Bodenmonitoring in NRW
Zum Schutz der Böden muss deren Zustand kontinuierlich und langfristig überwacht werden. Dazu werden Bodendaten über einen langen Zeitraum in Monitoringprogrammen erhoben und ausgewertet. So lassen sich frühzeitig Veränderungen und Beeinträchtigungen des Bodenzustandes und der natürlichen Bodenfunktionen erkennen.
Durch die industrielle Vorgeschichte Nordrhein-Westfalens haben sich über viele Jahrzehnte Schadstoffeinträge aus der Luft auch in industriefernen Böden des Landes angereichert. Dazu zählen auch Säureeinträge. Eine fortschreitende Bodenversauerung mit den damit einhergehenden Beeinträchtigungen der natürlichen Bodenfunktionen und der Schädigung des Ökosystems sind die unmittelbaren Folgen. Davon betroffen sind nicht nur Böden in Ballungsräumen, sondern auch Böden in ländlichen Regionen unabhängig von ihrer Nutzung wie Wald, Grünland oder Acker. Weitere Einflussfaktoren wie die Auswirkung des voranschreitenden Klimawandels und die landwirtschaftliche Bodenbearbeitung können sich darüber hinaus zusätzlich auf den Boden auswirken.
Um eine systematische Erfassung des aktuellen Bodenstatus, der zukünftigen Entwicklung der Bodeneigenschaften sowie ein allgemein besseres Verständnis der in Böden ablaufenden chemischen, physikalischen und biologischen Prozesse ermöglichen zu können, wurden in NRW seit dem Ende der achtziger Jahre gezielt verschiedene sich ergänzende Boden-Monitoringprogramme angelegt:
Um den Status der Waldböden überwachen zu können, wurde in den 1980er Jahren im Rahmen des forstlichen Umweltmonitorings bundesweit die Bodenzustandserhebung im Wald initiiert, bei der die Geländeaufnahme und Datenerhebung durch das jeweilige Bundesland koordiniert und durchgeführt wird. Die erhobenen Daten werden anschließend an das für die bundesweite Datenauswertung zuständige Thünen-Institut weitergeleitet. Dort wurden die Ergebnisse der Bodenzustandserhebung im Wald 2006 bis 2008 (BZE II) veröffentlicht.
Die Bodenzustanderhebung ist eine systematische Stichprobeninventur im bundesweit repräsentativen Stichprobenraster von 8x8 km gemäß dem Level-I-Programm des Forstlichen Umweltmonitorings. Um der regionalen Variabilität und räumlichen Verteilung der Waldstandorte in NRW Rechnung tragen zu können, wurden in ausgesuchten Regionen Nachverdichtungen in einem 4x4 km Raster durchgeführt. Die BZE III in NRW umfasst 330 Stichprobenpunkte, deren Lage der untenstehenden Karte entnommen werden kann.
Die Geländeaufnahmen zur BZE in NRW werden seit der Erstaufnahme in den Jahren 1989-1991 in einem Turnus von 15-20 Jahren durchgeführt. Die Geländeaufnahmen zur zweiten BZE fanden im Zeitraum von 2006-2008 statt, während die Untersuchungen der dritten BZE im Zeitraum 2022-2024 durchgeführt werden (siehe Flyer).
Die Probenahme erfolgt im Auflagehumus horizontweise, im mineralischen Ober- und Unterboden entsprechend definierter Tiefenstufen. Das an den BZE-Stichprobenpunkten zu untersuchende Parameterspektrum umfasst dabei sowohl bodenchemische und bodenphysikalische Daten über die Waldböden als auch eine Beschreibung des Bodenprofils und der Humusformen. Zur Interpretation der bodenkundlichen Daten werden zudem Parameter zur Waldbestockung wie Baumhöhe und Stammzahl ermittelt, sowie standortbezogene Bodenvegetationsaufnahmen durchgeführt und Informationen zur Waldkalkung, forstlichen Nutzung und Düngung eingeholt. Neben den bodenkundlichen und vegetationskundlichen Untersuchungen erfolgt eine umfassende Untersuchung der Waldbäume.
Die Stichprobenpunkte sollen im Rahmen der unterschiedlichen BZE-Kampagnen wiederholt beprobt werden. Durch die Dürre und tiefgründige Austrocknung der Waldböden in den Jahren 2018 bis 2020 sind einige Stichprobenpunkte infolge von Borkenkäferkalamitäten zum Zeitpunkt der dritten Beprobungsphase ohne Bestand. Trotzdem werden auf den betroffenen Flächen die bodenkundlichen Untersuchungen durchgeführt.
Mit dem BDF-Programm in Nordrhein-Westfalen wird seit 1995 an ausgewählten Flächen insbesondere die Entwicklung der Bodenversauerung und der Schwermetallbelastung der Böden beobachtet. Damit wird das Ziel verfolgt, spezifische Belastungssituationen im Hinblick auf langfristige Änderungen der Bodenzustände zu beschreiben und zukünftige Entwicklungen prognostizieren zu können. Das BDF-Programm verfolgt nicht das Ziel einer boden-, landschafts-, nutzungs- und belastungsrepräsentativen Erfassung des Bodenzustands in Nordrhein-Westfalen. Die Ergebnisse aus dem BDF-Programm sind daher nicht repräsentativ für die Landschaften, Böden, Nutzungen und Belastungen in Nordrhein-Westfalen.
Zunächst wurden exemplarisch Böden auf 21 Standorten untersucht. Die 21 BDF verteilen sich auf 13 Laubwald-, 3 Nadelwald- und 4 Grünlandstandorte sowie eine Parkwiese.
Vor dem Hintergrund der Ergebnisse aus den Auswertungen der bodenchemischen Untersuchungen und der bodenbiologischen Untersuchungen sowie der Anpassung der Zielsetzungen an aktuelle Fragestellungen werden seit 2015 nur noch fünf BDF-Waldflächen in einem 10-Jahres Intervall untersucht.
Diese fünf Waldflächen sind gleichzeitig als Bodendauerbeobachtungsflächen in das Level II-Programm des forstlichen Umweltmonitorings und somit in die europaweite Waldzustandsüberwachung des ICP Forest integriert (siehe untenstehende Karte).
Neben den physikalischen (einmalige Untersuchung) und chemischen Parametern wurden auch bodenmikrobiologische und bodenzoologische Daten erhoben.
Die Probenahme für die chemischen Untersuchungen (BDF-Bericht "Konzeption und Sachstand") erfolgen alle 10 Jahre. Dabei wird die Humusauflage ebenso wie der mineralische Ober- und Unterboden beprobt. Für den Mineralboden sind fest definierte Tiefenstufen vorgegeben. Mit 24 Stichproben je Standort, die zu 6 Mischproben vereint werden, werden für die Bodenchemie sehr umfangreiche Beprobungen durchgeführt. Entsprechend der zu erwartenden Reaktionen der Böden auf mögliche Schadstoffeinwirkungen werden die sich nur langsam verändernden chemischen Parameter seit dem Beginn des Programms 1995 im Turnus von 10 Jahren bestimmt.
Die Untersuchungen zur Bodenmikrobiologie (Bericht zu Bodenbiologischen Untersuchungen auf BDF) erfolgten hingegen von 1995 bis 2007 jährlich unter Grünland bzw. alle 3 Jahre unter Wald. Die Bestandsaufnahme von Regenwürmern und Kleinringelwürmern erfolgte 5-jährlich bis zum Erreichen von zunächst 3 Bestandsaufnahmen je Fläche. Diese bodenbiologischen Untersuchungen sind aktuell nicht Bestandteil des laufenden Monitorings.
Als Humus wird die organische Substanz in Böden bezeichnet, welche essentiell für die Bodenfruchtbarkeit und die Erfüllung der natürlichen Bodenfunktionen im Wasser- und Nährstoffhaushalt sowie als Lebensraum für Tiere und Pflanzen ist. Dabei macht organischer Kohlenstoff (Corg) den größten Teil der organischen Substanz aus. Vor dem Hintergrund des Klimawandels ist zudem die hohe Speicherfunktion von Böden im globalen Kohlenstoffkreislauf hervorzuheben.
Da Ackerböden ein besonders hohes C-Speicherpotenzial besitzen, hat das LANUV das Humusmonitoringprogramm gezielt auf Ackerböden in Nordrhein-Westfalen eingerichtet. Das Programm dient der Bestimmung der Gehalte und Vorräte an organischem Kohlenstoff sowie deren Veränderungen durch den Klimawandel und die landwirtschaftliche Nutzung. Nicht zuletzt sollen die Ergebnisse auch in die Beratung von Landwirten zur bestmöglichen Humuspflege einfließen, um zu einem vorsorgenden Bodenschutz beizutragen und die langfristige Leistungsfähigkeit der Ackerböden zu erhalten.
Extensiv: Die 200 Untersuchungsflächen des einmalig in 2009 durchgeführten Extensivprogramms wurden nach räumlichen Kriterien (Flächennutzung und Bodenartenhauptgruppen) ausgewählt und sind auf fünf zusammengefasste Regionen in NRW verteilt (siehe auch untenstehende Karte).
Intensiv: Das Intensivprogram wird auf 45 der 200 bereits im Extensivmonitoring beprobten und untersuchten Ackerflächen durchgeführt. Kriterien für die Flächenauswahl waren unter anderem eine vergleichbare Bewirtschaftung und Bodenart der Standorte innerhalb einer Region. Jeweils 15 Flächen befinden sich in den Lössgebieten der Regionen Niederrheinisches Tiefland und Rheinische Bucht sowie 15 Flächen in der durch Sandböden dominierten Westfälischen Bucht.
Extensiv: Für das Extensivprogramm erfolgte die Probenahme einmalig im Jahr 2009 auf Ackerflächen im obersten Horizont der Böden, dem sogenannten Pflughorizont. Das Untersuchungsspektrum umfasste neben dem Corg-Gehalt zudem weitere bodenphysikalische (u.a. Textur) und bodenchemische Parameter (z.B. Gesamtstickstoffgehalt, Carbonatgehalt, pH-Wert und ausgewählte Schwermetalle).
Intensiv: Auf 45 Flächen wurde diese Untersuchung zwischen 2010 und 2019 jährlich im Oberboden und zusätzlich bis zu einer Tiefe von 60 cm wiederholt. Der Untersuchungsturnus wurde in der Folge angepasst, sodass weitere Beprobungen in den Jahren 2021 und 2024 durchgeführt wurden bzw. geplant sind. Somit ist sichergestellt, dass alle drei Jahre ungestörte Bodenproben aus dem Ober- und Unterboden zur Bestimmung der Lagerungsdichte und des Anteils grober Bodenbestandteile (u.a. Steine) entnommen werden, um die Humusvorräte berechnen zu können. Die Humusvorräte dienen zudem als Indikator für den Bereich Boden im Klimafolgenmonitoring des LANUV.
Gleichzeitig werden im Rahmen des Projektes „Analyse und Auswertung verschiedener Kohlenstoff-Pools in 90 Proben von BDF-Ackerflächen“ im dreijährigen Turnus die Humusfraktionen der Böden bestimmt. Die teilnehmenden Landwirte stellen zudem jährlich Informationen zur Bewirtschaftung (Fruchtfolge, Düngung und Bodenbearbeitung) ihrer Flächen zur Verfügung. Mit diesen Informationen können zusätzlich Humusbilanzen nach der Methode der VDLUFA (2004, 2014) berechnet werden.
Die Bodenzustandserhebung im Wald und die Bodendauerbeobachungsflächen sind zudem in das Level-I- (BZE Wald) bzw. Level-II-Programm (BDF Wald) des Forstlichen Umweltmonitorings (ForUm) eingebunden.
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