Giessener Elektronische Bibliothek

GEB - Giessener Elektronische Bibliothek

Prognose des Schwermetallhaushaltes von Landschaften mit dem Modell ATOMIS

Predicting the soil heavy metal content of landscapes using the model ATOMIS

Zörner, Dorit


Originalveröffentlichung: (2010) Boden und Landschaft, Band 53
Zum Volltext im pdf-Format: Dokument 1.pdf (9.444 KB)

Die gedruckte Ausgabe enthält eine CD mit den Anhängen A.B1.E.F.


Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-74883
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2010/7488/


Freie Schlagwörter (Deutsch): ATOMIS , Schwermetalle , Modell-Validierung , Unsicherheitsanalyse , Sensitivit√§tsanalyse
Freie Schlagwörter (Englisch): ATOMIS , heavy metals , model validation , uncertainty analysis , sensitivity analysis
Universität Justus-Liebig-Universit√§t Gie√üen
Institut: Institut f√ľr Landschafts√∂kologie und Ressourcenmanagement
Fachgebiet: Agrarwissenschaften und Umweltmanagement
DDC-Sachgruppe: Naturwissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Zeitschrift, Serie: Boden und Landschaft ; 53 / 2010
ISBN / ISSN: 3-931789-52-7
Sprache: Deutsch
Tag der m√ľndlichen Pr√ľfung: 12.11.2009
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 26.03.2010
Kurzfassung auf Deutsch: Das Modell ATOMIS (Assessment Tool for Metals in Soils) prognostiziert f√ľr die Schwermetalle Ni, Cu, Zn und Cd landnutzungsabh√§ngig den Schwermetallhaushalt in landwirtschaftlich genutzten Oberb√∂den. In dieser Arbeit wurde das Modell anhand von Messdaten aus einer intensiv ackerbaulich genutzten Region validiert und die Unsicherheit der Modellergebnisse abgesch√§tzt. Im Rahmen der Validierung wurde der Oberboden von 24 unterschiedlich bewirtschafteten Ackerstandorten in der Wetterau (Hessen) beprobt und hinsichtlich der Schwermetallgehalte und charakteristischer Bodeneigenschaften analysiert. F√ľr diese Standorte liegen langfristige Dokumentationen zur Fl√§chenbewirtschaftung (D√ľngemitteleinsatz etc.) vor, welche als Eingangsdaten in der Modellierung mit ATOMIS ber√ľcksichtigt werden. Die Validierung erfolgte durch den Vergleich der simulierten Schwermetallgesamtgehalte am Ende des Bilanzierungszeitraumes mit den gemessenen Daten aus K√∂nigswasser-Extrakten. Des Weiteren wurden die Zwischenergebnisse der im Modell implementierten Pedotransferfunktionen gepr√ľft. Hierbei wurde die simulierte sorbierte Schwermetallfraktion mit gemessenen EDTA-extrahierbaren Werten verglichen. Die berechneten Bodenl√∂sungskonzentrationen wurden den Analyseergebnissen aus Ca(NO3)2-Extrakten gegen√ľbergestellt.
Die Validierungsergebnisse zeigen, dass das Modell ATOMIS die Schwermetallgesamt-gehalte f√ľr alle Elemente im Gr√∂√üenbereich der Messwerte der untersuchten Standorte berechnet. Dabei sind die Unsicherheiten der Modellergebnisse mit Variationskoeffizienten von < 10 % bei Cu und < 20 % bei Ni, Zn und Cd als niedrig einzusch√§tzen. Die modellierte √Ąnderung der Schwermetallgesamtgehalte (Schwermetall-Akkumulation) im simulierten Zeitraum ist jedoch meist sehr gering und wird teilweise durch die Modellunsicherheiten √ľberdeckt. Bei der Validierung der sorbierten und gel√∂sten Schwermetallfraktion sind sehr hohe Unsicherheiten in der Bilanzierung mit ATOMIS festzustellen (insbesondere f√ľr Ni, Cu und Zn). Die potenziell austauschbaren Schwermetallgehalte werden durch das Modell zum Teil stark untersch√§tzt, insbesondere bei Ni. Dadurch werden auch die Bodenl√∂sungskonzen-trationen und damit der Schwermetallaustrag aus dem Boden deutlich untersch√§tzt. Die Bilanzierung von Cd ergab dagegen f√ľr beide Fraktionen gute Ergebnisse und geringere Unsicherheiten.
Kurzfassung auf Englisch: ATOMIS (Assessment Tool for Metals in Soils) is a model that estimates site-specifically the long-term evolution of heavy metals (Ni, Cu, Zn, Cd) in top soils depending on land use and cultivation system. In this study, the model was validated on the basis of measured data from soils in an intensive agricultural used region called Wetterau (Hesse/Germany). Samples from the top soil were taken at 24 sites and analysed for heavy metal contents and characteristic soil properties. For the sample sites longtime management documentations (soil tillage, fertilization, etc.) were available. The validation of ATOMIS was accomplished by comparing the predicted total heavy metal contents with the measured values (aqua regia extracted) of the 24 sites. The model is based on two pedotransfer functions to calculate sorbed and solved heavy metal concentrations in the soil. These results were also considered in the validation process by comparing the simulations with measured contents in EDTA- and Ca(NO3)2 extracts. Furthermore, the uncertainties of the different model outputs were assessed.
The results show good model predictions for total heavy metal contents depending on land management for almost all examined sites regarding Ni, Cu, Zn, and Cd. The uncertainty of the model results was very low. The coefficient of variation was less than 10 % for Cu and slightly higher (< 20 %) for Ni, Zn, and Cd. However the calculated rates for accumulation and decline of the metal contents in the soil were very low over the simulated time periods. In this way, the model uncertainties partially bracketed the changes of the metal contents in the calculated period. Consequently the considered time period was too short for some sites to achieve a clear concentration trend which limits the conclusions that can be drawn from the validation results. The validation of other heavy metal fractions showed high uncertainties of model results in predicting the potential exchangeable (sorbed) as well as solved metal concentrations in the soil. The model underestimated the measured data for Ni, Cu and Zn which leads to an under predicted and uncertain metal output estimation for these elements. In contrast, simulated solved Cd concentrations were in range of the observed values for most sites and the output uncertainty was lower compared to the other metals.
Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Publikationen ohne Print on Demand