Archives of Agronomy and Soil Science

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On: 17 January 2012, At: 05:08 Publisher: Taylor & Francis

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Archives of Agronomy and Soil Science

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Zum Einfluss langjährig differenzierter Kaliumdüngung auf Parameter des

Bodenwasserhaushaltes

S. Damm â , B. Hofmann â , A. Gransee ^b & O. Christen â

a Agronomy and Organic Farming, Institute for Agricultural and Nutritional Sciences, Martin-Luther-University Halle-Wittenberg, Halle, Germany

b K+S Kali GmbH, Kassel, Germany Available online: 11 Jan 2012

To cite this article: S. Damm, B. Hofmann, A. Gransee & O. Christen (2012): Zum Einfluss langjährig differenzierter Kaliumdüngung auf Parameter des Bodenwasserhaushaltes, Archives of Agronomy and Soil Science, DOI:10.1080/03650340.2011.606217

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Zum Einfluss langja¨hrig differenzierter Kaliumdu¨ngung auf Parameter des Bodenwasserhaushaltes

S. Dammâ, B. Hofmannâ, A. Gransee^b and O. Christenâ*

aAgronomy and Organic Farming, Institute for Agricultural and Nutritional Sciences, Martin-Luther-University Halle-Wittenberg, Halle, Germany;^bKþS Kali GmbH,

Kassel, Germany

(Received 1 June 2011; final version received 9 July 2011)

Using soil samples from 15 field trials of long term-differences in potassium fertilization from sites in Germany, the Czech Republic and Hungary, we conducted a laboratory analysis to measure the effects of potassium fetilization on soil potassium content, water-retention functions and crop growth parameters such as field capacity, permanent wilting point and available water content. The different soil water parameters showed a specific response to potassium fertilization and strong interactions with a number of soil characteristics. Higher water content, caused by an increase in potassium, was measured in low water retention below pF 3.0 and only in a few cases with pF 4.2. The strongest response to long-term differences in potassium fertilization on field capacity and available water content were detected for sandy soils. This effect decreased with increased clay content. In sandy soils, the response to potassium fertilization was mediated by an increase in soil organic carbon (TOC). In soils with a high silt content from Bad Lauchsta¨dt and Bonn only minute effects of TOC on the water-holding capacity were measured. The effect of potassium on the various water-retention parameters in soils was strongly affected by TOC of the particular soil. Thus, the potassium-mediated increase in the field capacity of soils with a low TOC from the experimental site in Bonn (1.05 M% TOC) with almost 1.2 Vol% was almost twice as high as for the site in Bad Lauchsta¨dt, which is characterized by a TOC of 1.97 M%. We hypothesize that these interactions are responsible for the substantial increase in available water content following increased potassium in clay soil with a low TOC in Putnok (Hungary).

Keywords: potassium; long-term trials; soil structure; soil water content; soil water-retention curve

Einleitung

U¨ber die direkte Wirkung von Kalium auf die Bodenstruktur und die verschiedenen Kenngro¨ßen des Wasserhaushaltes liegen bisher wenige Informationen vor. So wird Kalium meist eine dispergierende Wirkung zugeschrieben (Fiedler und Reißig 1964;

Selke 1965; Hurtmanns 1984; Martin 1988; Auerswald et al. 1996; Pernes-Debuster und Tessier 2004). Auf Grund dieses Kenntnisstandes wurde in den vergangenen Jahren begonnen, die Auswirkungen langja¨hrig unterschiedlicher K-Du¨ngung auf

*Corresponding author. Email: olaf.christen@landw.uni-halle.de

ISSN 0365-0340 print/ISSN 1476-3567 online

!2012 Taylor & Francis

http://dx.doi.org/10.1080/03650340.2011.606217 http://www.tandfonline.com

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fruchtbarkeitsbestimmende und o¨kologisch relevante physikalische Bodenei- genschaften zu untersuchen und na¨her zu quantifizieren (Rutt et al. 2006).

Grundlagen bilden hierfu¨r Langzeitversuche auf den Standorten Halle (Parabrau- nerde-Tschernosem) und Niestetal-Heiligenrode (Lo¨ß-Parabraunerde) im Landkreis Kassel. Dabei zeigen die chemischen Bodenbefunde eindeutig komplexe Wirkungen, die von der K-Du¨ngung ausgehen. Auf beiden Standorten korreliert beispielsweise der K-Gehalt bei unterlassener Stallmist-Du¨ngung eng mit dem Corg-Gehalt. Zudem wird durch systematische K-Zufuhr unabha¨ngig vom Standort das Speichervermo¨- gen fu¨r pflanzenverfu¨gbares Bodenwasser in der Ackerkrume gesteigert.

Kalium bzw. Kaliumsalze wirken sich demnach stabilisierend auf die Boden- struktur aus. So nimmt nach Markgraf und Horn (2006) bei rheologischen Untersuchungen an verschiedenen Bo¨den mit hohen K-Gehalten die Strukturstabi- lita¨t zu. Auch Mishra et al. (2005) weisen an verschiedenen Bodenmischungen und Soulie´ et al. (2007) mit ungesa¨ttigten Sanden stabilita¨tsfo¨rdernde Aggregatverkittun- gen durch ausgefa¨llte Salze nach.

Die bisherigen Untersuchungen fu¨hren zu standortabha¨ngigen Wirkungen auf Wasserhaushaltskennwerte, wie der Feldkapazita¨t, nutzbaren Feldkapazita¨t und des Permanenten Welkepunktes. Es war deshalb das Ziel, diese Ergebnisse unter Beru¨cksichtigung eines erweiterten Ko¨rnungsartenspektrums und einer gro¨ßeren Schwankungsbreite der K-Gehalte an weiteren Bo¨den zu validieren.

Material und Methoden

Fu¨r die Untersuchungen wurden aus 15 langja¨hrigen Kalium-Steigerungsversuchen (Merbach et al. 2000; Albert und Menge 2001; Bischoffund Emmerling 2003; LLFG 2007; Sa¨chsische Landesanstalt fu¨r Landwirtschaft 2008a, 2008b) Bohrstockproben aus der Ackerkrume entnommen. Dieses Material wurde durch die Beprobung von ausgewa¨hlten Varianten aus repra¨sentativen Dauerdu¨ngungsversuchen (Schnieder 1990; Ko¨rschens et al. 1994; Debreczeni and Kisma´nyoki 1999; Schellenberg et al.

1999; Altermann et al. 2005) erga¨nzt, die sich in ihrem K- Gehalt wesentlich voneinander unterschieden. An dieser Stelle wird darauf verwiesen, dass exakte Aussagen u¨ber mengenma¨ßige K-Zufuhr aus organischer Du¨ngung anhand der vorhandenen Daten nicht sicher ermittelt werden konnten. Die ausgewa¨hlten Varianten mit geringem bzw. hohem KCAL-Gehalt werden fu¨r jeden Standort, wenn nicht anders definiert, mit K0 bzw. K1 bezeichnet. Mit der vorgenommenen Standortauswahl wurde ein relativ großes Spektrum an Bodenarten abgedeckt. Die Tongehalte variierten im Bereich von 4 bis 40%. Zur besseren Bewertung der Bodeneigenschaften sind ausgewa¨hlte Kenngro¨ßen, wie beispielsweise Textur, pH- Wert, Kationenaustauschkapazita¨t (KAK), KCAL- und Corg-Gehalt (organisch gebundener Kohlenstoff) in Tabelle 1 aufgelistet.

Die Verwendung von ungesto¨rten Bodenproben erwies sich nach ersten Voruntersuchungen als problematisch, da z. B. differenzierte bewirtschaftungsbe- dingte Bodenstruktureinflu¨sse nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden konnten.

Die Saugspannungskurven wurden daher an gesto¨rten Bodenproben unter Beru¨cksichtigung von standorttypischen Rohdichtewerten ermittelt. Die Ergebnisse gelten somit fu¨r den Zeitraum unmittelbar nach der Bodenbearbeitung. Die ungesto¨rt entnommenen Bodenproben dienten der Plausibilita¨tsbewertung der ermittelten Ergebnisse. Zur Herstellung der Bodenproben mit definierter (standort- spezifischer) Rohdichte wurden von jedem Versuchsstandort spezielle Varianten

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Tabelle1.CharakterisierungderVersuchsbo¨den(Krume0–30cm). Table1.Characteristicsoftheuppermineralhorizont(topsoil,A-horizont0–30cm). StandortTRD (gcm73 )KCAL (mgkg71 soil)Corg(%)KAK (mmolckg71 )pH(CaCl2)TonSchluff (gkg71 )SandBodenart Kompolt1,10472,02308,74,540,853,65,6Tu3 1991,86294,24,4 Karcag1,10151,95298,24,837,558,44,1Tu3 1631,99285,05,1 Zˇatec1,20531,73251,76,234,542,922,6Lt2 1061,76255,46,4 Putnok1,10281,43284,34,333,856,49,8Tu3 2161,41270,14,4 Lednice1,301141,59234,06,626,361,512,2Lu 4541,69198,16,5 Bernburg1,35891,51211,27,321,473,35,3Ut4 2611,55215,07,2 BadLauchsta¨dt1,35751,53222,27,021,773,05,3Ut4 (Corg-Gruppe1)1781,50313,06,8 BadLauchsta¨dt1,35471,77–5,321,773,05,3Ut4 (Corg-Gruppe2)841,78–5,3 BadLauchsta¨dt1,351822,03278,66,321,773,05,3Ut4 (Corg-Gruppe3)2902,03257,16,4 BadLauchsta¨dt1,351342,16281,75,921,773,05,3Ut4 (Corg-Gruppe4)3532,17280,26,4 BadLauchsta¨dt1,351002,30285,55,921,773,05,3Ut4 (Corg-Gruppe5)2762,33288,56,3 (continued)

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Tabelle1.(Continued). StandortTRD (gcm73 )KCAL (mgkg71 soil)Corg(%)KAK (mmolckg71 )pH(CaCl2)TonSchluff (gkg71 )SandBodenart Pommritz1,351041,09153,95,413,464,522,6Uls 1540,95145,65,5 HalleK-Steigerungsversuch1,45341,16147,05,412,531,755,8Sl4 1021,13145,25,4 Bonn-Dikopshof1,35321,09118,86,111,974,213,9Ut3 (Corg-Gruppe1)0,81 880,8994,16,2 Bonn-Dikopshof1,351241,0393,25,611,974,213,9Ut3 (Corg-Gruppe2)1481,0796,05,7 Bonn-Dikopshof1,351041,21107,37,111,974,213,9Ut3 (Corg-Gruppe3)2541,25122,16,4 Forchheim1,60471,54161,15,511,929,458,7Sl3 1391,69169,45,5 HalleEwigerRoggenbau1,65250,93137,05,211,522,965,6Sl3 801,14180,45,0 Speyer1,65480,7088,33,55,416,578,1Su2 1020,7580,34,9 Spro¨da1,65850,7098,24,25,127,767,2Su3 1670,9586,34,7Su3 Thyrow1,65490,4646,85,03,813,782,5Su2 950,5084,55,4 KCAL,ersterWert,K0,niedrigerGehalt,zweiterWert,K1,hoherGehalt;TRD,Trockenrohdichte.

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ausgewa¨hlt, die in ihren K-Gehalten stark differieren. Aus diesen Varianten wurden Stechzylinderproben in 4-facher Wiederholung zur Untersuchung des pF-abha¨ngigen volumetrischen Wassergehaltes hergestellt. Fu¨r die pF-Stufen 1,4 bis 3,0 wurden Stechzylinder mit einem Volumen von 250 cm³ und einer Stechzylinderho¨he von 6 cm eingesetzt, fu¨r die hohen Saugspannungsbereiche ab pF 3,3 bis 4,2 wurden zur Beschleunigung der Entwa¨sserungszeiten Stechzylinder mit geringer Probenho¨he (4 cm, Volumen 100 cm³) verwandt. Der Einbau des Bodens in die Stechzylinder erfolgte mit einer hydraulischen Verdichtungseinrichtung. Die jeweilige Bodenmenge wurde hierfu¨r in die Verdichtungseinrichtung eingefu¨llt und in die Stechzylinder einpresst. Voruntersuchungen zur Befu¨llung der 4 bzw. 6 cm hohen Stechzylinder zeigten, dass ein stufenweises Einfu¨llen und Verdichten zu Leitfa¨higkeitsbarrieren fu¨hrt, die sich hinderlich auf die Entwa¨sserung auswirken ko¨nnen. Aus diesem Grund wurde die erforderliche Bodenmenge in einem Zug eingefu¨llt und auf die vorgesehene Zieldichte zusammengepresst. Bei dieser Vorgehensweise traten zwar Dichtegradienten auf, die zumeist statistisch nicht gesichert werden konnten. Die Entwa¨sserung der Stechzylinderproben (DIN ISO 11274) erfolgte fu¨r die pF-Stufen 1,4 und 1,8 mittels Sandsaugtischmethode und fu¨r die pF-Stufen 2,5 bis 3,0 mittels Druckmembranapparatur. Bei den hohen pF-Stufen ab pF 3,3 erfolgte die Entwa¨sserung durch einen Druckplattenextraktor. Die wa¨hrend der Entwa¨sserung der Bodenprobe auftretende Volumena¨nderung wurde an jeder Stechzylinderprobe eindimensional erfasst. Hierfu¨r wurde die Quellung bzw. die Schrumpfung der Bodenprobe an 5 standardisierten Punkten nach der vollsta¨ndigen Aufsa¨ttigung der Probe mit Wasser und nach der Entwa¨sserung der jeweiligen pF-Stufe ermittelt.

Anhand der jeweiligen Quellungs- oder Schrumpfungsereignisse wurde der Wasserge- halt in der Bodenprobe korrigiert. Diese Vorgehensweise bezieht sich auf die von Jansen (2008) beschriebene Methode zur Volumenkorrektur an Stechzylinderproben.

Die im Folgenden genannten Versorgungsstufen fu¨r Kalium in Ackerbo¨den beziehen sich auf Richtwerte gema¨ß der Du¨ngeverordnung (LLFG 2008).

Die statistische Auswertung der Ergebnisse erfolgte mit der Statisiksoftware SAS (SAS 2002–2007). Signifikante bzw. nicht signifikante Differenzen zwischen den Varianten wurden mit unterschiedlichen bzw. gleichen Kleinbuchstaben oder mit einer unterschiedlichen Anzahl von Sternsymbolen gekennzeichnet.

Ergebnisse

Einfluss differenzierter Bodenkaliumgehalte (K_CAL) auf die pF-WG Beziehung Mit der Saugspannungskurve werden grundlegende hydrologische Bodeneigenschaf- ten bestimmt. Dabei zeigten sich zum Teil deutliche Unterschiede zwischen den Bodenkaliumgehalten. Im Folgenden ist mit Bodenkaliumgehalt immer der Gehalt an Kalium im Calcium-Acetat-Lactat-Extrakt (CAL) gemeint. Aber auch spezifische Standortreaktionen wurden nachgewiesen. Im Folgenden sollen deshalb exemplar- isch einige typische Ergebnisse von ausgewa¨hlten Standorten hervorgehoben werden.

Die Darlegung der Ergebnisse erfolgt auf Basis von Bodenartenhauptgruppen nach der Bodenkundlichen Kartieranleitung (2005).

Der Dauerdu¨ngungsversuch in Spro¨da weist als typischer Sandstandort (5,1%

Ton, Su3) infolge Nachlieferung sehr hohe Bodenkaliumgehalte auf. Sie befinden sich trotz langja¨hrig unterlassener Kaliumdu¨ngung mit 85 mg K kg^-1 Boden immer noch im Bereich der optimalen Versorgungsstufe C. Die Variante mit der ho¨chsten K-Zufuhr erreicht 167 mg K kg⁷¹Boden (Versorgungsstufe D). Als Einbaudichte

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wurde die standorttypische Lagerungsdichte von 1,65 g cm⁷³ gewa¨hlt. Auf dieser Tieflehm-Fahlerde bewirkte zudem die systematische K-Zufuhr und die damit verbundene Steigerung der K-Gehalte eine Zunahme der Corg-Gehalte in der Ackerkrume. Gravierende Unterschiede in der pF-WG-Beziehung sind zwischen den beiden ausgewa¨hlten K-Varianten im niederen Saugspannungsbereich bis pF 3,0 zugunsten der ho¨heren K-Gehalte sichtbar (Abbildung 1A). Im oberen Saugspan- nungsbereich bis pF 4,2 fu¨hrten die unterschiedlichen K-Gehalte dagegen zu keinen wesentlichen Differenzierungen in den Bodenwassergehalten.

Fu¨r die Bodenartenhauptgruppe der Sande wurde als ein weiterer Vertreter der Versuch Ewiger Roggenbau aus Halle/Saale (11,5% Ton, Sl3, Abteilung C seit 1953 Mais Monokultur) in die Auswertung einbezogen. Die Einbaudichte lag hier wie auch bei den u¨brigen Sanden bei 1,65 g cm⁷³. Dieser etwas tonreichere Decksandlo¨ss weist nach mehr als 50 Jahren ohne Kaliumdu¨ngung nur sehr geringe Bodenkaliumgehalte auf. So sind auf diesen Fla¨chen in der Krume (0–25 cm) lediglich Werte von 25 mg K kg⁷¹Boden (Versorgungsstufe A) festzustellen. Mit der ja¨hrlichen K-Zufuhr wurde die Versorgungsstufe C (80 mg K kg⁷¹Boden) erhalten.

A¨hnlich wie im Versuch in Spro¨da kommt es auch bei diesem leichten sandreichen Standort nach langja¨hriger Kaliumdu¨ngung zu einem gesicherten Anstieg der Gehalte an organischer Bodensubstanz. Die pF-WG-Beziehungen der Bo¨den mit unterschiedlichen K-Gehalten unterscheiden sich beim Versuch Ewiger Roggenbau deutlich voneinander, wobei die gro¨ßten Unterschiede wiederum im unteren pF- Bereich (pF 1,4 – pF 3,0) zu beobachten waren (Abbildung 1B). Im hohen Saugspannungsbereich sind die Differenzierungen der Bodenwassergehalte zwischen den Kaliumdu¨ngungsstufen weniger stark ausgepra¨gt. Die ho¨heren K-Konzentra- tionen fu¨hren allein im Falle der pF Werte 3,3 und 3,7 zu einem signifikanten Anstieg der volumetrischen Bodenwassergehalte.

Als repra¨sentativer Vertreter fu¨r die Bodenartenhauptgruppe der Schluffe wurde der Kaliumsteigerungsversuch in Bernburg (21% Ton, Ut4) in die Untersuchungen integriert. Bei diesem schluffreichen Standort wurde als Einbaudichte der standorttypische Rohdichtewert von 1,35 g cm⁷³ angestrebt, der zuvor durch Entnahme von ungesto¨rten Bodenproben (Stechzylinder) zu verschiedenen Terminen experimentell ermittelt wurde. Der im Jahr 1993 angelegte Kaliumsteigerungsversuch verfu¨gt u¨ber insgesamt 5 Kaliumdu¨ngestufen, von denen ausgewa¨hlte Varianten im Versuchsprogramm beru¨cksichtigt wurden. Hinsichtlich der pF-WG-Beziehung zeigt sich eine Differenzierung zwischen den hohen Bodenkaliumgehalten (262 mg K kg⁷¹ Boden, Versorgungsstufe D) und der Variante mit einem fu¨r diesen Standort sehr niedrigen Bodenkaliumgehalt von nur 89 mg K kg⁷¹Boden (Versorgungsstufe B).

Die Variante mit erho¨hter Kaliumversorgung weist dabei signifikant ho¨here Bodenwassergehalte als die suboptimal versorgte auf (Abbildung 1C). Diese Unterschiede sind trotz a¨hnlicher Gehalte an organischer Bodensubstanz (K0 1,51%, K1 1,55%) insbesondere im niederen Saugspannungsbereich bis pF 3,0 nachweisbar. Sie betreffen daher besonders den Bereich der Makroporen und schließen zudem die Mesoporen mit einem A¨quivalentporendurchmesser53 mm mit ein. In den ho¨heren pF-Bereichen sind dagegen keine wesentlichen Unterschiede zwischen den Varianten mit unterschiedlichen Bodenkaliumgehalten zu beobachten gewesen. Die Verla¨ufe der Saugspannungskurven a¨hneln somit denen des Schluffsandbodens auf dem Standort in Spro¨da. Die absolute Ho¨he der Feuchte- differenzen zwischen den K-Stufen fa¨llt aber bei der typischen Norm-Schwarzerde sichtbar geringer aus.

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Stellvertretend fu¨r die Vertreter der Bodenartenhauptgruppe der Tone steht der Dauerdu¨ngungsversuch Putnok aus Ungarn (33,8% Ton, Tu3). Auch aus diesem im Jahre 1967 angelegten Dauerdu¨ngungsversuch wurden zwei Versuchsvarianten mit Abbildung 1. Einfluss differenzierter K_CAL-Gehalte auf die Wasserretentionsfunktion unter schiedlicher Bo¨den. (A) Spro¨da (Su3), (B) Halle Ewiger Roggen (Sl3), (C) Bernburg (Ut4), (D) Putnok (Tu3), gesto¨rtes Probenmaterial. *signifikanten Unterschiede (p50,05); ns, keine signifikante Unterschiede.

Figure 1. Influence of differences in potassium content on the water-retention curve of different soils. (A) Spro¨da (Su3), (B) Halle ‘Eternal Rye’ (Sl3), (C) Bernburg (Ut4), (D) Putnok (Tu3), disturbed soil samples. *Significant atp50.05; ns, not significant.

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stark differierenden Bodenkaliumgehalten fu¨r die Darstellung ausgewa¨hlt. In den Untersuchungen wurden aus diesem Versuch die Varianten K0 mit einen Bodenkaliumgehalt von 28 mg K kg⁷¹ Boden (Versorgungsstufe A) und die Variante K1 einen Bodenkaliumgehalt von 216 mg K kg⁷¹Boden (Versorgungsstufe C) beru¨cksichtigt. Im Gegensatz zu den sandigen Bo¨den waren hier ebenso wie bei dem Bernburger Standort die Gehalte an organischer Bodensubstanz zwischen den K-Stufen vergleichbar (K0 1,43%, K1 1,41%). Als Einbaudichte wurde bei diesem tonreichen Ackerstandort eine Rohdichte von 1,1 g cm⁷³ genutzt. Die pF-WG- Beziehungen unterschieden sich auf diesem relativ tonreichen Standort signifikant voneinander (Abbildung 1D). Im gesamten Saugspannungsbereich von pF 1,4 bis pF 4,2 verursachten die gestiegenen K-Gehalte eine Zunahme der gespeicherten Bodenwassermengen.

Einfluss unterschiedlicher Bodenkaliumniveaus (KCAL) auf die

Wasserhaushaltsparameter Feldkapazita¨t (FK), Permanenter Welkepunkt (PWP) und nutzbare Feldkapazita¨t (nFK)

Zur Quantifizierung der Wechselwirkungen zwischen den Wasserhaushaltsparame- tern Feldkapazita¨t, Permanenter Welkepunkt bzw. nutzbare Feldkapazita¨t und den Bodenkaliumgehalten wird die Einteilung der Versuchsstandorte gema¨ß den Bodenartenhauptgruppen weiter beibehalten. An dieser Stelle ist besonders darauf hinzuweisen, dass die Bezeichnung Feldkapazita¨t streng genommen nur Boden- feuchten bei stau- und grundwasserfreien Bo¨den im Gela¨nde gilt. Die im Labor bei pF 1,8 bestimmten Wasserkapazita¨ten sind somit als A¨quivalentwerte fu¨r die Feldkapazita¨t anzusehen. In u¨bertragenem Sinne gilt dieser Hinweis gleichermaßen fu¨r den Permanenten Welkepunkt und die nutzbare Feldkapazita¨t, die fu¨r die Laborwerte ebenfalls als Synonyme Verwendung finden.

Zu der Bodenartenhauptgruppe der Sande werden die Versuchsstandorte Thyrow, Speyer, Spro¨da, Halle/Saale (Ewiger Roggen, Abteilung Mais Monokultur) und Forchheim zusammengefasst. Besonders hervorzuheben ist, dass sich bei den einzelnen Sandstandorten die bei pF 1,8 im Labor ermittelten Feldkapazita¨ten der unterschiedlichen Kaliumdu¨ngungsvarianten signifikant voneinander unterscheiden.

Im K-Du¨ngungsversuch Forchheim waren diese Differenzierungen allerdings nur tendenziell ausgepra¨gt (Abbildung 2A). Die Ergebnisse des Standortes Forchheim, der als typische Mittelgebirgslage (565 m u¨ber NN) anzusehen ist, weichen die Messwerte infolge der hohen Corg-Gehalte wesentlich von den u¨brigen Sandstand- orten ab. Zu der Bodenartenhauptgruppe der Schluffe werden entsprechend der Textur die Versuche in Halle/Saale (K-Steigerungsversuch), Zˇatec (Tschechien), Pommritz, Bonn-Dikopshof, Bad Lauchsta¨dt, Bernburg und Lednice (Tschechien) geza¨hlt. Die Zuordnung des K-Steigerungsversuches in Halle liegt in der texturellen Heterogenita¨t des Versuchsfeldes begru¨ndet. Im Gegensatz zum Versuch Ewiger Roggenbau ist der K-Steigerungsversuch im schluffreicheren Areal des Versuchs- feldes angesiedelt (Tabelle 1). Auch bei den Lehmen und Schluffen weisen die Bo¨den mit gesteigerten Bodenkaliumgehalten nahezu ausnahmslos signifikant ho¨here volumetrische Wassergehalte bei Feldkapazita¨t als die Varianten mit den geringen Bodenkaliumgehalten auf (Abbildung 2B). In der Bodenartenhauptgruppe der Tone (Versuche Kompolt, Karcag und Putnok) sind bei den einzelnen Standorten differenzierte Reaktionen zu beobachten. Die drei Feldexperimente, die als Teil von Ringversuchen 1967 angelegt wurden, befinden sich in zentralen Ackerbaugebieten

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Ungarns. Von diesen Dauerdu¨ngungsversuchen reagiert nur der Standort Putnok durch die Zunahme des Bodenkaliumgehaltes mit einem signifikanten Ansteigen der Feldkapazita¨tswerte. Bei den Versuchen in Karcag und Kompolt sind die Feldkapazita¨tsunterschiede zwischen den K-Varianten hingegen statistisch nicht gesichert (Abbildung 2C).

Der Permanente Welkepunkt verha¨lt sich bei den sandigen Bo¨den auf die unterschiedlichen Kaliumgehalte im Boden relativ einheitlich. So kommt es bei allen Versuchsstandorten mit Ausnahme von Forchheim zwar zu einem signifikanten, aber zahlenma¨ßig nur geringen Anstieg des Welkepunktes (Abbildung 3A). Bei den Vertretern der Lehm- und Schluffbo¨den ergab sich dagegen kein so eindeutiger Trend (Abbildung 3B). So zeigt sich bei den Versuchen in Pommritz, Bonn Dikopshof und Bad Lauchsta¨dt kein signifikanter Unterschied zwischen Varianten mit stark differenzierten Bodenkaliumgehalten. Im Kaliumsteigerungsversuch in Bernburg hingegen gehen die ho¨heren Bodenkaliumgehalte mit einer signifikanten Steigerung des Permanenten Welkepunktes einher. Beim Schluffstandort Lednice (Tschechien) kommt es mit steigenden Bodenkaliumgehalten sogar zu einer Verminderung des Permanenten Welkepunktes. Die tonigen Ackerbo¨den Abbildung 2. Einfluss differenzierter K_CAL-Gehalte auf die Feldkapazita¨t unterschiedlicher Bo¨den (A, Sande; B, Schluffe; C, Tone).

Figure 2. Influence of differences in potassium content on the field capacity of different soils (A, sand; B, silt; C, clay).

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verdeutlichen ein a¨hnlich indifferentes Bild wie die Lehm- und Schluffbo¨den (Abbildung 3C). So steigt bei den Versuchen in Kompolt und Putnok bei erho¨hten K-Gehalten der Permanente Welkepunkt an. Der Versuchsstandort Karcag hingegen reagiert in dieser Hinsicht u¨berhaupt nicht. Insgesamt sind die Unterschiede der K-Behandlungen auf den Permanenten Welkepunkt mit Ausnahme des Standortes Putnok eher als gering zu bewerten. Aus diesem Grunde wurde das Datenmaterial in Abha¨ngigkeit vom Tongehalt regressionsanalytisch aufbereitet.

Mit den dargestellten Scha¨tzfunktionen wurde eine pra¨zise Anpassung erzielt (Abbildung 4). Lineare und multiple Ansa¨tze erweisen sich in dieser Hinsicht als weniger geeignet. Sie bringen keine weitere Verminderung der Reststreunung bzw.

keine Verbesserungen beim Bestimmtheitsmaß. Der Permanenten Welkepunkt wird bekanntlich wesentlich vom Tongehalt und zum Teil auch vom Humusgehalt bestimmt. Der dominante Einfluss des Tongehaltes zeigt sich auch in den vorliegenden Untersuchungen. Besonders im Bereich bis 20% Ton steigt der Permanente Welkepunkt nahezu linear an, danach flacht die Kurve merklich ab.

Zwischen den verschiedenen K-Gehalten treten dabei aber keine wesentlichen Differenzierungen auf (Abbildung 4).

Abbildung 3. Einfluss differenzierter K_CAL-Gehalte auf den Permaneten Welkepunkt unterschiedlicher Bo¨den (A, Sande; B, Schluffe; C, Tone).

Figure 3. Influence of differences in potassium content on the permanent wilting point of different soils (A, sand; B, silt; C, clay).

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Die nutzbare Feldkapazita¨t charakterisiert den pflanzenverfu¨gbaren Wasseran- teil im Boden. Sie wurde als Differenz zwischen Feldkapazita¨t und Permanentem Welkepunkt berechnet. Wie die Ergebnisse belegen, wird die nutzbare Feldkapazita¨t der sandigen Bo¨den wesentlich durch die Bodenkaliumgehalte beeinflusst. So sind die Gehalte an pflanzenverfu¨gbarem Wasser bei hohen Kaliumgehalten im Boden signifikant ho¨her als bei den verminderten Referenzwerten (Abbildung 5A). Auch auf den schluffreichen Ackerbo¨den verursachen die erho¨hten K-Gehalte im Boden eine Zunahme der nutzbaren Feldkapazita¨t (Abbildung 5B). Auffallend ist aber, dass die absoluten Differenzen der nFK-Werte deutlich geringer als bei den Sanden ausgepra¨gt sind. Bei den vermikulitreichen Tonbo¨den aus Ungarn zeigen sich lediglich geringe Vera¨nderungen in der nutzbaren Feldkapazita¨t. So reagiert nur der Versuchsstandort Putnok mit signifikant ho¨heren nFK-Werten auf hohe Kaliumge- halte im Boden. Bei den restlichen Tonstandorten treten nur tendenzielle Unterschiede auf. (Abbildung 5C).

Einfluss differenzierte Bodenkaliumgehalte (KCAL) auf Wasserhaushaltsparameter bei vergleichbarem Corg-Gehalt

Der Gehalt an organischer Bodensubstanz u¨bt bekanntlich einen wesentlichen Einfluss auf die Wasserhaushaltsparameter des Bodens aus. Da in einigen Versuchen mit erho¨hter K-Du¨ngung und zunehmenden K-Gehalten auch ansteigende Gehalte an organischer Bodensubstanz auftreten, werden deshalb zur differenzierten Bewertung des Einflusses von Kalium und der organischer Bodensubstanz die Einzelwirkungen voneinander getrennt betrachtet. Es wird zuna¨chst der Einfluss des Kaliums bei vergleichbaren Corg-Gehalten analysiert. Hierfu¨r bieten sich infolge der systematischen K-Abstufungen besonders die Ergebnisse vom Kalium-Magnesium- Steigerungsversuch in Speyer (Bodenart Su2) und vom Kaliumsteigerungs-versuch Bernburg (Bodenart Ut4) an.

Abbildung 4. Einfluss differenzierter Ton und KCAL-Gehalte auf den Permanenten Welkepunkt.

Figure 4. Influence of differences in clay and potassium content on permanent wilting point.

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Der Kalium-Magnesium-Steigerungsversuch auf dem Versuchsstandort Speyer weist fu¨r einen Sandstandort eine verha¨ltnisma¨ßig große K-Differenzierung (Versorgungsstufen B bis D) bei relativ homogenen Gehalten an organischer Bodensubstanz auf (Tabelle 2). Es kommt dabei mit zunehmendem Kaliumgehalt im Boden zu einem tendenziellen Ansteigen der Feldkapazita¨t, wobei diese Diffe- renzierungen nur zwischen Varianten mit extremen Kaliumunterschieden signifikant sind. Hinsichtlich des Permanenten Welkepunktes kann nach den vorliegenden Ergebnissen kein eindeutiger Trend ausgemacht werden. In einigen Fa¨llen sind zwar gesicherte Unterschiede zwischen den Varianten vorhanden, sie lassen jedoch keinen unmittelbaren Bezug zum Kaliumgehalt erkennen. Mit der Zunahme der K-Gehalte im Boden steigt analog der Feldkapazita¨t auch die nutzbare Feldkapazita¨t leicht an.

Statistisch sind diese Unterschiede jedoch nicht zwischen allen Varianten gesichert.

Im Bereich von 100 bis 110 mg K kg⁷¹ Boden erreichen die nFK-Werte mit mittleren Differenzierungen von bis zu 1 Vol.-% dabei ihr Maximum. Danach fallen die nFK-Werte ab und na¨hern sich dem K-Niveau der Versorgungsstufen B und C (585 mg K kg⁷¹Boden) an.

Im Gegensatz zum Versuch in Speyer zeichnet sich der Kaliumsteigerungsversuch in Bernburg durch ein relativ hohes Kaliumausgangsniveau aus. Diese K- Abbildung 5. Einfluss differenzierter KCAL-Gehalte auf die nutzbare Feldkapazita¨t unterschiedlicher Bo¨den (A, Sande; B, Schluffe; C, Tone).

Figure 5. Influence of differences in potassium content on the available water content of different soils (A, sand; B, silt; C, clay).

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Ausgangswerte verminderten sich durch langja¨hrigen Verzicht auf die K-Du¨ngung sowie die Abfuhr aller Ernteprodukte sukzessive bis auf Gehalte, die der Versorgungsstufe B entsprechen. Die Varianten mit moderater bzw. hoher Kaliumdu¨ngung weisen mit den Versorgungsstufen C und D einen besseren K- Versorgungszustand auf. Die Gehalte an organischer Bodensubstanz liegen im Gesamtversuch auf einem standorttypischen Niveau. Die auftretenden Differenzen im Corg-Gehalt sind zwischen den einzelnen Kaliumdu¨ngungsstufen minimal.

Statistisch gesicherte Unterschiede in der Feldkapazita¨t sind vorhanden, Es unterscheiden sich jedoch nur die Varianten mit sehr hohen (Versorgungsstufe D) von denen mit geringeren Bodenkaliumgehalten (Versorgungsstufe B und C).

Hinsichtlich des Permanenten Welkepunktes kommt es zu einer Differenzierung zwischen den mit Kalium unterversorgten Bo¨den und den Varianten mit optimalen Kaliumgehaltsklassen, bei denen etwas ho¨here PWP-Werte auftreten. Die nutzbare Feldkapazita¨t verha¨lt sich dabei a¨hnlich wie die Feldkapazita¨t. Es kommt auch hier mit steigenden Bodenkaliumgehalten zu einem Anstieg des Speicherraumes fu¨r pflanzenverfu¨gbares Bodenwasser. Wie bei der Feldkapazita¨t sind auch diese

Tabelle 2. Einfluss unterschiedlicher KCAL-Gehalte auf Wasserhaushaltsparameter eines Sandbodens (Speyer, Su2) bei vergleichbaren Corg-Gehalten, Einbaudichte 1,65 g cm⁷³. Table 2. Influence of different potassium content and similar total organic carbon on soil water parameters of a sandy soil (Speyer, Su2, dry bulk density 1.65 g cm⁷³).

Standort

KCAL-Gehalt (mg K kg⁷¹ Corg

Feldka- pazita¨t

Permanenter Welkepunkt

nutzbare Feldkapazita¨t

(Hauptbodenart) Boden) (%) (Vol.-%) (Vol.-%) Vol.-% rel.

Speyer (Lehmsand, Su2) 36,6 (B)¹ 0,68 23,8 ab 5,6 b 18,2 c 100

48,9 (B) 0,70 23,7 a 5,3 a 18,4 bc 101

65,4 (C) 0,71 23,7 a 5,3 a 18,4 bc 101

87,5 (C) 0,64 24,3 ab 5,7 b 18,6 abc 102

102,9 (C) 0,75 24,8 b 5,2 a 19,6 a 107

110,0 (D) 0,74 24,5 ab 5,2 a 19,3 ab 106 144,8 (D) 0,68 23,9 ab 5,3 a 18,6 abc 102 Note:¹Klammerangaben entsprechen den K-Versorgungsstufen des Bodens.

Tabelle 3. Einfluss unterschiedlicher K_CAL-Gehalte auf Wasserhaushaltsparameter eines Schluffbodens (Bernburg, Ut4) bei vergleichbaren Corg-Gehalten, Einbaudichte 1,35 g cm⁷³. Table 3. Influence of different potassium content and similar total organic carbon on soil water parameters of a silty soil (Bernburg, Ut4, dry bulk density 1.35 g cm⁷³).

Standort

KCAL-Gehalt

(mg K kg⁷¹ C_org Feldkapazita¨t

Permanenter Welkepunkt

nutzbare Feldkapazita¨t

(Hauptbodenart) Boden) (%) (Vol.-%) (Vol.-%) Vol.-% rel.

Bernburg

(Tonschluff, Ut4)

89,7 (B)¹ 1,51 36,8 a 14,8 a 22,0 a 100

101,6 (C) 1,51 36,6 a 15,4 b 21,2 a 97

170,8 (D) 1,54 37,9 b 15,4 b 22,5 b 102

261,0 (D) 1,55 38,6 b 15,3 b 23,3 b 106

Note:¹Klammerangaben entsprechen den K-Versorgungsstufen des Bodens.

(15)

Unterschiede, die im Mittel bis zu 1,3 Vol.-% betragen ko¨nnen, nur zwischen den Varianten mit extremen Kaliumunterschieden statistisch gesichert (Tabelle 3).

Einfluss des Bodenkaliumgehaltes (K_CAL) auf Wasserhaushaltsparameter bei unterschiedlichen C_org-Niveaus

Es soll nunmehr auf die Beeinflussung von pflanzenbaulich relevanten Wasserhaus- haltsparametern bei unterschiedlichen K-Gehalten und abgestuften Corg-Gehalten eingegangen werden. Diese Zielstellung konnte lediglich an 2 Versuchsstandorten bearbeitet werden, da sich nur hier aus dem umfangreichen Datenmaterial sowohl Bo¨den mit unterschiedlichen K-Werten als auch differenzierten Gehalten an organischer Bodensubstanz klassifizieren ließen.

In die Untersuchungen wurde dafu¨r der Statische Dauerdu¨ngungsversuch in Bad Lauchsta¨dt einbezogen. Die vorliegenden Ergebnisse ko¨nnen in 5 unterschiedliche Corg-Gehaltsklassen untergliedert werden. Dadurch ist es mo¨glich, in jeder Corg- Gehaltsklasse den Einfluss sowohl hoher als auch geringer Bodenkaliumgehalte auf die Wasserhaushaltsparameter Feldkapazita¨t, nutzbare Feldkapazita¨t und Perma- nenter Welkepunkt zu betrachten. Die Ergebnisse der Feldkapazita¨t verdeutlichen, dass mit steigendem Gehalt an organischer Bodensubstanz die volumetrischen Wassergehalte erwartungsgema¨ß gro¨ßer werden. Eine Ausnahme bildet hierbei die Gruppe mit den gro¨ßten Corg-Gehalten. Hier ist die Sa¨ttigung bereits erreicht, und die FK-Werte nehmen nicht weiter zu. Innerhalb der Corg-Gruppen verursachen auch die hohen K-Gehalte tendenziell, in Einzelfa¨llen sogar signifikant, eine Vergro¨ßerung der Feldkapazita¨tswerte (Abbildung 6A).

Der Dauerdu¨ngungsversuch Bonn-Dikopshof wurde in 3 Corg-Gruppen unter- teilt, die stark differenzierende Bodenkaliumgehalte aufweisen. Auch bei diesem Standort tritt mit zunehmenden Gehalten an organischer Bodensubstanz ein Anstieg der Feldkapazita¨t auf. Innerhalb der C_org-Gruppen ist a¨hnlich wie im Statischen Dauerdu¨ngungsversuch Bad Lauchsta¨dt eine Zunahme der Feldkapazita¨tswerte mit ansteigenden Bodenkaliumgehalten festzustellen, die in 2 von den 3 C_org-Stufen signifikant ist (Abbildung 6B).

Abbildung 6. Einfluss unterschiedlicher K_CAL-Gehalte auf die Feldkapazita¨t unterschiedlicher Bo¨den. (A) Bad Lauchsta¨dt (Ut4), (B) Bonn-Dikopshof (Ut3).

Figure 6. Influece of differences in potassium content on the field capacity of different soils.

(A) Bad Lauchsta¨dt (Ut4) , B: Bonn-Dikopshof (Ut3).

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Fu¨r den Permanenten Welkepunkt ist fu¨r den schluffigen Standort Bad Lauchsta¨dt weder in Abha¨ngigkeit von den K-Werten noch den Corg-Gehalten ein eindeutiger Trend ableitbar (Abbildung 7A). Auch im Dauerdu¨ngungsversuch Bonn- Dikopshof reagiert der Permanente Welkepunkt bezu¨glich der absoluten Ho¨he der Messwerte nur wenig auf die unterschiedlichen Kaliumgehalte im Boden. Die steigenden Gehalte an organischer Bodensubstanz fu¨hren jedoch zu einer systematischen Zunahme des Permanenten Welkepunktes (Abbildung 7B).

Bei der nutzbaren Feldkapazita¨t ist ein a¨hnlicher Trend wie bei der Feldkapazita¨t zu erkennen. Die nutzbare Feldkapazita¨t nimmt im Mittel der K-Varianten mit steigendem Gehalt an organischer Bodensubstanz von 1,51 bis 2,16 M.-% um 5 Vol.-

% zu. Auch in diesem Falle bewirkt das weitere Ansteigen der C_org-Gehalte (2.31 M.-%) kein Anwachsen der nFK-Werte. Innerhalb der C_org-Stufen weisen die Varianten mit hoher Kaliumversorgung fast immer ho¨here volumetrische Wasserge- halte auf (Abbildung 8A). Dieser Trend ist jedoch nicht in allen C_org-Stufen

Abbildung 8. Einfluss unterschiedlicher K_CAL-Gehalte auf die nutzbare Feldkapazita¨t unterschiedlicher Bo¨den. (A) Bad Lauchsta¨dt (Ut4), (B) Bonn-Dikopshof (Ut3).

Figure 8. Influence of differences in potassium content on the available water content of different soils. (A) Bad Lauchsta¨dt (Ut4), (B) Bonn-Dikopshof (Ut3).

Abbildung 7. Einfluss unterschiedlicher KCAL-Gehalte auf den Permanenten Welkepunkt unterschiedlicher Bo¨den. (A) Bad Lauchsta¨dt (Ut4), (B) Bonn-Dikopshof (Ut3).

Figure 7. Influence of differences in potassium content on the permanent wilting point of different soils. (A) Bad Lauchsta¨dt (Ut4), (B) Bonn-Dikopshof (Ut3).

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statistisch abzusichern. Die gro¨ßten Differenzen ergeben sich besonders bei den mittleren Corg-Stufen (1,77 bis 2,16 M.-%) auf. Im Mittel der Corg-Stufen verursachen die ho¨heren K-Werte eine Zunahme der nutzbaren Feldkapazita¨t um 0,7 Vol.-%. Der Standort Bonn-Dikopshof verha¨lt sich a¨hnlich (Abbildung 8B). Die Zunahme der nutzbaren Feldkapazita¨t betra¨gt bei steigenden Corg-Gehalten 0,65 Vol.-% je 0,1 M.-% Corg bei einem Corg-Ausgangswert von 0.85 M.-%. Sie liegen damit in a¨hnlichen Gro¨ßenordnungen wie im Bad Lauchsta¨dter Versuch mit einem erheblich ho¨heren Corg-Basiswert von 1,51 M.-%. Innerhalb der Corg-Stufen bestehen zwischen den K-Stufen gro¨ßtenteils gesicherte nFK-Differenzierungen zugunsten der ho¨heren K-Gehalte. Im Mittel der Corg-Stufen steigern die erho¨hten K-Gehalte die nutzbare Feldkapazita¨t um 1,2 Vol.-%. Die K-abha¨ngige Zunahme der nFK-Werte ist damit fast doppelt so hoch wie auf dem vergleichsweise humusreichen Standort in Bad Lauchsta¨dt.

Diskussion

Die Auswirkungen einer langja¨hrig differenzierten Kaliumdu¨ngung auf Wasser- haushaltsparameter des Bodens sind von der Textur des Bodens (Bodenart) abha¨ngig. So zeigt sich, dass die strukturinstabilen sandigen Bo¨den stark mit Vera¨nderungen der Saugspannungskurve, der Feldkapazita¨t und der nutzbare Feldkapazita¨t auf erho¨hte K-Werte im Boden reagieren. Diese Effekte schwa¨chen sich in der Regel mit zunehmenden Tongehalten merklich ab.

Bei den mischko¨rnigen und verdichtungsempfindlichen Sanden fu¨hrt die Steigerung der K-Gehalte ausnahmslos zur Verbesserung der Wasserspeicherfa¨hig- keit des Bodens. Die Feldkapazita¨t und auch die nutzbare Feldkapazita¨t steigen bei diesen Bo¨den im Mittel der einbezogenen Standorte um 1,9 Vol.-% an. Die teilweise beobachtete geringfu¨gige Zunahme des Permanenten Welkepunktes bei hohen K- Werten wirkte sich so nicht entscheidend auf die absolute Ho¨he der nutzbaren Feldkapazita¨t aus. Aus pflanzenbaulicher Sicht ist die Vergro¨ßerung der nutzbaren Wasserspeicherkapazita¨t pflanzenphysiologisch von Bedeutung, da diese leichten Bo¨den oft nur u¨ber ein geringes Wasserspeicherungsvermo¨gen verfu¨gen. Bei einer Krumenma¨chtigkeit von 3 dm wird dadurch insgesamt der Speicherraum fu¨r pflanzenverfu¨gbares Bodenwasser um mehr als 5 Vol.-% vergro¨ßert. Damit werden die von Rutt et al. (2006) an ungesto¨rten Bodenproben ermittelten Gro¨ßenordnun- gen fu¨r sandige Bo¨den ohne Einschra¨nkungen besta¨tigt.

In a¨hnlicher Weise verhalten sich auch die relativ strukturstabilen Lehm- und Schluffbo¨den. Auch bei diesen Ackerbo¨den nimmt der Speicherraum fu¨r das pflanzenverfu¨gbare Bodenwasser im Mittel der beru¨cksichtigten Bo¨den zu. Im Vergleich zu den Sandbo¨den fallen die Differenzierungen zugunsten der ho¨heren K- Gehalte allerdings etwas geringer aus. Sie betragen bei der Feldkapazita¨t 1,4 Vol.-%

und der nutzbaren Feldkapazita¨t 1,3 Vol.-%.

Nicht eindeutig sind die Aussagen bei den Tonen. Die nur geringe Grundge- samtheit von 3 Versuchsbo¨den la¨sst hier noch keine abschließende Bewertung zu.

Die Ergebnisse sind ausnahmslos ein Beleg dafu¨r, dass sich der direkte Kaliumeinfluss unmittelbar auf die Stabilita¨tsparameter des Bodens auswirkt. Dabei kommt es zu dem von Soulie´ et al. (2006) beschriebenen Effekt, wonach Menisken mit hoher Salzkonzentration nach ihrer Austrocknung durch ausgefa¨llte Salze zu einer Verkittung von Aggregaten fu¨hren und somit die Stabilisierung der Bodenstruktur hervorrufen bzw. fo¨rdern. Diese Aussagen decken sich mit den

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Ergebnissen von Holthusen et al. (2009a), die gleichfalls auf eine stabilisierende Wirkung von Kaliumkationen auf einen Avdat Lo¨ss der Negev Wu¨ste hinweisen.

Auch bei den Versuchen in Bernburg, Speyer, Bad Lauchsta¨dt und Bonn- Dikopshof ko¨nnen bei vergleichbaren Gehalten an organischer Bodensubstanz durch die Steigerung der K-Gehalte ho¨here Werte im Bereich der Feldkapazita¨t bzw.

nutzbaren Feldkapazita¨t ermittelt werden. Diese Ergebnisse bekra¨ftigen, dass der von Soulie´ et al. (2007) und Holthusen et al. (2009a) beschriebene Mechanismus allein durch das Ansteigen der K-Gehalte bewirkt wird. Bereits Markgraf und Horn (2006) stellen auf Grundlage von rheologischen Messungen an verschiedenen Bo¨den bei hohem gegenu¨ber vermindertem Kaliumgehalt eine gro¨ßere Strukturstabilita¨t fest. Derartige Effekte treten aber nur bei vorher entwa¨sserten Proben auf. Genannte Autoren fu¨hren diese Wirkungen auf Meniskenkra¨fte zuru¨ck, die zur weiteren Stabilisierung der Mikrostruktur beitragen ko¨nnen. Markgraf und Horn (2006) nutzen hierfu¨r hohe NaCl-Konzentrationen. Auch in neueren Untersuchungen von Holthusen et al. (2009b) werden die Stabilita¨tseigenschaften von Bo¨den durch Salze positiv beeinflusst. Diese Ergebnisse begru¨nden sich auf Untersuchungen an zwei Lo¨ß-Substraten, denen definierte Mengen an KCl-Lo¨sung zugesetzt wurden. Im Vergleich zu den unbehandelten Varianten weisen die mit KCl angereicherten Proben gegenu¨ber den K-a¨rmeren Materialien deutliche Stabilita¨tsvorteile auf.

Die Ergebnisse von Markgraf und Horn (2006) sowie Holthusen et al. (2009a, 2009b) verdeutlichen, dass auf den schluffreichen Bo¨den gleichfalls eine stabilita¨tsfo¨rdernde Kaliumwirkung nachweisbar ist. Diese Effekte sind auch an den verschiedenen Schluffbo¨den mit vergleichbaren Corg-Gehalten zu beobachten. Die stabilisierende Wirkung des Kaliums auf die Bodenstruktur tritt besonders bei den Dauerversuchen in Bernburg (Bodenart Ut4), Bad Lauchsta¨dt (Bodenart Ut4) und Bonn-Dikopshof (Bodenart Ut3) durch zunehmende Feldkapazita¨ts- bzw. nFK- Werte hervor, die mit den steigenden Kaliumwerten im Boden einhergehen. Bei den letztgenannten Versuchen zeigt sich dieser Effekt fast auf jedem C_org-Niveau.

Kalium tra¨gt damit ebenso wie die organische Bodensubstanz zur Stabilisierung der Bodenstruktur bei und hat somit einen positiven Einfluss auf die Wasserspei- cherkapazita¨t von Bo¨den. Auf die stabilisierende Wirkung der organischen Substanz wurde schon von Emmerson (1959) hingewiesen. Zhang und Hartge (1992), Baldock et al. (1994) und Ko¨rschens (1999) heben die positive Wirkung der organischer Bodensubstanz auf die Stabilita¨t von Bodenaggregaten hervor. Zhang und Hartge (1988, 1990) weisen dabei besonders auf die stabilisierende Wirkung der organischen Substanz bei Sandbo¨den hin. So zeigt sich hier insbesondere im Wasserspannungs- bereich von 0 bis 300 cm Wassersa¨ule (etwa bis pF 2,5) eine Stabilisierung der Bodenstruktur. Diese fu¨hren Zhang und Hartge (1989) auf eine gro¨ßere Anzahl von Wassermenisken bei ho¨heren Gehalten an organischer Bodensubstanz zuru¨ck.

Scholte`s et al. (2009) begru¨nden den Stabilita¨tszuwachs mit den zunehmenden Anziehungskra¨ften zwischen den benachbarten Bodenpartikeln. Zu a¨hnlichen Schlussfolgerungen kommen Kostopoulou und Panayiotopoulos (1993) bei der Untersuchung verschiedener Alfisole.

Diese Aussagen stimmen insgesamt mit den Ergebnissen der Dauerdu¨ngungs- versuche auf den sandigen Bo¨den in Spro¨da, Forchheim, Halle (Ewiger Roggenbau, Abteilung Mais Monokultur) aber auch den bindigen Substraten grundsa¨tzlich u¨berein. Bei den sandigen Bo¨den ist jedoch zu beachten, dass durch die langja¨hrig erho¨hten K-Gaben auch eine mehr oder weniger deutliche Zunahme der Corg- Gehalte verbunden ist. Die Zunahme der Feldkapazita¨t bzw. der nutzbaren

(19)

Feldkapazita¨t basiert somit auf den erho¨hten K- und Corg-Gehalten, die sich in ihrer Wirkung offensichtlich erga¨nzen.

Diese positive Auswirkung ho¨herer Gehalte an organischer Bodensubstanz auf die Feldkapazita¨t ist seit langem bekannt. Sie wird durch neuere Untersuchungen gestu¨tzt (u.a. Hofmann et al. 2003; Ulrich et al. 2005; Ulrich 2008). Die Erho¨hung der Gehalte an organischer Substanz bewirkt jedoch nicht nur den Anstieg des Kapillarwassers (Bachmann und Zhang 1990), sondern gleichzeitig auch eine Zunahme des permanenten Welkepunktes (Ulrich 2008). Bei den sandigen Bo¨den ist der Corg-bedingte Zuwachs an Feldkapazita¨t allerdings meist gro¨ßer als der Anstieg des Permanenten Welkepunktes, so dass auch der Speicherraum fu¨r das pflanzenverfu¨gbare Bodenwasser insgesamt zunimmt.

Die Einzelwirkungen von K und C_org ko¨nnen jedoch bei den sandigen Bo¨den anhand des vorliegenden Ergebnismaterials nicht exakt getrennt werden. In dieser Hinsicht bringen aber die Versuche in Bad Lauchsta¨dt und Bonn aufschlussreiche Resultate. U¨berraschend zeigt sich dabei, dass zwischen diesen Bo¨den nur minimale Differenzen in der Wirkung der Corg-Gehalte auf die Feldkapazita¨t bzw. nutzbare Feldkapazita¨t festzustellen sind. Die Zunahme an nutzbarerer Feldkapazita¨t betra¨gt im Mittel der K-Gehalte bei dem Boden aus Bonn 0,70 und Bad Lauchsta¨dt 0,75 Vol.-% je 0,1 M.-% Corg. Sie unterscheiden sich damit nicht wesentlich voneinander. Der K- bedingte Anstieg der nutzbaren Feldkapazita¨t ist im Mittel der Corg-Gehalte bei dem humusa¨rmeren Boden des Versuches in Bonn-Dikopshof (Corg-Mittel 1,05 M.-%) mit 1.2 Vol.-% fast doppelt so hoch wie auf dem humusreichen Standort in Bad Lauchsta¨dt (Corg-Mittel 1,97 M,-%). Die Wirkung des Kaliums auf die Kennwerte der Wasserbindung im Boden ha¨ngt somit maßgeblich von der Ho¨he der Corg-Gehalte eines Bodens ab. Sie ist umso gro¨ßer, je geringer die Corg-Gehalte sind. Diese Zusammenha¨nge erkla¨ren offenbar auch die starke Zunahme der nutzbaren Feldkapa- zita¨t durch erho¨hte K-Gehalte bei dem relativ humusarmen Tonboden in Putnok.

Zusammenfassung

Kalium beeinflusst u.a. die Stabilita¨t des Bodens durch Verkittungen von Aggregaten, die durch ausfallende Salze hervorgerufen werden und wirkt sich so wesentlich auf die Wasserbindung im Boden aus. Dabei treten zwischen Kalium und den Corg-Gehalten synergistische Effekte auf. Die Steigerung der Feldkapazita¨t bzw. der nutzbaren Feldkapazita¨t durch langja¨hrig erho¨hte KCAL-Gehalte ist bei den Sandbo¨den am gro¨ßten. Sie nimmt bei den humusreichen Lehm- und Schluffbo¨den ab.

Auf Bo¨den, die mit Kalium unterversorgt sind (Versorgungsstufen A und B), ko¨nnen durch eine Anhebung des K-Versorgungsniveaus pflanzenphysiologisch relevante Kennwerte der Wasserbindung positiv vera¨ndert werden. Diese a¨ußern sich im merklichen Ansteigen der nutzbaren Feldkapazita¨t. Es ist zu erwarten, dass mit der Verbesserung der Zuga¨nglichkeit fu¨r das pflanzenverfu¨gbare Bodenwasser ertragswirksame Effekte verbunden sind, die sich bei den einzelnen Kulturarten unterschiedlich auswirken. Hierzu liegen erste aussichtsreiche Ergebnisse vor, u¨ber die nach Abschluss der Arbeiten umfassend berichtet werden soll.

Danksagungen

Unser Dank gilt der KþS Kali GmbH Kassel fu¨r die finanzielle Unterstu¨tzung. Bei Herrn Prof. Horn und Frau Dr. Holthusen aus Kiel bedanken wir uns fu¨r die

(20)

U¨berlassung der Bodentexturwerte, Herrn Prof. Jahn und seinen Mitarbeitern (Halle/Saale) sowie Herrn Prof. Schubert und Herrn Dr. Reeb (Gießen) fu¨r die Bereitstellung der bodenchemischen Kennwerte.

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