Beschreibung

Forschungsvorhaben BWU11003 befasst sich mit der Optimierung von Rekultivierungsschichten in Deponie-Oberflächenabdichtungen. Boden schonender Einbau soll die Evapotranspiration steigern und die Absickerung reduzieren. In vorangegangenen Vorhaben wurden auf der Deponie Leonberg zwei Großlysimeterfelder eingerichtet und mit Bäumen bepflanzt. Ein Lysimeterfeld enthält eine unverdichtet eingebaute Rekultivierungsschicht (Feld U), das zweite eine in vier Lagen verdichtet eingebaute (Feld K). Die Felder unterscheiden sich nur durch das Einbauverfahren. Bodenmaterial, Bepflanzung und Behandlung der Felder sind identisch. Mit dieser Versuchsanlage wird der Wasserhaushalt unterschiedlich verdichteter Rekultivierungsschichten sowie die ihn beeinflussenden Faktoren untersucht.

Vorhaben BWU11003 verfolgt das Ziel, die Forschungsarbeiten vorangegangener Projekte fortzuführen, um lückenlose Datenreihen vom Initialstadium des Bodeneinbaus bis zum ausgebildeten Waldbestand zu gewinnen. Das Arbeitsprogramm beinhaltet das Erfassen von Wetterdaten, Absickerungsraten und Bodenwassergehalten sowie Untersuchungen zur Entwicklung der Vegetation, der Regenwurmpopulation und der Bodenstruktur.

Mikromorphologische Betrachtungen der Bodenstruktur zeigen, dass seit dem Einbau der Rekultivierungsschicht vor ungefähr 15 Jahren bis circa 10 cm Tiefe Verdichtungen durch Regenwurmaktivität aufgelöst und mineralische und organische Bodenbestandteile durchmischt wurden. Diese Schicht ist durch niedrige Eindringwiderstände und Trockenraumdichten sowie intensive Durchwurzelung gekennzeichnet; hier ist ein günstiges Bodengefüge entstanden. Darunter sind die verdichteten Lagen in Feld K noch mikromorphologisch sowie am Eindringwiderstand zu erkennen. In beiden Feldern sind keine Anzeichen einer Gefügeverbesserung in dichten Zonen zu erkennen. In weniger dichten Zonen haben sich Hohlräume erhalten, die jedoch wegen fehlender Porenkontinuität nur wenig zur Bodenbelüftung beitragen können.

Die im Ausgangsmaterial vorhandene Regenwurmpopulation starb beim Bau der Testfelder im Zuge der Rekultivierung im Winter 2000 fast vollständig aus. Da Regenwürmer auch unter günstigen Bedingungen nur sehr langsam einwandern, wurde die Population durch Einbringen von Regenwürmern im Frühjahr 2002 gefördert. Bis 2008 nahmen Biomassen und bis 2009 auch Abundanzen zu. Im Jahr 2010 war ein moderater Rückgang zu verzeichnen. Die 2010 in den Lysimeterfeldern vorhandene Population war sehr artenreich und entsprach bezüglich Abundanz und Biomasse guten Grünlandböden, was auf sehr gute Habitatbedingungen schließen lässt. Im Jahr 2011 gab es aufgrund der Trockenheit eine drastischen Einbruch der Population in beiden Versuchsfeldern, in 2014 gingen Abundanzen und Biomassen nochmals zurück. Die Regenwurmbesiedlung der Testfelder U und K unterscheidet sich mittlerweile nur noch geringfügig.

Die Durchwurzelung ist im Oberboden des K-Feldes intensiver als im U-Feld. Im Unterboden wurde bei der letzten Beprobung im Jahr 2013 eine reduzierte Durchwurzelung in den verdichteten Schichten des Feldes K gegenüber dem unverdichteten Boden (Feld U) festgestellt. In den übrigen Tiefenstufen des Unterbodens variieren die Durchwurzelungsintensitäten stark und es finden sich in keine durchgehenden Unterschiede zwischen den Feldern mehr.

Diese Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass die Durchwurzelung des Unterbodens im K-Feld mit einer Verzögerung von circa acht Jahren gegenüber dem U-Feld erfolgt ist. Die Ergebnisse der Vegetationsuntersuchungen belegen ein rascheres Wachstum der im Jahr 2000 gepflanzten Aspen (Populus tremula) im Feld mit unverdichtetem Boden; die Bäume haben nach nunmehr 14 Jahren einen um circa 20 % höheren mittleren Stammumfang. Die jährliche Zuwachsleistung der Aspen im U-Feld ist mit Ausnahme von 2014 ebenfalls höher. Diese Ergebnisse lassen auf relativ feine, aber für die Standortqualität bedeutsame Bodenunterschiede zwischen den Testfeldern schließen. Als Erklärung für die in 2014 höhere Zuwachsrate im K-Feld und den verringerten Zuwachs im U-Feld kommt möglicherweise zeitweiser Wassermangel der besser entwickelten Bäume im U-Feld in Frage. Unterschiede in der Nährstoffversorgung der Bäume wurden anhand von Blattanalysen nicht festgestellt. Als Grund für die unterschiedlichen Wuchsleistungen scheidet die Nährstoffversorgung demnach aus.

Der Vergleich der Absickerungsraten aus beiden Lysimeterfeldern im Zeitraum 01.06.2003 - 31.12.2014 zeigt eine um circa 30 % niedrigere Sickerwassermenge aus Feld U (unverdichteter Boden). Aufgrund der Vegetations- und Bodenentwicklung sind die anfänglich sehr hohen Sickerwasserraten in beiden Testfeldern deutlich zurückgegangen und liegen im Jahr 2014 erstmals auf ähnlichem Niveau. Die entsprechenden Vorgaben der DepV für Wasserhaushaltsschichten konnten mit dem U-Feld 2010 fast erreicht (64 mm) und erstmals 2011 eingehalten werden. In Lysimeterfeld K wurde die Grenze von 60 mm/a erstmals 2012 unterschritten. Das Jahr 2013 mit in beiden Feldern erheblich höheren Absickerungsmengen als in den Vorjahren zeigt, dass die Wirkung einer natürlichen Dichtungskomponente wie der Rekultivierungsschicht stark von den Witterungsbedingungen und nicht nur von der Niederschlagsmenge beeinflusst wird.

Aus den Erkenntnissen über die Bodenentwicklung und den Ergebnissen der Sickerwassermessungen ergibt sich die Empfehlung, bei der Rekultivierung bodenschonende Verfahren, insbesondere den ungeschichteten Einbau mit möglichst geringer Verdichtung im Unterboden, zu bevorzugen. Dies trägt dazu bei, um auch auf lange Sicht - über die Lebensdauer technischer Oberflächenabdichtungselemente hinaus - Sickerwassermengen zu minimieren.