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

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Während einige Autoren das geringere Erosionsrisiko der ökologischen Anbausysteme vor allem auf die weiteren Fruchtfolgen zurückführen, betonen andere, dass die Wirkungen ökologischer Systeme wesentlich vielfältiger sind: Über die Fruchtfolge hinaus wirken diese durch spezifische Bodenbearbeitungsverfahren, die organische Düngung, die Mulchsaat und den Zwischenfruchtanbau positiv auf die Bodenstruktur. Dadurch wird die Infiltrations – und Retentionskapazität des Bodens erhöht und eine substantielle Reduktion des Erosionsrisikos erreicht (Kasperczyk & Knickel 2006). Arden-Clark & Hodges (1987) führen das beNach Auffassung der Autoren besteht bei einigen Quellen und Veröffentlichungen das Problem, dass „ökologische und konventionelle Bewirtschaftung‚ nicht einheitlich definiert ist. Somit ist die Vergleichbarkeit, Übertragbarkeit und Allgemeingültigkeit der Ergebnisse möglicherweise eingeschränkt!

Während Verfahren reduzierte Bodenbearbeitung in den USA schwerpunktmäßig in ökologischen Systemen erfolgt, sind sie in Mitteleuropa in konventionellen Systemen weiter verbreitet.

Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau sondere „Potenzial zum Erosionsschutz‚ des Ökolandbaus auf Effekte wie z. B. höhere Gehalte organischer Bodensubstanz und deren Erhaltung, die geringere Verdichtung der Böden, die höheren Anteile von Feldrändern, das Fehlen mineralischer Dünger und den Anbau „standortangepasster‚ Fruchtarten zurück.

Umfassend wurden die Effekte ökologischer Anbausysteme und die möglichen Ursachen für Modifikationen des Erosionsprozesses erstmals von Stolze et al. (2000) betrachtet. Sie sehen die Vorteile des Ökolandbaus in den vielfältigeren Fruchtfolgen, inklusive der höheren Anteile von Futterleguminosen und geringeren von Reihenfrüchten, der ausgeprägteren Verwendung von Zwischenfrüchten und Untersaaten sowie dem Einsatz organischer Dünger begründet. In Folge der organischen Düngung erwarten sie eine verbesserte Aggregatstabilität und Porenstruktur des Bodens, was durch die Erhöhung der Infiltration und der damit verbundenen Minderung des Oberflächenabflusses zu einem geringeren Erosionspotenzial führt. Gleichzeitig weisen sie darauf hin, dass einige Merkmale des Ökolandbaus auch zu einer Erhöhung der Bodenabträge führen könnten: Durch die mechanische Unkrautregulierung erfolgt eine häufigere Störung der Bodenstruktur und der Aggregate. Dadurch könnte die „Widerstandskraft‚ (Erodibilität) des Bodens, zumindest zeitweise, herabgesetzt sein.

Höhere Reihenabstände, z.B. bei der Aussaat von Getreide, reduzieren die Bodenbedeckung, wodurch ein abnehmender Bodenschutz zu erwarten ist. Auch auf die verzögerte Entwicklung der Kulturpflanzen, in Folge limitierter Stickstoffverfügbarkeit und des Krankheitsdrucks, wird in diesem Zusammenhang hingewiesen.

2.5 Ursachen für die modifizierenden Effekte des Ökolandbaus In Abb. 1 sind die Effekte und Ursachen des Ökolandbaus auf Erosion zusammengefasst und Wirkungsbereichen zugeordnet. So erfolgt die Beeinflussung des Erosionsprozesses über die angebauten Fruchtarten direkt über die Bodenbedeckung, die die Bodenoberfläche vor disaggregierenden Wirkungen erosiver Niederschläge (Splash-Effekt) schützt und die Loslösung von Bodenpartikeln und/oder Zerstörung von Bodenaggregaten verhindert. Damit wird ein bestimmter Zustand der Aggregatstabilität „erhalten‚. Bei einem Abflussgeschehen sind somit geringere Mengen transportierbarer Bodenpartikel vorhanden, wodurch die Bodenabträge reduziert sind9. Die Wirkung ist aber abhängig vom Niederschlagsgeschehen und daher vom Jahresgang der Erosivität. Auf der anderen Seite fördern z.B. Leguminosen die Aggregatstabilität. Dieser indirekte Wirkungsmechanismus erfolgt im Gegensatz zum Bodenbedeckungseffekt unabhängig vom Jahresgang der Erosivität, ist aber von der Bedeckung (Schattengare) abhängig.

Ein weiterer Wirkungsmechanismus geht über die Infiltrationskapazität. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Infiltrationsraten ökologischer Flächen 15 - 20% über einen Versuchszeitraum von 12 Jahren über denen konventioneller Flächen lagen (Pimentel et al.

2005) Dies bezieht sich streng genommen nur auf flächenhafte Erosionsformen (sheet erosion), da bei konzentrierten Abflüssen und linearen Erosionsformen (z.B. Rillen-, Graben- und Tunnelerosion) der Niederschlag für die Disaggregierung der Bodenaggregate unbedeutender ist.

Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau Abb. 1: Übersicht der Effekte und Ursachen des Ökologischen Landbaus auf Bodenerosion durch Wasser;

* in der entsprechenden Quelle war kein Ursachen-Wirkungszusammenhang angegeben Die Wirkungen lassen sich meist nicht auf einzelne Ursachen zurückführen. Das Anbausystem, die Fruchtarten (Kleegras) und deren Bestandsentwicklung (Aussaatzeiten, Bedeckungsverläufe usw.), die Düngung (Stallmist, Gülle, Kompost) und das Unkrautmanagement (Verzicht auf Pflanzenschutzmittel, mechanische Regulierung) wirken direkt und/oder indirekt auf den Bodenabtrag.

Im Folgenden werden die Wirkungsbereiche  Aggregatstabilität  Infiltration Und der Einfluss des Managements durch die Bereiche  Bodenbearbeitung  Kulturpflanzen  Düngung  Pflanzenschutz näher dargestellt.

Die Umsetzung in der ABAG In der ABAG werden diese Wirkungsbereiche im Wesentlichen auf den K- und C-Faktor wirken. Obwohl der K-Faktor nach der Modellphilosophie von der Bewirtschaftung unabhängig Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau sein soll, werden dort Bodeneigenschaften berücksichtigt, die möglicherweise durch den Ökolandbau verändert werden. Ein Beispiel ist die Veränderung der Infiltrationsrate. Diese wird im K-Faktor mit dem wasserdurchlässigkeitsabhängigen Anteil durch die Bestimmung der gesättigten Wasserleitfähigkeit berücksichtigt. Da dieser Wert in der Regel nicht gemessen, sondern aus der Auswertung von Tabellenwerken bestimmt wird (z. B. Sponagel 2005), können bewirtschaftungsbedingte Veränderungen nicht berücksichtigt werden. In diesem Zusammenhang weist Kainz (2007) darauf hin, dass Fehleinschätzungen bei Parametern der ABAG durch die Verwendung von Tabellenwerten entstehen können, die die speziellen Bedingungen im ökologischen Landbau nicht wiedergeben. Ähnliches gilt für den humusgehaltsbedingten Anteil des K-Faktors und dessen Wirkung auf die Aggregatstabilität. Da die Humusgehalte nur selten bekannt sind, werden auch hier meist Tabellen- oder Kartenwerte verwendet. Diese lassen nur eine grobe Einteilung zu und ermöglichen keine spezifische Aussage für ökologisch bewirtschaftete Flächen.





Die Aggregatstabilität ist bisher nicht explizit im K-Faktor umgesetzt. Zwar beinhaltet dieser einen aggregatgrößenabhängigen Anteil (Ka), allerdings ist dieser Parameter nicht mit der Aggregatstabilität gleichzusetzen, da hier die Größe der Aggregate (sehr feinkrümelig – blockig, plattig der fest) und nicht deren Stabilität berücksichtigt wird. Allerdings wird darauf hingewiesen, dass Ka durch die Bewirtschaftung beeinflussbar ist. Demnach weisen die durch intensive Bodenbearbeitung gebildeten Bodenaggregate gegenüber natürlichen eine geringe Aggregatstabilität auf, wodurch die Erosionsanfälligkeit erhöht ist (DIN 2003). Basierend auf der bisherigen Modellphilosophie stellt sich die Frage, ob die Aggregatstabilität im K-Faktor zu integrieren ist oder aufgrund der möglichen Beeinflussbarkeit durch die Bewirtschaftung in den C-Faktor gehört.

Im C-Faktor sind (kurzfristige) Veränderungen der Bodeneigenschaften abgebildet, allerdings sind diese in die (fruchtartenspezifischen) relativen Bodenabträge integriert und daher nicht isoliert zu quantifizieren. Aus diesem Grund ist ggf. die Realisierung von fruchtartenunabhängigen Korrekturfaktoren z.B. für die bewirtschaftungsbedingte Veränderung der Aggregatstabilität erforderlich. Die Integration abweichender Bodenbedeckungen bzw. von Bedeckungsverläufen in den C-Faktor ist prinzipiell möglich.

Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau 2.5.1 Die Aggregatstabilität In zahlreichen Veröffentlichungen wird von einer engen Korrelation zwischen Bodenerodibilität und der Aggregatstabilität ausgegangen (Wischmeier & Mannering 1969, Egashira et al.

1983, Mulla et al. 1992, Six et al. 2000, Goulet et al. 2004). Steigende Aggregatstabilität führt demnach zu einem direkten Rückgang der Erodibilität des Bodens (vgl. Kemper et al.

1987, Barthés & Roose 2002, Le Bissonnais & Arrouays 1997, Kasper et al. 2009). Diese Beziehung konnte in zahlreichen Ansätzen wie Labor- und Feldmessungen, auf verschiedenen Standorten und sogar mit unterschiedlichen Methoden zur Bestimmung der Aggregatstabilität nachgewiesen werden (Barthés & Roose 2002).

Die Wirkung und Bedeutung der Aggregatstabilität geht aber über die Erhöhung der Erodibilität hinaus und beeinflusst sogar weitere Aspekte des Erosionsgeschehens. Durch steigende Aggregatstabilität wird beispielsweise die Belastbarkeit des Bodens gegenüber Verdichtungen verbessert. Zusätzlich wird die Anfälligkeit gegenüber der Krustenbildung, die zu einer Versiegelung des Oberbodens führen kann und die Infiltration vermindert, herabgesetzt (vgl. Tisdall & Oades 1982, Le Bissonnais & Arrouays 1997, Sainju et al. 2003, Wuddivira & Camps-Roach 2007). Speziell auf schwach strukturierten Böden nimmt die Infiltrationskapazität durch die Disaggregierung der oberen Bodenschicht in Folge von Regentropfen und Abfluss ab (Arden-Clark & Hodges 1987). Die Wirkungen der Aggregatstabilität im

Erosionsprozess lassen sich in folgender Weise zusammenfassen (Barthés & Roose 2002):

Hohe Aggregatstabilität vermindert die Zerstörung und Verlagerung von Bodenpartikel, reduziert dadurch die Oberflächenverschlämmung und trägt zur Erhaltung der Infiltrationskapazität bei. Der wirksame Oberflächenabfluss ist reduziert. Die Schichtdicke des Oberflächenabflusses ist höher und die Auslastung der Transportkapazität niedriger. Der Sedimentgehalt ist niedrig und begrenzt die Erosionsmenge (s. Auerswald 1993). Aufgrund dieser hohen Bedeutung der Aggregatstabilität ergibt sich die Frage, wie der Prozess der Aggregierung von Bodenpartikeln erfolgt und wie Bewirtschaftung diese beeinflusst.

Ein umfangreicher Überblick zur Aggregierung von Bodenpartikeln wird von Six et al. (2004) gegeben. Daraus ist festzuhalten, dass die Aggregierung nicht auf eine Einflussgröße zurückzuführen ist, sondern von mehreren Faktoren und deren Interaktionen abhängig ist. Diese Faktoren können als die Bodenfauna, die Bodenmikroorganismen, die Wurzeln und Hyphen, anorganischen Bindungsstoffe und Umweltvariablen (z. B. Bodenmerkmale, Feuchtigkeit usw.) zusammengefasst werden (Abb. 2). Die Bedeutung der einzelnen Faktoren ist dabei von den Böden und der betrachteten Skala abhängig.

Tisdall & Oades (1982) haben ein konsistentes Modell der Aggregatbildung entworfen. Dieses wird im Folgenden verwendet. Mit ihrem Aggregat-Hierarchie-Konzept beschreiben sie, dass die Aggregierung von Bodenpartikeln auf unterschiedlichen hierarchischen Ebenen (Skalen) durch verschiedenen Aggregierungsmechanismen bzw. Bindungsstoffen erfolgt. Es wird zwischen primären Bodenpartikeln, Mikro- und Makroaggregaten unterschieden.

Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau Abb. 2: Interaktionen und Wechselwirkungen der Einflussfaktoren auf die Aggregierung des Bodens (Six et al. 2004) Aggregate 0,2 µm Auf der untersten hierarchischen Ebene (A) erfolgt die Bindung primärer Bodenpartikeln durch elektrostatische Phänomene bzw. physikalische Mechanismen, bei denen z.B. Aluminiumsilicate, verschiedene Ionen, Oxide oder organische Polymere zwischen Tonmineralen gebunden werden (Abb. 3). Diese werden zu Aggregate „zusammenzementiert‚ (kleinste Aggregate 0,2 µm). Diese Bindungsform wird von Tisdall & Oades (1982) als dauerhafter und besonders stabiler (persistenter) anorganischer Mechanismus beschrieben, der hauptsächlich aus abgebauten aromatischen Huminstoffen mit Eisen sowie Aluminium (Oxiden bzw.

Silikaten) organo-mineralische Komplexe bildet. In dieser Form können im Boden bedeutende Mengen (52 - 98 %) der organischen Bodensubstanz vorliegen.



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