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

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Das Ausmaß bzw. die Bedeutung dieses Stabilisierungsmechanismus ist dabei vom Ausgangsmaterial (dem Gestein bzw. dem Al-Gehalt), dem Tongehalt und den Tonmineralen, der Textur10, der organischen Bodensubstanz und weiteren Parametern (z.B. Kationenaustauschkapazität, pH-Wert) abhängig. Ein Einfluss durch die Bewirtschaftung ist auf dieser Ebene tendenziell eher langfristig über die Veränderung von Bodeneigenschaften bzw. merkmalen anzunehmen. Dabei stehen die – selten praktizierte – Zufuhr von Tonmineralen und die Zufuhr von einwertigen (K+, NH4+) bzw. zweiwertigen (Ca2+, Mg2+) Kationen als Düngungsmaßnahmen im Vordergrund. Wirkungen von Kalium bzw. Kaliumdüngern auf die Erodibilität des Bodens und den Bodenabtrag werden von Auerswald (1996) beschrieben: Auf der Grundlage von Untersuchungsergebnissen wurde gezeigt, dass eine Steigerung der K+Ionen am Austauscher zu höheren Bodenabträgen führt. Werden einwertige Kationen (K+ und NH4+) in den Zwischenschichten von hochgeladenen, aufweitbaren 2:1 Tonmineralen fixiert, so wirken diese nicht dispersiv. Werden sie hingegen an den Aussenschichten absorbiert, erhöhen sie die Dispersion und erhöhen die Erodibilität (Baldock & Kay 1987).

Auch Ammoniumdünger können Elemente der Bodenkolloide austauschen und damit zu einer Reduzierung der Aggregatstabilität beitragen (Davis et al. 2001). Auf der Grundlage umfangreicher Auswertung wurde von Auerswald (1996) ein Gleichung erstellt, die den Effekt einwertiger Kationen auf den K-Faktor beschreibt (vgl. Kap. 4.2). Höfer (1989) konnte diesen Zusammenhang in umfangreichen Beregnungsversuchen bestätigen: der K-Gehalt bzw. die K+Na-Sättigung des Austauschers korrelierte mit der Aggregatstabiliät, der Aggregatdichte und vor allem der Bodenerosion (r=0,70 bzw. r=0,80).

Die unterschiedlichen Bodenarten weisen aufgrund der Texturen und der damit verbundenen Porendurchmesser verschiedene „Ansatzpunkte‚ für die Aggregierungsmechanismen auf.

Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau Allgemein wird angenommen, dass Calcium Ton-Kationen-Humuskomplexe bildet und die Aggregatstabilität erhöht (Peele 1936, Myers 1937, Peterson 1947, Muneer & Oades 1989b, Clough & Skjemstad 2000 in: Six et al. 2004). Die hohe Stabilität carbonathaltiger Böden wird darauf zurückgeführt, dass Calcium in feinen Aggregaten den Ton durch Neutralisation dissoziierender Säuren vor der Dispersion schützt (Ojeda et al. 2008). Im Rahmen eines dreifaktoriellen Versuchs wurden auf verschiedenen Böden mit variierenden Tongehalten drei Applikationsmengen CaCO3 und drei Applikationsmengen org. Substanz kombiniert und die Effekte auf die Aggregatstabilität untersucht (Wuddivira & Camps-Roach 2007). Insbesondere auf tonreicheren Böden wurde bei den höheren CaCO3-Applikationsmengen eine verbesserte Aggregatstabilisierung gefunden. Grundsätzlich konnte eine Zunahme wasserstabiler Aggregate, als Maß der Aggregatstabilität, mit steigendem Ca2+-Gehalt gemessen werden.

Zurückgeführt wurde dies auf die reduzierte Dispersion und Quellverhalten des Tons (ebd.).

Die verbesserte Aggregierung lässt sich dabei u.a. durch stabile Verbindungen aus Ca2+Brücken begründen, die ebenfalls die Auslöser für den langanhaltenden, positiven Effekt der Kalkung auf die Bodenstruktur sind (vgl. Wuddivira & Camps-Roach 2007). Es muss davon ausgegangen werden, dass intensive Wechselwirkungen zwischen Ton (Gehalt, Tonmineral), Ca2+, organischer Substanz (Gehalt und zugeführte Menge) und Aggregatstabiliät von der Mineralogie des Ton abhängig sind (ebd.).

Höfer (1989) bestimmte mittels Beregnungsversuchen den Bodenabtrag von unbewachsenen Feldern, die langjährig ökologisch bzw. konventionell bewirtschaftet waren. Damit sind der K-Faktor der USLE und die bewirtschaftungsbedingte Veränderungen im Boden, die in der USLE dem C-Faktor zugeschlagen werden, erfasst. Er fand einen Zusammenhang (r=n=15) zwischen den P-Gehalten in der Krume und der Aggregatstabilität, die von 46ml bis 456ml/10min (Perkolationsstabilität) variierte. Er bestätigt damit Ergebnisse von Oades (1988), der auch einen erosionsfördernden Einfluss steigender P-Gehalte feststellte. Die Aggregatstabilität lässt sich durch die Einflussgrößen P-Gehalt, Tongehalt und organische Substanz zu 84% (r2) bestimmen. Einen signifikanten Zusammenhang zwischen Erodibilität und den Gehalten an organischer Substanz konnte Höfer (1989), wie auch Martin (1988), nicht finden.

Aggregate 2 µm Auf der „nächsten hierarchischen Ebene‚ (B) erfolgt die Bildung von Mikroaggregaten (2 µm). Zuvor gebildete Tonpartikel bzw. die organo-mineralischen Aggregate werden mit organischen Einheiten, z.B. Reststoffen der Mikroorganismen oder von Pilzen, verkrustet und stabilisiert. Diese als Humus-Ton-Komplexe bezeichneten Einheiten sind verhältnismäßig persistent und vom Gehalt der organischen Bodensubstanz sowie der Textur des Bodens abhängig.

Tisdall & Oades (1982) weisen auf „kurzlebige‚ Substanzen hin, die für die Aggregierung bedeutend sind (Ebenen B und C), aber verhältnismäßig schnell durch Mikroorganismen abgebaut werden. Die wichtigste Gruppe sind Polysaccharide, die bei der Zufuhr organischer Substanzen und deren Abbau durch Mikroorganismen oder, im Bereich der Rhizosphere, durch Wurzelausscheidungen und Mikroorganismentätigkeit gebildet werden. Morel et al. (1991) konnten allerdings auch Stabilisierungsprozesse der Aggregate durch eingebrachte Wurzelausscheidungen beobachten, die unbeeinflusst von der mikrobiellen Aktivität statt fand. Der enge Zusammenhang zwischen Aggregatstabilität und Gehalt an Polysacchariden konnte in verschiedenen Ländern (z. T. in unterschiedlichen Klimaten) mit unterschiedlichem Management bestätigt werden (z. B. Dalal & Henry 1988, Spaccini et al. 2004, Liu et al. 2005 in: dos Reis Martins et al. 2009).





Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau In einem Experiment von Liu et al. (2005) zum Einfluss nichtlegumer Zwischenfrüchte (Hodeum vulgare L, Secale cereale L., Lolium multiflorum Lam) auf die Menge löslicher und säurelöslicher Polysaccharide sowie der Aggregatstabilität konnte nachgewiesen werden, dass bereits nach einem Anbaujahr ein Anstieg der Aggregatstabilität durch den Input säurelöslicher Polysaccharide vorzufinden war. In Folge des Anbaus von Zwischenfrüchten werden die Menge ‚aktiver Polysaccharide‚ und bodenstabilisierenden Substanzen erhöht und durch den zusätzlichen Input von Kohlenstoff die Bodenmikroorganismen gefördert (Liu et al. 2005). Dies führt insgesamt zur Verbesserung der Aggregatstabilität (ebd.).

Aggregate 20 µm Auch auf der Ebene (C) sind Reststoffe von Pilzen und weitere Pflanzenrückstände als Aggregierungs- bzw. Bindungsstoffe von Bedeutung. Ähnlich wie beim vorherigen Prozess führen Verkrustungen von anorganischen Tonpartikeln mit organischen Partikeln zur Bildung größerer Aggregate. Neben Effekten von Pilzhyphen werden von Tisdall & Oades (1982) auch Bakterien und deren Ausscheidungsprodukte als bedeutende Bindungspartner dieser Ebene beschrieben. Allerdings werden von ihnen keine direkten Hinweise zu den Einflüssen durch die Bewirtschaftung angeführt.

Auch frisch eingebrachtes Pflanzenmaterial, z.B. durch Gründüngung oder Zwischenfruchtanbau, induziert eine erhöhte Aggregierung durch die Stimulation mikrobieller Organismen und deren Produktion von „Bindungsstoffen‚. Während des Abbaus des Pflanzenmaterials bzw. der organischen Substanz werden diese mit Tonpartikel und Ausscheidungsprodukten der Organismen zu stabilen Mikroaggregaten verkrustet. Mikrobielle Schleimstoffe und Ausscheidungsprodukte stabilisieren und schützen diese Aggregate im Weiteren zusätzlich (Six et al. 2004).

Die Ausscheidungen von Regenwürmern haben ausgeprägte Populationen von Bakterien,

Pilzen und Aktinomyceten, die Aktivität verschiedener Enzyme ist verstärkt und die Konzentration verfügbarer Nährstoffe erhöht. Sie weisen eine höhere Aggregatstabilität als der umgebende Boden auf. Die Stabilität ist jedoch vom Alter der Ausscheidungen abhängig:

Frisch ausgeschiedene Substrate verfügen über eine äußerst geringe Stabilität und werden erst mit zunehmender Trocknung und Alterung stabiler. Dafür ist wahrscheinlich eine Kombination von physikalischen und biologischen Prozessen verantwortlich (Haynes & Fraser 1998).

In einer Maisfruchtfolge wurden signifikant höher Stabilitäten als in einer Sojafruchtfolge gefunden (Whalen et al. 2003). Gründe hierfür sind der vergleichsweise geringe Gehalt an Phenolsäure (Huminsäure-Vorstufe) in den Soja-Bestandsabfällen, wodurch die stabilisierende Wirkung weniger stark ausgeprägt ist.

Basierend auf dem Modell der Bodenaggregierung gehen Tisdall (1994) davon aus, dass Mikroorganismen im Aggregierungsprozess aufgrund ihrer Größe (wenige Micrometer) nur zur Stabilisierung von Mikroaggregaten beitragen können. Makroaggregate werden demnach eher durch Wurzeln und Pilzhyphen stabilisiert (vgl. Bossuyt et al. 2001).

Aggregate 200 µm In Inkubationsversuchen mit Pilzen und Bakterien wurden die Auswirkungen des Wachstums der Organismen auf die Aggregatstabilität untersucht (Molope et al. 1987). Dabei konnten parallele Entwicklungen zwischen dem Wachstum und dem Rückgang der Pilzhyphen und der Aggregatstabilität gemessen werden. Im Vergleich zu ebenfalls untersuchten Bakterien konnte dadurch die besondere Effektivität der Pilze für den Aggregierungsprozess Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau verdeutlicht werden. Einschränkend bleibt festzuhalten, dass die Stabilisierung durch Pilze nur ein relativer kurzfristiger Effekt ist, der nach wenigen Wochen abnimmt, dann aber häufig durch Bakterien „übernommen‚ wird (ebd.). Dies deckt sich mit Annahmen, dass Pilze bzw. deren Hyphen die Bildung von Makroaggregaten durch die Vernetzung feinerer Partikeln initiieren (Molope et al. 1987, Bossuyt et al. 2001). In Böden mit entsprechenden Porensystemen (grobporige, sandige Böden) sind Pilze aufgrund dieser Mechanismen als bedeutende Aggregierer anzusehen.

Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau

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Abb. 3: Modell des Aggregat-Hierarchie-Konzeptes11 (Tisdall & Oades 1982, verändert) Aggregate 2000 µm Die größten Aggregate (Makroaggregate 200 µm) werden durch die Verflechtung von kleineren Makro- und Mikroaggregaten durch ein Netz aus Wurzeln und Hyphen gebildet (D).

Werden diese organischen Substanzen abgebaut ohne ersetzt zu werden, nimmt die Aggregatstabilität deutlich ab. Im Vergleich zu den vorangegangen Mechanismen ist hier von einer geringeren Wirkung mit zeitlicher Begrenzung auf wenige Wochen oder Monate (Molope et al. 1987) auszugehen. Die Wurzeln können in Kombination mit der Mykorrhiza ein feinmaDie Unterschiedlichen Mechanismen fässt Tisdall (1994) in einer späteren Arbeit in folgender Weise zusammen: Wurzeln und Hyphen, hauptsächlich Hyphen der Mykorrhiza, stabilisieren Makroaggregate ( 250 µm Durchmesser), während mikrobielle Rückstände und Pflanzenrückstände, Polysaccharide, Bakterien und anorganische Substanzen Mikroaggregate ( 250 µm Durchmesser) stabilisieren.

Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau schiges Netz (Wurzelgeflecht) formen, durch das Partikel zu Aggregaten zusammengehalten werden (Haynes & Francis 1993). Die Wurzeln wirken aber auch indirekt durch abgesonderte stabilisierende Substanzen (Wurzeln, Wurzelteile, Wurzelhaare und Exudate) (vgl. Latif et al.

1992, Six et al. 2004) die Bodenmikroorganismen fördern. Diese produzieren wiederum Polysaccharide (s.o.), denen ein hohes Potenzial zur Stabilisierung der Bodenaggregate zugewiesen wird (Lynch & Bragg 1985 in: Haynes & Francis 1993).

In Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass Ryegras und Luzerne gegenüber Mais12 zu einem deutlichen Anstieg der Aggregatstabilität führen (Reid & Goss 1981). Entgegen der von Reid & Goss (1981) beschrieben Annahme, dass Mais gegenüber den beiden anderen Früchten mehr organische Substanz in den Boden einbringt und sich die Effekte aus qualitativen Unterschieden ergeben müssen, ist doch wohl die Menge ausschlaggebend, da durch Mais ca. 9 dt TM ha-1, durch Luzerne und Ryegras ca. 30 – 35 dt TM ha-1 organische Substanz13 in den Boden eingebracht werden.



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