Einfluss der Düngung, Bodenbearbeitung und Fruchtfolge auf das Bodenleben

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1 Einfluss der Düngung, Bodenbearbeitung und Fruchtfolge auf das Bodenleben Johann G. Zaller Institut für Zoologie Universität für Bodenkultur Wien facebook: BOKU Zoologie 1

2 Was können Sie erwarten? 1. Vielfalt und Bedeutung des Bodenlebens 2. Düngung: Kunstdünger vs. organischer Dünger 3. Bodenbearbeitung: konventionell vs. reduziert 4. Fruchtfolgen: eng vs. weit 5. Zusammenfassung (Fokus auf Regenwürmer) 2

3 Bedeutung des Bodenlebens Zahlensalat zum Bodenleben Bodenleben = Edaphon (ohne Wurzeln; Raoul Francé ) Biomasse im Boden: kg/ha im Acker, kg/ha im Grünland Boden enthält ca. 25% aller weltweit bekannten Arten 8900 km/ha Regenwurmgänge 60 t/ha jährliche Regenwurmhäufchenproduktion 1-2 t/ha Bakterienbiomasse: 5000 km/ha Wurzellänge im Grünland Mrd t Kohlenstoff Boden enthält weltweit ca. 3

4 Bedeutung des Bodenlebens Wieviel Biomasse lebt im Boden? Ackerboden (Mitteleuropa): ca. 0.5 g Biomasse (= ca. 5 t/ha) 100 Schafe/ha (übliche Besatzdichte ca. 20 Schafe/ha) Handvoll Boden: ca. 200 g Grünland ca. 20x mehr Biomasse als im Ackerland (ca. 10 g = 100 t/ha) 2000 Schafe/ha 4

5 Bedeutung des Bodenlebens Verteilung des Bodenlebens Organismengruppen Anteile an der Bodenfauna 0,2-2 mm 0,002-0,2 mm 2-20 mm 5

6 Bedeutung des Bodenlebens Wie gut ist Bodenleben bekannt? Gruppe Organismus Beschriebene Arten Entspricht % vermuteter Arten Pflanzen Gefäßpflanzen % Makrofauna Regenwürmer % Mesofauna Milben % Springschwänz e % Mikrofauna Protozoen ,5% Mikroorganisme n Nematoden ,3% Bakterien % Pilze % Meeresorg. alle Meeresorg % Wall et al. 2001; De Deyn & van der Putten (2005), Trends in Ecology and Evolution 6

7 Bedeutung des Bodenlebens Die wichtigsten Bodentiere Häufig eit der wich gsten Boden-Invertebratengruppen 100,000,000 10,000,000 MIKRO- 0,002 0,2 mm MESO- 0,2 2 mm MAKROFAUNA 2 20 mm MEGA mm 1,000, ,000 Anzahl Tiere pro m 2 10,000 1, ,000,000 70,000 50,000 30, Fadenwürmer Milben Springschwänze Enchytraeiden Vielfüßer Übrige Insekten Käfer u. -larven Zweiflüglerlarven Schnecken Spinnen k Asseln Regenwürmer 7

8 Bedeutung des Bodenlebens Einfluss der Seehöhe Besatzdichte von Dauergrünlandböden mit zunehmender Seehöhe, Angaben für die ersten 3 cm Bodenschicht, pro Quadratmeter. Tiergruppe Mähwiese bei Admont (640 m) Magerwiese (Nardetum) bei Admont (1160 m) Grasheide (Elynetum) am Wasserradkopf (2500 m) Nematoden Rotatorien Tardigraden Enchytraeiden Regenwürmer Schnecken Tausendfüßler Milben Ameisen Käfer Käferlarven Fliegenlarven Summe nach Franz 1950

9 Bedeutung des Bodenlebens Wo findet Bodenleben statt? 1. Asseln 2. Ameisen 3. Springschwänze 4. Regenwürmer (Streuschicht) 5. Spinne 6. Maikäferlarven 7. Pseudoskorpion 8. Regenwurm, tiefgrabend 9. Nacktschnecke 10.Tausendfüßer 11.Feldgrille 12.Ameisenlöwe (Larve) 13.Milben 14.Ohrwurm 15.Maulwurf 9 ec.europa.eu/environment/soil

10 Düngung und Bodenleben tsstoffe.2.7). tzliche n nach isierten ng von 9 über 6). Aufzelnen sich im ummen lluskizi- Wirtschaftsjahr 2011/12 im Vergleich zum Vorjahr um 13,3% gefallen, vor allem bei den Stickstoffdüngern gab es den stärksten Rückgang (-16,3%). Futtermittel Die gewerbliche und industrielle Mischfutterproduktion betrug im Jahr 2012 in Österreich rund Mio t (+1,5% gegenüber 2011). Von der Gesamterzeugung Düngung Zweck: Steigerung und Sicherung landwirtschaftlicher Erträge Verbesserung der Qualität des Erntegutes entfallen 65,2% auf Fertigfutter für Rinder, Schweine und Geflügel, 20,71% auf diverse Eiweiß- und Mineralstofffutter, 5,9% auf Heimtierfutter für Hunde, Katzen und sonstige Heimtiere sowie 8,2% auf sonstige Futtermittel (Pferde, Fische, Milchaustauscher, Wild u. a.). Synthetischer Dünger Wirtschaftsdünger eralöle, rafinöle u. nstiges pferhältige rkstoffe, hwefel ektizide rbizide Düngemittelabsatz in Tonnen Reinnährstof fen / 08 08/ 09 09/ 10 Quelle: AMA / '11/'12 Kali (K 2 O) Phosphor (P 2 O 5 ) Stickstoff (N) Festmist: 63% der landw. Betriebe bringen Festmist aus (Salzburg 83%, Tirol 81%, Wien 10%, Burgenland 25%). Gülle: 38% der landw. Betriebe setzen Gülle ein (Salzburg 51%, Vorarlberg 59%, Oberösterreich 59%). In ca. 70% der Betriebe wurde Festmist oder Gülle nicht innerhalb von 4 Stunden eingearbeitet. Grüner Bericht Agrarstrukturerhebung Statistik Austria 2013

11 Düngung und Bodenleben Mögliche Effekte von Düngung auf das Bodenleben Stimulierung des Bodenlebens durch größeres Nährstoffangebot Verringerung des Humusgehaltes bei reiner Nährstoffdüngung (C:N Verhältnis) Bodenversauerung (ph-wert Senkung) Direkte Verätzungen von Bodentieren (Ammoniak etc.) 11

12 Düngung und Bodenleben Düngung & Regenwürmer Reg enw urmbi oma sse (g/m 2 ) Reg enw urmd ichte (ind./m 2 ) Ungedüngte Kontrolle Synthetischer N-Dünger Rindergülle Ungedüngte Kontrolle Synthetischer N-Dünger Rindergülle Herbst 1995 Herbst Schmidt et al. 2003, Appl Soil Ecol

13 Düngung und Bodenleben Vergleich untersch. Mistdüngung Mist: 19 t/ha Kein Mist: 15 t/ha erhöhte Regenwurmaktivität durch Mistdüngung Zusammensetzung des Mistes kann Regenwurmgemeinschaften verändern 13 Zaller & Köpke 2004 Biol Fertil Soils

14 Düngung und Bodenleben Stickstoffvorrat im Boden Anteil (%) 90 5,0 3,5 0,8 0,4 0,3 0,01 der Großteil der Nährstoffe befinden sich im Humus (organische Substanz) 14 LUVA NRW 2007

15 Düngung und Bodenleben Anteil des ursprünglichen % of the initial 15 Düngers N input (%) Düngewirkung hält sehr lange an 100 Total 75 Pflanzen Plants SOM Organ. Substanz NO 3 - leaching Nitratauswaschung selbst 30 Jahre nach der Düngung waren noch 12-15% des Düngers im Humus enthalten 8-12% des Düngers wurde ins Grundwasser ausgewaschen Vermutung, dass Düngewirkung noch weitere 50 Jahre andauert 15 Sebilo et al. 2013, PNAS

16 Bodenbearbeitung Zweck: Saatbeetbereitung Verbesserung der Nährstoffausnutzung Verbesserung der Bodenstruktur Unterdrückung von Krankheiten, Schädlingen und Unkräutern Herkömmliche Bodenbearbeitung mit Scharpflug und Anbaukombination 2010 Konservierende Bodenbearbeitung (pfluglos) mit Grubber und Egge Agrarstrukturerhebung Statistik Austria 2013

17 Bodenbearbeitung und Bodenleben Mögliche Effekte der Bodenbearbeitung auf das Bodenleben Stimulierung des Bodenlebens durch Sauerstoffzufuhr/Einarbeitung von Ernteresten Verringerung des Humusgehaltes durch Stimulierung von Mineralisierungsprozessen Mechanische Beschädigung von Bodentieren 17

18 Bodenbearbeitung und Bodenleben [Ind. m -2 ]; [g m -2 ] Bodenbearbeitung & Regenwürmer C. van Capelle et al. / European Journal of Soil Biology 50 (2012) 165e Regenwürmer pro m Abundanz (Anz./m 2 ) Abundance Biomass Biomasse (g/m 2 ) ANOVA Abundance F p Biomass F p tillage < < texture crop tillage x texture tillage x crop [Sn] n = 219 n = 163 n = 219 n = 168 n = 29 n = 29 Pflug Reduzierte Bodenbearb. Keine Bodenbearb [H ] CVT CST NT Zusammenfassung von 74 Publikationen Je intensiver die Bodenbearbeitung, desto größer die Auswirkungen auf Regenwürmer Fig.1. Arithmetic means and standard errors of abundance [Ind.m 2 ], biomass [gm 2 ] and species number [Sn] of earthworms as well as species diversity (Shannon Wiener Index [H 0 ]) under conventional (CVT), conservation (CST) and no-tillage (NT); analysis of variance (ANOVA) on tillage, texture, crop and interaction effects with F- (variation of the group averages) and p-values (significance level). 18 van Capelle et al. 2012, Eur J Soil Biol

19 Bodenbearbeitung und Bodenleben [Ind. m -2 ] Bodenbearb., Bodenstruktur & Regenwürmer (sources of data: Supplementary appendix A 24, 50, vidual densities of epigeic earthworms, by contras significantly differ depending on tillage system. Th evaluation of datasets, thereby, confirms previous fi anecic species [25,52,69,94], but contradictsthe assum endogeic species generally benefit most under CVT due organic matter [89,94]. Anz. Regenwürmer pro m CVT Pflug CST Reduzierte Bodenbearb. NT Keine Bodenbearb. a a a a b c ANOVA tillage < texture tillage x texture n = 65 n = 66 n = 8 n = 67 n = 66 n = 4 n = 59 n = 60 n = 13 n = 3 n = 3 a b c F a a n.d. p Sand Sandig Silt Schluffig Soil texture Loam Lehmig Clay Tonig Data sources: Supplementary appendix A 6, 7, 9, 10, 12, 14, 17, 18, 20, 23, 24, 25, 26, 31, 32, 34, 36, 37, 38, 41, 42, 43, 44, 45, 47, 48, 49, 50, 52, 55, 56, 59, 61, 62, 64, 67, 68, 69, 71, 73, Bodenbearbeitung hat unterschiedliche Wirkung bei unterschiedlichen Böden 2. Arithmetic meansand standard errorsof earthworm abundance [Ind.m 2 ] under CVT, CSTand NTdepending on soil texture; analysisof variance (ANOVA) on t interaction effects with F- (variation of the group averages) and p-values (significance level); different letters within one class of soil texture indicate statistica rence in means (Tukey HSD test; p < 0.05); n.d. ¼no data available; for abbreviations see Fig van Capelle et al. 2012, Eur J Soil Biol

20 Bodenbearbeitung und Bodenleben Regenwurmbiomasse (g/m 2 ) Regenwurmdichte (ind./m 2 ) Auswirkungen auf Bodentiere Pflug, Weizen Direktsaat Weizen Direktsaat Weizen inkl. Weissklee-Untersaat Pflug, Weizen Direktsaat Weizen Direktsaat Weizen inkl. Weissklee-Untersaat Herbst 1995 Frühling 1996 Herbst Schmidt et al. 2003, Appl Soil Ecol

21 Bodenbearbeitung und Bodenleben Auswirkungen auf Bodentiere Je intensiver der Boden bewirtschaftet wird, desto höher sind die Verluste. Bodenbewirtschaftung im Frühjahr und Herbst führt zu höheren Verlusten, weil dann die Aktivität am höchsten ist bodenfruchtbarkeit.pdf

22 Bodenbearbeitung und Bodenleben Bodenkohlenstoffgehalt (kg/m 2 ) Bodenbearbeitung & Humusabbau Nutzungsänderung von natürlicher Vegetation auf Landwirtschaft Historische Bewirtschaftung Konventionelle Bodenbearbeitung Red. Bodenbearb. 22 Matson et al. 1997, Science

23 Bodenbearbeitung und Bodenleben Humusgehalte in Österreich Humus = Gesamtheit der toten organischen Substanz 23 gis.lebensministerium.at; BMLFUW, BFW

24 Fruchtfolgen und Bodenleben Betriebein% Fruchtfolgen rg 100,0 67,4 10,8 7,1 4,2 10,6 Steiermark 100,0 13,7 10,6 10,2 22,6 Tirol 100,0 16,4 12,0 8,6 23,7 Vorarlberg 100,0 16,1 17,4 14,3 22,8 Wien 100,0 58,5 8,5 6,2 5,1 21,8 Zweck: Verbesserung der Nährstoffausnutzung Österreich Verbesserung der Bodenstruktur Ertragssteigerung Unterdrückung von Krankheiten, Schädlingen und Unkräutern Anteil der Flächemit Monokulturanbauan der Ackerlandfläche 75-10% 50-74% 25-49% 1-24% 0% Bgl. Ktn NÖ. OÖ. Sbg Stm. Tirol Vbg Wien Monokultur = Anbau derselben Frucht in 3 aufeinanderfolgenden Jahren (gilt nur für einjährige Kulturen) 24

25 Bodenbearbeitung und Bodenleben Mögliche Effekte der Fruchtfolgen auf das Bodenleben Stimulierung des Bodenlebens durch Durchwurzelung und Bodenlockerung Verringerung des Bodenlebens durch negative Effekte von Zwischenfrüchten (Senf?) Negative Effekte, wenn enge Fruchtfolge mit hoher Pestizidbehandlung einher geht 25

26 Fruchtfolgen und Bodenleben Regenwürmer - Grünland, Acker Anzahl Regenwürmer pro m 2 Fig. 1 Number of earthworms (n m S2 ) in permanent Versuchsdauer 36 Jahre grassland (PG), temporary grassland (TG), temporary arable land (TA) and permanent arable land (PA): mean values WS.E. are show n. Dauergrünland Kunstwiese Acker mit Gründüng. Acker ohne Gründüng. 26 van Eekeren et al. 2008, Appl Soil Ecol wer (Ta of b to a her the in t rela sho me sign the tha ext

27 Fruchtfolgen und Bodenleben Anteil vom Dauergrünland (%) Anteil vom Dauergrünland (%) Intensivierung und Extensivierung ruary 2010 SOIL BIOTA IN AGROECOSYSTEMS 465 Regenwürmer Neuer Acker nach Grünland Neuer Acker nach Grünland Langzeitackerland Dauergrünland Langzeitackerland Dauergrünland Intensivierung betrifft große Bodenorganismen (Regenwürmer, Enchytraeiden, Mikroarthropoden, Fadenwürmer) stärker als kleine (Protozoen, Bakterien, Pilze) arableland on former gr 27 Postma-Blaauw et al. 2010, Ecology

28 Bedeutung des Bodenlebens Intensive Nutzung Bodenerosion Klimawandel Invasive Arten Humusabnahme Habitatzerstörung Bodenversiegelung Bodenverschmutzung Landnutzungsänderung Bodenverdichtung Habitatfragmentierung GMO- Verschmutzung Potentielle Bedrohung (Gewichtung %) Wodurch ist Bodenleben bedroht? Beteiligung der Landwirtschaft Antworten einer Expertenbefragung er te of oil e d ils h to as ed. the Figure 4: The relative importance of soil biodiversity threats Jeffery et al on the basis of expert 28 judgment (Jeffery et al.,

29 Weshalb muss das Bodenleben bewahrt werden, wenn technisch ohnehin alles machbar ist? 29

30 Bedeutung des Bodenlebens Dienstleistungen der Bodenorganismen 30

31 Bedeutung des Bodenlebens W as ist ein Regenwurm wert? Regenwürmer durchlüft en den Boden und sorgen für W asserdurchlässigkeit. Vorgangsweisen zur Wertermittlung: Preis von Endprodukten (Nahrungsmittel, Fasern, Rohstoffe) ermitteln, an deren Herstellung Bodenorganismen beteiligt sind. Personen werden zu ihrer Bereitschaft befragt, für die Dienstleistungen zu zahlen. Ermittlung der Kosten für ein Alternativprodukt, das dieselben Funktionen übernimmt. Ergebnis: globaler wirtschaftlicher W ert der Bodenbiodiversit ät ca. 1,5 Bill. U S- $/ Jahr. Für Irland wurde der Wert der Bodenfrucht barkeit und des Nährstoffkreislaufs auf 1 Milliarde EU R/ Jahr veranschlagt. Für Frankreich wird die in Grünlandböden gespeichert e Menge an CO2 mit 320,- EU R pro H ektar/ Jahr bewertet. 31

32 Zusammenfassung Bodenleben bereitet Nährstoffe auf ( -> Düngung) verbessert Bodenstruktur (-> Bodenbearbeitung) unterdrückt Krankheiten/Schädlinge (-> Fruchtfolge) Diese Ökosystemdienstleistungen unterstützen die Landwirtschaft und sind von unschätzbarem Wert. Die Natur hat dafür bisher noch keine Rechnung gestellt! Landbewirtschaftung muss diese ökologischen Zusammenhänge beachten um nachhaltig zu sein. 32

33 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! 33