Modelle & Methoden

Die Critical Load Projektgruppe bei ÖKO-DATA stellt Daten und Karten für die Belastung und Belastbarkeit von Ökosystemen zusammen. Im Zentrum steht die Erarbeitung eines flächendenkenden Datensatzes für Ökologische Belastungsgrenzen von Luftschadstoffen in Deutschland, der in das europäische Datennetz eingespeist wird. Aber auch auf Länderebene (so für den Freistaat Sachsen und für Nordrhein-Westfalen) sowie in Kommunen lassen sich die tatsächlichen Belastungen mit der Belastbarkeitsgrenze vergleichen, um beispielsweise Strategien für die Minderung der Schadstoffemission festzulegen. Ebenso eignet sich diese Methode, um Ausgleichs- und Kompensationsmaßnahmen wirkungsbezogen durchführen zu können (Projekt für die Landeshauptstadt Magdeburg).

In Deutschland werden seit 1989 Critical Loads für den Eintrag von Säurebildnern für Waldökosysteme berechnet und kartiert. Von 1993 an erfolgte auch die Kartierung der Critical Loads für eutrophierende Stickstoffverbindungen und seit 1998 werden Critical Loads für Schwermetalle erfasst. Während anfangs ausschließlich die Belastungsgrenzen für Waldökosysteme berechnet und kartiert wurden, umfassen heute die Rezeptoren auch andere naturnahe Ökosysteme, wie natürliches Grünland, Heiden, Sümpfe und Moorheiden. Insgesamt werden für 30 Prozent der Fläche Deutschlands Critical Loads bestimmt, wodurch auch eine wesentliche Grundlage für die Anwendung des Vorsorgeprinzips im Umweltschutz geschaffen wurde.

Methodisch unterscheiden sich bei der Bestimmung der Critical Loads drei hierarchisch verschiedene Ansätze:

Empirische Ansätze
Bei den empirischen Ansätzen werden auf Erfahrungen und Felduntersuchungen beruhende Grenzwerte für einen Schadstoff einem bestimmten ökologischen Rezeptor bzw. einem definierten Ökosystem zugewiesen. Die Zuweisung solcher Erfahrungswerte basiert in der Regel auf langjährigen Beobachtungen. Auf dem Lökeberg-Workshop wurde von Nilsson und Thörnelöf (1992) eine empirische Zuweisungstabelle für verschiedene Ökosystemtypen Europas vorgestellt, die in Überarbeitung von H. Ellenberg Eingang in das Sachverständigengutachten zu Umweltfragen 1994 fand (SRU 1994). Auf nachfolgenden Workshops, so im November 2002 in Bern (Schweiz) und im Juni 2010 in Noordwijkerhout (Niederlande), erfolgte jeweils eine Anpassung der empirischen Werte für die Critical Loads an den fortschreitenden internationalen Erkenntnisstand.

Massenbilanzmethode
Mit einer einfachen Massenbilanz wird bei dieser Methode versucht, die Ein- und Austragsberechnungen von Schadstoffen für ein Ökosystem vorzunehmen. Die Grundannahme dabei ist, dass die langfristigen Stoffeinträge gerade noch so hoch sein dürfen, wie diesen ökosysteminterne Prozesse gegenüberstehen, die den Eintrag puffern, speichern oder aufnehmen können bzw. in unbedenklicher Größe aus dem System heraustragen.
Es werden also die Quellen und Senken der betrachteten (Schad-) Stoffe gegeneinander aufgewogen. Versauernd wirkende Stoffeinträge z.B. dürfen danach höchstens der gesamten Säureneutralisationskapazität des Systems entsprechen.
Den anthropogenen Stickstoffdepositionen werden die stickstoffspeichernden bzw. -verbrauchenden Prozesse im Ökosystem gegenübergestellt. Zu diesen zählen die Nettofestlegung von Stickstoff in der geernteten Biomasse, die Nettoimmobilisierung in der Humusschicht, die Denitrifikation und ein zu tolerierender bzw. unvermeidbarer Nitrataustrag mit dem Sickerwasser.
Nach dem Prinzip einer Waage werden auf der einen Seite anthropogene Einträge nur in einem solchen Maße zugelassen, wie auf der anderen Seite das Gleichgewicht durch ökosystemare Bedingungen hergestellt werden kann. Mit Einstellung des Gleichgewichts wird die maximal zulässige (anthropogene) Deposition erreicht, die den Critical Load bildet.

dynamische Modelle
Bei den dynamischen Modellen ist der Zeitbezug gewährleistet, damit können auch Entwicklungsszenarien beschrieben und verschiedene Depositionsmengen in ihren Auswirkungen dargestellt werden. Diese dynamischen Modelle stellen sehr hohe Ansprüche an die Datenverfügbarkeit bzw. die modellhafte Abbildung ökosystemarer Zusammenhänge. Deshalb werden dynamische Ansätze in erster Linie in räumlich abgegrenzten, kleineren und wohldefinierten Untersuchungsgebieten angewendet.
Das Critical-Load-Konzept beinhaltet somit als Grundgedanken einen langfristigen Stabilitätsansatz, heute wird dafür auch gerne der Begriff von der Nachhaltigkeit verwendet.
Karten der Überschreitung von Critical Loads zeigen in einem überregionalen Maßstab das langfristige Risikopotenzial für Waldökosysteme, das sich aus den gegenwärtigen Schadstoffeinträgen in ihrer räumlichen Auflösung ergibt. Mit den Massenbilanzmodellen kann aber keine zeitliche Auflösung angegeben werden, so dass weder eine retrospektive Analyse noch eine Prognose von Waldschäden allein aus einer Critical-Loads-Überschreitung herzuleiten ist.