Stoffeintrag in den Auenboden - leipziger-auwald.de · Stoffeintrag in den Auenboden Dr. Annett Krüger, Prof. Hans Neumeister Universität Leipzig, Institut für Geographie Stoffgehalte

Stoffeintrag in den Auenboden

Dr. Annett Krüger, Prof. Hans Neumeister

Universität Leipzig, Institut für Geographie

Stoffgehalte und räumlich-zeitliche

Differenzierung

Auenworkshop 11.11.2010, Leipzig

Erfassung von Standortmerkmalen in Sedimenten und Böden als Funktion des Bestandes,

des Mikroreliefs und der räumlichen Heterogenität

•Bestockungsabhängige räumliche Verteilungsmuster in der dm- und m-Skala des pH-

Wertes im Oberboden des Leipziger Auewaldes

•Untersuchung von Wechselbeziehungen zwischen Stoffeinträgen,

Oberbodeneigenschaften und Stoff-Freisetzung

•Einfluss des Bestandsniederschlages auf die Stoffdynamik im Oberboden

(Huminstoffe)

Bestockungsabhängige räumliche Verteilungsmuster in der dm-

und m-Skala des pH-Wertes im Oberboden des Leipziger

Auewaldes

Rolle des Bestandes

Bestand als Basis für die räumliche Differenzierung der Einträge


Die Art und Dichte der

Bestockung bestimmt den

Eintrag von Niederschlagswasser

und darin enthaltener Stoffe in

den Boden

Untersuchung des Einflusses der

Struktur des Kronenraumes und

der Variabilität des

Bestandsniederschlages auf die

Stoffkonzentrationen in der

Bodenlösung

Bundesweite Bodenzustandserhebung


Methodik


Die reale Bestockung


Ergebnis


Ergebnis


Ergebnis – Die Rolle der standortentsprechenden Meßpunktanordnung


Ergebnis



Untersuchung von Wechselbeziehungen zwischen Stoffeinträgen ,

Oberbodeneigenschaften und Stoff-Freisetzung

Stoffbestand in fluvialen Sedimenten und Böden (Metalle und

andere Stoffe)

Mobilisierfähigkeit von Stoffen: S4-Elutionen, pHstat-Titrationen,

Durchlaufsäulenversuche

Untersuchungen zu pedogenen Bindungsformen von

Schwermetallen und anderen Stoffen im Boden mittels

Sequentieller Extraktionen

Bewertung der Stoffmobilisierung durch gelöste organische

Stoffe. Abtrennung von Huminstoffen aus Böden und Wässern

und deren Chrakterisierung mit Hilfe der RP-HPLC. Berechnung

von konditionellen Komplexstabilitätskonstanten gebildeter

Metall-Huminstoffkomplexe.

Charakteristische Bodenbildungen in der Elster-Luppe-Aue

(Standort Burgaue)

Braune Vega aus Fluvilehm Vega-Gley aus Fluvilehm und -ton über Fluvisand

aAh

aM1

aM2

aM3

aAh

aM

Go

rGrGo


Stoff-Gehalte in rezenten Flußsedimenten und Böden der Weißen Elster und

Nebenflüsse im Vergleich zu geogenen Hintergrundwerten (HG)

1

10

100

1000

10000

100000

mg/k

g

WE-E2 (st)

WE-E5 (st)

Paußnitz

Hakenbrücke

Mühlpleiße

WE-SA sandig

WE-E2 (st) 4600 6515 2455 2358 27850 27543 1110 109,7 31,2 5,49 101 156 208 540

WE-E5 (st) 8060 5170 3415 1287 35603 15252 954 70,6 21,4 2,28 77,6 79,8 62,1 612

Paußnitz 6521 4096 5328 2041 34551 23198 238 23,9 18,0 1,20 80,1 43,8 30,1 498

Hakenbrücke 3313 9147 2612 552 35200 29711 747 94,2 33,2 3,80 57,2 128 95,5 285

Mühlpleiße 3601 3830 2078 81 33531 21188 1694 103,3 20,4 5,30 225 260 283 302

WE-SA sandig 5000 5000 3000 30 11500 9657 248 109,0 17,0 5,00 159 32,0 187 600

Mg Ca K Mn Fe Al Zn Ni Co Cd Pb Cu Cr Na

HG (nach A.

Müller, 1999)

Cd:

0,19

Zn:

157 Cu:

37

Cr:

84

Ni:

73

Co:

15

Pb:

22


Wechselbeziehung Relief- Boden: Kleinräumige Differenzierung der Bodenform

Norden Süden

0 0

50 50

100 100

150 150

200 200

Tiefe Tiefe

in cm in cm

160 140 120 100 80 60 40 20 0 -20 -40 -50

y-25 Markierung in m

100,5

101

101,5

102

102,5

103

Ah Ah Ah Ah Ah Ah

aM1

aM2

aMGo

Gor

rGrGo

aMGo

aMGo

Go

rGrGo

II ICn

Ah Ah Ah Ah Ah Ah Ah Ah

Ah Ah Ah Ah

aM1

aM2

aM aM1

aM2

aM3

aM aM1

aM2

aM3

aM1

aM2

aM3

aM1

aM2

aM1

aM2

aM1

aM2

aM1

aM2

aM

aMGo

aMGo2

aMGo

aMGo

aMGo

aMGo

aMGo aMGo aMGo

aMGo

II lCn Gor

Gor

Gor

Gor Gor

Gor

Go

Go1

?

Go Go

Go

Go

rGrGo

rGrGo

rGrGo

rGrGo

Gr

II lCn II lCn

rGrGo

Gr

rGrGo

rGrGo

II rGrGo rGrGo

Profil 1 Profil 2 Profil 3 Profil 4 Profil 5 Profil 6 Profil 7 Profil 8 Profil 9 Profil 10 Profil 11 Profil 12

1 2 3

4 5 6 7 8

12

9 10

11

Gor

aMGo1

rGrGo

Go2

aMGo

Catena von Bodenprofilen


Wechselbeziehung Relief - Boden: Kleinräumige Differenzierung der Bodenart

Catena von Bodenprofilen Norden Süden

0 0

50 50

100 100

150 150

200 200

Tiefe Tiefe

in cm in cm

160 140 120 100 80 60 40 20 0 -20 -40 -50

y-25 Markierung in m

100,5

101

101,5

102

102,5

103

Ah Ah Ah Ah Ah Ah

aM1

aM2

aMGo

Gor

rGrGo

aMGo

aMGo

Go

rGrGo

II ICn

Lt2 Lt2 Ut3 Ut3 Ut3 Ut3 Lt2 Lt2

Lt2 Lt2 Lt2 Lt2

Lt3

Lt3

Lu Lt2

Lu

Lu

Tu3 Tu3

Tu2

Tu2

Tu3

Tu2

Tu2

Tu2

Tu2

Tu4

Tu3

Lu

Lu

Tu3

Tu3

Tu3

Lt2

Lu

aMGo

Tu2

Tu2

Lt2

Tu3 Tu3 Tu2

Tu2

Ss Gor

Ls4

Tu3

Tu3 Lu

Tu2

Lt3

Tl

?

Tu3 TLt2

Tu3

Tu2

Ts2

Lts

Ls4

Ls2

Su2

Su2 Su2

Lts

Tu2

Tu

Tu2

Tl Tu2

Profil 1 Profil 2 Profil 3 Profil 4 Profil 5 Profil 6 Profil 7 Profil 8 Profil 9 Profil 10 Profil 11 Profil 12

1 2 3

4 5 6 7 8

12

9 10

11

Lt2

Lt2

Su4

Slu

Lt2


Wechselbeziehung Relief - Bodentyp - Stoffgehalte

Vega Gley aus Fluviton

0 100 200 300 400 500 600

Gr

Go

aM

Ah

Pro

filt

iefe

Gehalt [mg/kg]

Ca

Mg

K

Na

Mn

Fe

Cu

Zn

Braune Vega aus Fluvilehm und Fluviton

0 100 200 300 400 500 600

aM3

aM2

aM1

Ah

Pro

filt

iefe

Gehalt [mg/kg]

Ca

Mg

K

Na

Mn

Fe

Cu

Zn

Vega Gley aus Fluviton

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Gr

Go

aM

Ah P

rofi

ltie

fe

Gehalt [%]

Braune Vega aus Fluvilehm und Fluviton

0 2 4 6 8 10 12 14 16

aM3

aM2

aM1

Ah

Pro

filt

iefe

Gehalt [%] Humusgehalt

Bodenfeuchte


Bildung / Mobilisierung

löslicher DOC-Fraktionen

DOC-Wechselwirkung mit

Nähr- und Schadstoffen

Veränderte DOC-Eigenschaften

Veränderte Stoffmobilisierung

Bodenzone

Überflutung / Grundwasseranstieg

DOC-Fraktion

Metalle

Komplexierung

Adsorption u.a. Transport mit dem

Bodensickerwasser

Austauscher

Austauscher

Veränderung des pH-Wertes, Redoxpotentials


DOC als Mobilisierungsträger in komplexen Systemen der Flussauen

mAU, 254 nm

HA Muldenaue

Paußnitz vor der FlutungPaußnitz nach der Flutung

min

min

1234

Fraktionierung von terrestrischen HA (links) von Auensedimenten der Mulde und Paußnitz (Südaue

Leipzig), vor/nach der Überflutung. Abbildung rechts: Vergleich von terrestrischen HA

(Chromatogramm 1) zu aquatischen HA (2-4), isoliert aus verschiedenen Grundwasserpegeln der

Weißen Elster-Aue.


Huminstoffeigenschaften – Charakterisierung mit der RP-HPLC

GynkoSoft V5.50 1999-11-19/11:29---------------------------------------------------------------------------------No Normalization.1 C:<SYS1>LYS-SLA-12 HA-Ebene1 EluentC18 (UV_VIS-1) 1998-02-19/14:162 C:<SYS1>LYS-SLA-28 Elu.C18,Eb.2,Feb98 (UV_VIS-1) 1998-02-23/16:00---------------------------------------------------------------------------------

Fraktionierung von Huminsäuren aus

Sickerwässern in verschiedenen Boden-

Horizonten (Ebene 1, Chromatogramm

1 und Ebene 2, Chromatogramm 2) der

Weißen Elster Aue mit der RP-HPLC.


Differenzierte Huminstoffeigenschaften als Funktion des Bodenhorizontes

GynkoSoft V5.50 1999-11-19/11:33---------------------------------------------------------------------------------No Normalization.1 C:<SYS1>LYS-SLA-48 EluN-freiFeb98 (UV_VIS-1) 1998-02-26/12:062 C:<SYS1>LYS-SLA-54 EluB-NiedFeb98 (UV_VIS-1) 1998-02-27/12:053 C:<SYS1>LYS-SLA-28 Elu.C18,Eb.2,Feb98 (UV_VIS-1) 1998-02-23/16:004 C:<SYS1>LYS-SLA-24 Eluent,Eiche3Feb98 (UV_VIS-1) 1998-02-23/12:16---------------------------------------------------------------------------------

Fraktionierung von Huminsäuren

aus Sickerwässern der Weißen

Elster Aue sowie der Huminsäuren,

isoliert aus Stammabflüssen und

von aus Bestandsniederschlägen

bzw. Freilandniederschlägen

isolierten Huminsäuren mit der RP-

HPLC.


Herkunftsbereiche der Huminstoff-Fraktionen

Chromatogramm 1: HA Freilandniederschlag

Chromatogramm 2: HA Bestandsniederschlag Eiche

Chromatogramm 3: HA Sickerwässer (Ebene 2)

Chromatogramm4: HA Stammabfluss Eiche

Metall HA Paußnitz vor der Überflutung HA Paußnitz nach der Flutung

Zn 62,5 89,6

Pb 0,4 0,4

Co 19,3 24,7

Cd 1,9 1,8

Fe 17465,7 20770,7

Cr 360,8 382,0

Cu 168,7 114,8

Huminsäure(HA)-gebundene Metallanteile [Gehalte in mg/kg] von aus

Auensedimenten isolierten Huminsäuren, Standort südlicher Leipziger Auewald,

Überflutungsbereich der Paußnitz.


Metallbindung an Huminstoffe

Fraktionierung von Huminstoffen und deren Al- und Pb-Komplexe durch RP-

HPLC, : Fluorenzenzquenching-Messungen gebildeter Metall-

Huminstoffkomplexe

1 HA Weiße Elster Aue ohne Metall2 HA-Pb-Komplex Weiße Elster Aue3 HA Muldenaue ohne Metall4 HA-Pb Komplex Muuldenaue

1

2

3

4

4

3

2

1

UV 254 nm

1 Quenching HA-Pb Weiße Elster Aue2 Quenching HA-Pb Muldenaue3 Quenching HA-Al Weiße Elster Aue4 Quenching HA-Al Muldenaue

1

2

3

4

Fluoreszenz-Emission(Quenching)

Weiße Elster Aue

HS-Al, 1: 3 Komplex log k = 4,28 - 5,53

HS-Pb, 1:3 Komplex log k =3,98 - 4,91

Muldenaue

HS-Al, 1: 3 Komplex log k = 3,91 - 4,25

HS-Pb, 1:3 Komplex log k =7,94 - 8,89


Documents

Stoffeintrag in den Auenboden - leipziger-auwald.de · Stoffeintrag in den Auenboden Dr. Annett Krüger, Prof. Hans Neumeister Universität Leipzig, Institut für Geographie Stoffgehalte