Abbildung regionaler landwirtschaftlicher Stickstoffflüsse für die Gewässer- und Klimaschutzpolitik (RELAS)

Hintergrund und Zielsetzung

Der Europäische Gerichtshof hat die Bundesrepublik Deutschland 2018 wegen mangelnder Umsetzung der Nitratrichtlinie verurteilt (Rechtssache C-543/16). Viele Gebiete in Deutschland weisen Nitratgehalte im Grundwasser über dem gesetzlichen Schwellenwert von 50 mg/l auf. Die Auflagen für das Düngemanagement in der Landwirtschaft wurden 2020 durch die Novellierung der Düngeverordnung verschärft. Um frühzeitig Nachsteuerungsbedarf für die nitratbelasteten Gebiete zu erkennen bzw. eine negative Entwicklung auf den bislang unbelasteten Gebieten zu verhindern, soll in Deutschland ein flächendeckendes Monitoringsystem eingerichtet werden, das in kurzen Abständen Aussagen zur Effektivität der getroffenen Maßnahmen ermöglicht.

Der agrarökonomisch-hydrologische Modellverbund AGRUM Deutschland, an dem das Thünen-Institut für Lebensverhältnisse in ländlichen Räumen mit dem Regionalisierten Agrar- und Umweltinformationssystem für Deutschland (RAUMIS) beteiligt ist, ist zentraler Bestandteil des Monitorings. Wir modellieren Nährstoffemissionen aus landwirtschaftlichen und nicht-landwirtschaftlichen Quellen und deren Einträge in das Grundwasser, die Oberflächengewässer und die Randmeere. Dies soll Erkenntnisse über die Zusammenhänge zwischen den kurz- und langfristigen Auswirkungen von Maßnahmen zur Nährstoffreduktion liefern. Die kurzfristigen Effekte betreffen die Nährstoffüberschüsse, deren Höhe vom Düngemanagement, aber auch vom Standort und der Witterung abhängen. Die Nährstoffkonzentrationen und -frachten in den Gewässern werden hingegen durch eine Vielzahl von regionalen Faktoren (Düngepraxis, Klima, Niederschlag, Bodeneigenschaften, Retention etc.) über einen Zeitraum von mehreren Jahren bis zu Jahrzehnten beeinflusst. 

Da Stickstoffverbindungen nicht nur Gewässer verunreinigen (Nitrat), sondern auch als Luftschadstoff (Ammoniak) und als Treibhausgas (Lachgas) eine große Rolle spielen, verfolgen wir zusammen mit dem Thünen-Institut für Agrarklimaschutz, dem Forschungszentrum Jülich und dem Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei einen systemübergreifenden Ansatz bei der Modellierung. Dabei werden die Stickstoffflüsse in Boden, Gewässern und Atmosphäre gesamtheitlich quantifiziert und für die Klimaberichterstattung nutzbar gemacht.

Die modellhafte Abbildung von Massenströmen wird im Rahmen des Monitorings flankiert von Daten zur betrieblichen Düngung (Emissionen) und zu Nitrat- und Phosphatkonzentrationen in Oberflächengewässern und Grundwasserkörpern (Immissionen). Darüber hinaus erhebt das Julius-Kühn-Institut außerhalb des RELAS-Projektes Messdaten zur Nährstoffsituation von Betrieben in Modellregionen, um Erkenntnisse über die Wirkung von Maßnahmen der Düngeverordnung auf Einzelflächen zu erhalten.

Die Abbildung regionaler landwirtschaftlicher Stickstoffflüsse wird die Datengrundlage der Emissionsinventare der Klimaberichterstattung und damit auch diese selbst verbessern.

Zusammenfassend zielt das Projekt RELAS darauf ab, mit der räumlich differenzierten Abbildung landwirtschaftlicher Stickstoffflüsse in Deutschland wichtige Beiträge zum Gewässerschutz (Aufbau eines Wirkungsmonitorings zur Düngeverordnung) und zum Klimaschutz (Verbesserung der Klimaberichterstattung) zu leisten.

Zielgruppe

Politische Entscheidungsträger (Europäische Kommission, Bund, Länder), land- und wasserwirtschaftliche Fachbehörden, landwirtschaftliche Betriebsleiter, Umweltverbände, Bauernverband, interessierte Fachöffentlichkeit.

Vorgehensweise

Das Vorhaben wird vom Thünen-Institut für Lebensverhältnisse in ländlichen Räumen koordiniert. Es gliedert sich Folgende Teilaufgaben:

• Aufbau der Infrastruktur der Datenhaltung
• Erschließung, Aufbereitung, Zusammenführung und Plausibilisierung von räumlich hochaufgelösten Datengrundlagen
• Entwicklung von Routinen zur standardisierten Datenaufbereitung für Emissionsberechnungen und Modellierungen
• Weiterentwicklung des Modellsystems AGRUM Deutschland: Modellhafte Abbildung räumlich differenzierter landwirtschaftlicher Stickstoffflüsse, Modellierung von Stickstoff- und Humusvorräten im Boden in Abhängigkeit vom landwirtschaftlichen Management, Verbesserung der Berechnung von Lachgas- und Ammoniakemissionen sowie der Nitratauswaschung aus landwirtschaftlichen Böden, Verbesserung der Modellierung von Lachgasemissionen bei Denitrifikation in Oberflächengewässern
• Folgenabschätzungen ausgewählter Maßnahmen
• Bereitstellung von Ergebnissen für die Öffentlichkeit, Zuarbeit zur jährlichen Berichterstellung für die Europäische Kommission

Die Vielzahl an Eingangs- und Ergebnisdaten wird in einer zentralen Datenbank am Thünen-Institut zusammengeführt und verwaltet. Für die Verstetigung des Monitorings werden Routinen entwickelt, die wiederkehrende Datenauswertungen, Analysen und Zuarbeiten für Berichte der Bundesrepublik Deutschland an die Europäische Kommission erlauben und sowohl Behörden als auch der Öffentlichkeit detaillierte Umweltinformationen zur Nährstoffsituation zur Verfügung stellen. 

Daten und Methoden

Als Datengrundlage werden – soweit möglich – Daten aus folgenden Quellen akquiriert, aufbereitet und zusammengeführt:

InVeKoS (Integriertes Verwaltungs- und Kontrollsystem), HIT-Datenbank, Testbetriebsstatistik, Tierseuchenkasse, Daten aus dem Verwaltungsvollzug der Düngeverordnung, der Wirtschaftsdünger-Verbringungsverordnung, der Klärschlammverordnung und der Bioabfallverordnung.

Der interdisziplinäre Modellverbund AGRUM Deutschland wird im Projekt RELAS fortgeführt und weiterentwickelt.