Video Bodenmessung

Netzprojekt Beznau – Birr

Der Boden ist ein kostbares Gut

Wie sich Erdkabel auf den Boden und die Umwelt auswirken

Gastautor: Dr. Beat Frey*


Unsere Böden erbringen viele wichtige Leistungen für Mensch und Umwelt. Tatsächlich bieten uns gesunde Böden ein breites Spektrum an Vorteilen. Der Nährstoffkreislauf ist beispielsweise von zentraler Bedeutung für die Erzeugung von Nahrungsmitteln und Faserstoffen. Es gibt auch klare Verbindungen zum Wasserkreislauf. Wenn die Bodenstruktur verändert oder zerstört wird, ist die Fähigkeit des Bodens, Wasser zu reinigen, aufzunehmen und zu halten, beeinträchtigt. Intakte, unverdichtete Böden können bei starken Niederschlägen das Wasser speichern und so mithelfen, Schäden durch Überschwemmungen zu mindern und Wasser über längere Zeiträume und Trockenperioden zur Verfügung zu stellen.

Folglich leisten Böden einen wesentlichen Beitrag zur Erbringung von zahlreichen Ökosystemleistungen und damit auch zum menschlichen Wohlergehen. Ökosystemdienstleistungen sind jene ökologischen Leistungen, die wir Menschen als Gratisleistungen von der Natur beziehen. Diese Dienstleistungen der Böden stellen die Basis für die Produktion von Nahrungsmitteln oder Holz dar, bieten Platz für Siedlungen und Infrastrukturen und sind Grundlage für Nutzungen im Bereich Freizeit, Sport, Erholung oder Tourismus. Die langfristige Nutzbarkeit der Böden setzt aber voraus, dass die Nutzung nachhaltig erfolgt und damit die ökologische Leistungsfähigkeit der Böden gesichert ist. Funktionsfähige Böden sind daher zentral für das Wohlergehen von Mensch und Umwelt.

Bodenorganismen gelten als exzellente Frühwarnsysteme bei Störungen.

 
Ein wesentlicher Teil der wertvollen Arbeit wird von den Milliarden Lebewesen geleistet, die im Boden leben. Es sind in ihrer Vielzahl unscheinbare Mikoorganismen und Bodentiere, die eher verachtet als beachtet werden. Zu ihnen gehören Bakterien, Algen, Pilze, viele Würmer, Springschwänze, Asseln und viele andere. Der wohl prominenteste Vertreter ist der Regenwurm. Die Bodenlebewesen sind für die Neubildung des Bodens verantwortlich. Bakterien, Pilze und Regenwürmer bauen fruchtbare Böden auf und machen Nährstoffe für das Planzenwachstum verfügbar.

Bodenorganismen reagieren auf menschliche Tätigkeiten mit Veränderungen ihrer Vielfalt und gelten deshalb als exzellente Frühwarnsysteme bei Störungen. Gefahren drohen den Böden von verschiedener Seite. Die grössten Risikofaktoren für Böden sind physikalische Veränderungen wie Erosion, Humusverlust und Verdichtung sowie chemische Veränderungen durch externe Einträge von Schadstoffen und Pflanzenschutzmitteln. Ebenfalls kann sich der Klimawandel, wie z. B. erhebliche Veränderungen der Niederschläge (Dürre oder Überschwemmungen) auch auf die Biodiversität im Boden auswirken. Bei allen Bodenaktivitäten des Menschen gilt es stets zu beachten, dass der Boden kaum vermehrbar ist, da seine Neubildung äusserst langsam verläuft. Wenn sich die Artenvielfalt durch Störungen im Boden verringern, dann lässt auch die Qualität der Güter und Dienstleistungen, die Ökosysteme zur Verfügung stellen, nach. Wir sollten also bestrebt sein unsere Biodiversität im Boden nicht nachteilig zu verändern.


Erdverkabelte Höchstspannungsleitungen unter Strom

Am Bözberg im Kanton Aargau hat Swissgrid am «Gäbihübel» im Raum Bözberg/Riniken zum ersten Mal ein längeres Teilstück einer 380-Kilovolt-Höchstspannungsleitung in den Boden verlegt. An beiden Enden des rund 1,3 Kilometer langen Abschnitts wurden Übergangsbauwerke errichtet, um Erdkabel und Freileitung zu verbinden. Auch wenn der Kabelgraben bereits wieder zugeschüttet und die Rohrblöcke nicht länger sichtbar sind, die Dimensionen der Kabelrohrblöcke sind eindrücklich. Für deren Bau mussten rund 55 000 m3 Erdreich ausgehoben und mit Lastwagen weggeführt werden. Bei der Verlegung von Erdkabel in Rohrblöcken werden daher gewaltige Terrain-Umgestaltungen vorgenommen. Diese Eingriffe in den natürlich gelagerten Boden können zu Bodenverdichtungen oder Humusverlust führen, welche die langfristige Bodenfruchtbarkeit negativ beeinflussen.

Nach einer Bauzeit von rund zwei Jahren hat die Netzleitstelle von Swissgrid die neue 380-kV-Leitung am 19. Mai 2020 ans Übertragungsnetz angeschlossen. Durch die erste erdverkabelte Höchstspannungsleitung fliessen seither grosse Stromflüsse durch das Erdreich. Dabei stellt sich die Frage, inwieweit diese Veränderungen zu langfristigen Beeinträchtigungen der Bodenqualität führen können. Swissgrid nutzt diese Teilverkabelung nun, um wichtige Erkenntnisse über den Betrieb einer Erdverkabelung zu gewinnen. Erdkabel haben andere physikalische Eigenschaften als Freileitungen. In Dürreperioden ist es möglich, dass der Verlauf des Kabelrohrblocks sichtbar wird, da der Boden oberhalb des Rohrblocks schneller austrocknet als der umliegende Boden. Oder im Frühling zur Zeit der Schneeschmelze der Boden oberhalb des Rohrblocks früher schmilzt, da der Boden oberhalb des Rohrblocks wärmer ist als der umliegende Boden. Der Wissensstand über die Auswirkungen betriebsbedingter Wärmeemissionen von Erdkabeln auf die belebte Bodenschicht ist spärlich und wurden bisher kaum untersucht.

Messstation
Messstationen überwachen das Erdkabel

Nach Abschluss der Rekultivierungsarbeiten im Dezember 2019 wurden drei Messstationen entlang der Trassees eingerichtet, die die Bodentemperaturen bis auf 1 Meter Bodentiefe messen. Untersucht werden beispielsweise das Temperaturverhalten der Erdkabelleiter in Abhängigkeit von der Stromlast, der Temperaturverlauf im Erdreich über dem Rohrblock und in der weiteren Umgebung sowie die Biodiversität im Boden. Regenwürmer bieten sich als wichtige Bodenorganismen mit sehr wichtigen Funktionen im Boden für diese Untersuchungen an, da Regenwürmer ungünstigen Bedingungen im Boden entfliehen können. Zwei Jahre nach Inbetriebnahme der Erdkabel wurden am 10. Mai 2022 bei den Messstationen 1, 2 und 3 am «Gäbihübel» im Raum Bözberg/Riniken die Regenwurm Populationen erfasst. Zusätzlich wurden im Labor die biologische Aktivität der Böden (Bodenatmung, Verdichtungszeiger) untersucht. Der Temperaturverlauf im Erdreich über dem Rohrblock und in der weiteren Umgebung wurden in der zweijährigen Zeit seit der Inbetriebnahme (Stromfluss durch die Erdkabel) dokumentiert.


Wie wirken sich die Erdkabel auf die Bodenumwelt aus? Ergebnisse nach zwei Jahren Strom

Mit der vorliegenden Pionierstudie für die Schweiz wurde untersucht, wie die Regenwurmpopulationen und die Bodenqualität im Erdreich über dem Rohrblock zwei Jahre nach Inbetriebnahme beeinflusst werden. Zusätzlich wurden erste Daten zum Temperaturverlauf über dem Erdkabel ausgewertet.

Bodentemperaturen

Ab Juni/Juli 2020 werden geringfügige, aber doch systematische Abweichungen der Bodentemperaturen zwischen Erdkabel und ungestörten Kontrollböden in einem Meter Tiefe gemessen. Generell sind die Abweichungen der Bodentemperaturen zwischen Kontrollboden und über dem Rohrblock aber gering. Die Erhöhung der Bodentemperaturen bei Normalbetrieb der Leitung ist in den beiden Jahren von Mai 2020 bis 2022 maximal weniger als 1 °C. Dies ist die gemessene Bodentiefe, die dem Kabelrohrblock am nächsten ist. Speziell im Winter kann es leicht wärmer im Erdreich über Kabel werden. Die Temperaturerhöhung im Sommer über Erdkabel sind geringer und erreichen kaum eine Erhöhung von 0,5 °C in der Bodentiefe von 1 Meter. Ob die leicht erhöhte Bodentemperatur über dem Kabelrohrblock mit den Wärmeemissionen der Kabel zu erklären ist, können erst längerfristige Messungen belegen.

Diagramm Bodentemperatur

Beziehung Stromstärke und Kabeltemperatur

Zwischen Stromstärke und Kabeltemperatur besteht eine schwache positive Beziehung über die ganze Messzeit (2 Jahre). Je höher die Stromstärke desto höher ist die Kabeltemperatur. Diese Beziehung war ausgeprägter im Winter als im Sommer.

Beziehung Stromstärke und Bodentemperatur

Dagegen gibt es kaum eine Beziehung zwischen Stromstärke und Bodentemperaturen in 1 Meter Bodentiefe über den ganzen zweijährigen Messzeitraum. Das lässt vermuten, dass mögliche Wärmeemissionen der Kabel durch den isolierenden Kabelrohrblock abgefedert werden. Gerade deshalb liegt die Vermutung nahe, dass die leicht erhöhte Bodentemperatur um den Kabelrohrblock keine oder nur sehr geringe Auswirkungen auf die Bodenbiologie und Bodenqualität haben.

Regenwurmpopulationen (Individuendichte, Biomasse und Artenvielfalt)

Generell sind die Regenwurmpopulationen durch die Terrain-Umgestaltungen und Erdkabel nicht negativ beeinflusst worden. Es wurden Individuendichten zwischen 224 und 576, im Mittel 357 Ind. m-2 gemessen, und Biomassen zwischen 18,3 und 42,4 g m-2, im Mittel 27,3 g m-2 ermittelt. Diese Werte sind vergleichbar mit denen von anderen Dauergrünland-Standorten im Frühling mit ähnlichen Jahrestemperaturen und Niederschlägen. Durchschnittlich wurden 6 verschiedene Regenwurmarten an den drei Standorten gefunden, wobei Aporrectodea caliginosa, Aporrectodea longa und Lumbricus terrestris am häufigsten identifiziert wurden. Diese drei Regenwurm-Arten sind typisch für diese Böden. Zwischen den ungestörten Kontrollböden und Böden über Erdkabel gab es keine signifikanten Unterschiede. Die Individuendichte und Biomassen waren generell erhöht in den Böden über Erdkabel. Ebenfalls unterscheiden sich die Anzahl Arten der Regenwürmer in Kontrollböden nicht signifikant von deren in Böden über dem Kabelrohrblock.

Auswirkungen auf die Bodenqualität

Unsere Untersuchungen zur Bodenqualität zeigen keine negativen Auswirkungen der rekultivierten Böden über dem Kabelrohrblock in den ersten beiden Jahren nach Stromfluss. Die Messungen zur Bodenatmung (ein Proxy für die biologische Aktivität eines Bodens) ergaben wenig Unterschiede zwischen ungestörten Böden und Böden über dem Rohrblock. Die Böden über dem Kabelrohrblock zeigten sogar eine leicht erhöhte Bodenatmungstätigkeit über Erdkabel gegenüber den Kontrollböden was auf eine erhöhte biologische Aktivität in diesen Böden hinweist.

Ebenfalls sind die Böden gut durchlüftet und sind durch die grossen Terrain-Umgestaltungen durch schwere Maschinen nicht verdichtet. Als Verdichtungszeiger wurden die Methan-produzierenden Mikroorganismen untersucht, weil sie sich nur unter sauerstofflimitierenden Bedingungen vermehren können. Alle anderen Bodenlebewesen sind auf Sauerstoff für die Energieproduktion und Vermehrung angewiesen. In allen Bodenproben waren diese mikrobiellen Verdichtungszeiger unter der Nachweisgrenze der Methode, was darauf hinweist, dass die Böden nach den Terrain-Umgestaltungen gut durchlüftet sind (also nicht verdichtet sind) und für landwirtschaftliche Nutzung uneingeschränkt genutzt werden können.

Abschliessend kann festgehalten werden, dass die Bodenqualität und die Regenwurmpopulationen durch die Terrain-Umgestaltungen und die leicht erhöhte Bodentemperatur in den ersten beiden Jahren nach Stromfluss nicht beeinträchtigt wurden. Die Böden über dem Kabelrohrblock wurden einwandfrei rekultiviert, sind nicht verdichtet und sind biologisch aktiv. Die Böden sind gut mit Regenwürmern besiedelt, was auf günstige Bodenbedingungen zurückzuführen ist. Da Wurzeln das Erdkabel gefährden können, muss der Boden oberhalb des Kabelrohrblocks allerdings von hochstämmigen oder tiefwurzelnden Bäumen freigehalten werden. Erst längerfristige (> 5 Jahre) Untersuchungen werden zeigen, ob die erhöhte biologische Aktivität der Böden über dem Rohrblock zu einem erhöhten Verlust von Humus führt, was die Bodenfunktionen und die Biodiversität beeinträchtigen könnte.

Video Bodenmessung
Erdverkabelung Beznau – Birr: Auswirkungen auf Boden und Umwelt


Gastautor

Michael Frank
Dr. Beat Frey*

Senior Scientist bei WSL Swiss Federal Research Institute

* Der Dialog ist für Swissgrid von zentraler Bedeutung. Denn der gegenseitige Austausch hilft, Verständnis aufzubauen und den Wissensstand zu erweitern. Deshalb publizieren wir auf dem Swissgrid Blog auch Artikel von Gastautorinnen und Gastautoren zu relevanten Themen. Die darin vertretene Meinung ist die der Autoren und nicht die von Swissgrid.

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