Schutzgut Boden, die Lebensgrundlage für Pflanzen, Tiere ... · Präsentation auf der Internationalen Grünen Woche . 20. bis 29. Januar 2012, Berlin . Kontaktanschrift: Dr. Susanne

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Schutzgut Boden, die Lebensgrundlage

für Pflanzen, Tiere und Menschen

Susanne Schroetter, Ute Funder und Kerstin Panten

Präsentation auf der Internationalen Grünen Woche 20. bis 29. Januar 2012, Berlin

Kontaktanschrift: Dr. Susanne Schroetter, Julius Kühn-Institut – Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen, Institut für Pflanzenbau und Bodenkunde, D-38116 Braunschweig, Bundesallee 50, E-Mail: [email protected]

Aus dem Institut für Pflanzenbau und Bodenkunde:

www.jki.bund.de Institut für Pflanzenbau und Bodenkunde Schroetter, S.; Funder, U.; Panten, K. (IGW Berlin, 2012)

die belebte oberste Erdkruste des Festlandes, begrenzt durch die Pflanzendecke oben und

das Ausgangsgestein unten

• ist Produktionsgrundlage für Land- und Forstwirtschaft und Gartenbau

Boden

• ist Schutzschicht und natürlicher Filter für Grund- und Trinkwasser

• ist die Lebensgrundlage für Tiere und Menschen


ist ein Naturkörper und entsteht als Ergebnis der Umwandlung mineralischer und organischer Substanz

Boden

entsteht in langen Zeiträumen an der Erdoberfläche und besteht aus unterschiedlichen Horizonten

wandelt und verändert sich durch Verwitterung, Mineralisierung, Zersetzung und Humifizierung, durch Verlagerung (Wind- und Wassererosion) und durch die Nutzung

ist durchsetzt von Wasser und Luft

dient den Pflanzen als Standort, Nährstoff- und Wasserlieferant

ist Lebensraum für eine vielfältige Gemeinschaft von Lebewesen: Bodentiere, Bakterien, Pilze…


Boden setzt sich zusammen aus

• mineralischen Bestandteilen

Grobboden (Bodenskelett)

Steine/Gerölle/Kiese/ Grus

Kor

ngrö

ße > 2 mm

Feinboden

Sand 2 – 0,063 mm

Schluff 0,063 – 0,002 mm

Ton < 0,002 mm

• organischen Bestanteilen

Humus alle abgestorbenen organischen Bestandteile

Ausgangsmaterial für die Humusbildung

Wurzeln, Streu (Blätter, Halme...), Ernterückstände, organische Dünger

Bodenfauna Regenwürmer, Asseln, Vielfüßer, Insektenlarven, Enchyträen, Springschwänze, Milben, Fadenwürmer, Protozoen...

Bodenflora Algen, Pilze, Bakterien

nach Schroeder (1992) Bodenkunde in Stichworten,

• Bodenwasser

Haftwasser durch Adsorption an Bodenpartikeln, in Kapillaren und Poren festgehalten

Sickerwasser durchsickert den Boden und bildet Grund- oder Stauwasser

• Bodenluft


Bodenkörnung und Bodenart

Die Grundstruktur von Böden bildet ein Gemisch aus Gesteinsresten, Mineralkörnern und neu gebildeten Mineralen von unterschiedlicher Form und Größe. schluffiger Sand

lehmiger Schluff

sandiger Schluff

lehmiger Sand

reiner Ton

Der jeweilige Mengenanteil der verschiedenen Korngrößenfraktionen bestimmt die Körnung (oder Textur) eines Bodens.

Anhand ihrer Textur werden Böden einer Bodenart zugewiesen.

Landwirtschaftlich genutzte Böden bestehen aus einem Gemisch aus Sand, Ton und Schluff.


Bestimmung der Bodenart

Eine einfache Möglichkeit, die Bodenart zu bestimmen, ist die Fingerprobe. (in Anlehnung an DIN 19682-2)

Es werden keine Geräte oder Chemikalien benötigt.

Der Boden muss ausreichend feucht sein.

Durch Reiben und Kneten zwischen den Fingern wird die Körnung ermittelt und die Bodenart bestimmt.


Anteil niedrig Anteil hoch

Bearbeitbarkeit des Bodens

Luft- und Wasserleitfähigkeit

Wasserspeichervermögen

Aggregatstabilität

Verschlämmung

Die Textur beeinflusst physikalische Bodeneigenschaften:

Feinbodengehalt (Partikel < 0,063 mm Schluff und Ton)

günstig weniger günstig ungünstig

Bewertung der Merkmale


Bodenprofile auf Ackerstandorten

Braunschweig (Niedersachsen) Bodenform: Braunerde-Podsol/Parabraunerde Bodenart: schluffig-lehmiger Sand

Ackerland

Horizonte: Ap - mineralischer

Oberboden (bearbeitet)

Ah - mineralischer Oberboden

(unbearbeitet)

B - mineralischer Unterboden

C - Ausgangs-material

Müncheberg (Brandenburg) Bodenform: Sand-Braunerde Bodenart: Sand

Ackerland

Horizonte:

Ap - mineralischer Oberboden (bearbeitet)

B - mineralischer Unterboden (unbearbeitet)

C - Ausgangs-material

Grünland

Horizonte: O - organische Auflage

Ah - mineralischer Oberboden

(unbearbeitet)

E - Eluvial-

horizont C - Ausgangs-

material


Boden und Niederschlag

Wasser ist eine Grundvoraussetzung für das pflanzliche Leben. Ohne genügend Wasser kann die Pflanzenwurzel die im Boden vorhandenen Nährstoffe nicht aufnehmen.

Menge und zeitliche Verteilung des im Verlauf einer Vegetationsperiode zur Verfügung stehenden Wassers bestimmen Wachstum und Ertragsbildung landwirtschaftlicher Kulturen maßgeblich.

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Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez m

ittle

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lag

(mm

) Monat

Niederschlag (mm) ■ Mittelwert ■ Minimum ■ Maximum Niederschlag Mittel der Jahre 2006-2010 sowie minimaler und maximaler Wert am Standort Braunschweig (DWD, Abt. Agrarmeteorologie)

Der Wasserbedarf wird in erster Linie durch natürliche Niederschläge gedeckt. Bei Trockenheit werden Felder zusätzlich bewässert.


Niederschlag und Infiltration

Idealerweise steht immer genau soviel Wasser zur Verfügung, wie der Boden aufnehmen und in tiefer gelegene Schichten ableiten (infiltrieren) kann.

Extrem hohe Niederschlagsmengen führen dazu, dass in kurzer Zeit erheblich mehr Wasser auf den Boden fällt, als infiltrieren kann. Es kommt zu zeitweiligen Überschwemmungen der Bodenoberfläche.

Wenn überschüssiges Wasser nicht schnell genug durch den Boden infiltrieren kann, können Verschlämmung, Bodenabtrag durch Wassererosion und Nährstoffaustrag mit einhergehend geringerer Ertragsfähigkeit und Belastungen von Oberflächengewässern die negativen Folgen sein.

Wie lange die Bodenoberfläche nach Starkregen von Wasser bedeckt ist, hängt von der Infiltrationsrate des Bodens ab: sie bestimmt die Wassermenge, die pro Zeiteinheit im Boden versickern kann.


Nach Starkregen kann es zu lokalen Überschwemmungen kommen. In Böden mit hoher Infiltrationsrate kann dann das Wasser schneller versickern. Der oberflächliche Abfluss des Regenwassers wird vermindert, großflächige Erosionsschäden mit Ertragsausfällen, Nährstoffverlusten und unerwünschten Stoffeinträgen in Oberflächengewässer werden vermieden.

Boden und Infiltration

Quelle: http://www.alf-wb.bayern.de/pflanzenbau/27012/index.php

Bodenabtrag durch Wassererosion

Verschlämmung und Rissbildung


Die höchste Infiltrationsrate haben Sandböden auf Grund des hohen Grobporenanteils, gefolgt von Lehm- und Schluffböden.

Die Bodenart beeinflusst die Infiltrationsrate.

Quelle: Al-Hassoun (2009): Studies on factors affecting the infiltration capacity of agricultural soils.

Vergleich der Infiltrationsrate auf Grünland auf Sandstandorten mit unterschiedlichen Schluff- und Lehmanteilen (2006)

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mittel schluffig stark schluffig stark lehmig

Infil

tratio

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te [m

m/h

]

Sand

Die geringste Wasserdurchlässigkeit haben reine Tonböden wegen des hohen Anteils an Feinporen.

Auf sandigen Standorten nimmt die natürliche Wasserleitfähigkeit mit Zunahme des Gehaltes an Lehm und Schluff ab.


Der Humusgehalt beeinflusst die Infiltrationsrate.

Die organische Substanz im Boden

vergrößert in Abhängigkeit vom Zersetzungsgrad das Porenvolumen,

fördert das Bodenleben,

erhöht die Aggregatstabilität.

Einfluss des Humusgehaltes im Oderboden (0-30 cm) auf die Infiltrationsrate eines sandigen Schluffbodens (Braunschweig, 2006)

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0 20 40 60 80 100 120

Infil

tratio

nsra

te [m

m/h

]

Humusgehalt im Oberboden [t/ha]

▲ Wald ▲ Sukzession ▲ Ackerland



Die Aggregatstabilität beeinflusst die Infiltrationsrate.

Einfluss der Düngung auf Aggregatstabilität und Infiltrationsrate auf einem sandigen Schluffboden mit Winterweizenbestand (Braunschweig, 2006)

Durch organische Düngung wird die Aggregation von Bodenpartikeln gefördert: die Bodenstruktur wird verbessert,

Oberflächenverschlämmungen wird entgegengewirkt.

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50 60 70 80 90 100

Infil

tratio

nsra

te [m

m/h

]

Aggregatstabilität [%]

Mineraldüngung organische Düngung


wasser- und luftführende Poren werden stabilisiert,


Die Lagerungsdichte beeinflusst die Infiltrationsrate.

Einfluss der Lagerungsdichte des Bodens in 26-32 cm Tiefe auf die Infiltrationsrate eines sandigen Schluffbodens (Braunschweig, 2006)

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1,30 1,35 1,40 1,45 1,50 1,55 1,60

Infil

tratio

nsra

te [m

m/h

]

Lagerungsdichte [g/cm³]


haben ein insgesamt geringeres Porenvolumen,

weisen einen verringerten Anteil an Grobporen auf,

die Wasserleitfähigkeit ist stark eingeschränkt.

Verdichtete Böden


Bestimmung der Infiltrationskapazität

Die Infiltrationskapazität eines Bodens kann man z. B. mit einem Haubeninfiltrometer messen (hier ein Gerät der Firma UGT Müncheberg).

Belüftungsstab

Standrohr

mit Wasser gefüllte Infiltrationshaube

Mariott`sches Gefäß mit Wasserstandsanzeige

U-Rohrmanometer mit Pipettierball



Verlauf der Infiltration auf einer mit Grubber bearbeiteten Fläche (sandiger Schluff), Zwischenfrucht Senf (Braunschweig, 2011)

Infiltrationsverlauf

Die Infiltrationsrate [mm/h]

bei Wassersättigung, wenn alle Bodenporen mit Wasser gefüllt sind,

pegelt sich die Infiltrationsrate auf einen nahezu konstanten Wert ein.

sie ist zu Beginn einer Messung, solange der Boden noch nicht mit Wasser gesättigt ist, am höchsten,

gibt die Wassermenge an, die pro Zeiteinheit in den Boden versickert,

maximale Infiltrationsrate zu Beginn der Messung

konstante Infiltrationsrate bei Sättigung des Bodens

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0 5 10 15 20 25 30

Infil

trat

ions

rate

(mm

/h)

Zeit (min)


Die Infiltrationskapazität kann beeinflusst werden durch

die Düngung (organisch/mineralisch)

die Bodenbearbeitung

konventionell konservierend

Regenwurm

die Förderung der biologischen Aktivität

die Fruchtfolgegestaltung

Leguminosen gelbe Lupine

Zwischenfrucht Phacelia

die Flächennutzung Wald, Wiesen und

Weiden

Ackerland


Einfluss der Flächennutzung

Infiltrationsrate bei verschiedener Nutzung am Standort Braunschweig (2006, sandiger Schluff)

Wasser kann nur dann in den Boden infiltrieren, wenn dessen Oberfläche nicht versiegelt ist.

Naturbelassene Flächen wie Wälder oder Sukzession können in relativ kurzer Zeit große Wassermengen aufnehmen.

Bei landwirtschaftlicher Nutzung einer Fläche nimmt die Infiltrationsrate mit Zunahme der Nutzungsdauer ab.

Wird eine Ackerfläche still gelegt und der Selbstbegrünung überlassen, erhöht sich die Infiltrationsleistung schon nach wenigen Jahren deutlich.

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Wald Sukzession ca. 50 Jahre Acker

ca. 200 Jahre Acker

Infil

tratio

nsra

te [m

m/h

]

Nutzungsart


Wald: Laubmischwald Sukzession: in Grasland umgewidmetes ehemaliges Ackerland, nicht

beweidet oder gedüngt, jährlich nur ein Pflegeschnitt Acker: ehemalige Laubmischwaldfläche, Nutzung als Ackerland

seit ca. 50 bzw. 200 Jahren


Einfluss der Bodenbearbeitung

Konventionelle, wendende Bodenbearbeitung zerstört die wasserleitenden Makroporen, durch Verschmieren können Verdichtungszonen entstehen: das kann die Wasserinfiltration in den Boden negativ beeinflussen.

Konservierende, pfluglose Bodenbearbeitung erhöht den Gehalt an organischer Substanz im Oberboden, schont die Regenwurmpopulation, Verdichtungszonen werden verhindert: das führt zu einer Verbesserung der Wasserinfiltration in den Boden.

Einfluss der Bodenbearbeitung auf die Infiltrationsrate unter Ackerbohnen (Braunschweig, 2006) und Dinkel (Brehmen, 2008)

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Pflug Grubber Pflug Grubber

sandiger Schluff mittel schluffiger Ton

Ackerbohne Dinkel

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tratio

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te [m

m/h

]

Quellen: Hartmann, K., H. Lilienthal, et al. (2009). "Vergleichende Untersuchungen der Infiltrationseigenschaften von konventionell und ökologisch bewirtschafteten Böden. Eine Fallstudie aus dem Main-Tauber Kreis, Baden.Württemberg." http://www.jki.bund.de/de/startseite/institute/pflanzenbau-und-bodenkunde/publikationen-des-institutes.html?seite=4. Al-Hassoun (2009): Studies on factors affecting the infiltration capacity of agricultural soils.


Der Boden ist Lebensraum für zahlreiche Organismen.

Bildquellen: 1)http://www.lfl.bayern.de/internet/stmlf/lfl/iab/boden/ 38348/ackerschnecken_800.jpg 2) http://www.gartenfreunde.de/img/texte/7606.jpg 3) http://www.lfl.bayern.de/iab/boden/38348/

lederlaufk_fer_2.jpg 4) http://www.lfl.bayern.de/iab/boden/38348/ 5) http://bfw.ac.at/rz/document_api.download?content =rotylenchus.jpg 6) http://www.diegruenewelt.de/tl_files/diegruenewelt.de/ Bilder%20Schaedlinge/springschwaenze.jpg


Bodenlebewesen

Ihre Anzahl ist abhängig von organischer Substanz, Bodentemperatur, Bodenfeuchte und Bodenluft.

Sie werden von Bodenbearbeitung, Fruchtfolge und Düngung beeinflusst.

Sie zersetzen durch ihren Stoffwechsel abgestorbene Pflanzenteile und organischen Dünger und haben entscheidenden Anteil an der Bildung dauerhafter Humusformen.

Sie tragen mit ihren Ausscheidungen zur Lebendverbauung der Bodenaggregate und damit zu einer guten Bodenstruktur bei.

Regenwürmer sorgen mit ihren stabilen Gängen für eine bessere Drainage des Bodens, in den von ihnen angelegten Röhren können sich kleinere Organismen ansiedeln.

Sie durchmischen die Bodenbestandteile in ihrem Verdauungstrakt.


Kleinstlebewesen (Asseln, Springschwänze…) zersetzen Pflanzenrückstände.

Das Bodenleben beeinflusst die Infiltrationsrate.

Einfluss des Regenwurmbesatzes auf die Infiltrationsrate bei Ackernutzung: Bodenarten sandiger Schluff (Braunschweig), mittel schluffiger Ton (Brehmen), schwach schluffiger Ton (Brehmen) und schwach sandiger Lehm (Trenthorst)

Quellen: Hartmann, K., H. Lilienthal, et al. (2009). "Vergleichende Untersuchungen der Infiltrationseigenschaften von konventionell und ökologisch bewirtschafteten Böden. Eine Fallstudie aus dem Main-Tauber Kreis, Baden.Württemberg." http://www.jki.bund.de/de/startseite/institute/pflanzenbau-und-bodenkunde/publikationen-des-institutes.html?seite=4. Al-Hassoun (2009): Studies on factors affecting the infiltration capacity of agricultural soils.

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]

Regenwürmer [Anzahl/m²]

mittel schluffiger Ton schwach schluffiger Ton sandiger Schluff schwach sandiger Lehm

Regenwürmer schaffen wasserableitende Kanäle.

Bakterien und Pilze tragen mit ihrem Stoffwechsel zur Lebendverbauung der Bodenaggregate und damit zur Stabilität des Bodengefüges bei.


„Wir wissen mehr über die Bewegung der Himmelsgestirne als über den Boden unter

unseren Füßen.“

Der „Dreck“ unter unseren Füßen ist eine der wichtigsten Lebensgrundlagen für Pflanzen, Tiere und Menschen, er muss

erhalten und geschützt werden!

Vor mehr als 500 Jahren stellte Leonardo da Vinci fest:

Heute wissen wir:

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Schutzgut Boden, die Lebensgrundlage für Pflanzen, Tiere ... · Präsentation auf der Internationalen Grünen Woche . 20. bis 29. Januar 2012, Berlin . Kontaktanschrift: Dr. Susanne