Wasserschonende und erosionsmindernde Bodenbearbeitung in Sachsen

Transkript

1 Wasserschonende und erosionsmindernde Bodenbearbeitung in Sachsen 7. REKLIM-Konferenz Klimawandel in Regionen Klimawandel und Anpassung in Mitteldeutschland UFZ Leipzig

2 Gliederung Klimaprojektion für Sachsen Böden Grundlage für Pflanzenwachstum Wasserschonende und erosionsmindernde Maßnahmen im Ackerbau Schlussfolgerungen September 2017 Dr. Walter Schmidt

3 Klimaprojektion für Sachsen Ungleiche Niederschlagsverteilung im Jahresverlauf mit Zunahme von Trockenperioden (z.b. Vorsommertrockenheit) Verstärktes Auftreten zunehmend intensiverer Starkregenereignisse September 2017 Dr. Walter Schmidt

4 Folgen von Starkregenereignissen Unproduktiver Wasserverlust durch Oberflächenabfluss September 2017 Dr. Walter Schmidt Erosionsschäden: Bodenumverteilung/-verlust auf Ackerflächen

5 Böden Grundlage für das Pflanzenwachstum - Böden speichern Wasser - Böden speichern und liefern Nährstoffe Bild LfL Bayern - Böden dienen der Verankerung von Pflanzen September 2017 Dr. Walter Schmidt

6 Grundvoraussetzung für die landwirtschaftliche/ackerbauliche Nutzung von Flächen: -> umfassende Speicherung von Niederschlägen in Böden für Pflanzenwachstum und Ertragsbildung -> Erfordernis hierfür -> Erhalt des Boden als Wasserspeicher durch Verhinderung der Bodenerosion -> Optimierung der Wasserinfiltration September 2017 Dr. Walter Schmidt

7 Wasserspeichervermögen von Ackerböden 1 m³ Ackerboden im Sächsischen Lößhügelland: ca. 420 Liter Wasser. Lößboden > 200 cm mächtig 1 m³ Ackerboden im Erzgebirge: ca Liter Wasser 1 m³ Ackerboden in Nordsachsen (sandige Böden): ca Liter Wasser September 2017 Dr. Walter Schmidt

8 Wasserbedarf Beispiel Weizenproduktion (Ehlers 1996) Wasserbedarf zur Erzeugung von 15 t TM Weizen/ha (~ 7,5 t Korn und 7,5 t Stroh) -> mm Niederschlag Wasserangebot -> Niederschläge in Lüttewitz (Sächsisches Lößhügelland): 2003: 410 mm Wasserüberschuss bei 2004: 645 mm 7,5 t Weizenproduktion: 2005: 598 mm ~ 200 mm Niederschlag/a 2006: 563 mm 2007: 762 mm -> Mittelwert: 596 mm, zehnjähriges Mittel: 621 mm 8 -> Problem: ungleiche Niederschlagsverteilung im Jahresverlauf (-> z.b. Vorsommertrockenheit) 14. September 2017 Dr. Walter Schmidt

9 Ziel: Absicherung des Ackerbaus gegen geringe sowie im Jahresverlauf ungleich verteilte Niederschläge durch Verstetigung des Wasserhaushaltes Maßnahmen: Verbesserung der Wasserinfiltration Verminderung von unproduktiven Wasserverlusten (-> Oberflächenabfluss) Verbesserung der Wasserausnutzung September 2017 Dr. Walter Schmidt

10 Bodenerosion in Sachsen September 2017 Dr. Walter Schmidt

11 September 2017 Dr. Walter Schmidt Bodenerosion in Sachsen Rund 60 % der Ackerflächen (~ 450 Tsd. ha) sind potenziell durch Wassererosion gefährdet. Rund 20 % der Ackerflächen (~ 150 Tsd. ha) sind potenziell durch Winderosion gefährdet. Handlungsbedarf Vorsorgemaßnahmen gegen Erosion zum nachhaltigen Schutz von Böden

12 On-Site-Schäden Wassererosion -> i. d. R. irreversibler Bodenverlust! September 2017 Dr. Walter Schmidt

13 Ertragsfähigkeitsverlust infolge Bodenabtrag durch Wassererosion -> durch geringeres Wasserspeichervermögen des Bodens (Methau, Sächsisches Lösshügelland) Löss 20 cm Löss 200 cm Kuppe Hangfuß September 2017 Dr. Walter Schmidt

14 Ertragsfähigkeitsverlust infolge Bodenabtrag durch Wassererosion -> durch geringeres Wasserspeichervermögen des Bodens (Methau, Sächsisches Lösshügelland) Löss 20 cm Ertragsunterschiede in Trockenjahren (z. B. 2003) -> bis 80 % zwischen Kuppe und Hangfuß Löss 200 cm Kuppe Hangfuß September 2017 Dr. Walter Schmidt

15 Folgen von Bodenerosion -> Verlust an Wasserspeichervermögen -> Ertragverluste September 2017 Dr. Walter Schmidt

16 Handlungsbedarf in der Landwirtschaft Vorsorge gegen bodenzerstörende Bodenerosion durch Wasser und Wind (-> Verlust Wasserspeichervermögen!) Effiziente Nutzung von Niederschlägen und von Bodenwasser (= effizientes Wassermanagement) September 2017 Dr. Walter Schmidt

17 hoch gering gering hoch hoch gering Art der Bearbeitung bestimmt Erosions- und Infiltrationsausmaß wendend nichtwendend Direktsaat Eingriffsintensität und Bearbeitungstiefe Bedeckung mit Pflanzenresten Wasserinfiltration Wasser-/Winderosion September 2017 Dr. Walter Schmidt

18 Wendende Bearbeitung mit dem Pflug -> hohe Eingriffsintensität in den Boden -> keine Bedeckung des Bodens mit Pflanzenresten -> infiltrationshemmende & erosionsfördernde Verschlämmung! Bild LfL Bayern September 2017 Dr. Walter Schmidt

19 Wendende Bearbeitung mit dem Pflug -> hohe Eingriffsintensität in den Boden -> keine Bedeckung des Bodens mit Pflanzenresten -> infiltrationshemmende & erosionsfördernde Verschlämmung! September 2017 Dr. Walter Schmidt Bild LfL Bayern

20 Schutz vor Wassererosion und effizientes Wassermanagement auf Ackerflächen Dauerhaft nichtwendende Bodenbearbeitung und Direktsaat September 2017 Dr. Walter Schmidt

21 Vergleich verschiedener Parameter nach wendender und achtjährig nichtwendender Bodenbearbeitung bzw. Direktsaat (nach Nitzsche et al. 2002/LfULG) Pflug Nichtwendend Direktsaat Mulchbedeckung [%] Humus* [%] 2,0 2,2 2,5 Mikrobielle Biomasse [ g C mic / g TS Boden]* Aggregatstabilität [%]** Regenwürmer [Anzahl m -2 ] davon Tiefgräber (L. terrestris] Makroporen [Zahl m -2 ] September 2017 Dr. Walter Schmidt * Bodenschicht 0 5 cm ** Kalkung!

22 Wirkungen von Regenwürmern.sie erzeugen stabile.sie erzeugen viele Bodenkrümel große Poren Verbesserung der Wasserversickerung September 2017 Dr. Walter Schmidt

23 Effekte der nichtwendenden Bodenbearbeitung/Direktsaat Regenwurmgang September 2017 Dr. Walter Schmidt

24 Effekte der nichtwendenden Bodenbearbeitung/Direktsaat Schutz der Bodenoberfläche durch Pflanzenreste Stabile, wenig verschlämmende Bodenstruktur durch höhere Krümelstabilität* (z. B. durch Regenwurmaktivität) Mehr Grobporen durch mehr Regenwürmer Schutz der Grobporen durch Pflugverzicht Erosionsmindernder/-verhindernder und infiltrationsfördernder Bodenstrukturzustand Regenwurmgang -> Voraussetzung: dauerhafter Pflugverzicht! September 2017 Dr. Walter Schmidt * zusätzlich gefördert durch Kalkung!

25 Folgewirkungen hoher biologischer Aktivität in der Ackerkrume hohe Aggregatstabilität geringe Verschlämmung Hohe Infiltration <-> verminderte Wassererosion Voraussetzung: Belassen von Mulchmaterial an der Bodenoberfläche September 2017 Dr. Walter Schmidt

26 Beregnungsversuche - Versuchsaufbau September 2017 Dr. Walter Schmidt

27 Wasserinfiltration und Bodenabtrag auf gepflügter und dauerhaft nichtwendend bzw. konservierend bearbeiteter Ackerfläche (Sächsisches Lößhügelland, Regensimulationsversuch, Niederschlag: 38 mm in 20 Minuten): Infiltrationsraten Pflug: 55 % pfluglos: 93 % Bodenabtrag Pflug: 246 g/m² pfluglos: 36 g/m² September 2017 Dr. Walter Schmidt

28 Wasserinfiltration und Bodenabtrag bei Streifenbearbeitung und Direktsaat Streifenbearbeitung Direktsaat -> Infiltration: ~ 100 %* -> Bodenabtrag:~ 3 g Boden/m² * * Beregnungsversuche mit 38 mm / 20 min, 3 Messwiederholungen) September 2017 Dr. Walter Schmidt

29 Effiziente Wassernutzung auf Ackerflächen durch nichtwendende Bearbeitung: Geringerer unproduktiver Wasserverlust (=>Erosionsschutz!) Geringere unproduktive Verdunstung durch Mulchauflage Dr. Walter Schmidt

30 Oktober 00 November 00 November 00 Dezember 00 Dezember 00 Januar 01 Januar 01 Januar 01 Februar 01 Februar 01 März 01 März 01 April 01 April 01 Mai 01 Mai 01 Juni 01 Juni 01 Juli 01 Juli 01 Relativer Bodenwassergehalt rel. Bodenwassergehalte unterschiedlich bearbeiteter Böden Lößhügelland; Bodenart Ut4, Bodentiefe 20 cm, Zeitraum 10/2000 bis 07/2001 0,45 0,40 0,35 Pflug 20 cm Pflug Konservierend 20 cm pfluglos Pfluglos -> höherer Wassergehalt 0,30 0,25 0,20 0,15 Pflug 0,10 0,05 0, September 2017 Dr. Walter Schmidt Datum Datum

31 Dauerhaft nichtwendende Bodenbearbeitung und Direktsaat Systemumstellung im Acker- und Pflanzenbau Anpassungsbedarf bei Technik und im Acker- und Pflanzenbau! September 2017 Dr. Walter Schmidt

32 Dauerhaft nichtwendende Bodenbearbeitung und Direktsaat Anpassungsbedarf - Technischer Bereich (Auswahl) Bodenbearbeitungstechnik Mulch- bzw. Direktsaattechnik. Acker-/pflanzenbaulicher Bereich (Auswahl) Strohmanagement Durchwuchs- und Unkraut-/Ungrasmanagement Krankheits- (z. B. Fusarium) und Schädlingsmanagement (z. B. Maiszünsler, Schnecken, Mäuse) Düngungsstrategie und technik September 2017 Dr. Walter Schmidt

33 Reduktion des Herbizid-/PSM-Einsatzes bei dauerhaft konservierender Bodenbearbeitung und Direktsaat -> durch Fruchtfolgegestaltung (Blattfrucht Halmfrucht Blattfrucht Halmfrucht) ergänzt durch September 2017 Dr. Walter Schmidt

34 Reduktion des PSM-Einsatzes bei dauerhaft konservierender Bearbeitung/Direktsaat durch: -> mechanische Unkraut-/Ausfallpflanzenbekämpfung September 2017 Dr. Walter Schmidt

35 Reduktion des PSM-Einsatzes bei dauerhaft konservierender Bearbeitung/Direktsaat durch: September 2017 Dr. Walter Schmidt durch mechanische Unkrautbekämpfung mit Striegel, Hackgeräten usw. (RTK-gesteuert!)

36 Reduktion des PSM-Einsatzes bei dauerhaft konservierender Bearbeitung/Direktsaat durch Anbau unkrautunterdrückender Zwischenfrüchte September 2017 Dr. Walter Schmidt

37 Reduktion des PSM-Einsatzes bei dauerhaft konservierender Bearbeitung und Direktsaat durch -> Aussaat der Folgefrucht ohne Saatbettbereitung bzw. nach Streifenbearbeitung (Ziel -> wenig Bodenbewegung) September 2017 Dr. Walter Schmidt

38 Reduktion des PSM-Einsatzes bei dauerhaft konservierender Bearbeitung/Direktsaat durch: -> Folgefruchtaussaat in gewalzten unkrautfreien Zwischenfruchtbestand September 2017 Dr. Walter Schmidt

39 Bodengefüge schützen! Durch Bodengefügeschutz -> gute Wasserversickerung -> wirksamer Erosionsschutz! Gefügeschonende Maßnahmen (Auswahl): Zwillingsbereifung Bandlaufwerk September 2017 Dr. Walter Schmidt Reifeninnendruckabsenkung

40 Schlussfolgerungen Nichtwendende/konservierende Bodenbearbeitung/Direktsaat verbessert sehr wirksam die Wasserinfiltration auf Ackerflächen. Dies bewirkt die Auffüllung des Wasserspeichers Boden als Grundlage für eine ausreichende Wasserversorgung von Pflanzenbeständen angesichts sinkender und gleichzeitig ungünstig verteilter Niederschläge infolge des Klimawandels. Nichtwendende Bodenbearbeitung/Direktsaat reduziert bzw. verhindert die Bodenerosion durch Wasser und Wind. Dies erhält den Wasserspeicher Boden als Grundvoraussetzung für Pflanzenwachstum. In Kombination mit weiteren wassersparenden Maßnahmen (Fruchtarten- und Sortenwahl, Fruchtfolgegestaltung, Bestandesführung usw.) trägt die nichtwendende Bodenbearbeitung/Direktsaat entscheidend mit bei zur effizienten Wassernutzung im Ackerbau September 2017 Dr. Walter Schmidt

41 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Weitere Informationen: September 2017 Dr. Walter Schmidt