Untersuchungen der Bodenparameter auf drei Praxisflächen im Osterzgebirge in Abhängigkeit des Bodenbearbeitungssystems und dessen Anwendungsdauer

Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH)

Fachbereich Landbau / Landespflege
Studiengang Agrarwirtschaft

Untersuchungen der Bodenparameter auf drei Praxisflächen im
Osterzgebirge in Abhängigkeit des Bodenbearbeitungssystems und
dessen Anwendungsdauer

Diplomarbeit

zur Erlangung des akademischen Grades eines
Diplomingenieurs (Dipl.-Ing. FH)
im Studiengang Agrarwirtschaft

vorgelegt von
Katja Doering

aus Dresden
Dresden, im Oktober 2007

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis ... III

Abbildungsverzeichnis ... IV

Tabellenverzeichnis ... V

1 Einleitung ... 1

2 Problemstellung und bisheriger Kenntnisstand ... 3

2.1 Unterscheidung der Bodenbearbeitungssysteme ... 3

2.2 Wirkung der Bodenbearbeitung auf bodenphysikalische Parameter ... 4

2.3 Wirkung der Bodenbearbeitung auf bodenchemische Parameter ... 5

3 Material und Methoden ... 7

3.1 Beschreibung des Standorts ... 7
3.1.1 Untersuchungsflächen ... 7
3.1.2 Witterungsdaten ... 10

3.2 Aufbau und Durchführung der Versuche ... 11
3.2.1 Probenentnahmen ... 11
3.2.2 Feldversuche ... 12
3.2.3 Analysen ... 13

3.3 Bodenphysikalische Untersuchungsparameter ... 13
3.3.1 Bodenart ... 13
3.3.2 Lagerung und Gefügezustand ... 13
3.3.3 Skelettanteil ... 15
3.3.4 Gesättigte hydraulische Leitfähigkeit ... 15

3.4 Bodenchemische Untersuchungsparameter ... 18
3.4.1 Organische Substanz und organisch gebundener Kohlenstoff Corg ... 18
3.4.2 Gesamtstickstoff Nt ... 18
3.4.3 pH-Wert ... 19
3.4.4 Kationenaustauschkapazität und Basensättigung ... 19
3.4.5 Nährstoffgehalte (P, K, Mg) ... 20

3.5 Humusbilanzierung ... 21

4 Ergebnisse ... 23

4.1 Analyse der Produktionsbedingungen ... 23
4.1.1 Analyse der Bearbeitungsintensitäten ... 23
4.1.2 Analyse der Fruchtfolgegestaltung ... 24
4.1.3 Analyse der Düngung ... 26
4.1.4 Zusammenfassung der Produktionsbedingungen ... 27

4.2 Bodenphysikalische Untersuchungsparameter ... 27
4.2.1 Bodenart ... 27
4.2.2 Trockenrohdichte und effektive Lagerungsdichte ... 29
4.2.3 Gefüge ... 31
4.2.4 Skelettanteil ... 32
4.2.5 Gesättigte hydraulische Leitfähigkeit ... 32
4.2.6 Zusammenfassung bodenphysikalischer Untersuchungen ... 36

4.3 Bodenchemische Untersuchungsparameter ... 37
4.3.1 Organische Substanz und organisch gebundener Kohlenstoff Corg ... 37
4.3.2 Organisch gebundener Kohlenstoff Corg und Gesamtstickstoff Nt ... 41
4.3.3 pH-Wert ... 45
4.3.4 Kationenaustauschkapazität ... 48
4.3.5 Nährstoffgehalte (P, K, Mg) ... 50
4.3.6 Zusammenfassung bodenchemischer Untersuchungen ... 53

4.4 Humusbilanzierung 2002 - 2007 ... 55
4.4.1 Vorgehen und Zielsetzung ... 55
4.4.2 Erläuterungen zu den Änderungen in den Bodenanalysewerten ... 57
4.4.3 Vergleich der Bilanzierung mit den Bodenanalysewerten ... 58
4.4.4 Fazit ... 60

5 Diskussion ... 62

6 Zusammenfassung ... 69

Literaturverzeichnis ... 70

Anhang ... 75

1 Einleitung

Mit welcher Begründung pflügt der Landwirt den Boden und welche Argumente gibt es, auf die Bodenwendung zu verzichten? Dies als einleitende Fragen in die Thematik der Bodenbearbeitung und deren Einfluss auf einige physikalische und chemische Bodenparameter. Professor WARKENTIN (2001) von der Oregon State University gibt folgende Antworten:

Warum wird gepflügt?

• Unkrautkontrolle, vor allem Ungräser
• Vorbereitung zur Saatbettbereitung
• Erhöhung des Wurzelraums und der Porosität nach Verdichtungserscheinungen
• Erhöhung der Wasserinfiltration als Kurzzeiteffekt abhängig von der Stabilität der Bodenstruktur
• Erhöhung der oberflächigen Bodentemperatur durch vermehrte Entwässerung, höhere Evaporation durch raue Bodenoberfläche und Unterbrechung des kapillaren Aufstiegs von Wasser
• Erhöhte Bereitstellung von Nährstoffen über eine höhere Mineralisierung des organischen Materials, bedingt durch eine größere Durchlüftung (in den zeitigen 1900er gab es keine mineralischen Dünger)

Sieben Gründe für reduzierte Bodenbearbeitung

• Ökonomie (Kosteneinsparung)
• Zeitfaktor (Doppelbestellung zur Nutzung der gesamten Vegetationszeit)
• Minderung der Erosion über Wind und Wasser
• Nährstoffaustrag mindern, vor allem Stickstoff
• Instandhaltung der Bodenstruktur
• Instandhaltung der Diversität für die Bodenfauna

Nach dem Bundes-Bodenschutzgesetz § 17 von 1998 ist der Landwirt verpflichtet nach „guter fachlicher Praxis“ zu handeln. Dabei steht die Nachhaltigkeit der Bodenstruktur und Bodenfruchtbarkeit im Vordergrund. Im Gesetzestext werden die standortangepasste Bodenbearbeitung, der Erhalt der Bodenstruktur und der standorttypische Humusgehalt durch organische Düngung oder reduzierende Bodenbearbeitung betont.

2 Problemstellung und bisheriger Kenntnisstand

Diese wissenschaftliche Arbeit konzentriert sich auf die Dokumentation von Auswirkungen beim Wechsel von Bodenbearbeitungssystemen nach unterschiedlichen Zeiträumen auf bodenphysikalische und bodenchemische Parameter. Der dabei betrachtete Zeitraum erstreckt sich von 1992 bis 2007. Drei Flächen wurden in unterschiedlichen Abständen gepflügt und ansonsten konservierend bearbeitet. Bei der Wahl der untersuchten Flächen soll geklärt werden, welche Änderungen in den Bodenparametern nach fünfjährigem Pflugverzicht ersichtlich werden, gegenüber einer Vergleichsfläche, die seit 15 Jahre unter konservierender Bodenbearbeitung steht. Bei einer Fläche, die zuvor fünf Jahre konservierend bearbeitet wurde, sollen die Auswirkungen einer Bodenwendung im Herbst aufgezeigt werden. Zum Verständnis und zur Interpretation der Ergebnisse werden Bearbeitungsmaßnahmen und Düngung sowie die Fruchtfolge und das Witterungsgeschehen herangezogen. Des Weiteren soll eine Humusbilanz Aufschluss über einen möglichen Einfluss der Bodenbearbeitung geben. Dabei kommt es zu einem Vergleich der Änderungen in den Humusbilanzen mit den Analysewerten der organischen Substanz in dem Betrachtungszeitraum von 2002 bis 2007.

Die Untersuchungen wurden auf den landwirtschaftlich bewirtschafteten Flächen der Agrargenossenschaft „Bergland“ Clausnitz e.G. im Osterzgebirge durchgeführt. Der Betrieb befindet sich 20 km südlich von Freiberg.

2.1 Unterscheidung der Bodenbearbeitungssysteme

In dieser Arbeit sollen zwei Bodenbearbeitungssysteme vorgestellt werden. Der Boden erfährt bei konservierender Bearbeitung eine Reduzierung der Intensität gegenüber der konventionellen Bearbeitung. Im Falle der Grundbodenbearbeitung bedeutet das eine Lockerung der Oberkrume. Im Gegensatz dazu setzt die konventionelle Bodenbearbeitung bodenwendende Geräte ein. Im Weiteren beschränken sich die Stoppelbearbeitung sowie die Saat auf die Oberkrume. Die konventionelle Bodenbearbeitung hingegen lockert und wendet den Boden in der Regel auf eine Krumentiefe von 30 cm (Tab. 1).

(Tab. 1: Eigenschaften von Bodenbearbeitungssystemen - In der Downloadversion enthalten)

Die konservierende Bodenbearbeitung wird durch zwei Grundgedanken gekennzeichnet (SOMMER 1998):

1. Reduzierung der Bearbeitungsintensität nach Art, Tiefe und Häufigkeit des mechanischen Eingriffs,

2. Belassen von Pflanzenreststoffen der Vor- und/oder Zwischenfrucht auf der Bodenoberfläche.

Ziel bei der konservierenden Bearbeitung ist die Schaffung eines stabilen Bodengefüges und der ganzjährigen Bodenbedeckung. Sie dient dem Schutz vor Verdichtungen sowie Verschlämmung und Erosion des Oberbodens.

Das Ziel der konventionellen Bodenbearbeitung liegt in der Aufhebung von Verdichtungen in der Oberkrume und der Wendung des Bodens zur Vermeidung von Nährstoffverlusten und Auswaschung von Feinteilchen (KÖLLER 1981).

Die verschiedenen Bodenbearbeitungssysteme wirken sehr differenziert auf mehrere Bodenparameter, was im Folgenden diskutiert wird.

2.2 Wirkung der Bodenbearbeitung auf bodenphysikalische Parameter

Werden substratabhängige optimale Lagerungsdichte- und Porenvolumenbereiche über- beziehungsweise unterschritten, kommt es zu Schadverdichtungen (EPPERLEIN 2002).

Die konventionelle Bodenbearbeitung, das heißt eine sehr intensive Bodenbearbeitung, wird im vorgestellten Praxisbetrieb vorzugsweise beim Anbau der Kartoffel angewandt. Ansonsten wird der Boden konservierend bewirtschaftet. Bei der Bodenwendung und der Dammformung zum Kartoffelanbau wird das Gefüge des Bodens bis auf eine Tiefe von 28 cm verändert. Die oberen 15 cm werden in ihrem Gefüge vollständig zerstört und es kann somit keine Aggregatstabilität mehr gewährleistet werden.

Bei intensiverer Bearbeitung entsteht zunächst ein Porensystem aufgrund zufälliger Lagerung der Bodenaggregate. Abhängig ist das von der Bodenfeuchte zum Zeitpunkt der Bearbeitung und der Geräteeinstellung bei der Grundbodenbearbeitung.

Unter konservierender Bearbeitung entstehen bessere Lebensbedingungen
für Regenwürmer und folglich eine hohe Anzahl von Bioporen bei sehr hoher Kontinuität. Alte Wurzelgänge bleiben als Poren erhalten und die Wurzelmasse wird teils in Humus eingebaut, teils mineralisiert. Diese Poren sind unter dem Bearbeitungshorizont sehr stabil und kontinuierlich (RICHTER 1995).

Durch die höhere organische Substanz, werden das Wasserspeichervermögen, das Filter- und Puffervermögen, das Bodengefüge und vor allem die Aggregatstabilität verbessert. Der Boden wird außerdem vor Erosion und Schadverdichtung geschützt (VDLUFA 2004).

2.3 Wirkung der Bodenbearbeitung auf bodenchemische Parameter

Die Bearbeitungsintensität beeinflusst den Umsatz der organischen Bodensubstanz über die Veränderung des Luft- und Wasserhaushaltes sowie der räumlichen Verteilung von Ernte- und Wurzelrückständen (MANZKE 1996).

Die Bodenwendung hat Einfluss auf die Verteilung von organischer Substanz und Nährstoffen innerhalb der Krume. Nährstoffreicher Oberboden wird durch eine Bodenwendung in tiefere Schichten verfrachtet. Dabei gelangt die nährstoffärmere Schicht nach oben. Bei der Bodenwendung mit dem Pflug und nach weiteren Bearbeitungsgängen ist der Boden vollkommen durchmischt, so dass die Bodenfauna nun andere Bedingungen vorfindet. Dabei wird die organische Substanz verstärkt abgebaut. Es ändern sich der Wasser- und Wärmehaushalt sowie die Durchlüftungsbedingungen. Die Bodenfauna stirbt ab und wird mineralisiert (RICHTER 1995). Dabei kann es zu einem kurzzeitigen Stickstoffüberangebot kommen. Da sich jedoch die Populationen neu aufbauen, wird freier Stickstoff in großen Mengen wieder gebunden (RICHTER 1995). Damit wirkt sich die Bodenbearbeitung sekundär auf die Menge und die Zusammensetzung der Huminstoffe aus (HAIDER 1996).

Bei konservierender Bodenbearbeitung kommt es zu besseren Lebensbedingungen für Regenwürmer und Borstenwürmer. Sie sind für die Mischung des Bodens zuständig. Dabei wird der Boden gut durchlüftet, da entstandene Bioporen genügend Sauerstoff für die Abbauvorgänge der Mikroorganismen anbringen. Durch die Bildung von Humusstoffe werden chemische Bodeneigenschaften im Wesentlichen beeinflusst. Er verbessert die Speicherung von Nährstoffen und Wasser, das Filter- und Puffervermögen und die biologische Aktivität (VDLUFA 2004).

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