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

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Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau x = Position am Hang (m) n = Hanglängenexponent Der Hanglängenexponent wird in Abhängigkeit von Hangneigung (wie in der USLE), der Bodenbedeckung, der Bodenart, der Biomasse und der Bodensetzung (beeinflusst durch die Bodenbearbeitung) ermittelt. Dadurch ist eine direkte Beeinflussbarkeit des Oberflächenabfluss durch die Bewirtschaftung gegeben. Einige der diskutierten modifizierenden Effekte des Ökolandbaus sind damit in das Modell zu integrieren: Die Applikation eines Wirtschaftsdüngers führt beispielsweise dazu, dass über eine ggf. eintretende Veränderung der Bodenbedeckung der Erosionsprozess modifiziert wird. Gleichzeitig können weitere Bedeckungsfaktoren, z.B. eine ausgeprägte Segetalflora (in Kombination mit dem Biomasseparameter), berücksichtigt werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus dem Faktor zur Bodensetzung, durch den sich durchgeführte Bodenbearbeitungsmaßnahmen, wie z.B. das Striegeln einer Fläche, integrieren lassen. Wie hieraus zu erkennen ist, sind damit verbesserte Möglichkeiten für die Erosionsabschätzung im Ökolandbau gegeben.

C-Faktor Die umfangreichsten Veränderungen wurden beim C-Faktor durchgeführt. Dieser berücksichtigt neben den angebauten Fruchtarten, die Fruchtfolge, die (konservierende) Bodenbearbeitung, die Ausbringung von bodenbedeckendem Material (Mulch, Mist) und die Beeinflussung der Oberflächenrauigkeit durch landwirtschaftliche Aktivitäten (z. B. der Bodenbearbeitung). Die Wirkungen dieser verschiedenen Aspekte fließt über C-Subfaktoren in den C-Faktor ein, dessen Berechnung tagesweise erfolgt (Gleichung 11). Durch die Realisierung

dieser Subfaktoren ergeben sich unterschiedliche Möglichkeiten die Effekte des Ökolandbaus in die Berechnung des C-Faktors zu integrieren:

C  Cc  Gc  Sr  Rh  Sb  Sc  AM [11] Cc = Bodenbedeckung, Deckungsgrad Pflanzen (Canopy-Subfaktor) Gc = Bodenbedeckung, aufliegendes Material (Ground-cover-Subfaktor) Sr = Oberflächenrauigkeit (Soil-roughness-Subfaktor) Rh = Höhe von Haufen, Dämmen usw. (Ridge-hight-Subfaktor) Sb = Bodenbiomasse (Soil-biomass-Subfactor) Sc = Bodensetzung (Soil-consolidation-Subfaktor) Am = Ausgangsbodenfeuchte (Antecedent-Soil-moisture-Subfaktor) Canopy-Subfaktor Der Cc-Subfaktor ist darauf ausgerichtet die Bedeckungen oberhalb der Bodenoberfläche, die für die Interzeption von Niederschlag verantwortlich ist, abzubilden. Für die Einschätzung dieser wird der Bodenbedeckungsgrad durch die angebauten Pflanzen direkt verwendet. Hierzu stehen fruchtartenbezogene Datensätze zur Verfügung, die den Verlauf der Pflanzenentwicklung abbilden. In der verfügbaren Software (die RUSLE ist als eigenständig lauffähiges Windows-Programm erhältlich) sind diese Größen in einer Datenbank gespeichert und können den Fruchtarten des Anbausystems zugewiesen werden. In vordefinierten Fruchtartenprofilen ist die bereits erfolgt, so dass diese lediglich entsprechend der angebauten Kulturen ausgewählt und der Fläche zugewiesen werden müssen. Das System bietet hier die Möglichkeit die Bedeckungsgrade individuell anzupassen und für die Berechnung zu verwenden. Daraus würde sich die Möglichkeit ergeben abweichende Bedeckungsverläufe Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau von Kulturpflanzen durch die Anpassung der entsprechenden Stammdaten zu integrieren30.

Trotzdem müsste zunächst die Bedeutung dieses Aspektes geklärt werden.

Hinweis für die Anwendung der RUSLE unter Mitteleuropäischen Bedingungen:

Die im System hinterlegten Kulturpflanzenentwicklungen mit den spezifischen Bedeckungsverläufen müssten vor einer Anwendung in Deutschland bezüglich ihrer Eignung überprüft werden. Dies scheint insbesondere deswegen von hoher Bedeutung, da die klimatischen Bedingungen innerhalb der USA ein wesentlich breites Spektrum abdecken und somit entscheidend ist, welche Ausgangsbedingungen für den im System hinterlegten Verlauf angenommen wurden.

Für die Einschätzung der Effektivität des Schutzes der Bodenoberfläche durch die Pflanzenbedeckung werden zusätzliche Größen in der Berechnung berücksichtigt: Hierzu zählen die effektive Fallhöhe, von der beispielsweise der (sekundäre) Tropfenschlag abhängig ist und die Bodenoberfläche zerstört werden kann, sowie ein Dichtegradient des Pflanzendachs. Durch diesen wird berücksichtigt, dass sich Pflanzen trotz ähnlicher Wuchshöhen bzgl. der Verteilungen der Biomasse unterscheiden können. Bei Pflanzen, die eine gewisse Konzentration der Blattmasse unter der Wuchshöhe aufweisen, kann eine so Reduzierung der Fallhöhe erfolgen (Abb. 11).

Abb. 11: Schematische Darstellung zur Bedeutung des Dichtegradienten des Pflanzendachs (Kuenstler 2008) Ground-cover-Subfaktor Die direkte Bodenbedeckung, also die die sich unmittelbar auf der Bodenoberfläche befindet, ist im Gc-Subfaktor integriert. Dieser bildet ab, dass auf dem Boden befindliches Material die Oberfläche vor der Tropfeneinwirkung schützt, die Abflussgeschwindigkeit reduziert und dadurch die Infiltration erhöht. Material was hier berücksichtigt wird und Effekte auslösen kann, ist beispielsweise lebendes Pflanzenmaterial, Pflanzenrückstände, Mulch, ausgebrachter Mist usw.. Die Effektivität des Schutzes wird dabei in Abhängigkeit von der Menge des Pflanzenmaterials, das in Abhängigkeit vom Vegetationstyp und dem Produktionslevel (Ertragsniveau bzw. Biomasseaufwuchs) abgeschätzt wird, ermittelt. Ähnlich wie bei den Bedeckungsverläufen werden hierfür ebenfalls editierbare Stammdaten angeboten.





Bei der Berechnung der Abträge wird die Wirkung der Pflanzenrückstände allerdings nicht Baut ein Landwirt beispielsweise vorgekeimte Kartoffeln an, kann dies durch entsprechende Modifikation der Bedeckungswerte abgebildet werden. Allerdings sollte vor einer „willkürlichen Modifikation von Stammdaten‚ überprüft werden, ob die angenommen Effekte tatsächlich als Spezifika zu bewerten sind.

Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau als konstante von der Menge abhängige Größe angenommen, sondern deren Abbau wird in Abhängigkeit von Niederschlagsmenge und Temperatur berücksichtigt.

Neben den klassischen Mulchsaatverfahren lassen sich durch diesen Subfaktor jegliche Formen der Bodenbedeckung in die Erosionsabschätzung integrieren. Hierzu zählt beispielsweise die Schutzwirkung durch z.B. Wirtschaftsdünger oder der Effekt durch Untersaaten sowie flachwachsender Unkräuter. Somit ergeben sich hieraus weitere Möglichkeiten die Besonderheiten des Ökolandbaus zu integrieren.

Soil-roughness-Subfaktor Mit dem Soil-roughness-Subfaktor (Sr) wird abgebildet, dass durch verschiedene Bewirtschaftungsmaßnahmen (Bodenbearbeitung) eine zum Teil bedeutende Veränderung der Bodenoberfläche erfolgt. Beispielsweise kann durch ein erzeugtes Mikrorelief der Oberflächenabfluss modifiziert werden. Durch eine erhöhte Oberflächenrauigkeit (hydraulische Rauigkeit) wird die Abflussgeschwindigkeit reduziert und die Infiltration erhöht. In Folge einer geringen Abflussmenge und der damit verbundene Transportkapazität erfolgt dann eine Abnahme der Erosion. Entstandene Senken des Mikroreliefs können aber auch als Mikroretentionsräume fungieren, in denen Bodenmaterial sedimentiert. Bestimmte Maßnahmen (z.B. das Pflügen) können zusätzlich stabile Schollen erzeugen, durch die die Loslösung von Bodenpartikeln vermindert und Abträge reduziert werden. Um die verschiedenen Effekte der Bewirtschaftung abzuschätzen, werden die unterschiedlichen Managementeinflüsse bzw.

die Verfahren bzgl. solcher Wirkungen bewertet.

Dafür wurde zunächst wiederum eine Datenbank erstellt, die eine Vielzahl gängiger Maschinen mit Informationen zu deren Einfluss auf die Oberbodenbeschaffenheit integriert. Diese können entsprechend der eingesetzten Technik und durchgeführten Verfahren ausgewählt werden. Für den Effekt auf den Boden sind dabei in erster Linie das Arbeitsgerät und dessen spezifische Wirkung verantwortlich. Die RUSLE hat allerdings für Abschätzung des Subfaktors einen Modellansatz integriert, der den Gesamteffekt in Abhängigkeit der Bodenrauigkeit zum Zeitpunkt der Bearbeitung, der Bearbeitungsintensität, der Bodentextur und der Bodenbiomasse berechnet. Zusätzlich wird die Wirkung in Abhängigkeit von der Niederschlagshöhe und dem Ausmaß der Interrillerosion korrigiert.

Hinweis für die Anwendung der RUSLE unter Mitteleuropäischen Bedingungen:

Zwar können die Bezeichnungen der Geräte einfach übersetzt werden, doch verbergen sich hinter diesen durchaus unterschiedliche Systeme. Die Datenbank sollte daher entsprechend der Übereinstimmung der Geräte ausgewertet werden.

Der Modellansatz baut auf einem nicht näher spezifizierten Verständnis der Oberflächenstrukturierung auf. Gegebenenfalls sollte in diesen Zusammenhang eine wissenschaftliche Diskussion und ein Vergleich mit bestehenden Mitteleuropäischen Ansätzen durchgeführt werden.

Dieser Subfaktor wird als besonders geeignet angesehen, um die differenzierten Bodenbearbeitungsmaßnahmen des Ökolandbaus (aber auch der konventionellen) abzubilden und bzgl. der Wirkungen auf die Erosion zu bewerten. Beispielsweise sollten sich somit ebenfalls die Effekte mechanischer Unkrautregulierungsmaßnahmen – mehrere Striegelgänge, wiederholte Pflegegängen in Reihenkulturen oder das Hacken – abbilden lassen.

Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau Ridge-hight-Subfaktor Der Ridge-hight-Subfaktor (Rh) ist ebenfalls darauf ausgerichtet Veränderungen der Oberflächenstrukturen und deren Wirkung im Abflussgeschehen abzubilden. Die Bedeutung dieses Effektes ist von der Höhe der Dämme, der Hangneigung (Abnahme mit steigender Hangneigung 6%), der Niederschlagshöhe (abnehmende Wirkung mit zunehmender Niederschlagshöhe und Interrillerosion) und der Ausrichtung zur Hangneigung (größte Wirkung bei hangparalleler, geringste bei hangabwärts Ausrichtung) abhängig.

Soil-biomass-Subfactor Grundprinzip des Soil-biomass-Subfaktors ist, dass in Abhängigkeit der Boden-Biomasse eine Veränderung der Aggregatstabilität sowie der Infiltration erfolgt und dadurch die Erosionsanfälligkeit des Bodens modifiziert wird. Dabei gilt, dass ein höherer Biomassegehalt (lebende und abgestorbene Wurzelmasse, eingearbeitet Rückstände) zu einer Stabilisierung des Bodens führt und gleichzeitig die Infiltration verbessert. Um diese Effekte zu analysieren, wird die Biomasse in der RUSLE in verschiedene, untereinander verknüpfte Pools eingeteilt: Die abgestorbene (Vegetation) und die tote Biomasse (org. Substanz) sind durch Umsetzungsprozesse verbunden. Die Pools, als auch der Umsatzprozess, werden durch Maßnahmen wie die Zufuhr und Einarbeitung von Wirtschaftsdüngern beeinflusst und unter Berücksichtigung der Umsetzungsbedingungen - in Abhängigkeit von Niederschlag, Temperatur, Ausgangsmaterial und Position (auf Bodenoberfläche oder eingearbeitet) - modelliert.

Dieser Subfaktor verbessert nach eigener Ansicht das Defizit der USLE, die Aggregatstabilität und dessen Wirkung ausschließlich als bewirtschaftungsunabhängige Größe im K-Faktor abzubilden. Der Subfaktor kommt damit prinzipiell der gestellten Forderung entgegen, die Aggregatstabilität als eine durch die Zufuhr bzw. Veränderung der organischen Bodensubstanz veränderbare Größe im Erosionsprozess zu integrieren (siehe transiente Aggregatstabilität Agt1 Kap. 4.2). Ausgehend von den verfügbaren Beschreibungen zum Subfaktor kann davon ausgegangen werden, dass sich hierdurch beispielsweise die Auswirkungen der im Ökolandbau dominierenden organischen Düngung auf den Boden und dessen Erosionsanfälligkeit abbilden lassen. Gleiches gilt für Fruchtarteneffekte, die auf entsprechende Wirkungsmechanismen zurückzuführen sind.

Der in Kap. 4.2 entwickelte Aggregatparameter geht jedoch viel weiter (z.B. wegen der Integration der Kationenwirkung). Es sollte geprüft werden, ob er in RUSLE (oder rABAG, s.u.) integriert werden kann

Hinweis für die Anwendung der RUSLE unter Mitteleuropäischen Bedingungen:



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