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«FKZ: 06OE256 Projektnehmer: Technische Universität München Lehrstuhl für Ökologischen Landbau und Pflanzenbausysteme Alte Akademie 12, 85350 ...»

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4.2 Organische Bodensubstanz, Edaphon und Düngungssystem Da die organische Bodensubstanz bereits direkt in die ABAG integriert ist (humusgehaltsabhängiger Anteil des K-Faktors, siehe Kap. 4.2), sind hier prinzipiell keine Anpassungen erforderlich. Bei der Anwendung der ABAG müssen in erster Linie Fehleinschätzungen durch die Verwendung von Standardwerten aus Tabellen (z.B. typische Humusgehalte von Bodenarten) vermieden werden. Dies kann nur dann realisiert werden, wenn bei der Erosionsabschätzung gemessene Humusgehalte zur Anwendung kommen. Es sollte daher angestrebt werden die Bodenerodibilität mit gemessenen Bodendaten zu errechnen und keine Standardwerte zu verwenden. Vorgeschlagen wird die Analyse des Humusgehaltes in den Umfang der Standard-Bodenuntersuchung aufzunehmen und diese zur Verbesserung der Aussagegenauigkeit der ABAG zu verwenden (Kainz 2007).

Die organische Bodensubstanz wird neben weiteren Bodenparametern prinzipiell wegen ihrer Wirkungen auf die Bodenstruktur, die Aggregatstabilität, die Infiltration und weiterer erosionsrelevanter Bodenmerkmale berücksichtigt. Dabei werden die einzelnen Wirkungskategorien, ähnlich wie beim C-Faktor und den Relativen Bodenabträgen, aggregiert abgebildet. Aufgrund dieses Aspektes, als auch aufgrund auf der Modellphilosophie - es werden ausschließlich als im Jahresverlauf konstante, von der Bewirtschaftung unbeeinflusste Parameter berücksichtigt - ist eine separate Abbildung von Effekten, die sich modifizierend auf eine oder mehrere Wirkungskategorien auswirken nicht möglich. Dabei konnte gezeigt werden, dass beispielsweise die Nachwirkung einer Fruchtart unmittelbar auf Wirkung auf die Aggregatstabilität zurückzuführen ist (Fiener & Auerswald 2007). Die Ausprägung der Aggregatstabilität wird (u.a.) von der Menge der zugeführten organischen Substanz und deren Qualität bestimmt (vgl. Kap. 2.5.1).

So führen beispielsweise schnell abbaubare organische Substanzen zu einer raschen aber nur temporären Erhöhung der Aggregation, wohingegen langsam abbaubare Stoffe zu einer geringeren, dauerhafteren Erhöhung führen. Für Wirkungen von Wirtschaftsdüngern und Ernte-Wurzel-Rückstände (EWR) (zumindest für Stroh) sind in der USLE daher einfache Ansätze für deren Berücksichtigung implementiert: Pro Tonne eingearbeitetes Stroh kann eine Reduktion der Bodenabträge um rund 5% erfolgen. Dieser pauschale Korrekturfaktor wurde bei der Umsetzung in die ABAG aufgegeben, da damals keine Möglichkeit gesehen wurde, Daten für EWR oder Stroh bei der Anwendung der ABAG zur Verfügung zu haben. Um eine tendenziöse Anwendung zu vermeiden, wurde lediglich der Mittelwert der USLE in die ABAG übernommen (Kainz 2010, pers. Mitt.).

Die Autoren gehen davon aus, dass die Vorhersagegenauigkeit der ABAG signifikant verbessert werden könnte, wenn die Veränderungen der Aggregatstabilität durch Bewirtschaftungsmaßnahmen direkt als „Korrekturfaktor‚ (=multiplikativ) in das Modell eingebunden würde. Im Rahmen des Projektes wurde für die Realisierung ein entsprechendes Konzept erarbeitet: Basierend auf den verschiedenen Mechanismen und Prozessen zur Aggregatstabilität (Kap. 2.5.1) wurde zunächst ein Grundverständnis der Aggregatstabilisierung entwickelt, durch das sich der Einfluss der Bewirtschaftung mit dem bestehenden Verständnis und der Umsetzung in der ABAG in Einklang bringen lässt (Abb. 8). Ausgangspunkt dieser

Überlegungen ist, dass sich die Aggregatstabilität (Ag) auf einem Standort zu einer definierten Zeit aus zwei Komponenten ergibt:

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Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau Ag = Gesamtaggregatstabilität eines Standortes Agt = transiente (managementbeeinflusste) Aggregatstabilität Agp = persistente (pedogene) Aggregatstabilität Während Ag der „gesamten Aggregatstabilität‚ entspricht, bezeichnet Agp die persistente, pedogene Komponente, die von Bodenmerkmalen und den Eigenschaften des jeweiligen Standortes abhängig ist. Hierzu zählt beispielsweise das Ausgangsmaterial, die Mineralogie, die Textur, usw.. Es handelt sich damit primär um Größen, die über den Betrachtungszeitraum einer Erosionsabschätzung als konstant angesehen werden können. Damit bildet diese Komponente das „Standortpotenzial der Aggregatstabilität‚ ab. Es wird angenommen, dass diese persistente Aggregatstabilität im K-Faktor der ABAG integriert ist und vollständig berücksichtigt wird. Die zweite Komponente, die transiente Aggregatstabilität (Agt), wird im Gegensatz dazu bisher in der ABAG vernachlässigt. Sie ist als der von der Bewirtschaftung bzw. vom Management abhängige Anteil zu betrachten, dessen Ausprägung von der Zufuhr organischer Substanzen (Agt 1), der mineralischen Düngung bzw. dem Einfluss von dissoziierend wirkenden Ionen (Agt 2) und dem Pflanzenschutzsystem mit der Bodenbearbeitung (Agt 3) bestimmt wird.

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Abb. 8: Schema zum Grundverständnis der Aggregatstabilität und dem Einfluss der Bewirtschaftung Für eine Integration dieses Ansatzes in die ABAG wurden für die einzelnen Einflussgrößen Möglichkeiten für „modellfähige Interpretation‚ erarbeitet: Zur Abbildung der Modifikationen der Aggregatstabilität durch die Zufuhr organischer Substanz (Agt 1) wird ein Korrekturfaktor (KCAgg) vorgeschlagen, durch den die entsprechenden Veränderungen abgebildet werden können. Die Bezeichnung des Faktors soll darauf hinweisen, dass es sich bei diesem um eine kombinierte Wirkung im Bereich Boden / Erodibilität – symbolisiert durch das K für den K-Faktor – und die Bewirtschaftung (C-Faktor) handelt. Die ABAG würde durch diesen Faktor „erweitert‚ werden (Gleichung 2). Wie aus der Gleichung zu erkennen ist wird der neue Faktor zusätzlich mit einer Korrekturkonstante (a = 0,9) multipliziert da davon ausgegangen wird, dass die Modifikation der Aggregatstabilität von weiteren Parametern (vgl. Kap. 2.5.1) abhängig sind. Nachdem eine ausreichende Anzahl an Untersuchungen zu diesem Aspekt durchgeführt wurde, sollte ggf. eine Anpassung erfolgen.





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Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau Für die Berechnung des Korrekturfaktors konnte auf verschiedene Grundlagen zurückgegriffen werden. Eine der wichtigsten Bestandteile ist das von Monnier (1965) entwickelte theoretische Modell zur Variation der Aggregatstabilität in Folge der Einarbeitung organischer Substanzen. Dieses Konzept beschreibt den modifizierenden Effekt auf die Aggregatstabilität als einen zeitlichen Verlauf, der durch mikrobielle Tätigkeiten in Abhängigkeit der chemischen Charakteristik der organischen Substanz „erzeugt‚ wird. Ausgehend von diesem Ansatz wurde von Abiven et al. (2008) ein mathematisches Modell entwickelt, welches als Grundlage für die Ableitung des Korrekturfaktors verwendet werden konnte.

Die Wirkung der ausgebrachten organischen Substanz im Erosionsprozess ist nach eigener Auffassung von drei Aspekten bestimmt: Wie bereits angedeutet wurde, ist die Ausprägung der aggregatstabilisierenden Wirkung zunächst von der Zusammensetzung der Substanz (Abbaubarkeit, Metabolisierbarkeit) abhängig (AGStab). Ein Effekt ist dann zu erwarten, wenn die Substanz eine gewisse Wirksamkeit aufweist. Ein zweiter Punkt ergibt sich bei der Betrachtung des über die mikrobielle Aktivität verlaufenden Wirkungsmechanismus25. Wird eine organische Substanz zu Bedingungen mit geringer bodenbiologischer Aktivität ausgebracht so muss davon ausgegangen werden, dass der Effekt selbst beim hoch wirksamen Ausgangsmaterial nur gering ist. Um dies abbilden zu können, wurde in die Gleichung zum Korrekturfaktor ein Term für die Berücksichtigung der Umsatzbedingungen, charakterisiert durch Angaben zur Bodentemperatur und Bodenfeuchtigkeit zum Zeitpunkt t, integriert (TFAi). Gleichzeitig ist für die Einschätzung der Wirksamkeit der Zeitpunkt der Ausbringung von Bedeutung: Die Wirksamkeit ist ein zeitlicher Verlauf dessen Ausprägung von AGStab und TFA bestimmt wird. Fällt beispielsweise die Periode mit der höchsten Wirksamkeit in eine Zeitspanne in der kaum oder nur wenig erosive Niederschläge fallen, so wird der Effekt nicht oder nur zu einem reduzierten Anteil im Erosionsprozess wirksam ( Abb. 9). Um dies berücksichtigen zu können wurde in die Berechnung des Korrekturfaktors die Jahres-R-Faktorverteilung aufgenommen, durch die eine Dynamisierung der Wirkung in Abhängigkeit des Wirkungszeitraums erfolgt26.

Für die Anwendung in der ABAG müssen die einzelnen Faktoren auf Tagesbasis ermittelt und für den Gesamtzeitraum verrechnet werden (Gleichung 3).

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KCAgg = Korrekturfaktur für die Wirkung der org. Substanz auf die Aggregatstabilität AGStab = Aggregatsstabilisierende Wirkung der zugeführten organischen Substanz TFAi = Faktor zur Beschreibung der Umsatzbedingungen zum Zeitpunkt i RRAi = Relativer R-Faktoranteil (Jahres-R-Verteilung) zum Zeitpunkt i Die Ermittlung des aggregatstabilisierenden Effektes durch die org. Substanz basiert auf der von Abiven et al. (2008) abgeleiteten mathematischen Funktion (Gleichung 4).

Eingebrachte organische Substanz wird durch Mikroorganismen abgebaut. Durch ihre Tätigkeit und die Ausscheidungen üben sie einen stabilitätsfördernden Einfluss aus, wodurch die Aggregatstabilität bzw. der Effekt zunimmt.

Dieses Prinzip ist grundsätzlich mit der Vorgehensweise bei der Berechnung der C-Faktoren und der hier angewandten Kombination der relativen Bodenabträge mit den relativen R-Faktoranteilen vergleichbar.

Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau

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AGStab = Aggregatsstabilisierende Wirkung der zugeführten organischen Substanz A = Ausmaß des Effektes – Funktion des Ligningehaltes B = Steigung des Effektes; Reaktionsgeschwindigkeit nach Applikation – Funktion des Gehaltes wasserlöslicher Polysaccharide C = Wirkungsdauer des Effektes – Funktion des Cellulose- und Hemicellulosegehaltes Diese Funktion beschreibt prinzipiell die Veränderung der Aggregatstabilität in Abhängigkeit der Eigenschaften der org. Substanz. Während das Ausmaß des zu erwartenden Effektes vom Ligningehalt abhängig ist, werden die Reaktionsgeschwindigkeit – als wie schnell ein Boden nach der Zufuhr der Substanz darauf reagiert – vom Gehalt wasserlöslicher Polysachharide und die Wirkungsdauer durch den Gehalt von Cellulose und Hemicellulose bestimmt.

Abb. 9: Schematische Darstellung der Aggregatstabilisierungswirkung unterschiedlicher org. Substanzen in Kombination mit den R-Faktoranteilen im Jahresverlauf Die Gleichung kann im Weiteren vollständig parametrisiert werden (Gleichung 5).

Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau

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Die potenzielle Wirkung der Substanz kann damit hinreichend genau definiert werden. Um die Anwendbarkeit endgültig zu belegen, sollten jedoch abschließende Untersuchungen zu der Validität der Gleichung durchgeführt werden.

Nach der Wirksamkeit der Substanz sind die Umsatzbedingungen zu charakterisieren. Der verwendete Ansatz basiert dabei auf den von Abiven et al. (2008) vorgestellten Gleichungen aus denen sich ergibt, dass die Gesamtwirkungen von der Bodentemperatur (Ft) und Bodenfeuchte (Fh) zum jeden Zeitpunkt t abhängig ist (TFAi). Beide Werte (Faktoren) werden auf der Tagesbasis durch Multiplikation miteinander verrechnet. Das Ergebnis beschreibt die aktuelle Situation im Vergleich zu Optimalbedingungen, bei denen das Potenzial der Aggregierung voll ausgennutzt werden kann und die Aktivität der Mikroorganismen nicht eingeschränkt ist.

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TFAi = Faktor zur Beschreibung der Umsatzbedingungen zum Zeitpunkt i Ft = Faktor zur Berücksichtigung der Bodentemperatur zum Zeitpunkt i Fh = Faktor zur Berücksichtigung der Bodenfeuchte zum Zeitpunkt i Für die Charakterisierung dieser optimalen Bedingungen wurde durch Abiven et al. (2008) eine Bodentemperatur von 25° C als Referenzwert für die tagesspezifische Berechnung vorgegeben (Gleichung 7; Myers et al. 1982). Bei der Bodenfeuchte erfolgt hingegen die Verwendung eines standortspezifischen Referenzwertes, der aus den Bodeneigenschaften, wie dem spezifischen Wassergehaltes bei Feldkapazität, ermittelt wird. Grundprinzip dabei ist, dass sich die Umsatzbedingungen mit Annäherungen an den spezifischen Wassergehalt des Bodens beim Welkepunkt verschlechtern, mit Annäherung und Überschreitung der Feldkapazität hingegen verbessern.



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