Lösungsstrategien für schadverdichtete Tonböden


Bachelorarbeit, 2008

59 Seiten, Note: 2,0


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Verzeichnis der Tabellen

Verzeichnis der Abbildungen

Verzeichnis der Abkürzungen

1. Einleitung

2. Besonderheiten tonreicher Böden

3. Biologische Bodenstabilisierung
3.1 Entwässerung
3.2 pH – Wert / Kalkung
3.3 Humusgehalt / organische Substanz
3.4 Angepasste Bodenbearbeitung
3.5 Fruchtfolgen
3.5.1 Geeignete Kulturen
3.5.2 Zwischenfrüchte / Gründüngung
3.5.3 Gestaltung konkreter Fruchtfolgen unter besonderer Beachtung des Bodenschutzes
3.6 Besandung

4. Kurative Verfahren zur Bodenlockerung
4.1 Methoden zur Behebung von Bodenverdichtungen
4.1.1 Krumen- /Krumenbasisverdichtungen
4.1.2 Unterbodenverdichtungen
4.2 Bedingungen für eine erfolgreiche Bodenlockerung

5. Dauer einer erfolgreichen Behebung von Schadverdichtungen

6. Einfluss klimatischer Bedingungen auf das Bodengefüge

7. Fazit

8. Zusammenfassung

Literaturverzeichnis

Anhang

Verzeichnis der Tabellen

Tab. 1: Bodenarten und Bodeneigenschaften

(Kuntze et al. 1994, verändert)

Tab. 2: Mittlere Porenraumgliederung der Bodenarten in Vol. %

(Oehmichen und Weyer 2006, verändert)

Tab. 3: Konsistenz tonreicher Böden in Abhängigkeit vom

Wassergehalt (Atterberg – Grenzen)

(Scheffer und Schachtschabel 2002)

Tab. 4: Versorgungsstufen und Kalkempfehlung für Ackerland

(Bodenarten utL, tL, T) bei 2 % Humusgehalt in Abhängigkeit

vom Ist – pH – Wert (Oehmichen et al. 2006)

Tab. 5: Bewertung von Eigenschaften verschiedener Bodenarten

im Hinblick auf die Wahl des Bodenbearbeitungssystems

(Ehlers 1991, verändert)

Verzeichnis der Abbildungen

Abb. 1: Stauwasser an der Bodenoberfläche, hervorgerufen durch Verdichtungen am vielbefahrenem Vorgewende (SMUL 2008)

Abb. 2: Korngrößenabhängige Schadverdichtungsgefährdungs- klassen, basierend auf der KA 4 (LUNG 2008)

Abb. 3: Profile verschiedener tonhaltiger Bodentypen (BLFL 2008)

Abb. 4: Model und Arbeitsbild eines Maulwurfdränpflugs (Universität für Bodenkultur Wien 2008)

Abb. 5: Bodenverbessernde Maßnahmen während der Fruchtfolge Winterraps – Winterweizen – Ackerbohnen – Wintergerste (Buchner und Köller 1990)

Abb. 6: Pflug mit Tiefendornen zur Lockerung von Pflugsohlen (Buchner und Köller 1990)

Abb. 7: Arbeitsprinzip von beweglichen Unterbodenlockerern (Schulte – Karring 1995)

Abb. 8: Schema des Ablaufs einer Unterbodenlockerung (Schulte – Karring 1995)

Abb. 9: Wirkung des Bodenfrostes auf einen schollig gepflügten Tonboden (Oehmichen und Weyer 2006)

Verzeichnis der Abkürzungen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Einleitung

Weltweit gehört die Bodenverdichtung neben der Bodenabtragung durch Wind und Wasser zur stärksten Gefährdung der Böden. Auch in Deutschland werden auf bewirtschafteten Ackerflächen oft Schadverdichtungen in unterschiedlichen Ausprägungen vorgefunden. Verschiedene Untersuchungen sagen aus, dass mindestens 40% der landwirtschaftlich genutzten Ackerflächen Bodenverdichtungen in Form von Krumenbasisverdichtungen aufweisen. Schätzungen von Weyer & Buchner (2001) bestätigen diese Ergebnisse für Nordrhein – Westfalen.

Mit zunehmender Rationalisierung und dem Wachstum der Betriebsgrößen und dem damit verbundenen Einsatz immer größerer und schwerer Maschinen und Einschränkung der Fruchtfolgen auf wenige, ökonomisch wertvolle Kulturen ist eine Zunahme der Belastungen der Böden deutlich erkennbar. Der Zwang, Arbeiten wie Bestellung oder Ernte auf den Flächen termingerecht auch bei ungünstigen (nassen) Bodenbedingungen durchzuführen, führt in Kombination aus den hohen Kontaktflächendrücken der Maschinen zu unvermeidbaren Schädigungen des Bodengefüges. Dadurch kann es zu einer nachhaltigen und längerfristigen Abnahme der Bodenfruchtbarkeit kommen (vgl. Brümmer 2001, S.71). Diese Einschränkung führt zu einer „Kostenbelastung für den landwirtschaftlichen Betrieb, da die Betriebsausgaben sowohl für Dünger und Pflanzenschutz als auch für die Meliorationsmaßnahmen stark ansteigen können, wenn Mindererträge durch die schlechteren Wachstumsbedingungen vermieden werden sollen“ (Weyer und Buchner 2001, S. 9).

Das im Jahr 1999 in Kraft getretene Bundesbodenschutzgesetz (BBSchG) fordert ein „Vorsorgepflicht bei der landwirtschaftlichen Bodennutzung zur Vermeidung von Bodenschäden“ (Brümmer 2001, S.71). Im Besonderen die Sätze 1, 2, 3, 6 und 7 in §17, Absatz 2, BBSchG zeigen Grundsätze auf, die unter anderem auch auf die Vermeidung von Bodenverdichtungen ausgerichtet sind.

§ 17

Gute fachliche Praxis in der Landwirtschaft

(2) Grundsätze der guten fachlichen Praxis der landwirtschaftlichen Bodennutzung sind die nachhaltige Sicherung der Bodenfruchtbarkeit und Leistungsfähigkeit des Bodens als natürliche Ressource. Zu den Grundsätzen der guten fachlichen Praxis gehört insbesondere, dass

1. die Bodenbearbeitung unter Berücksichtigung der Witterung grundsätzlich standortangepasst zu erfolgen hat,
2. die Bodenstruktur erhalten oder verbessert wird,
3. Bodenverdichtungen, insbesondere durch Berücksichtigung der

Bodenart, Bodenfeuchtigkeit und des von den landwirtschaftlichen Geräten verursachten Bodendrucks soweit wie möglich vermieden werden,

6. die biologische Aktivität des Bodens durch entsprechende Fruchtfolgegestaltungen erhalten oder gefördert wird und

7. der standorttypische Humusgehalt des Bodens, insbesondere durch eine ausreichende Zufuhr an organischer Substanz oder durch Reduzierung der Bearbeitungsintensität, erhalten wird.

Mit dem in Kraft treten dieses Gesetzes ist der Schutz der Böden gesetzlich verankert. Auch die Diskussion über die Einführung einer Begrenzung der Radlasten bei landwirtschaftlichen Geräten zeigt, dass der Gesetzgeber weiterhin Bedarf sieht, die Sensibilität der Landwirte gegenüber Schadverdichtungen zu erhöhen. Die Beratung ist ebenfalls in die Pflicht genommen, den Landwirten die ökonomischen Auswirkungen von Bodenschadverdichtungen weiterhin vor Augen zu führen. Die praktischen Auswirkungen sind oft deutlich sichtbar (siehe Abbildung 1), die ökonomischen kaum.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Smul 2008

Abb.1: Stauwasser an der Bodenoberfläche, hervorgerufen durch Verdichtungen am viel befahrenem Vorgewende

Tonhaltige Böden sind im Allgemeinen in ihrer Verdichtungsneigung weniger gefährdet als zum Beispiel stark schluffhaltige Böden. Allerdings ist das langsame Abtrocknen von Tonböden als Problem anzusehen (siehe Kapitel 2). Die in Folge des Klimawandels zunehmenden Wetterkapriolen und der ökonomische Zwang zur Befahrung der Flächen auch unter widrigen Bodenbedingungen mit zu hohen Maschinengewichten kann so schnell zu beträchtlichen Schädigungen des Bodengefüges auch auf Tonböden führen. Besser wäre es, wenn hier nicht über Sanierungsmaßnahmen gesprochen werden müsste, sondern um Maßnahmen, welche der Schadverdichtung vorbeugen.

„Ursachen und Ausmaß von Bodenschadverdichtungen erfordern sowohl Möglichkeiten zur Reduzierung der Bodenbelastung durch technische Weiterentwicklungen als auch Lösungsstrategien zur Stabilisierung des Bodenkörpers durch pflanzenbauliche Maßnahmen“ (Weyer und Buchner 2001, S. 12). Besonders der zweite Punkt soll hier ausführlich behandelt werden. Ziel dieser Bachelorarbeit soll es somit sein, pflanzenbauliche und technische Möglichkeiten aufzuzeigen, schadverdichtete Tonböden wieder in einen optimalen Zustand zu bringen, um langfristig gesicherte Erträge mit ihnen erzielen zu können.

2. Besonderheiten tonreicher Böden

Tonböden weisen, wie auch andere Böden, die zum überwiegenden Teil aus nur einer Korngrößenfraktion bestehen, eine Reihe von extremen Eigenschaften auf. Sie besitzen zwar „günstige chemische, aber schlechte physikalische Eigenschaften“ (Oehmichen und Weyer 2006, S.69). Die chemischen Eigenschaften, wie zum Beispiel die hohe Nährstoffsorptionsfähigkeit, beeinflussen die Ertragsfähigkeit dieser Bodenart positiv. Die physikalischen Eigenschaften wiederum beeinflussen vor allem die Bearbeitbarkeit. Eine Übersicht über die wichtigsten Eigenschaften von Tonböden im Vergleich mit den anderen Bodenarten ist in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1: Bodenarten und Bodeneigenschaften

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Kuntze et al. 1994, verändert

Als wichtige chemische Eigenschaften sind das natürliche Vorkommen von wichtigen Nährstoffen (Nährstoffnachlieferung) und die schon angesprochene Fähigkeit, gedüngte Nährstoffe in großem Umfang pflanzenverfügbar zu binden (Nährstoffspeicherung), zu sehen. Die natürliche Nachlieferung ist darin zu begründen, dass im Kristallgitter der Tonminerale die Nährelemente in relativ fester Bindung vorliegen. Allmählich werden so zum Beispiel Kalium (K+) aus dem Glimmer oder Phosphat (PO43-) aus Apatit durch Verwitterung freigesetzt (vgl. Kuntze, Roeschmann, Schwerdtfeger 1994, S. 201). Ebenso können die gedüngten Nährelemente an den Tonmineralen gebunden werden und so im Austausch mit von den Pflanzenwurzeln gebildeten H+ - und OH- – Ionen langsam und pflanzenverfügbar abgegeben werden. So ist es möglich, einige Nährstoffe (z.B. Kalium und Phosphor) in größeren zeitlichen Abständen in Form einer Grunddüngung zu düngen, ohne das die Gefahr besteht, dass diese ausgewaschen werden.

Die Eigenschaften toniger Böden bezüglich ihrer Wasserspeicherfähigkeit sind durch das Verhältnis der Bodenporen zu begründen. Die Größe des Porenvolumens (und ebenso die der Lagerungsdichte) ist abhängig von der Körnung und Kornform (vgl. Scheffer und Schachtschabel 2002, S.164). Das Gesamtporenvolumen eines Bodens nimmt mit steigendem Tongehalt zu. Optimalerweise sollte es in Tonböden zwischen 40-56 % liegen (siehe Tabelle 2), Böden mit „weniger als 40 % Gesamtporenvolumen werden als allgemein verdichtet bezeichnet“ (Oehmichen und Weyer 2006, S. 137). Die Grobporen (mit einen mittleren Durchmesser von > 10 μm) führen Sickerwasser (Dränporen) und sind nach Abzug des Wassers mit Luft gefüllt. Diese Grobporen entstehen in Tonböden vorwiegend durch Pflanzenwurzeln, Bodentiere und Schrumpfung der Bodenmasse (Sekundärporen). Ihr Anteil sinkt mit steigendem Tongehalt. Der Anteil an Mittelporen (Ø 10-0,2 μm) und Feinporen (< 0,2 μm) steigt mit zunehmenden Tongehalt. Mittelporen übernehmen bezüglich des Wassergehalts des Bodens die wichtigste Aufgabe. Sie enthalten pflanzenverfügbares Haftwasser, und sind aufgrund ihrer hohen Kapillarkraft in der Lage, Grundwasser nach oben zu transportieren. Das höchste Volumen an Feinporen erreicht ein Boden mit einem Tongehalt von 15-20 %. Die Feinporen enthalten infolge der hohen Wasserspannung nicht pflanzenverfügbares Haftwasser (Totwasser), sie sind nur bei sehr starker Austrocknung nicht wassergefüllt.

Tabelle 2.: Mittlere Porenraumgliederung der Bodenarten in Vol.%

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Oehmichen und Weyer 2006, verändert

Generell kann es kein optimales Porenvolumen für alle Böden geben. Während ein Sandboden mit 40 % GPV hinreichend durchlässig für Wasser, Luft und Pflanzenwurzeln ist, so kann ein Tonboden mit 55 % GPV den Sickerwasserabfluss hemmen (vgl. Oehmichen und Weyer 2006, S. 137).

Aufgrund dieser Porenverteilung besitzen Tonböden eine hohe Feldkapazität. Diese „steigt in der Folge Sand < Lehm < Schluff < Ton < Torf“ (Oehmichen und Weyer 2006, S. 117). Durch den großen Anteil an Feinporen ist die nutzbare Feldkapazität allerdings bedeutend geringer. Sie „nimmt in der Reihenfolge Sand < Ton < Lehm < Torf zu“ (Oehmichen und Weyer 2006, S. 118).

Der hohe Anteil an wasserhaltenden Feinporen führt zu Einschränkungen in der Bodenbearbeitung (siehe auch Kapitel 3.4). Der optimale Bearbeitungszustand des Bodens, das heißt in dem der Boden ohne wesentliche Verdichtung befahren und bearbeitet werden kann, ist abhängig von der Textur und dem Bodenfeuchtegrad (vgl. Oehmichen und Weyer 2006, S.132). Beide Merkmale bestimmen Zusammenhalt der Bodenteilchen während der Bearbeitung. Der Widerstand eines bindigen (Ton-) Bodens gegen das Eindringen von Geräten, Pflanzenwurzeln und gegen Verformungen wird als Konsistenz bezeichnet. Ursachen der Konsistenz sind die zwischen Wasser und Boden wirkenden Kohäsions- und Adhäsionskräfte. Aufgrund der langen Wasserspeicherung weisen tonhaltige Böden oft plastische Konsistenzen auf. Wird der Boden in diesem Zustand bearbeitet, besteht die „Gefahr des Verschmierens und Verdichtens“ (Oehmichen und Weyer 2006, S. 132). Trocknet dieser Boden jedoch zu stark ab, wird er hart, da die Feinbodenanteile eng aneinander liegen. Bei extrem starker Abtrocknung kann dies zu einer Unbearbeitbarkeit führen. Der optimale Bearbeitungszeitpunkt ist gegeben, wenn die Konsistenz halbfest ist und der Boden bröckelig wird. In diesem Zustand lässt er sich zu bleistiftstarken Rollen formen. Der Bearbeitung dieser Tonböden sind dadurch enge Grenzen gesetzt. Die Bearbeitbarkeit wird begrenzt durch den Übergang von einem harten in einem plastischen Übergang. Man spricht auch von Stunden- bzw. Minutenböden (vgl. Oehmichen und Weyer 2006, S. 133), da der Zeitraum zwischen plastischer und fester Konsistenz oft nur kurz bemessen ist.

Tabelle 3: Konsistenz tonreicher Böden in Abhängigkeit vom Wassergehalt (Atterberg – Grenzen)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Scheffer und Schachtschnabel 2002

In Abbildung 2 wurde eine Einteilung der Bodenarten in Schadverdichtungs-

gefährdungsklassen vorgenommen. Es wird deutlich, das die Verdichtungsgefährdung mit steigendem Tongehalt abnimmt. Dieses ist durch die feste Bindung der Tonteilchen (harte Konsistenz) untereinander und das damit stabilere Bodengefüge zu erklären. Allerdings gilt dieses nur bei abgetrockneten Bodenverhältnissen. Herrschen bei der Befahrung und Bearbeitung von tonigen Böden allerdings nasse Bedingungen (plastische Konsistenzen) vor, so kommt es durch Pressung und Knetung der Bodenaggregate zu einer Abnahme des Porenvolumens des Bodens und damit zu einer Erhöhung der Lagerungsdichte (Schadverdichtung). Durch die geringe Größe der Tonteilchen werden diese sehr eng aneinander gepresst, so das Schadverdichtungen auf Tonböden oftmals sehr viel dichter und fester sind als in anderen Bodenarten. Auch dieser Sachverhalt zeigt, das mit der Bearbeitung und Befahrung toniger Böden so lange abgewartet werden muss, bis eine Abtrocknung bis unter die Ausrollgrenze erreicht worden ist, um der Entstehung von Schadverdichtungen entgegenzuwirken.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten Quelle: LUNG 2008

Abb. 2: Korngrößenabhängige Schadverdichtungsgefährdungsklassen basierend auf der KA 4

Abbildung 3 zeigt Profile toniger Böden. Als klassischer Vertreter von Tonböden ist hier vor allem der Pelosol zu nennen (griechisch pelos = Ton). Pelosole sind aus kalkarmen oder kalkfreien Lockergestein (Tone, Tonmergel, Tonschiefer) hervorgegangene Böden. Charakteristisch für sie sind Tongehalte von über 50 % (vgl. Oehmichen und Weyer 2006, S. 181).

Verbreitet sind Pelosole auf den tonigen und tonig – kalkigen Sedimenten des mittleren Muschelkalkes, des Keuper und Jura, im fränkischen Stufenland und im Thüringer Becken. Vereinzelt findet man sie auch auf Rotton, Kreide- und Keuperton in Südniedersachsen, Ostwestfalen und im Münsterland (vgl. Weyer und Oehmichen 2006, S. 181).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: BLfL 2008

Abb. 3: Profile verschiedener tonhaltiger Bodentypen (von links: Pelosol aus Tonmergel, Pseudogley – Pelosol, Braunerde – Terra Fusca)

3 Biologische Bodenstabilisierung

Das Ziel der biologischen Bodenstabilisierung ist es, das Bodengefüge hinsichtlich der Anfälligkeit gegenüber Schadverdichtungen zu verbessern. Wird eine mechanische Tiefenlockerung vorgenommen (siehe Kapitel 4), sind diese Maßnahmen von besonderer Bedeutung, um das künstlich überlockerte Bodengefüge in einen guten, die Ertragsfähigkeit sichernden Zustand zu bringen. Da aber eine Tiefenlockerung (vor allem auf Tonböden) nur im begrenzten Rahmen möglich ist, sind die Maßnahmen der biologischen Bodenstabilisierung ebenso dazu geeignet, die Selbstauflockerung des Bodens durch natürliche Vorgänge zu begünstigen.

[...]

Ende der Leseprobe aus 59 Seiten

Details

Titel
Lösungsstrategien für schadverdichtete Tonböden
Hochschule
Fachhochschule Südwestfalen; Abteilung Soest
Note
2,0
Autor
Jahr
2008
Seiten
59
Katalognummer
V121539
ISBN (eBook)
9783640264490
ISBN (Buch)
9783640264407
Dateigröße
1265 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Lösungsstrategien, Tonböden
Arbeit zitieren
André Grote (Autor), 2008, Lösungsstrategien für schadverdichtete Tonböden, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/121539

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