im Land Sachsen-Anhalt

Bodendauerbeobachtung

im Land Sachsen-Anhalt

S A C H S E N ANHALT

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Berichte des Landesamtes für

Bodendauerbeobachtung im Land Sachsen -Anhalt

Umweltschutz Sachsen-Anhalt

2000 - Heft 35

Inhaltsverzeichnis

Einführung 3

2 Untersuchungsprogramm und beteiligte 4 Institutionen

3 Ergebnisse des Untersuchungsprogramms 5 der BDF Siptenfelde

3.1 Lage und Einrichtung 5

3.2 Geologische und bodenkundliche 5 Beschreibung

3.3 Klimatische Standortbedingungen 7

3.4 Ergebnisse abiotischer 9

Bodenuntersuchungen

3.4.1 Bodenphysikalische Untersuchungen 9 3.4 .2 Bodenchemie - anorganische Parameter 10 3.4 .3 Bodenchemie - organische Parameter 12

3.5 Ergebnisse biotischer 14

Bodenuntersuchungen

3.5 .1 Mikrobielle Bodeneigenschaften 14

3.5.2 Untersuchungen zur Bodenfauna 16

3.6 Vegetationscharakteristik der BDF 19 Siptenfelde

3.7 Eintrags-/ Austragsmessu ngen 19 (Stoffkreisläufe)

3.7. 1 Boden-Stoffbestand 20

3.7.2 Stoffeinträge 23

3.7.3 Stoffausträge 26

3.7.4 Nährstoff-und Schwermetallbilanzen 26 3.8 Gesamteinschätzung der BDF Siptenfelde 29

4 Ergebnisse der BDF Mildensee unter be- 31 sonderer Berücksichtigung des Sonder-

untersuchungsprogramms „Untersuchungen zum Abbau von ß-HCH in stark kontami- nierten Böden der Muldeaue des Raumes Dessau" (FKZ 76213/03/95)

4.1

Lage und Einrichtung

31 4.2

Geologische und bodenkundliche

32

Beschreibung

4.3

Klimatische Standortbedingungen

34

4.4

Ergebnisse abiotischer

35

Bodenuntersuchungen

4.4. l

Bodenphysikalische Untersuchungen

35 4.4.2

Bodenchemie - anorganische Parameter

35

4.5

Bodenchemie - organische Parameter:

38

Sonderuntersuchungsprogramm auf der BDF Mildensee

4.5. l

Einleitung

38

4.5.2

Methodik

39

4.5.3

Ergebnisse

43

4.5.4

Schlussfolgerungen

48

4.6

Gesamteinschätzung der BDF Mildensee

49

5

Übersicht der Untersuchungsparameter

50

und der datenführenden Stellen bei der Bodendauerbeobachtung im Land Sachsen-Anhalt

6

Anhang

54

7 Autorenverzeichnis

68

8

Literatur

69

Berichte des Landesamtes für Umweltschutz Sachsen-Anhalt - Halle (2000) - Heft 35

Einführung

Der Boden ist Belastungen ausgesetzt, die aus unterschiedlichen und teils gegensätzlichen Ansprüchen an seine Funktionen entstehen. Als unvermehrbare Naturressource benötigt er den Schutz durch die Gesellschaft. Im Rahmen des nun gesetzlich festgeschriebenen Bodenschutzes (Bun­

desbodenschutzgesetz

§

7,

§

21 (3)) ist es erforder­

lich, Informationen über den Zustand und die Ent­

wicklung des Bodens zu besitzen.

Im Land Sachsen-Anhalt wird deshalb - wie in ande­

ren Bundesländern auch - ein Bodenbeobachtungssys­

tem eingerichtet und betrieben, das aus einem Netz von Bodendauerbeobachtungsflächen (BDF) besteht, denen Referenzstandorte ¹ zugeordnet sind. Mit dem Aufbau des Bodenbeobachtungssystems wurde bereits im Jahr 1990 auf der Grundlage der Studie ,,Aufbau eines Bodenbeobachtungssytems in Sach­

sen-Anhalt" (ALTERMANN) begonnen .

Mit der Einrichtung des Bodenbeobachtungssystems werden nachstehende Ziele verfolgt:

1. Erfassung des aktuellen Zustandes der Böden, 2. langfristige Überwachung von Bodenverände­

rungen und

3. die Ableitung von Prognosen der zukünftigen Entwicklung.

Eine BDF ist ein boden-, landschafts- und nutzungsre­

präsentativ ausgewählter, wiederauffindbarer und zum Zweck der langfristigen Beobachtung angeleg­

ter Ausschnitt des Bodens, der entsprechend festge­

legter Untersuchungsprogramme zyklisch auf Verän­

derungen der Bodenbeschaffenheit überprüft wird.

Die überwiegende Zahl der BDF in Sachsen-Anhalt ist 50 x 50 m groß², schränkt die Nutzung der Fläche, in der sie liegt, nicht ein (z. B. Ackerland) und wird in regelmäßigen Abständen einer Wieder­

holungsuntersuchung unterzogen.

Über die repräsentative Flächenauswahl, die Anla­

ge und Beprobung sowie die Organisation der

Datenerhebung wurde im LAU-Heft 23 (1997)

11 Bodenbeobachtung im Land Sachsen-Anhalt"

berichtet.

Eine Karte der regionalen Verteilung der BDF im Land Sachsen-Anhalt befindet sich auf S. 71. Mit Stand vom 31.12.1999 sind 40 der vorgesehenen 65 BDF eingerichtet und beprobt. Jährlich kommen etwa fünf neue BDF hinzu, so dass die Einrichtung des BDF-Netzes voraussichtlich im Jahre 2004 abgeschlossen sein wird. Von den insgesamt 65 BDF werden dann 33 auf landwirtschaftlich und

15 auf forstwirtschaftlich genutzten Flächen liegen.

Die restlichen 17 BDF verteilen sich auf Standorte, die wegen besonderer Bedingungen gewählt wur­

den (z. B. Kippen des Braunkohlenbergbaus, Über­

schwemmungsgebiete, Naturschutzgebiete u. a.).

Für einige Bodendauerbeobachtungsflächen liegen bereits Analysendaten der ersten Wiederholungs­

Beprobung vor, so dass eine erste Auswertung des Datenmaterials aus zwei Beprobungen und, ablei­

tend daraus, Aussagen zu eventuellen Bodenverän­

derungen möglich sind. Im Rahmen des vorliegen­

den Heftes zum Bodendauerbeobachtungspro­

gramm sollen Ergebnisse dieser Datenauswertung anhand von zwei BDF vorgestellt werden. Damit ist die Zielstellung verbunden, den Umfang und die Aussagefähigkeit des BDF-Untersuchungspro­

gramms und erste Möglichkeiten der Datennutzung aufzuzeigen.

Ausgewählt wurden die Flächen Siptenfelde (Harz, Fahlerde-Pseudogley, Ackerland) und Mildensee (Auenstandort, Gley, Grünland/Ackerland), da für diese Flächen zum einen durch den langen Untersu­

chungszeitraum oder durch flankierende Projekte der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg und des Umweltforschungszentrums Leipzig-Halle eine besonders hohe Datendichte vorliegt.

' Als Referenzstandorte zählen gegenwärtig etwa 200 landw irtschaftliche Musterstücke, die für die Zwecke der Bodenschätzung eingerich­

tet wurden sowie künftig etwa 300 Dauertestflächen der LUFA, auf denen Untersuchungen zur Nährstoffdynamik durchgeführt werden.

² Ausgewählte BDF haben aufgrund besonderer Standortbedingungen oder Fragestellungen anderer Flächengrößen, bestehen beispielswei­

se aus mehreren Teilflächen oder wie die BDF Mildensee aus Messpunkten entlang einer Katena.

Berichte des Landesamtes für Umweltschutz Sachsen-Anhalt - Halle (2000) - Heft 35

2 Untersuchungsprogramm und beteiligte Institutionen

Um bundeseinheitliche Auswertungen zu gewährleis­ zeinen Länder beim Betrieb der Bodendauerbeob­

ten, wurde von einer Sonderarbeitsgruppe der achtungsflächen, weiter spezifiziert und überarbei­

28. Umweltministerkonferenz der Länder im Jahre tet wurde und 1998 in Form einer zweiten erweiter­

199 l eine erste „Konzeption zur Einrichtung und ten Konzeption (AD-HOC-ARBEITSGRUPPE DER zum Betrieb von Bodendauerbeobachtungsflächen" LABO; ARBEITSKREIS BODENINFORMATIONSSYS­

(AUTORENKOLLEKTIV, 199 l) vorgelegt, die, ent­ TEME) erschienen ist.

sprechend den gesammelten Erfahrungen der ein- Das umfangreiche Untersuchungsprogramm umfasst:

Beschreibungsdaten

► Titeldaten

- Bewirtschaftungsdaten

bodenkundliche Ansprache

► Standortdaten

► Profildaten

abiotische Bodenuntersuchungen

► Horizontdaten

► bodenphysikalische Parameter

► bodenchemische Parameter, darunter Schwermetalle und orga­

nische Schadstoffe

biotische Bodenuntersuchungen

Eintrags/ Austragsmessung

_►

bodenmikrobiologische Parameter

► Deposition aus der Luft _►

bodenzoologische Parameter

► Dünger

► Pflanzeninhaltsstoffe

Vegetationsaufnahmen

An der Einrichtung und Betreuung der BDF, der Datenerhebung, -auswertung und -archivierung sind im Land Sachsen-Anhalt zahlreiche Institutio­

nen beteiligt, die in der eigens gegründeten Intermi­

nisteriellen Arbeitsgruppe „Bodeninformationssyste­

me" (IMAG BIS) zusammenarbeiten. Der seit 1992 bestehenden Arbeitsgruppe gehören Vertreter des Landesamtes für Umweltschutz, der landwirtschaftli­

chen Untersuchungs· und Forschungsanstalt, der Forstlichen Landesanstalt und des Geologischen Landesamtes an. Beteiligt sind auch zwei Institute der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. Das

Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle arbeitet als ständiger Gast in der Arbeitsgruppe mit. Darüber hinaus bestehen zu besonderen Fragestellungen Arbeitskontakte mit der Oberfinanzdirektion Mag·

deburg, der Vermessungs· und Katasterverwaltung und dem Deutschen Wetterdienst, Außenstelle Hal­

le.

Abschnitt 5 enthält eine Übersicht aller im Rahmen des BDF-Programmes derzeit erhobenen Untersu­

chungsparameter mit den jeweils datenführenden Stellen.

Berichte des Landesamtes für Umweltschutz

3 Ergebnisse des Untersu­

chungsprogramms der BDF Siptenfelde

Sachsen-Anhalt - Halle (2000) - Heft 35

Anhalt" (ALTERMANN et al., 1993) die Nummer

3. 1 Lage und Einrichtung

62. Sie liegt im Unterharz, etwas mehr als 1 km nördlich der Ortslage Siptenfelde am Südhang des Die BDF Siptenfelde trägt nach der Studie „Aufbau Mittelberges (Abb. 2) und wurde bereits im Spät­

eines Bodenbeobachtungssytems in Sachsen- herbst 1990 angelegt.

!II

Siptenfelde ^■

Abb. 2: Lage der BDF Siptenfelde

Damit gehört sie zusammen mit den BDF Etzdorf und Zöberitz zu den ältesten Bodendauerbeobach­

tungsflächen in Sachsen-Anhalt. Die Anlage einer Bodendauerbeobachtungsfläche umfasst, neben der Einmessung der Flächenkoordinaten (Rechts­

und Hochwerte) und der Vermarkung der Eckpunkte mit Magneten vor allem die bodenkundlich-geolo­

gische Erstaufnahme mittels Anlage eines Schurfes, Probennahme nach Horizonten und Flächenbepro­

bung nach Horizonten. 1996 wurde die ackerbau­

lich genutzte Fläche wiederbeprobt, um eventuelle Bodenveränderungen feststellen zu können. Dabei wurden die gleichen bodenkundlich-geologischen Untersuchungen wie bei der Einrichtung ausgeführt.

Auf einen Unterschied ist hinzuweisen: die Profilan­

sprache erfolgte 1990 nach TGL 24 300, 1996 nach KA 4. Die Anwendung der gleichen Untersu­

chungs- und Probennahmemethoden ist Vorausset-

zung für die Vergleichbarkeit der Messwerte und zur Erfassung der zeitlichen Dynamik der Bodenei­

genschaften.

3.2 Geologische und boden­

kundliche Beschreibung

Das Gebiet, in dem sich die Bodendauerbeobach­

tungsfläche befindet, gehört zur Harzgeröder Fal­

tenzone. Im Bereich der Bodendauerbeobachtungs­

fläche steht unter mehrere Meter mächtigem Locker­

gestein ein plattig brechender Grauwackenschiefer an, der in das Devon gestellt wird. Das kompakte Anstehende wurde im Schurf nicht erreicht, sondern nur dessen Auflockerungszone, bestehend aus Grauwackenschiefer, Grauwacken und vereinzel-

ten Tonschiefern, in lehmig-schluffiges Material gebettet. Es handelt sich um einen Verwitterungs­

schutt aus dem Gestein, das in der Tiefe ansteht und in den lehmig-schluffiges Material aus dem Hangenden eingetragen wurde. Der Skelettanteil liegt über 50 Masseprozent. Dieser Schutt wird in der Literatur als Basisschutt bzw. Basislage bezeich­

net. Seine Gesamtmächtigkeit konnte nicht ermittelt werden. Die größte angetroffene Mächtigkeit im Schurf betrug 80 cm.

Über dem Basisschutt folgt eine Fließerde aus Löss, die im Gebiet der Bodendauerbeobachtungsfläche nicht durchgängig vorhanden ist. Ihre Mächtigkeit schwankt über geringe Entfernungen erheblich. In der Literatur wird diese Schicht als Mittellage bezeichnet.

Als oberste Schicht folgt über der Fließerde oder - dort wo sie fehlt - über dem Basisschutt ein Berg­

löss, bestehend aus einem jüngeren Löss mit relativ wenig Gesteinsmaterial. Diese Schicht ist unter der Bezeichnung Hauptlage bekannt.

An diesen drei Schichten lässt sich das geologische und bodenkundliche Geschehen des jüngeren Pleis­

tozäns verfolgen. Das Untersuchungsgebiet lag in dieser Zeit im periglazialen Raum, war also nicht direkt von den Vereisungen der Weichselkaltzeit betroffen. Es entstanden als älteste erhalten geblie­

bene Schicht Verwitterungsschutte, in die durch Wind Fremdmaterial - überwiegend Löss - einge­

tragen wurde. Darüber folgt die Fließerde aus Löss mit deutlichen Spuren einer Bodenbildung, da sie Tonhäutchen wie ein Bt-Horizont enthält.

Es hat also nach einer Kältephase, in der der Löss angeweht wurde, einen wärmeren Abschnitt gege­

ben, in dem eine Bodenbildung bis hin zur Fahler­

de stattfand. In einer darauffolgenden kälteren Pha­

se kam es zum Abtrag der über dem Bt liegenden Bodenhorizonte sowie zu Solifluktion ¹ und Kryotur­

bation2. Das Profil 1 zeigt Spuren davon. Als jüngs­

te Schicht folgt der Berglöss, ebenfalls die Ablage­

rung einer Kältephase. Interessanterweise sind alle vorhandenen Schichten während verschiedener Käl­

tephasen entstanden. Hinweise auf Wärmephasen mit entsprechender Feuchte liefern nur die Tonhäut­

chen in der Fließerde.

In den drei angetroffenen Schichten verändert sich das Verhältnis von ortsständigem Material zu Fremdmaterial erheblich, indem das Fremdmaterial (Löss) von unten nach oben stark zunimmt.

Im Idealfall besteht das Profil aus drei Schichten:

a) Berglöss 50 - 60 cm mächtig (Hauptlage) b) Fließerde aus Löss 0 - 80 cm mächtig (Mittellage) c) Basisschutt > 80 cm mächtig (Basislage) Diesen drei Schichten können bestimmte Bodenhori­

zonte zugeordnet werden Berglöss: Ah, Bv, Sw

Fließerde: Al, Ael, Bt, BtSd, Sw Basisschutt: C-Horizonte

so dass bei einem dreischichtigen Profilaufbau Fahl­

erden oder Parabraunerden bzw. Braunerde-Pseu­

dogleye oder Pseudogley-Fahlerden auftreten. Die bereits erwähnten Mächtigkeitsschwankungen der Fließerde aus Löss bewirken mit wachsender Mäch­

tigkeit die Neigung zur Staunässe im Bodenprofil.

Weiterhin ist auch die Reliefposition mit für die Ver­

nässung entscheidend. Dort, wo die Fließerde aus Löss geringmächtig ist bzw. ganz fehlt, finden sich Braunerde-Fahlerden bzw. Braunerden.

Die Südwand (Wand 1, Abb. 3) des Schurfes von 1996 zeigt eine Pseudogley-Fahlerde, ebenso Wand

2

an der Westseite, allerdings mit deutlich geringer mächtiger Fließerde aus Löss.

Abb. 3: Profil II Wand 1"

' Bodenfließen, d. h. aufgetauter Boden gerät auf seiner gefrorenen Unterlage ins Rutschen und kann sich z. T. über größere Entfernun­

gen bewegen. Dabei enstehen Fließerden.

2 Bodenverformung durch Frosteinwirkung

Wand 3 (Abb. 4) zeigt an der Ostseite des Schur­

fes eine Löss-Fließerde mit sehr geringer Mächtig­

keit (30 cm) und deswegen eine Braunerde-Fahler­

de.

Abb. 4: Profil

II

Wand 3"

Dieser Befund in einem

2

^x

3

m großen Schurf zeigt die außerordentlich kleinflächige Verteilung der einzelnen Bodentypen. Das gleiche Bild zeigte sich bei Sondierungen auf der

50

x

50

m großen BDF.

Wie schon erwähnt, ist die BDF Siptenfelde bereits 1990 angelegt worden. Der Schurf der Wiederho­

lungsbeprobung im Jahre 1996 lag etwa 5 m nörd­

lich von der Stelle, an der 1990 der Schurf ange­

legt wurde. Er zeigt an Wand 1 und an Wand 2 eine deutliche Vernässungstendenz und damit andere Profile als der Schurf von 1990. Als Grund dafür ist die höhere Mächtigkeit der Löss-Fließerde (Mittellage) in dem 1996 angelegten Schurf anzu­

nehmen . Wand 3 zeigt bei geringerer Mächtigkeit der Mittellage eine Braunerde-Fahlerde; dieses Pro­

fil ist den 1990 aufgeschlossenen Bodenprofilen sehr ähnlich.

Die Mächtigkeitsunterschiede der Löss-Fließerde auf sehr geringe Entfernungen sind für dieses Gebiet typisch und erklären das sehr kleinflächige Mosaik von verschiedenen Bodentypen, so wie es in den beiden Schürfen aufgeschlossen ist (Tab. l). Beide Schürfe sind damit repräsentativ für die Bodenver­

hältnisse auf der BDF und in der weiteren Umge­

bung.

Tab. 1: Vergleich der Schürfe 1990 und 1996 hinsichtlich der Mächtigkeit der Mittellage und der Einstufung des Bodentyps

Schurf 1990 1996

Wand 1 Wand2 Wand 1 Wand2 Wand 3

Mächtigkeit der Mittellage

0,45 m 0,10 m 0,80 m 0,50 m 0 ,20 m

Bodentyp Fahlerde Braunerde Fahl erde- Pseudogley

Pseudogley- Fahlerde

Braunerde/

Fahlerde

3.3 Klimatische Standortbedin­

gungen

Eine wichtige Basisinformation zu einer BDF stellt ihre klimatische Charakteristik dar, da die im Boden ablaufenden Prozesse wesentlich vom Klima beeinflusst werden. Klimatische Kenngrößen wer­

den vom Deutschen Wetterdienst (DWD) bereitge­

stellt. Im Rahmen eines vom DWD erstellten Fach­

konzeptes zu Anforderungen des Bodeninformati­

onssystems Sachsen-Anhalts an den meteorologi-

sehen Input wurden jeder BDF eine Niederschlags­

station und eine Klimastation des bundesweiten Messnetzes zugeordnet. Dies erfolgte unter Berück­

sichtigung des Abstandes und der Höhendifferenz zwischen der Bodendauerbeobachtungsfläche und der meteorologischen Station. Bereitgestellt werden die Tageswerte für Niederschlag, Temperatur und Sonnenscheindauer in langen Zeitreihen ab 1969.

Sie dienen, neben der Beurteilung der Standortbe­

dingungen, vor allem als Datengrundlage für das Simulationsmodell CANDY (FRANKO & OEL­

SCHLAEGEL, 1996). Dieses Modell wird zur Analy-

20

..,.._ 1969-1989 15

10

°C 0

5 0

Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez -5

80 70 60 50

mm ⁴⁰

30 20 10 0

Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

-+-1969-1989

1991-1999 Abb. 5 : Monatsmittel der Tagesdurchschnittstemperatur, Standort Siptenfelde

Abb. 6 : Mittlere monatliche Niederschlagssummen, Standort Siptenfelde

Die monatliche Verteilung des Niederschlags zeigt, dies vor allem auf trockenere Winter zurückzu­

dass in dieser Gebirgslage die Differenz zwischen führen ist.

Sommer- und Winterniederschlägen geringer ist als

im Flachland. Die Jahressumme des Niederschlags Das Simulationsmodell CANDY wurde von SCHENK für den Zeitraum 1991-1999 ist mit 591, 1 mm (1999) zur Einschätzung des Wasserhaushaltes wesentlich geringer als das 20-jährige Mittel mit und der Stoffumsatzaktivität des Standortes ange­

672, 1 mm. Die Abbildung macht deutlich, dass wendet. Als Eingangsgrößen dienten dabei, neben se von Landnutzungssystemen hinsichtlich ihres

Wasserhaushaltes und ihres Kohlenstoff- und Stick­

stoffumsatzes verwendet.

In Siptenfelde befindet sich 800 m südöstlich der BDF eine Niederschlagsmessstation . Die zugeord­

nete Klimastation ist Harzgerode, welche sich in 6,4 km Entfernung in östlicher Richtung befindet.

Die Höhendifferenz ist mit nur 11 m vernachlässig­

bar.

Das Klima ist von der Vorgebirgslage geprägt. Das 20-jährige Mittel der Lufttemperatur ( 1969-1989)

Der Jahresverlauf der Temperatur zeigt, dass die Vegetationszeit, d. i. der Zeitraum mit Tagesdurch­

schnittstemperaturen über 5 °C, mit rund 200 Tagen relativ kurz ist. Die Jahresdurchschnittstempe-

beträgt 7,0 °C und der Jahresniederschlag für die­

sen Zeitraum 672,2 mm. Damit gehört Siptenfelde, zusammen mit den anderen im Naturraum Harz gelegenen BDF, zu den niederschlagsreichsten und kältesten Standorten des BDF-Programms des Lan­

des Sachsen-Anhalt. Die Abbildungen 5 und 6 zei­

gen zur Einschätzung des Jahreswitterungsverlaufes die Monatsmittelwerte für Lufttemperatur und Nie­

derschlag. Dargestellt sind die 20-jährigen Mittel­

werte im Vergleich zum Mittel des Beobachtungs­

zeitraumes 1991-1999.

ratur des Zeitraumes 1991-1999 lag mit 7,4 °C um 0,4 °C höher als der 20-jährige Mittelwert des Zeit­

raumes 1969-1989, was vor allem durch wärmere Winter begründet zu sein scheint.

Ap

Ah + Ael Ael (Sw)

Ael (Sw) + BtSd BtSd

IIIC IVC

1

·-·

^{1 1 11 1}

1 1 II 1

1 1 1 III

Hauptlage, Skelettanteil 0%

III 111

1 1 1 1

1 1 1 1 1 1

Basisschutt, Skelettanteil > 50%

1 1

.. 1

Fließerde aus Löss, Skelettanteil 9%

□ Ton Feinschluff

□ Mittelschluff

□ Grobschluff

□ Fe i nsand

□ Mittelsand

□ G robsand

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Boden-und Bewirtschaftungsparametern, die klima­ tischen Kenngrößen des Zeitraumes 1969-1989.

Die Wasserbilanz ist von Mai bis August negativ.

In den Herbst- und Wintermonaten wird der Boden­

vorrat dann aufgefüllt. Die Grundwasserneubil­

dungsrate wurde vom Modell mit 264,7 mm berechnet.

Die Einschätzung der Stoffumsatzaktivität erfolgt auf Basis der „Wirksamen Mineralisierungszeit"

(WMZ). Sie gibt an, wieviel Zeit unter optimalen Bedingungen (Laborbedingungen) benötigt wird, um bei den betrachteten Standortbedingungen (Bodentextur, Lufttemperatur, Niederschlag) die gleiche Umsatzleistung wie im Freiland zu erzielen (FRANKO, 1997). Die Stoffumsatzaktivität am Stand­

ort Siptenfelde unterliegt, der Temperatur folgend, einem ausgeprägten Jahresgang und ist auch zwi­

schen den Jahren deutlich differenziert (SCHENK, 1999). Bei einem Vergleich der Wirksamen Mine­

ralisierungszeit von 13 bisher analysierten Boden­

dauerbeobachtungsflächen liegt der Standort mit 16, 1 d/a deutlich unter dem Durchschnitt von 26,6 d/a.

3.4 Ergebnisse abiotischer Boden­

untersuchungen

3.4. 1 Bodenphysikalische Untersuchungen

Im Rahmen des BDF-Programms werden untersucht:

die Korngrößenzusammensetzung, d. h.; es wird der Anteil der verschiedenen Kornfraktionen an der Zusammensetzung eines Gesteins ermittelt.

Das geschieht durch Siebung und durch Sedi­

mentation (Tonfraktion).

das Porenvolumen , darunter versteht man die mit Luft bzw. Wasser gefüllten Hohlräume eines Gesteins. Man unterscheidet Grob-, Mittel- und Feinporen. In den Grobporen folgt das ver­

sickernde Wasser der Schwerkraft, in den Mittel­

poren ist es kapillar gebunden und in den Fein­

poren gibt es Haftwasser, welches nicht pflan­

zenverfügbar ist.

- der Durchlässigkeitsbeiwert, dieser gibt an, um welchen Betrag sich Wasser im wassergesättig­

ten Boden bewegt.

Die drei untersuchten Parameter stehen in enger Be­

ziehung zueinander.

Im Fall der BDF Siptenfelde interessierte besonders, ob es Abweichungen zu den Ergebnissen der Be­

probung von 1990 gab.

Korngößenzusammensetzung

Jeder Boden besteht in der Regel als Folge des Ver­

witterungsprozesses des Ausgangsgesteins aus ver­

schiedenen Korngrößen . Die Korngrößenzusam­

mensetzung wird auch als Bodentextur bezeichnet und dient zur Kennzeichnung der Bodenart.

Die Bestimmung der Korngrößenzusammensetzung erfolgt durch Trennung der Kornfraktionen Steine (< 60 mm), Kies (2 - 60 mm), Sand (0,06 - 2 mm), Schluff (0,002 -0,06 mm) und Ton (> 0,002 mm) durch Siebung und Abschlämmung auf Basis der unterschiedlichen Fallgeschwindigkeiten verschie­

den großer Bodenteilchen in Flüssigkeiten .

Ein Vergleich der Ergebnisse der Korngrößenvertei­

lung (Abbildung 7, Tabelle A1) wird anhand der im Profil angetroffenen Lagen vorgenommen.

Abb. 7 : Korngrößenzusammensetzung der einzelnen Horizonte, Schurfwand 1, Beprobung 1996, BDF Sip­

tenfelde

Die Hauptlage, in der 1996 die Horizonte Ap, Ah+Ael auftreten (1990 Ap, Bv und EtBt, vgl. Tab.

A 1) zeigt in allen Korngrößengruppen gute Über­

einstimmung. Der hohe Grobschluffanteil von bis zu 45 % ist auf die Lösseinwehung zurückzuführen.

Die Fließerde aus Löss (1996 Horizonte Ael+BtSd und BtSd; 1990 Horizont BtEt') unterscheidet sich durch einen höheren Tangeholt von den anderen Lagen . Es gibt ebenfalls deutliche Unterschiede beim Skelettanteil, der wesentlich geringer ist. Der Basisschutt ((-Horizont) zeigt wieder ein anderes Bild . Der Skelettanteil liegt über 50 % und kann 80 % erreichen. Der Sandanteil liegt deutlich höher als in den anderen Lagen . Geringer sind dagegen der Grobschluffanteil und der T angeholt. Es deutet alles darauf hin, dass es sich bei dem Basisschutt um einen mehr oder weniger autochthonen Verwitte­

rungsschutt mit einem geringen Lössanteil handelt.

Die Korngrößenanalysen der Beprobungen von 1990 und 1996 (Tab. A 1) stimmen gut überein.

Die drei Lagen lassen sich in beiden Beprobungen mühelos erkennen und voneinander unterscheiden.

Nach der Korngrößenverteilung ergibt sich für den Standort die Bodenart toniger Schluff. Aus dem Pro­

filaufbau und der Korngrößenverteilung erklärt sich die Neigung zur Stauvernässung.

Porenverteilung

Die Böden sind in Abhängigkeit ihrer Korngrößen­

zusammensetzung, der Kornform und dem Gehalt an organischer Substanz durch einen bestimmten Anteil an Hohlräumen, das Porenvolumen, gekenn­

zeichnet. Anhand der Untersuchung der Poren­

größenverteilung, d. h. der Einteilung des Porenvo­

lumens in Grob-, Mittel- und Feinporen, erhält man Informationen zum Wasserhaushalt des Bodens.

Grobporen sind in der Regel in terrestrischen Böden wasserfrei und daher für die Belüftung des Bodens ausschlaggebend, Mittelporen enthalten pflanzenverfügbares Wasser, während das Wasser in den Feinporen nicht pflanzenverfügbar ist. Der Anteil von Grobporen ist um so größer, je sand­

und kiesreicher die Böden sind. Der Anteil an Fein­

poren korreliert mit der Schluff- und Tonfraktion des Bodens. Korngrößenzusammensetzung und Poren­

größenverteilung beeinflussen also die Bindungs­

stärke des Wassers. Bei gleichem Wassergehalt steigt die Bindungsstärke des Bodenwassers in der Reihenfolge Sandboden < Schluffboden < T onbo­

den (SCHEFFER/SCHACHTSCHABEL, 1989).

Für die Untersuchung des Porenvolumens und der Porenraumverteilung ist die Entnahme ungestörter Bodenproben mittels Stechzylindern Voraussetzung.

Die Probennahme mit Stechzylindern in Substraten mit hohem Skelettanteil ist immer problematisch.

Zum einen, weil es beim Einschlagen zur Auflocke-

rung des Substrates kommt sobald sich ein Gesteinsbruchstück beim Eindrücken des Stechzylin­

ders verkantet oder verdreht (so dass ein künstlicher Hohlraum entsteht), zum anderen ist bei hohem Ske­

lettanteil eine Probennahme mit Stechzylinder oft nicht mehr möglich. Die Messergebnisse 1996 (Tab. A 1) zeigen folgendes Bild:

• Gesamtporenvolumen (GPV): nimmt von oben nach unten im Profil ab und ist im BtSd (Stauhori­

zont) am geringsten. Damit kann auch hier die Neigung zur Stauvernässung erkannt werden.

• Grobporen: (GPl und GP2): In diesem Größenbe­

reich bewegt sich das Wasser der Schwerkraft nach. Der Anteil der Grobporen am Gesamtpo­

renvolumen sinkt von knapp 20% im Ap-Horizont auf 5,5% im BtSd-Horizont.

Ein Vergleich zu den Messungen von 1990 zeigt gute Übereinstimmung beim Bv und EtBt- Horizont (AISw von 1996). Weniger gut ist die Übereinstim­

mung beim Stauhorizont (BtEt bzw. BtSd) . Die Gründe dafür können in den Problemen bei der Pro­

bennahme liegen.

Durchlässigkeitsbeiwert (kf-Wert- Wasserdurchläs ­ sigkeit im wassergesättigtem Boden (cm/s))

Die Durchlässigkeit oder Wasserleitfähigkeit des Bodens ist eine wesentliche Einflussgröße für die Wasserbewegung im Boden und wird bestimmt durch Anzahl, Größe und Form der Poren, durch die das Wasser fließt. Auch hier war die Proben­

nahme ungestörter Proben mittels Stechzylinder ähnlich problematisch wie bei der Porenraumvertei­

lung. Die Messergebnisse (Tab. A 1) zeigen eine deutliche Abnahme der Durchlässigkeit von oben nach unten und bestätigen damit die Ergebnisse der Korngrößenanalyse und der Porenraumvertei­

lung. Die Neigung zur Stauvernässung wird eben­

falls bestätigt.

3.4.2 Bodenchemie - anorganische Para­

meter

Die bodenchemischen Untersuchungen umfassen neben einer Stoffinventarisierung von Nähr- und Schadstoffen vor allem Analysen der den Stoffum­

satz und die Sorptionskraft bestimmenden Parame­

ter wie pH-Wert und Kationenaustauschkapazität (T-Wert, Sorptionskapazität). Letztere ist ein Maß für die Menge der von Ton- und Humuskolloiden gebundenen Kationen.

Die Ergebnisse der bodenchemischen Untersuchun­

gen der Beprobung von 1990 und 1996 lassen sich gut miteinander vergleichen (Tab. A2). Die untersuch­

ten Parameter zeigen nur geringe Unterschiede. Die

Bodentiefe in cm 0-15

Cu [mg/kg TS]

15-35

35-60

60-80

80-100

100-120

0

100 200

Pb [mg/kg TS] Cr [mg/kg TS)

300 400 500

größten Differenzen zeigen sich im Ap, was durch die Düngung zu erklären ist. Auffallend hoch sind die Kaliumgehalte in beiden Beprobungen, die sich sowohl durch Düngung als auch aus der Glimmerver­

witterung erklären lassen. Es hat in den Jahren zwi­

schen 1990 und 1996 keine signifikanten bodenche­

mischen Veränderungen gegeben. Eine detaillierte Diskussion des Nährstoffinventars der Fläche ist in Abschnitt 3.7. ,,Eintrags-/ Austragsmessungen (Stoff­

kreisläufe)" enthalten .

Schwermetalle

Die Schwermetallgehalte, untersucht im Königswas­

seraufschluss der Flächenbeprobung 1996, werden in Tabelle 2 vorgestellt.

Ein Vergleich der Werte mit den Grenzwerten der Bundes-Bodenschutzverordnung (BBodSchV, vgl . Tab. A3) zeigt, dass die ermittelten Gehalte überwie­

gend unauffällig sind. Für Chrom und Kupfer werden jedoch die Vorsorgewerte überschritten. Nach BBodSchV ist bei einem Überschreiten der Vorsorge­

werte das Entstehen einer schädlichen Bodenverän­

derung zu besorgen . Das gilt bei Böden mit naturbe­

dingt erhöhten Schadstoffgehalten nur, wenn eine erhebliche Freisetzung von Schadstoffen oder zusätz­

liche Einträge nachteilige Auswirkungen erwarten lassen. Insoweit ist bei Überschreitung der Vorsorge­

werte eine Zusatzbelastung nur bis zur Höhe der in Anhang 2 Nr. 5 BBodSchV festgesetzten jährlichen Frachten zulässig.

Tab. 2: Schwermetallgehalte (Königswasseraufschluss, in mg/kg TS) der Flächen- Probennahme 1996, BDF Siptenfelde

Pb Cd Cr Cu Ni Hg Zn

Mischprobe 5- 15 cm 30,6 0,4 60,4 62,6 29, 1 0,2 131,7

Mischprobe 30-40 cm 20,7 0,2 56,9 58,1 30,4 0,2 108, 1

Vergleich mit den Grenz- <VW <VW >VW >VW <VW <VW <VW

werten der BBodSchV Lehm/ Ton

Schluff VW =Vorsorgewert

Zur Einschätzung, ob die erhöhten Schwermetallge­

halte bei Chrom und Kupfer anthropogenen Ursprungs oder naturbedingt, d. h. geogen bedingt erhöht sind, können die Schurfproben herangezo-

gen werden . In Abbildung 8 sind die Geha lte der Horizontbeprobung für die Schwermetalle Blei, Chrom und Kupfer dargestellt.

Abb. 8:Gehalt ausgewählter Schwermetalle in unterschiedlichen Bodentiefen, Schurfproben BDF Siptenfelde, 1996

Die Gehalte der Schwermetalle Chrom und Kupfer stei­ ten, und lassen daher eher auf einen geogenen als auf gen mit zunehmender Bodentiefe an. Besonders bei einen anthropogenen Hintergrund schließen. Der Blei­

Kupfer ist der Gehalt in den Horizonten Ap, Bv, Ael, gehalt, welcher zum Vergleich mit dargestellt wurde, BtSd

(=

Berglöss + Fließerde

=

0 - 80 cm) deutlich zeigt hingegen mit zunehmender Bodentiefe keine Ver­

geringer als im Basisschutt, wo der vierfache Wert änderungen. Der Gehalt im Ap-Horizont ist gegenüber ermittelt wurde. Offensichtlich stammen die höheren tieferen Horizonten etwas höher, daher ist hier ein Gehalte des Basisschutts aus den devonischen Schich- anthropogener Ursprung zu vermuten.

3.4.3 Bodenchemie - organische Parameter

Organische Bodensubstanz (085)

Die organische Substanz des Bodens ist ein ent­

scheidendes Kriterium der Bodenfruchtbarkeit und mit nahezu allen chemischen , physikalischen und biologischen Bodeneigenschaften eng korreliert. (KÖRSCHENS et al., 1997).

Die OBS wird im wesentlichen durch die Faktoren Klima, Standort und Bodennutzung beeinflusst:

• Standort: Böden mit höherem Feinanteil (Ton+Fein­

schluff) haben meist höhere Gehalte an OBS,

• Klima: die Faktoren Temperatur und Niederschlag stehen miteinander in Wechselwirkung, eine hohe Jahresdurchschnittstemperatur verbunden mit hohem Niederschlag (z. B. feuchte Tropen) begüns­

tigt die Umsatzaktivität, d.h. der Gehalt an OBS sinkt, niedrige Jahresdurchschnittstemperaturen verbunden mit hohem Niederschlag (z. B.

Gebirgslagen) führen zu einer sinkenden Umsatz­

aktivität, d. h. zu einer Akkumulation der OBS,

• Bodennutzung: durch Bewirtschaftungsmaßnah­

men wie Bodenbearbeitung und Düngung wird

der Gehalt an OBS entscheidend beeinflusst.

Durch die Bodenbearbeitung bei ackerbaulicher Bodennutzung sinkt der OBS-Gehalt, durch Zufuhr organischer Substanz in Form von organi­

schem Dünger oder von Ernte- und Wurzelrück­

ständen wird der OBS-Gehalt positiv beeinflusst.

Da eine direkte Bestimmung der OBS nicht möglich ist, wird sie aus dem Gehalt des Bodens an organi­

schem Kohlenstoff (C-org-Gehalt) C

errechnet bzw. der

0 ,9-Gehalt wird als Kriterium zur Einschätzung der OBS herangezogen . Für die BDF Siptenfelde ist der C-org-Gehalt von drei Untersuchungsterminen in Abbildung 9 dargestellt. Der 1990 für eine Tiefe von 10 - 15 m ermittelte Wert beträgt 2, 1 % C0,

9•

Zur Beurteilung des OBS-Versorgungszustandes ist dieser Gesamtgehalt allein jedoch unzureichend . Nach KÖRSCHENS (1997) ist ein Großteil der OBS fest an die Tonfraktion des Bodens gebunden, damit nicht an den Stoffumsatzprozessen im Boden beteiligt, also quasi als „inert" zu bezeichnen. Von Interesse für die Beurteilung des Versorgungszustan­

des von ackerbaulichen Bodennutzungssystemen ist vor allem der umsetzbare Teil der OBS.

2,5

^{Corg in%}

2 1,5 1 0,5

0

10-15cm 0-20cm

1990 1996

Cumsetzbar

□

Cinert

0-20cm 1999 Abb.

9:

Entwicklung des C-org-Gehaltes der BDF Siptenfe/de von

1990-1996

Der auf der Grundlage der von KÖRSCHENS ermit­

telten Regressionsbeziehung ¹ berechnete C-org-Anteil beträgt bei einem Gehalt von 19 % Ton (Fraktion <

2µm) 1,37 % C-org.Es wird ersichtlich, dass 1990 mit 0,73 % C-orgder umsetzbare C-Gehalt höher lag als 1996 und 1999 (0,46 bzw. 0,45 % C-org), wobei einschränkend darauf hinzuweisen ist, dass die Probennahmetiefen der Untersuchungen unter­

schiedlich sind .

1) C-inert=Tongehalt* 0,07 (KÖRSCHENS, 1997)

Der 1990 ermittelte umsetzbare C-Gehalt von 0,73 % liegt über dem empfohlenen Wert von maximal 0,6 % und weist auf eine Akkumulation organischer Subs­

tanz hin. Die Vorgebirgslage mit der relativ kurzen Vegetationszeit und der geringen Jahresdurchschnitt­

stemperatur ist ein Aspekt, der die Akkumulation organischer Substanz fördert. Es könnte aber des weiteren ein Hinweis auf eine jahrelange Überversor­

gung mit organischem Dünger sein .

Huminstofffraktionen am Standort Siptenfelde

1

Mittelwert Acker-BDF, U/T Böden

1

34,

1

Flächenprobe 1999, 0-20cm

1 1

Flächenprobe 1996, 0-20cm ¹

1

1

FI ächenprobe 1990, 1 0-15cm ¹

1

0% 20% 40% 60% 80% 100%

□ □ Hymatomelansäuren Braunhuminsäuren ■ Grauhuminsäuren

Auf der BDF Siptenfelde war 1993 ein Brachejahr eingeschoben worden . Im Juli 1995 erfolgte die organische Düngung mit 15 t/ha Stallmist, was sich allerdings nicht in einem höheren C-org-Gehaltim Früh­

jahr 1996 niederschlug . Vielmehr ist 1996, mit der oben erläuterten Einschränkung zur Probennahmetie­

fe, gegenüber 1990 eine Abnahme des umsetzba­

ren C zu verzeichnen . Ein Vergleich der Werte 1996 und 1999 zeigt, dass der Versorgungszustand an organischer Substanz stabil auf dem Niveau von 1996 geblieben ist. Dabei kann eingeschätzt wer­

den, dass ein Gehalt von 0,45 % C-umsetzbardem opti­

malen Versorgungszustand für ackerbaulich genutzte Standorte entspricht. Das Brachejahr, die nur einma­

lige organische Düngung in dem betrachteten Zeit­

raum und das jährliche Einbringen der Ernte- und Wurzelrückstände waren also zur Aufrechterhaltung einer guten Humusbilanz vollständig ausreichend.

Huminstoff-Fraktionen

Bei der Huminstofffraktionierung werden auf Basis der Lauge- und Säurelöslichkeit die Fraktionen Ful­

vosäuren und Huminsäuren (Hymatomelansäuren, Grauhuminsäuren, Braunhuminsäuren) ermittelt. Ful­

vosäuren unterscheiden sich von den Huminsäuren vor allem durch ihr niedrigeres Molekulargewicht und durch den meist höheren Gehalt an funktionel­

len Gruppen. Die Fulvosäuren entstehen besonders bei niedriger biologischer Aktivität bzw. niedrigem pH-Wert. Abbildung 10 enthält die Ergebnisse der Huminstofffraktionierung der Probennahmen 1990, 1996 und 1999 im Vergleich zum Mittelwert aller Bodendauerbeobachtungsflächen mit Ackernutzung und gleicher Bodenart.

Abb . 10: Huminstofffraktionen der BDF Siptenfelde (Probennahmen 1990, 1996 und 1999) im Vergleich zum Mittelwert ackerbaulich genutzter BDF gleicher Bodenart

Es wird ersichtlich, dass im Vergleich zum o.g . Mit­

telwert der Bodendauerbeobachtungsflächen glei­

cher Bodenart und Bodennutzung der Anteil von Fulvosäuren am Standort Siptenfelde höher liegt.

Dies deckt sich mit den unter 3.3 vorgestellten Aus­

sagen zur klimatisch bedingten, vergleichsweise niedrigen Stoffumsatzaktivität am Standort.

Bei einem Vergleich der einzelnen Beprobungsjah­

re stimmen die Ergebnisse von 1990 und 1999 sehr gut überein . 1996 hingegen ist der ermittelte Anteil an Fulvosäuren zugunsten der Grauhu­

minsäuren zurückgegangen . Ob dies ein Effekt der direkt vorangegangenen organischen Düngung ist, kann nicht mit Sicherheit behauptet werden.

Organische Schadstoffe

Das bundeseinheitliche Programm zur Untersu­

chung der Bodendauerbeobachtungsflächen emp­

fiehlt die Analyse des Bodens auf folgende organi­

sche Schadstoffe: Chlorpestizide (HCB, HCH, DDD, DDT, DDE), PCB und PAK.

Zur Reduzierung des Untersuchungsumfangs wird in Sachsen-Anhalt als erster Schritt ein qualitatives Screening auf organische Schadstoffe durchgeführt.

Danach wird entschieden, welche quantitativen Detailuntersuchungen notwendig sind. Methodische Grundlage des Screenings bildet eine achtstündige Soxhlett-Extraktion an Teilproben mit den Extrakti­

onsmitteln Ethanol/Toluol, Hexan/Aceton und Di-

chlormethan und die darauffolgende Analyse mit einem Gaschromatographen.

Das Ergebnis des Screenings für die BDF Siptenfel­

de von 1996 zeigte keine Indikation für eine Belas­

tung mit organischen Schadstoffen, so dass eine weitere Untersuchung von Einzelsubstanzen zu die­

sem Zeitpunkt nicht notwendig war.

Ein weiteres Indiz für eine eventuelle Schadstoffbelas­

tung der BDF-Standorte liefert der Leuchtbakterientest.

Dieser ursprünglich zur Analyse der Wasserqualität entwickelte Test nach DIN 8412, Teil 34, kann auch an der Bodenlösung durchgeführt werden. Gemessen wird die Leuchtintensität des maritimen Photobacterium Phosphoreum, welche bei toxischen Einwirkungen durch organische oder anorganische Schadstoffe gehemmt wird. Die gemessenen Werte für die BDF Siptenfelde im Jahr 1996 weisen mit 16,5 % Hem­

mung der Leuchtintensität keine Indikation für eine Schadstoffbelastung auf. 1999 wurde eine Hemmung von 21,5 % ermittelt, was bereits als leicht toxisch ein-

Tab . 3: Kurzcharakteristik mikrobiologischer Parameter

zustufen ist. Ergebnisse eines erneuten Screenings auf organische Schadstoffe liegen noch nicht vor. Die tatsächliche Ursache dieser toxischen Wirkung kann allerdings derzeit nicht zweifelsfrei bestimmt werden, sondern erfordert aufwendige Detailuntersuchungen.

3.5 Biotische Bodenuntersuchungen

3.5. 1 Mikrobielle Bodeneigenschaften

Der indikative Wert von bodenmikrobiologischen Parametern für das Bodenqualitätsmonitoring wird besonders diskutiert, da die Mikroorganismen und ihre Aktivität eine Schlüsselstellung bei allen Stoffum­

satzprozessen im Boden haben und am sensitivsten auf eine Veränderung der Umweltbedingungen rea­

gieren. Deshalb nehmen mikrobiologische Kenn­

größen eine zentrale Stellung innerhalb des BDF­

Untersuchungsprogramms ein. Folgende mikrobiolo­

gische Parameter werden aller fünf Jahre untersucht:

Methode Kurzcharakteristik

Basalatmung mikrobieller Stoffwechselvorgang, bei dem Sauerstoff zur Durchführung der fermentativen Oxidation sowie zum Zellaufbau aufgenommen und bodeneigenes Kohlendioxid freigesetzt wird

Mikrobielle Biomasse der im Boden vorhandene Anteil organischer Substanz, der aus stoff- wechselaktiven Mikroorganismen besteht

Zunächst wird die Basalatmung durch Messung des freigesetzten C0₂ ermittelt. Zur Biomassebestimmung wird dann die gleiche Probe mit Glu- kose im Überschuss (400 mg Glukosezugabe) versetzt. Die Höhe der anfänglichen Atmungsrate ist nach Regressionsberechnungen von ANDERSON & DOMSCH (1978) proportional zum Biomassegehalt der Böden, der als C-mic in µg.g-¹ Bodentrockenmasse angegeben wird.

metabolischer Quotient Der metabolische Quotient (q C0_{2 )} wird als Quotient aus Basalatmung (q C0_{2 )} und mikrobieller Biomasse berechnet (ANDERSON & DOMSCH 1990).

Dieser Quotient ist eine Kenngröße für den physiologischen Zustand der Mikroorganismen im Boden und ermöglicht Aussagen zur Effizienz der Kohlenstoffnutzung von Mikroorganismengesellschaften.

Enzymaktivitäten

Katalase Die Aktivität der Katalase, einer zellgebundenen Reduktase, dient zur Kennzeichnung des allgemeinen mikrobiellen Status der Böden, indirek- ter Biomasseindikator für alle aeroben Mikroorganismen, Methode nach BECK (1971)

ß-Glucosidasen Die ß-Glukosidasen (GLU) - Enzyme des Kohlenstoffkreislaufs - sind an der kompletten Zersetzung von Zellulose zu Glukose im Boden maßgeb- lieh beteiligt. Sie wurden nach der Methode von HOFFMANN &

DEDEKEN (1965) bestimmt.

Proteaseaktivität Die Proteaseaktivität charakterisiert die Zersetzung von Proteinen im Boden und wurde bestimmt nach der Methode von LADD & BUTLER (1972).

Arginin-Ammonifikation Arginin-Ammonifikation

( =

Desaminasenaktivität) zellgebundene Desaminasen katalysieren die Abspaltung von Ammonium aus einer Aminosäure und leiten damit die letzte Stufe der N-Mineralisierung ein. Methode nach ALEF & KLEINER (1986)

Für eine Beurteilung mikrobiologischer Bodeneigen­ Alle Stoffumsatzprozesse im Boden werden durch schaften ist eine Charakterisierung der Standortei­ mikrobiologische Vorgänge verursacht. Dem Boden genschaften Voraussetzung, da durch sie die mikro­ zugeführte Ernte- und Wurzelrückstände sowie biellen Umsatzbedingungen geprägt sind. Im organische Düngemittel dienen als Nahrungsquelle Abschnitt 3 .4.3 wurde im Zusammenhang mit der und werden in organische Bodensubstanz (Humifi­

Bewertung des Versorgungszustandes an organi­ zierung) überführt bzw. unter Freisetzung von C0₂ scher Bodensubstanz bereits eine Einschätzung zu und mineralischem Stickstoff mineralisiert. Für die den Stoffumsatzbedingungen am Standort Siptenfel­ mikrobielle Biomasse, die Basalatmung und enzy­

de vorgenommen. Danach führten die klimatischen matische Aktivität ist deshalb eine enge positive Bedingungen der Vorgebirgslage verbunden mit Abhängigkeit vom C0 ^, 9-Gehalt des Bodens nachge­

einer anscheinend hohen Versorgung mit organi­ wiesen worden.

scher Substanz bis 1990 zu einer Akkumulation. In Die mikrobielle Biomasse und die Basalatmung wur­

den Folgejahren fand ein verstärkter Abbau von den am Standort Siptenfelde 1996 und 1999 unter­

organischer Bodensubstanz statt. sucht. Die Ergebnisse werden in Tabelle 4 vorgestellt.

Tab. 4: Mikrobielle Biomasse und Basalatmung, Probennahme 1996 und 1999, BDF Siptenfelde

Parameter Einheit 1996 1999

Mikrobielle Biomasse µg C-mic/gTS 366,2 347,0

Basalatmung µg CO²-C/g TS·h 1,42 1,99

qCO2 % 3,9 5,79

In Übereinstimmung mit dem Versorgungszustand an organischer Substanz in diesem Zeitraum entspre­

chen die Werte für die mikrobielle Biomasse einem mittleren bis hohen Niveau auf ackerbaulich genutz­

ten Standorten. Zwischen den Untersuchungsjahren 1996 und 1999 bestehen, analog zum

C-org-Gehalt,

keine signifikanten Unterschiede.

Für die Basalatmung und den metabolischen Quoti­

enten wurden 1999 gegenüber 1996 höhere Werte ermittelt, was auf eine höhere mikrobiologische Akti­

vität, verbunden mit hohem Stoffumsatz, schließen lässt. Gleiches ist anhand der Ergebnisse der Enzym­

aktivitäten (Tab. 5) abzuleiten. Bei der Katalase, der Protease und der Arginin-Ammonifikation wurde für 1996, nach überwiegend sehr hohen Ausgangswer­

ten 1991, ein Rückgang der enzymatischen Aktivitä­

ten ermittelt, während für 1999 erneut ein Anstieg zu beobachten ist. 1990/1991 wurde auf der Fläche Kleegras angebaut, eine Frucht, die sich auf Grund des Leguminosenanteils und der hohen Menge an Ernte- und Wurzelrückständen günstig auf die Boden­

fruchtbarkeit und die biologische Aktivität auswirkt.

1995/1996 stand Raps nach der Vorfrucht Winter­

gerste, zu welchem 15 t/ha Stallmist im Herbst 1995 gedüngt worden war. Nährstoffmangel oder ein Rückgang an organischer Substanz können demzufolge kaum Ursache für die niedrigeren Wer­

te 1996 sein. Diese sind sicherlich auf die Witte­

rungsbedingungen zum Zeitpunkt der Probennahme zurückzuführen. So konnte 1996 die Probennahme erst verspätet im Mai erfolgen; zu einem Zeitraum, wo in der Mehrzahl der Jahre die Bodenwasser­

vorräte durch das Pflanzenwachstum schon stärker in Anspruch genommen worden sind, also trockene­

re Bedingungen herrschen . Deshalb ist die Ver­

gleichbarkeit der Ergebnisse der einzelnen Untersu­

chungsjahre entprechend eingeschränkt.

Die Aktivität der ß-Glukosidasen ist in allen Untersu­

chungsjahren als sehr hoch einzuschätzen, beträgt aber 1999 fast das Dreifache, was auf eine ausrei­

chende Versorgung mit organischer Substanz und auf einen hohen Kohlenstoffumsatz hinweist.

Tab. 5: Enzymaktivitäten der BDF Siptenfelde, Probennahmen 1991, 1996 und 1999

Parameter Einheit März 1991 Mai 1996 März 1999

Katalase Katalasezahl 22,76 11,4 28,6

ß-Glukosidasen µg Saligenin g-1 Boden-TS·3h

150, 12 208, l 424,8

Proteasen µgTyrosin g-1 Boden- TS

379,7 223 283,8

Arginin- Ammonifikation

µg NH₄-Ng-¹ Boden-TS h-1 2,41 2,2 2,94

Insgesamt kann eingeschätzt werden, dass sich die Stoffumsatzprozesse in Wechselwirkung mit der Bewirtschaftung deutlich in den mikrobiologischen Eigenschaften widerspiegeln, was den indikativen Wert mikrobieller Parameter beweist. Da allerdings auch eine hohe witterungsbedingte Variabilität der mikrobiellen Bodeneigenschaften besteht, sind zur generellen Bewertung des Zustandes und der Ent­

wicklung der mikrobiellen Zönose am Standort Sip­

tenfelde längere Zeitreihen erforderlich.

3.5.2 Untersuchungen zur Bodenfauna

Die Bodenfauna· ist mit der ersten Zerkleinerung organischer Abfallstoffe und der Bodendurchmi­

schung wesentlich am Stoffumsatz beteiligt. Ein wei­

terer wichtiger Beitrag der Bodenfauna für die Bodenfruchtbarkeit ist die sogenannte Lebendver­

bauung. Im Zuge der Ernährung zersetzen, durch­

mischen und verbinden die Bodentiere Humusstoffe mit anorganischen Bodenbestandteilen. Die Aus­

scheidungen der Tiere fördern die Krümelbildung und wirken sich somit günstig auf das Bodengefüge aus. Eine der wichtigsten Tiergruppen sind die

Regenwürmer (Lumbriciden), deren quantitative und qualitative Bestimmung daher fester Bestandteil des BDF-Untersuchungsprogramms ist.

Die Erfassung der Lumbriciden erfolgte jeweils im Herbst 1995 und 1999 auf zehn Teilflächen der BDF mittels Formalinextraktion aus dem Mineralbo­

den. 1999 wurde zum Vergleich unterschiedlicher Bodennutzungssysteme ein benachbarter Grünland­

standort mit einbezogen. Die Regenwürmer werden mit verdünnter Formalinlösung (0,2 %) auf 1/8 m² Boden ausgetrieben, an der Bodenoberfläche abgelesen und danach in Alkohol abgetötet. Die Gesamtbeobachtungsdauer je Teilfläche beträgt 30 Minuten.

Die zehn Parallelproben werden einzeln bearbeitet und ausgezählt, um Informationen über Homoge­

nität, Verteilung und Besiedlungsmuster zu erhalten.

Im Labor werden die in Alkohol konservierten Tiere bis zur Art bestimmt und für jede Parallelprobe ein­

zeln ausgezählt. Als Bestimmungsschlüssel für die Regenwurmarten diente der von HERR & BAUCH­

HENSS (1987) vereinfachte und schematische Bestimmungsschlüssel nach GRAFF (1953), BOUCHE ( 1972). Als weitere Bestimmungsliteratur wurde der Schlüssel von SIMS & GERARD (1985) verwendet.

Tab . 6: Ergebnisse der Lumbricidenuntersuchung 1995 und 1999

Parameter Einheit 1995 1999 (Acker) 1999 (Grünland)

Anzahl Tiere n/ m2 247 52 123

Biomasse g/m2 59,58 25,08 121,96

durchschn.lndividuengewicht g 0,24 0,48 0,99

-,,- ohne juvenile g 0,73 0,76 2, 19

Anteil von Jungtieren % 75,40 48, 1 76,7

Arten L. terrestris

A. chloritica

L.terrestris A.caliginosa

A.rosea

L. terrestris A.caliginosa L. castaneus Schwermetallgehalt

Zn Pb Cd Ni Cr Cu

ppm

177.0 16,7

4, 1 11,6 25, 1 25,9

200,4 19,9

6,5 10,8 24,6 28, 1

217.4 8,8 3,7 4,0 12,5 21,2

Zur ersten Aufnahme der Lumbricidenpopulation im Jahr 1995 waren die Anzahl der Tiere mit 247/m² und ebenso der Anteil an Jungtieren deutlich höher als 1999 (Tab. 6). Welche Ursache für diese hohe Differenz zwischen den Untersuchungsjahren vor­

liegt, ob die höhere Zahl der Tiere eventuell noch auf die Nachwirkung des Brachejahrs von 1993 zurückzuführen ist, lässt sich nicht zweifelsfrei behaupten.

In beiden Untersuchungsjahren war die ermittelte Artenzahl mit nur zwei bzw. drei Arten relativ nied­

rig. 1995 wurden die Arten Allolobophora chloriti-

ca und Lumbricus terrestris ermittelt. 1999 waren mit Aporrectodea caliginosa, Aporrectodea rosea und Lumbricus terrestris drei Hauptarten festzustel­

len, die auch auf anderen BDF mit gleicher Nut­

zung anzutreffen waren. Zwischen 1995 und 1999 besteht kein großer Unterschied in der Artendomi­

nanz von Lumbricus terrestris mit 23,7 bzw. 26,0

% .

Lumbricus terrestris tritt am häufigsten in Grünland auf, bevorzugt lehmige Böden und kann auch in tie­

fere Bodenschichten vordringen . Allolobophora chloritica bevorzugt feuchte, humusreiche Wiesen­

böden. Auf Ackerflächen ist er weniger vorzufin-

den. Aporrectodea caliginosa findet sich in Mitte­

leuropa fast regelmäßig in allen Kulturböden. Diese Art ist somit wirtschaftlich bedeutsam und kann neben Aporrectodea rosea auf Ackerböden die Bodenbearbeitung im Gegensatz zu Lumbricus ter­

restris und anderen Arten besser tolerieren . Auf sehr intensiv bearbeiteten Flächen ist häufig nur noch Aporrectodea rosea als einzige Lumbriciden­

art vertreten.

1999 wurde im Vergleich zur BDF noch ein benachbarter Grünlandstandort in die Untersuchun­

gen einbezogen. Neben der höheren Anzahl Tiere ist besonders der deutliche Unterschied bei der Regenwurm-Biomasse hervorzuheben . Das durch­

schnittliche lndividuengewicht ist doppelt so hoch und auch der Anteil an Jungtieren ist signifikant höher. Der Vergleich beider Flächen zeigt eindeu­

tig, dass die Standortbedingungen von geringerer Bedeutung sind als die Nutzungsform . Der dezi­

mierte Bestand auf der Ackerfläche ist hauptsäch­

lich auf die Bodenbearbeitung zurückzuführen, da durch Pflug, Egge und Grubber zahlreiche Tiere, insbesondere Lumbricus terrestris, getötet werden.

Auf der Grünlandfläche trat neben Aporrectodea caliginosa und Lumbricus terrestris noch Lumbricus castaneus auf, ein epigäischer Vertreter, der auf Ackerflächen nicht anzutreffen ist.

Ein weiterer Teil des Untersuchungsprogrammes ist die Rückstandsanalytik auf Schwermetalle. Da ein großer Anteil der Schwermetalle an die organische Substanz gebunden ist, die als Nahrung von den Regenwürmern aufgenommen wird, können mit Hilfe der Rückstandsanalytik Rückschlüsse auf die Belas­

tung des Bodens mit Schwermetallen, insbesondere auf die Belastung mit leichter verfügbaren Schwerme­

tallen, gewonnen werden . Die in Tabelle 6 enthalte­

nen Schwermetallgehalte sind, bis auf Cadmium, als unbedenklich einzustufen . Die hohen Werte bei Cad­

mium sind überraschend, da die Analyse der Boden­

proben keine erhöhten Cadmium-Konzentrationen zeigte. Auch bei Rückstandsuntersuchungen der Regenwürmer anderer BDF waren vergleichbare Relationen gefunden worden , d. h. für Cadmium lagen die Werte der Rückstandsanalysen deutlich über denen der Bodenanalysen . ALB ERTi et al., (1996), TISCHER et al., (1996) u. a. berichten vor allem von einer Akkumulation von Zink und Cadmi­

um in Lumbriciden. Sie kann bei Cadmium das Zehn­

fache der Bodenwerte erreichen.

Weiterhin fällt auf, dass auf der Grünlandfläche die Werte für Blei, Cadmim, Nickel und Chrom deutlich niedriger liegen als auf der Ackerfläche. Welche Ursache dafür vorliegt, ob es an einer eventuell anderen Verteilung oder Bindung der Schwermetal­

le im Boden der Grünlandfläche liegt oder ob auf der Ackerfläche über Düngemittel und Pestizide ein zusätzlicher Schadstoffeintrag erfolgte, lässt sich nicht eindeutig feststellen.

Eine weitere Organismengruppe, der eine lndika­

torfunktion für Veränderungen des Ökosystems zugeschrieben wird, sind die epigäischen Arthro­

poden und darunter insbesondere die Laufkäfer (Carabidae) . Differenzierte Lebensweisen und sehr unterschiedliche Habitatsansprüche sind ein Grund dafür, dass sie sich für landschaftsökologische Untersuchungen gut eignen. Vor allem Larven und einige grabende, in der oberen Bodenschicht lebende Käfer mit stenotopen Ansprüchen besie­

deln oft nur wenige, ihnen zusagende Quadratme­

ter Boden. Außerdem sind die gute und relativ ein­

fache Erfassung der Tiere und ein umfassender taxonomischer Kenntnisstand von Vorteil.

Auf der Bodendauerbeobachtungsfläche Siptenfelde erfolgte eine Erfassung der Carabidae von 1993-

1997 zu jeweils drei bis vier Terminen pro Jahr. Dazu wurden auf der Bodendauerbeobachtungsfläche fünf Barberfallen aufgestellt. Das sind Kunststoffbecher, die einen definierten Durchmesser aufweisen, gegen Austrocknung mit einem Dach abgedeckt sind und mit einem Konservierungsmittel ( 1 %-iges Formaldehyd) gefüllt werden . Die Leerung der Fallen erfolgte im Abstand von vier Wochen . Danach wurde das Tier­

material in Alkohol konserviert und qualitativ bestimmt, d. h. einer Taxa zugordnet. Die einzelnen Carabidenarten wurden entsprechend ihrer ökologi­

schen Ansprüche und ihrer Biotopbindung Gruppen zugeordnet. Die Untersuchungsergebnisse für die Bodendauerbeobachtungsfläche Siptenfelde werden in den Abbildungen 11 und 12 vorgestellt.

Besonders auffällig ist die starke Abnahme der Tier­

anzahl von 1000 bzw. 942 erfassten Tieren in den Jahren 1993 bzw. 1994 auf 287 Tiere im Jahr 1995, was sicherlich in Zusammenhang mit dem Wechsel von Brache zu erneuter ackerbaulicher Bewirtschaftung steht.

Anzahl Tiere Artenzahl

1200 30

Anzahl Tiere

1000

^Artenzahl

25

800 20

600 15

400 10

200 5

1993 1994 1995 1996 1997

□ xer. lndividuen

□ hyg. Individuen

□ andere Individuen

60%

40%

20%

1993 1994 1995 1996 1997

Abb. 11: Ergebnisse der Carabidenerfassung (Anzahl der Tiere und Artenzahl) auf der Bodendauerbeob­

achtungsfläche Siptenfelde 1993-1997

Kein eindeutiger Trend ist hingegen bei der Anzahl der Arten zu erkennen, die zwischen den Einzeljah­

ren stark schwankt. Im Brachejahr 1993 wurden nur neun Arten ermittelt, während im Folgejahr 26 Arten bestimmt werden konnten. Die geringe Arten­

zahl 1993 könnte eventuell auf die starke Domi­

nanz einer Art zurückzuführen sein. Von Carabus auratus Linne, einer thermophilen Art, wurden 554 Individuen gezählt. Ob hier ein enger Zusammen­

hang zu den trocken-warmen Witterungsbedingun­

gen des Zeitraumes besteht, lässt sich nicht zwei­

felsfrei feststellen.

Abb. 12 zeigt jedoch, dass Standortbedingungen wie Klima und Boden einen entscheidenden Einfluss auf das vorhandene Artenspektrum der Carabidae haben. Es wird ersichtlich, dass am Standort Sipten­

felde eindeutig hygrophile Arten dominieren, was mit der klimatischen Einordnung des Standortes als einem der niederschlagsreichsten und kältesten des Bodendauerbeobachtungsflächenprogramms (vgl.

Abschn. 3.3) übereinstimmt.

Abb. 12: Einteilung der ermittelten Carabidae-Arten nach ihren Standortansprüchen

3.6 Vegetationscharakteristik der Bodendauerbeobachtungs­

fläche Siptenfelde

Die Vegetationsuntersuchung einer Bodendauerbeob­

achtungsfläche umfasst eine exakte floristische und vegetationskundliche lnventarisierung. Die Boden­

dauerbeobachtungsfläche ist dabei hinsichtlich ihrer Ausstattung mit Vegetationstypen zu dokumentieren.

Für eine pflanzensoziologische Zuordnung der Vege­

tationsdecke, die u.a. zur zusätzlichen standortkund­

lichen Interpretation der bodenkundlichen Untersu­

chungsergebnisse dient, wird eine repräsentative pflanzensoziologische Aufnahmen nach der Metho­

de von BRAUN-BLANQUET, (1964) durchgeführt.

Diese pflanzensoziologischen Aufnahmen beinhalten folgende Angaben: Flächengröße, Deckungsgrad, Homogenität des Bestandes und Artenzahl. Durch

die Größe der Bodendauerbeobachtungsfläche, die weit über der Größe des Minimalareals der vorhan­

denen Pflanzengesellschaften liegt, wurde eine Unter­

teilung in vier Teilflächen vorgenommen, für die jeweils eine gesonderte Vegetationsaufnahme ange­

fertigt wurde.

Die vegetationskundliche Erstaufnahme der Boden­

dauerbeobachtungsfläche Siptenfelde erfolgte 1996. In diesem Jahr war auf der Fläche als Haupt­

frucht Winterraps angebaut worden , der infolge starker Auswinterung nur einen lückigen Bestand gebildet hatte und aufgrund der ohnehin nur gerin­

gen Ertragserwartung nicht mit Pflanzenschutzmit­

teln behandelt worden war. Dies förderte die Ent­

wicklung der annuellen Ackerwildkräuter zu einem hohen Deckungsanteil. Zum Zeitpunkt der Aufnah­

me im September trug der überständige Raps nahe­

zu den Charakter eines ersten Sukzessionsstadiums (vgl. Tab. 7).

Tab. 7: Übersicht der Ergebnisse der vegetationskundlichen Aufnahmen 1996 und 1997 auf der Bodendau­

erbeobachtungsfläche Siptenfelde

Jahr 1996 1997

Termin 18.09.96 09.08.97

Einschätzung Hauptfrucht Raps, der aufgrund von Auswinterungsschäden extensiv behan- delt wurde und hohe Bestandeslücken aufwies - erstes Sukzessionsstadium Ak- kerwildflora, erste Anzeichen der Ausbil- dung einer Queckenpionierflur (Dek- kunqsqrad 25%)

Triticaleanbau, Rückgang der Segetalar- ten auf die Hälfte, die meisten annuellen Ackerwildkäuter sind - mit wesentlich ge- ringerem Deckungsgrad gegenüber 1996 - erneut vertreten

Artenzahl 30 Arten 16 Arten

Hauptarten Quecke

Geruchlose Kamille Vogel-Miere Hirtentäschel Windenknöterich Ackerverg ißmein nicht Ackerstiefmütterchen

Quecke

Geruchlose Kamille Vogel-Miere Windenknöterich

1997 hingegen war der Deckungsanteil der Unkräuter nach der Ernte der Hauptfrucht T riticale wesentlich geringer und auch die Anzahl der Arten war deutlich zurückgegangen. Dies ist sicherlich, neben dem Konkurrenzdruck durch die Kulturpflan­

ze, vor allem auf die Applikation von Herbiziden zurückzuführen (2 1/ha Fenikan im Oktober 1996).

Insgesamt ist einzuschätzen, dass die Zusammenset­

zung der Ackerwildflora auf ackerbaulich genutz­

ten Standorten natürlich stark von der Bewirtschaf­

tungsweise abhängt. Eingeschobene Brachejahre und der Rückgang der Düngungsintensität sowie der Applikation von Herbiziden sind mit günstigen Auswirkungen auf das Samenpotential der Acker­

wildkräuter verbunden.

3.7 Eintrags- und Austragsmes­

sungen (Stoffkreisläufe)

Im folgenden sollen Aussagen zum Stoffbestand des Bodens getroffen und Stoffkreisläufe entsprechend der Eintrags- und Austragsmessungen auf der Fläche dargestellt werden. Zur Interpretation der Untersu­

chungsergebnisse sowie zur Berechnung der Ein- und Austräge von Nährstoffen bzw. Schwermetallen wur­

den alle Bewirtschaftungsdaten wie

• Aussaat, Ernte, Erträge der angebauten Haupt­

und Zwischenfrüchte

• Aufwand an mineralischen und organischen Dün­

gemitteln (Düngertyp, Tierart, Menge)