Ecology of soil degradation , Uni Bremen Chris Wolterink

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1 Ecology of soil degradation , Uni Bremen Chris Wolterink Bodendegradation oder Bodenaufbau? Ein Vergleich von biologisch-dynamischem, biologischem und konventionellem Landbau in Bezug auf ihre Auswirkungen auf den Boden

2 Inhalte Verschiedene Formen der Landwirtschaft Mögliche Folgen von Landbau für das Ökosystem Boden Vorstellung eines Langzeitversuches im FiBL (Forschungsinstitut für biologischen Landbau, Frick, Schweiz) Weitere Forschungsergebnisse Empfehlungen der FAO (Food and Agriculture Organisation of the United Nations) für nachhaltigen Landbau Quellen Rege Diskussion (-:

3 Verschiedene Formen der Landwirtschaft Bereiche von Landwirtschaft: Getreidebau, Hackfrüchte, Futterbau, Gemüsebau, Obstbau, Tierhaltung, Aquakultur Anbausysteme: Konventioneller Anbau Integrierter Anbau (gute fachliche Praxis) Biologisch-organischer Anbau Biologisch-dynamischer Anbau

4 Mögliche Folgen von Landwirtschaft auf das Ökosystem Boden Bodenbearbeitung (tillage): Pflügen, grubbern/eggen, hacken, fräsen >>> Häufigkeit, Zeitpunkt Pflanzenschutz: vorbeugend; biologischer Pflanzenschutz (Einsatz von Nützlingen sowie natürlichen Pflanzenschutzmitteln); Einsatz von Pestiziden (Herbizide, Insektizide, Fungizide, Akarizide, Molluskizide, Nematizide, Rodentizide u.a.) Düngung: organisches Material (Mistkompost, Pflanzenkompost, Melasse, Steinmehl, Knochenmehl,...); Mineraldünger, Gründüngung Bodenbedeckung im Winter (gemäßigte Klimazonen), Gründüngung/ Zwischenfruchtanbau, Mulch Agro-Biodiversität: Fruchtfolge, Vielfalt an Kulturen, Beikräuter und Blühstreifen; Monokulturen Eutrophierung (Boden, Wasser)

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6 DOK-Langzeitversuch im FiBL: Soil Fertility an Biodiversity in Organic Farming Langzeitversuch (21 Jahre) zum Vergleich von Anbauweisen bezüglich ihrer Auswirkungen auf die Bodenfruchtbarkeit 4 Ansätze: BIODYN, BIOORG, CONFYM (mineral fertiliser + farmyard manure), CONMIN (only mineral fertiliser) crop rotation, varieties, tillage identical in all systems

7 Ergebnisse des DOK-Versuchs Düngung (nutrient input: N, P, K) 34-51% geringer in Bioanbau, der Ertrag aber nur 20% geringer, d.h. bessere Nutzung der Ressourcen und somit effektivere Produktion Energieeinsatz insgesamt zur Produktion einer Einheit Trockenmasse 20-56% geringer im Bioanbau Biologisch bewirtschaftete Böden weisen eine signifikant höhere biologische Aktivität auf als konventionell bewirtschaftete Böden Unterschiede auch in der Bodenchemie und physikalischen Parametern, aber nicht so groß wie bei der biologischen Aktivität Bodenaggregat-Stabilität 10-60% höher in den Bio- Plots, signifikante positive Korrelation zwischen Aggregatstabilität und mikrobieller Biomasse sowie Regenwurm-Biomasse (r=0,68 bzw. 0,45)

8 ph etwas höher in Bio-Plots Insgesamt sind die Nährstoffe in den Bio-Plots weniger in Bodenlösung als in den konventionellen Böden, daher weniger Auswaschung Mikrobielle Biomasse BIODYN<BIOORG<CONFYM<CONMIN Durch Mykorrhiza besiedelte Wurzellänge 40% höher in den Bio-Plots Biomasse und Abundanz von Regenwürmern 1,3 bis 3,2x höher in den Bio-Plots Epigäische Arthropoden (Prädatoren, empfindliche Indikatoren für Bodenfruchtbarkeit): Dichte fast 2x höher in den Bioplots Diversität von Beikräutern: 9-11 Arten in den Bio-Plots, eine in den konventionellen

9 Starker und signifikanter Anstieg der mikrobiellen Aktivität in der Reihenfolge CONMIN, CONFYM < BIOORG < BIODYN, assoziierte Abnahme des metabolischen Quotienten (qco 2 ): Verhältnis von totaler Respiration zu totaler Biomasse nimmt im Verlauf der Sukzession eines Ökosystems ab (Odum s theory). Ein geringer Quotient zeigt, dass die Biozönose (communities) in der Lage sind, organische Substanz mehr für ihr Wachstum als für ihren Erhalt (maintainence) nutzen können BIODYN-communities setzen mehr tote organische Substanz um als die in den konventionellen Plots Soil microbial functional diversity und Metabolischer Quotient: höhere Diversität in Bio-Plots korreliert mit geringerem Quotienten, zeigt größere Energie-Effizienz (Ressourcennutzung) der diverseren mikrobiellen community fig.2, p 1696

10 Weitere Forschungsergebnisse Agroökosysteme ohne Bodenbearbeitung in Brasilien: Verglichen mit natürlichen Ökosystemen tendieren Agroökosysteme zu geringerer Biomasse und Diversität bodenbewohnender Invertebraten Nicht-bodenbearbeitende Landbau-Systeme können die Populationen der Boden-Makrofauna sowie ihren Beitrag zur ökosystemaren Leistungen des Bodens fördern Diversität der Makrofauna ist signifikant höher als in konventionellem Landbau, Fruchtfolge (crop rotation) scheint diese positiven Effekte zu fördern Weitere Untersuchungen zeigen eine signifikant höhere Dichte und Diversität von Bodenorganismen im Bionanbau

11 Biomasse von Regenwürmern 30-40% höher in organischen Systemen als in konventionellen, ihre Dichte sogar 50-80% höher Mykorrhizainfektionen am höchsten in ungedüngten Systemen, gefolgt von organisch gedüngten; konventionelle Systeme haben 30% geringere Besiedlung der Wurzeln große Bedeutung von Boden-MO für Nährstoffkreisläufe sowie Aufbau von Bodenstruktur; MO-Biomasse 20-40% höher als in konventionellen Systemen mit Mistdüngung und 60-85% höher in konv. Systemen ohne Mist Enzymaktivität in biologischen Systemen bedeutend höher als in konventionellen Biologisch bewirtschaftete Flächen beherbergen bis zu 6x mehr Arten von Beikräutern (inklusive gefährdeter Arten), Blühstreifen! Biologischer Anbau (org. soil management) verbessert die Bodenstruktur, indem er die Bodenaktivität fördert > Erosionskontrolle

12 Empfehlungen der FAO: Healthy Soils from Agriculture Den Boden mit organischer Substanz versorgen die meisten Bodenorganismen benötigen dies als Nahrung Erhöhung der Agrobiodiversität: mehr Arten und Sorten, Mischkulturen statt Monokulturen, Fruchtfolge, Beikräuter > mehr Nischen > Stimulierung der Diversität der Bodenbiota Schutz der Lebensräume der Bodenorganismen: Belüftung, Temperatur, Feuchtigkeit, Nährstoffangebot und qualität, reduzierte Bodenbearbeitung, kein Pestizideinsatz

13 Quellen Bettiol, Wagner et al.(2002): Soil organisms in organic and conventional cropping systems, Scientia Agricola vol.59 no.3, 2002 Brown, G.G. et al.: Diversity and functional role of soil macrofauna comunities in brazilian no-tillage agroecosystems, Universidade Estadual de Londrina, Brasilia El-Hage Scialabba, N.: Organic Agriculture and soil biodiversity, Maeder, Paul et al. (2002): Soil fertility an Biodiversity in Organic Farming, Science 296, 1694 (2002) Sachweh, Ulrich (1998): Grundlagen des Gartenbaues, Ulmer Verlag Stuttgart