Bestimmung von Nitrat und Stickstoff in Oberflächengewässern und landwirtschaftlichen Anwendungen
Stickstoff ist ein wichtiger Nährstoff, der das Wachstum von Pflanzen und Feldfrüchten fördert, aber hohe Konzentrationen sind schädlich für Mensch und Natur. Reines, sauberes Wasser ist für die menschliche Gesundheit und die natürlichen Ökosysteme lebenswichtig. Überschüssiger Stickstoff aus landwirtschaftlichen Quellen ist eine der Hauptursachen für die Wasserverschmutzung in Europa. Studien, die von der Wageningen University & Research in Zusammenarbeit mit Glastuinbouw Nederland, Acacia Water, Hoogheemraadschap Delfland, Fixeau B.V. und Stichting AKVO durchgeführt wurden, haben die Nutzbarkeit des LAQUAtwin-Messgeräts in dieser Anwendung nachgewiesen.
Einführung
Nitrate und organische Stickstoffverbindungen aus Düngemitteln und Dung gelangen durch Auswaschung ins Grundwasser und durch Abfluss von landwirtschaftlichen Feldern ins Oberflächenwasser. Ein hoher Nitratgehalt macht Wasser als Trinkwasser ungeeignet.
In Flüssen, Seen und Meeresgewässern regen Stickstoff und andere Nährstoffe, insbesondere Phosphor, das Algenwachstum an. In moderaten Mengen dienen Algen als Nahrung für Wasserorganismen, einschließlich Fische. Eine übermäßige Nährstoffkonzentration in Wassersystemen führt jedoch zu einem übermäßigen Algenwachstum. Dies beeinträchtigt das natürliche Ökosystem und kann zu einer Verarmung des Wassers an Sauerstoff führen. Dieses als Eutrophierung bekannte Phänomen hat negative Folgen für die Biodiversität, die Fischerei und Freizeitaktivitäten.
Sowohl Phosphor als auch Stickstoff spielen bei der Eutrophierung eine Rolle, aber während die Hauptursache für die Eutrophierung in Süßwasser Phosphor ist, wird sie in Meerwasser hauptsächlich durch Stickstoff verursacht.
EU-Richtlinie
Die maximal zulässige Nitratkonzentration in Oberflächengewässern beträgt 50 mg/l (ppm) NO₃- oder 11,3 mg/l NO₃-N.
Die EU-Nitratrichtlinie (91/676/EWG) zielt darauf ab, die Wasserqualität in ganz Europa zu schützen, indem sie die Verschmutzung von Grund- und Oberflächengewässern durch Nitrate aus landwirtschaftlichen Quellen verhindert und die Anwendung guter landwirtschaftlicher Praktiken fördert.
Die Richtlinie zielt darauf ab, die Wasserverschmutzung durch Nitrate, die in der Landwirtschaft verwendet werden, zu reduzieren, indem
- Nitrat in Gewässern überwacht wird
- Nitratgefährdete Gebiete ausgewiesen werden
- Festlegung von Regeln der guten fachlichen Praxis in der Landwirtschaft und Maßnahmen zur Verhinderung und Verringerung der Wasserverschmutzung durch Nitrate
Quelle: https://environment.ec.europa.eu/topics/water/nitrates_en
Methode
Nitrat kann im Labor, online und vor Ort im Wasser nachgewiesen werden. Um die Quelle einer potenziellen Nitratverschmutzung zu bestimmen, wird eine Messung vor Ort bevorzugt.
Es gibt mehrere Methoden, um Nitrat im Wasser vor Ort zu messen. Diese reichen von einfachen Testkits bis hin zu fortschrittlicheren Messgeräten.
Einige häufig verwendete Methoden sind:
Chemische Testkits
- Basierend auf Farbveränderung.
- Die Probe wird mit Reagenzien gemischt, die sich in eine farbige Lösung umwandeln. Die Farbintensität wird gemessen.
- Die Veränderung wird anhand einer Farbskala oder eines Spektrophotometers abgelesen.
- Vorteile: Tragbar, relativ preiswert, schnell.
- Nachteile: Weniger genau
Spektrophotometrie
- Misst die Absorption von Licht durch die Lösung bei bestimmten Wellenlängen.
- Die Absorption wird mithilfe einer Kalibrierungskurve in eine Konzentration umgewandelt.
- Vorteile: Hohe Genauigkeit.
- Nachteile: Weniger für den Einsatz vor Ort geeignet, teurer, weniger mobil als andere Methoden.
Ionenselektive Elektroden (ISE)
- Ionenselektive Elektroden reagieren speziell auf Nitrat und ermöglichen eine direkte Messung der Konzentration.
- Vorteile: Schnell, tragbar.
- Nachteile: Kalibrierung und Wartung erforderlich.
Teststreifen (Dipsticks)
- Zum Messen in das Wasser eintauchen.
- Farbveränderungen basieren auf der Konzentration, die Farbe wird mit einer Skala verglichen, um die Konzentration abzulesen.
- Vorteile: Sehr einfach, schnell und kostengünstig.
- Nachteile: Weniger genau und empfindlich als andere Methoden.
Tragbare UV-Vis-Spektrometer
- Messen die Lichtabsorption.
- Ähnlich wie Laborgeräte, aber kompakter und für den Außeneinsatz geeignet.
- Vorteile: Sehr genau, für detaillierte Feldmessungen geeignet.
- Nachteile: Teurer und weniger mobil.
Jede Methode hat je nach Situation ihre eigenen Vor- und Nachteile, wie z. B. Genauigkeit, Kosten, Benutzerfreundlichkeit und erforderliche Ausrüstung. Für Feldmessungen sind einfache Kits oder Teststreifen oft am praktischsten, während für präzisere Arbeiten ionenselektive Elektroden oder Spektrophotometrie empfohlen werden.
Instrumente
Für die Messung von Nitrat (NO3-) und Nitratstickstoff (NO3-N) können sowohl die HORIBA WQ300-Serie Handmessgeräte als auch die LAQUAtwin-Taschenmessgeräte verwendet werden. Die HORIBA-Geräte verwenden ionenselektive Elektroden, um die Konzentration zu messen.
Bei Feldtestbedingungen, bei denen beide Instrumente verwendet wurden, gab es eine gute Korrelation zwischen den Ergebnissen der beiden Instrumente.
Forschung
Aktuelle Forschungsergebnisse der Wageningen University and Research (www.wur.nl) haben die Verwendbarkeit des LAQUAtwin NO3-11 gezeigt. Die WUR hat die Ergebnisse in diesem Bericht veröffentlicht: https://research.wur.nl/en/publications/ontwikkeling-en-evaluatie-van-een-handzame-nitraatmeter-voor-drai
Zitat aus der Zusammenfassung des Berichts: Bis 2027 muss der Gewächshausanbau in den Niederlanden nahezu emissionsfrei werden. Die Messung der Oberflächenwasserqualität durch die Erzeuger selbst in und um ihre Gewächshäuser herum könnte mehr Aufschluss über Katastrophen geben. Die Messung von Nitraten im Oberflächenwasser scheint eine gute Methode zu sein, um durch Leckagen in das Oberflächenwasser gelangtes Düngewasser zu erkennen. Daher wurde ein Nitratmessgerät erforscht, das die Erzeuger selbst leicht bedienen können.
Auf der Grundlage der gewünschten technischen und praktischen Spezifikationen wurden auf dem Markt erhältliche Handmessgeräte und Prototypen aus der Forschung unter anderem auf Eignung, Genauigkeit, Benutzerfreundlichkeit und Selbstkostenpreis geprüft. Das am besten geeignete Handmessgerät wurde bei sechs Gewächshausbetreibern einer praktischen Bewertung unterzogen. Das Messgerät wurde als handlich, robust und ausreichend zuverlässig befunden, um erhöhte Nitratkonzentrationen im Oberflächenwasser zu erkennen. Das Messgerät verfügt über einen großen Messbereich, sodass Messungen sowohl im Oberflächenwasser als auch in Nährlösungen und Drainagewasser durchgeführt werden können.
Um Leckagen zu erkennen, muss das Oberflächenwasser wöchentlich überprüft werden. Die Genauigkeit des Messgeräts ist geringer als die von Laboranalysen, aber der niedrige Anschaffungspreis und die geringen Betriebskosten machen den Einsatz des Handmessgeräts wirtschaftlicher, sobald mehr als eine Messung pro Woche durchgeführt wird.
Feldtest WQ300
In den Niederlanden wurde das WQ300 mit Nitrationensensor und Kartusche im Labor und im Feldtest von Hoogheemraadschap Delfland* mit der Marke „Y“ verglichen.
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HORIBA |
Marke Y |
|
|---|---|---|
|
Batterielebensdauer |
400 Stunden |
80 Stunden |
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Sensortechnologie |
digital |
analog |
|
Speichert Kalibrierungsdaten beim Batteriewechsel |
Ja |
Nein |
|
Feldkalibrierung |
Ja |
Nein |
|
Drahtlose Datenübertragung |
Ja |
Nein |
NO₃⁻ oder NO₃-N
Die Begriffe „Nitrat (NO₃⁻)“ und „Stickstoff (NO₃-N)“ beziehen sich beide auf Formen von Stickstoff, werden jedoch in unterschiedlichen Kontexten verwendet und es gibt einen Unterschied zwischen ihnen:
Nitrat kann in Nitratstickstoff umgewandelt werden, indem NO – durch 4,4268 geteilt wird und umgekehrt:
- 100 mg/L (ppm) NO₃– = 22,58 NO₃–N mg/L (ppm) (100 / 4,4268).
- 22,58 mg/l (ppm) NO₃-N = 100 mg/l (ppm) NO₃- (100 x 4,4268).
LAQUAtwin: das einzige Messgerät mit flacher Sensortechnologie.
Die hochempfindliche, flache Sensortechnologie von HORIBA eröffnet neue Möglichkeiten für die Probenahme und Probenarten. Es wird nur eine kleine Menge an Probe benötigt, so dass Sie einfach an Ort und Stelle Proben nehmen können, ohne Becher oder andere Laborgeräte zu benötigen. Die Sensoren können bei Bedarf einfach ausgetauscht werden.
Kalibrieren und messen Sie auf Knopfdruck - das Smiley-Gesicht zeigt Ihnen an, wann das Ergebnis abgelesen werden kann.
*Außer bei B-711
LAQUAtwin ist vollständig wasser- und staubdicht.
Das Messgerät und der Sensor sind vollständig wasserdicht* und staubgeschützt, so dass Sie es überallhin mitnehmen können.
* Schutzklasse IP67. Kann 30 Minuten lang in 1 m Tiefe eingetaucht werden. Nicht für die Verwendung unter Wasser geeignet.
Die standardmäßig mitgelieferte Tragetasche sorgt für praktischen Transport.
Die kompakte Tragetasche enthält alles, was Sie für Ihre Messungen benötigen, einschließlich der Standardlösung und der Probenahmeblätter.
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