5 Jahre] nach HARTGE & HORN (1992), DIN 19683-16 (Siebtauchverfahren)
Gesamtporenvolumen (GPV) x: [einmalig] RICHARDS (vgl. BORCHERT 1984), DIN 19683-5, -13
Durchwurzelungsintensität - physiologische Gründigkeit -
Festsubstanzdichte x: [einmalig] DIN 19683-11
Rohdichte, trocken x: [einmalig] nach DIN 19683-12, ISO 11272 Eindringwiderstand xx: [1-5 Jahre] nach SCHREY (1991)
Aggregatdichte -
Bodenwasserdynamik
Wasserdurchlässigkeit (kf-Wert), gesät-tigte Leitfähigkeit
x: [einmalig] kf nach DIN 19683-9
ungesättigte Leitfähigkeit kfu xx: [einmalig] nach HENSELER & RENGLER (1968), KRAHMER (1987), PLAGGE (1991), SCHINDLER (1980) xx: [einmalig] Geländeuntersuchung, ELRICK & R EY-NOLDS (1992)
Bodenwassergehalt xx: [≤ 1 Woche] volumetrisch, Kapazitätsmessung (TDR- oder Mikrowellensonde, BRANDELIK et al.
1996)
Bodenwasserspannung xx: [≤ 1 Tag ] nach HARTGE & HORN (1992) Stoffliche Charakterisierung: Bodenfestphase
Chemisch-physikalische Grundparameter
Kationenaustauschkapazität KAKpot KAKpot x: > 5 Jahre
nach DIN 19684-8, DIN ISO 13536 KAKeff x: > 5 Jahre
nach BZE-Anleitung 1994
pH-Wert x: > 5 Jahre
nach DIN 19684-1, DIN ISO 10390-7 Säure- und Basenkapazität (KS 4,3 und
KB 8,2)
-
CO3-Gehalt x: > 5 Jahre
nach DIN 19684-5, DIN ISO 10693 Anorganische Einzelparameter
Nges x: > 5 Jahre
nach DIN 19684-4, DIN ISO 11261-8
NH4-N, NO3-N xx: mehrmals jährlich nach Nmin-Methode, VDLUFA (1991)
Protein-Stickstoff -
Parameter LABO-Empfehlungen zu Einrichtung und Betrieb von BDF
Pges x: > 5 Jahre
im Königswasseraufschluss, DIN 38414-7, DIN ISO 11446
xx: > 5 Jahre nachRUPPERT (1987) P(pflanzenverfügbar) xx: ≤ 1 Jahr
mit CAL-Methode, VDLUFA (1991)
Sges x: > 5 Jahre
im Königswasseraufschluss, DIN 38414-7, DIN ISO 11446
Glühverlust Corg TOC C-Gehalt
x: > 5 Jahre (Cges, Corg) DIN 19684-2 (Humusgehalt), DIN ISO 10694
Polysaccharide - Na+, K+, Ca2+, Mg2+
(Gesamtgehalte)
Na: xx: > 5 Jahre nachRUPPERT (1987) K, Ca und Mg: > 5 Jahre
x: im Königswasseraufschluss, DIN 38414-7, DIN ISO 11446
xx: nach RUPPERT (1987) Al3+, Fe2+, Mn2+
(Gesamtgehalte)
Al: x: [> 5 Jahre bzw. ereignisbedingt]
Fe: x: [> 5 Jahre]
Mn: x: [> 5 Jahre]
Königswasseraufschluss, DIN 38414-7, DIN ISO 11446
Al: xx: [> 5 Jahre]
Fe: xx: [> 5 Jahre]RUPPERT (1987) K (pflanzenverfügbar) xx: ≤ 1 Jahr
mit CAL-Methode, VDLUFA (1991) Mg (pflanzenverfügbar) xx: ≤ 1 Jahr
mit CaCl2-Methode, VDLUFA (1991) Mn (pflanzenverfügbar) xx: ≤ 1 Jahr
NaSO4/VDLUFA (1991)
Cl- xx: > 5 Jahre
nachRUPPERT (1987) dithionitlösliches Fe, Al, und Mn xx: einmalig
nach MEHRA & JACKSON (1960) oxalatlösliches Fe, Al, und Mn xx: einmalig
nach DIN 19864
Parameter LABO-Empfehlungen zu Einrichtung und Betrieb von BDF
Stoffgehalte in der Bodenlösung Chemisch-physikalische Grundparameter Elektrische Leitfähigkeit der Bodenlö-sung (inkl. TemperaturmesBodenlö-sung)
x: kontinuierliche Mischprobe über 2-4 Wochen nach DIN EN 27888
pH-Wert der Bodenlösung x: kontinuierliche Mischprobe über 2-4 Wochen nach DIN 38404-5
Anorganische Einzelparameter
NH4-N in der Bodenlösung x: kontinuierliche Mischprobe über 2-4 Wochen, nach DIN EN ISO 11732, DIN 38405-9 nach Oxisolv-Auf-schluss
NO3-N in der Bodenlösung x: kontinuierliche Mischprobe über 2-4 Wochen nach DIN EN ISO 10304-1
NO2-N in der Bodenlösung x: kontinuierliche Mischprobe über 2-4 Wochen nach DIN EN ISO 13395
Nges in der Bodenlösung x: kontinuierliche Mischprobe über 2-4 Wochen nach DIN EN ISO 11732, DIN 38405-9 nach Oxisolv-Aufschluss
o-PO4-P in der Bodenlösung x: kontinuierliche Mischprobe über 2-4 Wochen nach DIN EN 1189
Pges in der Bodenlösung -
SO4-S in der Bodenlösung x: kontinuierliche Mischprobe über 2-4 Wochen nach DIN EN ISO 10304-1
Na+, K+ Ca2+, Mg2+
Al3+ [4/98] Fe2+ , Mn2+
in der Bodenlösung
kontinuierliche Mischprobe über 2-4 Wochen x: Na und K, Ca und Mg: DIN 38406-29 xx: Mg, CaCl2
Al: x: DIN 38406-29
Fe: x: DIN 38406-29, DIN 38406-32 Mn: x: DIN 38406-29
Mn: xx: Na2SO3-Methode, VDLUFA (1991)
Cl- in der Bodenlösung x: kontinuierliche Mischprobe über 2-4 Wochen nach DIN EN ISO 10304-1
F- in der Bodenlösung xx: kontinuierliche Mischprobe über 2-4 Wochen nach DIN 38405-4
Silikat in der Bodenlösung xx: kontinuierliche Mischprobe über 2-4 Wochen nach DIN 38405-21
Parameter LABO-Empfehlungen zu Einrichtung und Betrieb von BDF
Bodenmikrobiologie Mikrobielle Biomasse Mikrobielle Aktivität
x: jährlich
mit Fumigations-Extraktions-Methode (nach VANCE et al. 1987), DIN ISO 14240-2
SIR nach ANDERSON & DOMSCH 1978 und H EINEMEY-ER et al. 1998), DIN ISO 14240-1
Mikrobielle Basalatmung mit Durchflussverfahren (DOMSCH 1962) beschrieben bei HEINEMEYER et al.
(1998) oder Bestimmung der O2-Aufnahme nach SCHINNER et al. (1993), DIN 19737
Metabolischer Quotient nach ANDERSON & DOMSCH (1990)
Mikrobielle Aktivität xx: jährlich
N-Mineralisation mit anaerobem Brutversuch nach SCHINNER et al. (1993)
Arginin-Ammonifikation nach ALEF & KLEINER (1987)
Zelluloseabbau nach diversen Methoden
Beta-Glucosidase-Aktivität nach HOFFMANN & D EDE-KEN (1965)
Arylsulfataseaktivität nach TABATABAI & BREMNER (1970a,b)
Katalase-Aktivität nach BECK (1971) Bodenzoologie
Lumbriciden
(Artenspektrum, Biomasse, Individuen-dichte, artspezifisches Körpergewicht)
x: > 5 Jahre
Handauslese nach GRAEFE (1991), BAUCHHENß (1997) Austreibung mit Formalin nach GRAEFE (1991), BAUCHHENß (1981)
Collembolen xx: < 1 bis 5 Jahre
Extraktion nach KEMPSON (DUNGER & FIEDLER 1998)
Nematoden xx: < 1 bis 5 Jahre
Extraktion nach KEMPSON (DUNGER & FIEDLER 1998) Kleinanneliden, z.B. Enchyträen x: > 5 Jahre
Nassextraktion nach GRAEFE 1991 bzw. GRAEFE in DUNGER & FIEDLER 1998 oder O’CONNOR