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Schutzgut Boden, die Lebensgrundlage
für Pflanzen, Tiere und Menschen
Susanne Schroetter, Ute Funder und Kerstin Panten
Präsentation auf der Internationalen Grünen Woche 20. bis 29. Januar 2012, Berlin
Kontaktanschrift: Dr. Susanne Schroetter, Julius Kühn-Institut – Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen, Institut für Pflanzenbau und Bodenkunde, D-38116 Braunschweig, Bundesallee 50, E-Mail: [email protected]
Aus dem Institut für Pflanzenbau und Bodenkunde:
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die belebte oberste Erdkruste des Festlandes, begrenzt durch die Pflanzendecke oben und
das Ausgangsgestein unten
• ist Produktionsgrundlage für Land- und Forstwirtschaft und Gartenbau
Boden
• ist Schutzschicht und natürlicher Filter für Grund- und Trinkwasser
• ist die Lebensgrundlage für Tiere und Menschen
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ist ein Naturkörper und entsteht als Ergebnis der Umwandlung mineralischer und organischer Substanz
Boden
entsteht in langen Zeiträumen an der Erdoberfläche und besteht aus unterschiedlichen Horizonten
wandelt und verändert sich durch Verwitterung, Mineralisierung, Zersetzung und Humifizierung, durch Verlagerung (Wind- und Wassererosion) und durch die Nutzung
ist durchsetzt von Wasser und Luft
dient den Pflanzen als Standort, Nährstoff- und Wasserlieferant
ist Lebensraum für eine vielfältige Gemeinschaft von Lebewesen: Bodentiere, Bakterien, Pilze…
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Boden setzt sich zusammen aus
• mineralischen Bestandteilen
Grobboden (Bodenskelett)
Steine/Gerölle/Kiese/ Grus
Kor
ngrö
ße > 2 mm
Feinboden
Sand 2 – 0,063 mm
Schluff 0,063 – 0,002 mm
Ton < 0,002 mm
• organischen Bestanteilen
Humus alle abgestorbenen organischen Bestandteile
Ausgangsmaterial für die Humusbildung
Wurzeln, Streu (Blätter, Halme...), Ernterückstände, organische Dünger
Bodenfauna Regenwürmer, Asseln, Vielfüßer, Insektenlarven, Enchyträen, Springschwänze, Milben, Fadenwürmer, Protozoen...
Bodenflora Algen, Pilze, Bakterien
nach Schroeder (1992) Bodenkunde in Stichworten,
• Bodenwasser
Haftwasser durch Adsorption an Bodenpartikeln, in Kapillaren und Poren festgehalten
Sickerwasser durchsickert den Boden und bildet Grund- oder Stauwasser
• Bodenluft
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Bodenkörnung und Bodenart
Die Grundstruktur von Böden bildet ein Gemisch aus Gesteinsresten, Mineralkörnern und neu gebildeten Mineralen von unterschiedlicher Form und Größe. schluffiger Sand
lehmiger Schluff
sandiger Schluff
lehmiger Sand
reiner Ton
Der jeweilige Mengenanteil der verschiedenen Korngrößenfraktionen bestimmt die Körnung (oder Textur) eines Bodens.
Anhand ihrer Textur werden Böden einer Bodenart zugewiesen.
Landwirtschaftlich genutzte Böden bestehen aus einem Gemisch aus Sand, Ton und Schluff.
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Bestimmung der Bodenart
Eine einfache Möglichkeit, die Bodenart zu bestimmen, ist die Fingerprobe. (in Anlehnung an DIN 19682-2)
Es werden keine Geräte oder Chemikalien benötigt.
Der Boden muss ausreichend feucht sein.
Durch Reiben und Kneten zwischen den Fingern wird die Körnung ermittelt und die Bodenart bestimmt.
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Anteil niedrig Anteil hoch
Bearbeitbarkeit des Bodens
Luft- und Wasserleitfähigkeit
Wasserspeichervermögen
Aggregatstabilität
Verschlämmung
Die Textur beeinflusst physikalische Bodeneigenschaften:
Feinbodengehalt (Partikel < 0,063 mm Schluff und Ton)
günstig weniger günstig ungünstig
Bewertung der Merkmale
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Bodenprofile auf Ackerstandorten
Braunschweig (Niedersachsen) Bodenform: Braunerde-Podsol/Parabraunerde Bodenart: schluffig-lehmiger Sand
Ackerland
Horizonte: Ap - mineralischer
Oberboden (bearbeitet)
Ah - mineralischer Oberboden
(unbearbeitet)
B - mineralischer Unterboden
C - Ausgangs-material
Müncheberg (Brandenburg) Bodenform: Sand-Braunerde Bodenart: Sand
Ackerland
Horizonte:
Ap - mineralischer Oberboden (bearbeitet)
B - mineralischer Unterboden (unbearbeitet)
C - Ausgangs-material
Grünland
Horizonte: O - organische Auflage
Ah - mineralischer Oberboden
(unbearbeitet)
E - Eluvial-
horizont C - Ausgangs-
material
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Boden und Niederschlag
Wasser ist eine Grundvoraussetzung für das pflanzliche Leben. Ohne genügend Wasser kann die Pflanzenwurzel die im Boden vorhandenen Nährstoffe nicht aufnehmen.
Menge und zeitliche Verteilung des im Verlauf einer Vegetationsperiode zur Verfügung stehenden Wassers bestimmen Wachstum und Ertragsbildung landwirtschaftlicher Kulturen maßgeblich.
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Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez m
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(mm
) Monat
Niederschlag (mm) ■ Mittelwert ■ Minimum ■ Maximum Niederschlag Mittel der Jahre 2006-2010 sowie minimaler und maximaler Wert am Standort Braunschweig (DWD, Abt. Agrarmeteorologie)
Der Wasserbedarf wird in erster Linie durch natürliche Niederschläge gedeckt. Bei Trockenheit werden Felder zusätzlich bewässert.
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Niederschlag und Infiltration
Idealerweise steht immer genau soviel Wasser zur Verfügung, wie der Boden aufnehmen und in tiefer gelegene Schichten ableiten (infiltrieren) kann.
Extrem hohe Niederschlagsmengen führen dazu, dass in kurzer Zeit erheblich mehr Wasser auf den Boden fällt, als infiltrieren kann. Es kommt zu zeitweiligen Überschwemmungen der Bodenoberfläche.
Wenn überschüssiges Wasser nicht schnell genug durch den Boden infiltrieren kann, können Verschlämmung, Bodenabtrag durch Wassererosion und Nährstoffaustrag mit einhergehend geringerer Ertragsfähigkeit und Belastungen von Oberflächengewässern die negativen Folgen sein.
Wie lange die Bodenoberfläche nach Starkregen von Wasser bedeckt ist, hängt von der Infiltrationsrate des Bodens ab: sie bestimmt die Wassermenge, die pro Zeiteinheit im Boden versickern kann.
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Nach Starkregen kann es zu lokalen Überschwemmungen kommen. In Böden mit hoher Infiltrationsrate kann dann das Wasser schneller versickern. Der oberflächliche Abfluss des Regenwassers wird vermindert, großflächige Erosionsschäden mit Ertragsausfällen, Nährstoffverlusten und unerwünschten Stoffeinträgen in Oberflächengewässer werden vermieden.
Boden und Infiltration
Quelle: http://www.alf-wb.bayern.de/pflanzenbau/27012/index.php
Bodenabtrag durch Wassererosion
Verschlämmung und Rissbildung
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Die höchste Infiltrationsrate haben Sandböden auf Grund des hohen Grobporenanteils, gefolgt von Lehm- und Schluffböden.
Die Bodenart beeinflusst die Infiltrationsrate.
Quelle: Al-Hassoun (2009): Studies on factors affecting the infiltration capacity of agricultural soils.
Vergleich der Infiltrationsrate auf Grünland auf Sandstandorten mit unterschiedlichen Schluff- und Lehmanteilen (2006)
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400
500
600
mittel schluffig stark schluffig stark lehmig
Infil
tratio
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te [m
m/h
]
Sand
Die geringste Wasserdurchlässigkeit haben reine Tonböden wegen des hohen Anteils an Feinporen.
Auf sandigen Standorten nimmt die natürliche Wasserleitfähigkeit mit Zunahme des Gehaltes an Lehm und Schluff ab.
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Der Humusgehalt beeinflusst die Infiltrationsrate.
Die organische Substanz im Boden
vergrößert in Abhängigkeit vom Zersetzungsgrad das Porenvolumen,
fördert das Bodenleben,
erhöht die Aggregatstabilität.
Einfluss des Humusgehaltes im Oderboden (0-30 cm) auf die Infiltrationsrate eines sandigen Schluffbodens (Braunschweig, 2006)
0
100
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500
0 20 40 60 80 100 120
Infil
tratio
nsra
te [m
m/h
]
Humusgehalt im Oberboden [t/ha]
▲ Wald ▲ Sukzession ▲ Ackerland
Quelle: Al-Hassoun (2009): Studies on factors affecting the infiltration capacity of agricultural soils.
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Die Aggregatstabilität beeinflusst die Infiltrationsrate.
Einfluss der Düngung auf Aggregatstabilität und Infiltrationsrate auf einem sandigen Schluffboden mit Winterweizenbestand (Braunschweig, 2006)
Durch organische Düngung wird die Aggregation von Bodenpartikeln gefördert: die Bodenstruktur wird verbessert,
Oberflächenverschlämmungen wird entgegengewirkt.
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Infil
tratio
nsra
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m/h
]
Aggregatstabilität [%]
Mineraldüngung organische Düngung
Quelle: Al-Hassoun (2009): Studies on factors affecting the infiltration capacity of agricultural soils.
wasser- und luftführende Poren werden stabilisiert,
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Die Lagerungsdichte beeinflusst die Infiltrationsrate.
Einfluss der Lagerungsdichte des Bodens in 26-32 cm Tiefe auf die Infiltrationsrate eines sandigen Schluffbodens (Braunschweig, 2006)
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1,30 1,35 1,40 1,45 1,50 1,55 1,60
Infil
tratio
nsra
te [m
m/h
]
Lagerungsdichte [g/cm³]
Quelle: Al-Hassoun (2009): Studies on factors affecting the infiltration capacity of agricultural soils.
haben ein insgesamt geringeres Porenvolumen,
weisen einen verringerten Anteil an Grobporen auf,
die Wasserleitfähigkeit ist stark eingeschränkt.
Verdichtete Böden
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Bestimmung der Infiltrationskapazität
Die Infiltrationskapazität eines Bodens kann man z. B. mit einem Haubeninfiltrometer messen (hier ein Gerät der Firma UGT Müncheberg).
Belüftungsstab
Standrohr
mit Wasser gefüllte Infiltrationshaube
Mariott`sches Gefäß mit Wasserstandsanzeige
U-Rohrmanometer mit Pipettierball
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Verlauf der Infiltration auf einer mit Grubber bearbeiteten Fläche (sandiger Schluff), Zwischenfrucht Senf (Braunschweig, 2011)
Infiltrationsverlauf
Die Infiltrationsrate [mm/h]
bei Wassersättigung, wenn alle Bodenporen mit Wasser gefüllt sind,
pegelt sich die Infiltrationsrate auf einen nahezu konstanten Wert ein.
sie ist zu Beginn einer Messung, solange der Boden noch nicht mit Wasser gesättigt ist, am höchsten,
gibt die Wassermenge an, die pro Zeiteinheit in den Boden versickert,
maximale Infiltrationsrate zu Beginn der Messung
konstante Infiltrationsrate bei Sättigung des Bodens
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150
200
0 5 10 15 20 25 30
Infil
trat
ions
rate
(mm
/h)
Zeit (min)
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Die Infiltrationskapazität kann beeinflusst werden durch
die Düngung (organisch/mineralisch)
die Bodenbearbeitung
konventionell konservierend
Regenwurm
die Förderung der biologischen Aktivität
die Fruchtfolgegestaltung
Leguminosen gelbe Lupine
Zwischenfrucht Phacelia
die Flächennutzung Wald, Wiesen und
Weiden
Ackerland
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Einfluss der Flächennutzung
Infiltrationsrate bei verschiedener Nutzung am Standort Braunschweig (2006, sandiger Schluff)
Wasser kann nur dann in den Boden infiltrieren, wenn dessen Oberfläche nicht versiegelt ist.
Naturbelassene Flächen wie Wälder oder Sukzession können in relativ kurzer Zeit große Wassermengen aufnehmen.
Bei landwirtschaftlicher Nutzung einer Fläche nimmt die Infiltrationsrate mit Zunahme der Nutzungsdauer ab.
Wird eine Ackerfläche still gelegt und der Selbstbegrünung überlassen, erhöht sich die Infiltrationsleistung schon nach wenigen Jahren deutlich.
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Wald Sukzession ca. 50 Jahre Acker
ca. 200 Jahre Acker
Infil
tratio
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te [m
m/h
]
Nutzungsart
Quelle: Al-Hassoun (2009): Studies on factors affecting the infiltration capacity of agricultural soils.
Wald: Laubmischwald Sukzession: in Grasland umgewidmetes ehemaliges Ackerland, nicht
beweidet oder gedüngt, jährlich nur ein Pflegeschnitt Acker: ehemalige Laubmischwaldfläche, Nutzung als Ackerland
seit ca. 50 bzw. 200 Jahren
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Einfluss der Bodenbearbeitung
Konventionelle, wendende Bodenbearbeitung zerstört die wasserleitenden Makroporen, durch Verschmieren können Verdichtungszonen entstehen: das kann die Wasserinfiltration in den Boden negativ beeinflussen.
Konservierende, pfluglose Bodenbearbeitung erhöht den Gehalt an organischer Substanz im Oberboden, schont die Regenwurmpopulation, Verdichtungszonen werden verhindert: das führt zu einer Verbesserung der Wasserinfiltration in den Boden.
Einfluss der Bodenbearbeitung auf die Infiltrationsrate unter Ackerbohnen (Braunschweig, 2006) und Dinkel (Brehmen, 2008)
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Pflug Grubber Pflug Grubber
sandiger Schluff mittel schluffiger Ton
Ackerbohne Dinkel
Infil
tratio
nsra
te [m
m/h
]
Quellen: Hartmann, K., H. Lilienthal, et al. (2009). "Vergleichende Untersuchungen der Infiltrationseigenschaften von konventionell und ökologisch bewirtschafteten Böden. Eine Fallstudie aus dem Main-Tauber Kreis, Baden.Württemberg." http://www.jki.bund.de/de/startseite/institute/pflanzenbau-und-bodenkunde/publikationen-des-institutes.html?seite=4. Al-Hassoun (2009): Studies on factors affecting the infiltration capacity of agricultural soils.
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Der Boden ist Lebensraum für zahlreiche Organismen.
Bildquellen: 1)http://www.lfl.bayern.de/internet/stmlf/lfl/iab/boden/ 38348/ackerschnecken_800.jpg 2) http://www.gartenfreunde.de/img/texte/7606.jpg 3) http://www.lfl.bayern.de/iab/boden/38348/
lederlaufk_fer_2.jpg 4) http://www.lfl.bayern.de/iab/boden/38348/ 5) http://bfw.ac.at/rz/document_api.download?content =rotylenchus.jpg 6) http://www.diegruenewelt.de/tl_files/diegruenewelt.de/ Bilder%20Schaedlinge/springschwaenze.jpg
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Bodenlebewesen
Ihre Anzahl ist abhängig von organischer Substanz, Bodentemperatur, Bodenfeuchte und Bodenluft.
Sie werden von Bodenbearbeitung, Fruchtfolge und Düngung beeinflusst.
Sie zersetzen durch ihren Stoffwechsel abgestorbene Pflanzenteile und organischen Dünger und haben entscheidenden Anteil an der Bildung dauerhafter Humusformen.
Sie tragen mit ihren Ausscheidungen zur Lebendverbauung der Bodenaggregate und damit zu einer guten Bodenstruktur bei.
Regenwürmer sorgen mit ihren stabilen Gängen für eine bessere Drainage des Bodens, in den von ihnen angelegten Röhren können sich kleinere Organismen ansiedeln.
Sie durchmischen die Bodenbestandteile in ihrem Verdauungstrakt.
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Kleinstlebewesen (Asseln, Springschwänze…) zersetzen Pflanzenrückstände.
Das Bodenleben beeinflusst die Infiltrationsrate.
Einfluss des Regenwurmbesatzes auf die Infiltrationsrate bei Ackernutzung: Bodenarten sandiger Schluff (Braunschweig), mittel schluffiger Ton (Brehmen), schwach schluffiger Ton (Brehmen) und schwach sandiger Lehm (Trenthorst)
Quellen: Hartmann, K., H. Lilienthal, et al. (2009). "Vergleichende Untersuchungen der Infiltrationseigenschaften von konventionell und ökologisch bewirtschafteten Böden. Eine Fallstudie aus dem Main-Tauber Kreis, Baden.Württemberg." http://www.jki.bund.de/de/startseite/institute/pflanzenbau-und-bodenkunde/publikationen-des-institutes.html?seite=4. Al-Hassoun (2009): Studies on factors affecting the infiltration capacity of agricultural soils.
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Regenwürmer [Anzahl/m²]
mittel schluffiger Ton schwach schluffiger Ton sandiger Schluff schwach sandiger Lehm
Regenwürmer schaffen wasserableitende Kanäle.
Bakterien und Pilze tragen mit ihrem Stoffwechsel zur Lebendverbauung der Bodenaggregate und damit zur Stabilität des Bodengefüges bei.
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„Wir wissen mehr über die Bewegung der Himmelsgestirne als über den Boden unter
unseren Füßen.“
Der „Dreck“ unter unseren Füßen ist eine der wichtigsten Lebensgrundlagen für Pflanzen, Tiere und Menschen, er muss
erhalten und geschützt werden!
Vor mehr als 500 Jahren stellte Leonardo da Vinci fest:
Heute wissen wir: