Strukturschäden führen zu Ertragsausfällen

Seit Jahren stagnierende oder sogar abnehmende Erträge zeigen an, dass der Ackerbau in Schleswig-Holstein vor großen Herausforderungen steht. Das sogenannte Yield-GAP, die Differenz zwischen genetisch möglichem Ertrag und tatsächlich in der landwirtschaftlichen Praxis realisiertem Ertragsniveau, prägt sich immer deutlicher in den wichtigen Ackerbaukulturen wie Winterweizen und Winterraps aus. Wesentliche Ursachen hierfür sind einerseits die Auswirkung des fortschreitenden Klimawandels (unter anderem Vorsommertrockenheit, Hitzeperioden und Starkregenereignisse), andererseits aber auch die sich ändernden agronomischen Rahmenbedingungen. In diesem Zusammenhang sind sicherlich die zunehmenden Beschränkungen des Betriebsmitteleinsatzes (unter anderem Pflanzenschutz- und Düngemittel) zu nennen. Von zentraler Bedeutung ist allerdings auch der aktuelle Bodenfruchtbarkeitszustand der Ackerstandorte in Schleswig-Holstein. Ziel der im Folgenden vorgestellten Untersuchungen ist es, zunächst einen Überblick über den physikalischen Bodenzustand, der die Struktureigenschaften analysiert, typischer Ackerstandorte in Schleswig-Holstein zu erhalten.

Die Bodenstruktur beschreibt die räumliche Anordnung der mineralischen und organischen Bodenbestandteile und damit indirekt die Ausgestaltung des Porensystems im Boden. Sie beeinflusst maßgeblich den Wasser-, Luft-, Wärme- und Nährstoffhaushalt des Bodens. Es wird das Wasserspeichervermögen, aber gleichzeitig auch die Infiltrationsleistung determiniert. Mit dem Wasserhaushalt direkt gekoppelt ist der Gas- und Wärmehaushalt, also die Sauerstoffverfügbarkeit und Erwärmbarkeit etwa im Frühjahr. Aber auch die Nährstoffverfügbarkeit und -speicherkapazität wird über die Erreichbarkeit der Austauscheroberflächen und damit durch die Bodenstruktur beeinflusst. Die Durchwurzelbarkeit und mechanische Belastbarkeit (Befahrbarkeit) sind weitere Eigenschaften, deren Ausprägung mit dem Gefügezustand des Bodens direkt in Verbindung steht. Bodenstruktur als wesentlicher Aspekt der Bodenfruchtbarkeit insgesamt ist somit für die Transformation (Umsetzung) und Effizienz (Ausnutzung) agronomischer Bewirtschaftungseingriffe und -entscheidungen (unter anderem Sortenwahl, Pflanzenschutz, Düngung) von höchster Relevanz (siehe Abbildung 1). Somit bleibt festzuhalten, dass nur bei optimaler Bodenstruktur eine hohe Ressourceneffizienz möglich ist.

Untersuchung von 45 Ackerstandorten

Im Rahmen eines von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) und dem Land Schleswig-Holstein geförderten Projektes wurden 45 repräsentative Ackerstandorte in Schleswig-Holstein hinsichtlich ihres Bodenstrukturzustandes untersucht. Die Probenahme beziehungsweise Gefügeansprache erfolgte hierbei in drei Tiefen. Tiefe 1: regelmäßig bearbeiteter Oberboden, Tiefe 2: Übergang zwischen bearbeitetem/unbearbeitetem Boden, Tiefe 3: unbearbeiteter Unterboden. Die Abbildung 2 fasst die Ergebnisse der Gefügeansprache mithilfe der international standartisierten VESS-Methode (Visual Estimation of Soil Structure) zusammen. Es wird deutlich, dass die leichteren Standorte (unter 8 % Ton) insgesamt einen guten Strukturzustand aufweisen, während die schwereren Standorte (mehr als 8 % Ton) besonders in den Tiefen 2 und 3 schlechtere Strukturen aufweisen können. Auffällig ist, dass auch auf den leichteren Standorten in der Tiefe 2 schlechte Strukturen anhand der optischen Beurteilung diagnostiziert wurden.

Schadverdichtungen an der Krumenbasis

In einem zweiten Schritt wurde die Funktionalität des Porensystems in den drei Beprobungstiefen untersucht. Hierfür wurden die Luftkapazität (LK), die dem Anteil weiter Grobporen im Boden entspricht, und die gesättigte Wasserleitfähigkeit (kf), die ein Maß für die Kontinuität des Porensystems darstellt, ermittelt. Für beide Parameter finden sich in der Literatur kritische Werte, die eine Untergrenze hinsichtlich der Funktionalität darstellen. Es ist also möglich, mithilfe dieser kritischen Werte den Strukturzustand von Böden in verschiedenen Tiefen zu beurteilen. Die Ergebnisse für die 45 Untersuchungsstandorte sind in Abbildung 3 für alle drei Beprobungstiefen zusammengefasst. Hierbei ist zu erkennen, dass eine große Anzahl der Proben sowohl hinsichtlich der Luftkapazität als auch der gesättigten Wasserleitfähigkeit oberhalb der jeweils kritischen Werte liegen (grüner Quadrant). Es ist aber auch zu erkennen, dass zahlreiche Proben im roten Quadranten liegen, in dem gleichzeitig für beide Parameter die kritischen Werte unterschritten werden. Proben, die in diesem Bereich lokalisiert sind, weisen massive Strukturschäden (Schadverdichtungen) auf. Hier kommt es vermehrt zu Stauwasserbildung und damit direkt verbunden zu anaeroben Verhältnissen, die unter anderem zu Denitrifikationsprozessen führen können.

Eine Untergliederung der Ergebnisse in die drei Untersuchungstiefen zeigt, dass sich auffallend viele Punkte der zweiten Beprobungstiefe in diesem roten Quadranten befinden. Insgesamt weisen 15 % der Ackerstandorte in dieser Übergangszone zwischen bearbeitetem und unbearbeitetem Boden Schadverdichtungen auf. Weitere 20 % der Ackerstandorte weisen erste Anzeichen von Strukturschäden auf, das heißt die Messwerte für zunächst einen der Untersuchungsparameter liegen unterhalb des jeweils kritischen Wertes. Die Ergebnisse werden durch weitere Untersuchungsparameter bestätigt: Eine Gegenüberstellung der Wasserleitfähigkeit in vertikaler und horizontaler Richtung zeigt gerade für die zweite Untersuchungstiefe eine signifikant höhere Leitfähigkeit in horizontaler Richtung an, wie es für typische Pflugsohlenverdichtungen in der Literatur beschrieben ist.

Ober- und Unterboden müssen verbunden sein

Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass auf zahlreichen Ackerstandorten Strukturschäden vorliegen. Aufgrund von sogenannten Pflugsohlen oder Krumenbasisverdichtungen sind Ober- und Unterboden hier funktional voneinander getrennt. Im Hinblick auf künftige Anpassungsstrategien an die Auswirkungen des Klimawandels ist es allerdings von hoher Bedeutung, dass die Ressourcen des Unterbodens durch den Kulturpflanzenbestand genutzt werden können, das heißt Ober- und Unterboden funktional miteinander verbunden sind. Nur so können die notwendige Resilienz (Kompensations- und Anpassungsfähigkeit) der Ackerbausysteme und eine nachhaltige Ertragssicherheit erreicht werden.

Strukturfördernde Bewirtschaftung

Um langfristig eine funktionale Bodenstruktur zu entwickeln beziehungsweise zu erhalten, die Ober- und Unterboden miteinander verbindet, sind verschiedene Maßnahmen erforderlich, die je nach Ausgangstrukturzustand und Standort unterschiedlich zu gewichten sind. Grundsätzlich sind reduzierte Bodenbearbeitungssysteme bis hin zur Direktsaat, die längere oder sogar kontinuierliche Phasen der Bodenruhe umfassen, geeignet, um bodeninterne Strukturierungsprozesse (unter anderem Quellung und Schrumpfung, biologische Aktivität) zu fördern und zu konservieren. Begleitet werden sollten diese Bearbeitungsmaßnahmen allerdings durch Anpassungen des gesamten Bewirtschaftungssystems. Hier sind Überprüfungen und Veränderungen der Fruchtfolge (unter anderem kontinuierlicher Bewuchs durch Zwischenfrüchte, Wechsel Sommerung und Winterung), der Düngung (unter anderem organische Düngung), eine Optimierung des pH-Wertes und die Instandsetzung beziehungsweise Pflege des Drainagesystems notwendig. Eigene Untersuchungen dieser oft unter dem Begriff des regenerativen Ackerbaus zusammengefassten Maßnahmen auf dem Versuchsstandort Lindenhof der Hochschule für Angewandte Wissenschaften (HAW) Kiel zeigen bereits nach wenigen Jahren eine deutliche Erhöhung der biologischen Aktivität und damit bodeninterner Strukturierungsprozesse (siehe BB 22/2026, S. 40 bis 41).

Fazit

Zahlreiche ­Ackerstandorte in Schleswig-Holstein weisen bereits Schadverdichtungen oder erste Anzeichen von Strukturschäden besonders in der Übergangszone zwischen bearbeitetem Oberboden und unbearbeitetem Unterboden auf. Die hierdurch bedingte funktionale Trennung von Ober- und Unterboden führt zu einer zunehmend unzureichenden Nutzung vorhandener Standortressourcen und applizierter Bewirtschaftungsmaßnahmen. Stagnierende beziehungsweise abnehmende Erträge wichtiger Ackerkulturen in der jüngsten Vergangenheit sind das Ergebnis dieser Entwicklung. Zukünftig ist es also wichtig, dass Bewirtschaftungssysteme etabliert werden, die dazu führen, dass Ober- und Unterboden eine funktionale Struktureinheit bilden. Hierzu ist es notwendig, dass das Gesamtsystem analysiert wird und so einzelne Bewirtschaftungssysteme entsprechend den jeweiligen Standorteigenschaften aufeinander abgestimmt werden.