In dem rd. 1.200 km² großen Hessischen Ried (rd. 6 % der Fläche Hessens) wird rd. ein Viertel des hessischen Trinkwassers gewonnen. Damit spielt dieser landwirtschaftlich geprägte Raum eine außergewöhnlich wichtige Rolle für die Wasserwirtschaft und die Versorgung der Metropolregion Frankfurt/Rhein-Main.

Als Teil des Oberrheingrabens stellen die gut durchlässigen quartären Sedimente, welche durch bindige Schichten (Tonhorizonte) in mehrere Grundwasserstockwerke unterteilt sind, den wasserwirtschaftlich genutzten Grundwasserleiter dar.

Das ursprünglich nasse (sumpfige) Ried war seit dem 19. Jahrhundert starken Veränderungen unterworfen und wurde durch die Rheinbegradigung sowie die Trockenlegung im Zuge des Generalkulturplans (zur Gewinnung landwirtschaftlicher Nutzflächen) stark überprägt.

Der steigende Wasserbedarf der Metropolregion Rhein-Main führte bereits ab den 1970er Jahren zu erheblichen Auswirkungen auf den Grundwasserstand und damit einhergehenden Konflikten, welchen mit der Gründung des Wasserverbands WHR und der Umsetzung eines Systems zur Steuerung der Grundwasserstände entgegengewirkt wurde. Durch Infiltration von aufbereitetem Rheinwasser werden die Grundwasserstände im Hessischen Ried seit vielen Jahren stabilisiert.

Weiterhin stellt die Qualität des Grundwassers im Hessischen Ried eine der größten Herausforderungen dar. Zum einen belastet die intensive landwirtschaftliche Nutzung die Grundwasserqualität durch Nitrat- und Pflanzenschutzmitteleinträge stark, zum anderen ist der Abwasseranteil der überwiegend abflussarmen Fließgewässer im Hessischen Ried häufig sehr hoch. Durch die Interaktion von Oberflächen- und Grundwasser kommt es zu einem Eintrag von z. B. Spurenstoffen, der stellenweise durch die Absenkung des Grundwassers verstärkt werden kann.

Zahlreiche Untersuchungen (u. a. zu Auswirkungen des Klimawandels, Entwicklungen der Landwirtschaft, Quantifizierung des Nitratabbauvermögens der Grundwasserleiter etc.) konnten bereits wichtige Erkenntnisse für die anstehenden Herausforderungen liefern. Aktuell wird in einem Verbund von Forschungseinrichtungen und relevanter regionaler Akteure ein Wassersystemmodell (WaRM) erarbeitet, welches einen Wasser- (Quantität und Qualität) mit einem Policy-Modellierungsansatz verbinden soll.

Ein besonderer Fokus liegt dabei auch auf Transport- und Stoffumsetzungsprozessen. Hierzu wurden u. a. hochauflösende Monitoringstationen auf landwirtschaftlichen Flächen und ein Versuchsstandort zur Untersuchung der Oberflächen- und Grundwasserinteraktion errichtet. Ziel ist es, aufbauend auf der Integration hydrologisch-hydrochemischer Modelle das Zusammenspiel von Wasserdargebot, Nutzungen und Maßnahmen unter verschiedenen Wandel-Szenarien besser abzubilden, um eine Grundlage für effektive Lösungsansätze bspw. durch die Ausweisung von Maßnahmengebieten für die Landwirtschaft zu liefern.

Nutzung von Synergien und Mehrwerte im landwirtschaftlichen Kooperationsmanagement
Der Aufbau und Erhalt von Humus (organischer Kohlenstoff im Boden) ist von zentraler Bedeutung für die Erhaltung und Steigerung der Bodenfruchtbarkeit und -produktivität. Angesichts der Auswirkungen des Klimawandels, wie beispielsweise Wasserknappheit, steigende Wärmesummen, extreme Wetterereignisse und sich verändernde Vegetationsperioden, die auch den bisher erreichten Erfolgen im Grundwasserschutz deutlich entgegenwirken, ist die Verbesserung der Widerstandsfähigkeit landwirtschaftlicher Flächen besonders wichtig.

Die Integration nachhaltiger, langfristiger Maßnahmen zum Erhalt und Aufbau von Humus in die landwirtschaftliche Praxis ist daher der Schlüssel, um sowohl den erhöhten Klimastress als auch das Produktionsrisiko zu mindern. Dies liegt zwar im ureigenen Interesse der Landwirte, doch die wirksame Umsetzung von humusfördernden Maßnahmen ist kostspielig, komplex und zeitaufwändig. Daher ist sie unter den derzeitigen wirtschaftlich schwierigen Rahmenbedingungen ohne Unterstützung – auch ergänzend durch privatwirtschaftliche bzw. gesellschaftliche Unterstützung – kaum realisierbar.

Die gemeinnützige Organisation CO2 Land e.V. mit Sitz im Oberrheintal hat ein ISO-zertifiziertes Programm entwickelt, das Landwirte bei der Anpassung und Umsetzung humusfördernder Maßnahmen berät und unterstützt, den Beitrag der Landwirte zum Humusaufbau (gemessen an gebundenem CO2-Äquivalent) transparent überprüft sowie ihre Bemühungen durch die Vermittlung von Klima-Zertifikaten oder Humusbeiträgen im Rahmen regionaler Partnerschaften honoriert. Seit 2024 ist CO2-Land e.V. auch offizieller Partner der Klimaschutzstiftung des Landes Baden-Württemberg. Mittlerweile wird das Programm in fünf regionalen Clustern in mehreren deutschen Bundesländern sowie in der Schweiz gemäß dem CO2-Land-Standard für Bodengesundheit und Humusbildung umgesetzt.

Anfang 2025 sind wir mit zwei neuen Pilotprojekten gestartet. Eines davon ist eine Zusammenarbeit mit der Trinkwasserversorgung Würzburg GmbH, die bereits seit vielen Jahren landwirtschaftliche Kooperationen in ihren Grundwasserschutzgebieten betreibt. Insbesondere hier verspricht die ergänzende Einführung regionaler, selbstverwalteter Partnerschaften zwischen Wasserversorgung und Landwirtschaft erhebliche Synergien für beide Seiten. Das Ziel, die Widerstandsfähigkeit landwirtschaftlicher Standorte gegenüber dem Klimawandel zu verbessern, führt auch zu einer höheren Intensität und Qualität der Grundwasser-Schutzmaßnahmen, generiert zusätzliche finanzielle und wertschätzende Unterstützung für die Landwirtschaft – auch aus dem Umfeld – und unterstützt das Unternehmen selbst darüber hinaus in seiner eigenen Nachhaltigkeitsentwicklung und -darstellung durch seinen eigenen, regional sichtbaren, transparenten Klimaschutz- und Grundwasserschutzbeitrag.

Im Rahmen des Vortrags werden auf Basis der Grundlagen und Hintergründen, dem CO2-Land- Programm und -Standard insbesondere die Motivation und Form der geplanten Integration
des Klima-Humusprojektes in das zukünftige landwirtschaftliche Kooperationsmanagement der Trinkwasserversorgung Würzburg GmbH vorgestellt; mitsamt den damit verbundenen Chancen und Herausforderungen im aktuellen Umfeld.

Die Untersuchung von Pflanzenschutzmittelrückständen im Grundwasser liefert zentrale Hinweise auf die Wechselwirkungen zwischen landwirtschaftlicher Nutzung und Bewirtschaftung, hydrologischen Prozessen und stofflichen Belastungen. Gleichzeitig stellt die starke Überlagerung verschiedener Einflussfaktoren, von Bewirtschaftungsänderungen über Witterungseffekte bis hin zu Langzeiteinflüssen aus der ungesättigten Zone, eine wesentliche Herausforderung dar. Daher erfordert die Analyse von Monitoringdaten leistungsfähige und effiziente statistische Ansätze. Multivariate statistische Ansätze sind hierbei besonders wertvoll, um komplexe Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge zu erfassen und sich überlagernde Prozesse voneinander abzugrenzen.

In diesem Projekt wurden Daten des Sondermessprogramms des Landesamts für Umwelt Schleswig-Holstein mit monatlichen Messungen verschiedener Nährstoffe, verschiedener Pflanzenschutzmittelwirkstoffe und deren Metaboliten an 20 Grundwassermessstellen in landwirtschaftlich geprägten Einzugsgebieten für den Zeitraum 2019–2024 ausgewertet. Die Analyse zielte darauf ab, Zusammenhänge zwischen Landbewirtschaftung, hydrologischen- und meteorologischen Prozessen zu identifizieren. Hierzu wurden Angaben zur Flächenbewirtschaftung, Grundwasserganglinien und meteorologische Variablen herangezogen. Zur Untersuchung der Ursache-Wirkungsbeziehung kamen multivariate statistische Verfahren und Machine-Learning-Ansätze zum Einsatz.

Mittels Support-Vector-Machine Modellen erwies sich die Dynamik des Grundwasserstands als wichtiger Prädiktor für die Stoffkonzentrationen im Grundwasser. Dieser Zusammenhang wurde mittels kanonischer Korrelationsanalyse näher untersucht. Dabei wurden Zeitreihen der Grundwasserdynamik und Stoffkonzentrationen aller Messstellen auf wenige Zeitreihen reduziert, die eine hohe Korrelation zwischen den hydrologischen und grundwasserchemischen Datensätzen aufweisen und einen Großteil der Varianz erklären. Die Analyse offenbarte ausgeprägte saisonale und überjährige Muster sowie eine enge Kopplung zwischen Konzentrationsmustern und Grundwasserganglinien.

Die Ergebnisse zeigen, dass die zeitliche Dynamik der Stoffkonzentrationen im Grundwasser maßgeblich durch die De- und Remobilisierungsprozesse in der ungesättigten Zone geprägt wird. Diese Prozesse überlagern kurzfristige Bewirtschaftungseinflüsse und müssen bei der Interpretation von Monitoringdaten zwingend berücksichtigt werden. Durch den Einsatz geeigneter statistischer Verfahren, wie der kanonischen Korrelationsanalyse, können diese Effekte identifiziert werden. Damit entsteht eine wichtige Grundlage für die Auswertung von Monitoringdaten und die Entwicklung nachhaltiger Bewirtschaftungsstrategien.