Bodenlösungschemie und Elementbilanzen von vier forstlich genutzten Kippenstandorten im Lausitzer Braunkohlenrevier: unter besonderer Berücksichtigung des Einsatzes von Klärschlamm und Kompost bei der Rekultivierung
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| Published: |
Cottbus
Brandenburgische Techn. Univ. Cottbus
2000
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| Series: | Cottbuser Schriften zu Bodenschutz und Rekultivierung
12 |
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| adam_text | Titel: Bodenlösungschemie und Elementbilanzen von vier forstlich genutzten Kippenstandorten im Lausitzer B
Autor: Wilden, Rudolf W.
Jahr: 2000
Inhaltsverzeichnis
Verzeichnis der Abbildungen
Verzeichnis der Tabellen
Verzeichnis der Fotos
1. Einführung
1.1 Historische Entwicklung des Braunkohlenbergbaus in der Lausitz 1
1.2 Rekultivierung im Lausitzer Revier 1
1.3 Rekultivierung von Braunkohlenkippen - Stand der Forschung 4
1.4 Fragestellung und Konzept 7
2. Material und Methoden
2.1 Standorte und Versuchsaufbau 9
2.1.1 Klima 9
2.1.2 Geologie des Lausitzer Reviers 10
2.1.3 Beschreibung der untersuchten Kippböden und deren Melioration 11
2.1.4 Bestände und Vegetation 20
2.1.5 Freiland-und Bestandesniederschlag 21
2.1.6 Streueinträge 21
2.1.7 Bodenlösung 22
2.1.8 Untersuchung von Bodenlösungs-Präzipitaten 23
2.1.9 Austauscherharze 23
2.2 Datenverarbeitung 24
2.2.1 Berechnung der StofTFlüsse 24
2.2.2 Ionenspezifikation und Gleichgewichtsberechnungen in der Bodenlösung 24
2.2.3 Software 24
3. Ergebnisse und Auswertung
3.1 Chemische Parameter der Freiland-und Bestandesniederschläge 25
3.2 Elementeinträge mit den Freiland- und Bestandesniederschlägen 27
3.3 Elementgehalte in Streu und Bodenvegetation 29
3.4 Elementeinträge mit der Streu und Elementvorräte in der Bodenvegetation 29
3.5 Chemische Parameter der Bodenlösung 30
3.5.1 pH, elektrische Leitfähigkeit 30
3.5.2 NO,. NH4. K, PO, 34
3.5.3 Ca. Mg. Na 41
3.5.4 AI. Mn. Fe. Zn 47
3.5.5 Cl. SO, 52
3.5.6 DOC. C:lnorg, Si 57
3.6 lonenspezifikation 64
3.7 Ionenspeziesbilanzen 71
3.8 Zusammenfassung Bodenlösungschemismus 74
3.9 Sättigungsindizes und sekundäre Festphasen 75
3.9.1 Sättigungsindizes 75
3.9.2 Sekundäre Festphasen 78
3.10 Zeitlicher Verlauf der Wasserflüsse an allen Versuchsstandorten 79
3.11 Zeitlicher Verlauf der Elementflüsse an allen Versuchsstandorten 82
3.11.1 H,NO3, NH4, K, PO4 82
3.11.2 Ca, Mg, Na 90
3.11.3 AI, Mn, Fe, Zn 95
3.11.4 Cl, SO4 100
3.11.5DOC, CM0Ig, Si 104
3.12 Elementbilanzen 112
3.13 Elementadsorption an Austauscherharzen 120
4. Diskussion
4.1 Elementkonzentrationen in den Freiland- und Bestandesniederschlägen 124
4.2 Elementeinträge mit den Freiland- und Bestandesniederschlägen 125
4.2.1 Ca, Mg 126
4.2.2 K, Na, Cl 127
4.2.3 NO3-N, NH4-N 127
4.2.4 SO4-S, H 128
4.2.5 DOC 129
4.3 Elementeinträge mit der Kiefernstreu und der krautigen Bodenvegetation 130
4.4 Wasserhaushalt der Versuchsstandorte 132
4.5 Substratbedingte Unterschiede in den Elementflüssen 133
4.5.1 Standort Weißakger Berg 133
4.5.2 Standort Seeblick 138
4.5.3 lonenspezifikation und Ausfällung sekundärer Minerale 141
4.6 Einfluss von Mineraldünger und Reststoffapplikationen auf die Elementflüsse 146
4.6.1 0-Varianten 147
4.6.2 Mineraldünger-Varianten 150
4.6.3 Klärschlamm-Varianten 155
4.6.4 Kompost-Varianten 161
4.7 Entwicklung des Stoffhaushalts der Chronosequenzflächen 164
4.7.1 pH. Canorg 164
4.7.2 Na, Cl 165
4.7.3 Ca, Mg 166
4.7.4 SO4 168
4.7.5 NO3-N, NRrN 169
4.7.6 K 170
4.7.7 DOC 170
Zusammenfassung 172
Summary 180
Literaturverzeichnis 185
Anhang 203
Dank
III
Verzeichnis der Abbildungen und Fotos
Abb . 1
Abb. .2
Abb. 3
Abb. 4
Abb. 5
Abb. 6
Abb. 7
Abb. 8
Abb. 9
Abb. 10
Abb. 11
Abb. 12
Abb. 13
Abb. 14
Abb. 15
Abb. 16
Abb. 17
Abb. 18
Abb. 19
Abb. 20
Abb. 21
Abb. 22
Abb. 23
Abb. 24
Abb. 25
Abb. 26
Abb. 27
Das Lausitzer Braunkohlenrevier 2
Geologischer Schnitt Geisendorf-Steinitzer Flözsattel 10
pH-Werte in der Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 31
Elektrische Leitfähigkeiten in der Bodenlösung am Standort
Weißagker Berg 32
pH-Werte in der Bodenlösung am Standort Seeblick 32
Elektrische Leitfähigkeiten in der Bodenlösung am Standort Seeblick 33
pH-Werte und elektrische Leitfähigkeiten in der Bodenlösung an den
Standorten Schipkau und Plessa 33
NO3-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 35
N03-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Seeblick 35
NO3- und K-Konzentrationen in der Bodenlösung an den
Standorten Schipkau und Plessa 36
NH4-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 37
NH4-Konzentrationen in der Bödenlösung am Standort Seeblick 38
K-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 39
K-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Seeblick 40
PO4-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 41
Ca-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 42
Ca-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Seeblick 42
Ca- und Mg-Konzentrationen in der Bodenlösung an den Standorten
Schipkau und Plessa 43
Mg-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 44
Mg-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Seeblick 44
Na-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 46
Na-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Seeblick 46
AI-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 47
AI-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Seeblick 48
AI- und Na-Konzentrationen in der Bodenlösung an den Standorten
Schipkau und Plessa 48
Mn-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 49
Mn-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Seeblick 50
IV
Fe-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 51
Zn-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 52
Cl-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 53
Cl-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Seeblick 54
Cl- und SO4-S-Konzentrationen in der Bodenlösung an den
Standorten Schipkau und Plessa 54
SO4-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 56
SO4-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Seeblick 56
DOC-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 57
DOC-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Seeblick 58
DOC- und Canorg-Konzentrationen in der Bodenlösung an den
Standorten Schipkau und Plessa 59
CaK)IS-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Seeblick 59
Si-Konzentrationen in der Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 60
Ca-Konzentrationen, pH-Werte, Verteilung der Ca-Spezies in der
Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 64
Ca-Konzentrationen, pH-Werte, Verteilung der Ca-Spezies in der
Bodenlösung am Standort Seeblick 65
Mg-Konzentrationen, pH-Werte. Verteilung der Mg-Spezies in der
Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 66
Abb. 43 Mg-Konzentrationen. pH-Werte, Verteilung der Mg-Spezies in der
Bodenlösung am Standort Seeblick 66
Abb. 44 K-Konzentrationen, pH-Werte. Verteilung der K-Spezies in der
Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 67
Abb. 45 Fe-Konzentrationen, pH-Werte, Verteilung der Fe-Spezies in der
Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 68
Abb. 46 AI-Konzentrationen, pH-Werte, Verteilung der AI-Spezies in der
Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 69
Abb. 47 AI-Konzentrationen, pH-Werte, Verteilung der AI-Spezies in der
Bodenlösung am Standort Seeblick 70
Abb. 48 SO4-Konzentrationen, pH-Werte, Verteilung der AI-Spezies in der
Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 70
Abb. 49 SOj-Konzentrationen, pH-Werte, Verteilung der SO4-Spezies in der
Bodenlösung am Standort Seeblick 71
Abb. 50 Ionenspeziesbilanzen der Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 72
Abb. 51 Ionenspeziesbilanzen der Bodenlösung am Standort Seeblick 73
Abb. 28
Abb. 29
Abb. 30
Abb. 31
Abb. 32
Abb. 33
Abb. 34
Abb. 35
Abb. 36
Abb. 37
Abb. 38
Abb. 39
Abb. 40
Abb. 41
Abb. 42
Abb. 52 lonenspeziesbilanzen der Bodenlösungen von den Standorten
Schipkau und Plessa 74
Abb. 53 Sättigungsindizes für Anhydrit, Gips und SiO:(am) - Standort Weißagker
Berg 76
Sättigungsindizes für Anhydrit, Gips und SiO2(am) - Standort Seeblick 76
Sättigungsindizes für Al-haltige Festphasen am Standort Weißagker Berg 77
Sättigungsindizes für Al-haltige Festphasen am Standort Seeblick 77
Sättigungsindizes von Fe-haltigen Festphasen am Standort Weißagker Berg 78
REM-Aufnahmen von Bodenlösungs-Präzipitaten 79
Kumulative Wasserflüsse im Boden des Standorts Weißagker Berg 80
Kumulative Wasserflüsse im Boden des Standorts Seeblick 81
Kumulative Wasserflüsse im Boden der Standorte Schipkau und Plessa 82
Kumulative H-Flüsse im Boden des Standorts Weißagker Berg 83
Kumulative NO,-N-Flüsse im Boden des Standorts Weißagker Berg 84
Kumulative NO3-N-Flüsse im Boden des Standorts Seeblick 84
Kumulative NO3-N- und K-Flüsse im Boden der Standorte
Schipkau und Plessa 85
Kumulative NH4-N-Flüsse im Boden des Standorts Weißagker Berg 86
Kumulative NH4-N-Flüsse im Boden des Standorts Seeblick 87
Kumulative K-Flüsse im Boden des Standorts Weißagker Berg 88
Kumulative K-Flüsse im Boden des Standorts Seeblick 88
Kumulative PO4-P-Flüsse im Boden des Standorts Weißagker Berg 89
Kumulative Ca-Flüsse im Boden des Standorts Weißagker Berg 90
Kumulative Ca-Flüsse im Boden des Standorts Seeblick 91
Kumulative Ca- und Mg-Flüsse im Boden der Standorte
Schipkau und Plessa 91
Kumulative Mg-Flüsse im Boden des Standorts Weißagker Berg 92
Kumulative Mg-Flüsse im Boden des Standorts Seeblick 93
Kumulative Na-Flüsse im Boden des Standorts Weißagker Berg 94
Kumulative Na-Flüsse im Boden des Standorts Seeblick 95
Kumulative AI-Flüsse im Boden des Standorts Weißagker Berg 96
Kumulative AI-Flüsse im Boden des Standorts Seeblick 96
Kumulative Mn-Flüsse im Boden des Standorts Weißagker Berg 98
Abb. 54
Abb. 55
Abb. 56
Abb. 57
Abb. 58
Abb. 59
Abb. 60
Abb. 61
Abb. 62
Abb. 63
Abb. 64
Abb. 65
Abb. 66
Abb. 67
Abb. 68
Abb. 69
Abb. 70
Abb. 71
Abb. 72
Abb. 73
Abb. 74
Abb. 75
Abb. 76
Abb. 77
Abb. 78
Abb. 79
Abb. 80
VI
Abb. 81 Kumulative Fe-Flüsse im Boden des Standorts Weißagker Berg 98
Abb. 82 Kumulative Zn-Flüsse im Boden des Standorts Weißagker Berg 99
Abb. 83 Kumulative Cl-Flüsse im Boden des Standorts Weißagker Berg 100
Abb. 84 Kumulative Cl-Flüsse im Boden des Standorts Seeblick 101
Abb. 85 Kumulative Cl- und SO4-S-Flüsse im Boden der Standorte
Schipkau und Plessa 102
Abb. 86 Kumulative SO4-S-Flüsse im Boden des Standorts Weißagker Berg 102
Abb. 87 Kumulative SO4-S-Flüsse im Boden des Standorts Seeblick 103
Abb. 88 Kumulative DOC-Flüsse im Boden des Standorts Weißagker Berg 104
Abb. 89 Kumulative DOC-Flüsse im Boden des Standorts Seeblick 105
Abb. 90 Kumulative DOC- und Canon,-Flüsse der Standorte Schipkau und Plessa 106
Abb. 91 Kumulative C^^-Flüsse im Boden des Standorts Seeblick 106
Abb. 92 Kumulative Si-Flüsse im Boden des Standorts Weißagker Berg 108
Abb. 93 An den Austauscherharzen adsorbiertes Ca und Mg (kumulativ) 121
Abb. 94 An den Austauscherharzen adsorbiertes K und Na (kumulativ) 122
Abb. 95 An den Austauscherharzen adsorbiertes NO3 und NH4 (kumulativ) 123
Abb. 96 Fe3*-Aktivitäten und pH-Werte in der Bodenlösung am Standort
Weißagker Berg 144
Abb. 97 An Austauscherharze adsorbierte NO3-Mengen und NO;-Flüsse 151
Abb. 98 An Austauscherharze adsorbierte K-Mengen und K-Flüsse 154
Abb. 99 Zn-Konz. und pH-Werte in der Bodenlösung am Standort Weißagker Berg 160
Abb. 100 Ca- und SO4-Konz. in den Bodenlösungsproben des Standorts Schipkau 167
VII
Anhang
Abb. I pH-Werte und elektrische Leitfähigkeiten in den Freiland- und
Bestandesniederschlägen 203
Abb. If Ca- und Mg-Konzentrationen in den Freiland- und
Bestandesniederschlägen 203
Abb. III K- und Na-Konzentrationen in den Freiland- und Bestandesniederschlägen 204
Abb. IV NO,- und NH4-Konzentrationen in den Freiland- und
Bestandesniederschlägen 204
Abb. V Cl- und SO4-Konzentrationen in den Freiland- und
Bestandesniederschlägen 205
Abb. VI DOC-Konzentrationen in den Freiland- und Bestandesniederschlägen 205
Abb. VII Kumulative Ca- und Mg-Einträge mit den Freiland- und
Bestandesniederschlägen 206
Abb. VII Kumulative K- und Na-Einträge mit den Freiland- und
Bestandesniederschlägen 206
Abb. IX Kumulative NO,-N- und NH4-N-Einträge mit den Freiland- und
Bestandesniederschlägen 207
Abb. X Kumulative Cl- und SO4-S-Einträge mit den Freiland- und
Bestandesniederschlägen 207
Abb. XI Kumulative DOC-Einträge mit den Freiland- und Bestandesniederschlägen 208
Abb. XII Kumulative Streu-Einträge an den Standorten Schipkau und Plessa 208
Abb. XIII Kumulative Einträge der Elemente Ca, Mg, K, Na, Fe und AI mit der
Kiefernstreu 209
Abb. XIV Kumulative Einträge der Elemente Mn, Zn, C, N. S und P mit der Kiefern-
streu 209
Abb. XV Kumulative AI- und Na-Flüsse im Boden der Standorte Schipkau und Plessa 210
Abb. XVI Kumulative Mn-Flüsse am Standort Seeblick 210
VIII
Verzeichnis der Tabellen
Tab. 1 Rechts- und Hochwerte der Versuchsstandorte 9
Tab. 2 Kippböden und Vegetation der Untersuchungsstandorte 12
Tab. 3 Chemische Grunddaten der Kippsubstrate 12
Tab. 4 Zusammensetzung der Filterasche und des Rückstandskalks 13
Tab. 5 Düngungsvarianten an den Standorten Weißagker Berg und Seeblick 19
Tab. 6 Zusammensetzung der eingesetzten organischen Reststoffe 19
Tab. 7 Vergleich der Schwermetallkonzentrationen der organischen Reststoffe
mit den Grenzwerten nach Klärschlammverordnung (1992) und
LAGA-Merkblatt M 10 (1995) 20
Tab. 8 Stoffeinträge mit Meliorationsmitteln, Mineraldüngern und Reststoffen 20
Tab. 9 Mittelwerte der Elementkonzentrationen im Freiland (F)- und
Bestandes (B)-Niederschlag 26
Tab. 10 Schwankungsbereich der räumlichen Variationskoeffizienten [%] der
Elementkonzentrationen im Freiland- und Bestandesniederschlag 26
Tab. 11 Elementeinträge mit den Freiland- und Bestandesniederschlägen 28
Tab. 12 Elementeinträge mit den Freiland- und Bestandesniederschlägen 28
Tab. 13 Mittlere Elementgehalte der Kiefernstreu und Bodenvegetation 29
Tab. 14 Jährliche Elementeinträge mit der Kiefernstreu 30
Tab. 15 Mittelwerte und Standardabweichungen von allen in der Bodenlösung
bestimmten Parametern - Standort Weißagker Berg 61
Tab. 16 Mittelwerte und Standardabweichungen von allen in der Bodenlösung
bestimmten Parametern - Standort Seeblick 62
Tab. 17 Mittelwerte und Standardabweichungen von allen in der Bodeniösung
bestimmten Parametern - Standorte Schipkau und Plessa 63
Tab. 18 Räumliche Variabilität der Wasserflüsse 81
Tab. 19 Mittelwerte und Standardabweichungen der Wasser- und Elementflüsse am
Standort Weißagker Berg 109
Tab. 20 Mittelwerte und Standardabweichungen der Wasser- und Elementflüsse am
Standort Seeblick 110
Tab. 21 Mittelwerte und Standardabweichungen der Wasser- und Elementflüsse an
den Standorten Schipkau und Plessa 111
Tab. 22 Elementbilanzen im Oberboden des Standorts Weißagker Berg (4/1996-4/1997) 113
Tab. 23 Eiementbilanzen im Oberboden des Standorts Weißagker Berg (4/1997-4/1998) 114
Tab. 24 Elementbilanzen im Oberboden des Standorts Seeblick (4/1996-4/1997) 115
IX
Tab. 25 Elementbilanzen im Oberboden des Standorts Seeblick (4/1997-4, 1998) 116
Tab. 26 Elementbilanzen im Unterboden des Standorts Weißagker Berg (4/1996-4 1998) 117
Tab. 27 Elementbilanzen im Unterboden des Standorts Seebliek (4/1996-4 1998) 118
Tab. 28 Elementbilanzen am Standort Schipkau (4/1996-4/1998) 119
Tab. 29 Elementbilanzen im Boden des Standorts Plessa (4/1996-4/1998) 120
Tab. 30 N-Eintrag mit den Freilandniederschlägen 127
Tab. 31 SO4-S-Einträge mit den Freiland- und Bestandesniederschlägen 128
Tab. 32 Geschätzte jährliche Elementeinträge mit der krautigen Biomasse 131
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| series | Cottbuser Schriften zu Bodenschutz und Rekultivierung |
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