René Schwartz

Hochwassergebundener Schadstoffeintrag in Auen der Elbe und der Oka: Aktueller Stand eines BMBF- und UFZ-geförderten russisch-deutschen Kooperationprojektes

Im Rahmen des BMBF-geforderten Vorhabens „Wirkung von Hochwasserereignissen auf die Schadstoffbelastung von Auen und kulturwirtschaftlich genutzten Boden im Uberschwemmungsbereich von Oka und Elbe“ werden in einer weidewirtschaftlich genutzten Aue im Bereich der mittleren Elbe (Strom km 437 – 440) und in einem Auenabschnitt der Oka in der Nahe von Ryazan, ca. 700 km vor der Mundung in die Wolga, der Eintrag, die Verteilung, Retention und Wirkung von Schadstoffen untersucht. Dazu werden bei Hochwasserereignissen die Wasserphase und die Schwebstoffe kontinuierlich, i.d.R. taglich beprobt und auf ihre Gehalte an Schwermetallen analysiert. Daruberhinaus werden auf detailliert hohenvermessenen Transekten an exponierten Standorten Sedimentmatten ausgelegt, auf denen die Retention des sedimentierten und von der Grasnarbe ausgekammten Materials nach Menge und Gute (Hochflutsedimente) untersucht wird. Die Transekte sind im dichten Raster bodenkundlich kartiert und im Elbauenbereich an besonders ausgewiesenen Referenzmesstellen mit Saugkerzen in 4 Tiefen (15, 30, 60, 90 cm) zur Gewinnung von Bodenwasserproben ausgestattet. Die Untersuchung der Schadstoffbelastung wird erganzt durch Arbeiten zur Identifizierung der okotoxikologisch relevanten Verbindungen und deren mikrobiologischer Abbaubarkeit sowie zur Akkumulation von Schwermetallen in Pflanzen.

Charakterisierung des Wasser- und Stoffhaushalts der Böden im Projektgebiet „Deichrückverlegung an der Elbe bei Lenzen“

Um die Veranderungen der naturlichen Bodenfunktionen ‘Lebensraum fur Bodenorganismen’, ‘Standort fur hohere Pflanzen’ und ‘Speicher und Transformator fur eingetragene Stoffe’ nach einer Deichruckverlegung prognostizieren zu konnen, ist es notwendig, zunachst die Eigenschaften der unterschiedlichen Standorte des Projektgebietes zu charakterisieren. Im Zentrum der Untersuchungen stehen die physikalischen Eigenschaften (Lagerungsdichte, Wasserspannungskurve, Wasserleitfahigkeit) und der Wasserhaushalt der betroffenen Auenboden. Diese Untersuchungen werden erweitert durch Bestimmungen von Nahrstoffvorraten und in der Bodenlosung zeitabhangig vorhandenen Nahrstoffgehalten. Zusammen mit den biologischen Untersuchungen soll aus der Wechselwirkung abiotischer und biotischer Prozesse ein Prognoseverfahren fur die Auengebiete entwikkelt werden. Im folgenden werden einige der bisherigen Ergebnisse zur Ist-Zustands-Erfassung zusammengefast. Die Eigenschaften der Auenboden werden primar von der Verbreitung der bodenbildenden Substrate Auensande, Auenlehme und rezenter Auen-schlamme bestimmt, in Randlagen der Auen auch von Torfen und Mudden. Wie Transektkartierungen durch das uberwiegend eingedeichte Plangebiet gezeigt haben (Grongroft et al. 1997), kommt im Normalfall auf dem machtigen sandigen Untergrund eine im Mittel 1.5 m machtige Schicht von Auenlehm vor. Bei diesem Substrat variiert die Bodenart von sandigem Lehm zu Ton. In der heutigen Gelandemorphologie lassen sich zwar noch Rinnen und Walle erkennen, die liegenden Sandschichten weisen jedoch eine wesentlich bewegtere Oberflache auf, die im Zuge der Lehm-Sedimentation eingeebnet wurde.

Einfluß einer Hochwasserwelle auf den Wassergehalt und das Redoxpotential von Auenböden an der Mittelelbe

Sehr starke Regenereignisse im Oberlauf der Elbe (und der Oder!) fuhrten im Zeitraum Juli bis August 1997 zu einem Sommerhochwasser mit einem Hochstwasserstand am Pegel Lenzen von 17,0 m NN. Folge war eine grosflachige Uberflutung des Deichvorlandes bei Lutkenwisch (Stromkilometer 475). Lediglich einzelne Kuppen des Deichvorlandes ragten noch aus den Fluten hervor. Senkenpositionen waren drei Wochen lang bis zu 1,5 m hoch uberstaut. Die Auswirkungen des Hochwassers auf den Wassergehalt (Wassersattigung) und das Redoxpotential in zwei Horizonten werden aufgezeigt.

Standorteigenschaften von Böden der Mittelelbe I. Einfluß von Eindeichungen auf den Nährstoffhaushalt

Naturliche Auenokosysteme verdanken ihren Artenreichtum extremen abiotischen Bedingungen im Einflusbereich der Flusse. Im Verlauf seiner Entwicklungsgeschichte hat der Flus durch Verlagerung seines Bettes und daraus folgend im Wechselspiel von Sedimentation und Erosion ein kleinraumlich variierendes Standortmosaik aus feuchten, tonverfullten Rinnen, trockenen, sandigen Uferwallen, nassen Boden am Rande von Altarmen und wechselfeuchten Ebenen aus Auenlehm geschaffen. Dieses Mosaik wird auch heute noch (in Bereichen geringer anthropogener Beeinflussung) durch den Flus umgestaltet. Mit dem Hochwasser gelangen in die nicht eingedeichten Bereiche der Aue, abhangig von der Topographie, Nahr- und Schadstoffe. Infolge von Eindeichungen und der damit ausbleibenden Uberflutungen versiegt dieser partikulare Stoffeintrag. Bodenbildende Prozesse (Entwasserung, Oxidation, Redoximorphose, Verbraunung, Verlehmung) setzen ein, Nahrstoffe konnen ausgewaschen oder dem Boden durch landwirtschaftliche Nutzung entzogen werden. Langandauerndes Ausbleiben des Stoffeintrages fuhrt demzufolge zu einer Veranderung der Nahrstoffgehalte und einer Verschiebung der Elementverhaltnisse. Die in der Tab. 1 aufgefuhrten Ergebnisse entstammen dem Bereich der unteren Mittelelbe (Stromkilometer 438 und 480). Es handelt sich um Hochflutsedimente des Jahres 1996–97 (n = 25) und um Oberbodenproben. Diese unterteilen sich einerseits in ausendeichs gelegene Auenboden (n = 43) und andererseits in eingedeichte Bereiche (n = 83). Insgesamt ist eine gute Nahrstoffversorgung bei einem fur landwirtschaftliche Zwecke geeigneten pH-Wert zu verzeichnen. Lediglich der pflanzenverfugbare Anteil des Phosphors ist auf den eingedeichten Bereichen stark erniedrigt.

Standorteigenschaften von Böden der Mittelelbe — Einfluß von Hochwasserereignissen auf den Schadstoffhaushalt

Die Elbe hat im Wechselspiel von Sedimentation und Erosion in ihrem Einflusbereich ein kleinraumig variierendes Standortmosaik aus feuchten, tonverfullten Rinnen und trockenen, sandigen Uferwallen geschaffen. Des weiteren sind nasse Boden am Rande von Altarmen und wechselfeuchte Ebenen aus Auenlehm typisch. Mit dem Hochwasser gelangen in Abhangigkeit von Topographie und morphologischer Exposition Nahr- und Schadstoffe in die uberschwemmten Bereiche. Wahrend im Deichvorland der partikulare Stoffeintrag anhalt und zur Belastung beitragt, ist der Binnendeichbereich von dieser Zulieferung abgeschnitten. Um den Einflus des Hochwassers auf die Boden beschreiben zu konnen, ist deshalb ein Vergleich der Belastung zwischen Boden im eingedeichten und nicht eingedeichten Bereich unerlaslich. Es werden Oberbodenhorizonte als auch Horizonte aus rezentem Auenlehm miteinander verglichen.