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Charakterisierung des Stickstoff- und Schwefelhaushaltes auf rekultivierten Kippenböden im Vergleich zu natürlichen Ackerböden

Characterisation of the nitrogen and sulfur content on recultivated anthropogenic soil in comparison to natural grown soil

  • In der vorliegenden Arbeit werden der Stickstoff- und Schwefelhaushalt auf rekultivierten Kippenböden charakterisiert und mit einem natürlichen Ackerboden ähnlichen Charakters verglichen, um die Brisanz von hohen Stofffrachten und der Kontamination zu verdeutlichen. Dabei wird zuerst auf die Entstehung der Kippenböden und den nachfolgenden sauren Verwitterungsprozessen nach der Verkippung eingegangen. Die Untersuchung findet anhand von insgesamt acht Lysimetern mit landwirtschaftlicher Bewirtschaftung statt, die in das Messprogramm der Lysimeterstation in Brandis eingebunden sind. Bei der Messwertdiskussion werden mittels des Saldos und der Auswaschung am Lysimeterauslauf ausgewählte Elemente im Boden- und Sickerwasser der Lysimeter mit Kippenboden im zeitlichen und im Tiefenverlauf beleuchtet und mit dem Lysimeter mit natürlichem Boden verglichen. Auf den Stoffen Stickstoff, Schwefel, Eisen, Aluminium sowie den beiden Schwermetallen Nickel und Kupfer liegt dabei der Beobachtungsschwerpunkt. Abschließend wird gezeigt, dass die großen Stofffrachten an Schwefel, Eisen und Schwermetallen als Folge des Pyritverwitterungsprozesses ein nachhaltiges und bedenkliches Umweltproblem darstellen. Die Stoffe werden mit dem Sickerwasser bei niedrigem pH-Wert ins Grundwasser und nachfolgend in Oberflächengewässer eingetragen. Weiterhin wurde herausgearbeitet, dass die Sanierung der Böden durch oberflächliche Bewirtschaftung keinen Einfluss auf den Verwitterungsprozess in größerer Tiefe hat. Ferner wurde ausgeführt, dass bei der Betrachtung des Stickstoffs eine Düngung über den Bedarf der Pflanzen hinaus zur Auswaschung der Nährstoffe in den Untergrund führt. Ein letzter Aspekt ist das Inkrafttreten der europäischen Wasserrahmenrichtlinie, die ab 2015 einen guten Zustand von Gewässern in Qualität und Quantität fordert. Diese Ziele wurden in der betrachteten Region durch die Verwitterungsprozesse nicht erreicht, was den Druck zur Erforschung und Umsetzung von Sanierungsmaßnahmen erhöht.
  • In this thesis the nitrogen and sulfur contents of recultivated soil from opencast mining residues are characterised and compared with natural grown soil of similar character. The acid weathering products of the anthropogenic soil result in material loads in the seepage water, which causes a high risk for the environment. Compared to the regular soil the enormity of damage is shown. First, the development of the anthropogenic soil from and the subsequent chemical weathering processes after tilting is discussed. Data was collected on eight lysimeters, all part of the equipment of the Lysimeterstation Brandis, in soil still used for agricultural purposes. Selected elements in the soil and seepage water of the anthropogenic soil and regular soil were measured and compared over time and depth using proportion and the leaching at the lysimeter outlet. Elements measured were nitrogen, sulfur, iron, aluminum and the two heavy metals nickel and copper. The results indicate that high concentrations of sulfur, iron and heavy metals caused by the pyrite weathering process in the anthropogenic soil represent a sustainable, serious environmental problem. In an acidic environment these substances are carried with the seepage water into the groundwater and, from there, reach nearby surface waters. In addition, this study shows that soil management on the surface has no consequence on the weathering process in greater depths. Furthermore, measurements of nitrogen indicate that overfertilisation leads to leaking of the nutrients into the subsoil. Finally, the chemical pollution of ground and surface waters are controlled by the 2015 European Water Framework Directive, which requires good condition of water quality and quantity. The aims of this directive had been changed for the observed region because soil conditions had not improved enough in the time frame given. In conclusion the data collected suggests that more research and implementation of sanitation measures have to be carried out to avert further risks for the environment through anthropogenic soils.

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Metadaten
Author:Heidi Bärschneider
Advisor:Eberhard Schröter, Ulrike HaferkornGND
Document Type:Diploma Thesis
Language:German
Name:Staatliche Betriebsgesellschaft für Umwelt und Landwirtschaft, Fachbereich 31 Lysimeterstation
Kleinsteinberger Str. 13, 04821 Brandis
Date of Publication (online):2017/03/28
Year of first Publication:2017
Date of final exam:2017/04/11
Tag:Kippenboden; Parabraunerde; Regosol
GND Keyword:Boden; Braunkohlentagebau; Pyrit; Verwitterung; Sickerwasser; Schwefel; Stickstoff; Lysimeter; Wasserrahmenrichtlinie
Page Number:101 Seiten, 34 Abb., 19 Tab., 51 Lit.
Faculty:Westsächsische Hochschule Zwickau / Physikalische Technik, Informatik
Release Date:2019/10/30