Erhöhte Nitratkonzentrationen infolge intensiver landwirtschaftlicher Nutzung stellen eine persistente Belastung für die Grundwasserressourcen in Deutschland dar. Im Jahr 2022 wiesen 16 % aller Messstellen im Nitratüberwachungsnetz Nitratkonzentrationen über dem Trinkwassergrenzwert auf. Wegen des Nitrats befinden sich 22 % aller deutschen Grundwasserkörper in einem schlechten chemischen Zustand. Eine Herausforderung ist, dass die Nitratkonzentrationen im Grundwasser heterogen verteilt sind, was auf zeitlich-räumlich variable Einträge, Fließpfade und eine variable Effektivität der Denitrifikation zurückzuführen ist. Während bei der Quantifizierung der räumlichen und zeitlichen Verteilung der Stickstoffeinträge in den Boden Fortschritte erzielt werden konnten, ist die Denitrifikation im Grundwasser immer noch sehr schwer zu quantifizieren.

Hier präsentieren wir die Ergebnisse einer national-skaligen Untersuchung zur Denitrifikation im Grundwasser unter Verwendung der N₂/Ar-Methode. Diese Methode ermöglicht es, die Nitratkonzentration im Grundwasser im Ergebnis der Grundwasserneubildung, also vor der mikrobiellen Denitrifikation im Grundwasser zu quantifizieren. Durch den Vergleich mit den im Grundwasser gemessenen Nitratkonzentration lässt sich die Menge des im Grundwasser denitrifizierten Nitrats quantifizieren. In Deutschland werden momentan Anstrengungen unternommen, um die N₂/Ar-Methode flächendeckend anzuwenden. In dieser Studie haben wir die Ergebnisse von N₂/Ar-Messungen in mehr als 4000 Proben aus mehr als 2100 Messstellen analysiert.

Die Ergebnisse zeigen eine große räumliche Heterogenität der Denitrifikation im Grundwasser. Im Durchschnitt wurden durch die Denitrifikation 58 % der Nitrateinträge in das Grundwasser zurückgehalten. Grundwassermessstellen, die nahe beieinander lagen, wiesen nur innerhalb eines Radius von 20 km eine ähnliche Denitrifikation auf. Die höchste durchschnittliche Denitrifikation (Median > 90 %) wurde in den Grundwasserleitern des Nord- und Mitteldeutschen Lockergesteinsgebiets festgestellt. Diese oft pyrithaltigen, geologisch jungen Ablagerungen sind dafür bekannt, eine chemolithotrophe Denitrifikation zu ermöglichen. Dieses Ergebnis steht im Einklang mit niedrigen Sauerstoffkonzentrationen im Grundwasser von <2 mg/l. Die geringste Denitrifikation im Grundwasser wurde in den Grundwasserleitern des Mitteldeutschen Bruchschollenlands festgestellt (Median <40 %). Dabei gilt es zu bedenken, dass bisher noch nicht alle hydrogeologischen Räume Deutschlands flächendeckend und statistisch robust beprobt und ausgewertet wurden.

Unsere Analyse zeigt erstmals eine breit angelegte und konsistente Quantifizierung der Denitrifikation im Grundwasser Deutschlands und deren Zusammenhänge mit hydrogeologischen Gegebenheiten.