Böden sind das - mit Wasser, Luft und Lebewesen durchsetzte, - unter dem Einfluss der Umweltfaktoren an der Erdoberfläche entstandene, - im Ablauf

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1 Bedeutung des Klimawandels für Böden und ihren Humushaushalt Gerhard Welp Universität Bonn, Institut für Nutzpflanzenwissenschaften & Ressourcenschutz (INRES) Bereich Bodenwissenschaften

2 Bedeutung des Klimawandels für Böden und ihren Humushaushalt Klimawandel Klima Boden Boden Klima Klimawandel Humus

3 Bedeutung des Klimawandels für Böden und ihren Humushaushalt Klimawandel Klima Boden Boden Klima Klimawandel Humus

4 Bedeutung des Klimawandels für Böden und ihren Humushaushalt Boden Klimawandel Klima Boden Boden Klima Klimawandel Humus

5 Böden sind das Wie definiere ich Boden? - mit Wasser, Luft und Lebewesen durchsetzte, - unter dem Einfluss der Umweltfaktoren an der Erdoberfläche entstandene, - im Ablauf der Zeit sich entwickelnde - Umwandlungsprodukt mineralischer und organischer Substanzen, - das in der Lage ist, höheren Pflanzen als Standort zu dienen; - als Raum-Zeit-Struktur ist Boden ein vierdimensionales System (D. Schroeder, 1983)

6 Böden sind das Wie definiere ich Boden? - mit Wasser, Luft und Lebewesen durchsetzte, - unter dem Einfluss der Umweltfaktoren an der Erdoberfläche entstandene, - im Ablauf der Zeit sich entwickelnde - Umwandlungsprodukt mineralischer und organischer Substanzen, - das in der Lage ist, höheren Pflanzen als Standort zu dienen; - als Raum-Zeit-Struktur ist Boden ein vierdimensionales System (D. Schroeder, 1983)

7 Boden Boden Warum ist das so?

8 Klima Vegetation Mensch Boden Zeit Gestein Relief

9 Klimawandel Jahresmittel der minimalen (Tmin), mittleren (Tmean) und maximalen (Tmax) Tagestemperaturen in Nordrhein-Westfalen im Zeitraum Zusätzlich sind die dekadisch gleitenden Mittel gezeigt sowie lineare Trends der Mitteltemperatur. (Quelle: LANUV 2010, Datengrundlage: DWD) Vorhersagen: 1,6 3,1 C wärmer bis 2100 (MUNLV-NRW, 2009)

10 Klimawandel Beispiel Niedersachsen: Veränderung der Niederschläge vs (Kreienkamp, 2006) Änderung Sickerwasserrate

11 Klimawandel Boden Alle bodenbildenden Prozesse sind temperatur- und feuchteabhängig! Deshalb wird prognostiziert: Trockenstress im Sommer (Ertragsunsicherheit ) (MKUNLV-NRW, 2011)

12 Klimawandel Boden Alle bodenbildenden Prozesse sind temperatur- und feuchteabhängig! Deshalb wird prognostiziert: Trockenstress im Sommer (Ertragsunsicherheit ) Wasserstress im Winter (Nitratverlagerung, Oberflächenabfluss )

13 Klimawandel Boden Alle bodenbildenden Prozesse sind temperatur- und feuchteabhängig! Deshalb wird prognostiziert: Trockenstress im Sommer (Ertragsunsicherheit ) Wasserstress im Winter (Nitratverlagerung, Oberflächenabfluss ) Winderosion im Sommer Wassererosion im Winter

14 Klimawandel Boden Alle bodenbildenden Prozesse sind temperatur- und feuchteabhängig! Deshalb wird prognostiziert: Trockenstress im Sommer (Ertragsunsicherheit ) Wasserstress im Winter (Nitratverlagerung, Oberflächenabfluss ) Winderosion im Sommer Wassererosion im Winter Bodenschadverdichtungen im Winter

15 Klimawandel Boden Alle bodenbildenden Prozesse sind temperatur- und feuchteabhängig! Deshalb wird prognostiziert: Trockenstress im Sommer (Ertragsunsicherheit ) Wasserstress im Winter (Nitratverlagerung, Oberflächenabfluss ) Winderosion im Sommer Wassererosion im Winter Bodenschadverdichtungen im Winter Verringerte Abbauleistung von Schadstoffen Verminderte Nährstoffverfügbarkeit

16 Klimawandel Boden Alle bodenbildenden Prozesse sind temperatur- und feuchteabhängig! Deshalb wird prognostiziert: Trockenstress im Sommer (Ertragsunsicherheit ) Wasserstress im Winter (Nitratverlagerung, Oberflächenabfluss ) Winderosion im Sommer Wassererosion im Winter Bodenschadverdichtungen im Winter Verringerte Abbauleistung von Schadstoffen Verminderte Nährstoffverfügbarkeit Trockene Böden im Sommer Hitzestress

17 Klimawandel Boden Winderosionsgefährdung in Niedersachsen (Engel & Müller, 2009) Wassererosionsgefährdung in Niedersachsen (Engel & Müller, 2009)

18 Klimawandel Boden Boden Boden Böden reagieren unterschiedlich auf Stress (Wendland et al., 2007)

19 Boden Klimawandel Bodenzustand und Landnutzung beeinflussen Albedo (Scheffer/Schachtschabel, 2010)

20 Boden Klimawandel Bodenzustand und Landnutzung beeinflussen Albedo Böden sind Quelle und Senke für klimarelevante Spurengase (Dittert & Mühling, 2009) (Bareth, 2000)

21 Klimawandel Humus Rahmenbedingungen

22 Klimawandel Humus Veränderung der Corg-Gehalte von Böden in England und Wales, (Bellamy et. al., Nature, 2005)

23 Klimawandel Humus Entwicklung der Humusgehalte in Ackerböden von NRW der Ackerrkume (%) C org -Gehalt in d NRW (Preger et al., 2006)

24 Klimawandel Humus DDV Dikopshof, C-Vorräte t4: +StM, +MD t3: +StM, -MD t2: -Stm, +MD t1: -StM,-MD Kraus, Welp, Herbst, Pätzold, 2010

25 Klimawandel Humus DDV Dikopshof, C-Vorräte bis 2030 t4: +StM, +MD t3: +StM, -MD t2: -Stm, +MD t1: -StM,-MD Kraus, Welp, Herbst, Pätzold, 2010

26 Klimawandel Humus Prognosen sind unsicher: Rückkopplungen Rückkopplungen (antagonistisch, additiv, synergistisch) Beispiel: Hitzewelle 2003 in Mitteleuropa Trockenheit ab Februar Böden trocknen aus Ab August Hitzewelle Hitze verstärkt Verdunstung sinkt Kein Abkühlungseffekt Austrocknung verstärkt t

27 Klimawandel Humus Prognosen sind unsicher: Rückkopplungen Nicht-lineare Systeme/Prozesse Rückkopplungen (antagonistisch, additiv, synergistisch) Q10-Werte für Bodenatmung in Abh. von der Temperatur (Kirschbaum, 1995)

28 Klimawandel Humus Prognosen sind unsicher: Rückkopplungen nicht-lineare Systeme Humus: was ist das? Rückkopplungen (antagonistisch, additiv, synergistisch) Abbauzeiten (Jahre) von Streu in Waldböden in Abh. von der Temperatur (Giardina & Ryan, Nature, 2010)

29 Klimawandel Humus Gegenmaßnahmen hier: was kann der Landwirt tun? Gegen den Klimawandel allgemein: Fruchtfolge, trockenresistente Sorten Bewässerung Gezielter düngen (N) Konservierende Bodenbearbeitung Brache vermeiden Regelmäßige Kalkung

30 Klimawandel Humus Gegenmaßnahmen zum Humusverlust Potentiale der C-Bindung Maßnahme C-Bindung Erläuterungen t * ha -1 * a -1 Umwandlung von Ackerland in Grünland, > 1,0 dauerhafte Bodenbedeckung und Zufuhr organischer Substanz, begrünte Dauerbrache fehlende Bodenbearbeitung Anbau mehrjähriger Leguminosen und deren Gemenge mit Gräsern > 0,5 abhängig vom Ertrag, der Nutzungsdauer und Bestandszusammensetzung Düngung mit Stalldung und Komposten > 0,5 abhängig von der Menge und der Qualität der organischen Substanz Reduzierte Bodenbearbeitung(pfluglos, 0,1-0,25 abhängig vom Standort (Boden, Klima), der Fruchtfolge und Düngung Direktsaat) Brachezeiten vermeiden 0-0,2 (Hülsbergen, 2009; verändert)

31 Klimawandel Humus Gegenmaßnahmen zum Humusverlust Potentiale der C-Bindung Maßnahme C-Bindung Erläuterungen t * ha -1 * a -1 Umwandlung von Ackerland in Grünland, > 1,0 dauerhafte Bodenbedeckung und Zufuhr organischer Substanz, begrünte Dauerbrache fehlende Bodenbearbeitung Anbau mehrjähriger > 0,5 abhängig vom Ertrag, der Leguminosen und deren Nutzungsdauer und Gemenge mit Gräsern Bestandszusammensetzung Düngung mit Stalldung > 0,5 abhängig von der Menge und der und Komposten Qualität der organischen Substanz Reduzierte Bodenbearbeitung(pfluglos, 0,1-0,25 abhängig vom Standort (Boden, Klima), der Fruchtfolge und Düngung Direktsaat) Brachezeiten vermeiden 0-0,2 (Hülsbergen, 2009; verändert)

32 Klimawandel Humus 800 kg/ha N Düngungsversuch Essen-Kettwig Zuckerrüben - Winterweizen - Wintergerste Mineraldüngeräquivalente im Mittel über 2 Rotationen ( ) Prozent 80 % % 70 % % 60 % % % 40 % 30 % % % 10 % 0 Kompost 3 J Herbst HTK Jährlich Herbst HTK Jährlich Frühjahr HTK 3 J Frühjahr gedüngter N wirksamer N MDÄ 15 % 39 % 71 % 64 % 0 % Günter Jacobs, LWK NRW, Referat Landbau

33 Die Art, wie wir mit unseren Böden umgehen, ist ein Teil des Klimaproblems, aber auch seiner Lösung.

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37 Klimawandel Boden Zunahme des Bodenabtrags in Bayern 2050 vs. 2000

38 Corg-Heterogenität 3

39 Challenges for Crop Production Wheat yields in Germany[t/ha] 2010 High variability of yields with no further yield increases over the last decade? Similar situation in most countries world wide 39

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46 Z/A 1 <1 1 >1 1 Natürliche Vegetation Beginn Ackerbau Nutzungs- Änderung Gleichgewicht Gleichgewicht Humusabbau Humusaufbau Gleichgewicht Humus A B C Zeit Z: Zufuhr organischer Substanz A: Abbau organischer Substanz Quelle: nach Johnson et al. 1995, geändert

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