6.5 Stoffdeposition

6.5.1 Stoffdeposition durch Niederschlag

Für chemische Untersuchungsmethoden zum Stoffumsatz und -transfer spielt die Erfassung der hydrologischen Größe Niederschlagshöhe, d.h. Freiflächen- und Bestandsniederschlägeshöhe einschließlich Stammabfluss eine wichtige Rolle.

Hierfür sind in der Regel außer den zu ermittelnden Beschaffenheitsdaten die Stofftransport und -speicherung bestimmenden Daten zu erheben (hier: Niederschagsspende etc.). Für die Messung der Stoffdeposition mit den Freilandniederschlägen (engl. bulk deposition) werden ständig offene Sammler verwendet (... sammeln trockene und nasse Deposition).

Reines, anthropogen unbeEinflusstes Niederschlagswasser ist bereits deutlich sauer und hat einen pH-Wert von etwa 5,3-5,5. Die natürliche Acidität des Niederschlags stammt ganz überwiegend von gelöstem CO2, aber auch von Schwefeldioxid aus Vulkanausbrüchen oder von kurzkettigen aliphatischen Carbonsäuren, die in der Atmosphäre durch photochemische Oxidation aus biogenen Alkan-Emissionen entstehen können. Der mittlere pH-Wert des Regens in Westdeutschland liegt derzeit bei 4,0-4,6 (Brauer 1996). Vor allem diese Acidität der Niederschläge (10 mal höher als natürliche Verhältnisse) ist es, die als Wegbereiter für die Schadstoffe in den Boden und weiter in das Grundwasser eine wesentliche Rolle spielt.

Nach der Richtlinie der Kommission der Luft in VDI und DIN zur Bestimmung von Immissionen (Stand Dez. 1996) erfolgt die Bestimmung des pH-Wertes im Regenwasser nach VDI-Nr./Blatt 3870/10 (Messmethode bzw. Inhalt: Glaselektrode und Bezugselektrode). Die freie Acidität im Regenwasser nach VDI-Nr./Blatt 3870/11 (Titration nach Gran).

Weitere Informationen zur Stoffdeposition: DVWK (1997)

6.5.2 Untersuchung der Stoffdeposition

Allgemeine Grundsätze zur Ermittlung der Stoffdeposition im Wald, landwirtschaftlichen Kulturen und sonstigen Pflanzenbeständen (Niederschlagsdeposition im Bestand):

Um Stoffflüsse zu berechnen, benötigt man die Wasserflüsse und die Konzentrationsmessungen gelöster Stoffe: Stofffluss (mg · m-2 · d-1) = Wasserfluss (l · m-2 · d-1) · Konzentration (mg · l-1). Meistens ist eine monatliche Betrachtung ausreichend, mit einer Eintragsfläche in ha (104 m2). Stoffflüsse werden dabei nicht nur in den Masseneinheiten g oder kg angegeben, sondern häufig als ihre chemischen Äquivalente in molC oder kmolC.

Grundlage zur Ermittlung der Stoffdeposition sind die Ergebnisse der Niederschlagsuntersuchungen (Freiland- u. Bestandsniederschlagshöhen in mm/Zeitraum) sowie die Stoffkonzentrationen (mg/l z.B.). Der Eintrag mit dem Bestandsniederschlag ist in die Komponenten aus Kronendurchlass und aus Stammabfluss unterteilt. Die Summe der beiden Komponenten stellt die gesamte "bulk deposition" im Bestand dar. Die Bestimmung der Deposition mit dem Kronendurchlass erfolgt mit dem sogenannten "bulk"-Sammler (Tropf- oder Trichter-Flasche-Sammler). Der Stammabfluss wird mit stammumlaufenden Manschetten erfaßt, wobei aus der gesamten Stammabflussmenge eine Mischprobe zu gewinnen ist.

Stoffeintrag/Depositionsraten werden in kg/(ha · a) oder in g/(m² · a), bei Spurenstoffdeposition in μeq m-2 ·h-1 angegeben.

Berechnung der Stoffdepositionsraten Fi aus der Bestandsniederschlagsintensität hB [l · m-2 · h-1] und der Konzentration des Stoffes Ci [mg/l]: Fi = hB · Ci.

6.5.3 Ausgewählte Depositionsraten

Einige Zahlen aus Brauer (1996): Die höchsten Depositionsraten verzeichnen die höher gelegenen Kammlagen der Mittelgebirge, weil hier - insbesondere luvseitig - die Niederschlagshöhen am größten sind. Mittlere westdeutsche Depositionsraten von Nitrat-Stickstoff liegen im Freiland bei 6,3 kg/(ha · a) und im Fichtenbestand bei 12,7 kg/(ha · a). Beim Schwefel (16,0 kg/(ha · a) im Freiland, 46,0 kg/(ha · a) im Fichtenbestand) liegt die mittlere Depositionsrate bei einem Flächenverhältnis Wald/Freiland bei 26,0 kg/(ha · a).

6.5.4 Praxisbeispiel: Monitoring

Senatsverwaltung für Stadtentwicklung Berlin: Umweltschutz und Technologie - Referat Öffentlichkeitsarbeit
"Analyse und Bewertung der regionalen Verteilung von Luftschadstoffen und ihrer kurz- und längerfristigen Wirkung auf Organismen und Ökosysteme für Berlin und Umland 3000 km²".

1: Schwefeldioxid - Emissionen und Immissionen (Ausgabe 1997)

Quelle: http://www.stadtentwicklung.berlin.de/umwelt/umweltatlas/da30102.htm

Bedingt durch diese abnehmende atmosphärische Säurepufferung wird auch ein Absinken des pH-Wertes im Regen (1984 - '94 von 4,7 auf 3,9) (vgl. Pelz 1995).

2: Depositionsmessungen

Ziel der Untersuchung

Gegenüber den Immissionswerten, d.h. den Angaben über die Schadstoffkonzentrationen in der Luft, sind für Waldökosysteme die Stoffeinträge aus nasser ("saurer Regen") und trockener Deposition ("Staubniederschlag") meist von größerer Bedeutung.

Abb. 6.4: Quelle: http://www.stadtentwicklung.berlin.de/umwelt/monitoring/de/luftschicht/

Nutzen derartiger Messungen: Ermittlung anthropogen bedingter kurz- und insbesondere längerfristiger Änderungen von Funktionsabläufen im Ökosystem durch Immissionen, Nutzungsintensivierungen etc.