Einfluss der Landnutzung auf die bodenphysikalischen Eigenschaften

Mit Hilfe von Infiltrationsversuchen mit Hauben-, Doppelring- und Einfachringinfiltrometer (vgl. Kapitel 5.1.4) wurden in verschiedenen Boden- und Vegetationseinheiten Infiltrations-versuche durchgeführt. Ist der Boden am Ende des InfiltrationsInfiltrations-versuches aufgesättigt, wird ein konstanter Wasserfluss erreicht, der dem in-situ Ksat-Wert des Oberbodens entspricht. Da die Messungen direkt an der Bodenoberfläche durchgeführt werden, können auch oberflä-chenspezifische Eigenschaften des Bodens erfasst werden. In Abbildung 6.20 sind die Mess-ergebnisse in einem boxplot dargestellt. Zusätzlich zu den in Giertz & Diekkrüger (2003) veröffentlichten Messungen wurden im Herbst 2003 weitere Messungen auf einigen Mess-plots, auf einem Yams-Feld und einer Mais-Brache (Bodentyp Gleysol1) vorgenommen, die mit in die hier dargestellten Auswertungen eingeflossen sind.

Tabelle 6.4 fasst die Ergebnisse der Messungen, klassifiziert in Boden- und Vegetationstypen zusammen. Es wird deutlich, dass bei allen Bodentypen -ungeachtet des Vegetationstyps- wesentlich höhere Ksat-Werte erreicht werden, als bei den Labormessungen des Oberbodens des gleichen Bodentyps. Die Extremwerte und die Standardabweichung zeigen, dass die Variabilität des in-situ Ksat-Wertes noch höher ist, als bei den Labormessungen.

Abb. 6.20: Boxplot der in-situ gemessenen gesättigten Wasserleitfähigkeit des Oberbodens verschie-dener Bodentypen mit unterschiedlicher Vegetation/Landnutzung

Symbole: Linie: Spanne Box: Interquartiler Bereich Balken: Median

Die großen Unterschiede der Ksat-Werte der Feld- und Labormessungen sind v.a. durch den großen Einfluss der Makroporen auf die gesättigte Wasserleitfähigkeit zu erklären. Bei den Feldmessungen ist durch die größere Messoberfläche bei Hauben- und Doppelringinfiltrome-ter die Wahrscheinlichkeit höher, dass im Messvolumen eine Makropore vorhanden ist.

Betrachtet man die Ergebnisse der in-situ Ksat-Messungen der unterschiedlichen Vegetations- bzw. Landnutzungseinheiten in Abbildung 6.20, wird deutlich, dass die Durchlässigkeiten auf den Ackerflächen insgesamt wesentlich niedriger sind als auf den Savannenflächen.

Tab. 6.4: Statistische Kennzahlen des in-situ Ksat-Wertes, unterteilt nach Boden- und Vegetationstyp Bodentyp Vegetation Mittel Median Min Max Standard-

abweichung n Lixisol/Acrisol Wald/Savanne 261.1 171.8 50.0 1389.0 253.7 32 Lixisol/Acrisol

Brache-Anacardium 1186.7 437.0 221.3 6831.0 1928.6 9 Lixisol/Acrisol Feld 151.6 102.1 7.9 550.3 139.2 38 Plinthosol Savanne 348.9 254.6 122.6 854.0 235.6 8 Plinthosol Feld 100.9 101.5 24.2 189.9 48.9 9 Gleysol 1 Savanne 435.1 467.3 57.9 870.2 220.7 10 Gleysol 1 Mais-Brache 90.3 96.5 21.5 142.4 40.7 9 Gleysol 2 Savanne

herbeuse 496.3 342.3 113.7 1384.1 402.1 8

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

forêt claire savanne boisée forêt claire savanne arborée savanne herbeuse cashew Pflanzung Mais - Brache Mais Baumwolle Bohnen Yams Maisbrache

Lixisol Lixisol Plinthosol Gleysol Gleysol Lixisol Lixisol Lixisol Lixisol Plinthosol Lixisol Gleysol

gesättigte Wasserleitfähigkeit [cm/d]

Natürliche Vegetation Landw irtschaftliche Nutzfläche max. 6830

Bodentyp:

Vegetation:

Auch die Spanne der Messwerte ist auf den Ackerflächen geringer als bei natürlicher Vegeta-tion. Eine Ausnahme bildet hier die Brachefläche mit Cashew-Bäumen, die extrem hohe Durchlässigkeiten zeigt. Auf dieser Fläche wurde auch eine extrem hohe Dichte von Regen-wurmlosungen auf der Oberfläche beobachtet. Im Gegensatz zu allen anderen Flächen (so-wohl Acker als auch Savannenflächen), auf denen Messungen durchgeführt wurden, wird diese Fläche seit mehreren Jahren nicht gebrannt (mündl. Mitteilung des Besitzers), was eine Erklärung für die hohe bodenbiologische Aktivität und auch für die extrem hohen, durch Makroporen bedingten Durchlässigkeiten sein kann.

Zum Nachweis des statistischen Unterschiedes der Durchlässigkeiten der Böden unter natürli-cher Vegetation und landwirtschaftlichen Nutzflächen wurde ein zweiseitiger t-Test (Bahren-berg et al. 1990) für alle Messungen und aufgeteilt in die drei Messmethoden durchgeführt.

Die Messungen der Cashew-Pflanzung wurden aufgrund der erläuterten Sonderstellung nicht mit einbezogen. Das Ergebnis in Tabelle 6.5 zeigt, dass der Unterschied der Ksat-Werte der beiden Gruppen ‚natürliche Vegetation’ und ‚Ackerflächen’ bei Betrachtung aller Messme-thoden eine hohe statistische Signifikanz zeigt. Diese wird auch bei den Tests der Einzelme-thoden bei Hauben- und Einfachringinfiltrometer bestätigt. Lediglich bei den Messungen mit dem Doppelringinfiltrometer können keine statistisch signifikanten Unterschiede festgestellt werden.

Tab. 6.5: Ergebnisse des zweiseitigen t-Tests für die in-situ gemessenen gesättigten Leitfähig-keiten auf Ackerflächen und natürlicher Vegetation

n natürliche Vegetation

n Acker-flächen

t-Wert T-Test

stat.

Signifikanz (P-Wert) alle Messungen 58 54 4.71 0.0001

Haubeninfiltrometer 16 12 2.96 0.0065

Doppelring 14 16 1.75 0.0906

Einzelring 28 28 3.42 0.0012

Wie schon in Bezug auf die Cashew-Pflanzung und in Kapitel 3.2.1 erläutert wurde, kann der Unterschied der Durchlässigkeiten der Ackerflächen und Wald- und Savanneflächen durch die Unterschiede in der Intentsität der bodenbiologischen Aktivität erklärt werden, was durch Untersuchungen von Junge (2004) bestätigt wurde. Zur Bestimmung der Aktivität der Bodenlebewesen auf Acker- und Savannenstandorten

wurden die an der Bodenoberfläche sichtbaren Abb. 6.21: Regenwurmlosung an der Bodenoberfläche

Regenwurmlosungen (vgl. Abbildung 6.21) und Bioporen auf Testflächen mit unterschiedlicher Landnutzung im Aguima-Einzugsgebiet mit Hilfe eines Zählrahmens (0.25m²) in drei Wiederholungen ermittelt. Es wurde eine deutlich reduzierte bodenbiologische Aktivität auf Ackerstandorten im Vergleich zu Savannenflächen festgestellt, was sowohl bei der Anzahl der bestimmten Regenwurmlosungen und der Bioporen deutlich wird (vgl. Tabelle 6.6).

Tab. 6.6: Anzahl (Mittelwert der drei Auszählungen ± Standardabweichung) der Bioporen und Re-genwurmlosungen auf Flächen mit unterschiedlicher Nutzung im Aguima-Einzugsgebiet (Junge 2004)*

Anzahl Bioporen

Anzahl Regenwurmlosung

Mais 60 ± 16 32 ± 10

Baumwolle 5 ± 4 0 ± 0

Yams 8 ± 7 0 ± 0

Savanne 219 ± 20 564 ± 64

Neben der festgestellten verringerten bodenbiologischen Aktivität auf Ackerstandorten ist auch die Verschlämmung des Oberbodens ein Grund für die Verringerung der Infiltrationsra-ten auf den Feldern. Die Feldfrüchte werden meist in Reihen angebaut. Das von den erhöhInfiltrationsra-ten Anbaureihen und Hügeln abfließende Wasser sammelt sich in den Reihen und sorgt hier für Verschlämmung und bei ausreichender Hangneigung auch für Oberflächenabfluss (vgl. Kapi-tel 6.5.2)

Bodenphysikalische Parameter Lixisol/Acrisol

Da der Ackerbau schwerpunktmäßig auf Lixisols und Acrisols durchgeführt wird, ist nur bei diesen Böden eine ausreichende Anzahl bodenphysikalischer Messungen zur statistischen Auswertung vorhanden.

Tabelle 6.7 zeigt das arithmetische Mittel der gesättigten Wasserleitfähigkeit, des gesättigten Wassergehaltes und der Lagerungsdichte für Stechzylinderproben von Profilen auf Ackerflä-chen und Wald- und Savannenstandorten. Es wird deutlich, dass die mittleren Durchlässigkei-ten an den landwirtschaftlich genutzDurchlässigkei-ten StandorDurchlässigkei-ten im Oberboden und auch im Btc- und Ct-Horizont deutlich niedriger sind als die der Wald- und Savannenprofile. Jedoch ist der Unter-schied nur für den Ah-Horizont statistisch signifikant (P-Wert: 0.0005). Die gesättigten Was-sergehalte unterscheiden sich bei den betrachteten Stichproben kaum. Die Lagerungsdichte der Ackerstandorte liegt bei Ah-, E- und Btc-Horizont leicht über der der Wald- und Savan-nenbereiche, jedoch ist der Unterschied auch hier nicht statistisch signifikant.

Tab. 6.7: Arithmetisches Mittel der gesättigten Wasserleitfähigkeit, des gesättigten Wassergehaltes und der Lagerungsdichte aller ausgewerteten Bodenproben des Lixisols/Acrisols, klassifiziert nach Landnutzung (n.Veg = natürliche Vegetation)

Unterschiede der hillwash-Mächtigkeiten der terrestrischen Böden

Bei den im Rahmen des Projektes durchgeführten Bodenaufnahmen (Bohrstockkartierungen und Profilaufnahmen) wurde deutlich, dass die Mächtigkeiten des hillwashs der terrestrischen Böden (Lixisol, Acrisol, Plinthosol) in den Bereichen, die derzeit oder in vorangegangenen Jahren landwirtschaftlich genutzt wurden, geringer sind als in den nicht genutzten Wald- und Savannenbereichen. Dieses durch Erosion zu erklärende Phänomen konnte auch statistisch anhand einer Auswertung der kartierten hillwash-Mächtigkeiten bestätigt werden. Die kartier-ten terrestrischen Böden wurden in die Gruppen ‚landwirtschaflich genutzt/Brache’ und ‚na-türliche Vegetation’ eingeteilt. Zur Klassifizierung diente die Vegetation, die bei der Boden-aufnahme kartiert wurde oder, bei fehlenden Angaben, die Landnutzung laut Landnutzungs-klassifikation (Thamm 2003, vgl. Abbildung 2.13).

Es konnten insgesamt 419 kartierte Bodenaufnahmen (Bohrstockkartierung und Bodenprofil-gruben), davon 117 auf landwirtschaftlichen Flächen/Brache und 312 auf natürlicher Vegeta-tion, aus Aufnahmen von Junge (2004), Steup (2004) und aus eigenen Aufnahmen ausgewer-tet werden. Die mittleren hillwash-Mächtigkeiten, der Median und die Standardabweichung sind in Tabelle 6.8 dargestellt. Im Mittel ist die hillwash-Mächtigkeit auf landwirtschaftlich genutzten Flächen ca. 20 cm geringer als bei natürlicher Vegetation. Bei einem mittleren Wassergehalt des Ah-Horizonts von 24 Vol-% bei pF 1.8 (vgl. Tabelle 6.9) entspricht das einer Reduktion der Feldkapazität um 46.8 mm. Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass die Variabilität der hillwash-Mächtigkeit im Untersuchungsgebiet insgesamt sehr hoch ist, was auch die Standardabweichungen zeigen.

Tab. 6.8: Statistische Kennzahlen der hillwash-Mächtigkeiten im Bereich der Ackerflächen und der natürlichen Vegetation

Acker/Brache natürliche Vegetation Mittelwert der hillwash-Mächtigkeit 39.3 cm 58.8 cm

Median der hillwash-Mächtigkeit 29 cm 51 cm

Standardabweichung 28.5 cm 38.3 cm

n 117 312

Horizont n Mittelwert Ksat

[cm/d] Mittelwert ges.

Was-sergehalt [Vol-%] Mittelwert Lage-rungsdichte [cm³/cm³]

Acker n. Veg. Acker n. Veg. Acker n.Veg.

Ah/Ap 64 17.17 64.85 34.88 34.87 1.54 1.51 E 46 30.89 33.21 30.08 30.58 1.71 1.68 Btc 45 55.81 112.98 30.27 31.66 1.72 1.65

Ct 38 13.02 24.46 36.35 33.02 1.58 1.65

Wie bei den Infiltrationsversuchen wurde zur Beurteilung der statistischen Signifikanz der Unterschiede der mittleren hillwash-Mächtigkeiten der beiden Gruppen ein zweiseitiger t-Test durchgeführt. Der P-Wert von 0.0001 macht deutlich, dass der Unterschied der Mittelwerte der untersuchten Gruppen statistisch sehr signifikant ist.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass ein signifikanter Einfluss der Landnutzung auf die bodenphysikalischen Eigenschaften der untersuchten Böden nur in Bezug auf die gesättigte Leitfähigkeit des Oberbodens und die hillwash-Mächtigkeiten vorhanden ist. Wäh-rend die Unterschiede der gesättigten Wasserleitfähigkeiten v.a. durch die Verringerung der bodenbiologischen Aktivität und damit durch die Verringerung der Makroporosität zu erklä-ren sind, kann die Verringerung der hillwash-Mächtigkeit auf die Bodenerosion zurückgeführt werden. Aufgrund der relativ langen Siedlungsgeschichte Dogués (Gründung Ende des 18.

Jh., vgl. Hettig 2002) kann davon ausgegangen werden, dass die dorfnahen Bereiche schon seit vielen Jahrzehnten landwirtschaftlich genutzt werden und somit der hillwash in Dorfnähe durch Erosion bereits deutlich reduziert wurde.