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

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Die grundsätzliche Bedeutung der OBS im Erosionsgeschehen wird auch durch die Integration in der ABAG deutlich: Hier wird sie als humusgehaltsabhängiger Anteil des K-Faktors betrachtet, der die Erodibilität des Bodens beeinflusst. Dabei wird angenommen, dass steigende Humusgehalte die Bodenerodierbarkeit linear senken. Der Humusgehalt wird im Rahmen der Berechnung des K-Faktors nur selten analytisch18 bestimmt, sondern durch die Verwendung von Tabellen- oder Kartenwerken abgeleitet. Dies erweist sich insbesondere unter ökologischen Anbaubedingungen als problematisch, da von zahlreichen Autoren höhere Humusgehalte ökologisch bewirtschafteter Ackerflächen, gegenüber konventionellen Vergleichsflächen, beschrieben werden (z. B. Schlichting 1975, Lockeretz et al. 1981, Schruft et al. 1982, Weiß 1988, Capriel 2006, Fließbach et al. 2007). Beim Vergleich von „alternativ‚ wirtschaftenden mit konventionellen Betrieben, wiesen Erstere im Mittel um 0,2 % höher Humusgehalte auf (Weiß 1988). Da Ökoflächen demnach häufiger höhere OBS-Werte erreichen können als in Standardwerken beschrieben wird sollte angestrebt werden, die Bodenerodibilität bzw. den K-Faktor mit gemessenen Bodendaten zu errechnen (Kainz 2007).

2.5.1.2 Trockungs- Befeuchtungszyklen In Folge eines Trockungs- Befeuchtungszyklus kann eine Abnahme der Aggregierung des Bodens einsetzen (Utomo & Dexter 1982). Es wird angenommen, dass dieser Effekt mit ausgeprägterem Wechsel des Wassergehaltes an Bedeutung zunimmt (ebd.). Hierbei muss jedoch die Vorbehandlung des Bodens berücksichtigt werden: Während ungestörte Böden – Untersuchungen hierzu wurden aufgrund des Aufwandes nicht durchgeführt, würden aber eine sinnvolle Ergänzung zur Interpretation der Ergebnisse sein.

Im Labor kann der organischen Kohlenstoff (Corg) analytisch bestimmt und anschließend mit 1,72 zum Humusgehalt multipliziert werden.

Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau keine Bodenbearbeitung – durch solche Zyklen eher destabilisiert werden, erfolgt auf durch Bodenbearbeitung gelockerte Böden eine Stabilisierung. Der Effekt wird darauf zurückgeführt, dass durch die beim Prozess auftretenden Kräfte Schwachstellen wie Schrumpfungsrisse (Mikrorisse) entstehen, die primäre Ausgangspunkte für weitere Aggregierungsprozesse sind. Six et al. (2004) beschreiben, dass bewachsene Böden, die über einen definierten Zeitraum feucht gehalten und so Trocknungs-Befeuchtungszyklen ausgeschlossen wurden, im Vergleich zu periodisch austrocknenden Böden eine um 10 – 20 % reduzierte Aggregierung zeigten. Speziell Trocknungsvorgänge im Wurzelbereich bewirken in Kombination mit den Ausscheidungen eine Verstärkung der Aggregatstabilität (dos Reis Martins et al. 2009).

Dabei erhöht die Trocknung die Effektivität der Bindungsstoffe durch die verbesserte Sorption an den mineralischen Oberflächen (ebd.).

Ein ähnlicher Effekt kann bei Frost-Tauzyklen beobachtet werden. Unter der Einwirkung von Frost kann in Abhängigkeit der Ausgangsbedingungen sowohl eine Abnahme, als auch eine Zunahme der Aggregierung erfolgen (Six et al. 2004). Speziell bei höherer Bodenfeuchte können durch Frost gebildete Eiskristalle in den Poren zu einer Zerstörung der „PartikelPartikel-Bindungen‚ führen, wodurch in erster Linie Makroaggregate beeinflusst werden. Die Bedeutung dieses Prozesses ist von der Ausgangsfeuchte, den Standort bzw. Bodenmerkmalen und dem Gehalt der organischen Bodensubstanz abhängig (ebd.).

2.5.1.3 Körnung und Tonmineralogie Dos Reis Martins et al. 2009 weisen darauf hin, dass die Art der Tonminerale einen wesentlicher Faktor zur Erklärung der Aggregatstabilität sind. Diese erklären, warum bei manchen Untersuchungen enge Korrelationen zwischen Tongehalt und Aggregatstabilität gefunden wurden (z.B. Kiem & Kandeler 1997, r = 0,47), für die organische Bodensubstanz (r = 0,34) bzw. lösliche Polysaccharide (r = 0,38) hingegen nur schwache.

Bei Untersuchungen von Glukose und Stickstoffzugaben wurde die größte Zunahme der Aggregatstabilität in sandigen Böden (37,7 %) erzielt. Danach folgten lehmige (28,9 %) und tonige Böden (23,3 %). Kiem & Kandeler (1997) sehen diese Ergebnisse in voller Übereinstimmung mit Aussagen von Oades (1993 in: Kiem & Kandeler 1997), dass die Tätigkeiten und Ausscheidungen von Mikroorganismen relevanten stabilisierenden Einfluss ausüben, dieser Effekt aber besonders in geringer aggregierten Böden (hier sandig) von großer Bedeutung sind. Generell wird daher davon ausgegangen, dass in Böden mit geringen physico-chemischen Bindungsmechanismen organismenbezogene Stabilisierungsprozesse eine höhere Bedeutung für die Aggregatbildung und Stabilisierung haben (Kiem & Kandeler 1997).

Der Einfluss der Mineralogie auf die Aggregierung in Abhängigkeit von variierendem Bodenmanagement konnte von Six et al. (2000) nachgewiesen werden. In Untersuchungsvarianten, die durch Dreischicht-Tonminerale dominiert wurden, nahm die Aggregatstabilität mit der Bearbeitungsintensität ab (natürliche unbearbeitet konservierend pfluglos konventionell pflügende). Varianten mit einem „Mix‚ unterschiedlicher Tonminerale reagierten hingegen kaum auf die Bearbeitungen und blieben bezgl. ihrer Aggregatstabilitäten verhältnismäßig konstant. Diese Unterschiede sind wahrscheinlich insbesondere auf die Anwesenheit von Eisen- und Aluminiumoxide und deren stabilisierenden Effekt zurückzuführen (ebd.).





Im Weiteren weisen Six et al. (2000) darauf hin, dass Böden mit bedeutenden Mengen an Oxiden und der Dominanz von Zweischicht-Tonmineralen weniger an Aggregatstabilität durch die Abnahme der organischen Bodensubstanz verlieren, als dies bei Dreischicht-TM dominierten Böden der Fall ist (ebd.). Aggregierungsmechanismen der organischen Substanz, sind in oxidreichen Böden wesentlich unbedeutend, da hier vor allem die Oxide den Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau Bindungsprozess dominieren (Lamar & Bresson 1989, Oades & Waters 1991, Rhoton et al.

1998 in: Six et al. 2004). Während die Aggregatstabilität von Zweischicht-Tonminerale insbesondere durch die Bindungsmöglichkeiten des Minerals bestimmt wird, wird die von Dreischicht-Tonmineralen durch mehrwertige organisch-mineralische Komplexe und negativ geladene Tonplättchen geprägt. Basierend auf diesen Ergebnissen fassen Six et al. (2004) zusammen, dass der Effekt der Stabilisierung in Abhängigkeit vom Tonmineral gesehen werden muss. Während die Aggregatstabilität von Böden mit Zweischicht-Tonmineralen19 mit dem Tongehalt zunimmt, nehmen bei Dreischicht-Tonmineralen dominierten Böden disaggregierende Mechanismen bei steigendem Tongehalt zu und führen zu einer Herabsetzung der Aggregatstabilität (Wuddivira & Camps-Roach 2007).

2.5.1.4 Mechanismen der Aggregatzerstörung / Disaggregierung Im Zusammenhang mit der Aggregierung von Böden sind verschiedenen Mechanismen der Aggregatzerstörung bzw. Disaggregierung zu betrachten. Nur wenn diese ebenfalls bekannt sind, kann eine umfassende Abschätzung der Wirkungen landwirtschaftlicher Aktivitäten erfolgen. Eine der ersten Arbeit die analog zum Modell der Aggregierung einen umfassenden

Überblick über verschiedene Mechanismen der Disaggregierung gibt, wurde von Le Bissonnais (1996) verfasst. In der Arbeit werden vier Hauptmechanismen unterschieden (vgl. Barthés & Roose 2002, Wuddivira & Camps-Roach 2007):

- Dispersion: Elektrostatisch-physikalische Bindungsprozesse werden durch die Zufuhr von Ionen und den damit entstehenden osmotischen Stress beeinflusst, wodurch solche Bindungsmechanismen ggf. gelöst werden können (Emerson 1967, Shainberg 1992, Sumner 1992 in: Le Bissonnais 1996).

- Quell- und Schrumpfungsprozesse: Vor allem tonreiche Böden mit quellfähigen Tonmineralen können in Folge von Trocknungs- und Befeuchtungsprozessen disaggregiert werden. Dies geschieht dadurch, dass Wasser in die Bodenschichten eingelagert wird, dadurch der Quelldruck zunimmt und so bestehende Aggregate zerstört werden. Trocknen solche Böden aus, führt die Volumenabnahme durch Schrumpfung zur Bildung Rissen (vgl. Trockungs- Befeuchtungszyklen) (Utomo & Dexter 1982, Le Bissonnais 1996).

- Luftsprengung: Bei lufttrockenen Aggregaten wird durch eindringendes Wasser in den Poren befindliche Luft eingeschlossen und komprimiert. Erfolgt die Befeuchtung dabei zu schnell, werden Aggregate durch den ansteigenden Druck gesprengt (Utomo & Dexter 1982, Kemper et al. 1987, Le Bissonnais 1996, Zhang & Hartge 1992, Auerswald 1993).

- Tropfenschlag (Splash): Während eines Niederschlages führen Aufschlagereignisse von Regentropfen auf der ungeschützten Bodenoberfläche zu Zerstörungen von Aggregaten. Mit steigender Niederschlagsintensität nimmt die abgegeben kinetische Energie und damit die zerstörende Wirkung zu (Hintermaier-Erhard & Zech 1997, Six et al. 2000).

In diesem Zusammenhang beschreiben sie diese als nichtquellende, kristalline Tone.

Anpassung bestehender Methoden zur Abschätzung der Bodenerosion an den Ökolandbau 2.5.2 Die Infiltration Regenwürmer können Gangsysteme anlegen, durch die die Infiltration entscheidend verbessert werden kann (Six et al. 2004), der Oberflächenabfluss und die Erosion verringert werden können (vgl. Arden-Clarke & Hodges 1987 a, Six et al. 2004). Auf ökologisch bewirtschafteten Flächen wurden Infiltrationskapazitäten gemessen, die gegenüber konventionellen um 30 – 140% höher lagen. Dadurch kann im Erosionsprozess eine Limitation der Transportkapazität erfolgen, wodurch Sedimentation von Bodenpartikel einsetzt (Siegrist et al. 1998). Während der Grabtätigkeit wird auf die Gangwände Druck ausgeübt und diese werden mit Schleim verklebt. Dadurch zeichnen sich die Gänge durch eine zusätzliche Stabilität aus (Six et al. 2004).

2.5.3 Der Einfluss des Managements Die Aggregierung des Bodens wird seitens der Landwirtschaft bzw. der Bewirtschaftungsmaßnahmen durch die Bodenbearbeitung, das Anbausystem sowie vom Düngungssystem beeinflusst (Whalen et al. 2003). Hier wird zudem der Pflanzenschutz betrachtet.

2.5.3.1 Bodenbearbeitung Tisdall & Oades (1980), Hollender et al. (2005), Mentler & Spiegel (2006), Kasper et al. (2009) gehen davon aus, dass intensive Bodenbearbeitungssysteme zu einer Abnahme der Aggregatstabilität und der Mengen organischen Kohlenstoffs und Stickstoffs führen. Intensive Bodenbearbeitung, insbesondere wenn sie über längere Zeiträume erfolgt, führt auch zu Bodenverdichtung (Liu et al. 2005).

Signifikant höhere Gehalte organischer Bodensubstanz fanden Álvaro-Fuentes et al. (2009) bei pfluglosen und reduzierten Bodenbearbeitungssystemen in der oberen Bodenschicht (0cm), die höchste Aggregatstabilität wurde in der pfluglosen Variante gemessen. Durch die fehlende Einmischung der pflanzlichen Rückstände besteht auf der Bodenoberfläche eine positiv wirkende Mulchschicht, die die Bodenoberfläche zusätzlich vor Disaggregierung schützt (ebd., vgl. Lockeretz et al. 1981). Bereits nach 2 Jahren zeigte sich bei reduzierter Bearbeitung eine deutlich höhere Aggregatstabilität (Six et al. 2000), um 63% verringerte Bodenabträge und um 27% reduzierte Oberflächenabflüsse (Rasia & Kay 1995).

Bei den meisten Untersuchungen werden Langzeiteffekte betrachtet, obwohl nach Utomo und Dexter (1981 in: Utomo & Dexter 1982) direkt nach der Bodenbearbeitung eine Periode mit signifikant geringerer Aggregatstabilisierung vorzufinden ist. Molope et al. (1987) finden unmittelbar nach der Bearbeitung eine kurzzeitige Stabilisierung der Aggregate. Durch die Durchmischung von Bodenpartikeln und bessere Sauerstoffverfügbarkeit werden organische Substanzen für Mikroorganismen metabolisch verfügbar gemacht, die zuvor durch Stabilisierungsmechanismen geschützt waren. Aufgrund dieser „neu verfügbaren‚ Energie bzw. Nahrung steigt die mikrobielle Aktivität an und führt zu einer „Reformierung‚ organischer Bindungsmechanismen (vgl. Tisdall & Oades 1982, Utomo & Dexter 1982).

Fiener & Auerswald (2007) untersuchten Bodenabträge, Aggregatstabilität, Bodenbedeckung und Oberflächenrauigkeit in Weizen nach Mais bzw. Kartoffeln. Die Bodenabträge im Kartoffelweizen waren 4mal höher als im Maisweizen. Dies ist wohl fast ausschließlich der Aggregierung bzw. Aggregatstabilität zuzuschreiben, die durch den Rodevorgang – einer besonderen Art der „Boden-Bearbeitung‚ - intensivste beansprucht wird. Auch Fräsen, Kreiseleggen usw. (z.B. bei der Saatbettbereitung) führen zu einer verstärkten Zerstörung von Bodenaggregaten (Arden-Clarke & Hodges 1987 a).



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