Konservierende Bodenbearbeitung

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Dauerhaft pfluglose Bewirtschaftung - Maßnahmen und Prävention

Dr. Walter Schmidt - (Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie - LfULG)

Bodenerosion durch Wasser ist eines der größten Probleme des landwirtschaftlichen Bodenschutzes. Durch Erosion gehen unwiederbringlich Ackerboden, Humus und Nährstoffe verloren. Das verringert die Ertragsfähigkeit von Böden und führt in Trockenjahren in Hangbereichen mit nur noch geringen Bodenauflagen zu spürbaren Ertragseinbußen. Außerhalb von Ackerflächen werden durch abgetragenes Bodenmaterial und abfließendes Wasser Straßen verunreinigt, Gräben verfüllt, Gebäude beschädigt sowie Gewässer durch Nährstoffe und Sediment belastet. Aus diesen Gründen ist nach dem Bundesbodenschutzgesetz Erosion möglichst zu vermeiden. Zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL) muss die Landwirtschaft durch erosionsverhindernde Maßnahmen die Phosphoreinträge in Gewässer wirksam verringern. Seit Sommer 2010 ist zudem Erosionsschutz Cross Compliance-relevant. Dies bedeutet: Auf potenziell stark erosionsgefährdeten Ackerflächen sind Fruchtarten mit einem Reihenabstand größer 45 cm (u.a. Mais, Zuckerrüben) pfluglos zu bestellen. Die im Mittelsächsischen Lößhügelland weit verbreiteten ertragsstarken, gleichzeitig jedoch stark wassererosionsgefährdeten Lößböden werden fast ausschließlich ackerbaulich genutzt. Zum Erhalt der Ackerböden müssen auf Ackerflächen erosionsmindernde bzw. –verhindernde Maßnahmen ergriffen werden.

Tab. 1: Auswirkung der Bodenbearbeitung auf Bodenparameter (Bodenbearbeitungsversuch der Südzucker AG in Lüttewitz, Säcssisches Lößhügelland (Bodenart Ut3/Ut4), Beregnungssimulation 2000 (8. Versuchsjahr); Fruchtfolge Zuckerrüben-Winterweizen-Winterweizen, keine Strohabfuhr) (nach Nitzsche et al. 2002)
    Pflug Konservierend I Kondervierend II Direktsaat
Infiltrationsrate [%]  40 (1) 70 47 86
Rel. Bodenabtrag [%] 100 (2) 20 48 3
Mulchbedeckung [%] 1 13 16 77
Aggregatstabiltät [%] 20 22 23 25
Humus (3) [%] 2,0 2,2 2,6 2,5
Regenwürmer [Anzahl *m-²] 125 312 172 358
davon Tiefgräber [L.terrestris] 4 37 29 29
Makroporen (4) [Anzahl *m-²]  264  493  1022  775
Arbeitstiefen [cm]: Plug 30; Konservierend I: 20 (mit Grubber); Koservierend II: 10 (mit Grubber), Direktsaat: 0
1) Beregnungsversuch: 38 mm Niederschlag in 20 Min = 100 %, (2) Bodenabtrag Pflug: 536,3 g/m² = 100 %, (3) Bodenschicht 0 - 5 cm, (4) Porendurchmesser > 1 mm
 

Dauerhaft konservierende Bodenbearbeitung und Direktsaat

Die dauerhaft konservierende Bodenbearbeitung und die Direktsaat sind die wirkungsvollsten Maßnahmen gegen Bodenerosion durch Wasser (Tab. 1, Bilder 1 - 3). Verantwortlich hierfür ist die im Vergleich zu gepflügten Flächen deutlich gesteigerte Wasserinfiltration auf konservierend bestellten Flächen (Tab. 1). Ursache dafür sind die durch konservierende Bodenbearbeitung bedingten Änderungen wichtiger Bodenparameter (Tab. 1). So wird z.B. die Verschlämmungsanfälligkeit des Bodens durch die Verbesserung und Stabilisierung der Struktur der Bodenaggregate und eine schützende Mulchauflage an der Bodenoberfläche vermindert (Tab. 1). Gleichzeitig sorgt ein höherer Regenwurmbesatz (und hier insbesondere tiefgrabende Regenwürmer) (Krück et al. 2001)) auf dauerhaft konservierend bestellten Ackerflächen im Vergleich zu gepflügten Ackerflächen für eine größere Zahl wasserableitender, infiltrationsverbessernder Grob- bzw. Makroporen (Tab. 1). In Folge davon vermindert die konservierende Bodenbearbeitung die Bodenerosion durch Wasser auf Ackerflächen im Vergleich zu gepflügten Flächen bis zu 90 %. Im Einzelfall wird die Wassererosion durch konservierende Bodenbearbeitung ganz verhindert. Die verbesserte Wasserinfiltration auf konservierend bestellten Flächen sorgt zudem für eine effizientere Nutzung von Niederschlägen. Dies kann im Hinblick auf den Klimawandel und den damit evtl. verbundenen ausgeprägteren Trockenperioden von Bedeutung sein.

Wesentliches Kennzeichen der konservierenden Bodenbearbeitung (s. Übersicht 1) ist der Einsatz nicht wendender Bodenbearbeitungsgeräte (z. B. Grubber, Scheibeneggen, s. Bild 1). Sie belassen den Ackerboden weitgehend in seinem Aufbau. Gleichzeitig verbleiben Ernterückstände, wie z.B. Stroh oder Reste von Zwischenfrüchten (= Mulchmaterial), an der Bodenoberfläche oder werden flach eingearbeitet (Bild 1). Die Aussaat der Folgefrucht erfolgt mit spezieller Mulchsaattechnik unter die aufliegende Mulchschicht. Eine Bestellung ohne jegliche Bodenbearbeitung seit der vorangegangenen Ernte wird als Direktsaat bezeichnet (Bild 2). Hierfür sind spezifische Direktsämaschinen erforderlich. Diese öffnen Säschlitze, in die das Saatgut abgelegt wird. Als Folge des Verzichts auf jegliche Bodenbearbeitung zeichnen sich Direktsaatflächen durch eine dichte Bedeckung aus Pflanzenresten aus.

Im Gegensatz zur konservierenden Bodenbearbeitung wird mit dem Pflug der Boden bis auf Krumentiefe (i. d. R. bis 30 cm Bodentiefe) gewendet und gelockert (s. Übersicht 1). Pflanzen- bzw. Erntereste, Unkräuter usw. werden in den Boden eingearbeitet. Dadurch hinterlässt das Pflügen eine reststofffreie, vegetationslose Ackeroberfläche als Voraussetzung für die störungsfreie Aussaat der Folgefrucht mit herkömmlicher Drilltechnik. In Folge der Bearbeitung mit dem Pflug kommt es, im Gegensatz zu Mulchsaatflächen, bei Starkregenereignissen (Gewitter usw.) zu Bodenerosion durch Wasser auf Ackerflächen (s. Bild 3). Durch einen Pflugeinsatz werden alle in der Tabelle 1 dargestellten erosionsmindernden Effekte der konservierenden Bodenbearbeitung und Direktsaat zunichte gemacht. Entscheidende Voraussetzung für den wirksamen Schutz von Ackerflächen vor Wassererosion ist daher die dauerhafte Anwendung der konservierenden Bodenbearbeitung bzw. der Direktsaat.

 
Übersicht 1:      Definition der Bodenbearbeitungs- und Bestellverfahren (nach KTBL 1998)

Konventionelle – wendende Bodenbearbeitung
Lockerung und Wendung des Bodens mit dem Pflug auf Krumentiefe (bis ca. 30 cm Bodentiefe), Herstellung einer unbedeckten Bodenoberfläche für die störungsfreie Drillsaat der Folgefrucht.

Konservierende – nichtwendende Bodenbearbeitung (Bild 1)
Lockerung des Bodens mit nichtwendenden Bearbeitungsgeräten (z.B. Grubber, Scheibeneggen usw.), Belassen einer mit Pflanzenresten (Mulch) bedeckten Bodenoberfläche für die Mulchsaat der Folgefrucht.

Direktsaat (Bild 2)
Aussaat der Folgefrucht mit Direktsägeräten ohne Bearbeitung der Ackerfläche.

 

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Bild 1: Konservierende Bodenbearbeitung (Quelle: LfULG)
 
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Bild 2: Direktsaat (Quelle LfULG)
 
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Bild 3: Bodenerosion in Folge von Oberflächenabfluss auf gepflügter, dadurch ver­schlämmter Acker­fläche mit geringer Infiltration (linker Bildbereich) im Ver­gleich zu konservierend bearbeiteter, struktur­stabiler Ackerfläche mit hoher Infiltration (rechter Bildbereich) (Gewitterniederschlag mit 55 mm Regen/45 min, Sächsisches Lößhügelland, Bodenart Ut3) (Quelle: LfULG)
 

Die dauerhaft konservierende Bodenbearbeitung stellt, auch auf Grund ihrer flächenhaften Wirkung und ihrer Umsetzbarkeit durch Landwirte, die zentrale Maßnahme eines wirksamen und umfassenden Erosionsschutzes auf Ackerflächen dar (Sommer 1999). Sie wird daher, neben der Direktsaat, in Sachsen durch die Fachberatung empfohlen und im Rahmen von Umweltprogrammen gefördert (Förderumfang Dauerhaft konservierende Bodenbearbeitung 2010 in Sachsen: rund 208 Tsd. ha Ackerfläche (entsprechend ca. 30 % der Ackerflächen Sachsens)). Allerdings ist die erosionsmindernde Wirkung der konservierenden Bodenbearbeitung differenziert zu betrachten. So kann eine dauerhaft flache Bearbeitung z.B. mit dem Grubber (Arbeitstiefe < 10 cm) an manchen Standorten zur Ausbildung infiltrationshemmender und daraus resultierenden erosionsverstärkenden Verdichtungsschichten unterhalb des Bearbeitungshorizontes führen (s. Variante Konservierend II in Tabelle 1). Eine intensive Bearbeitung (z.B. in Form mehrerer Grubberarbeitsgänge) kann jedoch auch bei konservierender Bodenbearbeitung die Wassererosion infolge steigender Verschlämmungsanfälligkeit und geringerer Mulchbedeckung erhöhen. Der Erhalt der Bodengare und der Mulchbedeckung der Vorfrüchte erfordert daher situationsbedingt eine Begrenzung der Anzahl der Arbeitsgänge und der Bearbeitungsintensität sowie –tiefe bei der konservierenden Bodenbearbeitung. 

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Bild 4: Streifenbearbeitung zur Zuckerrübe (Quelle: LfULG)

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Abb 1a: Infiltration bei Beregnungssimulation (38 mm/20 min) nach unterschiedlicher Bodenbearbei­tung auf Mulchsaatfläche

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Abb. 1b: Sedimentabtrag bei Beregnungssimulation (38 mm/20 min) nach unterschiedlicher Bodenbear­beitung auf Mulchsaatfläche (Quelle: LfULG)

Die beste Wasserversickerung und der geringste Bodenabtrag durch Wassererosion fin­den sich auf Direktsaatflächen mit dichter Mulchbedeckung und vielen stabilen Bodenkrümeln (s. Tab. 1 und Abb. 1a). Dies bedeutet: Je weniger eine Mulchsaatfläche bearbeitet wird, desto größer sind die infiltrationsverbessernden und erosionsmindernden Wirkungen. Direktsaat und eine zielgerichtete Bearbeitung zur angebauten Fruchtart können sehr gut bei der Streifenbearbeitung kombiniert werden. Dabei wird die Bodenbearbeitung auf die Ackerflächenbereiche beschränkt, in denen die Aussaat erfolgt. In Folge davon bleibt der größere Teil der Ackerfläche mulchbedeckt (Bild 4). LfULG-Untersuchungen belegen: im Gegensatz zur ganzflächigen Saatbettbearbeitung kann durch Streifenbearbeitung eine mit Direktsaatflächen vergleichbare sehr gute Wasserversickerung (Abb. 1a) erreicht werden. Bodenerosion findet kaum noch statt (Abb. 1b). In den Ackerbereichen mit gefährdeten archäologischen Kulturdenkmälern sollte in den Bearbeitungsstreifen nur flach (z. B. < 10 cm Arbeitstiefe) gelockert werden.

Im Vergleich zur konservierenden Bodenbearbeitung wird bei der Direktsaat auf die Bodenbearbeitung verzichtet, d.h. es findet kein Eingriff mit Bearbeitungswerkzeugen (insbesondere Grubberwerkzeugen) in den Boden statt (s. Tab. 1). Auch aus diesem Grund schützt die Direktsaat sehr wirksam die archäologischen Kulturgüter. Gleichzeitig verhindert die Direktsaat den bearbeitungsbedingten Bodenabtrag.

Mit Hilfe der Satellitensteuerung ist es heute möglich, in den Bereichen von Ackerflächen mit archäologischen Kulturgütern eine geringere Bearbeitungstiefe automatisch einzustellen bzw. in Verbindung mit entsprechender Direktsaattechnik in bestimmten Ackerteilbereichen ganz auf Bearbeitung zu verzichten.

Insgesamt ist darauf hinzuweisen, dass die neuartige dauerhaft konservierende, d.h. pfluglose Bestellung als zentrale Maßnahme eines nachhaltigen Erosions- und Bodengefügeschutzes in der Landwirtschaft veränderte bzw. neue Anbaustrategien verlangt. Der Bodengefügeschutz stellt zudem Anforderungen an die Landtechnik. Daher sind hier in vielen Bereichen noch Wissens- und Erfahrungslücken zu schließen, insbesondere bezüglich

  • Strohmanagement (Häckselqualität, Strohverteilung),
  • Stoppel- und Grundbodenbearbeitung sowie Saatbettbereitung (Notwendigkeit einer Bearbeitung,Ermittlung der Arbeitstiefe und -intensität, Geräteauswahl und –ausstattung),
  • Entwicklung und Einsatz funktionsfähiger Mulch- bzw. Direktsaattechnik,
  • Durchwuchs-, Unkraut- und Ungrasregulierung (z.B. Distel, Trespe),
  • Krankheits- (z.B. Fusariuminfektionen) und Schädlingsmanagement (z.B. Schnecken, Mäuse),
  • Düngungsstrategie.

Hierzu werden von den landwirtschaftlichen Fachbehörden Sachsens, in Zusammenarbeit mit landwirtschaftlichen Arbeitskreisen (u. a. zur Umsetzung der EU-WRRL), dem Verein Konservierende Bodenbearbeitung und Direktsaat in Sachsen e.V, der Gesellschaft für Konservierende Bodenbearbeitung e.V. uvm. Lösungen und Empfehlungen erprobt und entwickelt. Sie bilden die Grundlage für die umfassende und dauerhafte Anwendung der konservierenden Bodenbearbeitung im gesamten Fruchtfolgeverlauf.

Ergänzende Schutzmaßnahmen

Die acker- und pflanzenbaulichen Erosionsschutzmaßnahmen können gegebenfalls durch nachstehende Maßnahmen ergänzt werden:

  • Schlagunterteilung bzw. Hanggliederung durch Fruchtartenwechsel, kombiniert mit querlaufenden Grün- sowie Flurgehölzstreifen.
  • Dauerbegrünung von gefährdeten Acker(teil)flächen sowie von Hangdellen bzw. –rinnen (Anlage von Grünland, Anbau schnellwachsender Hölzer (Kurzumtriebsplantagen usw.).

 

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Abb. 2: Schlagunterteilung an einem erosionsgefähr­deten Hang (Voß et al. 2010)

Unter Schlagunterteilung versteht man die Gliederung eines Ackerschlages in Teilbereiche quer zum Hang, die abwechselnd mit Winter- bzw. Sommerkulturen bestellt werden (s. Abb.  2). Der Anbau unterschiedlicher Fruchtarten (evtl. ergänzt durch querlaufende Grün-/Stilllegungsstreifen) verhindert, dass sich der gesamte Hang in einem einheitlichen, möglicherweise abflussbegünstigenden Bodenzustand befindet (z. B. Saatbettzustand der Ackerfläche mit fehlender oder nur geringer Bedeckung). Wichtig ist, dass ein wirksamer wasserrückhaltender, und damit erosionsmindernder Effekt der Schlagunterteilung nur in Kombination mit der dauerhaft konservierenden Bodenbearbeitung/Direktsaat zu allen im Verlauf einer geneigten Ackerfläche angebauten Fruchtarten erreicht werden kann. Bei einer durch Pflugeinsatz verschlämmten Ackeroberfläche ist der erosionsmindernde Effekt der Schlagunterteilung nur gering.

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Bild 5: Hangrinnenerosion (Quelle: LfULG)

Dies gilt in gleicher Weise für die Begrünung von reliefbedingten schlaginternen Tiefenlinien bzw. Hangrinnen, in denen Oberflächenabfluss zusammen fließt und dort auf Grund der hohen Abflussfülle mit hoher Transportkapazität zu ausgeprägten linearen Erosionsformen mit starker Tiefenerosion bis hin zum Grabenreißen führt (Bild 5) (Voß et al. 2010). In der Abflussrinne befindliche archäologische Kulturdenkmäler sind in hohem Maße in Folge der starken Bodenerosion gefährdet. Durch die Begrünung mit permanenter Vegetation (Grünland (s. Bild 6), Kurzumtriebsplantagen uvm.) kann sowohl die Bodenoberfläche in der Hangrinne zusätzlich gegen die erosive Kraft des abfließenden Wassers geschützt als auch durch die erhöhte Rauigkeit eine Verringerung der Fließgeschwindigkeit erreicht werden. Die Hangrinnenbegrünung schützt jedoch nicht die angrenzenden Ackerflächenbereiche vor Wassererosion. Deshalb muss, wie vorab ausgeführt, die Hangrinnenbegrünung unbedingt mit der Anwendung der dauerhaft konservierenden Bodenbearbeitung/Direktsaat auf den umgebenden Ackerflächen kombiniert werden.

Eine optimale Schutzwirkung ist durch die Umwandlung von Ackerland in Dauergrünland zu erzielen. Dies gilt auch für die  Anlage von Kurzumtriebsplantagen (Weiden, Hybridpappeln usw.).

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Bild: Begrünte Hangrinne (Quelle LfULG)

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Bild 7: Stilllegungsstreifen (Quelle: LfULG)

Sowohl im Verlauf von geneigten Ackerflächen als auch im Ackerrandbereich (s. Bild 7) angelegte Grün-, Brache- und Flurgehölzstreifen mindern nicht oder nur in geringem Umfang die Wassererosion auf den angrenzenden Ackerflächen selbst. In Abhängigkeit der Oberflächenabflussgeschwindigkeit und der Rauhigkeit des Grünstreifens kann es zu einer Sedimentation mitgeführter Bodenteilchen im Grünstreifen kommen. Dies mindert bzw. verhindert den Bodenaustrag in angrenzende Bereiche (Gewässer, Straßen usw.). Ein wirksamer Schutz von archäologischen Gütern auf Ackerflächen ist damit nicht ausreichend gewährleistet.

Entscheidend im Hinblick auf die Begrünung von Hangrinnen sowie die Anlage von Stilllegungsstreifen ist zum einen die Wirkungsabschätzung der dadurch bedingten Bewirtschaftungseinschränkungen auf den davon betroffenen Ackerflächen. Zum anderen sind die acker- und pflanzenbaulichen Auswirkungen dieser Maßnahmen (z.B. von Randstreifen ausgehende Verunkrautung/Verungrasung bzw. Besiedlung von Ackerflächen durch Mäuse, Schnecken usw.), Ertragseinbußen infolge der Verluste an Ackerflächen, Fragen der Besitzverhältnisse (Flächenbesitzer muss der evtl. mit geringeren Pachteinnahmen verbundenen Umwandlung von Acker in Grünland bzw. der Nutzungsänderung zustimmen) abzuwägen bzw. abzuklären.

Die Klärung der Frage, inwieweit in Ergänzung zur konservierenden Bodenbearbeitung eine Hang- bzw. Schlaggliederung oder/und die Begrünung von Hangrinnen einen zusätzlichen Erosionsschutz bewirken, kann am besten mit Modellen geprüft werden. Hierzu steht in Sachsen das Erosionssimulationsmodell EROSION 3D zur Verfügung. Es handelt sich um ein prozessorientiertes, physikalisch begründetes Modell zur Simulation der Erosion durch Wasser einschließlich des Eintrages in z. B. angrenzende Gewässer (Schmidt et al. 1996). Mit Hilfe von EROSION 3D können Erosionssimulationskarten  erstellt und die Wirkung der verschiedenen Erosionsschutzmaßnahmen abgeschätzt sowie weiterer Handlungsbedarf ermittelt werden.

Literatur

Krück, S., Nitzsche, O. und W. Schmidt (2001): Regenwürmer vermindern Erosionsgefahr. Landwirtschaft ohne Pflug, 1/2001, S. 18-21.

KTBL (1998): Bodenbearbeitung und Bodenschutz – Schlussfolgerungen für gute fachliche Praxis. Arbeitspapier 266, 130 S.

Nitzsche, O., Krück, S., Zimmerling, B. und W. Schmidt (2002): Boden- und gewässerschonende Landbewirtschaftung in Flusseinzugsgebieten. Schriftenreihe der Sächsischen Landesanstalt für Landwirtschaft, Heft 11 – 7. Jahrgang, S. 1-22.

Schmidt; J., von Werner, M., Michael, A. und W. Schmidt (1996): EROSION 2D/3D - Ein Computermodell zur Simulation der Bodenerosion durch Wasser: Hrsg.: Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft, Dresden-Pillnitz und Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie, Freiberg/Sachsen.

Sommer, C. (1999): Konservierende Bodenbear­beitung – ein Konzept zur Lösung agrarrelevanter Bodenschutzprobleme. Bodenschutz 1/1999, S. 15-19.

Voß, J., Schwan, A., Heyne, W., Müller, N. (2010): Entwicklung von Umsetzungsstrategien und –planungen für eine natur- und bodenschutzgerechte dauerhafte Begrünung von besonders erosionswirksamen Abflussbahnen. Schriftenreihe des LfULG, 13/2010

Der vorliegende Beitrag ist erschienen in der Broschüre „Archäologie und Landwirtschaft“des DBU unter folgendem Link einsehbar:

http://www.landesarchaeologen.de/fileadmin/Dokumente/Dokumente_Verband/Publikationen/Archaeologie_und_Landwirtschaft.pdf

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