Quantifizierung aktueller und zukünftiger Nährstoffeinträge und Handlungsbedarfe für ein deutschlandweites Nährstoffmanagement - AGRUM-DE

Ziel des Projektes war, gemeinsam mit land- und wasserwirtschaftlichen Behörden der Bundesländer ein bundesweit einheitliches, räumlich hochaufgelöstes Nährstoffmodell zu erstellen, um Informationsgrundlagen zu schaffen, welche unter anderem zur Erfüllung der Berichtspflichten der Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) beitragen können. Dabei galt es, Einträge von Stickstoff und Phosphor aus der Landwirtschaft, dem Abwasserbereich und dem Luftpfad in das Grundwasser, die Oberflächengewässer und die Zuflüsse in Nord- und Ostsee bzw. den Übergabepegeln zu den Nachbarstaaten unter Berücksichtigung der jeweiligen wichtigsten Umsetzungs- und Abbauprozesse abzubilden. Der Modellverbund AGRUM-DE besteht aus dem agrarökonomischen Modell RAUMIS (betrieben am Thünen-Institut, TI) sowie den hydrologischen Modellen mGROWA-DENUZ-WEKU-MePhos (Forschungszentrum Jülich, FZJ) und dem Modell MONERIS (Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei, IGB):
• Mit dem Modell RAUMIS wurden vom Thünen-Institut Stickstoffbilanzen der Landwirtschaft auf Gemeindeebene berechnet sowie eine Analyse der Wirkung der novellierten Düngeverordnung (DüV) zur Erreichung der Bewirtschaftungsziele für Grundwasser, Binnengewässer und Küstengewässer erstellt.
• Mit den Modellen mGROWA-WEKU-DENUZ-MEPhos des Forschungszentrums Jülich wurden der Wasserhaushalt und die diffusen Nährstoffeinträge ins Grundwasser und die Oberflächengewässer getrennt nach den wichtigsten Eintragspfaden ermittelt. Die Modellrechnungen wurden für die gesamte Landesfläche Deutschlands in einem Raster von 100 m × 100 m durchgeführt.
• Mit dem Modell MONERIS wurden vom IGB in Berlin schwerpunktmäßig N- und P-Einträge aus Punktquellen und urbanen Systemen in die Oberflächengewässer auf Gemeindeebene sowie die Retention (Rückhalt und Abbau) von N- und P-Verbindungen in Oberflächengewässern auf Teileinzugsgebietsebene berechnet. Durch eine Ist-Zustandsanalyse wurden zunächst die unterschiedliche Herkunft und die Höhe der Nährstoff-Einträge bestimmt. Dadurch konnte eine räumliche Identifizierung von Belastungsschwerpunkten und damit von prioritären Bereichen für die Maßnahmendurchführung vorgenommen werden. Hierauf aufbauend wurden der regionale N- und P-Handlungsbedarf zur Erreichung der Schutzziele für das Grundwasser und die Oberflächengewässer zur Erreichung der Meeresschutzziele ermittelt sowie die Auswirkungen der novellierten Düngeverordnung auf den Nährstoffeintrag analysiert. Das Projekt wurde von einem Projektbeirat aus rund 50 land- und wasserwirtschaftlichen Expert*innen der Länder begleitet, in welchem sämtliche Projektschritte – von der Festlegung der Datengrundlage bis hin zur Darstellung der Ergebnisse – detailliert vorgestellt, diskutiert und abgestimmt wurden...

The aim of the project was to create a nationwide, uniform, spatially high-resolution nutrient model together with agricultural and water management authorities of the federal states in order to create information bases that can contribute to fulfilling the reporting obligations of the Water Framework Directive (WFD), among other things. The aim was to map inputs of nitrogen and phosphorus from agriculture, the wastewater sector and the air pathway into groundwater, surface waters and the tributaries in the North Sea and Baltic Sea or the transfer levels to neighbouring countries, taking into account the respective most important conversion and degradation processes. The AGRUM-DE model network consists of the agricultural-economic model RAUMIS (operated at the Thünen Institute) and the hydrological models mGROWA-DENUZ-WEKU-MePhos (Jülich Research Centre, FZJ) and the model MONERIS (Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries, IGB):
• Using the RAUMIS model, the Thünen Institute calculated nitrogen balances of agriculture on municipal areas and an analysis of the effect of the amended Fertiliser Ordinance (DüV) on achieving the management objectives for groundwater, inland waters and coastal waters.
• Using the mGROWA-WEKU-DENUZ-MEPhos models of the Jülich Research Centre, the water balance and diffuse nutrient inputs into groundwater and surface waters were determined separately according to the most important input pathways. The model calculations were carried out for the entire area of Germany in a grid of 100 m × 100 m.
• The MONERIS model was developed and applied by the IGB in Berlin to calculate N and P inputs from point sources and urban systems into surface waters at the municipal level and the retention and degradation of N and P compounds in surface waters at the sub-basin level. Through an as-is analysis, the different origins and levels of nutrient inputs were first determined. This made it possible to spatially identify pollution hot-spots and thus priority areas for the implementation of measures. Based on this, the regional N and P action requirement to achieve the protection goals for groundwater and surface waters to achieve the marine protection goals was determined and the effects of the amended Fertiliser Ordinance on nutrient inputs were
analyzed.
The project was accompanied by a working group of around 50 experts from the federal states in the field of agriculture and water management, in which all project steps – from the definition of the data basis to the presentation of the results – were presented, discussed and agreed in detail...

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