In oberflächennahen Grundwasserleitern können landwirtschaftliche Einträge durch Düngephasen, saisonale Prozesse oder Starkregenereignisse zu kurzfristigen und dynamischen Änderungen der Nitratkonzentration führen. Im landesweiten Grundwassermonitoring, das das Hessische Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie (HLNUG) zur Überwachung der Grundwasserqualität in Hessen durchführt, werden in der Regel jährliche Stichtagsproben entnommen. Diese Monitoring-Frequenz erlaubt die Beobachtung langzeitlicher Entwicklungen, wohingegen Aussagen zu dynamischen Prozessen nur bedingt möglich sind. In dieser Pilotstudie wird daher der Einsatz von Nitratsonden erprobt, um erste hochaufgelöste Daten zu gewinnen. Drei Grundwassermessstellen (GWM1 bis 3) im Hessischen Ried sind daher seit November 2023 mit Nitratsonden ausgestattet. Diese erfassen die Nitratkonzentrationen in einem Turnus von acht Stunden. Die Grundwassermessstellen sind mit Ausbautiefen von 12 (GWM1), 14 (GWM2) und 20 m u. GOK (GWM3) flach im Porengrundwasserleiter verbaut. Die Landnutzung im Bereich der Messstellen ist landwirtschaftlich und insbesondere durch den Anbau von Sonderkulturen geprägt. Zur Validierung der mit den Nitratsonden erfassten Daten wird monatlich das Grundwasser vor und nach dem dreifachen Austausch des Wasservolumens in den Grundwassermessstellen beprobt und auf die Hauptionen untersucht. Zusätzlich werden nach dem Austausch des Wasser Proben für die Bestimmung der Denitrifikation mittels der N₂/Ar-Methode entnommen.

Im Beobachtungszeitraum liegen die mittels Nitratsonden gemessenen Konzentrationen im Mittel bei 60 mg/l (GWM3), 130 mg/l (GWM1) und 170 mg/l (GWM2), wobei es z. T. deutliche Schwankungen während des Beobachtungszeitraums gibt. Die Spannweiten reichen von 50 bis 70 mg/l (GWM3), 80 bis 240 mg/l (GWM1) und 135 bis 190 mg/l (GWM2). Die Nitratkonzentrationen der im Labor analysierten Grundwasserproben von GWM1 und 2 sind mit einer mittleren Abweichung von rund 5 mg/l vergleichbar mit dem jeweils korrespondieren Wert der Nitratsonden. Bei GWM3 gibt es eine mittlere Abweichung von rund 20 mg/l zwischen den Daten der Nitratsonden und den Laboranalysen. Insgesamt zeigt die Beprobung, dass der dreifache Austausch des Wasservolumens in der Grundwassermessstelle einen Einfluss auf die Nitratkonzentrationen hat. Die im Labor analysierten Grundwasserproben, die vor dem Austausch entnommen wurden, weisen mittlere Nitratkonzentrationen von 85 mg/l (GWM3), 130 mg/l (GWM1) und 165 mg/l (GWM2) auf. Nach dem Austausch des Wasservolumens liegen die Nitratkonzentrationen im Mittel bei 80 mg/l (GWM3), 150 mg/l (GWM1) und 155 mg/l (GWM2). Die Ergebnisse aus der N₂/Ar-Analytik zeigen zudem, dass im Grundwasser an zwei der drei überwachten Messstellen (GWM1 und 2) ein Nitratabbau stattfindet. Die Menge des abgebauten Nitrats weißt ebenfalls Schwankungen während des Beobachtungszeitraums auf und liegt bei bis zu 30 mg/l. Im Zuge weiterer Auswertungen soll eine Korrelation zwischen der Schwankung der Nitratkonzentration und dem Nitratabbau geprüft werden.

Die in der Pilotstudie eingesetzten Nitratsonden erfassen wichtige dynamische Prozesse, die in einem jährlichen Monitoring mit Stichtagsmessungen unerkannt geblieben wären. Der Einsatz von Nitratsonden bietet durch das hochaufgelöste Monitoring somit eine gute Möglichkeit, Zusammenhänge zwischen Konzentrationsschwankungen und Ereignissen an der Oberfläche (Niederschlag/Landnutzung) zu identifizieren.