Naturschutz: Spielverderber
Was Pflanzen auf dem Acker recht, ist Algen in Bach und Teich nur billig: Nährstoffe aus landwirtschaftlichem Dünger gelangen über eingeschwemmte Erde in die Gewässer und bringen sie zum Blühen. Gegenmaßnahmen sind bekannt, doch können sie am Phosphat-Hamstervermögen des Bodens scheitern.
© Barbara Neumann (Ausschnitt)
Glasklare Seen, in denen man auch zu Sommerszeiten noch meterweit in die Tiefe sehen kann, sind selten geworden. Der Eintrag von Nährstoffen wie Nitrat, Ammonium und Phosphat aus Kläranlagen, Industrie und Landwirtschaft hat innerhalb von wenigen Jahren viele Gewässer "überfüttert", Algenblüten, Sauerstoffmangel und Fischsterben sind die Folgen. Mit zahlreichen verschiedenen Maßnahmen versuchen Wissenschaftler, der Eutrophierung Herr zu werden und die Bäche und Teiche, Flüsse und Seen wieder in einen naturnäheren, nährstoffärmeren Zustand zurück zu versetzen – mit teilweise beachtlichem Erfolg. Doch manchmal reagiert der behandelte Patient schlicht nicht.
Warum, erklärt Stephen Carpenter von der Universität von Wisconsin in Madison anhand einer Simulation des gut untersuchten Mendota-Sees, dessen Einzugsgebiet zu achtzig Prozent landwirtschaftlich genutzt wird. Der Forscher beschränkte sich auf den Eintrag von Phosphat, da dieser Nährstoff den Naturschutz vor ein besonderes Problem stellt: Er hängt sich ausgesprochen gern an Tonminerale und bleibt daher im Boden, während Nährstoffgenosse Nitrat beispielsweise sehr gut ausgewaschen wird. Und dieser langfristige Speicher von Phosphat im Boden ist es, der auch bei einem verringerten Düngemitteleinsatz ständig weiter für Nährstoffnachschub in den Gewässern sorgt – denn fast jeder heftige Regen schwemmt Erde und damit Phosphat ein, welches das Algenwachstum ankurbelt.
Zunächst blickte Carpenter für sein Modell ein Vierteljahrhundert in die Vergangenheit. In den ersten hundert Jahren modellierte der Forscher einen vom Menschen unbeeinflussten Zustand, dann nahm er für die folgenden hundert Jahre eine zunehmende landwirtschaftliche Nutzung an, die in den letzten fünfzig Jahren bis hin zu industriellen Maßstäben intensiviert wurde. Daran schloss der Wissenschaftler zwei Zukunftsszenarien an: zum einen den sofortigen Stopp des Phosphateintrags in den Boden durch Dünger und zum anderen darüber hinaus auch die Begrenzung des Eintrags von Phosphat aus anderen Quellen, wie der Verwitterung entsprechender Minerale. In diesem Fall sollte jedenfalls die Nährstoffzufuhr von heute auf morgen wieder präindustriellen Zeiten entsprechen.
Wurde nur der landwirtschaftliche Eintrag begrenzt, blieben die Phosphatkonzentrationen im Sediment des Seebodens trotzdem anhaltend hoch – denn regenbedingt gelangt ja immer noch nährstoffreiches Erdreich ins Gewässer, und insgesamt wird dem Seewasser mehr Phosphat durch Sedimentation entzogen als nachgeliefert wird. Um 400 Jahre nach Start erreichten die Konzentration sogar ein Maximum. Gleichzeitig dazu schnellten aber auch die Phospatgehalte des Seewassers in die Höhe und blieben bis zum Ende der Simulation auf diesem Niveau – hier hatte sich die Nährstoffumsetzung im See wohl verändert.
Doch auch der rigidere Fall, in dem Carpenter den Phospateintrag auf den Bodenflächen sogar auf präindustrielle Verhältnisse senkte, half dem See nur wenig. Denn in der Erde wie im freien Wasser gehen die Phosphatkonzentrationen zwar zurück, nicht jedoch im Sediment: Hier traten die höchsten Werte sogar erst 1100 Jahre nach Beginn der Simulation auf. Ein gefährlicher Speicher, der durch Störungen wie beispielsweise heftige Stürme, die den See tief umwälzen, mobilisiert werden kann. Oder auch durch Verlanden: Siedeln sich dann zunehmend Sumpfpflanzen im Uferbereich an, finden sie Nährstoffe im Überfluss.
Ein erster Schritt gegen die ungewollte Phosphatdüngung von Gewässern ist das Anlegen breiter Schutzzonen an den Ufern, die wie ein Filter herangeschwemmte Erde zurückhalten sollen. So manch trübem See wird wohl aber in Zukunft nur noch ein "Aushungern" des Bodens mit modernen Methoden wieder klarer sehen lassen. Um vorzubeugen, ist es dringend an der Zeit, der düngerbedingten Nährstoffzufuhr einen Riegel vorzuschieben. Auch das Meer würde es danken, muss es doch inzwischen das Dreifache an Phosphat im Vergleich zu präindustriellen Zeiten schlucken. Ohne den erdigen Speicher der Böden und Sedimente wäre es noch weitaus mehr.
Warum, erklärt Stephen Carpenter von der Universität von Wisconsin in Madison anhand einer Simulation des gut untersuchten Mendota-Sees, dessen Einzugsgebiet zu achtzig Prozent landwirtschaftlich genutzt wird. Der Forscher beschränkte sich auf den Eintrag von Phosphat, da dieser Nährstoff den Naturschutz vor ein besonderes Problem stellt: Er hängt sich ausgesprochen gern an Tonminerale und bleibt daher im Boden, während Nährstoffgenosse Nitrat beispielsweise sehr gut ausgewaschen wird. Und dieser langfristige Speicher von Phosphat im Boden ist es, der auch bei einem verringerten Düngemitteleinsatz ständig weiter für Nährstoffnachschub in den Gewässern sorgt – denn fast jeder heftige Regen schwemmt Erde und damit Phosphat ein, welches das Algenwachstum ankurbelt.
Zunächst blickte Carpenter für sein Modell ein Vierteljahrhundert in die Vergangenheit. In den ersten hundert Jahren modellierte der Forscher einen vom Menschen unbeeinflussten Zustand, dann nahm er für die folgenden hundert Jahre eine zunehmende landwirtschaftliche Nutzung an, die in den letzten fünfzig Jahren bis hin zu industriellen Maßstäben intensiviert wurde. Daran schloss der Wissenschaftler zwei Zukunftsszenarien an: zum einen den sofortigen Stopp des Phosphateintrags in den Boden durch Dünger und zum anderen darüber hinaus auch die Begrenzung des Eintrags von Phosphat aus anderen Quellen, wie der Verwitterung entsprechender Minerale. In diesem Fall sollte jedenfalls die Nährstoffzufuhr von heute auf morgen wieder präindustriellen Zeiten entsprechen.
Wurde nur der landwirtschaftliche Eintrag begrenzt, blieben die Phosphatkonzentrationen im Sediment des Seebodens trotzdem anhaltend hoch – denn regenbedingt gelangt ja immer noch nährstoffreiches Erdreich ins Gewässer, und insgesamt wird dem Seewasser mehr Phosphat durch Sedimentation entzogen als nachgeliefert wird. Um 400 Jahre nach Start erreichten die Konzentration sogar ein Maximum. Gleichzeitig dazu schnellten aber auch die Phospatgehalte des Seewassers in die Höhe und blieben bis zum Ende der Simulation auf diesem Niveau – hier hatte sich die Nährstoffumsetzung im See wohl verändert.
Doch auch der rigidere Fall, in dem Carpenter den Phospateintrag auf den Bodenflächen sogar auf präindustrielle Verhältnisse senkte, half dem See nur wenig. Denn in der Erde wie im freien Wasser gehen die Phosphatkonzentrationen zwar zurück, nicht jedoch im Sediment: Hier traten die höchsten Werte sogar erst 1100 Jahre nach Beginn der Simulation auf. Ein gefährlicher Speicher, der durch Störungen wie beispielsweise heftige Stürme, die den See tief umwälzen, mobilisiert werden kann. Oder auch durch Verlanden: Siedeln sich dann zunehmend Sumpfpflanzen im Uferbereich an, finden sie Nährstoffe im Überfluss.
Ein erster Schritt gegen die ungewollte Phosphatdüngung von Gewässern ist das Anlegen breiter Schutzzonen an den Ufern, die wie ein Filter herangeschwemmte Erde zurückhalten sollen. So manch trübem See wird wohl aber in Zukunft nur noch ein "Aushungern" des Bodens mit modernen Methoden wieder klarer sehen lassen. Um vorzubeugen, ist es dringend an der Zeit, der düngerbedingten Nährstoffzufuhr einen Riegel vorzuschieben. Auch das Meer würde es danken, muss es doch inzwischen das Dreifache an Phosphat im Vergleich zu präindustriellen Zeiten schlucken. Ohne den erdigen Speicher der Böden und Sedimente wäre es noch weitaus mehr.
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