B ODENFRUCHTBARKEIT UND B ODENDEGRADATION

Unter den Begriffen Bodenfruchtbarkeit und Bodendegradation werden eine ganze Reihe von unterschiedlichen Einzelmerkmalen subsummiert, die für die Beurteilung der Nachhaltigkeit herangezogen werden können. In den meisten Vorschlägen für Indikatoren werden dabei die Erosion wie auch die Humusbilanzierung genannt. Versalzung, Verdichtungszustand und Krustenbildung sind dagegen weniger häufig zu finden. Grundsätzlich kann hierbei in Merk-male mit gleichermaßen positivem oder negativem Einfluß, wie die Humusmenge eines Standortes oder Gefügezustand von Böden, differenziert werden. Auf der anderen Seite sind Merkmale wie Erosion und Versalzung zu nennen, die fast ausnahmslos negative Auswirkun-gen auf die unterschiedlichen Bodenfunktionen haben. Deutliche AbweichunAuswirkun-gen gibt es dar-über hinaus auch bei der regionalen Relevanz der verschiedenen angesprochenen Merkmale in Abhängigkeit von klimatischen Bedingungen und auftretendem Bodentyp. So ist Versalzung im wesentlichen auf aride und semi-aride Gebiete beschränkt, während ein starker Abbau der organischen Substanz immer an höhere Temperaturen und entsprechende Feuchtigkeit gebun-den ist.

Erosion

Der Bodenverlust durch Wind- oder Wassererosion kann als ein wesentliches Merkmal zur Beurteilung der Nachhaltigkeit landwirtschaftlicher Anbausysteme angesehen werden. Ohne einen fruchtbaren Boden, der als Pflanzenstandort für die Umsetzung von Wasser und

Nähr-stoffen notwendig ist, kann keine landwirtschaftliche Nutzung erfolgen. Gleichermaßen be-deutsam sind die vielfältigen Funktionen, die Böden als Teil von natürlichen oder naturnahen Ökosystemen erfüllen. Modellrechnungen und Messungen auf unterschiedlichen Skalenebe-nen belegen dabei den dramatischen Verlust von Boden durch Erosion und die damit verbun-den Kosten für die Volkswirtschaft auf lokalem oder globalem Maßstab (PIMENTEL et al.

1995,PIMENTEL und KOUNANG 1998, BRIDGES und OLDEMAN 1999).

Neben diesen grundsätzlichen Aussagen ist die Datengrundlage für die Verwendung der Ero-sion als Indikator aufgrund des Aufwandes bei der Datenbereitstellung durchaus problema-tisch. Konkrete Messungen sind zeit- und kostspielig und können daher nicht auf einer Viel-zahl von Flächen durchgeführt werden (BAFFAUT et al. 1998,NEARING et al. 1999).

Ein wesentlicher Bestimmungsgrund für das Ausmaß der Erosion sind die Bodenverhältnisse (Bodenart, Strukturzustand, Topographie) und die Erosivität der Niederschläge hervorgerufen durch Regendauer und –intensität. Diese Informationen lassen sich in entsprechenden Daten-banken ermitteln und können dann als Grundlage einer Gefährdungsabschätzung herangezo-gen werden. Weitere Bestimmungsgründe sind die Schlaglänge und die Ausrichtung der ein-zelnen Schläge im Verhältnis zur Topographie eines Standortes, die nur unter beträchtlichem Aufwand großflächig ermittelt werden können. Da aber eine erhebliche standort- und anbau-technisch bedingte Variabilität bei der Erosion vorliegt, müssen darüber hinaus indirekte Merkmale herangezogen werden, um die konkrete Gefährdung eines Standortes bzw. Anbau-systems abschätzen zu können. Wichtige Hinweise können dabei auch aus der Nutzung eines Standortes gezogen werden. So ist die Erosion unter Grünland und Wald am geringsten, wäh-rend bei Sommerkulturen mit einer verhaltenen Jugendentwicklung wie Mais oder Zuckerrü-ben der Boden vergleichsweise lange unbedeckt bleibt und so potentiell der Erosion obliegt.

Diese Gefährdung kann allerdings durch eine bessere Bodenbedeckung durch den Anbau von Zwischenfrüchten deutlich gemindert werden. Beide Merkmale können aus den Angaben zur Fruchtfolge und Anbauhäufigkeit ermittelt werden. Desweiteren bestimmt die Bodenbearbei-tung ganz wesentlich die Erosionsgefährdung. Bei identischen Standortbedingungen kann durch die Nutzung von konservierenden Verfahren bis hin zur Direktsaat das Risiko von Bo-denabtrag durch Wind- oder Wassererosion deutlich mindern. Auf der Betriebsebene müßten die entsprechenden Daten wiederum aus der Schlagkartei ermittelt werden, für höhere Skalenebenen ist die Datengrundlage als problematisch anzusehen (FROESE et al. 1999, LIU et al. 2000, CRUSE et al. 2001).

Die beträchtlichen negativen Folgen der Erosion für die vielfältigen Bodenfunktionen sind in der wissenschaftlichen Literatur unstrittig. Neben dem Verlust der Ertragsfähigkeit durch

verminderte Nährstoff- und Wasserspeicherung, werden auch alle wesentlichen ökologisch bedeutsamen Prozesse beeinträchtigt. Darüber hinaus ist unter dem regionalen Aspekt auch die Sedimentation in Vorflutern und Wasserläufen und damit einhergehend die Eutrophierung zu quantifizieren. Werden als indirekte Meßgrößen auf Betriebsebene Maßnahmen des Erosionsschutzes wie konservierende Bodenbearbeitung herangezogen, müssen die Konsequenzen für das Gesamtsystem beachtet werden. Hierbei sind Ertragsreaktionen der Kulturarten und der meist höhere Einsatz von Pflanzenschutzmitteln bei konservierender Bodenbearbeitung bedeutsam. Wie bereits ausgeführt bestehen aber auch beträchtliche Interaktion mit der energetischen Bewertung der Versuche (HOFFMAN et al. 1998, KINNEL

2000, YU et al. 2000,). Unter Berücksichtigung der standortspezifischen Bedingungen kann das Ausmaß der Erosion als grenzwertfähig angesehen werden.

Die in den vorherigen Abschnitten übersichtsartig dargestellten Bestimmungsgründe der Ero-sion können auch in Simulationsmodellen beschrieben werden. Wesentliche Ansätze basieren auf den Untersuchungen von WISCHMEIER und SMITH (1978), die für die Bedingungen der USA einen entsprechenden Zusammenhang ermittelt haben. In der Folge hat es für unter-schiedliche Standortbedingungen spezifische Modifikationen dieser sogenannten Bodenab-tragsgleichung gegeben (SCHWERTMANN et al. 1987, AUERSWALD und PERGER 1989).

Als Eingangsgrößen werden herangezogen:

• Regen- und Oberflächenabflußfaktor (Maß der gebietsspezifischen Erosionskraft)

• Bodenerodierbarkeitsfaktor (jährlicher Abtrag im Verhältnis zur Erosionskraft der Niederschläge)

• Hanglängenfaktor

• Hangneigungsfaktor

• Bedeckungs- und Bearbeitungsfaktor

• Erosionsschutzfaktor

Hierbei wird allerdings deutlich, dass auch für die Modellberechnungen eine ganze Reihe von Eingangsparametern vorliegen müssen. Für eine einzelbetriebliche Beurteilung kann dies mit entsprechendem Aufwand sicherlich durchgeführt werden, bei einer größeren Anzahl von zu untersuchenden Betriebe oder auch auf einer größeren Skalenebene ist die Datenbereitstellung problematisch und daher auf komplette Modellabschätzungen angewiesen. Kombinationen der unterschiedlichen Verfahren sind daher für die Vermeidung von Erosion besonders vielversprechend. So zeigen beispielsweise Untersuchungen von POUDEL et al. (2000), dass durch eine Kombination von Modellrechungen der Erosion und partizipatorischen

For-schungs- und Beratungskonzepten die Erosion in bestimmten Anbaugebieten auf den Philip-pinen erheblich eingeschränkt werden kann.

Veränderungen der organischen Bodensubstanz (Humusbilanzierung)

Menge und Qualität der organischen Substanz beeinflussen über Veränderungen von physiko-chemischen Eigenschaften eine ganze Reihe wichtiger Bodeneigenschaften und –funktionen.

Aus ökologischer Sicht ist die organische Substanz des Bodens eine wichtige Senke oder Quelle für Kohlenstoff und Stickstoff und besitzt damit zumindest indirekt auch eine beträchtliche Klimarelevanz. Grundsätzlich bereitet die Bestimmung der organischen Bodensubstanz keine methodischen Probleme. Je nach Skalenebene müssen allerdings die nicht unerheblichen Kosten der chemischen Analytik berücksichtigt werden.

Für die weitere Diskussion muß nun zwischen dem absoluten Gehalt an organischer Substanz und der Veränderung im Zeitablauf (Humusbilanzierung) unterschieden werden. Dass die Interpretation von Indikatoren nur in einem regions- und betriebstypischen Kontext möglich ist, läßt sich am Beispiel des Humusgehaltes demonstrieren. Als wesentliche Bestimmungs-gründe für den standortspezifischen Gehalt an organischer Bodensubstanz sind Temperatur und Bodenfeuchtigkeit entscheidend. Bei gleicher Bewirtschaftung wird sich auf einem trockenen Standort immer ein höherer Corg-Gehalt einstellen, da die Abbauprozesse langsamer verlaufen. Darüber hinaus ist dann die Art der Bewirtschaftung entscheidend. Grundsätzlich sinkt der Humusgehalt mit der Intensität der Bodenbearbeitung vom Grünland zum Ackerbau.

Je nach Ausgangsniveau – Grünlandumbruch mit anschließender Ackernutzung, oder Grünlandansaat nach Ackernutzung – wird der Humusgehalt absinken oder ansteigen. Die Festlegung eines Grenzwertes in absoluten Einheiten ist nicht möglicht, sondern muß die spezifischen Gegebenheiten berücksichtigen. Einfacher handhabbar und daher auch in einer Reihe von Indikatorkonzepten berücksicht, ist dagegen die Humusbilanz als Differenz zwi-schen Zufuhr und Abfuhr an organischer Substanz (BOCKSTALLER et al 1997, HÜLSBERGEN

und DIEPENBROCK 1997). Hierbei können über Standardwerte die Humusveränderungen abge-schätzt werden, wobei durch die Berücksichtigung von Ertragsergebnissen, dem Verhältnis von humusmehrenden und humuszehrenden Kulturarten, der Bodenbearbeitung und der Menge an organischer Düngung vergleichsweise gute Beurteilungen der Flüsse möglich sind.

Vor dem Hintergrund der Nachhaltigkeit ist hierbei erwähnenswert, dass zur Frage der Ver-änderung der organischen Bodensubstanz in Menge und Qualität eine Reihe von exzellent dokumentierten Dauerversuchen vorliegen, so dass aus wissenschaftlicher Sicht fundierte Aussagen möglich sind (zus. Literatur bei KÖRSCHENS 1994). Zur Abschätzung der

Veränderung des Gehaltes an organischer Substanz liegen darüber hinaus eine Reihe von Modellansätzen vor, so dass anhand von klimatischen Daten die Entwicklung simuliert werden kann. Für diese sogenannten C-N-Modelle ist jedoch eine Fülle von Boden- und Witterungsdaten in hoher Auflösung nötig, die nur in Ausnahmefällen vorhanden sind. Für eine breite Umsetzung ist hier sicherlich noch Forschungsarbeit notwendig (KELLY et al.

1997, FOY et al. 1999, KÄTTERER und ANDRÉN 1999).

Grundsätzlich ist der Gehalt an organischer Bodensubstanz grenzwertfähig, wobei, wie oben gezeigt, nur schwerlich absolute Maßeinheiten angesetzt werden können, sondern hier eher die Humusbilanzierung geeignet erscheint.

Beeinträchtigungen der Bodenstruktur (Bodenverdichtung, Krustenbildung)

Seit Mitte der 80er Jahre hat sich die wissenschaftliche Diskussion über die durch intensive Bodenbearbeitung der landwirtschaftlichen Produktionsflächen zunehmend auftretenden Pro-bleme der Bodengefügeveränderung und Bodenverdichtung verstärkt. Während allgemein anerkannt ist, dass Bodenverdichtungen und –verkrustungen zu starken und teilweise irrever-siblen Beeinträchtigungen des Ertragspotentials führen können, wird dieser Aspekt von nur relativ wenigen Autoren im Zusammenhang mit der Bewertung der Nachhaltigkeit der Land-bewirtschaftung aufgeführt. Dabei sind Bewertungsmethoden zur Bodenverdichtung nicht nur aus der Sicht der Landwirte von Bedeutung, sondern auch von einem politischen Standpunkt her relevant. So werden zur Erfüllung des Bodenschutzgesetzes von 1998 Methoden zur Vor-hersage der Bodenbefahrbarkeit benötigt, um eine nachhaltige Landnutzung in die Praxis um-setzen zu können (LAL et al. 1990, LAL 1991).

Bodenverdichtungen entstehen, wenn die Druckbelastung die Druckbelastbarkeit übersteigt.

Dieser Fall tritt zunehmend ein durch den Einsatz von immer schwereren Maschinen zur Be-arbeitung im ökonomischen Zwang zur Rationalisierung (SOMMER 1997). Beachtenswert ist dabei die Tatsache, dass durch ein höheres Gewicht bei größeren Reifendurchmesser bzw. der Verwendung von Zwillingsbereifung zwar der spezifische Bodendruck unverändert bleiben kann. Das höhere Maschinengewicht führt jedoch zu einer größeren Belastung in tieferen Bo-denschichten, die nicht im Rahmen der normalen Bodenbearbeitungsmaßnahmen erreicht werden. Durch erhöhte Lagerungsdichten verringert sich damit der Anteil der Grobporen zu-gunsten von Mittel- und Feinporen. Dies hat Veränderungen im Luft- und Wasserhaushalt der Böden zur Folge, was wiederum u.a. die biologische Aktivität, das Pflanzenwachstum und die Redox-Eigenschaften beeinflußt.

Die Messung von Verdichtungen bzw. der Gefahr potentieller Verdichtungen ist aufwendig und deshalb in der Praxis großflächig kaum durchzuführen. Eine Vielzahl von Meßgrößen ist zur empirischen Bestimmung der mechanischen Stabilität von Böden nötig (z.B. Lagerungs-dichte, Luftkapazität, verfügbare und nicht pflanzenverfügbare Wasserkapazität, Wasserleit-fähigkeit, organische Substanz, Kohäsion und Winkel der inneren Reibung) (HORN und FLEIGE 2001). Jedoch wurden inzwischen auch Modelle entwickelt, anhand derer eine Be-wertung der mechanischen Stabilität und ökologischen Eigenschaften von Unterböden mög-lich ist. Zu Verschlämmungen kommt es durch Wassereinwirkungen (Regentropfen), die in-stabile Aggregate an der Bodenoberfläche zerschlagen und Bodenteilchen in die Poren schwemmen. Beim Trocknen des Bodens bildet sich hier eine Kruste, die den Luft- und Was-serhaushalt des Bodens beeinflußt und das Pflanzenwachstum durch physikalischen Wider-stand behindert. Für die Beurteilung der Verschlämmungsfestigkeit von Aggregatpackungen lassen sich visuelle Ansprachen der Kruste heranziehen. Im Labor wird für die vergleichende Beurteilung die “Wasserstabilität” bestimmt. Hierfür werden Siebungsverfahren, Bereg-nungsverfahren und Perkolationsmethoden herangezogen (SCHEFFER und SCHACHTSCHABEL

1992). Ähnlich wie bei der Erosion sind auch hier Bodenverhältnisse, Charkteristika der Nie-derschläge und das Anbausystem für das Ausmaß der Verschlämmung von Bedeutung.

Der Indikator Verdichtungsgefährdung wird von ECKERT et al. (1999) bei der ökologischen Bewertung von Landwirtschaftsbetrieben aufgeführt. Der Quotient aus Druckbelastung und Druckbelastbarkeit sollte dabei einen Grenzwert nicht überschreiten. Verdichtung und Ver-schlämmung sind u.a. abhängig von der Gefügestabilität eines Bodens. Diese wiederum be-ruht auf verschiedenen Parametern, wie Bodenart, Wassergehalt des Bodens, Humusgehalt, Bodenbearbeitung, aber auch Bodennutzung. So bewirkt beispielsweise ein laufender Anfall von Vegetationsrückständen eine ständig hohe biologische Aktivität und folglich höhere Ag-gregatstabilität. Deswegen ist eine Bodennutzungsart wie Grünland, das eine stetig geschlos-sene Pflanzendecke bildet und durch kontinuierlich absterbende Pflanzenteile organisches Material nachliefert, sehr positiv hinsichtlich einer hohen Gefügestabilität zu beurteilen.

In umfangreichen Arbeiten wurden in Deutschland für repräsentative landwirtschaftlich ge-nutzte Bodentypen mit unterschiedlichen Bodentexturen und –strukturen Messungen der me-chanischen Stabilität durchgeführt (HORN und FLEIGE 2001). Der Deutsche Verband für Was-serwirtschaft und Kulturbau (DVWK 1995, 1997) hat hieraus ein Modell entwickelt, in dem mittels einfacher Parameter diverse Kennwerte zu Bodenverdichtungen abgeleitet werden können. So kann relativ einfach ermittelt werden: die maximal tolerierbare Auflast, die in

Böden noch keine irreversiblen Verformungen hervorruft, Veränderungen der physikalischen Kennwerte Porenziffer, Luftkapazität, nutzbare Feldkapazität, Luftleitfähigkeit und Ein-dringwiderstand, Sauerstoffmangel und damit verbundene Auswirkungen auf den Gas- und Nährstoffhaushalt sowie der biologischen Aktivität, und Struktureinflüsse im Vergleich zu den entsprechenden bodenartenabhängigen Kennwerten. Daraus lassen sich z.B. Bearbei-tungsstrategien und Entscheidungshilfen für die Konstruktion landwirtschaftlicher Geräte ableiten. Mit diesem Modell ist auch die Festlegung von Grenzwerten der mechanischen Be-lastung für verschiedene Böden unter bestimmten Bedingungen möglich, unter denen es nicht zu irreversiblen Schäden durch Bodenverdichtung kommt. Es mangelt an Modellen zur Er-mittlung der Verschlämmungsgefahr von Böden. Jedoch gibt es hier starke Parallelen zu Pa-rametern, die auch zu einer erhöhten Erosionsgefahr führen. Dies könnte zu einer wenigstens teilweisen Übertragbarkeit von Modellen aus diesem Bereich führen.

Versalzung

Eine Bodendegradation aufgrund von Versalzung ist unter mitteleuropäischen Produktionsbe-dingungen flächenmäßig unbedeutend, so dass hier auf eine detaillierte Darstellung verzichtet werden kann. Es muß aber gleichwohl darauf hingewiesen werden, dass die Versalzung von landwirtschaftlich genutzten Böden meist aufgrund eines ungenügenden Managements bei der Be- und Entwässerung im globalen Maßstab eine enorme Bedeutung zukommt. Aus Sicht einer nachhaltigen Produktion und der Erstellung von Indikatoren ist der Zusammenhang zwi-schen Wasserverfügbarkeit und –qualität, Wassernutzungseffizienz der jeweils angebauten Kulturart und Drainage recht genau wissenschaftlich untersucht, so dass hier grundsätzlich eine Berücksichtigung der Zusammenhänge auch in grenzwertfähigen Maßstäben möglich ist.

Bodeneigenschaften wie Erosion, Gefügezustand, Humusgehalt, Verdichtung und Versalzung sind wesentliche Indikatoren zur Beurteilung der Nachhaltigkeit von landwirtschaftlichen Anbausystemen. Die Datengrundlage ist allerdings insgesamt als problematisch einzustufen.

Eine konkrete Messung auf Betriebs- oder Schlagebene ist aus Kostengründen nur in Einzel-fällen möglich, so dass auf Modellsimulationen zurückgegriffen werden muß. Recht gute Pro-gnosemöglichkeiten liegen für die Humusreproduktion (Humusbilanzierung) anhand von Da-ten aus Dauerversuchen vor. Auch die Erosion ist über Standort- und Klimaparameter in Ver-bindung mit Anbauhäufigkeit, Fruchtfolge und gezielten Gegenmaßnahmen abschätzbar. Die Bodenstruktur ist ein weiterer wichtiger Indikator für die Nachhaltigkeitsbewertung. Modelle ermöglichen es in Teilbereichen verschiedene Kenngrößen mit relativ geringem Aufwand zu ermitteln und können so Grundlagen für Bewirtschaftungs- und Politikempfehlungen bilden.

Die anderen Teilaspekte aus dem Komplex Boden sind derzeit nur unzureichend durch Si-mulationen beschrieben.