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Anpassung bestehender Methoden zur

Abschätzung der Bodenerosion an die

Bedingungen des Ökologischen Landbaus

Adaption of methods or assessment of soil erosion for application under organic farming

FKZ: 06OE256

Projektnehmer:

Technische Universität München

Lehrstuhl für Ökologischen Landbau und Pflanzenbausysteme

Alte Akademie 12, 85350 Freising

Tel.: +49 8161 71-3032

Fax: +49 8161 71-3031

E-Mail: sekretariat.oekolandbau@wzw.tum.de

Internet: http://www.wzw.tum.de/

Autoren:

Siebrecht, Norman; Kainz, Maximilian; Hülsbergen, Kurt-Jürgen Gefördert vom Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz im Rahmen des Bundesprogramms Ökologischer Landbau und andere Formen nachhaltiger Landwirtschaft (BÖLN) Dieses Dokument ist über http://forschung.oekolandbau.de unter der BÖLN-Bericht-ID 18812 verfügbar.

Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an die Bedingungen des Ökologischen Landbaus Adaption of methods or assessment of soil erosion for application under organic farming FKZ: 06OE256

Projektnehmer:

Technische Universität München Lehrstuhl für Ökologischen Landbau und Pflanzenbausysteme Alte Akademie 12, 85350 Freising Tel.: +49 8161 71 3032 Email: sekretariat.oekolandbau@wzw.tum.de

Autoren:

Siebrecht N., Kainz M. & Hülsbergen, K.-J.

Gefördert vom Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz im Rahmen des Bundesprogramms Ökologischer Landbau (BÖL) Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau Berichtsblatt zum Abschlussbericht vom 31. Dezember 2009 Projektkürzel: 06OE256 Vollständiger Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der BoProjekttitel: denerosion an die Bedingungen des Ökologischen Landbaus Schlagwörter: Bodenabtrag, Erosion, Modelle, Ökolandbau Prof. Dr. Kurt-Jürgen Hülsbergen Projektleiter: Dipl. Ing. Maximilian Kainz Dipl. Ing. Norman Siebrecht

Projektbearbeiter:

Technische Universität München Durchführende Lehrstuhl für Ökologischen Landbau und Pflanzenbausysteme

Institution:

Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt 15.11.2007 – 31.12.2009

Projektlaufzeit:

Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung und Problemstellung

2 Aktueller Wissensstand Bodenerosion und Ökolandbau

2.1 Definition Bodenerosion

2.2 Modellierung der Bodenabträge durch Wasser

2.3 Die Allgemeine Bodenabtragsgleichung

2.4 Einfluss des ökologischen Landbaus auf die Bodenerosion

2.5 Ursachen für die modifizierenden Effekte des Ökolandbaus

2.5.1 Die Aggregatstabilität

2.5.2 Die Infiltration

2.5.3 Der Einfluss des Managements

3 Resümee zum Einfluss des Ökolandbaus auf die Bodenerosion

4 Möglichkeiten zur Integration der modifizierenden Effekte

4.1 Nutzungs- und Anbaustruktur sowie Fruchtarten

4.2 Organische Bodensubstanz, Edaphon und Düngungssystem

4.3 Pflanzenschutz, Unkrautmanagement und Bodenbearbeitung

4.4 Fazit

5 Die Revised Universal Soil Loss Equation

5.1 Modifikationen gegenüber der USLE

5.2 Modifikationen der erosionsbestimmenden Faktoren

6 Geplante und erreichte Ziele

7 Weiterer Forschungsbedarf

8 Literatur

i Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau 1 Einleitung und Problemstellung Dem ökologischen Landbau werden im Vergleich zum konventionellen Anbau häufig geringere Umweltbelastungen zugesprochen (Reganold et al. 1987, Stockdale et al. 2002, Shepherd et al. 2003, Kasperczyk & Knickel 2006). In Folge der Umstellung auf ökologische Bewirtschaftungsweise werden Vorteile für den Schutz und die Erhaltung natürlicher Ressourcen und eine nachhaltige Entwicklung erwartet (Milgroom et al. 2007). Die Gültigkeit dieser Aussagen wurde in verschiedenen Studien und Vorhaben demonstriert.

Exemplarisch wurden die Hypothesen im Rahmen des Forschungsverbundes Agrarökosysteme München (FAM) überprüft. Dazu wurden die Folgen von zwei Bewirtschaftungssystemen (ökologisch und integriert) auf den Boden, die Gewässer, die Biodiversität usw. untersucht (Schröder et al. 2008).

Auf der Basis von Experteninterviews wurde gezeigt, dass der Ökolandbau im Vergleich zu konventionellen Anbausystemen höhere Umweltleistungen erbringt und die natürlichen Ressourcen schont (Stolze et al. 2000). Weitere Autoren bezeichnen den Ökolandbau daher als „umweltfreundliche Landwirtschaft‚ (Kasperczyk & Knickel 2006), heben das Potenzial für die Kohlenstoffsequestrierung hervor (Niggli et al. 2009) oder weisen auf die Vorteile ökologisch bewirtschafteter Flächen bezüglich der Wirkungen auf Biodiversität hin (Mäder et al.

2002a, Hole et al. 2005, Niggli et al. 2007, Fuller et al. 2005).

Ein für das Projekt bedeutender Aspekt des Ökolandbaus sind die Wirkungen auf die Böden und deren Eigenschaften. In zahlreiche Untersuchungen wurde nachgewiesen, dass ökologische Anbausysteme höhere Gehalte organischer Bodensubstanz, eine verbesserte Bodenstruktur und ein vielfältigeres Bodenleben aufweisen (z.B. Lockeretz et al. 1981, Six et al.





2000, Mäder et al. 2002b, Kasperczyk & Knickel 2006, Williams & Petticrew 2009). Darin drückt sich das Prinzip des Ökolandbaus aus, die Ressource Boden zu schützen, deren Funktionsfähigkeit zu erhalten und nach Möglichkeit zu verbessern (vgl. Norms for organic production and processing 2005). Auch die EU-Ökoverordnung (EG Nr. 834/2007) führt die „Erhaltung und Förderung des Bodenlebens und der natürlichen Fruchtbarkeit des Bodens, der Bodenstabilität und der biologischen Vielfalt … zur Verhinderung und Bekämpfung der Bodenverdichtung und -erosion‚ als Ziele in den spezifischen Grundsätzen auf (EG (Europaeische Gemeinschaft) 2007). Nicht zuletzt deswegen wird der ökologische Landbau als eine besondere Form des „Bodenschutzes‚ angesehen (Kasperczyk & Knickel 2006).

Analysen, wie Ökolandbau auf Prozesse der Bodenerosion wirkt, sind dagegen kaum verfügbar (z.B. Reganold et al. 1987, Siegrist et al. 1998, Auerswald et al. 2003, Frielinghaus et al. 2005). Dabei gibt es Hinweise, dass der Ökolandbau unter sonst gleichen Voraussetzungen zu einer Reduzierung der Bodenerosion führt (Lockeretz et al. 1981, Arden-Clark & Hodges 1987, Arden-Clarke & Hodges 1987 a, Unwin et al. 1995, Siegrist et al. 1998, Kainz 2007, Williams & Petticrew 2009). Es wird kritisiert, dass die Forschungstätigkeit in diesem Bereich bisher unzureichend sei und entsprechende Untersuchungen nötig wären (vgl. Siegrist et al. 1998, Frielinghaus et al. 2005, Milgroom et al. 2007).

Bodenabträge müssen in ihrer Verflechtung mit Aspekten der Bewirtschaftung, der organischen Bodensubstanz, der C-Sequestrierung usw. betrachtet werden (vgl. Chambers & Davies 1993, de la Rosa et al. 2000, Al-Kaisi 2001). Beispielsweise führt der Verlust von Humus und Nährstoffen und die Reduktion der durchwurzelbarer Bodensubstanz und die damit verminderte Wasserverfügbarkeit zu einer Abnahme der Ertragsfähigkeit1 (vgl. Chambers & Auf erosionsgefährdeten Flächen sind Ertragsrückgänge um 70 % registriert worden (Richter & Schmidt 1998; Frielinghaus et al. 1992). Bakker et al. (2007) verallgemeinern diese Aussage und schätzen Ertragsrückgänge um 4 % für 10 cm Bodenabträge ein.

Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau Davies 1993, Bakker et al. 2007). Diese Verluste können in ökologischen Bewirtschaftungssystemen kaum ersetzt werden, da eine Kompensation durch den Import von (limitierten) mineralischen Nährstoffen und auch von organischen Substanzen nur begrenzt möglich ist (Milgroom et al. 2007). Daraus ergibt sich, dass die Bodenerosion auch im Ökologischen Landbau von hoher Relevanz ist. Bodenerosion ist aber auch als eine Umweltbelastung anzusehen, durch die weitere Ökosysteme gestört bzw. beeinträchtigt werden (z.B. Gewässer). Betrachtet man vor diesem Hintergrund die Leitbilder und Ziele des Ökolandbaus (Bioland 2009, Naturland 2009), so sollte deren Vermeidung höchste Priorität haben. Um dies zu erreichen muss geklärt werden, wie die Erosion durch ökologische Bewirtschaftungsweise modifiziert wird und inwieweit der Ökolandbau zur Vorsorge gegen Bodenerosion beiträgt (vgl. Frielinghaus et al. 2005).

Da Bodenabträge in Folge des episodischen Auftretens und die aufwändige Messtechnik nur in Forschungsvorhaben gemessen werden können sind Modelle erforderlich, die die Berechnung von Bodenabträgen auch unter ökologischen Anbaubedingungen ermöglichen.

Nur dann sind eine Vorhersage des Abtrags möglich und entsprechende Gegenmaßnahmen abzuleiten. Auch die aktuell stattfindenden Entwicklungen im Ökolandbau machen die Notwendigkeit des Einsatzes von Modellen deutlich: Ob die Umstellung der Fruchtfolge, die Abschaffung einer Tierhaltung und die sich damit verändernden Stoffflüsse zum Anstieg der Bodenabträge führen, kann auf Betriebsebene nur durch Modelle überprüft werden. Allerdings sind dazu die Wirkungszusammenhänge, die verschiedenen Einflussgrößen auf den Erosionsprozess und die Wirkungsmechanismen aufzuklären und im Modell abzubilden Inhalte des Projektes Das Projekt war darauf ausgerichtet einen Beitrag zur Aufklärung der Ursache-WirkungsBeziehungen zwischen ökologischer Bewirtschaftungsweise und Bodenerosion zu leisten und damit die Kenntnisse über die Wirkungsmechanismen zu verbessern. Dabei stand vor allem die Möglichkeit der Modellierung von Bodenabträgen durch Wasser2, auf der Ebene landwirtschaftlicher Betriebe, im Zentrum der Betrachtung.

Als Modellgrundlage wurde die Allgemeinen Bodenabtragsgleichung (ABAG; Schwertmann et al. 1987) verwendet, die als das am häufigsten angewandte Modell zur Abschätzung der Wassererosion anzusehen ist und auf der Universal Soil Loss Equation (USLE, Wischmeier & Smith 1978) basiert. Da bei der Modellentwicklung der USLE bzw. der Anpassung des Systems zur ABAG Produktionsverfahren des Ökologischen Landbaus nicht berücksichtigt wurden (Wischmeier & Smith 1978), beschränkt sich deren Geltungsbereich streng genommen auf konventionelle Anbausysteme. Aus diesem Grund kann es bei der Anwendung in ökologischen Systemen zu Fehleinschätzungen kommen (Kainz 2007).

Um dieses Defizit zu beheben, wurden im Projekt mögliche Effekte des Ökolandbaus auf

das Abtragsgeschehen identifiziert, nach Möglichkeit quantifiziert und bezüglich der Einbindung in das Modell überprüft. Im Einzelnen wurden folgende Tätigkeiten durchgeführt:

Recherche zu den Effekten des Ökolandbaus auf das Erosionsgeschehen. Zusätzlich wurden weitere Forschungsergebnisse, die nur indirekt mit Erosionsprozessen in Verbindung stehen bzw. gebracht werden können identifiziert und interpretiert.

Im Folgenden als Wassererosion bezeichnet.

Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau Es wurde untersucht, wie die modifizierenden Effekte in der Modellstruktur der ABAG berücksichtigt sind bzw. integriert werden könnten. Dazu wurden Algorithmen und Parameterwerte für die Integration der Effekte erarbeitet.

Der weitere Forschungsbedarf zu den Effekten und Wirkungen des Ökologischen Landbaus wird aufgezeigt und Hinweise für Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten sowie Anschlussprojekte formuliert.

Es wird ein erweitertes Modell vorgestellt, mit dem einige der Limitation bzw. Restriktionen der ABAG überwunden werden.

Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau 2 Aktueller Wissensstand Bodenerosion und Ökolandbau

2.1 Definition Bodenerosion Ursachen für die Gefährdung der Böden und deren Funktionen sind die Flächenversiegelung, die Bodenschadverdichtung und die Bodenerosion (BMVEL 2001). Weltweit ist Erosion jedoch die bedeutendste Ursache für Bodendegradationen (Morgan 1996). Obwohl die Erosionsproblematik häufig als gelöst angesehen wird, hat das Ausmaß der Erosionsschäden in den letzten 50 Jahren deutlich zugenommen (Fullen 2003).



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