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Viele Landwirte und Landwirtinnen beschäftigen sich seit einigen Jahren mit der Frage, welche Möglichkeiten im Ackerbau zur Anpassung an den Klimawandel bestehen und wie diese sinnvoll umzusetzen sind. Hierbei stehen oft Überlegungen zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit im Mittelpunkt. Dazu findet an der Fachhochschule Kiel am 20. April eine Fachveranstaltung statt (siehe Einladung).
Dabei wird über verschiedene Bodenbearbeitungssysteme, angepasste Fruchtfolgen, Zwischenfrüchte und Untersaaten, den Einsatz von effektiven Mikroorganismen sowie alternative Dünge- und Pflanzenschutzstrategien diskutiert. Die Bedeutung der Bodenstruktur als wesentlicher Komponente der Bodenfruchtbarkeit bleibt in dieser Diskussion oft unberücksichtigt beziehungsweise es fehlt an konkreten Anhaltspunkten zur Einschätzung des Strukturzustandes. Deshalb ist es wichtig zu verstehen, was Bodenstruktur ist, warum die Bodenstruktur für den zukünftigen Ackerbau von Bedeutung ist und an welchen Merkmalen eine „gute“, also funktionale Bodenstruktur zu erkennen ist.
Diese Fragen sollen anhand erster Ergebnisse eines in Schleswig-Holstein von der Fachhochschule Kiel federführend durchgeführten Forschungsvorhabens, das durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) und das damalige Land- und Umweltministerium des Landes Schleswig-Holstein (Melund) gefördert wurde, beantwortet werden.
Was macht die Bodenstruktur aus?
Die räumliche Anordnung der festen Bodenbestandteile, also der mineralischen und organischen Elemente, wird als Bodengefüge oder Bodenstruktur bezeichnet. Mit der räumlichen Anordnung der festen Bestandteile des Bodens ergibt sich die Ausgestaltung des Porensystems, in dem sich die Bodenlösung und verschiedene Gase befinden. Im Hinblick auf die landwirtschaftliche Nutzung ist die Bodenstruktur von zentraler Bedeutung für den Wasser-, Gas-, Wärme- und Nährstoffhaushalt des Bodens. Zusätzlich wird die Durchwurzelbarkeit des Bodens und damit die Erreichbarkeit von Wasser- und Nährstoffressourcen bestimmt.
Für die Gefügeentwicklung sind verschiedene bodeninterne und -externe Prozesse verantwortlich: Insbesondere Quellung und Schrumpfungsprozesse, Frost- und Tauzyklen sowie biologische Aktivität (unter anderem durch Regenwürmer, Pilze und Bakterien) führen in Abhängigkeit vom Ausgangsmaterial, der Witterung und dem Relief zu einer natürlichen Strukturentwicklung.
Überprägt wird diese natürliche Struktur besonders auf Ackerstandorten durch anthropogene, mechanische Beanspruchungen des Bodens, wie beispielsweise durch Bodenbearbeitung und Befahrung. Die Bodenstrukturentwicklung ist somit ein dynamischer Prozess, sodass sich der aktuelle Strukturzustand ständig verändert, also auch regelmäßig durch geeignete Methoden beurteilt werde sollte.
Warum ist die Bodenstruktur bedeutsam?
Für ein optimales Pflanzenwachstum sind eine ausreichende und ausgewogene Nährstoff- und Wasserversorgung sowie ein kontinuierlicher Gasaustausch mit der Atmosphäre Voraussetzung. Hierfür ist die Ausprägung der Poren wichtig, denn diese sind, gleichbedeutend mit dem Blutkreislauf oder dem Nervensystem des menschlichen Körpers, die Lebensadern des Bodens: Sie speichern und leiten Wasser mit den darin befindlichen Nährstoffen, sie sorgen für eine ausreichende Sauerstoffversorgung der Pflanzenwurzel sowie der Mikroorganismen und sie dienen als Lebensraum für die verschiedenen, oft in großer Zahl auftretenden Lebewesen des Bodens.
Um diese Prozesse zu optimieren, reicht es nicht aus, lediglich über das Porenvolumen insgesamt zu sprechen, sondern es sind Kenntnisse der Porengrößenverteilung (Anteile der einzelnen Porenklassen) und der Porenkontinuität sowohl im Ober- als auch im Unterboden von erheblicher Bedeutung. Während bei Starkregenereignissen kontinuierlich den Ober- und Unterboden verbindende Makroporen (unter anderem Regenwurm- und Wurzelgänge, Schrumpfungsrisse) bedeutsam sind, kommt den groben bis mittleren Poren, die Wasser pflanzenverfügbar speichern und nachliefern können, bei lang anhaltender Trockenheit eine große Bedeutung zu.
Deshalb ist es in jeder Situation wichtig, dass das Porensystem durchgängig ist, dass Ober- und Unterboden nicht durch Grenzschichten, die im Zuge von Bodenbearbeitung oder Befahrung entstanden sind, getrennt werden. Aktuelle Untersuchungen belegen, dass auf zahlreichen Ackerstandorten in Schleswig-Holstein in der Krumenbasis sogenannte Pflugsohlenverdichtungen vorhanden sind. Diese Grenzschichten führen zu einer physischen Trennung von Ober- und Unterboden, die dazu führt, dass Wasser- und Nährstoffressourcen im Unterboden für die Pflanzenwurzel nicht erreichbar sind.
Zukünftige Ackerbausysteme müssen also darauf abzielen, Verdichtungshorizonte zu vermeiden und gleichzeitig bodeninterne Strukturierungsprozesse zu initiieren, um durchgängige, funktionale Porensysteme zu generieren.
Welche Maßnahmen fördern die Bodenstruktur?
Um bodeninterne Strukturierungsprozesse zu fördern, sollte die Bodenbearbeitungsintensität grundsätzlich reduziert werden. In intensiven Bodenbearbeitungssystemen werden strukturbildende Prozesse regelmäßig unterbrochen beziehungsweise rückgängig gemacht: Röhrensysteme der Regenwürmer werden zerstört beziehungsweise gekappt. Quellungs- und Schrumpfungszyklen werden unterbrochen, sodass besonders im Oberboden instabile Struktureinheiten entstehen, die beispielsweise zur Verschlämmung neigen.
Eine zweite bedeutende Maßnahme zur Stabilisierung und zur Erhöhung der Funktionalität des Bodengefüges stellt die organische Düngung über Wirtschaftsdünger, Zwischenfrüchte oder ausreichende Stoppelreste dar: Mit der Zufuhr organischer Substanz wird die biologische Aktivität im Boden und damit die sogenannte Lebendverbauung angeregt.
Zahlreiche Untersuchungen haben gezeigt, dass mit einer regelmäßigen organischen Düngung unter anderem die Aggregatstabilität grundsätzlich zunimmt. Auch die Anzahl der Regenwurmgänge, die durch Pflanzenwurzeln und Mikroorganismen besiedelt werden, nimmt durch die Zufuhr organischer Stoffe deutlich zu und unterstützt somit die Entwicklung eines weitverzweigten, bis in größere Bodentiefen reichenden Porensystems.
Merkmale einer „guten“ Bodenstruktur
Um die Bodenstruktur im Feld beurteilen zu können, sind verschiedene Methoden entwickelt worden. Die wohl bekannteste Methode ist die sogenannte Spatendiagnose, mit der der Strukturzustand der Ackerkrume nach Ausprägung verschiedener Kriterien beurteilt wird. Wichtige Kriterien sind in diesem Zusammenhang die Größe und Form der Struktureinheiten, die Durchwurzelung des ausgestochenen Bodenmonolithen, das Vorhandensein von Bodenlebewesen, das Aussehen der Stoppelreste sowie Farbe und Geruch.
Dieses Verfahren sollte regelmäßig, möglichst im Frühjahr nach dem Abtrocknen der Felder durchgeführt werden. Auf internationaler Ebene ist diese Methode ergänzt und erweitert worden. Das wohl gängigste Verfahren ist das Beurteilungsschema von Ball et alii (2007). Dieses Schema beschreibt anhand verschiedener Merkmale fünf verschiedene Bodenstrukturzustände von sehr gut (bröckelig) bis sehr schlecht (verdichtet). Dieses Verfahren wurde durch Johannes (2020) um weitere Kriterien ergänzt (vergleiche die Abbildung). Eine gute Struktur ist entsprechend den genannten Verfahren durch zahlreiche kleinere (unter 6 mm), poröse und eher rundliche Struktureinheiten, die von Wurzeln durchzogen sind, gekennzeichnet.
Im Vergleich dazu sind die Struktureinheiten bei schlechtem Gefügezustand in der Regel massiv, kompakt sowie scharfkantig und weisen kaum Wurzelmaterial auf. Die Stoppelreste sind in diesem Fall mikrobiell kaum angegriffen, und es sind horizontal ausgerichtete Plattenstrukturen besonders im unteren Bereich des ausgestochenen Bodenmonolithen zu erkennen.
Fazit
Dem Erhalt und der Entwicklung einer funktionalen Bodenstruktur wird in zukünftigen Ackerbausystemen eine bedeutende Rolle zukommen. Hierbei ist es wichtig, dass als begleitende Maßnahme der Strukturzustand des Bodens in regelmäßigen Intervallen beurteilt wird, um so Entwicklungstendenzen und die Wirksamkeit von eingeleiteten Maßnahmen einschätzen zu können. Mit einem Forschungsvorhaben konnten aus Untersuchungen von 45 typischen Ackerstandorten in Schleswig-Holstein weitere für die Beurteilung des Bodengefüges relevante Merkmale und Zusammenhänge erarbeitet werden. Diese Ergebnisse werden nun in einer kombinierten Vortrags- und Praxisveranstaltung am Fachbereich Agrarwirtschaft der Fachhochschule Kiel am 20. April vorgestellt (siehe Einladung).
Einladung zum Vortrags- und Praxistag der FH Kiel, Fachbereich Agrarwirtschaft
Bodenstruktur: Erkennen – Beurteilen – Fördern
Donnerstag, 20. April
Vorträge: Claus-Heller-Haus, FH Kiel, Fachbereich Agrarwirtschaft, Grüner Kamp 11, 24783 Osterrönfeld
9.00 Uhr: „Bedeutung der Bodenstruktur auf Ackerstandorten“: Prof. Conrad Wiermann, FH Kiel
9.15 Uhr: „Die Bedeutung von Bioporen für die Ertragssicherung in Trockenjahren“:
Prof. Miriam Athmann, Universität Kassel
10.00 Uhr: „Die Rolle von Wurzeln für die Strukturbildung und Erschließung von Nährstoffen
im Boden“: Prof. Stephan Peth, Leibniz-Universität Hannover
11.15 Uhr: „Durchwurzelung von Zwischenfruchtbeständen“: Roman Kemper, Universität Bonn
12.00 Uhr: „Erweiterte Methode zur Bestimmung der Bodenstruktur im Feld“: Gerrit Müller, FH Kiel
Fahrt zum Praxisteil: Versuchsstation Lindenhof der FH Kiel in 24790 Ostenfeld, GPS: n 54,320341; s 9,803613
14.00 Uhr: Demonstration von Feldmethoden zur Beurteilung der Bodeneigenschaften und Bodenstruktur im Feld: Profilmethode: Bernd Burbaum, LfU SH
Miniprofilmethode; Spatenmethoden (unter anderem internationale Vess-Methodik); erweiterte Methode zur Beurteilung der Bodenstruktur: Gerrit Müller, FH Kiel
16.00 Uhr: Ende der Veranstaltung
Die Veranstaltung ist kostenfrei. Anmeldung unter: anmeldung.boden@fh-kiel.de




