Sind fruchtbare Landwirtschaftsböden multifunktional?
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- Sofia Heintze
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1 Eidgenössisches Departement für Wirtschaft, Bildung und Forschung WBF Agroscope Sind fruchtbare Landwirtschaftsböden multifunktional? 5. Agroscope-Nachhaltigkeitstagung, I gutes Essen, gesunde Umwelt
2 Inhalt Bodenfunktionen, Bodeneigenschaften und Bodenprozesse Standorteigenschaften, Bodenqualität und Bodenfunktionen Bewirtschaftungseinflüsse, Bodenqualität und Bodenfunktionen Klimaregulierungsfunktion: Übersicht Klimaregulierungsfunktion: Beispiele Schlussfolgerungen 2
3 Begriffe und Zusammenhänge Ökosystem-Dienstleistungen ( Ecosystem Services ) Bodenfunktionen Indikatoren (Grobporenvolumen, Humusgehalt, N-/P-Gehalte, mikrobielle Biomasse, ) Nutzung, Bewirtschaftung Bodeneigenschaften Bodenprozesse Klima, Topografie Ökosystem Boden Nebenwirkungen terrestrische/aquatische Ökosysteme, Atmosphäre 3
4 Bodenfunktionen Produktion Regulierung Lebensraum Träger Rohstoff Archiv BAFU-Magazin Umwelt 4/2011 Nutzung, Bewirtschaftung Bodeneigenschaften Bodenprozesse Klima, Topografie Ökosystem Boden terrestrische/aquatische Ökosysteme, Atmosphäre 4
5 Bodenteilfunktionen Produktion Regulierung Lebensraum Ertragsleistung (Quantität, Qualität, Stabilität) Kulturvielfalt Bewirtschaftungsaufwand Puffer (Nähr-/Schadstoffe, ph; Wasserhaushalt) Speicher (Nähr-/Schadstoffe, Wasser, Wärme) Reaktor (Ab-/Umbau organische Substanz) Bodenumwelt (Mikroflora, Fauna, Wurzeln) Aktivitäten (Mikroflora, Fauna, Wurzeln) Diversität (Mikroflora, Fauna, Pflanzengesellschaften) Nutzung, Bewirtschaftung Bodeneigenschaften Bodenprozesse Klima, Topografie Ökosystem Boden 5
6 Bodeneigenschaften und Bodenprozesse BAFU-Magazin Umwelt 4/2011 Produktion Regulierung Lebensraum Bodeneigenschaften statisch / dynamisch Bodenprozesse langsam / schnell Nutzung, Bewirtschaftung Klima, Topografie Physikalisch: - Gründigkeit, Wasserhaushalt - Textur, Steingehalt - Struktur (Porosität, Stabilität) Chemisch: - Organische Substanz - Speicherkapazität - Bodenreaktion - Nähr-/Schadstoffe, Ionen Biologisch: Bodenorganismen - Menge und Diversität - Aktivitäten Ökosystem Boden - Strukturbildung - Wasser-/Gas-Transport - Nähr-/Schadstoff-Transport - Abbau/Umsatz organische Substanz - Nährstoffrecycling - Nähr-/Schadstoff- Sorption/Desorption - biologische N-Fixierung - Nitrifikation, Denitrifikation - Populationsregulierung 6
7 Die Bodenfunktion Produktion Interpretation von Bodeninformationen aus Bodenkartierungen: Nutzungseignung 10 Nutzungseignungs-Klassen Produktion 1) Uneingeschränkte Fruchtfolge erster Güte = uneingeschränkte Kulturwahl mit sicheren Erträgen und akzeptablem Bewirtschaftungsaufwand FFF-Böden! Bodeneigenschaften Physikalisch: - Gründigkeit - Wasserhaushalt (inkl. Vernässungsgrad) - Textur, Steingehalt Chemisch: - Organische Substanz 9) Extensives Wies- und Weideland = extensive Schnittnutzung (Dürrfutter) oder extensives Weideland 10) Streueland = Streuelandnutzung Biologisch: + Klimazone (Vegetationsperiode/Wärmestufe, Niederschlagshaushalt) + Topografie (Geländeform, Hangneigung) 7
8 Uneingeschränkte Fruchtfolge 1. Güte Ertragsleistung Kulturenvielfalt Bewirtschaftungsaufwand Puffer Speicher Reaktor Bodenumwelt Aktivitäten Diversität Standorteigenschaften (Boden, Klima, Topografie) +++ tiefgründig +++ normal durchlässig +++ mittelschwer, steinarm + schwach humos +++ lange Vegetationsperiode, ausgeglichener Niederschlagshaushalt +++ Ebene Bodenprozesse + Strukturbildung +++ Abbau/Umsatz organische Substanz +++ Nährstoffrecycling +++ Nähr-/Schadstoff- Sorption/Desorption +++ Nitrifikation, Denitrifikation 8
9 Wies- und Weideland Ertragsleistung Kulturenvielfalt Bewirtschaftungsaufwand Puffer Speicher Reaktor Bodenumwelt Aktivitäten Diversität Standorteigenschaften (Boden, Klima, Topografie) Bodenprozesse - flachgründig +++ normal durchlässig +++ mittelschwer, steinarm + schwach humos +++ lange Vegetationsperiode, ausgeglichener Niederschlagshaushalt + Flachhang ++ Strukturbildung + Abbau/Umsatz organische Substanz + Nährstoffrecycling + Nitrifikation, Denitrifikation 9
10 Futterbaubetonte Fruchtfolge Entwässerte Torfböden beurteilen und nach Bedarf verbessern Andreas Chervet, Marie Hertzog, 10 Wolfgang Sturny
11 Bewirtschaftung und Bodenfunktionen Produktion Regulierung Lebensraum Bodeneigenschaften statisch / dynamisch Physikalisch: - Gründigkeit, Wasserhaushalt - Textur, Steingehalt - Struktur (Porosität, Stabilität) Chemisch: - Organische Substanz - Speicherkapazität - Bodenreaktion - Nähr-/Schadstoffe, Ionen Biologisch: Bodenorganismen - Menge und Diversität - Aktivitäten Bodenprozesse langsam / schnell Ökosystem Boden - Strukturbildung - Wasser-/Gas-Transport - Nähr-/Schadstoff-Transport - Abbau/Umsatz organische Substanz - Nährstoffrecycling - Nähr-/Schadstoff- Sorption/Desorption - biologische N-Fixierung - Nitrifikation, Denitrifikation - Populationsregulierung Bewirtschaftung (Melioration) Be-/Entwässerung Bodenbearbeitung Befahrungen Düngung Fruchtfolge Pflanzenschutz 11
12 Bodenschäden und Bodenfunktionen Produktion Regulierung Lebensraum Bodenschäden Bodeneigenschaften statisch / dynamisch Bodenprozesse langsam / schnell Erosion Verdichtung Humusverlust Versauerung Schadstoffe Biodiversitätsverlust Physikalisch: - Gründigkeit, Wasserhaushalt - Textur, Steingehalt - Struktur (Porosität, Stabilität) Chemisch: - Organische Substanz - Speicherkapazität - Bodenreaktion - Nähr-/Schadstoffe, Ionen Biologisch: Bodenorganismen - Menge und Diversität - Aktivitäten Ökosystem Boden - Strukturbildung - Wasser-/Gas-Transport - Nähr-/Schadstoff-Transport - Abbau/Umsatz organische Substanz - Nährstoffrecycling - Nähr-/Schadstoff- Sorption/Desorption - biologische N-Fixierung - Nitrifikation, Denitrifikation - Populationsregulierung 12
13 Klimaregulierungsfunktion der Böden Produktion Regulierung Lebensraum Ertragsleistung Kulturvielfalt Bewirtschaftungsaufwand Puffer Speicher Reaktor Klimaregulierung Austausch von CO 2 (C-Speicherung), N 2 O, CH 4 Bodenumwelt Aktivitäten Diversität Bodeneigenschaften Bodenprozesse Ökosystem Boden 13
14 Klimaregulierungsfunktion der Böden Anthropogene THG-Emissionen: 41 Pg CO 2 -eq./ Jahr 5 10 Pg CO 2 -eq davon stammen aus Landwirtschaft und Landnutzung Böden = global eine Nettoquelle für THG (ca. 5 Pg CO 2 -eq.) Landwirtschaft: N 2 O (N-Umsatz im Boden, Düngung) CH 4 (Nassreis) Historische globale Corg-Verluste 130 Pg CO 2 (0-1 m, Sandermann et al. 2017) (Nutzungswandel, Entwässerung,...) CO 2 -Vermeidungs- und Senkenpotentiale: ca. 8 Pg CO 2 -eq./jahr (Paustian et al. 2016) 4/ als jüngste Initiative, die Rolle der Böden im Bereich Vermeidung neu zu denken ( 14
15 Klimaregulierungsfunktion der Böden Klimaregulierung CO 2 Bodeneigenschaften Organische Substanz: Eigenschaften Menge Zusammensetzung Bodenprozesse Organische Substanz: Umsatz Eintrag, Austrag Stabilisierung Ökosystem Boden 15
16 Klimaregulierungsfunktion der Böden Eintragsrate Organische Substanz in Böden Umsatzgeschwindigkeit Abbaubarkeit Abbaubedingungen 16
17 Klimaregulation: Abbaubarkeit am Beispiel pyrogener Kohlenstoff (PyC) Pflanzenkohle (biochar) = gezielt hergestellter PyC Foto: R. Hüppi PyC = natürlicher Bestandteil des Corg im Boden (Reisser et al. 2016) 17
18 Klimaregulation: Abbaubarkeit am Beispiel pyrogener Kohlenstoff (PyC) 70 Count Anteil PyC am Corg Oensingen (SO) PyC/SOC Höheres 14 C-Alter PyC als Indikator für grössere Stabilität im Boden 18
19 Klimaregulation: Abbaubedingungen am Beispiel Unterboden Bodentiefe (cm) mittlere Verweilzeit (Jahre) (Leifeld & Mayer 2015) Die Verweilzeit des Corg ist in Unterböden meist deutlich länger: Stabilisierung durch Oberflächen Geringe Substratkonzentration 19
20 Klimaregulation: Abbaubedingungen am Beispiel Unterboden Kohlenstoffvorrat (t Corg ha -1 ) Tiefe (cm) Jährlicher Kohlenstoffeintrag (t Corg ha -1 ) Tiefe (cm) 20
21 Klimaregulation: Abbaubedingungen am Beispiel Unterboden Kohlenstoffvorrat (t Corg ha -1 ) Jährlicher Erhaltungseintrag je Tonne Corg (t Corg ha -1 ) x5 x Tiefe (cm) Tiefe (cm) Pro Einheit C-Eintrag lässt sich im Unterboden deutlich mehr Kohlenstoff speichern 21
22 Lösungsansätze zur Förderung der Klimaregulierungsfunktion Klimaregulierung CO2 Bewirtschaftung (Melioration) Bodeneigenschaften Bodenprozesse Humuswirtschaft in Landwirtschaftsböden verbessern Bodenqualität Organische Substanz: Eigenschaften Menge Zusammensetzung Ökosystem Boden Organische Substanz: Umsatz Eintrag, Austrag Stabilisierung Abbau organischer Böden stoppen Zusätzliche Kohlenstoffspeicher schaffen? 22
23 Schlussfolgerungen Böden haben eine individuelle Bandbreite an Funktionen. Nicht jeder Boden kann alles gleich gut. Fruchtbare Landwirtschaftsböden haben ein breites Spektrum an Funktionalität, das sich bei angepasster Bewirtschaftung weitgehend nutzen sowie dauerhaft und risikoarm erhalten lässt. Die Maximierung der Produktion erfordert insbesondere bei weniger fruchtbaren Böden einen höheren Bewirtschaftungsaufwand, verursacht grössere Risiken und führt zur Einschränkung der anderen Bodenfunktionen. Mit der Optimierung aller Funktionen eines Bodens bleibt sein Leistungspotential erhalten; dies sichert langfristig auch die Bodenqualität und minimiert ökologische Risiken. Landwirtschaftliche Böden sind oft THG-Quellen, können aber als C-Senken substantielle Beiträge zur Klimaregulierung leisten. Die mit neuen Techniken einhergehenden Änderungen der Bodeneigenschaften und -prozesse erfordern eine umfassende Untersuchung und Bewertung. 23
24 Gabriela Brändle, Agroscope Agroscope 24
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