Vorstellung Diplom-Agraringenieur; Studium des Pflanzenbaus und der Bodenkunde an der Universität Göttingen Promotion am Institut für Landeskultur der.

Gefährdet der moderne Ackerbau die Bodenfruchtbarkeit und Ertragsstabilität?
Raiffeisen Informationsveranstaltung am , Alsfeld-Eudorf Dr. Richard Beisecker Ingenieurbüro für Ökologie und Landwirtschaft (IfÖL) Kassel I f Ö L

Vorstellung Diplom-Agraringenieur; Studium des Pflanzenbaus und der Bodenkunde an der Universität Göttingen Promotion am Institut für Landeskultur der Universität Gießen seit 2000 Inhaber des Ingenieurbüros für Ökologie und Landwirtschaft (IfÖL) Nebenerwerbslandwirt mit kleinem Ackerbaubetrieb I f Ö L

I f Ö L Vorstellung IfÖL Gründung im Jahr 2000 Arbeitsschwerpunkte:
Bodenschutz Standortkartierungen/Standortbewertungen Gewässerschutz Umweltplanung Agrar- und Umweltberatung Beratung und Betreuung verschiedener Kooperationen und Wasserversorger in Hessen, Thüringen, Nordrhein-Westfalen und Sachsen-Anhalt Landwirtschaftliche Zusatzberatung in fünf Maßnahmenräumen zur WRRL-Umsetzung in Hessen I f Ö L

Einleitung „Schon längst sagten daher alte erfahrene Landwirthe, die ganze Kunst der Landwirthschaft besteht darin, Mist genug zu machen.“ (Albrecht Daniel Thaer, ) „Immer und zu allen Zeiten ist es der Boden mit seiner Fruchtbarkeit gewesen, der über das Wohl und Wehe eines Volkes entscheidet.“ (Justus von Liebig, ) I f Ö L

I f Ö L Gliederung Ertragsentwicklung der wichtigsten Kulturen
Bodenfruchtbarkeit – was ist das? Bodengefüge und Bodenfruchtbarkeit Humusgehalt und Bodenfruchtbarkeit Bewirtschaftung und Humusgehalt Schlussbemerkungen I f Ö L

I f Ö L Stagnierende Erträge?
1. ( ) I f Ö L Top agrar 10/2008 Stagniert der Züchtungsfortschritt beim Winterweizen? (Volker Michel, Institut für Pflanzenproduktion und Betriebswirtschaft, Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei MV, Gülzow; ) Gibt es - ungeachtet der scheinbar stagnierenden, von starken Schwankungen begleiteten Erträge – Züchtungsfortschritt beim Ertrag oder stagniert auch der Züchtungsfortschritt ? (Volker Michel, Institut für Pflanzenproduktion und Betriebswirtschaft, Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei MV, Gülzow)

Ertragsentwicklung (GE) in Hessen seit 1990
1. I f Ö L Gruppe 1 mit den höchsten Naturalerträgen (GE): ZR, Mais Gruppe 2 mit mittleren Naturalerträgen (GE): WW, RA, KA Gruppe 3 mit den niedrigsten Naturalerträgen (GE): Gerste, Roggen, TR Hessisches Statistisches Landesamt, Statistische Jahresberichte : Daten der Besonderen Ernteermittlung. Ernte- u. Betriebsbericht: Feldfrüchte und Grünland

Ertragsentwicklung Getreide
1. Relativer Ertragszuwachs [%] der Getreidearten in Hessen seit 1990 I f Ö L Hessisches Statistisches Landesamt, Statistische Jahresberichte : Daten der Besonderen Ernteermittlung. Ernte- u. Betriebsbericht: Feldfrüchte und Grünland

Ertragsentwicklung Raps und Hackfrüchte
1. Relativer Ertragszuwachs [%] in Hessen seit 1990 I f Ö L Hessisches Statistisches Landesamt, Statistische Jahresberichte : Daten der Besonderen Ernteermittlung. Ernte- u. Betriebsbericht: Feldfrüchte und Grünland

Ertragsentwicklung Getreide und Raps
1. Rel. Ertragszuwachs Hessen; gleitendes 3-jähriges Mittel seit 1990 I f Ö L Steigung der Ertragsgeraden (linearer Trend): WW 0,51 dt/ha 0,73 % WG 0,22 dt/ha 0,42 % TR 0,42 dt/ha 0,78 % WR 0,22 dt/ha 0,45 % Hessisches Statistisches Landesamt, Statistische Jahresberichte : Daten der Besonderen Ernteermittlung. Ernte- u. Betriebsbericht: Feldfrüchte und Grünland

Ertragsentwicklung Hackfrüchte
1. Rel. Ertragszuwachs Hessen; gleitendes 3-jähriges Mittel seit 1990 I f Ö L Steigung der Ertragsgeraden (linearer Trend): RA 1,25 dt/ha 1,64 % ZR 2,73 dt/ha 1,95 % KA 0,70 dt/ha 1,64 % Mais 0,54 dt/ha 0,35 % Hessisches Statistisches Landesamt, Statistische Jahresberichte : Daten der Besonderen Ernteermittlung. Ernte- u. Betriebsbericht: Feldfrüchte und Grünland

Züchtungsfortschritt Winterweizen
1. Entwicklung der Durchschnittserträge in LSV in Mecklenburg-Vorpommern ( ), die sich rechnerisch ergeben, wenn in allen Jahren das gleiche Sortensortiment geprüft worden wäre I f Ö L Am Züchtungsfortschritt liegt es nicht, dass bei Getreide die Erträge stagnieren, sondern an den anderen Ursachen! Quelle: Michel, Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei

Bodenfruchtbarkeit – was ist das?
2. Bodenfruchtbarkeit = Fähigkeit des Bodens, Frucht zu tragen (Ertragsfähigkeit) ... ist ein wissenschaftlich nicht exakt zu definierender Begriff für das komplexe Zusammenwirken der verschiedenen Wachstumsfaktoren ... ist der Wirkungsanteil des Bodens am Zustandekommen des Pflanzenertrages = Standortproduktivität (z. B. Baeumer, 1992) ... ist Ausdruck für das komplexe Zusammenwirken und das Wirkungsgefüge der Standortfaktoren sowie des Transport- und Transformationsvermögens des Systems Boden-Wasser-Pflanze Vereinfachend: Bodenfruchtbarkeit ist die Fähigkeit des Bodens, nachhaltig und umweltverträglich hohe und sichere Erträge zu erbringen I f Ö L

Natürliche Bodenfruchtbarkeit Erworbene Bodenfruchtbarkeit
2. Gestein und Relief Klima Bodenlebewesen I f Ö L Acker-/Grünlandzahl Natürliche Bodenfruchtbarkeit Langfristige Bewirtschaftung (Düngung, Fruchtfolge, Bearbeitung) Erworbene Bodenfruchtbarkeit Natürliche Bodenfruchtbarkeit  Bodenfunktionsbewertung n. BBodSchG ist der Landwirt zur Erhaltung der natürlichen Bodenfunktionen sowie der Produktionsfunktion verpflichtet Bodenfruchtbarkeit der ldw. genutzten Böden kann bewertet werden anhand Lebensraumfunktion Filter- und Pufferfunktion Produktionsfunktion Zusammenhang zwischen Bodenfruchtbarkeit und Ertragsleistung ist standort- und bewirtschaftungsspezifisch ? Momentane natürliche Einflüsse (Witterung, Lufthygiene, Schädlinge, Pathogene) Kurzfristige Bewirtschaftungsmaß-nahmen (Düngung, Fruchtfolge, Bearbeitung, Pflanzenschutz) Ertragsleistung (Produktion) Quelle: Gisi (1990) - Bodenökologie

Einflussgrößen der Bodenfruchtbarkeit
2. Bodenart (Ton-, Schluff-, Sandanteil) Mächtigkeit, Gründigkeit (Durchwurzelungstiefe) Bodengefüge (Bodenstruktur) Humushaushalt (Menge, Qualität und Zusammensetzung der organischen Bodensubstanz) Bodenleben (mikrobielle Aktivität) Wasser- und Lufthaushalt pH-Wert und Redoxpotential Nährstoffhaushalt und Düngung Sorptionsfähigkeit  Nährstoff- und Schadstoffgehalt I f Ö L

Was bestimmt die Bodenfruchtbarkeit?
2. Klima Witterungsverlauf, Mikroklima Bewirtschaftung Bodenbearbeitung, Düngung, Sorte, Pflanzenschutz, etc. I f Ö L BODENFRUCHTBARKEIT = fruchtspezifischer Ertrag Bodeneigenschaften und - Bedingungen Menge, Verfügbarkeit und Nachlieferungsgeschwindigkeit von Nährstoffen, mikrobielle Biomasse als Nährstoffpool und Transformator Bodenmächtigkeit, durchwurzelbarer Raum, Textur Luft-Wasser-Wärme-Haushalt, Humuskörper, Lebendverbauung, Mikroflora u. -Fauna Menge, Verfügbarkeit u. Nach-lieferungsgeschwindigkeit von Nährstoffen, mikrob. Biomasse als Nährstoffpool u. Transformator Luft-Wasser-Wärme-Haushalt, Humuskörper, Lebendverbauung, Mikroflora + Fauna Quelle: Ottow (2011) - Mikrobiologie von Böden

Fruchtbare Böden haben....
2. Wurzelraum >120 cm Tiefe gute Durchwurzelbarkeit auch des Unterbodens ausgeglichenen Wasserhaushalt mit hohem Wasserspeichervermögen (200...>250 mm nFKWe) keine Staunässe, keinen zu hohen Grundwasserflurabstand (Vernässung) gute Bodendurchlüftung ( Vol.-% LK) guten und ungehinderten Wärmehaushalt hohe Kationenaustauschkapazität (Tongehalt %; KAK mmolc/kg) standorttypischen Humusgehalt und ausgeglichene Humusbilanz aktives Bodenleben, hohe Biodiversität, hohe biologische Aktivität standortgerechten pH-Wert keine Belastung mit Schadstoffen oder phytotoxischen Substanzen I f Ö L Quelle: Brunotte et al. (2016) – Gute fachliche Praxis - Bodenfruchtbarkeit

Was vermindert die Bodenfruchtbarkeit?
2. Rangfolge der Bodenschutzprobleme: Versiegelung (Flächen- und Funktionsverlust)  Exkurs Erosion Gefügeschäden (Bodenschadverdichtung) Irreversible Ausschöpfung der Nährstoffvorräte (Kalk, Versauerung, Tonmineralzerstörung) Verarmung des Humusgehaltes und des Bodenlebens Belastung mit anorganischen (Schwermetallen) und organische Schadstoffen I f Ö L

Exkurs: Flächenversiegelung
I f Ö L Jeden Tag gehen in Deutschland über 60 ha durch Überbauung verloren, weltweiter Flächenverlust pro Tag in der Größe der Fläche der Stadt München!! In 2014 gab es weltweit ca. 1,4 Milliarden ha Ackerland und ca. 4,9 Milliarden ha landwirtschaftlich genutzte Fläche (FAO, 2017; Pro Jahr gehen weltweit ca. 4 Mio ha landwirtschaftliche Nutzfläche durch Versiegelung und ca. 3 Mio ha durch Bodenerosion verloren !! Flächenverbrauch durch Siedlungs- und Verkehrsmaßnahmen (Ø ): 66 ha/d Quelle: Deutscher Bauernverband (DBV); Situationsbericht 2015/16

Exkurs: Flächenversiegelung
Die Schere zwischen Bevölkerungswachstum und verfügbarer landwirtschaftlich nutzbarer Fläche geht immer weiter auseinander!! I f Ö L Wir alle müssen den Flächenfraß so schnell wie möglich stoppen!!

Bodengefüge und Bodenfruchtbarkeit
3. Bodengefüge und Bodenfruchtbarkeit Bodengefüge = räumliche Anordnung der festen Bodenbestandteile, synonym: Bodenstruktur hat wesentlichen Einfluss auf Wasserhaushalt Lufthaushalt Nährstoffversorgung Durchwurzelung Allgemein gilt: Je gröber das Gefüge und/oder je dichter gepackt die Gefügeelemente sind, desto ungünstiger sind die Bodeneigenschaften I f Ö L

Bodengefüge und Bodenfruchtbarkeit
3. I f Ö L Bodengefüge  Bodenstruktur Gefügeentstehung: Makrogrobgefüge im wesentlichen durch Trennbruch/Dehnbruch (Quellung, Schrumpfung); Säulengefüge bei Na-Sättigung Makrofeingefüge – Absonderungsgefüge (abiotisch): durch Scherbrüche, Rollaggregate Aufbaugefüge (biotisch) nur durch biologische Aktivität (Lebendverbauung, Regenwürmer) Durch Bodenbearbeitung werden nur gröbere Aggregate in kleinere Bröckel und Klumpen zerschlagen  Fragmentgefüge

I f Ö L Bodenverdichtung 3.
gutes Bodengefüge ist entscheidend für den Wasser- und Nährstoffhaushalt I f Ö L Quelle: BAD (2003)

Bodenschadverdichtung
3. Wann ist eine Verdichtung eine Schadverdichtung?  wenn die Eigenstabilität des Bodengefüges durch mechanische Kräfte (Auflast, Scherkräfte) überschritten wird und dadurch die Bodenfunktionen beeinträchtigt werden Schadverdichtungen haben negative Auswirkungen auf: Lufthaushalt (Durchlüftung, Erwärmung, Gasaustausch) Wasserhaushalt (Wasserspeichervermögen, Infiltrationsleistung, Wasserleitfähigkeit) Oberflächenabfluss und Erosion Wurzelwachstum Bodenleben, biologische Aktivität Ertrag, Ertragssicherheit I f Ö L Schadverdichtungen entstehen immer durch den Einsatz von Maschinen und Landtechnik Ertragseinbußen durch Bodenschadverdichtungen ca dt/ha

I f Ö L Bodenverdichtung 3.
Druckbelastung beim Befahren des Bodens abhängig von Radlast Aufstandsfläche Überrollhäufigkeit Bodenfeuchte Kontaktflächendruck I f Ö L Für Tiefenwirkung des Drucks hat die Radlast ent-scheidenden Einfluss

3. Bodenschadverdichtung Druckzwiebeln beim Befahren mit Maschinen - abhängig vom Bodenart, Wasserhaushalt, Vorbelastung Grenze für die Druckbelastung ist die Eigenstabilität des Bodens (Vorbelastung) im krumennahen Unterboden: bei FK  0,8-1,0 bar I f Ö L bei Erhöhung der Radlast muss die Kontaktfläche überproportional (z. B. Faktor 4) steigen Druck = (Gewichts-)kraft pro Fläche: 1 Pa = 1 N/m2 = 10-5 bar; 1 N = 1 g∙m/s2 1 bar = 100 kPa = 1000 hPa ≈ 10 m WS 1 hPa = 1 mbar ≈ 1 cm WS

3. Druckbelastung > Eigenstabilität führt zur plastischen Verformung und damit Änderung der Dichtlagerung und Porenstruktur im Boden Bodenbearbeitung = mechanische Lockerung zerschlägt lediglich verdichtete Bröckel und Klumpen, führt aber nicht zur Aufweitung des Porenraumes  innere Verdichtung der Ackerkrumen!! I f Ö L Quelle: Meyer, B. (1985)

I f Ö L Bodenbearbeitung 3.
Bodenbearbeitung = mechanische Lockerung (und gleichzeitig Verdichtung) des Oberbodens durch Bodenbearbeitung kann nur das Grobporenvolumen erhöht werden - allerdings zeitlich befristet ! Verdichtungen im Mittel- und Feinporenbereich sind nur durch natürliche Regeneration (Quellung + Schrumpfung, Frostgare) möglich I f Ö L

I f Ö L Bodenbearbeitung 3.
bewirkt nur eine zeitlich befristete Lockerung (temporäre Sackung des Bodens, Rückverfestigung) I f Ö L

3. Kennwerte für gutes Bodengefüge Luftkapazität (LK) in Ackerkrume > 8 Vol.-% im krumennahen Unterboden > 5 Vol.-% gesättigte Wasserleitfähigkeit > 10 cm/d ausreichende Wasserspeicherkapazität (bodenartabhängig) Lagerungsdichte (TRD) bodenartabhängig Radlasten je nach Wassergehalt des Bodens begrenzen – Ackerkrume max. 3-4 t; krumennaher Unterboden 5-6 t  Reifeninnendruck ca. 0,6-0,8 bar I f Ö L

Vorsorge gegen Bodenschadverdichtung
3. Was kann der Landwirt tun? Begrenzung der Radlasten (Radlasten der betriebseigenen Maschinen durch achsweises Wiegen ermitteln) richtige Bereifung; Breitreifen (Erhöhung der Aufstandsfläche) Regulierung des Reifeninnendrucks Bandlaufwerke, Zwillingsbereifung Befahrung/Bearbeitung nur bei Wassergehalten < 80 % FK Verringerung der Transportarbeiten auf dem Acker; Entkoppelung Feld- und Straßentransporte Befahren bei leichtem Frost (Frosteindringtiefe 2-3 cm) Verringerung der Überrollhäufigkeit geregelter Fahrverkehr (CTF), Onland-Pflügen I f Ö L Radlasten ZR-Vollernter: halb voll 6,1-6,7 t; voll t Radlasten gr. Silowagen, Muldenkipper: bis 7 t

Humus und Bodenfruchtbarkeit
4. Bodenzusammensetzung - Bodenbestandteile Bodenwasser Luft Bodenfestsubstanz I f Ö L Mineralkörper ca. 98 % Humus ca. 2 % Biomasse ca. 0,04 % Dichte OBS = 1,3-1,5 g/qcm Dichte Mineralkörper = 2,6-2,7 g/qcm Prozentangaben sind Gew.-% der Bodenmasse In der Krume von Ackerböden gibt es im Durchschnitt ca t/ha Biomasse, davon gehört ca. die Hälfte (2-10 t/ha) zur mikrobiellen Biomasse und den Bodentieren  4 bis 20 GV/ha !

I f Ö L Was ist Humus ? Bodenkundliche Definition: 4.
Zum Humus gehören alle im und auf dem Mineralboden befindlichen abgestorbenen pflanzlichen und tierischen Substanz sowie deren Umwandlungsprodukte Nicht zum Humus gehören die lebenden Bodenorganismen (Edaphon) sowie die lebenden Wurzeln I f Ö L

Organische Bodensubstanz
4. Organische Bodensubstanz (OBS) enthält ca. 40–65 % Kohlenstoff (Corg) und ca. 2-5 % Stickstoff (Nt) Messung durch Verbrennung bei Temperaturen >900 °C  Maß für den Humusgehalt ist der Corg-Gehalt [%] Humusgehalt [%] = Corg-Gehalt [%] x 1,724 ≈ 2 I f Ö L Nachfolgend werden vor allem die Corg-Gehalte [Gew.-%] angegeben und auf die Umrechnung in Humusgehalte meistens verzichtet

I f Ö L Was ist Humus ? 4. Bodenkundliche Definition:
Zum Humus gehören alle im und auf dem Mineralboden befindlichen abgestorbenen pflanzlichen und tierischen Substanz sowie deren Umwandlungsprodukte Nicht zum Humus gehören die lebenden Bodenorganismen (Edaphon) sowie die lebenden Wurzeln VDLUFA-Standpunkt Humusbilanzierung (2014): Humus ist die in den Boden integrierte organische Bodensubstanz (OBS), die durch Bodenprobenahme und Untersuchung des Gehaltes an organischem Kohlenstoff im Boden (Corg) nachweisbar ist I f Ö L Begriffe Humus und OBS werden oftmals auch synonym gebraucht !

I f Ö L Was ist Humus ? 4. Organische Bodensubstanz (OBS) Humus
> 30 Gew.-% OS (L-, Of-, Oh-Auflage) Dauerhumus Acker- und Grün-landböden (Wald) Humus Auflagehumus (Ektohumus) im Mineralkörper inkorporierter Humus (Endohumus) < 30 Gew.-% OS (Mullhumus) Nährhumus Waldböden (Grünland) Bodenmikroflora (Bakterien, Algen, Flechten, Pilze) + Viren Bodenlebewesen lebende Bodentiere = Bodenfauna Mikrofauna Ø < 0,2 mm (Protozoen, Amöben, Rädertierchen, Nematoden) Mesofauna Ø 0,2-2 mm (Nematoden, Milben, Spinnen-tiere, Collembolen,) Makrofauna Ø > 2 mm (Ringelwürmer, Schnecken, Asseln,Tausend-füßler, Käfer, Larven, Regenwürmer) mikrobielle Biomasse (Cmik) ≈ 0,2-4 % von Corg Ø < 10 μm lebende Wurzeln I f Ö L gesamte Biomasse im Boden Klassifizierung des Edaphons aufgrund der Körpergröße [n. Ottow, 2011]: Bodenflora: Bakterien – Ø 0,5-2 μm: Bacillus, Clostridium, Actinomyceten. Einteilung: Chemoorgano-heterotrophe, chemolitho-autotrophe, photolitho-autotrophe Bakterien; obligat aerob, obligat anaerob, fakultativ anaerob Pilze – Ø 5-20 μm: Hefen, Hyphen – Schimmelpilze, Weiß- und Braunfäulepilze, Mycorrhiza (ca. 80 % der Pflanzen sind mycorrhiziert) Protozoen – Zysten, Geißeltierchen, Wimpertierchen, Amöben Bodenfauna: Mikrofauna – Fadenwürmer = Nematoden (Parasiten) Mesofauna – Springschwänze = Collembolen (1-2 mm lang), Milben (Ø meistens < 1 mm), Ringelwürmer (Enchyträen, meistens < 10 mm) Makrofauna – Regenwürmer: epigäischer Typ (Ø mm) = Streuformen; anezischer Typ =Tiefgräber (sehr lang, cm), Lumbricus; endogäischer Typ (ca mm), Octolasion lacteum, Allolobophora-Arten. - Asseln, Tausendfüßler, Engerlinge, Drahtwurm (Schnellkäfer), Laufkäfer, Ameisen, Termiten.

Organische Bodensubstanz
4. Durchschnittliche Mengenanteile in der Krume (0-30 cm) von Ackerböden; gemäßigtes Klima I f Ö L Organische Bodensubstanz (OBS) Ø t/ha Humus (ca %) Ø t/ha Biomasse (ca %) Ø t/ha Bodenleben ist Hungerleben ! Auch die Lebewesen unter der Bodenoberfläche müssen regelmäßig und ausreichend gefüttert werden! Edaphon (ca %) Ø 4-6 t/ha Wurzeln (ca. 10 %) Ø 8-10 t/ha Bei einer Lagerungsdichte von 1,5 g/cm-3 und 30 cm Krumenmächtigkeit enthält ein Acker ca t/ha Boden davon macht die OBS im Mittel ≈ 90 t/ha aus. Der Anteil der Biomasse (Edaphon + Wurzeln) beträgt Ø 12 t/ha, die Hälfte davon entfällt auf das Edaphon und die andere Hälfte auf die lebenden Wurzeln.  Tierbesatz unter der Erdoberfläche ist deutlich höher als über dem Boden!! Diese müssen alle gefüttert werden!!  Bodenleben ist Hungerleben Biomasse der Regenwürmer im Durchschnitt ≈ 1 t Frischmasse (≈ 2 GV/ha) Prozentangaben sind Gew.-% d. Bodens 1 L Boden enthält etwa 6 g Biomasse, davon sind ca. 3 g Wurzeln, ca. 2,5 g Mikroorganismen und ca. 0,5 g Bodentiere [Gisi et al., 1997] mittlerer Anteil Cmik Ø 2-3 % Corg (z. T. Angaben von 0,2-4 % d. Corg [Ottow, 2011]; Ackerböden μg Cmik/g Bd., entspricht ca. 1-3,8 % Corg mittlerer Anteil Nmik Ø 0,7-4 % Nt; Pmic Ø 0,1-1,5 % Pt in Oberböden Mikrobielle Biomasse Ø 2,7 g TS/m-2 [Scheffer/Schachtschabel, 2010] Cmik ≈ 2-3% Corg [Anderson & Domsch, 1989], aber ca % des mineralisierbaren C ! Oberböden enthalten im Mittel Cmic-Gehalt von kg C/ha; darin kg Nmic/ha, ca kg Pmic/ha und ca. 5-8 kg Smic/ha Der Cmic-Gehalt ist eng mit dem Tongehalt korreliert: Cmic = % Corg + 21% Ton (R2=0,99) [Ottow, 2011] mikrobielle Biomasse (ca. 4-6 %) Ø 3-5 t/ha (größere) Bodentiere (ca. 1-2 %) Ø 1-2 t/ha [n. verschiedenen Quellen: Gisi et al.,1997; Blume et al., 2010 (Scheffer/Schachtschabel); Ottow, 2011; u.a.]

I f Ö L Funktionen von Humus 4. Puffer- und Filterfunktion
Nähr- und Schadstoffspeicher (Kationen- und Anionenaustauscher) Nährstoffmobilisierung und –nachlieferung (z. B. N-Nachlieferung) Gefügestabilität Bildung stabiler Krümelgefüge (Lebendverbauung) Ton-Humus-Komplexe (Aggregatstabilität) Wasserhaushalt (Wasserspeichervermögen) Biologische Aktivität Nahrungsgrundlage für Bodenlebewesen (z. B. mikrobielle Aktivität) Durchwurzelung I f Ö L Für Landwirte wichtig:  Verbesserung der Ertragsfähigkeit und Ertragssicherheit

Humuswirkungen 4. Biologische und chemische Wirkungen Erhöhung der Kationen- und Anionenaustauschkapazität (KAK) Förderung des Bodenlebens (mikrobielle Aktivität) Erhöhung der N-Nachlieferung Bindung und Abbau von Schadstoffen Klimawirkungen (Freisetzung klimarelevanter Gase, C-Speicherung, C-Quelle) ?? und weitere... Physikalische Wirkungen Verbesserung der Gefügestruktur und Gefügestabilität (Lebendverbauung; Ton-Humus-Komplexe) Erhöhung der Wasserspeicherkapazität (Porenvolumen, Lagerungsdichte) Verminderung der Erosionsanfälligkeit Verringerung der Verdunstung und Erhöhung der Infiltration bessere Bodenerwärmung im Frühjahr I f Ö L Fruchtbare Böden enthalten viel Biomasse mit einer hohen mikrobiellen Aktivität!!

Lebendverbauung 4. Verbindung der Bodenbestandteile zu Bodenaggregaten Quelle: IfÖL (2013) Quelle: IfÖL (2013) I f Ö L Quelle: DSV Saaten Felgentreu (2010): ( )

Lebendverbauung 4. Verbindung der Bodenbestandteile zu Bodenaggregaten I f Ö L Quelle: LfL Bayern ( ):

I f Ö L Humusgehalte im Boden Typische Humusgehalte hessischer Böden
4. Typische Humusgehalte hessischer Böden Wald Corg-Gehalte Auflage-humus Ø % Corg-Gehalte Oberboden Ø % Grünland Corg-Gehalte Oberboden Ø % I f Ö L Corg-Gehalte Oberboden Ø 0,5...4 % Daten hessischer Böden (HLNUG 2005): Waldböden: Corg-Gehalte im Oberboden ohne Auflagehumus Humusgehalte im Auflagehumus ca % Corg; Mittel Hessen L-Auflage % Corg; Of+Oh-Auflage % Corg Ah-Horizonte: Mittel 4,4-8,1 % Corg; Corg-Vorrat Ø t/ha Grünlandböden: Mittel Ah-Horizonte 3,2-3,8 % Corg; Corg-Vorrat Ø t/ha Ackerböden: Mittel Ap-Horizonte 1,4-1,5 % Corg; Corg-Vorrat Ø t/ha Datenquellen: Hessisches Bodenzustandskataster, HLNUG (2015) Kolbe et al., (2015) Waldmann & Weinzierl (2015) Capriel (2010) Hessischer Waldzustandsbericht (2011) Evers, mündliche Mitteilung ( ) Acker [nach verschiedenen Datenquellen]

Humusgehalte hessischer Böden
4. Mittlere Corg- und Nt-Gehalte im Oberboden landwirtschaftlich genutzter Böden in Hessen I f Ö L Ackerland: Mittelwert 1,3 % Corg (Median 1,1 % Corg); Mittelwert 0,13 % Nt (= Median); Mittelwert C/N-Verhältnis 8,01 Grünland: Mittelwert 3,62 % Corg (Median 3,68 % Corg); Mittelwert 0,38 % Nt (Median 0,39 % nt); Mittelwert C/N-Verhältnis 9,3 [Analysedaten des LHL Kassel von ; eigene Auswertungen]

4. Mittlere Tiefenprofile der Corg-Gehalte hessischer Böden I f Ö L Daten des hessischen Bodenzustandskataster und der Bodeninventur Grünland (HLNUG, 2016) sowie Analysendaten des LHL Kassel ( ); eigene Auswertungen

Humusgehalt und Nutzungsänderung
4. Entwicklung von Humusgehalten unter dem Einfluss des Ackerbaus [(verändert nach JOHNSON et al. 1995) Die Linien A, B, C kennzeichnen unterschiedliche Humusspiegel in Abhängigkeit von der Bewirtschaftung] I f Ö L  bei konstanten Umwelt- und Nutzungsbedingungen stellt sich ein Fließgleichgewicht zwischen Zufuhr und Abbau der OBS und damit ein standorttypischer Humusgehalt (Humusspiegel) ein !! nach Johnson et al. (1995) aus Hülsbergen, K.-J. (2010): Klimaschutz durch Bodenschutz – Kohlenstoffspeicherung in Böden durch Humusaufbau. In: Agrarbündnis Mecklenburg-Vorpommern (Hrsg.), Ökologischer Landbau – Leitbild einer zukunftsfähigen Landwirtschaft. Internet: de/fileadmin/bundgruppen/bcmslvmeckpomm/pdf/Landwirtschaft/Tagungsmappe_7._WT.pdf, Stand:

4. Maß für die Qualität und Umsetzbarkeit der OBS ist das Corg-/Nt-Verhältnis korr. R2 = 0,853 I f Ö L Ackerland: Ø Corg-/Nt-Verhältnis ≈ 8-10 Grünland: Ø Corg-/Nt-Verhältnis ≈ 9-12 Fallzahl: N = 546 [Analysedaten des LHL Kassel von ; eigene Auswertungen]

I f Ö L C-Pools im Boden Klassisches Modell: 4.
Nährhumus = leicht umsetzbarer Anteil der OBS, überwiegend durch Bewirtschaftungsbedingungen beeinflusst (Fruchtart, Düngung, Bodenbearbeitung) Dauerhumus = inerter Anteil der OBS, weitgehend unbeteiligt an Mineralisierungsvorgängen, vorrangig von Standortbedingungen (Boden, Klima, Nutzung) abhängig  Corg = Cinert + Cumsetzbar I f Ö L

I f Ö L C-Pools im Boden Aktuelle Modellvorstellung 4.
Labile Fraktion (≈ Nährhumus??) Streu und freie, leichte partikuläre Fraktion kurze Verweildauer, Umsetzung innerhalb von Monaten oder wenigen Jahren (< 35 a) große Bedeutung für die Nährstoffversorgung der Pflanzen durch Bewirtschaftung deutlich beeinflussbar Intermediäre Fraktion (≈ umsetzbarer Dauerhumus) okkludierte leichte partikuläre Fraktion langsame Umsetzung, Verweildauer beträgt 10 bis 50 Jahre lässt sich mittel- und langfristig durch die Bewirtschaftung beeinflussen Passive Fraktion (≈ nicht umsetzbarer Dauerhumus) schwere, freine Frakion, humifizierte OS Verweildauer beträgt 100 bis 1000 Jahre keine Beeinflussung durch die Bewirtschaftung I f Ö L IfÖL – Dr. Beisecker

Bestimmung der Humusversorgung
4. durch Messung der Corg-Gehalte im Boden  deutliche räumliche und zeitliche Schwankungen der Corg-Gehalte im Boden Jahreszeitlicher Rhythmus; Jahresunterschiede Räumliche Unterschiede im Schlag Krumenmächtigkeit, Bearbeitungstiefe Bedeutung der Corg-Gehalte im Unterboden ?! (verlassene Krumen) durch Berechnung der Humusbilanz I f Ö L

Messung des Humusgehaltes
4. Jahresschwankungen der Corg-Gehalte Daten der LLH-Lysimeterstation von ; Bodenprobennahme nach der Ernte [n. Heyn, J. (2010)] A ex = Ackerbau extensiv A in = Ackerbau intensiv V n = Veredlung, Viehbesatz niedrig V h = Veredlung, Viehbesatz hoch Ö vl = ökologisch, ohne Vieh Ö n = ökologisch, Viehbesatz niedrig Ö h = ökologisch, Viehbesatz hoch I f Ö L  Jährliche Schwankungen der Corg-Gehalte um 0,1% (bis 0,2 %) sind normal!

Messung der Humusgehalte
4. Humusgehalt und Ertrag bei Winterweizen [aus: Werner & Bachinger, 2009] I f Ö L

Messung der Humusgehalte
4. Räumliche Unterschiede der Corg- und Nt-Gehalte im Oberboden; Ackerschlag Rauischholzhausen (Beprobung Dez. 2004) Nt-Gehalte I f Ö L Corg-Gehalte  Differenzen im Schlag von 0,8 % Corg- und 0,08 % Nt sind normal! [aus Heyn, J. (2010)]

Fazit: Messung der Humusgehalte
4.  Analytische Bestimmung der Corg-Gehalte im Boden nur dann aussagefähig, wenn mehrjährige Analysenergebnisse vorliegen und die Probennahmen an denselben Probenahmestellen bei gleicher Probenahmetiefe zur annähernd gleichen Jahreszeit bei vergleichbaren Feuchtebedingungen durchgeführt werden !!!! I f Ö L 0,1 % Corg-Gehalt entspricht im Oberboden bei 30 cm Mächtigkeit ca kg Corg-Vorrat Aufgrund der Analysenungenauigkeit von etwa 0,1 % Corg können nur langfristige und deutliche Humusgehaltsänderungen erfasst werden !! (0,1 % Corg entspricht bei 30 cm Ackerkrume ca kg Corg-Vorrat)

Wovon hängt der Humusgehalt ab?
4. Klimafaktoren (meistens >50 % Einfluss) Jahresmitteltemperatur Jahresniederschlag (KWB) Höhenlage Bodeneigenschaften (ca % Einfluss) Bodenart (Tongehalt) Wasserhaushalt (Grund- bzw. Staunässe) Gründigkeit (Durchwurzelungstiefe) Nutzung und Bewirtschaftung (ca % Einfluss) Acker, Grünland, Wald Kulturarten und Fruchtfolge Bodenbearbeitung, Bodengefüge (Durchlüftung) Düngung, Zufuhr organischer Substanz I f Ö L Gewichtung der Einflussfaktoren nach Kolbe et al. (2015) auf fett hervorgehobene Einflussfaktoren werde ich näher eingehen !! [Gewichtung der Einflussfaktoren nach Kolbe et al. (2015)]

I f Ö L Klima und Humusgehalt 4.
Klimafaktoren [Daten aus DVGW-Projekt N-Nachlieferung (Beisecker et al., 2015)] I f Ö L  mit zunehmender Höhe (abnehmende Temperatur) und zunehmenden Niederschlag steigen die Corg- und Nt-Gehalte tendenziell an Daten N-Nachlieferung Fallzahlen Corg = 58; Nt = 22; C/N = 22

Bodenart und Humusgehalt
4. Mittlere Corg- und Nt-Gehalte in der Krume hessischer Ackerböden in Abhängigkeit der Bodenartengruppe (BAG) [Analysedaten des LHL ; eigene Auswertungen] I f Ö L BAG I = leicht (0-12 % Ton) BAG II = mittel (13-25 % Ton) BAG III = schwer (>25 % Ton)

Bodenart und Humusgehalt
4. Corg- und Nt-Vorräte in der Krume hessischer Ackerböden in Abhängigkeit der Bodenartengruppe (BAG) I f Ö L  mit zunehmendem Tongehalt der Böden steigen die Corg- und Nt-Gehalte und auch die Vorräte im Boden deutlich an [Analysedaten des LHL ; eigene Auswertungen]

Bodenbearbeitung und Humusgehalt
5. Einfluss der Bodenbearbeitung auf den Humusgehalt I f Ö L Wichtig: Aufgrund unterschiedlicher Dichtlagerung des Bodens  Bezug der Corg-Gehalte auf die Bodenmasse und nicht nur auf die Bodentiefe und Berücksichtigung des Unterbodens langjährige Bodenbearbeitungsversuche der JLU Gießen (Tebrügge et al., 1992) Entnahme: [aus: Heyn, J. (2013)]

5. Kohlenstoffvorräte in 0-60 cm Bodentiefe nach 9 Jahren unterschiedlicher Bodenbearbeitung I f Ö L Mittelgebirgsstandorte !! Bezug der Corg-Gehalt bis 60 cm Bodentiefe auf eine einheitliche Referenzbodenmasse von 883 kg/m2. [Bodenbearbeitungsversuche in Rheinland-Pfalz (Hunsrück, Eifel, Rheinhessen); aus: Appel (2011)]

5. Humusverteilung im Bodenprofil I f Ö L Es gibt viele gute Gründe für pfluglosen Ackerbau, Humusanreicherung und Steigerung der Nährstoffverfügbarkeit gehören aber nicht dazu !! [aus Müller, Th. (2015): Nährstoffverfügbarkeit und Humusmanagement bei pfluglosem Ackerbau]

Düngung und Humusgehalt
5. Veränderung der Corg-Gehalte (0-30 cm) in Abhängigkeit der Düngung in 18 Dauerfeldversuchen Europas [n. Körschens et al. (2012)] I f Ö L Die jährlichen Veränderung der Corg-Gehalte im Boden betragen selbst bei deutlich unterschiedlicher Bewirtschaftung (Nulldüngung zu Stallmist+NPK) nur 0,009 % bzw. 0,012 % Corg/a Jährliche Veränderungen der Corg-Gehalte selbst bei deutlich unterschiedlicher Bewirtschaftung (Nulldüngung versus – STM [15t/(ha+a)] +NPK) betragen nur 0,009 % bzw. 0,012 % Corg/a steigender Tongehalt

Düngung und Humusgehalt
5. I f Ö L [aus: Heyn, J. (2010)]

Ertragswirkung von Humus
5. Erträge aus der Besonderen Ernteermittlung (BEE) Hessen von in Abhängigkeit des Humusgehaltes [aus Heyn, J. (2013)] I f Ö L

5. Entwicklung des Corg-Gehaltes 1993 bis 2013 Dauerdüngungsversuch Bad Salzungen (Mittel aller N-Stufen jeder Stufe der organischen Düngung) 2. Versuchsperiode seit 1993 I f Ö L [Quelle: aus Zorn et al., 2015]

5. Mittlere Getreideerträge (GE) in Abhängigkeit der organischen und mineralischen N-Düngung ( ); Dauerdüngungsversuch Bad Salzungen, 2. Versuchsperiode seit 1993 I f Ö L Dauerdüngungsversuch L28 Bad Salzungen; 2. Versuchsperiode seit 1993; Vergleich organische – mineralische N-Düngung Variante mineralische N-Düngung: N-Stufen 4 und 5 (Getreide 120/150; SM/KA 150/200; RA 210/280 kg N/ha) Variante Stallmist: alle 3 Jahre 300 dt/ha Variante Gülle: 75 dt/ha Stroh + 35 m3/ha Gülle jedes 3. Jahr Fruchtfolge: 3 x KA, 3 x SM, 1 x RA, 14 x Getreide Nebenernteprodukte wurden immer abgefahren! [Quelle: aus Zorn et al., 2015]

Bodenfruchtbarkeit und Düngung
5. Bedeutung von Bodenfruchtbarkeit und Düngung für die Ertragsfähigkeit von Böden I f Ö L Sandige, nährstoffarme Böden reagieren stärker auf eine standortgerechte Bewirtschaftung und Düngung als ein nährstoffreicher gut strukturierter Böden. [Quelle: n. Schuffelen (1958) aus Sauerbeck (1985)]

Handlungsmöglichkeiten des Landwirts
Was kann der Landwirt tun, um die Bodenfruchtbarkeit zu erhalten bzw. zu erhöhen? Vermeidung von Bodenerosion Vermeidung von Bodenschadverdichtungen regelmäßige Zufuhr frischer organischer Substanz (Ernährung der Bodenlebewesen) ausgeglichene Humusbilanz standort- und bedarfsgerechte Düngung Förderung des Bodenlebens, vor allem Regenwürmer Verbesserung der Durchwurzelung (Fruchtfolge) I f Ö L

Bodenfruchtbarkeit und Bewirtschaftung
6. Bodenfruchtbarkeitskennziffer Ackerbauliche Maßnahmen Bodenphysikalisch Steinbesatz Entsteinung Vernässungsdauer der Ackerkrume Bodenwasserregulierung Trockenrohdichte Bodenbearbeitung Durchdringungswiderstand Krumenbasislockerung b) Bodenchemisch Gehalt an organischer Bodensubstanz Fruchtfolge, organische Düngung Bodenreaktion (pH-Wert) Kalkung Gehalte an pflanzenverfügbaren Makro- und Mikronährstoffen Organische und mineralische Düngung c) bodenbiologisch Regenwurmaktivität, mikrobielle Aktivität Besatz an Schadorganismen (Nematoden) Fruchtfolge, Zwischenfruchtanbau, Sortenwahl I f Ö L Quelle: n. Kundler 1989 IN: Diepenbrock, Ellmer, Leon (2009): Ackerbau, Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung

Negative Folgen ackerbaulicher Nutzung
6. Mögliche negative Folgen durch ackerbauliche Bodennutzung auf die Bodenfruchtbarkeit Verarmung an organischer Substanz bei einseitigen Fruchtfolgen Versauerung Nährstoffverarmung Vernässung, Verschlämmung, Verkrustung Verdichtungen Erosion Anreicherung von Krankheitserregern und Schädlingen Kontamination mit Schadstoffen I f Ö L Erhalt und Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit können teilweise im Widerspruch zu kurzfristigen ökonomischen Zielen stehen

Fazit 6. Die Bodenfruchtbarkeit in Mitteleuropa war noch nie so hoch wie heute auch die Humusgehalte der Böden sind als positiv zu beurteilen vom Humusschwund oder Humusverarmung kann bei den allermeisten Standorten nicht die Rede sein Um die Bodenfruchtbarkeit zu erhalten und zu fördern ist vor allem die Bodenerosion zu vermeiden sind die Radlasten und die Befahrung des Ackers zu begrenzen, um Schadverdichtungen zu vermeiden sollte die Bodenbearbeitung und das Befahren nur bei optimalen Wassergehalten (< Feldkapazität) erfolgen ist eine regelmäßige und ausreichende Zufuhr organischer Substanz sicherzustellen (Fruchtfolge, Zwischenfrüchte, organische Düngung etc.) I f Ö L

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Dr. Richard Beisecker Ingenieurbüro für Ökologie und Landwirtschaft (IfÖL) Tel.: 0561/ „Die Nation, die ihren Boden zerstört, zerstört sich selbst.“ (Franklin D. Roosewelt, US-Präsident von ) I f Ö L

Diskussion I f Ö L

I f Ö L Humusbilanzierung Schema der Humusbilanzierung
1 t reproduktionswirksame organische Substanz (ROS) entspricht der Humusersatzleistung von 1 t Rottemist-TM, aus der nach der Humifizierung ca. 200 kg C im Boden verbleiben 1 Humusäquivalent (HÄQ) entspricht 1 kg Humus-C/ha in der humifizierten organischen Masse des Bodens 1 Humuseinheit (HE) entspricht 1 t Humus-Trockenmasse, die etwa 580 kg C und 55 kg N enthält Humuszufuhr Humusreproduktion durch Ernte- und Wurzelreste und Zufuhr organischer Dünger Humus- bilanz (Saldo) Humusbedarf anbau- und standort-spezifische Humus-mehrung bzw. Humus-zehrung I f Ö L

I f Ö L Humusbilanzierung
Mittlerweile gibt es zahlreiche verschiedene Methoden und Verfahren zur Humusbilanzierung mit unterschiedlicher Zielsetzung Aussagen zum organischen Düngebedarf von Fruchtfolgen zum Erhalt der Bodenproduktivität bei geringer Umweltbelastung (z. B. CC = betriebsbezogen, VDLUFA = schlagbezogen)  qualitative Aussagen Abschätzung der Veränderung der Humusvorräte im Boden (z. B. STAND, HU-MOD, CANDY Carbon Balance, REPRO)  quantitative Aussagen  Unterschiedlicher Datenbedarf und bei gleichem Datensatz ergeben sich unterschiedliche Ergebnisse !!  nachfolgend wird auf die VDLUFA-Methode (2014) Bezug genommen I f Ö L

Richtwerte für den fruchtartspezifischen Humusreproduktionsbedarf (HÄQ/ha·a) verschiedener Kulturen [Auszug nach VDLUFA (2014)] I f Ö L Untere Werte: Anforderung zum Erhalt der Böden in einem guten Kulturzustand und Erhalt der Bodenfurchtbarkeit; Beratungsempfehlung für ertragsschwache Standorte Mittlere Werte: Beratungsempfehlung zur Förderung der Bodenfunktionen und Aufbau der Bodenfruchtbarkeit bei Reduktion der mineralischen Düngung Obere Werte: Beratungsempfehlung für Böden in schlechtem Kulturzustand (z. B. Rekultivierungsflächen) und Anbausysteme mit hohem Humusbedarf ohne mineralische N-Düngung (z. B. Ökologischer Landbau bei hohem Ertragsniveau)

Richtwerte für die Humusreproduktionsleistung organischer Materialien in HÄQ je t FM [Auszug nach VDLUFA (2014)] I f Ö L

Berechnung der Humusbilanz nach VDLUFA (2014) für eine Maisfruchtfolge (untere Werte); Angaben in HÄQ = kg Humus-C/(haa) I f Ö L

Berechnung der Humusbilanz nach VDLUFA (2014) für eine Rapsfruchtfolge (untere Werte); Angaben in HÄQ = kg Humus-C/(haa) I f Ö L

Bewertung der Humusbilanzsalden nach VDFLUFA (2014) I f Ö L  Humusreproduktionskennwerte wurden aus den längjährigen Dauerversuchen abgeleitet (Optimalvariante = Stallmist + NPK)  Kennwerte dienen dazu, die optimale Versorgung des Boden mit organischer Substanz zu bemessen und nicht dazu, die Veränderung der Corg-Gehalte im Boden zu errechnen!!

Fazit Humusbilanzierung
Humusbilanz trifft Aussagen zur Humusversorgung des Bodens, nicht zum Humusgehalt (Corg-Gehalt) !! Humusmenge im Boden wird gesteuert Menge und Qualität der zugeführten organischen Substanz biologischen Aktivität im Boden (Mineralisation/Humifizierung) Neben dem absoluten Humusgehalt ist vor allem der Humusumsatz (biologische Aktivität, Lebendverbauung) im Boden sehr wichtig I f Ö L

Vorstellung Diplom-Agraringenieur; Studium des Pflanzenbaus und der Bodenkunde an der Universität Göttingen Promotion am Institut für Landeskultur der.

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