Die Bedeutung von Gerinnesedimenten im Phosphorhaushalt kleiner Fliessgewässer der Region Basel

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Quellen- und Senkenfunktion der Gerinne- und Ufersedimente im P-Haushalt zweier landwirtschaftlich extensiv genutzter Kleineinzugsgebiete mit kalkig/tonigem (Länenbach) und silikatischem (Schneckenbach) Ausgangssubstrat. Den Hintergrund für die Untersuchungen bildet die Diskrepanz zwischen den langjährigen Messungen zur Bodenerosion bzw. deren Modellierung und dem fluvialen Stoffaustrag. Folgende Prozesse wurden dazu untersucht:
• Gerinneretention unter Niedrigwasserbedingungen anhand von manuellen Schöpfbeprobungen.
• Fluvialer SS- und P-Austrag unter Hochwasserbedingungen auf der Basis von automatischen Beprobungen und der Klassifikation der Austragsdynamik anhand von Hysteresekurven.
• Ufer- und Gerinneerosion anhand von Erosionsnagelmessungen und Peilung von Querprofilen.
• Räumliche und zeitliche Veränderung der P-Gehalte im Ufer- und Gerinnebereich anhand von Sedimentbeprobungen.
• Räumliche und zeitliche Veränderung der P-Gehalte im Sedimentporenwasser mit Hilfe von Interstitialsonden.
• P-Rücklösung aus Ufer- und Gerinnesedimenten anhand von Schüttelexperimenten.
Die zentralen Ergebnisse der Arbeit lassen sich wie folgt zusammenfassen:
• Unter Niedrigwasserbedingungen ist in den nicht durch punktuelle Quellen geprägten Bachabschnitten ein großräumig wirkender P-Rückhalt durch die Gerinnesedimente auszumachen.
• Gerinnesedimente unterhalb punktueller Einleitungen spielen im Niedrigwasser dann eine bedeutende Rolle als P-Quelle, wenn die P-Belastung des Oberflächenwassers plötzlich abnimmt.
• Gerinneinterne SS- und P-Quellen besitzen insbesondere für kleine bis mittlere Hochwasserereignisse während sommerlicher bzw. übergeordneter Trockenperioden eine große Bedeutung, wobei anhand der Hystereseklassifikation z.T. auf die Lage der Stoffquellen im EZG geschlossen werden konnte.
• P, der sich aus punktuellen Quellen in Gerinnesedimenten angereichert
• hat, wird unter Hochwasserbedingungen mit einer diffusen Signatur aus-
• getragen.
• Die Ufer sind die primären Feststoffquellen der untersuchten Bäche, wo-
• bei der Feststofftransfer selbst eine Zusammensetzung aus denudativen
• und erosiven Prozessen darstellt.
• Die Gerinne waren im Gegensatz zu den Uferbereichen im Untersuchungszeitraum stärker von Akkumulationsprozessen geprägt.
• Die Intensität der Rückverlegung der Uferwände ist von Uferhöhe, Witterung und Abflussgang abhängig, wobei der Massenverlust zumindest im Länenbach den Hauptteil des SS- und P-Gebietsaustrages erklären kann.
• Die P-Gehalte in den Gerinnesedimenten zeigen Anreicherungsvorgänge in der übergeordneten Trockenperiode 2003-2004 und sind mit einer erhöhten Feinmaterialakkumulation assoziiert, was sich auch in kleinräumlichen Unterschieden zwischen geomorphologischen Riffles und Pools niederschlägt.
• Die höchsten P-Sedimentkonzentrationen finden sich unterhalb von punktuellen P-Quellen.
• Die Analyse des Interstitialwassers zeigte in beiden Bächen eine vorherrschende Retentionsfunktion.
• Im Schneckenbach zeigten die Porenwasseruntersuchungen deutliche Unterschiede zwischen den dominierenden Infiltrationszonen (downwelling) und den vereinzelt vorkommenden Exfiltrationszonen (upwelling), wobei in Letzteren zum Teil doppelt so hohe DRP-Werte gemessen wurden.
• Die Rücklöse- und EPC0-Experimente konnten klare Unterschiede zwischen den beiden Untersuchungsgebieten aufzeigen, die nur zum Teil aus den Ausgangssubstraten resultierten. Ein weiterer wesentlicher Steuerfaktor ist die P-Konzentration im Oberflächenwasser.
Aus den Erkenntnissen konnten sowohl für P als auch für SS Modellvorstellungen entwickelt werden, die vor dem Hintergrund zeitvariabler Abflusskennwerte dabei helfen, die jeweils relevanten P-Quellenflächen abzuschätzen.