Antezedenzbedingungen, hydrologische Konnektivität und anthropogene Einträge: Factors affecting nitrate and phosphorus transfers to agricultural headwater streams

Dieser Beitrag untersucht die Beziehungen zwischen Niederschlagsabfluss, Einzugsgebietskonnektivität, vorhergehenden Feuchtigkeitsbedingungen und Düngemittelausbringung mit Nitrat-N und Gesamtphosphor (TP) Flüssen in einem landwirtschaftlich genutzten Einzugsgebiet über drei hydrologische Jahre (2012-2014). Die jährlichen Niederschlagssummen schwankten zwischen den Jahren nicht wesentlich, doch der Zeitpunkt der Niederschläge beeinflusste die Abflussbildung und die nachfolgenden Nitrat-N- und TP-Flüsse stark. Die größten Nitrat-N- (> 250 kg N-Tag-1) und TP-Flüsse (> 10 kg TP-Tag-1) traten nur auf, wenn das flache Grundwasser weniger als 0,6 m von der Bodenoberfläche entfernt war und die Abflusskoeffizienten größer als 0,1 waren. Diese Schwellenwerte wurden 2012 aufgrund der Trockenheit seltener erreicht, was zu niedrigeren jährlichen Nitrat-N- (7,4 kg N ha- 1) und TP-Flüssen (0,12 kg P ha- 1) im Vergleich zu 2013 (15,1 kg N ha- 1; 0,21 kg P ha- 1) führte. Der nasse Winter 2013 mit erhöhten Grundwasserspiegeln führte zu einer häufigeren Aktivierung der unterirdischen Pfade und des Abflusses der Dachziegel. Während des gesamten Zeitraums hatten trockene Vorbedingungen einen vorübergehenden Effekt auf die Erhöhung der TP-Frachten. Anzeichen für eine Erschöpfung der TP-Quelle nach aufeinanderfolgenden Sturmereignissen können auf die wiederholte Erschöpfung der vorübergehend mit dem Flussnetz verbundenen kritischen Quellgebiete über undurchlässige Straßenflächen zurückgeführt werden. Der Düngemitteleinsatz schwankte in den drei Jahren aufgrund der unterschiedlichen Fruchtfolge der Betriebe erheblich, wobei die jährlichen N- und P-Düngergaben um bis zu 21 % bzw. 41 % variierten. Proportionale Verringerungen der jährlichen Nitrat-N- und TP-Frachten in den Flüssen wurden am Auslass des Teileinzugsgebiets nicht beobachtet, da die Frachten weitgehend vom jährlichen Abfluss beeinflusst wurden. Die Nitratbelastung war während der Ausbringung von Düngemitteln etwas höher, aber es gab kaum einen Zusammenhang zwischen der Ausbringung von P-Dünger und der TP-Belastung der Flüsse. Diese Daten deuten darauf hin, dass sich dieses intensive Ackerbaueinzugsgebiet möglicherweise in einem Zustand biogeochemischer Stationarität befindet, bei dem die alten Nährstoffspeicher die Veränderungen der aktuellen Nährstoffeinträge abpuffern.