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

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In einer aktuellen Studie wird geschätzt, dass die derzeitigen Bodenabträge im Mittel landwirtschaftlicher Flächen weltweit über 6 t ha-1 a-1 betragen (Wilkinson & McElroy 2007). Setzt man optimistische Bodenneubildungsraten von 0,5 - 2 t ha-1 a an (Arden-Clarke & Hodges 1987 a, Botscheck et al. 1997), so ist die Bodenbewirtschaftung, bezogen auf diesen globalen Maßstab, als nicht nachhaltig anzusehen.

Erosion ist dabei ein natürlicher Prozess, der mit geringeren Abtragsraten auch unter ungestörten Bedingungen, z.B. in vom Menschen unbeeinflussten Ökosystemen, stattfindet. Der Prozess der Bodenerosion – die Ablösung und der Transport von Bodenteilchen – wird in Abhängigkeit vom Transportmedium in Wassererosion und Winderosion unterteilt. Abschätzungen zum Umfang der Erosionsformen zeigen, dass die Wassererosion die weit größere Bedeutung aufweist (Oldeman et al. 1990, Heimlich & Bills 1986). Winderosion ist vor allem in Regionen mit hohen Windgeschwindigkeiten und einer zumindest zeitweise negativen klimatischen Wasserbilanz von Bedeutung (BMVEL 2001). Aufgrund der in Deutschland lediglich regionalen Bedeutung bleibt die Winderosion daher in der nachfolgenden Betrachtung unberücksichtigt.

Die Aktivitäten des Menschen, insbesondere die Landwirtschaft, führen zu einer Verstärkung des natürlichen Prozesses (vgl. Arden-Clarke & Hodges 1987 a). Dabei führen Störungen der Vegetation und unbedeckte Böden zur Erhöhung der Bodenabträge. Die Einflussgrößen auf der Ebene des landwirtschaftlichen Betriebes sind die angebauten Kulturen und die Bewirtschaftungsmaßnahmen. Durch diese werden die Bodenbedeckung, der Schutz der Bodenoberfläche und der Oberflächenabfluss modifiziert (vgl. Auerswald & Schwertmann 1990, Auerswald & von Perger 1998). Zusätzlich zu den Anbaumaßnahmen wird die Erosion auch durch die Landschaftsstruktur beeinflusst. So ist für das Erosionsgeschehen die Ausstattung der Landschaft mit Strukturelementen (Hecken, Raine, Terrassen, …) von großer Bedeutung, da diese den Oberflächenabfluss ebenfalls entscheidend beeinflussen können.

2.2 Modellierung der Bodenabträge durch Wasser Bodenabträge können aus der Menge des Oberflächenabflusses einer definierten Fläche und dem darin enthaltenen Sediment errechnet werden. Dies ist aufwändig und nur in Forschungsvorhaben durchzuführen. Der ermittelte Bodenabtrag bezieht sich ausschließlich auf die spezifischen Bedingungen der Untersuchung (z. B. Niederschlagsmenge, die Bodeneigenschaften, der Bewirtschaftung usw.). Um Bodenabträge für künftige bzw. für abweichende Situationen abschätzen zu können und die Wirksamkeit von Gegenmaßnahmen zu prüfen, ist der Einsatz von Modellen nötig.

Für prognostische Aussagen zur Bodenerosion wurden zahlreiche Erosionsmodelle entwickelt, die sich bezüglich der Modellphilosophie, der verwendeten Daten, Komplexität und Modellaussagen unterscheiden. Einen Überblick über die verfügbaren Modelle geben Michael (2000) oder Deinlein & Schoger (1997). Grundsätzlich lassen sich die Erosionsmodelle Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau in empirisch-mathematische und physikalisch-deterministische Modelle3 einteilen (vgl. Murschel & Clemens 1995, Bork 1991, Bork & Schröder 1996, De Roo 1996, Schäuble 1999).

Empirisch-mathematische Modelle basieren auf statistischen Auswertungen von Testflächenmessungen, bei denen die wichtigsten Einflussparameter auf die Bodenerosion bestimmt werden. Hauptmangel dieser Modelle ist, dass sie außerhalb ihrer Testgebiete nur begrenzt gültig sind. Bei Anwendung in anderen Regionen müssen die zugrunde liegenden Parameter modifiziert werden, um den veränderten Verhältnissen zu entsprechen (Saupe 1985, Schwertmann et al. 1987). Vorteilhaft erweist sich, dass diese Modelle einen geringen Parametrisierungsaufwand aufweisen und leicht anzuwenden sind.

Physikalisch-deterministische Erosionsmodelle bilden das Erosionsgeschehen anhand physikalischer und hydrologischer Gesetzmäßigkeiten ab (Schmidt et al. 1996, Foster 1988).

Aufgrund der hohen räumlichen und zeitlichen Variabilität des Erosionsprozesses weisen die erosionsrelevanten Parameter eine große Variabilität auf, wodurch der Parametrisierungsaufwand mit zunehmender Prozessorientierung steigt. Prozessorientierte4 Modelle haben daher hohe Datenanforderungen, weshalb die Datenerhebung und die Anwendung aufwändig sind (Kinnel 2001).

Aus der Fülle der Modelle wurde die Allgemeine Bodenabtragsgleichung (ABAG) ausgewählt (empirisches Modell), da sie als

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2.3 Die Allgemeine Bodenabtragsgleichung Die ABAG ist die von Schwertmann et al. (1987) übersetzte und an deutsche Verhältnisse angepasste Universal Soil Loss Equation (USLE), die von Wischmeier & Smith (1978) entwickelt wurde. Bei der USLE handelt es sich um ein empirisches Modell, das den langjährig mittleren Bodenabtrag5 (A) durch die Multiplikation der 6 Faktoren R, K, L, S, C und P berechnet. Da die ABAG bereits mehrfach ausführlich beschrieben wurde (Schwertmann et al.

1987) und als DIN-Norm vorliegt (DIN 2003), wird in diesem Bericht auf eine detaillierte Beschreibung des Modells verzichtet. Die ABAG wird daher verkürzt vorgestellt und einige für das Projektziel relevante Aspekte hervorgehoben.

Einige Autoren führen als weitere Gruppe noch stochastische Modelle an, die z.B. die hydrologischen Messwerte als Zufallserscheinungen deuten (z.B. Murschel & Clemens 1995).





Die physikalisch begründeten Modelle werden häufig auch als „prozessorientiert‚ beschrieben, da hier die Prozesse der Erosion die Grundlage der Erosionsabschätzung bilden.

Bezeichnung ist durch die DIN 19708 gegeben und hebt hervor, dass sich die ermittelten Bodenabträge auf einen Zeitraum längeren Zeitraum (25 Jahre) beziehen.

Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau Der R-Faktor beschreibt die gebietsspezifische Erosionskraft (Erosivität) der Niederschläge und wird aus der kinetischen Energie und der Niederschlagscharakteristik berechnet. Die Angaben basieren auf langjährig durchschnittlichen Daten zum Niederschlagsgeschehen.

Durch den K-Faktor wird die Erodibilität des Bodens, als Maß für dessen Stabilität gegenüber erosiver Niederschläge, ausgedrückt. Die Erodibilität ist dabei von verschiedenen Bodeneigenschaften abhängig. Der K-Faktor ergibt sich aus einem bodenartabhängigen Anteil (Kb), dem humusgehaltsabhängigen Anteil (Kh), dem aggregatgrößenabhängigen Anteil (Ka), dem wasserdurchlässigkeitsabhängigen Anteil (Kd) und dem grobbodenbedeckungsabhängigen Anteil (Ks)6. Diese Bodeneigenschaften werden für den K-Faktor als charakteristisch verstanden, wenn sie sich langfristig nicht oder nur wenig ändern. Kurzfristige Veränderungen von Bodeneigenschaften, z. B. in Folge der Bewirtschaftung, werden im C-Faktor berücksichtigt.

Der Bodenabtrag einer Fläche erhöht sich mit zunehmender Hanglänge und Hangneigung.

Da die Modellentwicklung auf standardisierten Parzellen mit einer Länge von 22 m und 9 % Gefälle erfolgte, müssen Abweichungen der Topographie entsprechend berücksichtigt werden. Der L-Faktor beschreibt in diesem Zusammenhang das Verhältnis des Abtrages eines Hanges beliebiger Länge zu einem Standardhang mit 22 m Länge. Unter der Hanglänge wird dabei die Strecke verstanden, die zwischen dem Ort liegt, an der der Oberflächenabfluss einsetzt und dem Ort, an dem am Unterhang die Sedimentation beginnt bzw. das Wasser in einen Vorfluter eintritt. Der S-Faktor gibt das Verhältnis des Bodenabtrages eines Hanges beliebiger Hangneigung zu dem des Standardhanges mit 9% Neigung unter sonst gleichen Bedingungen an.

Der C-Faktor bildet den Einfluss der Bewirtschaftung auf die Erosion ab, wobei er den Bodenabtrag relativ zum Abtrag einer langjährigen Schwarzbrache angibt. Die Wirkungen erfolgen dabei auf zweierlei Wegen: In Folge der Bedeckung des Oberbodens (z.B. durch die angebaute Kultur) erfolgt ein Schutz des Bodens vor der zerschlagenden Wirkungen des Niederschlages. Dieser Effekt ist von der Kultur und deren Pflanzenentwicklung abhängig.

Zusätzlich wird der Boden, insbesondere die Ackerkrume, durch die Bewirtschaftung (Bodenbearbeitung, Befahrung usw.) verändert. So führt die Lockerung der Bodenoberfläche, z.B. als Resultat einer Pflegemaßnahme wie dem Striegeln, zu einer Modifikation der Aggregatstabilität. Beide Wirkungspfade werden im Modell als integrative Merkmale der Furchtarten interpretiert und in Form der relativen Bodenabträge (RBA) durch fruchtartenspezifische zeitliche Verläufe beschrieben.

In der Praxis werden zum Teil spezifische Schutzmaßnahmen (Kontur-, Streifennutzung…) gegen Erosion ergriffen. Um diese ebenfalls berücksichtigen zu können, wurde der P-Faktor in die ABAG integriert. Dieser gibt das Verhältnis des Bodenabtrags an, das bei Anwendung der entsprechenden Maßnahmen im Vergleich zu einer Situation ohne Maßnahmen zu erwarten wäre.

Eine der wesentlichen Fragestellung des Projektes war die Eignung der ABAG für die Abschätzung der Wassererosion im ökologischen Landbau. Ergebnisse haben gezeigt, dass Messwerte und Modellergebnisse zu den Bodenabträgen konventioneller Betriebe gut übereinstimmen (Abweichungen ± 10%), im Ökolandbau hingegen deutliche Abweichungen (± 90%) vorliegen können (vgl. Kainz 2007). Dies weist darauf hin, dass Effekte, die den Bodenabtrag bei ökologischer Bewirtschaftung modifizieren, nicht oder nur unzureichend in der USLE/ABAG berücksichtigt sind. Welche Aspekte im Einzelnen dafür verantwortlich sein können, wird im Folgenden beschrieben.

Die Gleichung zur Berechnung des K-Faktors lautet: K = (Kb ∙ Kh + Ka + Kd) ∙ Ks (DIN 2003).

Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau

2.4 Einfluss des ökologischen Landbaus auf die Bodenerosion Bisher wurden wenige Arbeiten zum Thema „Bodenerosion und Ökolandbau‚ veröffentlicht.

Bis auf Heindl (1991) und Höfer (1989) gehen die verfügbaren Quellen von einem reduzierenden Einfluss des Ökolandbaus auf die Bodenerosion aus. Ein Teil der Autoren beschreibt sogar als allgemein anerkannt, dass der Ökolandbau zu einer Abnahme der Bodenabtragsraten führt (z.B. Mulla et al. 1992). Gleichzeitig ist bisher jedoch nur wenig über die Auslöser dieser Effekte bekannt (ebd.).

In Langzeitversuchen zu verschiedenen Anbausystemen wurde anhand des Vergleichs von Oberbodenmächtigkeiten nachgewiesen, dass ökologisch bewirtschaftete Parzellen signifikant geringere Bodenabträge aufweisen (Reganold et al. 1987). Dieser Effekt wurde den leguminosenbasierten Fruchtfolgen im Ökolandbau zugesprochen. Demnach ist vor allem der Einfluss des Anbausystems über die organische Bodensubstanz und Bodenstruktur ausschlaggebend (ebd.). Als ein weiterer Grund für den reduzierenden Effekt werden die positiven Wirkungen des Ökolandbaus auf die Bodenmikroorganismen und die damit einhergehende Erhöhung der Bodenstabilität angeführt. Diese wies in den Untersuchungen, gemessen über die Aggregatstabilität, eine hohe Korrelation mit dem Vorkommen von Regenwürmern und der mikrobiellen Biomasse auf (Niggli et al. 2007). Zum Teil werden aber auch veränderte Bodenbedeckungen, z.B. durch die Verwendung von Gründüngung, als Ursachen für die Abweichungen in der Erosionsproblematik zwischen ökologisch und konventionell bewirtschafteten Flächen7 beschrieben (Siegrist et al. 1998).

Für den Mittleren Westen der USA wurden in einer Studie Unterschiede zwischen ökologischen und konventionellen Anbausystemen bezüglich der Bodenerosion festgestellt (Lockeretz et al. 1981). Unter sonst gleichen Bedingungen, weisen ökologische Systeme demnach nur etwa ein Drittel der Wassererosion auf (ebd.). Als Gründe für diese Differenzierung werden neben der Verwendung von Kleegras und „Wechselgrünland‚ innerhalb der ökologischen Fruchtfolgen auch die Form der Bodenbearbeitung angegeben. In Folge reduzierter Bodenbearbeitungsverfahren der ökologisch bewirtschafteten Flächen8, wird ein verbesserter Erosionsschutz angenommen.

Beim Vergleich von Bodenschutzindices (Soil Protection Index), zur Abschätzung des Erosionsrisikos ökologischer, integrierter und konventioneller Anbausysteme, fanden Hausheer et al. (1998) für die ökologischen und integrierten Systeme deutlich höhere (=günstigere) Werte. Diese entsprechen einer Reduktion auf ein Niveau von 80% bzw. 85% des Erosionsrisikos der konventionellen Systeme.

Auerswald et al. (2003) kommen in einer Studie zu dem Ergebnis, dass die Erosion im Ökolandbau viel geringer als im konventionellen Anbau ist.



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