Einführung

Das Landschaftsbild Mecklenburg-Vorpommerns ist vor allem durch die landwirtschaftliche Nutzung geprägt, die auf mehr als 60 % der Landesfläche erfolgt (MLU 2020). Angesichts ertragreicher Böden und relativ ausgeglichener klimatischer Verhältnisse kann Mecklenburg-Vorpommern als landwirtschaftlicher Gunststandort angesehen werden (BLE 2017). Neben dem Tourismus ist die Agrarwirtschaft einer der wichtigsten Wirtschaftszweige des Landes (Statis M‑V 2022).

Für die Trinkwasserversorgung werden in Mecklenburg-Vorpommern ausgedehnte Grundwasserleiter genutzt. Das Grundwasser wird über Brunnen aus Tiefen zwischen ca. 20 m und größer 100 m entnommen und bedarf in den meisten Regionen keiner über eine Enteisenung/Entmanganung hinausgehenden Aufbereitung. Allein die Hanse- und Universitätsstadt Rostock und angeschlossene Umlandgemeinden werden auf der Basis von Oberflächenwasser der Warnow mit Trinkwasser beliefert, was dort eine aufwendigere Wasseraufbereitung erfordert.

Um auch mittel- und langfristig eine hohe Versorgungssicherheit zu gewährleisten, ist es erforderlich, zukünftige Veränderungen der Rahmenbedingungen frühzeitig zu erkennen und zu bewerten, um ggf. Anpassungsmaßnahmen einleiten zu können. Aus diesem Grund wurde vom Ministerium für Klimaschutz, Landwirtschaft, ländliche Räume und Umwelt Mecklenburg-Vorpommern die Erarbeitung einer landesweiten Trinkwasserversorgungskonzeption mit einem Zeithorizont bis 2040 initiiert. Neben einer Darstellung der aktuellen Versorgungssituation sollten überregionale Entwicklungen analysiert und zukünftige Herausforderungen und Handlungsbedarfe herausgearbeitet werden. Schwerpunkte bildeten die Wasserbedarfe unterschiedlicher Abnehmergruppen (Bevölkerung, Tourismus, Landwirtschaft), mögliche Auswirkungen von Klimaänderungen auf das Wasserdargebot sowie die Entwicklung der Rohwasserqualität. Die Methoden und Ergebnisse sind umfassend in der „Trinkwasserversorgungskonzeption des Landes Mecklenburg-Vorpommern, Teil 2: Grundsatzplan Wasserversorgung 2040“ dokumentiert, die 2023 veröffentlicht werden soll (TWVK).

Der vorliegende Beitrag fokussiert auf die Auswirkung der landwirtschaftlichen Produktion auf die Grundwassermenge und -qualität, da sich zeigte, dass der landwirtschaftlichen Nutzung eine Schlüsselstellung bei der langfristigen Sicherung der Trinkwasserversorgung zukommt. Dies betrifft angesichts der sich ausweitenden Bewässerung (Statis M‑V 2016; Abb. 1) und der Stickstoffbilanzüberschüsse (Tetzlaff et al. 2020) sowohl die Grundwassermenge als auch die Grundwasserqualität. Das Ziel der hier vorgestellten Untersuchungen war es, ausgehend von einer Analyse der bisherigen Beregnungspraxis und der aktuellen Grundwasserqualität abzuschätzen, welche zukünftigen Entwicklungen zu erwarten sind und welche Handlungsoptionen bestehen.

Abb. 1 Fig. 1
figure 1

Landwirtschaftlicher Bewässerungs- und Beregnungswassergebrauch (Statis M‑V 2016)

Agricultural irrigation and sprinkler water use (Statis M‑V 2016)

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Problemfeld Wassermenge

Hintergrund

Mecklenburg-Vorpommern verfügt insgesamt über ein nutzbares Grundwasserdargebot von ca. 2,1 Mio. m3/d (767 Mio. m3/a). Davon sind maximal 1,0 Mio. m3/d (438 Mio. m3/a) hydraulisch gut erschließbar und hydrochemisch weitgehend unauffällig. Es bestehen Wasserrechte zur Grundwasserentnahme von etwa 0,7 Mio. m3/d (256 Mio. m3/a), die aktuell zu etwa 50 % ausgeschöpft werden (LUNG 2014).

Diese rein summarische Betrachtung suggeriert noch Spielräume zur Befriedigung zukünftiger Bedarfssteigerungen, da dabei die regionale Verteilung der Bedarfe vernachlässigt wird. Tatsächlich sind jedoch schon jetzt zahlreiche Interessenkonflikte zwischen Trinkwasserversorgung, landwirtschaftlicher Beregnung und ökologischen Anforderungen, wie z. B. dem Schutz von Feuchtgebieten, zu verzeichnen (z. B. RPV 2018), die sich in der Folge klimatischer Änderungen selbst bei gleichbleibenden Bedarfen zukünftig noch verstärken könnten. Szenarien zu Auswirkungen möglicher Klimaänderungen in Mecklenburg-Vorpommern wurden in RPV (2018) sowie Hennig und Hilgert (2021) untersucht. Sie ergaben beim mittleren Szenario (IPCC 2007; SRES-Szenario A1B) eine regional unterschiedliche Verminderung des Grundwasserdargebotes bis 2050 um 10 bis 20 % und ein Absinken der Grundwasserstände um 0,5 m bis lokal mehr als 2 m. Vor diesem Hintergrund sind bei substanziellen Steigerungen der Grundwasserentnahmen erhebliche ökologische Probleme zu erwarten. Die nachstehenden Ausführungen fokussieren auf den landwirtschaftlichen Wasserbedarf und einen Vergleich mit den Ergebnissen zu anderen Abnehmergruppen, deren erwartete Bedarfsänderungen in der TWVK hergeleitet wurden.

Datenbasis und Methoden

In Mecklenburg-Vorpommern existierten, Stand 2016, Genehmigungen für die Bewässerung auf einer Fläche von 34.400 ha (Destatis 2017), was etwa 3 % der Agrarflächen entspricht. Tatsächlich wurden im selben Jahr etwa 21.800 ha bewässert, wobei etwa 55 % dieser Flächen durch Grundwasser und 35 % mit Hilfe von Oberflächenwasser bewässert wurden. Der übrige Teil wurde aus öffentlichen oder privaten Versorgungsnetzen gespeist (Destatis 2017). Trotz verhältnismäßig guter Standortbedingungen ist eine kontinuierliche Zunahme der Feldberegnung zu verzeichnen. So hat sich die zur Bewässerung eingesetzte Wassermenge zwischen 2007 und 2016 auf 14,4 Mio m3/d verfünffacht (Statis M‑V 2016; Abb. 1).

Wie sich der Beregnungsbedarf zukünftig verändern wird, hängt zum großen Teil von den klimatischen Rahmenbedingungen ab. Für Mecklenburg-Vorpommern wird mit einer Verschiebung der Niederschlagsverteilung in die Wintermonate und einem moderaten Temperaturanstieg gerechnet (DWD 2018). Dies wirkt sich in der Wachstumsphase der (Kultur‑)Pflanzen negativ auf die klimatische Wasserbilanz aus und führt somit potenziell zur Erhöhung der Beregnungsbedürftigkeit.

Die landwirtschaftliche Feldberegnung wird eingesetzt, um die Defizite im Wasserangebot auszugleichen und somit die Erträge zu sichern bzw. die Produktqualität zu erhöhen (BLE 2017). Dabei ist deren Wirtschaftlichkeit das entscheidende Kriterium zu ihrer Umsetzung. Für die Zukunft kann davon ausgegangen werden, dass die Wirtschaftlichkeit von Beregnungsanlagen weiter zunehmen wird (Thünen 2018), da die zu erwartenden Erträge bei einem natürlich verminderten Wasserangebot ohne Zusatzwassergabe niedriger ausfallen würden und somit die durch die Beregnung erzielten Mehrerlöse die Investitionen auch dort übersteigen, wo ein solches Bewirtschaftungsmodell in der Vergangenheit noch nicht gewinnbringend war.

Längere Trockenperioden wurden bereits in den Sommern der Jahre 2018 und 2019 dokumentiert. In diesem Zeitraum wurden in den neuen Bundesländern etwa 1,3 % der Agrarflächen, mit durchschnittlich 108 mm/a beregnet (Kalwa et al. 2021). Bei daraufhin erfolgten Umfragen unter Landwirtschaftsunternehmen konnte für die Zukunft eine potenzielle Beregnungswürdigkeit auf etwa 14 % der Agrarflächen in den neuen Bundesländern ermittelt werden, wobei die Beregnungshöhe durchschnittlich etwa 104 mm/a betragen könnte (Kalwa et al. 2021).

Der bei Kalwa et al. (2021) eingebrachte Ansatz gibt eine mittlere Beregnungsmenge für die neuen Bundesländer aus. Allerdings besteht beispielsweise in Brandenburg sowohl aus klimatischen Gründen als auch infolge der sandigeren Böden eine stärkere Beregnungsbedürftigkeit (BLE 2017), sodass in Mecklenburg-Vorpommern tendenziell von geringeren Beregnungshöhen ausgegangen werden kann. Modellbasierte Untersuchungen aus Hessen weisen für den 25-jährigen Durchschnitt klimatischer Normaljahre einen Beregnungsbedarf von 60 bis 100 mm/a aus (BGS Umweltplanung 2010). Eine ähnliche Größenordnung wird auch für große Bereiche Niedersachsens prognostiziert (Engel et al. 2017). Beide Bundesländer verfügen über mit Mecklenburg-Vorpommern vergleichbare Bodenarten (BGR 2007), aber höhere Jahres- und Sommerniederschläge (DWD 2022), sodass die benötigten Beregnungswassergaben dort tendenziell eher niedriger als in Mecklenburg-Vorpommern sein sollten. Basierend auf den diskutierten Literaturwerten wurde für Mecklenburg-Vorpommern eine mittlere Beregnungswassergabe von 80 mm/a angesetzt.

Die Abschätzung der potenziell beregnungswürdigen Flächen erfolgte auf der Grundlage der Landnutzungsdaten (CORINE Land Cover, CLC 2018). Ausgehend von den dort ausgewiesenen Ackerflächen sind die Bereiche eliminiert worden, die vermutlich nicht beregnet werden. Dazu gehören die Sandböden der Griesen Gegend im Südwesten Mecklenburgs, in der überwiegend eine Grabenbewässerung durchgeführt wird, sowie organische Böden, die vornehmlich als Grünland bzw. Weideland genutzt und in der Regel nicht beregnet werden. Zusätzlich wurde angenommen, dass in Wasserschutzgebieten keine Beregnung erfolgt. Der anschließenden Schätzung des Beregnungswasserbedarfes lag die Annahme zugrunde, dass nur 10 % der verbliebenen, potenziell beregnungswürdigen Flächen zukünftig tatsächlich beregnet werden. Dies ist im Vergleich mit Kalwa et al. (2021) als eher konservativ einzuschätzen.

Ergebnisse

Unter den o. g. Annahmen,

  • dass 10 % der potenziell beregnungswürdigen Flächen

  • mit durchschnittlich 80 mm/a beregnet werden,

wurde der zukünftig mögliche Beregnungsbedarf flächendifferenziert abgeschätzt und auf Basis der Versorgungsgebiete der Trinkwasserversorger Mecklenburg-Vorpommerns zusammengefasst. Die Ergebnisse sind in der Abb. 2 kartografisch aufbereitet. Ein hoher Beregnungsbedarf ist im zentralen Bereich des Landes zu erwarten. Gebiete mit einem eher geringen Beregnungsbedarf sind die Griese Gegend (Grabenbewässerung), die Ueckermünder Heide (Wald) sowie urbane Räume und Versorgungsbereiche mit einem hohen Waldanteil. Landesweit ergeben die Abschätzungen einen Anstieg der jährlichen Beregnungsmenge von derzeit 14,4 Mio. m3/a (Statis M‑V 2016; Abb. 1) auf 73,6 Mio. m3/a. In welcher Geschwindigkeit der Beregnungswasserbedarf steigt, hängt dabei von den konkreten klimatischen, wirtschaftlichen und politischen Rahmenbedingungen ab.

Abb. 2 Fig. 2
figure 2

Zukünftiger landwirtschaftlicher Beregnungsbedarf in den Trinkwasserversorgungsgebieten Mecklenburg-Vorpommerns

Future agricultural irrigation demand in the drinking water supply areas of Mecklenburg-Western Pomerania

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Im Vergleich zu den erwarteten Änderungen des landwirtschaftlichen Beregnungsbedarfes, wurden im Rahmen der TWVK auch Untersuchungen zur Entwicklung des Trinkwasserbedarfes durchgeführt. Diese zeigten einen vor allem touristisch bedingten Bedarfszuwachs in den Küstengebieten sowie vorrangig demografisch bedingte Bedarfsabnahmen im Binnenland. In Summe betrachtet, werden sich der demographisch begründete Rückgang (−3,2 Mio. m3/a) und die Erhöhungen aufgrund des touristischen Zuwachses (+3,5 Mio. m3/a) landesweit etwa ausgleichen, sodass bis 2040 ein Gesamtbedarf (inklusive gewerblicher Abnehmer) von 96,7 Mio. m3/a erwartet wird. Damit lägen beide Bedarfsgruppen (Trinkwasser und landwirtschaftliche Beregnung) in einer ähnlichen Größenordnung, was Nutzungskonkurrenzen wahrscheinlich macht.

Problemfeld Wasserqualität

Hintergrund und Datenbasis

Vor dem Hintergrund der Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL) und der im Rahmen der Gewässerüberwachung des Landes Mecklenburg-Vorpommern festgestellten Nährstoffbelastungen der Oberflächengewässer und des Grundwassers wurden durch Wendland et al. (2015) und aktualisiert durch Tetzlaff et al. (2020) die Nährstoffeinträge in das Grundwasser und die Oberflächengewässer flächendifferenziert modelliert. Erhebliche Nitratkonzentrationen im Sickerwasser ergaben sich dabei insbesondere für landwirtschaftliche Gebiete, wobei der Zielwert (50 mg NO3/l) auf 74 % der Ackerflächen überschritten wird (Tetzlaff et al. 2020).

In Abhängigkeit vom Nitratabbauvermögen und den Sickerwasserraten spiegeln sich diese Stickstoffeinträge auch in den Grundwassermessstellen des Landes wieder (MLU 2019). Es zeigte sich, dass die Beschaffenheit des Grundwassers z. T. in hohem Maße von diffusen Stoffeinträgen aus der Agrarwirtschaft geprägt ist. Insbesondere die Mobilisierung von Sulfat infolge des pyritgetriebenen Nitratabbaus wurde als Risikofaktor für die Trinkwasserversorgung identifiziert (MLU 2019). Grundlage dieser Einschätzung war eine Bewertung der Grundwasserbeschaffenheit in Mecklenburg-Vorpommern, welche auf den im Zeitraum 2007–2013 erhobenen hydrochemischen Analysen des Landesmessnetzes zur Gewässergüteüberwachung basiert und 2015 veröffentlicht wurde (LUNG 2015).

Aus dem Rohwassermonitoring der Wasserversorger steht darüber hinaus ein umfangreicher Datensatz zur Verfügung, der zuvor nicht landesweit ausgewertet wurde. Er ist zentral beim Landesamt für Umwelt, Naturschutz und Geologie erfasst und beinhaltet etwa 14.000 hydrochemische Analysen von 339 Wasserfassungen aus dem Zeitraum 2000–2019. Die im Weiteren vorgestellte Auswertung dieses Datensatzes dient dazu, die Qualität des genutzten Grundwassers landesweit zu charakterisieren.

In der Abb. 3 ist visualisiert, aus welchen Teufen das Grundwasser in Mecklenburg-Vorpommern gewonnen wird. Der überwiegende Anteil der zur Trinkwassergewinnung genutzten Brunnen ist in Teufen < 100 m verfiltert. Von SW nach NE ist eine Abnahme der Filterteufen zu beobachten. Nur im Südwesten (Bereich der Mecklenburger Seenplatte und des Südwestmecklenburg-Prignitzer Altmoränen- und Sandergebiets) ist es möglich, sehr tiefe Grundwässer (> 100 m) zu nutzen, da in diesen Gebieten der dort verbreitete Rupelton als Barriere gegenüber aufsteigendem Salzwasser wirkt (Ad-hoc-Arbeitsgruppe Hydrogeologie 2016). Im Nordosten des Landes hingegen liegt der nutzbare Grundwasserleiter meist in Teufen < 50 m.

Abb. 3 Fig. 3
figure 3

Hydrogeologische Teilräume und Filterteufe der zur öffentlichen Trinkwasserversorgung genutzten Brunnen in Mecklenburg-Vorpommern

Hydrogeological sub-areas and screen level of wells used for public drinking water supply in Mecklenburg-Western Pomerania

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Methodik

Unter Berücksichtigung der im 1. Teil der Trinkwasserversorgungskonzeption (MLU 2019) identifizierten Risikofaktoren für die Trinkwasserversorgung konzentrierte sich die Betrachtung auf die Hauptinhalts- (Cl, NO3, SO4, NH4, K) und Spurenstoffe (Schwermetalle, Pflanzenschutzmittel und deren Metaboliten). Um einen landesweiten Überblick über die Qualität der genutzten Grundwasservorkommen zu erhalten, wurde der heterogene Datensatz über nachstehenden Algorithmus ausgewertet, der statistische Verzerrungen minimieren soll.

In der Mehrzahl (75 %) bestehen die Wasserfassungen aus maximal vier Brunnen, wobei innerhalb einer Wasserfassung mitunter erhebliche Differenzen zwischen der Rohwasserbeschaffenheit einzelner Brunnen zu verzeichnen sind. Zudem variieren die Anzahl der pro Brunnen durchgeführten Analysen und deren Parameterumfang stark. Infolgedessen wären statistische Kennwerte über die Gesamtheit aller Analysen potenziell verzerrt. Für die parameterbezogene statistische Auswertung der Hauptinhaltsstoffe wurde jeweils der Medianwert aller Analysen eines Brunnens ermittelt, wodurch einmalige Extremwerte (Ausreißer) ein geringeres Gewicht erhalten. Anschließend wurde für jeden Parameter der fassungsbezogene arithmetische Mittelwert aus den Medianwerten aller Brunnen einer Wasserfassung gebildet, sodass sich dauerhaft stark belastete Brunnen auch im Ergebnis widerspiegeln. Die gewählte Art der Mittelwertbildung berücksichtigt somit alle Brunnen einer Wasserfassung in gleicher Weise und vermeidet Verzerrungen durch analytisch überrepräsentierte einzelne Brunnen und Extremwerte. Zensierte Werte wurden unter Anwendung des ROS-Verfahrens in numerische Werte überführt (Helsel 2011; Bolks et al. 2014). Die Berechnungen erfolgten mit R (R Core Team 2020; Version 3.6.3) unter Nutzung des NADA-Pakets (Lee 2020). Davon ausgenommen waren Messpunkte mit weniger als drei nicht zensierten Messwerten oder einem Anteil zensierter Messwerte > 80 %. Die Überführung in numerische Werte erfolgte in solchen Fällen durch Substitution in Höhe der Hälfte der Bestimmungsgrenze bzw. der Hälfte des Modalwerts der Bestimmungsgrenzen für Parameter mit mehr als einer parameterspezifischen Bestimmungsgrenze.

Der beschriebene Ansatz war für die Spurenelemente nicht geeignet, da oft nur wenige Messwerte aus einem relativ kurzen Zeitraum vorliegen. Bezogen auf die jeweilige Wasserfassung und Stoffgruppe wurden daher die nachfolgend aufgelisteten Fälle unterschieden.

  • Stoffgruppe ohne Befund eines zugehörigen Parameters (Wert < Bestimmungsgrenze)

  • Stoffgruppe mit quantitativen Nachweisen eines oder mehrerer Parameter an weniger als 50 % der Brunnen

  • Stoffgruppe mit quantitativen Nachweisen eines oder mehrerer Parameter an mindestens 50 % der Brunnen

  • Stoffgruppe mit mehr als einer Grenzwertüberschreitung eines oder mehrerer Parameter

Für eine flächenhafte Darstellung wurden die fassungsbezogenen Auswertungen den unterirdischen Einzugsgebieten zugeordnet. Eine farbkodierte Kartendarstellung der Hauptelemente erfolgte anhand des parameterspezifischen Grenzwertes gemäß Trinkwasserverordnung (TrinkwV 2016) sowie aus Hintergrundwerten (BGR 2014) abgeleiteten Schwellenwerten. Die Grenzwerte für Schwermetalle (SM), Pflanzenschutzmittel (PSM) sowie relevante Metaboliten (rM) entsprechen der aktuellen Trinkwasserverordnung (TrinkwV 2016). Der Bewertung der nicht relevanten Metaboliten (nrM) lagen die vom Umweltbundesamt fortwährend dem jeweiligen Wissenstand angepassten gesundheitlichen Orientierungswerte (GOW, UBA 2020) zugrunde. In den Abb. 4 und 5 sind die jeweils mittleren Verhältnisse an den Brunnen einer Wasserfassung dargestellt.

Abb. 4 Fig. 4
figure 4

Mittlere Konzentrationen primär eingetragener Hauptinhaltsstoffe in Trinkwassereinzugsgebieten (Nitrat, Ammonium, Kalium)

Mean concentration of primary input substances in drinking water catchment areas (nitrate, ammonia, potassium)

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Abb. 5 Fig. 5
figure 5

Befunde sekundär freigesetzter Stoffe (Sulfat und Schwermetalle) und nicht relevanter Metaboliten in Trinkwassereinzugsgebieten

Findings of secondary released substances (sulphate and trace metals) and non-relevant metabolites in drinking water catchment areas

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Zusätzlich stehen Analysen aus 363 Vorfeldmessstellen der Wasserfassungen und 332 Grundwassermessstellen des staatlichen Gütemessnetzes zur Verfügung, die vermehrt in geringerer Teufe verfiltert und dadurch stärker anthropogen geprägt sind. Zur Bewertung wurden der messstellenspezifische Median sowie die Maximalkonzentration der untersuchten Parameter ermittelt. Bezüglich des Umgangs mit zensierten Daten erfolgte die Auswertung analog zu den Brunnen der Wasserfassungen. Die nachstehende Ergebnisdarstellung fokussiert auf die hydrochemische Charakteristik der durch die Brunnen erschlossenen Grundwasserressourcen, die Grundwasserbeschaffenheit an den meist oberflächennahen Messstellen wird ergänzend erwähnt.

Ergebnisse

Primärstoffeinträge

Anaerobe Grundwässer sind natürlicherweise weitgehend frei von Nitrat (< 1 mg/l; Morrissy et al. 2021), was auch für die Mehrheit der untersuchten Wasserfassungen in Mecklenburg-Vorpommern festzustellen ist. Gleichwohl ist vor allem im Nordosten des Landes eine Tendenz zu leicht erhöhten Nitratkonzentrationen zwischen 1 und 10 mg NO3/l erkennbar (Abb. 4), und lokal können auch größere Konzentrationsbereiche zwischen 10 und 50 mg NO3/l oder mehr erreicht werden. Vereinzelt wurden Wasserfassungen aufgrund grenzwertüberschreitender Nitratkonzentrationen im Mischwasser stillgelegt. Im Gegensatz zu den Trinkwasserbrunnen weisen die flacher ausgebauten Grundwassermessstellen häufig erhöhte Nitratkonzentrationen auf. Insbesondere im Mecklenburger Raum sind vermehrt Nitratkonzentrationen oberhalb des Grenzwerts der Trinkwasserverordnung festzustellen. Deutlich wird dies anhand der Auswertung der Medianwerte der in Grundwassermessstellen bis 25 m Filtertiefe gemessenen Nitratkonzentrationen (Tab. 1). In stark landwirtschaftlich geprägten Gebieten wurden Extremwerte von bis zu 627 mg NO3/l in einem oberflächennahen Grundwasserleiter gemessen.

Tab. 1 Table 1 Nitratkonzentration in Grundwassermessstellen bis 25 m Tiefe für die hydrogeologischen Teilräume Mecklenburg-Vorpommerns (Mediane der Zeitreihen in mg/l)Median nitrate concentration in groundwater monitoring wells up to 25 m depth for the hydrogeological sub-areas of Mecklenburg-Western Pomerania (medians of time series in mg/l)
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In Relation zu benachbarten Bundesländern wie Niedersachsen und Schleswig-Holstein ist die im Rahmen des EU-Nitratmessnetzes erfasste Belastung des oberflächennahen Grundwassers mit Nitrat in Mecklenburg-Vorpommern geringer (BMU und BMEL 2020; Knoll et al. 2020). Ungeachtet der regional unterschiedlichen Sickerwasserraten entspricht dies in der Tendenz den im letzten Nitratbericht (BMU und BMEL 2020) dokumentierten Stickstoffbilanzüberschüssen der Jahre 2007 bis 2018, welche mit ca. 49 kg N/ha in etwa halb so groß wie die der genannten Nachbarbundesländer sind.

Weitere Indizien für flächenhafte Stoffeinträge zeigen die Parameter Ammonium und Kalium. Ammonium kann im Grundwasser geogen bedingt erhöht sein oder durch unvollständig stattfindende mikrobielle Abbauprozesse von der Oberfläche ins Grundwasser verschleppt werden. Der in der Trinkwasserverordnung (TrinkwV 2016) festgelegte Grenzwert für Ammonium (0,5 mg/l) wird in mehr als einem Drittel aller Wasserfassungen Mecklenburg-Vorpommerns überschritten. Unter Einbeziehung der Kaliumgehalte ist überwiegend der anthropogene Stickstoffeintrag als Ursache zu vermuten.

Kalium liegt im unbeeinflussten Grundwasser zumeist nur in geringen Konzentrationen von < 5 mg/l (Kunkel et al. 2004; BGR 2014) vor. Erhöhte Kaliumgehalte treten geogen bedingt insbesondere in tieferen Grundwasserleitern auf (Wolfgramm et al. 2011). Darüber hinaus können erhöhte Kaliumgehalte in küstennahen Grundwasserleitern durch Salzwasserintrusionen bedingt sein (z. B. Sivan et al. 2005). Oberflächennah erhöhte Kaliumgehalte auf landwirtschaftlichen Nutzflächen stehen im Zusammenhang mit dem Einsatz organischer und mineralischer Düngemittel (z. B. Kanz 1977; Wulff et al. 1998; Griffioen 2001). Im Umfeld von Siedlungsräumen weisen erhöhte Kaliumgehalte auf einen potenziellen Einfluss von Abwässern (Arienzo et al. 2009) oder Deponiesickerwässern (Nicholson et al. 1983) hin. Die Mehrzahl der vorliegenden Messdaten der Trinkwasserbrunnen weist Kaliumgehalte < 5 mg/l auf. In den oft oberflächennah ausgebauten Grundwassermessstellen sind allerdings Extremwerte mit einer Konzentration von bis zu 385 mg/l Kalium dokumentiert. Eine verbreitete Korrelation zwischen erhöhten Ammonium- und Kaliumgehalten (ρ = 0,51, p < 0,0001, n = 325) deutet auf primär anthropogene Ursachen erhöhter Kaliumgehalte hin (Abb. 4). Ein ausgeprägter Zusammenhang zwischen erhöhten Kalium- und Chloridgehalten, welcher auf eine primär geogen bedingte Kaliumerhöhung schließen ließe, besteht hingegen nicht (ρ = 0,25, p < 0,0001, n = 326). Auch eine vergleichsweise hohe Nachweisdichte mit Kaliumgehalten über > 10 mg K/l an den oft flacher ausgebauten Messstellen des Grundwassergütemessnetzes unterstützt die Vermutung eines überwiegend anthropogenen Eintrages.

Freisetzung von Sekundärstoffen

Maßgebend für die bislang niedrigen Nitratkonzentrationen in den genutzten Grundwasserleitern sind die während der Untergrundpassage ablaufenden Nitratreduktionsprozesse. Durch die Reaktion mit Metallsulfiden (Pyrit; Kölle 1982; Kölle et al. 1985) sowie organischem Kohlenstoff (Korom 1992) wird Nitrat im Grundwasserleiter abgebaut. Das Potenzial zum Abbau von Nitrat unterliegt lokalen Variationen und nimmt bei fortwährend hohen Nitrateinträgen stetig ab, da der Prozess nicht reversibel ist (DVGW 2013). Sekundäre Folgen des Nitratabbaus sind die Freisetzung von Sulfat (z. B. Postma et al. 1991; Schwientek et al. 2008; Jørgensen et al. 2009; Zhang et al. 2009) und die Mobilisation von Spurenelementen wie Nickel, Arsen und Uran (Senko et al. 2002; Houben et al. 2017; van Berk und Fu 2017).

Die Auswertung der mittleren Sulfatgehalte zeigt zwar für den überwiegenden Teil der Wasserfassungen Konzentrationen unterhalb des Grenzwertes der Trinkwasserverordnung (TrinkwV 2016) von 250 mg/l (Abb. 5), dennoch liegen die Werte zumeist oberhalb des Erwartungswertes von ca. 30 mg/l für anthropogen unbeeinflusste Grundwasserleiter der Sande und Kiese des norddeutschen Flachlandes (Kunkel et al. 2004). Dabei nimmt die Häufigkeit leicht (50–100 mg/l) und deutlich erhöhter (100–250 mg/l) Sulfatkonzentrationen von Südwest nach Nordost zu – eine Tendenz, die den natürlichen Schutz der Grundwässer gegenüber anthropogenen Stoffeinträgen widerspiegelt. So werden im Süden und Südwesten vor allem tiefe, gut geschützte Grundwasserleiter genutzt, wohingegen im Nordosten fast nur oberflächennahe Grundwasserleiter für die Trinkwasserversorgung zur Verfügung stehen (MLU 2019). Insbesondere in der Region Vorpommern ist eine höhere Dichte von Wasserfassungen mit deutlich erhöhten Sulfatgehalten zu verzeichnen. Teilweise werden die Grenzwerte der Trinkwasserverordnung auch im Mischwasser überschritten. In der Wasserfassung Lüssow bei Stralsund konnten Sulfatkonzentrationen von über 1000 mg/l auch auf Denitrifikationsprozesse zurückgeführt werden (Malik 2020). Außerhalb der Grundwassereinzugsgebiete bestätigen die Analysenergebnisse der Grundwassermessstellen die flächenhafte Belastung des Grundwassers mit Sulfat. Grenzwertüberschreitungen sind an einzelnen Grundwassermessstellen in allen Regionen Mecklenburg-Vorpommerns festzustellen.

Die nitratinduzierte Pyritoxidation führt auch zur Freisetzung von im Kristallgitter gebundenen Schwermetallen (Huerta-Diaz und Morse 1992). Flächenhafte Nachweise von Schwermetallen (Abb. 5) verdeutlichen, dass die Mobilisierung von Schwermetallen trotz der im Allgemeinen nicht grenzwertüberschreitenden Konzentrationen eine Herausforderung für die öffentliche Trinkwasserversorgung darstellt. In 60 % der Wasserfassungen sind ein oder mehrere der untersuchten Schwermetalle (Arsen, Blei, Cadmium, Nickel, Uran) in einem oder mehreren Brunnen nachzuweisen; etwa 10 % der Wasserfassungen sind von wiederholten Grenzwertüberschreitungen einzelner Brunnen betroffen. Deutlich wird der Einfluss diffuser Stoffeinträge von der Oberfläche auf die Schwermetallmobilität auch anhand der im regionalen Vergleich erhöhten Schwermetallbelastung in den weniger gut geschützten Grundwasserleitern im nordöstlichen Landesteil.

Pflanzenschutzmittel (PSM), relevante Metaboliten (rM) sowie nicht relevante Metaboliten (nrM)

Neben den Hauptinhaltsstoffen und weiteren Spurenstoffen können auch organische Schadstoffe, wie Pflanzenschutzmittel und deren Abbauprodukte als Indiz für die anthropogene Überprägung der regionalen Grundwässer Mecklenburg-Vorpommerns herangezogen werden. Positivbefunde eines oder mehrerer Pflanzenschutzmittel bzw. relevanter Metaboliten sind für 30 Wasserfassungen (11 %) zu verzeichnen. Wiederholte Überschreitungen des Grenzwerts (0,1 µg/l) wurden nur in acht Wasserfassungen (3 %) festgestellt. Im Gegensatz zu den Trinkwasserbrunnen sind Positivbefunde und Überschreitungen der Schwellenwerte in den flacheren Grundwassermessstellen bislang deutlich häufiger.

Besonders deutlich wird der landwirtschaftliche Einfluss durch die verbreiteten Nachweise nicht relevanter Metaboliten (Abb. 5) – 34 % der Wasserfassungen weisen Positivbefunde auf, in zwei Wasserfassungen (0,7 %) wurde der GOW überschritten. Nicht relevante Metaboliten wirken selbst nicht toxisch, weisen aber meist eine höhere Mobilität im Grundwasser auf und zeigen damit mögliche Migrationswege auf. Da die Wirkstoffe unter anaeroben Bedingungen im Grundwasser zum Teil nicht oder nur sehr langsam abgebaut werden, besteht mittelfristig eine Gefährdung durch Pflanzenschutzmittel und relevante Metaboliten auch für potenziell gut geschützte Grundwasserressourcen.

Zeitliche Entwicklung

Die zukünftige Entwicklung des landwirtschaftlichen Einflusses auf die Grundwasserbeschaffenheit lässt sich anhand der seit Langem in der Wasseranalytik erfassten Parameter Nitrat und Sulfat grob abschätzen. Im Allgemeinen sind die mittleren Nitratgehalte der zur Trinkwasserversorgung genutzten Wasserfassungen bislang unauffällig (Abb. 4). Berücksichtigt man jedoch die Zunahme von Wasserfassungen mit Nitratnachweisen seit dem Jahr 2000 (Abb. 6), so wird deutlich, dass anhaltende landwirtschaftlich bedingte Stoffeinträge auch in Zukunft eine potenzielle Gefährdung für die Trinkwasserversorgung darstellen können. Bis zum Jahr 2019 wurden Nitratnachweise > 1 mg NO3/l bereits in 60 % der insgesamt 339 Wasserfassungen Mecklenburg-Vorpommerns festgestellt. Brunnen mit mehr als 50 mg NO3/l sind seit dem Jahr 2000 in 4 % der Wasserfassungen zu verzeichnen (Abb. 6). Damit einher geht oftmals eine sekundäre Stoffmobilisierung von Sulfat und Schwermetallen.

Abb. 6 Fig. 6
figure 6

Anteil der Wasserfassungen mit Nitratbefunden seit dem Jahr 2000

Proportion of water catchments with nitrate findings since 2000

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Obwohl Indizien für erste Erfolge bei der Verringerung der N‑Flächenbilanzüberschüsse vorliegen (Tetzlaff et al. 2020), gilt es zu berücksichtigen, dass sich die im Ergebnis einer erfolgreich angepassten Landbewirtschaftung auf weniger als 50 mg/l verringerten Stickstoffkonzentrationen im Sickerwasser voraussichtlich erst Jahrzehnte später auf die Nitratwerte der häufig bedeckten Porengrundwasserleiter auswirken würden. Unsicherheiten bestehen darüber hinaus u. a. hinsichtlich der räumlichen und zeitlichen Variabilität des Nitratabbaupotenzials (z. B. Hansen et al. 2014; Knoll et al. 2020; Seidenfaden et al. 2022), sodass selbst bei einer zeitnahen Umsetzung der in Tetzlaff et al. (2020) betrachteten Maßnahmenszenarien zur Verringerung der N‑Einträge aus der landwirtschaftlichen Düngung anhaltende Nitratbelastungen in den Wasserfassungen nicht auszuschließen sind.

Begleitet wird die beobachtete Zunahme der nitratbelasteten Wasserfassungen von einem im Grundwasser seit den 1960er-Jahren beobachteten langsamen Anstieg des Medians der Sulfatkonzentration (MLU 2019). Zudem wurde im Rahmen einer Trendbetrachtung der durch die Wasserversorgungsunternehmen erhobenen Sulfatgehalte regional unterschiedlich ausgeprägte Gefährdungen der Trinkwasserversorgung infolge steigender Sulfatgehalte festgestellt. Insbesondere in der Region Vorpommern stellen tendenziell ansteigende Sulfatgehalte eine zukünftige Herausforderung für die Trinkwasserversorgung dar (MLU 2019).

Handlungsbedarfe

Neben den Einflüssen der Landwirtschaft auf die Wassermenge und Wasserqualität wurden im Rahmen der Trinkwasserversorgungskonzeption Mecklenburg-Vorpommern (TWVK) auch weitere Faktoren untersucht, die zukünftige Herausforderungen für die Trinkwasserversorgung darstellen können – die demografische und touristische Entwicklung sowie die Auswirkungen möglicher Klimaänderungen. Das Ministerium für Klimaschutz, Landwirtschaft, ländliche Räume und Umwelt Mecklenburg-Vorpommern beabsichtigt, die TWVK im Jahr 2023 vollständig zu veröffentlichen. Um den Einfluss der Landwirtschaft auf die zukünftige Trinkwassergewinnung besser einordnen zu können, werden nachstehend die in der TWVK analysierten Faktoren kurz charakterisiert.

In der Tab. 2 sind alle untersuchten Herausforderungen für die Wasserwirtschaft zusammenfassend aufgeführt und bewertet. Die Veränderungen vollziehen sich in unterschiedlichen Zeiträumen – während sich z. B. eine klimatisch bedingte Minderung des Grundwasserdargebotes mittel- bis langfristig auswirken wird, ist die Verschlechterung der Rohwasserqualität schon heute spürbar. Die Faktoren sind in der Tab. 2 nach Dringlichkeit der Handlungsbedarfe geordnet, wobei herauszustellen ist, dass mit Ausnahme der Auswirkungen des demografischen Wandels die Unterschiede gering sind und auf allen Feldern umgehend Anpassungsmaßnahmen eingeleitet werden müssen.

Tab. 2 Table 2 Herausforderungen und Handlungsbedarfe für die Trinkwasserversorgung in Mecklenburg-VorpommernChallenges and requirements for adaptations for drinking water supply in Mecklenburg-Western Pomerania
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Auf Bedarfsänderungen durch den Ausbau der Tourismuswirtschaft und die demografische Entwicklung muss in den betroffenen Regionen reagiert werden, und entsprechende Maßnahmen sind zum größten Teil schon in den Planungen der Wasserversorger berücksichtigt. Demgegenüber erfordern die sich verschlechternde Rohwasserqualität, die zu erwartenden klimatischen Änderungen und der steigende landwirtschaftliche Bewässerungsbedarf strukturelle Anpassungen, die ganz Mecklenburg-Vorpommern betreffen.

Als besonders problematisch ist die diffuse Belastung durch wassergefährdende Stoffe zu bewerten, da die Folgen schon deutlich messbar sind und präventive Steuerungs- und Anpassungsmaßnahmen aufgrund langer Fließzeiten erst mittel- bis langfristig ihre Wirkung entfalten können.

Darüber hinaus besteht landesweit Handlungsbedarf hinsichtlich des Wasserdargebotes und dessen Nutzung für landwirtschaftliche Bewässerungsvorhaben. Vorangegangene Untersuchungen zeigten, dass es hier durch naturräumliche Maßnahmen gelingen kann, zukünftige Defizite abzumildern (RPV 2018; Hennig und Hilgert 2021). Da die Umsetzung solcher Maßnahmen langwierig ist und positive Wirkungen erst zeitverzögert eintreten, ist es auch hier erforderlich, Änderungen der bisherigen Praxis kurzfristig einzuleiten.

Die Gegenüberstellung der analysierten Herausforderungen und Handlungsbedarfe (Tab. 2) verdeutlicht, dass die Art der landwirtschaftlichen Produktion in entscheidendem Maße bestimmt, in welcher Menge und Qualität zukünftig Rohwasser für die Trinkwasserversorgung bereitstehen wird.

Handlungsoptionen und Maßnahmenvorschläge

Angesichts der sich stetig verschlechternden Rohwasserqualität in Mecklenburg-Vorpommern ist ein unmittelbarer Handlungsbedarf gegeben, wobei präventive und reaktive Handlungsoptionen unterschieden werden können (UBA 2017). Während präventive Maßnahmen zum Ziel haben, die Qualität der genutzten Wasserressourcen zu erhalten und langfristig zu verbessern, beinhalten reaktive Handlungsoptionen das Ausweichen auf weniger belastete Wasserressourcen oder die Anpassung der Aufbereitungstechnologie.

An zahlreichen Wasserfassungen in Mecklenburg-Vorpommern musste schon in der Vergangenheit durch Ausweichmaßnahmen auf eine sich verschlechternde Grundwasserqualität reagiert werden. Weil der obere unbedeckte Grundwasserleiter aufgrund zu hoher Stoffbelastungen kaum mehr für die Trinkwasserversorgung nutzbar ist, haben die meisten Wasserversorger in den letzten Jahrzehnten tiefere Grundwasserleiter erschlossen. Die Nutzung dieser tieferen Grundwasserleiter führt jedoch dazu, dass ihnen vermehrt junges Grundwasser zuströmt und sich auch hier die Grundwasserqualität allmählich verschlechtert (Seiler und Lindner 1995). In vielen Regionen sind die Möglichkeiten der genannten Ausweichmaßnahmen nahezu erschöpft. So stehen z. B. in Vorpommern kaum tiefere Grundwasserleiter zur Verfügung und das Grundwasser ist großflächig durch landwirtschaftlich assoziierte Stoffe geprägt. Wenn die Grenzwerte der Trinkwasserverordnung nicht mehr eingehalten werden können, ist es erforderlich, die Wasseraufbereitung anzupassen. Eine solche Notwendigkeit bestand für die Trinkwasserversorgung der Hansestadt Stralsund, wo die Sulfatgehalte im Grundwasser teilweise weit über dem Grenzwert der Trinkwasserverordnung liegen. Im Wasserwerk Lüssow erfolgt daher seit 2015 eine Sulfateliminierung über Umkehrosmose, wodurch sich die spezifischen Aufbereitungskosten deutlich erhöht haben.

In der Regel sind vorsorgende Maßnahmen kosteneffizienter als die genannten technischen Handlungsoptionen (UBA 2017). Angesichts der zum Teil weit fortgeschrittenen Belastung des Grund- und Oberflächenwassers werden in Mecklenburg-Vorpommern perspektivisch aber beide Maßnahmenkategorien zur Anwendung kommen müssen, wobei aus Gründen des Gewässerschutzes und der Kosteneffizienz der Schwerpunkt auf den präventiven Maßnahmen liegt.

Auch hinsichtlich der Grundwassermenge haben präventive Maßnahmen das Primat, da die einzige reaktive Handlungsoption, der Entzug von Nutzungsrechten, mit wirtschaftlichen Beeinträchtigungen verbunden ist. Das Ziel ist es, den Landschaftswasserhaushalt durch naturräumliche Maßnahmen, wie eine verminderte landwirtschaftliche Flächenentwässerung und einen Waldumbau, zu stabilisieren. Diese müssen durch eine restriktivere, stärker an Auflagen gebundene Genehmigungspraxis von Beregnungswasserentnahmen ergänzt werden.

Im Rahmen der TWVK wurden 25 konkrete Maßnahmen herausgearbeitet, die in den nächsten Jahren als Leitlinie für wasserwirtschaftliche Entscheidungen dienen sollen. Die sich aus den Maßnahmen ergebenden Aufgaben sind anschließend den zuständigen Akteuren zugeordnet und mit Zeiträumen für die Umsetzung versehen worden. Ein Teil der Maßnahmen wirkt sich sowohl auf das Wasserdargebot als auch auf die Wasserqualität vorteilhaft aus. Im Weiteren werden ausgewählte Maßnahmenbündel kurz charakterisiert; detailliertere Ausführungen enthält die TWVK.

Verminderung der Stoffeinträge in Wasserschutzgebieten

Wie die Entwicklung der Rohwasserqualität zeigt, reichen die bislang bestehenden und üblichen Nutzungsbeschränkungen meistens nicht aus, einen wirksamen Schutz des Grundwassers zu erzielen. Prinzipiell könnten durch restriktive Nutzungsbeschränkungen die Stoffeinträge in die genutzten Wasservorkommen minimiert werden. Voraussetzung dafür wäre jeweils der gerichtsfeste Nachweis, dass die Beschränkungen erforderlich, geeignet und verhältnismäßig sind, um die Wasserressourcen als Trinkwasserquelle zu sichern. Dem Landnutzer und/oder Landeigentümer stünde ein Ausgleich bzw. eine Entschädigung zu. Angesichts dieser Hürden wird eine Zusammenarbeit mit der Landwirtschaft, die vom kooperativen Vorsorgegedanken getragen ist, als erfolgversprechender eingeschätzt.

Durch eine ökologische Landbewirtschaftung können die Stoffemissionen effektiv gesenkt werden, da der Einsatz von Düngemitteln stark reglementiert und die Verwendung von Pflanzenschutzmitteln weitgehend verboten ist. Vorteilhaft für die Umsetzung ist auch, dass Fördermöglichkeiten über Bioprämien bestehen und die Beratung über die Bioverbände sowie die Kontrolle im Rahmen der EU-Verordnung und der Verbandsrichtlinien der ökologischen Landwirtschaft geregelt sind (Heß 2017). Das Land wirkt bei Neuverpachtungen landeseigener Flächen in der Wasserschutzzone II bereits jetzt auf eine ökologische Bewirtschaftung hin, was auch auf die Neuverpachtung von Flächen in der Wasserschutzzone III ausgeweitet werden sollte.

Auch Kooperationsmodelle ermöglichen es, den Nährstoffaustrag aus dem Boden signifikant zu senken (UBA 2017; Quirin et al. 2020). Die Kooperation verknüpft eine Beratung zur gewässerschonenden Landbewirtschaftung mit Ausgleichszahlungen für Mehraufwendungen und/oder Ertragseinbußen. Kooperationsmodelle sind eine gut geeignete Möglichkeit, die aus unterschiedlichen Prämissen resultierenden Konflikte zu minimieren. Sie basieren auf einer freiwilligen Zusammenarbeit und erfordern Kompromissbereitschaft auf beiden Seiten. Die Freiwilligkeit ist zugleich der große Vorteil der Kooperationsmodelle, da aufgrund des sich entwickelnden gegenseitigen Vertrauens keine umfassenden Kontrollmechanismen erforderlich sein sollten.

Da die Stoffausträge unter Waldflächen in der Regel geringer sind als unter landwirtschaftlichen Nutzflächen (Tetzlaff et al. 2020), soll der Waldanteil in Einzugsgebieten von Wasserfassungen erhöht werden. Die Aufforstung gedränter Standorte kann trotz der höheren Verdunstungsraten des Waldes zu einer Erhöhung des Grundwasserdargebotes führen, weil derzeit über die Dränung ein Großteil des Niederschlagswassers ungenutzt abgeführt wird. Bei der Aufforstung sollten standorttypische Laubbäume bevorzugt werden, die im Vergleich zu Nadelbäumen eine geringere Transpiration aufweisen. Unter Laubbäumen ist darüber hinaus die atmosphärische Stickstoffdeposition geringer und die Stickstoffspeicherung in der Humusauflage höher (DVGW 2020). Unter Einbeziehung der weiteren Ökosystemleistungen des Waldes für den Klimaschutz, der Biodiversität und das Landschaftsbild kommt Hirschfeld in RPV (2018) zu dem Schluss, dass eine Waldmehrung innerhalb von zehn Jahren einen gesellschaftlichen Gewinn abwerfen würde. Dies gelte auch für den Fall, dass dafür die Flächen aufgekauft werden müssten. Die Waldmehrung entspricht grundsätzlich den Landeszielen – sie ist im Landeswaldprogramm (MLU 2016) ausdrücklich vorgesehen und wird vom MV-Zukunftsrat empfohlen (MV-Zukunftsrat 2021).

Ausweisung von Trinkwasservorbehalts‑/Vorranggebieten

Angesichts der sich landesweit verschlechternden Rohwasserqualität sollen auch geohydraulisch und hydrochemisch hochwertige Grundwasservorkommen, die derzeit noch keiner Nutzung unterliegen, aber perspektivisch benötigt werden können, unter Schutz gestellt werden. Eine solche Forderung wird auch vom Deutschen Verein des Gas- und Wasserfaches e. V. unterstützt (DVGW 2021). In Mecklenburg-Vorpommern sind im Landesraumentwicklungsprogramm (LEP M‑V 2016) neben den bestehenden Wasserschutzgebieten 21 Vorbehaltsgebiete Trinkwasser ausgewiesen, die im Rahmen der Regionalen Raumentwicklungsprogramme zu Vorranggebieten entwickelt werden sollen.

Tiefe Grundwasserleiter stellen ein Reservoir für die Trinkwasserversorgung dar, das gut vor anthropogenen Einflüssen geschützt ist. Solange keine Grundwasserentnahme erfolgt, nehmen sie kaum am Wasserkreislauf teil. Erst durch die nutzungsbedingte Druckentlastung wird eine verstärkte Speisung aus den oberen Grundwasserleitern induziert, die dann langfristig zu einer Verschlechterung der Wasserqualität führen kann (Seiler und Lindner 1995). Um diese Grundwasserressourcen für die Trinkwassergewinnung zu sichern, sollten hier keine Nutzungen mit niedrigeren Qualitätsansprüchen (beispielsweise Brauch- oder Beregnungswasser) zugelassen werden.

Etablierung einer kontrollierten Dränung

Etwa die Hälfte der landwirtschaftlichen Fläche Mecklenburg-Vorpommerns ist gedränt (Koch et al. 2010). Die Dräne bilden künstliche Abflussbahnen, über die ein Großteil des Niederschlages bereits innerhalb von Stunden bis wenigen Tagen nach dem Niederschlagsereignis die Gewässer erreicht und nicht zur Grundwasserneubildung beiträgt. Wasserhaushaltsbetrachtungen und Auswertungen von Lysimetermessungen zeigen, dass in der Jahressumme etwa die Hälfte des Gebietsabflusses stark gedränter Einzugsgebiete als Direktabfluss und nicht über den Grundwasserpfad erfolgt (Hennig und Hilgert 2007). Durch die schnelle Entwässerung des Bodens wird auch sein Nitratabbauvermögen nur unvollständig genutzt und Stoffe wie Nitrat, Phosphor und Pflanzenschutzmittel werden verstärkt über Makroporen und Dräne ausgewaschen (Kahle et al. 2008). Das führt in erster Linie zu einer Belastung der Oberflächengewässer, die die Vorflut für die Dränung darstellen. Aufgrund der verminderten Abbauprozesse in der Bodenzone ist aber auch eine höhere Nitratkonzentration des Sickerwassers unterhalb der Dräne zu erwarten.

Bei einer kontrollierten Dränung werden die Dränabläufe temporär verschlossen, um die Entwässerung zu unterbinden und die Bodenfeuchte zu erhöhen. Untersuchungen dazu wurden von der Universität Rostock durchgeführt (Kahle et al. 2012). Der verminderte Abfluss über die Dräne führt zu einer Reduzierung der Stofffrachten in den Gewässern (Kahle et al. 2018) und zu einer Erhöhung der Grundwasserneubildung (Hennig und Hilgert 2021). Der temporäre Verschluss der Dräne bewirkt darüber hinaus, dass Niederschlagswasser besser im Boden gespeichert wird und in den darauffolgenden Trockenphasen für die Pflanzen verfügbar ist. So können auch kurze sommerliche Starkniederschläge den Bodenwasservorrat auffüllen, die ansonsten ungenutzt über Makroporen und Dräne abfließen würden, wodurch sich der Beregnungsbedarf reduziert.

Optimierung der landwirtschaftlichen Beregnung und Monitoring der Wasserentnahmen

Die landwirtschaftliche Beregnung stabilisiert die Erträge und gewährleistet bei richtiger Dosierung, dass der Nährstoffvorrat im Boden optimal genutzt und somit die Nährstoffauswaschung reduziert wird. In diesem Sinne kann die Beregnung einen Beitrag zum Schutz des Grundwassers leisten. Damit dieser positive Effekt überwiegt, muss die Beregnungsmenge genau auf den Bedarf abgestimmt sein; eine zu hohe Bewässerungsgabe belastet den Wasserhaushalt und erhöht die Nährstoffauswaschung aus dem Boden. Eine flächenspezifische Beregnungssteuerung sollte daher als Standard in Mecklenburg-Vorpommern etabliert werden, dabei kann auch auf Untersuchungen in anderen Bundesländern zurückgegriffen werden (LBEG 2011; Engel et al. 2017). Durch eine geeignete Sortenwahl, eine konservierende Bodenbehandlung, die Änderung der Fruchtfolge oder den Einsatz wassersparender Bewässerungssysteme ist darüber hinaus eine Reduzierung des Bewässerungsbedarfes möglich (LAWA 2017).

Angesichts der stetig steigenden Grundwasserentnahmen für landwirtschaftliche Beregnungen besteht Regelungsbedarf hinsichtlich der Auswirkung von Kumulationseffekten – viele einzelne unkritische Entnahmen in einer Region können in der Summe zu einer Absenkung des regionalen Grundwasserstandes führen, der die öffentliche Wasserversorgung beeinträchtigt und grundwasserabhängige Ökosysteme schädigt. Solche Summationswirkungen müssen bei der Genehmigung neuer Nutzungen berücksichtigt werden. Sie können durch Grundwasserströmungsmodelle quantifiziert werden, die die Grundwasserneubildungsraten, die unterirdischen Abflussverhältnisse und die Entnahmen berücksichtigen, wobei im Rahmen des Monitorings durch die Behörden meist einfache horizontal-ebene Strömungsmodelle mit weitgehend konzentrierten geohydraulischen Parametern ausreichend sind.

Zusammenfassung und Ausblick

Im Auftrag des Ministeriums für Klimaschutz, Landwirtschaft, ländliche Räume und Umwelt Mecklenburg-Vorpommern wurde eine landesweite Trinkwasserversorgungskonzeption erarbeitet. Sie hatte zum Ziel, überregionale Entwicklungen zu analysieren und zukünftige Herausforderungen und Handlungsbedarfe abzuschätzen.

Die regionale Auswertung der Rohwasseranalysen der Wasserversorger offenbarte, dass die landwirtschaftliche Nutzung nahezu landesweit die Grundwasserqualität beeinflusst. Nährstoffbilanzüberschüsse spiegeln sich teilweise direkt in Nitratbelastungen des Grundwassers wider, weitaus häufiger aber führen sie indirekt zu stark steigenden Sulfatgehalten und zu einer Mobilisierung von Schwermetallen. Deutlich wird die Vulnerabilität der genutzten Grundwasserressourcen gegenüber diffusen Stoffeinträgen aus der Landwirtschaft darüber hinaus anhand der verbreiteten Nachweise von Pflanzenschutzmittel-Metaboliten.

In Mecklenburg-Vorpommern ist in den letzten 15 Jahren eine stetige Zunahme der landwirtschaftlichen Beregnung zu verzeichnen, ein Trend, der sich infolge klimatischer Änderungen eher verstärken wird. Würden in Zukunft allein 10 % der beregnungswürdigen Landwirtschaftsflächen tatsächlich bewässert, bedeutete das eine Verfünffachung der derzeitigen Beregnungsmenge. Die Wassernutzung für Beregnungen läge damit in einer ähnlichen Größenordnung wie der Bedarf für die Trinkwasserversorgung. Eine Verschärfung der derzeit schon bestehenden Nutzungskonkurrenzen und eine Beeinträchtigung grundwasserabhängiger Landökosysteme wären die Folge.

Um den qualitativen und quantitativen Zustand des Grundwassers zu stabilisieren, wurden Handlungsoptionen aufgezeigt und Anpassungsmaßnahmen herausgearbeitet. Der Fokus lag dabei auf vorbeugenden, gestaltenden Maßnahmen zur Verminderung der anthropogenen Stoffeinträge, zur Begrenzung der Bedarfssteigerungen und zur Erhöhung des Wasserdargebotes. Die Wirksamkeit solcher naturräumlich orientierten Maßnahmen ist sehr hoch, sie erfordern aber einen langen Atem bei der Umsetzung und entfalten ihre Wirkung erst in Jahrzehnten. Daher ist es essenziell, einen nachhaltigen Schutz unserer Wasserressourcen schnell einzuleiten, ganz im Sinne der Empfehlungen des Zukunftsrates (MV-Zukunftsrat 2021): „Was lange dauert, muss jetzt begonnen werden.“