Isotope patterns to trace large scale nitrogen fluxes and flow dynamics in a European river catchment

Abstract

Die Herausforderung in diesem Projekt war es, in einem großen und heterogenen Flusseinzugsgebiet zeitlich und räumlich eine ausreichende Anzahl an Wasserproben regelmäßig zu nehmen, um Aussagen über die Nitratdynamik des gesamten Flusssystems treffen zu können. Während eines Zeitraumes zwischen 2012 und 2015 wurde das Flusseinzugsgebiet der Bode im Harz, Deutschland, näher untersucht. Dadurch konnte ein bisher einmaliger, hochaufgelöster Datensatz zur Interpretation von Stoff- und Fließdynamiken generiert werden. Mit der kombinierten Auswertung von Stofffrachten und Isotopensignaturen konnten räumliche und zeitliche Quell- und Prozessdynamiken abgeschätzt werden. Je kleiner die Teileinzugsgebiete wurden, umso besser sind diese Prozesse und Quellsignaturen bestimmbar gewesen. Im Rahmen der Studie konnte festgestellt werden, dass vor allem landwirtschaftliche Flächen mit der Nutzung großer Mengen organischer Dünger die Hauptquelle für steigende Nitratfrachten im Flusssystem der Bode darstellen. Ebenso spielen gerade im Oberlauf, Zuflüsse gereinigter Abwässer aus Kläranlagen eine Rolle für steigende Nitratfrachten.

The challenge in this project was to take a sufficient number of water samples in a large and heterogeneous river basin area on a regular basis to assess the nitrate dynamics of the entire river system. During a period between 2012 and 2015, the river basin area of the Bode in the Harz region in Germany (total size 3200 km²) was investigated more closely. As a result, a previously unique, high-resolution data set for the interpretation of nutrient and flow dynamics could be generated. With the combined evaluation of nutrient loads and isotopic signatures, spatial and temporal source and process dynamics could be estimated. The smaller the sub-basins, the better these processes and source signatures could be determined. The study found that mainly agricultural areas with the use of large quantities of organic fertilizers are the main source of increasing nitrate emissions in the Bode River catchment. In the same way, inflows of purified wastewater from sewage treatment plants play a role in increasing nitrate loads.