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Abstract

Despite the enforcement of legislation and application of measures, nitrogen (N) levels continue to
be high in streams. One of the reasons for the low N reduction, is the legacy accumulation of N.
Here we evaluate 170 years of N legacies in four Swedish agricultural catchments, by reconstructing
land use trajectories, N mass balances, and N surplus over time. It was expected that a high
percentage of agricultural land and high N input would lead to a higher N surplus and consequently
higher total nitrogen loadings (TN) in the stream. N surplus was expected to create a delayed impact
on total nitrogen loading, leading to a hysteresis effect. The long-term analysis showed that in
catchments with a high percentage of agricultural land, mineral fertilizer was the main driver of N
surplus. A higher N surplus led to high TN loadings in the stream. A positive correlation between N
surplus and TN loadings was seen when a one year-shift of TN loadings was applied. No hysteresis
effect was seen in any of the catchments. These results suggest that N surplus continues to be high
in all catchments, therefore measures focusing on reducing the main drivers of N accumulation are
needed. To identify legacies further research considering a longer period of measured TN loadings
and variables such as tile drainage density and groundwater travel time is needed.
Keywords: Nitrogen legacies, nitrogen mass balance, nitrogen surplus, land use trajectories,
hysteresis effect, water quality, agriculture

Trotz der Durchsetzung von Gesetzen und der Anwendung von Maßnahmen sind die Stickstoffwerte
in den Flüssen nach wie vor hoch. Einer der Gründe für diese geringe Reduzierung ist die legacy
Anreicherung von Stickstoff. In dieser Studie wurden 170 Jahre Landnutzungs-Entwicklung,
Stickstoff Massenbilanzen und Stickstoffüberschuss analysiert, um legacy Anreicherungen in vier
schwedischen landwirtschaftlichen Einzugsgebieten zu bestimmen. Die Annahme war, dass ein
hoher Anteil an landwirtschaftlicher Fläche und ein hoher N-Eintrag zu einem höheren NÜberschuss
und folglich zu einer höheren Gesamtstickstoffbelastung (TN) in den Bächen führen
würde. Es wurde davon ausgegangen, dass der N-Überschuss eine verzögerte Auswirkung auf die
Gesamtstickstoffbelastung (TN) hat, was zu einem Hysterese-Effekt führt. Die Langzeitanalyse
zeigte, dass in Einzugsgebieten mit einem hohen Anteil an landwirtschaftlicher Nutzfläche
Mineraldünger der Hauptfaktor für den N-Überschuss war. Ein höherer N-Überschuss führte zu
einer hohen TN-Belastung der Bächer. Eine positive Korrelation zwischen N-Überschuss und TNBelastung
wurde mit ein Jahr Verzögerung festgestellt. Ein Hysterese-Effekt wurde in den
Einzugsgebieten nicht festgestellt. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass der N-Überschuss in
allen Einzugsgebieten nach wie vor hoch ist, weshalb Maßnahmen erforderlich sind, die sich auf die
Verringerung der Hauptfaktoren für die N-Akkumulation konzentrieren. Weitere Analysen, die
einen längeren Zeitraum gemessener TN-Belastungen und Variablen wie die Dichte der
Flächendrainage und die Grundwasserlaufzeit berücksichtigen, sind notwendig, um legacies zu
identifizieren.
Stichworte: Stickstoff-Massenbilanz, Stickstoffüberschuss, Landnutzung-Entwicklung,
Hysterese-Effekt, Wasserqualität, Landwirtschaft