Stickstoffeintrag in der Steiermark
Berechnung der Gesamtdeposition
Der vorliegende Bericht gibt eine Abschätzung der jährlichen Gesamtdeposition von Stickstoff für fünf Messgebiete (Heimschuh, Hirnsdorf, Seibersdorf bei St. Veit, St. Anna am Aigen und Klöch) in der Südoststeiermark. Dafür sind zwei Eintragsarten zu berücksichtigen. Die Nasse Deposition umfasst den Stoffeintrag durch Regen und Schnee, während die Trockene Deposition den Stoffeintrag ohne den Einfluss von Niederschlägen darstellt.
Methode
Der Stoffeintrag durch die Nasse Deposition wird in der Steiermark seit 1997 durch das WADOS-Messnetz erfasst. Da aktuell keiner der vier Messpunkte des Messnetzes in einem der oben genannten Messgebiete liegt, wurde der Stoffeintrag aus den Mittelwerten der Stationen Hochgößnitz und Arnfels abgeschätzt und für alle fünf Messgebiete gleich hoch angenommen. Der Eintrag durch die Nasse Deposition von Gesamtstickstoff setzt sich aus den Einträgen von Ammonium-Stickstoff und Nitrat-Stickstoff zusammen.
Zur Trockenen Deposition gibt es aktuell keine Untersuchungen in der Steiermark. Aufgrund der hohen Reaktivität von Ammoniak und der Tatsache, dass im Untersuchungsgebiet relevante Immissionskonzentrationswerte zu erwarten waren, wurde dieser Komponente besondere Beachtung geschenkt. Im Zeitraum von April 2021 bis April 2022 wurden daher an 20 Messpunkten Passivsammlermessungen zur Bestimmung von Ammoniak durchgeführt. Aus den bestimmten Konzentrationswerten konnte sodann über Depositionsgeschwindigkeiten der Stoffeintrag berechnet werden. Es wurde eine Literatursuche durchgeführt, um die Depositionsgeschwindigkeit bestmöglich abzuschätzen. Dafür wurde ein Ansatz übernommen, der die Depositionsgeschwindigkeit konzentrationsabhängig parametrisiert. So kann berücksichtigt werden, dass Ammoniak nicht nur in die Biosphäre eingetragen wird, sondern auch von dieser emittiert werden kann. Entsprechend kamen Depositionsgeschwindigkeiten von 0,5 cm/s und 0,4 cm/s zur Anwendung.
Zusätzlich wurden auch die trockenen Einträge der Komponenten Stickstoffdioxid und Salpetersäure, sowie von partikulärem Nitrat und Ammonium berücksichtigt. Da für diese Komponenten geringere Einträge zu erwarten waren, wurden keine zusätzlichen Messungen durchgeführt, sondern mittlere Konzentrationswerte aus großräumigen Modellrechnungen (EMEP) übernommen. Die Depositionsgeschwindigkeiten wurden der Literatur entnommen.
Ergebnisse
Über den gesamten Messzeitraum und alle Stationen wurden Konzentrationswerte für Ammoniak im Bereich von < 1 μg/m³ bis 44,9 μg/m³ gemessen. Dabei war eine starke Abhängigkeit der Konzentrationswerte von der Entfernung der Messpunkte von potentiellen Emissionsquellen, wie Mastbetrieben, zu erkennen. Die Abnahme der Konzentrationswerte von Ammoniak mit zunehmender Entfernung zum Emittenten, hängt stark von den lokalen und meteorologischen Gegebenheiten ab. Um repräsentative Ergebnisse darzustellen, werden zur Berechnung des Stickstoffeintrags nur Ammoniakmessungen berücksichtigt, die zumindest einen Abstand von 300 m zum nächstgelegenen Mastbetrieb aufweisen.
Die Abschätzung der Gesamtdeposition von Stickstoff in den Messgebieten Klöch, St. Anna am Aigen, Hirnsdorf, Heimschuh und Seibersdorf bei St. Veit ergibt jährliche Einträge von reaktivem Stickstoff im Bereich von 11 kgN/ha bis 19 kgN/ha. Diese Angaben gelten nicht für die unmittelbare Umgebung von Mastbetrieben, wo aufgrund der höheren Konzentrationswerte von Ammoniak auch höhere Stoffeinträge zu erwarten sind.
Für den Messpunkt Klöch wurde der geringste Stickstoffeintrag berechnet. Der jährliche Eintrag liegt bei 11 kgN/ha. Der Messpunkt liegt in den Weinbergen und wurde als Hintergrundmesspunkt errichtet.
Der jährliche Eintrag in St. Anna am Aigen ist vergleichbar, was aufgrund der hohen Tierzahlen durchaus überraschend scheint und sich offensichtlich durch die räumlichen Strukturen ergibt, die eine rasche Abnahme der Ammoniakkonzentration bewirken. Für Heimschuh, Seibersdorf bei St. Veit und Hirnsdorf werden mit jährlichen Stickstoffeinträgen von 15 kgN/ha und 19 kgN/ha deutlich höhere Stoffeinträge berechnet.
Dabei ist in allen Gebieten der Stickstoffeintrag durch die Trockene Deposition höher als der Eintrag durch die Nasse Deposition, der in dieser ersten Abschätzung für alle Messgebiete gleich angenommen wird. In den Gebieten mit geringeren Einträgen (Klöch und St. Anna am Aigen) bewirkt die Trockene Deposition etwa 60% des Gesamteintrags von Stickstoff, während nur 40% des Eintrags auf die Nasse Deposition zurückzuführen sind. In den Gebieten mit einem höheren Gesamteintrag verschiebt sich das Verhältnis. So werden in Hirnsdorf und Seibersdorf bei St. Veit bei 76% des Gesamteintrags von Stickstoff durch die Trockene Deposition verursacht.
Diese Relationen bleiben weitestgehend auch über die Jahreszeiten aufrecht. Wieder werden in Klöch und St. Anna am Aigen die geringsten Einträge bestimmt. In allen Messgebieten sind die Einträge im Sommerhalbjahr höher als im Winterhalbjahr. Im Sommer wird der Anteil der Nassen Deposition an der Gesamtdeposition wichtiger. In Klöch und St. Anna am Aigen ergeben dann Trockene und Nasse Deposition etwa gleich hohe Stoffeinträge. Im Winter verschieben sich die Verhältnisse wieder stärker zur Trockenen Deposition.