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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Böden in Gefahr!?
Jürgen K. Friedel
Institut für Ökologischen Landbau
Universität für Bodenkultur Wien
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel2
• Einleitung: Bodengesundheit und Bodenfruchtbarkeit
• Bodenfunktionen
- Produktionsfunktion- Filter-, Puffer,- Transformationsfunktion- Lebensraum und Genreserve- Kulturfunktion- Infrastruktur- und Rohstofffunktion
• Gefährdungen- Versiegelung- Verdichtung und Erosion- Kontamination- Abnahme der organischen Substanz
• Bewirtschaftungseinfluss
Gliederung
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel3
• Einleitung: Bodengesundheit und Bodenfruchtbarkeit
• Bodenfunktionen
- Produktionsfunktion- Filter-, Puffer,- Transformationsfunktion- Lebensraum und Genreserve- Kulturfunktion- Infrastruktur- und Rohstofffunktion
• Gefährdungen- Versiegelung- Verdichtung und Erosion- Kontamination- Abnahme der organischen Substanz
• Bewirtschaftungseinfluss
Gliederung
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel4
• Bodengesundheit: umfasst vor allem die ökologischen und biologischen Eigenschaften von Bodenqualität
• „Bodenqualität ist die Eignung eines bestimmten Bodens, innerhalb der natürlichen oder bewirtschafteten Grenzen des betreffenden Ökosystems, die Pflanzen- und Tierproduktion, die Qualität von Wasser und Luft sowie die Gesundheit von Mensch und Tier zu erhalten und zu fördern“ (KARLEN et al. 1997)
• Bodenfruchtbarkeit: Funktion des Bodens als Vermittler von Nährstoffen, Wasser und Luft für Pflanze und Edaphon (= Bodenleben) (OTTOW 2011, S. 421)
Bodengesundheit und Bodenfruchtbarkeit
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Bodenentwicklung und standortgerechte Bewirtschaftungbeeinflussen Bodenfruchtbarkeit
Ottow 2011
Bodengesundheit und Bodenfruchtbarkeit
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Bodenfruchtbarkeit: Merkmale
Zusammenwirken physikalischer, chemischer und biologischer Bodeneigenschaften
• Physikalische Eigenschaften:
optimale Bodentextur, Bodendichte, gute und stabile Bodenstruktur („Krümeltiefe“), hohe Aggregatstabilität, gute Durchwurzelbarkeit, möglichst hohe maximale Wasserkapazität
• Chemische Eigenschaften:
hoher Gehalt an organischer Substanz, hohe Kationenaustauschkapazität, Protonenpufferkapazität, hohe Konzentration an austauschbaren & mineralisierbaren Nährstoffen, ökophysiologisch günstiger pH-Wert
• Biologische Eigenschaften:
hohe mikrobielle Biomasse, breite genetische und funktionale Diversität, hohe Elastizität / Resilienz, rasches Regenerationsvermögen
(Ottow 2011, Herrick 2000)
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• Einleitung: Bodengesundheit und Bodenfruchtbarkeit
• Bodenfunktionen
- Produktionsfunktion- Filter-, Puffer,- Transformationsfunktion- Lebensraum und Genreserve- Kulturfunktion- Infrastruktur- und Rohstofffunktion
• Gefährdungen- Versiegelung- Verdichtung und Erosion- Kontamination- Abnahme der organischen Substanz
• Bewirtschaftungseinfluss
Gliederung
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Nahrungsmittelproduktion weltweit
• Rund 1 Milliarde Menschen sind zumindest unterernährt, 850 Millionen hungern,Ackerflächen haben sich von 0,5 auf 0,35 ha pro Person verringert
• Versiegelung von Boden schreitet fort
• Klimawandel - Meeresspiegelanstieg bis 2100 um ca. 70 bis 100 cm erwartet
• 2005: 6,5 Mrd. Weltbevölkerung: 7 % leiden unter Wasserknappheit, 5 % unter Wassermangel
• 2025: Prognose: 7,9 Mrd. Weltbevölkerung: 26,5 % leiden unter Wasserknappheit, 10,5 % unter Wassermangelderzeit: Beregnungswasser = 70 % der anthropogen genutzten erneuerbaren Wasserressourcen
Produktionsfunktion
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HANPP %: Prozentueller Anteil der Nutzung der Nettoprimärproduktion durch den Menschen
Produktionsfunktion
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∆NPP LC: Landnutzungsbedingte Reduktionen der Nettoprimärproduktion in %
Haberl et al. 2007
Produktionsfunktion
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Aktuelle versus potentielle Getreideerträge weltweit (Basis-Jahr 2000)
Fischer, Van Velthuizen 2011
Produktionsfunktion
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Produktionsfunktion
• EU-Biokraftstoffrichtlinie: Beimischung von 5,75 % Biosprit seit 2010
• Biokraftstoffe
• Erste Generation: Ölpflanzen wie Raps, Soja, Sonnenblumen, Palmöl; Bioethanol
• Zweite Generation: BtL-Kraftstoffe (Biomass-to-Liquid): Holz, Stroh, Bioabfall, Tiermehl, Schilf
� Bioraffinerie: Kombination von Nahrungsmittelproduktion mit industrieller Nutzung der Biomasse„Drink the best and drive the rest“
� Fraktionierung der Biomasse in ihre Hauptbestandteile, die weiter genutzt werden, um optimal ausgewogene Produkte herzustellen
Der Bioenergie-Boom
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Modellrechnung der Entwicklung der organischen Kohlenstoffgehalte in einer Schwarzerde im Marchfeld bei unterschiedlicher Strohabfuhr (Roth C 26.3, Rampazzo-Todorovic et al., JPNSS 2010)
Produktionsfunktion
Auch Biokraftstoffe der 2. Generation in Konkurrenz zu Nahrungsmittel-produktion!
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„Peak Phosphorus“: Weltweite Rohphosphatförderung 1900-2009 US Geological Survey
Erschöpfung der Welt-P-Reserven wird erwartet in 50 – 100 Jahren; „Peak Phosphorus“wird erwartet für 2030
Produktionsfunktion
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Produktionsfunktion –Herausforderungen der Zukunft
• Steigerung des durchschnittlichen Getreideertrages von 2,64 t/ha (2000*) auf mindestens 3,60 t/ha (2025) und 4,30 t/ha (2050), um für eine Weltbevölkerung von ca. 10 Mrd. im Jahr 2050 gerüstet zu sein.
• Gleichzeitige intensive Steigerung der erneuerbaren Energie und Rohstoffen aus Biomasse (Bioäthanol, Biodiesel, H2, chemische Rohstoffe?)
• Paradigmenwechsel auch in Europa: Halten/Erhöhen der Flächenproduktivität unter Einhaltung der Grundsätze der Nachhaltigkeit
*Lal (IUSS 2006)
Produktionsfunktion
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• Einleitung: Bodengesundheit und Bodenfruchtbarkeit
• Bodenfunktionen
- Produktionsfunktion- Filter-, Puffer,- Transformationsfunktion- Lebensraum und Genreserve- Kulturfunktion- Infrastruktur- und Rohstofffunktion
• Gefährdungen- Versiegelung- Verdichtung und Erosion- Kontamination- Abnahme der organischen Substanz
• Bewirtschaftungseinfluss
Gliederung
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Einfluss von Bodenentwicklung und Landnutzung auf die Anreicherung von organischem Kohlenstoff in Auböden (Oberboden, 0-20 cm)
Zehetner et al., 2009
Filter- und Pufferfunktion
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Einfluss von Bodenentwicklung und Landnutzung auf die Naphthalinadsorption
Lair et al., 2009
Filter- und Pufferfunktion
Naphthalinsorption folgt Anreicherung von organischem Kohlenstoff in Auböden (Oberboden, 0-20 cm)
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Sorption von Zink an Ultuna-Böden mit unterschiedlichen Corg- und pH-Werten
Lair et al., 2006
Filter- und Pufferfunktion
Zinksorptionfolgt organischem Kohlenstoff
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Management der organischen Bodensubstanz als
Schlüssel für die Rückhaltefähigkeit von Böden für
Schadstoffe!
Fazit:
Filter- und Pufferfunktion
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• Einleitung: Bodengesundheit und Bodenfruchtbarkeit
• Bodenfunktionen
- Produktionsfunktion- Filter-, Puffer,- Transformationsfunktion- Lebensraum und Genreserve- Kulturfunktion- Infrastruktur- und Rohstofffunktion
• Gefährdungen- Versiegelung- Verdichtung und Erosion- Kontamination- Abnahme der organischen Substanz
• Bewirtschaftungseinfluss
Gliederung
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
• Lebensraum– 25 t Lebewesen pro ha und 30 cm Oberboden
– Davon sind 50 % Bakterien und Strahlenpilze und 25 % Pilze (Massenprozent)
• Mikrobielle Aktivität als Basis höheren Lebens– N-Kreislauf
• Medizinische Bedeutung mikrobieller Stoffwechselprodukte– Antibiotika
Lebensraum- und Genreserve
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Laser scanning-mikroskopischeAufnahme einer Weizenwurzel: blau: Bakteriengrün: aktive Bakterien
Aßmus, GSF, München
Bakterien in der Rhizosphäre
Aßmus, GSF, München
Orange Farbe: Orange Farbe: AzospirillumAzospirillum brasilensebrasilense,,
StickstoffStickstoff--bindendesbindendesBakterium auf Bakterium auf
Wurzelspitzen von WeizenWurzelspitzen von Weizen
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Azospirillum verursacht eine Vermehrung von Wurzel-
haaren, was die Nährstoff-aufnahme verbessern kann
http://www.ucc.ie/impact/agri2f.html
Elektronenmikroskopische Aufnahme der Kolonisierung von Weizenwurzeln mit Stämmen von Azospirillium, die als Wachstumsstimulatoren wirken
http://www.ucc.ie/impact/agri2f.html
Bakterien in der Rhizosphäre
Lebensraum und Genreserve
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Nematoden (Fadenwürmer)
Brady & Weil 2002
Mund eines Bakterien-fressendenNematoden
Hoch spezialisierte Mundstrukturen
Nematode gefangen in Schleifen eines Nematoden-fressenden Pilzes
Lebensraum und Genreserve
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• Einleitung: Bodengesundheit und Bodenfruchtbarkeit
• Bodenfunktionen
- Produktionsfunktion- Filter-, Puffer,- Transformationsfunktion- Lebensraum und Genreserve- Kulturfunktion- Infrastruktur- und Rohstofffunktion
• Gefährdungen- Versiegelung- Verdichtung und Erosion- Kontamination- Abnahme der organischen Substanz
• Bewirtschaftungseinfluss
Gliederung
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Gefährdung: Versiegelung
• Flächenverbrauch: Verlust biologisch produktiver Fläche
• Versiegelung: zusätzlich kann kein Wasser von der Oberfläche direkt in das Grundwasser gelangen
• Derzeitige Situation: Österreich: irreversibler Bodenverlust ~ 15 ha / Tag Versiegelung: 5 – 6 ha / Tag
Deutschland: 119 ha / Tag
Schweiz: 1 m² / Sekunde
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Infrastrukturflächen: Anteil der Infrastruktur und des Siedlungsraumes in Prozent der Gesamtfläche(Erb et al. 2007)
Gefährdung: Versiegelung
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• Einleitung: Bodengesundheit und Bodenfruchtbarkeit
• Bodenfunktionen
- Produktionsfunktion- Filter-, Puffer,- Transformationsfunktion- Lebensraum und Genreserve- Kulturfunktion- Infrastruktur- und Rohstofffunktion
• Gefährdungen- Versiegelung- Verdichtung und Erosion- Kontamination- Abnahme der organischen Substanz
• Bewirtschaftungseinfluss
Gliederung
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Bodendegradation in Europa
• 12 % der europäischen Böden sind durch Wassererosion bedroht; Bodenverlust etwa 13 t / ha / a
• Bildung von 1 m Boden benötigt 10.000 bis 200.000 Jahre
• 45 % der Böden haben sehr geringe organische Kohlenstoffgehalte, oft unter 2 % Corg
• 35 % der Böden haben eine verdichtete Struktur
���� 17 % der Böden in Europa sind als degradiert zu bezeichnen!(DNR 2011, Gunreben 2003, Königer / Schwab 2001, EEA 2000)
Gefährdung: Verdichtung und Erosion
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http://www.zoonar.de/951926http://www.zoonar.de/951926
Bodenverdichtung
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Spektrum der Wissenschaft, 2006, S.83
Bodenverdichtung
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van der Ploeg et al. 2006
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Harrod 1975 in Tivy 1993
Widerstand gegen ein Bodenpenetrometer bei unterschiedlichen Tiefen in einem Ackerboden; Zwei Verdichtungszonen sind erkennbar: eine Anbausohle (cultivationpan) und eine Pflugsohle
Bodenverdichtung
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Einfluss der Bodendichte auf die Durchwurzelung
Bodenverdichtung
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Umweltbundesamt 2010http://www.umwelt.nrw.de/ministerium/presse/presse_extra/pdf/broschuere_bodenv
erdichtung.pdf
Bodenverdichtung
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Staunässe und Sauerstoffmangel durch Verdichtung!
Bodenverdichtung
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Erwarteter Ertragsrückgang bei Überschreiten der substratspezifischen
Grenzen für die Lagerungsdichte (Petelkau, 1987)
Lagerungsdichte Ertragsdepression
Ertragsrückgang durch Verdichtung!
Produktionsfunktion von Böden
Bodenverdichtung
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Gute Bodenstruktur, keine Verdichtung:
• gute Wasserspeicherfähigkeit
� Kein Wassermangel von Pflanzen, keine Überflutungen
• Widerstandsfähigkeit gegen Oberflächenabfluss und Erosion
� Kein Bodenverlust, keine Eutrophierung von Oberflächengewässern
• gute Filter- und Puffereigenschaften
� gute Grundwasserneubildung, Schutz der Grundwasserqualität
Filter- und Pufferfunktion von Böden
Bodenverdichtung
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Beziehung zwischen der Lagerungsdichte
und der Infiltrationsrate für lehmig-sandige
Standorte
Frielinghaus et al., 1992 verändert
Infitration nimmt ab durch Verdichtung!
Bodenverdichtung
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Beziehung zwischen Gesamtbodenabtrag und Lagerungsdichte auf
Beregnungsflächen
Gesamtbodenabtrag steigt durch Verdichtung!
STRAUSS und MURER 2001
Ges
amtb
oden
abtr
ag
Bodenverdichtung
Ges
amtb
oden
abtr
ag
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Bodenerosion beim Zuckerrübenanbau
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Bodenerosion
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Montgomery 2010
Erosion
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel45
Abnehmende pro-Kopf-Getreideproduktion seit 1990 (Pimentel 2006)
Erosion
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
• Jedes Jahr gehen etwa 10 Millionen ha Ackerland durch Erosion
verloren.
• Boden geht von Landflächen etwa 10 bis 40 mal schneller verloren als er erneuert wird, was die Sicherheit der menschlichen Nahrungsmittel-versorgung gefährdet (Pimentel 2006)
Vertretbare Erosion = Bodenneubildung
ca. 0.1 mm / a = 1 t / ha / a
Erosion
Bodenverluste durch Erosion sind für
den Bewirtschafter unwiederbringlich!
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Größenordnungen der von Wind und Wassererosion betroffenen Landflächen (in MioHektar), aufgegliedert nach Kontinenten
Oldeman 1994
Erosion
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Wichtigste Folgen von Erosion:
- Verlust von fruchtbarem (feinkörnigen) Bodenmaterial - Verlust von Humus- Verlust von Nährstoffen- Verlust von Wasserspeicherfähigkeit- Verlust von Bodenstruktur- Verlust von Biomasse und Biodiversität in Böden
� Verlust von Produktivität
� Verlust von Filter- und Pufferfunktion
Erosion
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Sand Schluff Ton Lehm Schluff: mehlig;
Lößböden
Anfällig:
Lößböden!
Erosion
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Wirkung mehrjährig differenzierter Bodenbearbeitung auf den Oberflächenabfluss und den Bodenabtrag im Maisanbau (entlang der Höhenschichtlinien) nach 135 mm Niederschlag in 7 Stunden Diercks & Heitefuss 1990
Verfahren Hangneigung %
Abfluss in % vom
Niederschlag
Bodenabtrag t/ha
Lockerboden-wirtschaft
5,8 42 7,21
Festboden Mulch-wirtschaft
20,7 49 0,07
Erosion
Pflügen (= Lockerbodenwirtschaft) erhöht die Erosionsgefahr!
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Bodenerosion
Kalusche 1996
Bodenerosion durch Wasser an der Westküste der USA
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel52
Erosion
Relativer Bodenabtrag bei verschiedenen Kulturpflanzen
Kalusche 1996
Hohe Erosion bei Reihenkulturen und offenem Boden!
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Bodenerosion (links) und Oberboden-Kohlenstoffgehalte in Frankreich (Jones et al. 2004)
Erosion
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Erosion, Möglichkeiten der Verringerung
- Humusaufbau:Aggregatstabilität , Bodengare , Bodendichte , Durchwurzelung ,
Oberflächenabfluss
- Optimaler pH-Wert: nicht zu tief!physiko-chemische Stabilität der Aggregate!
-Bodenbedeckung:Futterbau, Zwischenfrüchte, Untersaaten, Unkräuter
- Organische Düngung:Stallmist, Kompost, Stroh, …
- Bodenschonende Bearbeitung:Fehler, Verdichtung, stauende Schichten vermeiden!
- Kleinparzellierte Schläge:Hecken, Raine, …
Erosion
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• Einleitung: Bodengesundheit und Bodenfruchtbarkeit
• Bodenfunktionen
- Produktionsfunktion- Filter-, Puffer,- Transformationsfunktion- Lebensraum und Genreserve- Kulturfunktion- Infrastruktur- und Rohstofffunktion
• Gefährdungen- Versiegelung- Verdichtung und Erosion- Kontamination- Abnahme der organischen Substanz
• Bewirtschaftungseinfluss
Gliederung
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• Eintrag organischer und anorganischer Schadstoffe
• Pestizide und Dünger
• Schwermetalle und Säuren
• Xenobiotika
• Punktuelle versus diffuse Einträge
• Versalzung von Böden
Kontamination
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• Es befinden sich etwa 30000 – 100000 verschiedene chemische Substanzen auf dem europäischen Markt
• Ihr Verbleib ist zu einem guten Teil unbekannt
• 25 % der chemischen Produkte verbleiben beim Endverbraucher
Kontamination
Schadstoffverhalten in der Umwelt
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Verteilung von persistenten organischen Schadstoffen in den Umweltkompartimenten(Modellierung für den Gleichgewichtszustand nach Crosby 1982)
Kontamination
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Räumliche Verteilung der gesamten Mineralstickstoffdeposition in den frühen 1990er Jahren (Galloway et al. 2004)
Kontamination
mg / m2 Jahr
1000 mg /m2 Jahr =
10 kg /ha Jahr
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• Einleitung: Bodengesundheit und Bodenfruchtbarkeit
• Bodenfunktionen
- Produktionsfunktion- Filter-, Puffer,- Transformationsfunktion- Lebensraum und Genreserve- Kulturfunktion- Infrastruktur- und Rohstofffunktion
• Gefährdungen- Versiegelung- Verdichtung und Erosion- Kontamination- Abnahme der organischen Substanz
• Bewirtschaftungseinfluss
Gliederung
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Vergleich der organischen Kohlenstoffinventare unter verschiedener Landnutzung in Deutschland
BGR, 2007
Abnahme der organischen Substanz
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Sauerland, Tietjen, 1969
Verdichtung bei abnehmender organischer Substanz
Organische Substanz- Bodendichte
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
N2N2O
Landwirtschaftlicher Stickstoffkreislauf und die hieran beteiligten N-Mengen(Angaben in kg/ha bzw. kg / ha / a) nach Sauerbeck (1985)
Organische Substanz
- Freisetzung von Nährstoffen
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Organische Substanz- Nahrungsgrundlage von Bodenorganismen
Nahrungsnetzim Boden:
Prädation =Beweidung von Mikroorganismen
� erhöhter Stoffumsatz
� erhöhte Nähr-stofffreisetzung
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Bodengare nach Sekera (1984): links: Mikroaggregate, Aggregierungdurch Ton-Humus-Komplexe; rechts: Makroaggregate, Aggregierungdurch Mikroorganismen und mikrobielle Rückstände
Organische Substanz- Aggregatbildung - Lebendverbauung
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Aggregatbildung - Lebendverbauung
Organische Substanz
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
• “Viele Funktionen des Humus beruhen auf seinem ständigen Umsatzund den hierbei entstehenden kurzlebigen Umsetzungsprodukten”
• Zur Aufrechterhaltung der Humusdynamik ständige Zufuhr organischerSubstanzen nötig!
• Unzureichende Zufuhr bedeutet Abnahme und Erschöpfung derumsatzaktiven Fraktion
(Sauerbeck 1992, verändert)
Organische Substanz
- Humusdynamik
Der Umsatz von organischer Substanz und akkumulierte Reste sind die Basis der Förderung von Bodenleben und Nährstofffreisetzung
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel68
physikalisch - Verbesserung der Bodenstruktur und Aggregatstabilität � Lebendverbauung
- Verringerung der Lagerungsdichte- Erhöhung der Infiltration & Wasserhaltekapazität- Verbesserung der Durchlüftung- Erhöhung der Bodentemperatur- Erhöhung der Filterkapazität
chemisch - Verbesserung der Nährstoffspeicherung & Pufferfunktion: Kationenaustauschkapazität
- Freisetzung von Nährstoffen (N, P und S)- Mobilisierung von Nährstoffen aus anorganischen Reserven
(Säurebildung, mikrobielle Aktivität)- Immobilisierung von toxischen Substanzen (z.B. Cu in Anmoorböden)
biochemisch - Lebensraum & - Nahrungsgrundlage für Bodenorganismen- Fördernde Effekte auf Pflanzen bei suboptimalen Wachstums-
bedingungen durch Wirkstoffe (z.B. Wuchsstoffe, Vitamine)
Organische Substanz
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Abnahme der organischen Substanz
• Verlust von gespeichertem Kohlenstoff und Nährstoffen
• Höhere Verdichtungs-, Verschlämmungs-, Erosionsanfälligkeit
• Bodenfruchtbarkeitsverlust
• Geringere mikrobielle Aktivität und Biodiversität
• Geringere Wasserhaltefähigkeit
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Höhere organische Substanzgehalte in kälteren Regionen
Organische Kohlenstoffgehalte (%) in Oberböden Europas (Jones et al. 2004)
Abnahme der organischen Substanz
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Klimawandel
• Veränderung der organischen Substanzgehalte
• Veränderung des Bodenwasserhaushalts
• Veränderung der Biodiversität
• Veränderung der Schadstoffrückhaltung
Abnahme der organischen Substanz
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel72
• Einleitung: Bodengesundheit und Bodenfruchtbarkeit
• Bodenfunktionen
- Produktionsfunktion- Filter-, Puffer,- Transformationsfunktion- Lebensraum und Genreserve- Kulturfunktion- Infrastruktur- und Rohstofffunktion
• Gefährdungen- Versiegelung- Verdichtung und Erosion- Kontamination- Abnahme der organischen Substanz
• Bewirtschaftungseinfluss
Gliederung
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Bewirtschaftungseinfluss
Fruchtfolgen im Vergleich
Jahr konventionell integriert biologisch
1 Winterweizen Winterweizen Rotklee
Senf Phacelia, Senf
2 Wintergerste Wintergerste WinterweizenSenf, Phacelia Senf, Phacelia,
Sommerwicke
3 Winterraps Erbsen KartoffelnAusfallerbsen
4 Winterweizen ErbsenWinterrübsen Ausfallerbsen
5 Sommergerste Winterroggen
Weissklee-Untersaat
6 Getreide
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Merkmale der Fruchtfolgen unterschiedlicher Produktions-systeme im Vergleich (Kämpf 1980, ergänzt)
ZR: Zuckerrüben; WW: Winterweizen; WG: Wintergerste; ZF: Zwischenfrucht; SG: Sommergerste; SM: Silomais; KG: Kleegras; KAR: Kartoffel; SW: Sommerweizen; US: Untersaat; AB: Ackerbohne
Produktions-system
Fruchtfolgemerkmale und begleitende Maßnahmen Beispiel
Konventio-nell
Geringe Anzahl an KulturenTeilweise mehrfacher Anbau einer Kultur hintereinanderHumusförderung primär über die Zufuhr von MineraldüngernPflanzenschutz und Unkrautbekämpfung über chemischen Pflanzenschutz
ZR – WW – WG oder freie (keine) Fruchtfolge
Integriert /Nachhaltig
Zunehmende Anzahl an KulturenWeitgehend Einhaltung eines FruchtwechselsHumusförderung auch über Zwischenfruchtanbau – in der Regel Gründüngung, organische Düngung
ZR – WW (ZF) –SG (ZF) – SM –WG (ZF)
Ökologisch Hohe KulturartenvielfaltStrenge Einhaltung von FruchtfolgeregelnHumusförderung über Kleegrasanbau, Zwischenfrüchte und aufbereiteten Stallmist
KG – KG – KAR (ZF) – SW (US) –WR (US) – AB –WW (US) – SG (US)
Bewirtschaftungseinfluss
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Fruchtfolgen im ökologischen Landbau:
• „Kernstück“ im Ackerbau
• Ziel: - möglichst vielseitige Fruchtfolgegestaltung mit genügend großen Zeitabständen zwischen den Kulturen
- ansonsten Ertragseinbußen wegen Verzicht auf Pflanzenschutz-mitteleinsatz
• wichtigste Früchte: Luftstickstoff-bindende Leguminosen, insbesondere Futterleguminosen: Kleearten, Luzerne
(Spiess 1996; Freyer & Hartnagel 1994)
Bewirtschaftungseinfluss
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Durchschnittliche Wurzelmengen der wichtigstenFruchtarten-Gruppen (Könnecke 1966: 23)
Fruchtartengruppe Trockenmasse dt/ha TrockenmasserelativGetreide
(einschl. Stoppeln) 24 100
Hackfrüchte 6 25
Luzerne 80 333
Kleearten 40-50 167-208
Kleegras, Feldgras 60 250
Höchste Wurzelrückstände bei Futterleguminosen und Futterbau
Bewirtschaftungseinfluss- Kulturartenwahl, Fruchtfolge
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Fortbildungskurs - Sächsische Interessengemeinschaft Ökologischer Landbau e.V. , 7. November 2013 I Jürgen K. Friedel
Fruchtfolge bestimmt die Futtermenge und den Anfall organischer Dünger
Futterleguminosen, Futterbau und Gründüngungen
beeinflussen maßgeblich direkt (eiweißreiche Wurzelrückstände, Wurzelausscheidungen)
und indirekt (einweißreiche, organische Dünger)
- Humusauf- oder –abbau
- Aktivität des Bodenlebens
- Stabilität der Bodenstruktur
Bewirtschaftungseinfluss- Kulturartenwahl, Fruchtfolge
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Humusmehrer, Futterbau, Kleegras, Luzerne
organisch Düngung Bei Verdacht auf Nährstoffmängel: Pflanzengehalte kontrollieren, ev. Düngefenster anlegen,kalken
richtig machen, keine Verdichtungen!
4. Wechselwirkungen von Maßnahmen:ein Ziel kann mit mehreren Maßnahmen erreicht werden, eine Maßnahme hat mehrere Auswirkungen
Optimalen pH-Bereich sicherstellen
Bodenleben anregen, Symbiosen fördern
Nährstoffversorgung sichern
Humusgehalte stabilisieren und
anheben
1. Fruchtfolge:
2. Düngung:
3. Bodenbearbeitung:
Bewirtschaftungseinfluss- Förderungsmöglichkeiten
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Böden in Gefahr!?
Jürgen K. Friedel
Institut für Ökologischen Landbau
Universität für Bodenkultur Wien
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