Fachhochschule Erfurt Fakultät für Landschaftsarchitektur, Gartenbau und Forst Bachelor - Studiengang Gartenbau Wintersemester 2013 / 14

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1 Fachhochschule Erfurt Fakultät für Landschaftsarchitektur, Gartenbau und Forst Bachelor - Studiengang Gartenbau Wintersemester 2013 / 14 Möglichkeiten zur Erhaltung und Verbesserung der Bodeneigenschaften durch bodenschonende Verfahren im Freiland-Gemüsebau Bachelorarbeit Eingereicht von: Florian Frisch Matrikelnummer: Semester Brumbyer Straße Nienburg OT Neugattersleben Referent: Herr Dr. Dirk Blankenburg Korreferent: Herr Prof. Dr. Winfried Mann Erfurt, ausgegeben am abgegeben am

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Boden Definition Bodenentstehung Mechanische Bodeneigenschaften Konsistenz Statische Festigkeit Bodenstruktur und Bodengefüge Bodenarten Sandböden Lehmböden Tonböden Bodenporen, Bodenwasser und Bodenluft Porenvolumen Porengröße Bodenwasser Bodenluft Bodenwärme Edaphon Bodenflora Bodenfauna Humus Definition Humuskreislauf C/N -Verhältnis Bodenfruchtbarkeit Bodenmüdigkeit Konventionelle Bodenbearbeitung Ziele der Bodenbearbeitung Aufgaben der konventionellen Bodenbearbeitung Gründe für die konventionelle Bodenbearbeitung Bodenbearbeitung im Kulturverlauf Auswirkungen auf den Boden Auswirkungen auf die Bodenfruchtbarkeit...29

3 4 Bodenschonende Verfahren Technische Möglichkeiten Verbesserte konventionelle Bodenbearbeitung Konservierende Bodenbearbeitung Strip-Till-Verfahren Gründüngung und Pflanzenarten Leguminosen Kreuzblütler Gräser Zwischenfruchtbau Untersaaten Brachesysteme Rotationsbrache Dauerbrache Diskussion Fazit Zusammenfassung Literaturverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis...50

4 1 Einleitung Der Boden ist, trotz moderner Produktionsverfahren, das wichtigste Produktionsmittel in Landwirtschaft und Gartenbau. Daher sollte er, seinem Wert entsprechend, die Aufmerksamkeit erhalten, die ihm zusteht, um weiterhin seine Fruchtbarkeit zu erhalten bzw. zu verbessern und damit auch unsere Ernährung zu sichern. Bereits früh wurde erkannt: Es gibt in der ganzen Natur keinen wichtigeren, keinen der Betrachtung würdigeren Gegenstand als Boden! Es ist ja der Boden, welcher die Erde zu einem freundlichen Wohnsitz der Menschen macht; er allein ist es, welcher das Zahllose Heer der Wesen erzeugt und ernährt, auf welchem die ganze belebte Schöpfung und unsere eigene Existenz letztlich beruhen. (FALLOU 1862) Der Gemüsebau ist eine der intensivsten Nutzungsformen des Bodens. Dabei wird der Boden durch viele Faktoren beansprucht. Dies liegt zum einen an den Kulturen selbst, weil der Großteil des Pflanzensortimentes starkzehrender Natur sind, die einen hohen Nährstoff- und Wasserbedarf haben. Der Boden muss daher eine optimale Speicherfähigkeit und Nachlieferfähigkeit für Nährstoffe und Wasser haben und so beschaffen sein, dass sich das Wurzelsystem der Pflanzen optimal ausbilden kann. Zum anderen wird der Boden, für die optimale mechanische Beschaffenheit, stark mit der Bodenbearbeitung belastet. Durch den mehrmaligen Anbau pro Saison auf einer Fläche, sind mehrere Bodenbearbeitungsmaßnahmen nötig, die den Boden mischen und lockern. Die bekannteste Bodenbearbeitungsform ist das Pflügen. Dieses Verfahren hat, aufgrund seiner Vorteile eine lange Tradition, da es den Boden lockert und wendet, wodurch Pflanzen und Pflanzenrückstände in den Boden eingemischt werden und frischer rückstandsfreier Boden an die Oberfläche gelangt. Dieser kann optimal weiter bearbeitet werden. Neben weiteren Bodenbearbeitungsmaßnahmen, wie beispielsweise das Grubbern und Eggen, bürgt besonders das Pflügen viele Nachteile für den Boden. Der große Vorteil besteht jedoch darin, dass die konventionelle Bodenbearbeitung das 1

5 sicherste und einfachste Verfahren ist und das höchste Ertragspotential bietet. Daher beschäftigt sich diese Arbeit mit den Verfahren der Bodenschonung. Hierfür wird zunächst das Grundlegende zum Boden selbst erläutert, wie er aufgebaut ist, welche Eigenschaften er besitzt und welche Vorgänge in ihm ablaufen. Ein Boden ist keineswegs nur tote Substanz, vielmehr ein interaktives Zusammenspiel der Bodenbestandteile, die die Eigenschaften schaffen, welche den Boden erst als Standort für Pflanzen auszeichnen. Dazu werden die im Boden ablaufenden Vorgänge erläutert und wie sich die verschiedenen Bodenbearbeitungsmaßnahmen auf den Boden und dessen Vorgänge auswirken. Ziel dieser Arbeit ist es, einen Überblick zu schaffen, welche Verfahren es zur schonenden Bearbeitung des Bodens gibt und ob sie in den Freilandgemüsebau übertragbar sind. Dazu werden die bekannten Verfahren aufgeführt und erläutert. Um sie auf ihre Eignung für den Gemüsebau zu prüfen, werden dabei die Auswirkungen auf den Boden betrachtet und mit der konventionellen Bodenbearbeitung verglichen. Der Vergleich berücksichtigt neben den Auswirkungen auf den Boden auch die ökonomischen Aspekte, die aufzeigen sollen, ob die bodenschonenden Verfahren ökonomisch für die Betriebe tragbar sind. 2

6 2 Boden 2.1 Definition Boden hat verschiedene Bedeutungen. Allgemein und im Bauwesen wird er als Untergrund für Bauwerke oder als Grundstück, im Sinne von Grund und Boden, gesehen. In der Bodenkunde, Biologie und Geologie wird er als oberste, belebte Verwitterungsschicht der Erdkruste beschrieben. (Internet 1) Anders als Tiere und Pflanzen sind Böden nicht genau abgrenzbare Naturkörper und bilden keine selbständiges Individuum. SCHROEDER (1992) bezeichnet den Boden als Grenzphänomen der Erdoberfläche, die Pedosphäre. In ihr überlagern sich Lithosphäre, Atmosphäre, Hydrosphäre und Biosphäre. (SCHROEDER 1992) Nach SCHALLER (2008) ist der Boden ein Hauptbestandteil unserer Umwelt. Für den Gartenbau und die Landwirtschaft ist der Boden das wichtigste Mittel für die Pflanzenproduktion. Er ist Lebensraum für mannigfaltige Mikro- und Makroorganismen, die bedeutend in den Auf- und Abbauprozessen des Bodens wirken. Der Boden wirkt zudem, wegen seiner physikalischen Eigenschaften, als Puffer gegen Temperaturveränderungen und gegenüber dem Wassertransport zwischen Grundwasser und Atmosphäre. Außerdem ist der Boden wegen seiner chemischen Eigenschaften ein Puffer für den ph-wert und die im Bodenwasser gelösten Nährstoffe. (SCHALLER 2008, Internet 1) 2.2 Bodenentstehung Das Zusammenspiel von chemischen, physikalischen und biologischen Prozessen hat die Böden geschaffen. Zu den bodenbildenden Faktoren gehören das geologische Ausgangsgestein, Vegetation und Tierwelt, Relief, Wasser, Klima und auch die Tätigkeit der Menschen. Der Boden ist das Ergebnis von abbauenden Prozessen, wie der Verwitterung und Mineralisierung, sowie von aufbauenden Prozessen, zu denen die Tonmineral- und Humusbildung gehören. Dazu gehören auch Verlagerungsprozesse, wie zum Beispiel die Auswaschung von Basen, wie beispielsweise die Tondurchschlämmung. 3

7 Abbauende Prozesse, auch Verwitterung genannt, sind sowohl physikalische Vorgänge, als auch meist anschließend chemische, die auf das Ausgangsgestein wirken. Mit der physikalischen oder mechanischen Verwitterung, wird das Wirken von Kräften auf das Gestein bezeichnet. Diese Kräfte werden durch Luft- und Wasserbewegung, Temperaturwechsel, Frostsprengung und Pflanzensprengung hervorgerufen. Mit dem fortlaufenden Einwirken dieser Kräfte wird das Gestein immer weiter zerkleinert und die Oberfläche des Gesteins je Raumeinheit vergrößert sich. Um so weiter das Gestein zerkleinert wird, das heißt, je größer die Oberfläche wird, desto mehr Angriffsfläche bietet sich und um so stärker ist die Verwitterung. Das rührt daher, dass fast alle chemischen Prozesse in wässriger Lösung ablaufen. So ist auch ersichtlich, dass eine größere Oberfläche des Gesteins eine größere Angriffsfläche für das Wasser bildet. Das Wasser hat hier die führende Rolle, denn es kann Mineralien durch chemische Prozesse aus dem Gestein herauslösen, verlagern und austauschen. Neben den wässrigen Lösungen, bildet die Hydrolytische Verwitterung eine weitere wichtige Rolle. Unter Hydrolyse ist die Zerlegung von Salzen, unter der Einwirkung der Ionen des Wassers, zu verstehen. Bei der Hydrolyse der Gesteine, also der Silikate, entstehen pflanzenverfügbare Nährstoffe, so zum Beispiel aus Feldspat das Kalium. Weiterhin kann Gestein auch durch Oxidation, also durch Reaktion mit Sauerstoff, verwittern. Hierbei oxidiert das Eisen durch den im Bodenwasser oder in der Bodenluft enthaltenen Sauerstoff, an den Kristallstrukturen. Erkennbar ist dies zum Beispiel an der Braunfärbung von Granit. (SCHALLER 2008, SCHEFFER / SCHACHTSCHNABEL 2002, Internet 1) 2.3 Mechanische Bodeneigenschaften Zur Erhaltung und Verbesserung der Ökonomie, landwirtschaftlicher und gärtnerischer Betriebe, werden unsere Kulturböden heute ausschließlich maschinell bearbeitet. Bei der Bodenbearbeitung muss daher besonders auf die Einwirkung der Bodenbearbeitungsmaßnahmen auf die Bodenstruktur geachtet werden. Je nach Bodenart und -feuchtigkeit besitzt der Boden, für die Bearbeitung verschiedene mechanische Eigenschaften. Dazu gehören das Quellungs- und Schrumpfverhalten, die Konsistenz, Reibung und Festigkeit. (SCHALLER 2008, SCHROEDER 1992) 4

8 Für das Quellen und Schrumpfen des Bodens, ist das im Boden enthaltene Wasser verantwortlich. Vorwiegend bei tonigen und tonhaltigen Böden, lässt sich das Quellen durch Wasseraufnahme, also das Ausdehnen des Bodens durch kapillare und osmotische Kräfte, in und an den Tonteilchen, beobachten. Umgekehrt schrumpft der Boden, wenn das Wasser aus ihm entzogen wird. In längeren Trockenperioden werden daher Risse im Boden sichtbar, die unter Umständen mehrere Zentimeter breit sein können. (SCHALLER 2008) Konsistenz Die Konsistenz eines Bodens, ist durch den Zusammenhalt seiner Bodenteilchen (Kolloide) gekennzeichnet. Sie ist abhängig von der Bodenart, Körnung und Bodenfeuchtigkeit. Böden mit einem geringen Kolloidgehalt, beispielsweise Sandböden, haben dem zur Folge eine geringe Formbeständigkeit und einen geringen Widerstand gegen Formveränderungen. Böden mit einem hohen Gehalt an Kolloiden, beispielsweise Tonböden, sind dagegen, gerade im trockenen Zustand, formbeständig. (SCHALLER 2008) Statische Festigkeit Die statische Festigkeit eines Bodens ist ausschlaggebend für die Bearbeitbarkeit und den Zeitpunkt der Bodenbearbeitung. Sie umfasst die Verdichtbarkeit, die Scherfestigkeit und den Durchdringungwiederstand des Bodens. Wie stark die Verdichtbarkeit, groß die Scherkräfte und hoch der Durchdringungswiederstand des Bodens sind, hängt wieder von der Bodenart und -feuchtigkeit ab. Demnach kann ein feuchter, ton- und hohlraumreicher Boden, stärker als ein trockener Sandboden verdichtet werden. In der Praxis sollte daher also die Bodenfeuchtigkeit über die durchzuführenden Maßnahmen entscheiden. Die Scherfestigkeit ist der Widerstand während einer Verschiebung, zum Beispiel beim Pflügen. Hier wird der Pflugbalken vom bestehenden Bodenkörper abgeschert bzw. abgeschnitten. Anhand des Durchdringungswiderstandes lässt sich mit einer Bodensonde die Wirkung der Bodenbearbeitungsmaßnahme kontrollieren. So ist zum Beispiel eine Pflugsohle durch einen hohen Widerstand gekennzeichnet. (SCHALLER 2008) 5

9 2.4 Bodenstruktur und Bodengefüge Nach SCHALLER (2008) wird unter Bodengefüge, oder Bodenstruktur, die räumliche Anordnung der festen Bodenteilchen verstanden. Diese Struktur ist im ständigen Wandel, da die Prozesse der Hohlraumbildung und Hohlraumvernichtung, sowie Aggregatbildung und Aggregatvernichtung, fortwährend einhergehen. So entsteht das, für jeden Boden typische, Gefüge. Diese Prozesse, sowie das Bodengefüge selbst, werden durch Eingriffe in den Boden, wie die Bodenbearbeitung, gestört. Je nach Form und Aufbau der Gefügekörper, wird in mehrere Gefügeformen unterschieden. Einzelkorngefüge Einzelkorngefüge zeichnen sich durch einzeln vorliegende Bodenteilchen aus, welche, aufgrund von Humusmangel, keine Bodenaggregate gebildet haben. Verkittungsgefüge Das Verkittungsgefüge ist durch miteinander verkittete, also fest verbundene, Bodenteilchen gekennzeichnet. Massivgefüge Aufgrund des Kolloidcharakters der Bodenteilchen, also Verbindungen durch Ton oder Huminstoffe, sind die Bodenteilchen zu einer zusammenhängenden, festen Masse miteinander verbunden. 6

10 Platten-, Polyeder- oder Prismengefüge Die Bodenteilchen sind zu großen Gefügekörnern geformt und liegen dicht gepackt im Boden vor. Diese Strukturen lassen sich durch ihre äußere Form, mit den vielen Ecken und Kanten, vor allem in schweren Böden, gut erkennen. Krümel-, Bröckel- oder Klumpengefüge Diese Gefügeformen sind vorwiegend in der humosen Krume guter Kulturböden zu finden und durch ihre rundliche Form gekennzeichnet. Bröckelgefüge entstehen in Böden mit gutem Kulturzustand, die aber nur einen geringen Anteil von Ton und Humus haben. Die einzelnen Bröckel haben eine Größe von bis zu 20 mm. In mittelschweren und schweren Böden mit schlechtem Kulturzustand, sind auch größere Aggregate, so genannte Klumpen mit über 20 mm, auffindbar. Optimal ist der Struckturzustand eines Bodens, wenn er durch einen großen Anteil an zusammenhängenden, porösen, mechanisch- und wasserbeständigen Krümeln gekennzeichnet ist. Die Krümel haben dabei eine Größe von 0,2 bis 5 mm und sind durch eine heterogene Struktur, wie in Abbildung 1 zu sehen, gekennzeichnet. Die einzelnen Krümel werden vorwiegend durch Huminstoffe verkittet, also fest verbunden und sind damit mechanisch sowie gegen Wasser beständig. (SCHALLER 2008, SACHWEH 2001, KRUG 2002) Abbildung 1: Schematische Darstellung eines Bodenkrümels (Quelle: SCHALLER 2008) 7

11 2.5 Bodenarten Die Bodenarten werden anhand ihrer Zusammensetzung, an verschiedenen Korngrößen, ermittelt. Zur Beurteilung der Korngrößen, wird dabei in zwei Gruppen unterschieden. Die erste Gruppe ist der Grobboden, er umfasst das gesamte Gestein, was größer als 2 mm ist und für die Pflanzenkultivierung eine untergeordnete Rolle spielt. Die Zweite Gruppe ist der Feinboden, dessen Korngrößen kleiner als 2 mm sind. Zur Beurteilung eines Bodens wird daher die Zusammensetzung der Korngrößen, die so genannte Textur, herangezogen. Grund dafür ist die Auswirkung der Textur auf den Boden in Bezug auf Wasser-, Luft- und Wärmehaushalt sowie die Bearbeitbarkeit. Die Textur gilt aber auch für die Beurteilung der chemischen, chemisch-physikalischen und biologischen Eigenschaften. Dabei wird der Feinboden in drei, für die Pflanzenkultivierung relevante, Korngrößenfraktionen unterschieden. Die größte Fraktion wird als Sand bezeichnet und erstreckt sich über eine Korngröße von 2 bis 0,063mm. Sie lässt sich in die drei Untergrößen Grobsand, Mittelsand und Feinsand aufteilen. Die nächstkleinere Fraktion wird als Schluff bezeichnet, dessen Korngrößen sich von 0,063 mm bis 0,002 mm erstrecken. Schluff lässt sich wie Sand in die drei Untergrößen Grobschluff, Mittelschluff und Feinschluff unterteilen. Die kleinste Fraktion ist der Ton mit Korngrößen von unter 0,002 mm, also kleiner als 2 µm. Zur Ermittlung der Bodenart, werden die ermittelten Anteile von Sand, Ton und Schluff in die Koordinaten des Körnungsartendreiecks (Anhang 1) eingetragen. An der Stelle, an der sich die Werte kreuzen, kann die entsprechende Bodenart entnommen werden. (SCHALLER 2008, SCHEFFER / SCHACHTSCHNABEL 2002, SCHROEDER 1992) Die Bodenarten bestehen im Wesentlichen aus drei Haupt - Bodenarten, die nach ihrer Korngröße unterschieden werden Sandböden Da Sandböden hauptsächlichst aus einer groben Textur bestehen, besitzen sie eine gute Wasserführung und eine gute Durchlüftung. Nachteilig ist jedoch der geringe Gehalt feiner Bodenteilchen, insbesondere von Tonkolloiden. Somit ist das 8

12 Speichervermögen für Wasser und Nährstoffe entsprechend gering, was sich, ohne eine gezielte Bewirtschaftung, negativ auf die Ertragsfähigkeit des Bodens auswirkt. Außerdem sind Sandböden, durch die geringe Speicherfähigkeit, stark von den einzelnen Niederschlagsmengen und deren Verteilung über das Jahr abhängig. Aufgrund ihres aktiven Bodenlebens, welches, besonders durch die gute Erwärmbarkeit und Dürchlüftung, organisches Material sehr schnell umsetzt, sind Sandböden, bei warmer und feuchter Witterung sowie einem geringen oder fehlenden Pflanzenbestand, stark auswaschungsgefährdet. Daher sollten bei Sandböden die Bewirtschaftung sowie die durchzuführenden Kulturmaßnahmen genau geplant werden. Neben der Düngung und Bewässerung, können Maßnahmen zu Bodenverbesserung erforderlich werden, so beispielsweise das Einbringen von ton- und humushaltigem Material, wie Komposten. (SCHALLER 2008, Internet 2) Lehmböden Lehmböden gehören, mit ihrem hohen Anteil von 30 bis 40 % Ton sowie Schluff und den ergänzenden 60 bis 70 % Sand, zu den fruchtbarsten Kulturböden. Durch die hohen Tongehalte sind die Böden bindig, haben also eine starke Bindungskraft zwischen den Bodenteilchen und können damit ausreichend Wasser und Nährstoffe speichern. Außerdem begünstigt die gute Durchlüftung die biologische Aktivität des Bodens. Neben der ausreichenden Versorgung der Böden mit organischem Material, ist es wichtig, Bodenbearbeitungsmaßnahmen möglichst nur dann durchzuführen, wenn die Bedingungen optimal sind. Die Böden neigen bei der Bearbeitung mit schweren Maschinen und bei feuchter Witterung zu Verdichtungen. (SCHALLER 2008) Tonböden Reine Tonböden sind, wegen ihres sehr hohen Anteils an feinem mineralischem Gestein, als Kulturböden ungeeignet. Trotz ihres enorm hohen Speichervermögens für Wasser und Nährstoffe, haben sie nur eine sehr schlechte Durchlüftung und Wasserführung. Wegen ihres hohen Wassergehaltes erwärmen sie sich im Frühjahr schlecht und sind meist noch von der Winterfeuchtigkeit gesättigt. Dies verschlechtert auch die Bedingungen für die Mikroorganismen des Bodens und der 9

13 Pflanzenwurzeln, wodurch die gesamte biologische Aktivität behindert wird. Hinzu kommt die schlechte Bearbeitbarkeit und die eventuell notwendige Entwässerung (Dränung) der Flächen. Weiterhin muss der Boden, durch Einbringen von organischem Material, verbessert werden. Besonders Tonböden neigen bei Trockenheit zu Rissbildung und sehr festen Gefügekörpern. (SCHALLER 2008) 2.6 Bodenporen, Bodenwasser und Bodenluft Porenvolumen Als Porenvolumen wird der gesamte, sich im Bodenhorizont befindliche Hohlraum bezeichnet und in Volumenprozent angegeben. Dieser entsteht durch die unregelmäßigen Formen der Bodenteilchen, die aneinander liegen und aufgrund ihrer Form nicht das gesamte Volumen ausfüllen können. Auch innerhalb von Gefügekörpern gibt es Hohlräume und Poren. Dabei haben Sandböden das geringere und dagegen Lehm- und Tonböden das größere Porenvolumen. Das gesamte Porenvolumen dient zur Aufnahme und zum Transport des Bodenwassers sowie der Bodenluft und trägt somit maßgeblich zur Fruchtbarkeit des Bodens bei. Hervorzuheben ist aber die Tatsache, dass, in einem mit Wasser gesättigten Boden, das gesamte Porenvolumen belegt ist und der Boden somit an Sauerstoff verarmt. Ein Boden mit guter Krümelstruktur hat meist ein Porenvolumen von etwa 50 %, wovon nach SCHALLER (2008), drei Fünftel des Porenvolumens mit Wasser gefüllt sein sollen, um optimale Bedingungen für die Pflanzen bereitzustellen. Das Porenvolumen in der bearbeiteten Ackerkrume unterliegt, durch Bodenbearbeitungsmaßnahmen, Witterung und Bewuchs, einer ständigen Veränderung. (SCHEFFER 2002) Porengröße Wie auch bei der Textur der Böden, ist beim Porenvolumen die Verteilung der einzelnen Porengrößen, wegen deren unterschiedlicher Eigenschaften, von großem Interesse. Die Verteilung der Poren ist neben dem Bodenzustand von der Bodenart abhängig. Dabei werden die Porengrößen in Grob-, Mittel-, und Feinporen unterteilt. Grobporen haben einen relativ großen Durchmesser von über 10 µm und können daher kein Wasser halten, weil es sich frei in ihnen bewegen kann. Sofern keine 10

14 Staunässe im Boden vorherrscht, fließt das Wasser durch die Gravitation aus den Poren, welche dadurch frei werden und dem Lufthaushalt des Boden dienen. Mittelporen haben einen Durchmesser von 10 bis 0,2 µm. Das Wasser kann in ihnen gegen die Schwerkraft gehalten werden und ist ganz pflanzenverfügbar. Feinporen haben dagegen, mit einem Durchmesser von weniger als 0,2 µm, sehr kleine Poren. Die kapillaren Kräfte in ihnen, sind so stark, dass weder Schwerkraft, noch die Saugspannung der Pflanzenwurzeln das Wasser aus ihnen entziehen können. Daher wird das in Feinporen gebundene Wasser auch Totwasser genannt. (SCHEFFER 2002) Bodenwasser Bodenwasser ist das Wasser, welches durch Niederschläge in den Boden gelangt, oder aus dem Grundwasser in den Boden aufsteigt und gehalten wird, wie in Anhang 2 verdeutlicht wird. Dabei wird Wasser, das in den Fein- und Mittelporen gehalten wird, als Haftwasser bezeichnet. Wasser, was nicht im Boden gehalten werden kann und durch die Grobporen aufgrund der Schwerkraft abfließt, wird als Sickerwasser bezeichnet. Aufgrund der Anziehungs- und Kapillarkräfte in und zwischen den Bodenteilchen, übt der Boden eine Saugspannung auf das Wasser aus und bindet so das Haftwasser. Diese Saugspannung rührt aus der Wasseranbindungskraft der einzelnen Bodenteilchen und der Anziehungskraft der einzelnen Wassermoleküle untereinander. Diese Bindungskräfte sind bei trockenem Boden hoch und bei feuchtem Boden entsprechend gering. Wegen des großen Wertebereichs der Saugspannung und der unterschiedlichen Eigenschaften der Böden, wird dessen Feuchtezustand mit dem pf-wert angegeben. Dieser ist ein relativer Wert, der zur einheitlichen Beurteilung des Feuchtezustandes der Böden und damit der Wasserverfügbarkeit für die Pflanzen, eingeführt wurde. Grund dafür ist, dass gleiche Wassergehalte in verschiedenen Böden unterschiedliche Saugspannungen verursachen. So ist ein Lehmboden mit 20 Volumenprozenten Wasser trocken, ein Sandboden dagegen nass. Zur Beurteilung des Bodenfeuchtezustandes mittels pf-wert, gibt es den Wertebereich von 0 bis 7. Dabei steht der Wert 0 für einen sehr nassen und Wert 7 für einen sehr trocken oder dürren Boden. Er errechnet sich aus dem Logarithmus, 11

15 der im Boden anliegenden Wassersäule, in Zentimeter. So hat ein Boden mit der Saugspannung von 1 bar (1 bar entspricht 10 m Wassersäule), also einer Wassersäule von 1000 cm, einen Logarithmus von 3 und dem entsprechend einen pf-wert von 3, der einem ausreichenden und pflanzenverfügbaren Wassergehalt entspricht. Ein Boden mit dem Wert 7 dagegen, hat eine Saugspannung von etwa bar, was einem nahezu wasserfreien Boden entspricht. In Abbildung 2 wird dies veranschaulicht.(schroeder 1992, SCHALLER 2008) Die maximale Menge an Haftwasser in einem natürlich gewachsenen Boden, ist die Feld-Kapazität (FK). Jedoch kann die Pflanze nicht über die gesamte Menge des Haftwassers verfügen, da ein Teil durch die stärkeren Bindungskräfte der Bodenteilchen gebunden ist. Der verfügbare Wassergehalt des Bodens, die nutzbare Feldkapazität, befindet sich in dem Bereich zwischen dem Maximalwert der Feldkapazität und dem Welkepunkt (WP). Der Welkepunkt entspricht dabei dem Wassergehalt des Bodens, bei dem alle Pflanzen, außer Trockenheits- und Salztoleranten, kein Wasser mehr aus dem Boden aufnehmen können. Wie groß die Feldkapazität ist, hängt dabei von der Textur, dem Bodengefüge, Bodenart und Humusgehalt ab. In Abbildung 2 wird dies veranschaulicht. (SCHROEDER 1992) Abbildung 2: Verfügbarkeit des Bodenwassers anhand der Wasserspannungskurve und des pf-wertes (Quelle: SCHROEDER 1992) 12

16 2.6.4 Bodenluft Der Wasser- und Lufthaushalt ist für alle Prozesse und Lebewesen im Boden ausschlaggebend. Er hängt von den Bodeneigenschaften, wie dem Humusgehalt, der Textur und den Bearbeitungsmaßnahmen, ab. Zudem hängen Bodenluft und Bodenwasser direkt zusammen und beeinflussen sich gegenseitig, da sie sich den selben Porenraum teilen. So hat beispielsweise Staunässe eine Verarmung an Bodenluft zur Folge. Veranschaulicht wir dies in Abbildung 3. Speziell für Umsetzungsprozesse wie der Mineralisierung und Humifizierung ist die Bodenluft von großer Bedeutung, da hier die Prozesse, abhängig von der Luftqualität, gefördert oder gebremst werden. Der Gasaustausch zwischen Bodenluft und der Atmosphäre findet größtenteils durch Diffusionsvorgänge statt. Dies beruht auf den unterschiedlichen Partialdrücken in der Atmosphäre und im Boden. Des weiteren wir die Bodenluft auch durch Makroporen befördert. (SCHALLER 2008, SCHROEDER 1992) Abbildung 3: Verteilung von Wasser und Luft im Boden (Quelle: SCHALLER 2008) 13

17 2.6.5 Bodenwärme Sie beeinflusst die Aktivität der Bodenorganismen und damit die Geschwindigkeit der Umsetzungen im Boden sowie auch Verwitterungsvorgänge, Mineralisierung und Humifizierung. Dabei liegen die optimalen Temperaturen für Bodenorganismen bei ca. +25 C (ALSING 1995). Zugeführt wird die Wärme dem Boden nur durch die Einstrahlung der Sonne an der Bodenoberfläche, wobei die zugeführte Wärmemenge von einer Reihe von Faktoren abhängig ist. Hierzu zählen die Tages- und Jahreszeit, Bodenfarbe, Ausrichtung und Neigung des Geländes, sowie die Witterung. Wie stark sich der Boden daraufhin erwärmt und vor allem wie tief, hängt von der Wärmeleitfähigkeit des Bodens ab. Diese wiederum ist besonders von der Bodenfeuchtigkeit, aber auch in gewissem Maße von der Bodenart und Textur abhängig. Eine hohe Wärmeleitfähigkeit bewirkt, dass im Tagesverlauf die Temperaturschwankungen an der Bodenoberfläche geringer sind, da die Wärme besser an den Unterboden weitergegeben wird. Ist die Wärmeleitfähigkeit im Gegensatz dazu gering, verstärken sich die Schwankungen an der Oberfläche, da weniger Wärme an den Unterboden weitergegeben wird. Dies hat aber zur Folge, dass die Bodenoberfläche, aufgrund der geringen Wärmenachlieferung aus dem Unterboden, nachts stärker auskühlt. Trockene, helle Sandböden erwärmen sich daher nur in der obersten, dünnen Bodenschicht und bleiben in der unteren kalt. Im Gegensatz dazu stehen Tonböden, die meist relativ feucht sind und eine dunklere Farbe haben. Sind Tonböden aber stark feucht, beispielsweise bei Staunässe, zählen sie zu den kalten Böden. Die Wärmeabgabe aus dem Boden erfolgt dagegen durch Strahlung und Verdunstung von Wasser an der Bodenoberfläche. (SCHROEDER 1992, SCHALLER 2008, ALSING 1995) 14

18 2.7 Edaphon Das Edaphon bezeichnet die Gesamtheit aller im Boden lebenden Organismen, unterteilt in Bodenflora und Bodenfauna. Jedoch werden höhere Pflanzen, zu denen die Kulturpflanzen zählen, sowie deren Wurzeln, nicht dazu gezählt Bodenflora Die Bodenflora umfasst alle pflanzlichen Organismen, die im Boden leben. Dabei sind hier nicht direkt die Pflanzen gemeint. Stattdessen spielen Bakterien, Pilze und Algen die viel wichtigere Rolle. In fruchtbaren Böden sind Bakterien mit bis zu 0,2 Gewichtsprozenten des Bodens vorhanden, was pro Hektar bis zu 4 Tonnen Masse ergibt. Die Hauptaufgabe der Mikroorganismen liegt in den Stoffumwandlungsprozessen im Boden. Diese können grob in vier Gruppen unterteilt werden. Zur ersten Gruppe gehören nitrifizierende Bakterien. Zur zweiten Gruppe gehören luftstickstoffbindende Bakterien. Zur dritten Gruppe gehören cellulosezersetzende Bakterien und die vierte Gruppe beinhaltet die Strahlenpilze (Aktinomyceten). Unter den Pilzen im Boden finden sich zum Großteil die Schimmelpilze, zu denen bekannte Gattungen wie Botrytis Pers. ex Fr., Fusarium Link und Verticillium zu finden sind. Am ehesten sind sie aus der Phytomedizin bekannt, da sie, für viele wichtige Kulturpflanzen, Schaderreger sind. Im Boden jedoch sorgen sie, mit als erste Organismen, für den Abbau organischer Stoffe. Die während der Abbauprozesse als Stoffwechselprodukte anfallenden Kleb- und Schleimstoffe der Mikroorganismen, dienen dabei unter anderem zur Stabilisierung der Bodenaggregate. Nicht nur die Stoffwechselprodukte der Organismen stabilisieren das Bodengefüge, ebenso wichtig sind dabei die Pilze, vielmehr ihr Myzel. Das Zusammenspiel der Stoffwechselprodukte mit dem Pilzmyzel wird als Lebendverbauung bezeichnet. Dabei verflechtet, verklebt und verkittet das Pilzmyzel und der Bakterienschleim die Bodenpartikel. Dies ist ein sehr wichtiger Beitrag für das Krümelgefüge unserer Böden. Wie stark der Besatz an Mikroorganismen ist, hängt jedoch von den Bedingungen ab. Zu denen zählen die Art und Menge der Pflanzenreste, Niederschläge, Bodenklima, Bodenstruktur, ph-wert sowie die Eingriffe in den Boden durch bodenbearbeitende Maßnahmen. Die Aktivität der Organismen ist immer stark von der Temperatur und der Feuchtigkeit im Boden abhängig. Das Optimum für Bakterien liegt bei einer Temperatur von 25 C und einem Wassergehalt von 25 15

19 Gewichtsprozenten. Das Optimum für Pilze liegt ebenfalls bei 25 C, aber einem Wassergehalt von etwa nur 15 Gewichtsprozenten. Somit ergibt sich bei unserem Klima eine gewisse Dynamik der Mikroorganismen. Das Maximum der Aktivität herrscht im Frühjahr, wegen der steigenden Temperaturen und der noch im Boden vorhandenen Feuchtigkeit aus dem Winter. Im Sommer hingegen stellt sich ein Minimum aufgrund des fehlenden Wassers ein. Des weiteren haben neben den klimatischen Faktoren auch wieder die acker- und pflanzenbaulichen Maßnahmen einen maßgeblichen Anteil an der biologischen Aktivität der Organismen, so beispielsweise das Brechen von Verkrustungen der Bodenoberfläche, um den Gasaustausch aufrecht zu erhalten. (SCHALLER 2008, KLAPP 1954) Bodenfauna Die Bodenfauna umfasst alle tierischen Lebewesen im Boden. Sie lässt sich in vier Kategorien unterteilen. Die Megafauna umfasst dabei große Organismen wie Mäuse und Regenwürmer, die Makrofauna u.a. Asseln, Insekten, Regenwürmer und Spinnen. Die Mesofauna beinhaltet u.a. Milben und Fadenwürmer und zur Mikrofauna gehören Geißeltierchen, Wurzelfüßer und Wimpertierchen. Die Masse oder Anzahl dieser Organismen im Boden schwankt stark von einem bis zu mehreren Hunderttausend Lebewesen je Gramm Boden. Insgesamt beträgt der Gewichtsanteil, tierischer Organismen je Hektar Boden, zwischen einer und drei dt. Humusreiche Böden und gärtnerische Erden, wie Kompost, sind dabei am dichtesten besiedelt. Die großen Vorkommen in humusreichen Böden und Substraten lassen erahnen, dass sie die Wegbereiter der Mineralisierung und Humifizierung sind. Durch ihre nagenden, beißenden und zermahlenden Tätigkeiten bewirken die Organismen, aus Meso-, Makro- und Megafauna bestehend, die Aufbereitung des organischen Materials für weitere Organismen, wie Bakterien und Pilze. Besonders Regenwürmer spielen eine wichtige Rolle. Sie sorgen, durch die Aufnahme und innere Vermengung von mineralischen und organischen Bodenbestandteilen, für den Aufbau von Ton-Humus-Komplexen. Darüber hinaus tragen sie zur Durchmischung (Bioturbation) des Bodens, bzw. der Krumenbestandteile bei. (SCHALLER 2008, KLAPP 1954) 16

20 2.8 Humus Definition Humus ist der zentrale Baustein gesunder Böden. Er ist wesentlich für den Nährstoff- und Wasserhaushalt, sowie für die Strukturbildung der Böden verantwortlich. Weiterhin ist Humus maßgebend an den Bodenbildungsprozessen beteiligt und sorgt so für die Gefügestabilität, sowie für das Wasser- und Nährstoffspeichervermögen. Von Humus wird, im Zusammenhang von stabiler, organischer Masse im Boden, gesprochen. Dabei handelt es sich um Ton-Humuskomplexe, die durch vielfältige Umsetzungsprozesse im Boden entstehen. Ausgangsstoffe für die Bildung von TonHumuskomplexen sind nicht nur Huminstoffe, die zum Großteil während der Humifizierung aber auch in geringem Maße während der Mineralisierung gebildet werden. Sondern auch die Tonblättchen und die entgegen gesetzt geladenen Ionen der Nährelemente sind grundlegende Bestandteile dieser Komplexbildung. Als organische Masse im Boden, werden neben dem Humus, auch aus seine Ausgangsstoffe, Nebenprodukte und die toten sowie lebendigen Bodenorganismen bezeichnet. Zur lebenden organischen Masse gehören dabei, die Bodenfauna mit den tierischen Lebewesen wie Insekten, Tieren, Bakterien und die Bodenflora mit den pflanzlichen Lebewesen, zu denen neben den Gefäßpflanzen auch die Algen, Flechten und Pilze gehören. (SACHWEH 2001, DUNST 2011, HAMPL 1996, KLAPP 1954, SCHEFFER 2002) Humuskreislauf Die gesamte Natur besteht aus Kreisläufen. So ist auch der Humus, vielmehr der Kohlenstoff, einem ständigen Kreislauf unterlegen. Pflanzen nehmen während ihres Wachstum, das Kohlendioxid aus der Luft und die in dem Bodenwasser gelösten Nährstoffe N, P, K, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn und B, mit dem Wasser, aus dem Boden, auf. Mithilfe der Sonnenenergie, dem Wasser und der Nährstoffe, wird das CO2, in der Pflanze, in seine Bestandteile Kohlenstoff und Sauerstoff aufgespalten, wobei der Kohlenstoff dem Aufbau der Pflanzenmasse dient und der Sauerstoff in die Atmosphäre abgegeben wird. Somit wird der Kohlenstoff aus dem CO2, mit den aufgenommenen Nährstoffen und Wasser, in vielen verschiedenen pflanzeneigenen Verbindungen, beispielsweise in Form von 17

21 Kohlenhydraten, Ligninen oder Proteinen gebunden. Stirbt eine Pflanze, oder deren Teile ab, sind diese organischen Verbindungen so lange gebunden, bis sich Bedingungen für die Zersetzung dieser einstellen. Die Zersetzenden Mikroorganismen besiedeln bei günstigen Bedingungen die toten Pflanzenreste und beginnen damit, die pflanzeneigenen Verbindungen aufzuspalten. Dies geschieht, indem die Ausgangsstoffe, also die als Streu auf dem Boden aufliegenden Pflanzenreste, Wurzelrückstände u.v.m. durch die Tätigkeiten der Bodenorganismen in den Boden eingemischt, zersetzt und aufgespalten werden. Dabei entstehen zwei Humusformen: Nährhumus Er besteht aus leichtzersetzlicher, organischer Substanz, beispielsweise aus Kohlenhydraten, Pektinen, organischen Säuren und stickstoffbeinhaltenden Eiweißverbindungen. Die Hauptrolle des Nährhumus besteht in der Bereitstellung der Nahrung und Energie für Mikroorganismen. Energielieferant sind dabei alle Stickstoffhaltigen, organischen Verbindungen. Der Nährhumus wird durch die Mikroorganismen mineralisiert, wodurch alle Nährstoffe aus dem Nährhumus freigesetzt werden. Die freigesetzten Nährstoffe liegen danach in pflanzenverfügbaren Formen vor und können direkt, von anderen Pflanzen verwertet, oder an die Ton-Humus-Komplexe, angelagert werden. (KLAPP 1954, DUNST 2011) Dauerhumus Dauerhumus ist ein Endprodukt aus den Ab-, Um- und Aufbauvorgängen der Mikroorganismen des Bodens. Er besteht aus langkettigen, schwerzersetzlichen Kohlenstoffverbindungen, beispielsweise Lignine, Gerbstoffe, Fette, Wachse und schwer zersetzliche Proteine. Diese reichern sich bei der Mineralisierung im Boden an (Humifizierung), wodurch der Kohlenstoffanteil im Boden ansteigt. Bei Dauerhumus handelt es sich dabei um eine meist stabile Form, die für die Krümelbildung und damit für die Bodenstruktur verantwortlich ist. Dauerhumus wird in, an die Tonteilchen angebundener Form (Ton-Humus-Komplexe), nur wenig abgebaut und kann somit über einen sehr langen Zeitraum stabil bleiben. (KLAPP 1954, DUNST 2011) 18

22 2.8.3 C/N -Verhältnis Das C/N Verhältnis ist das im Boden vorhandene Verhältnis von Kohlenstoff zu Stickstoff. Es gibt dabei an, ob ein Boden organische Masse als Dauerhumus enthält, oder rasch mineralisiert. Dabei ist unter Kohlenstoff, die im Boden befindliche organische Substanz zu verstehen. Stickstoff ist dabei, neben der Funktion als Pflanzennährstoff, auch als Nahrungsquelle für die zersetzenden Mikroorganismen im Boden zu verstehen. Ist im Boden, gegenüber dem Kohlenstoffanteil der organischen Substanz, viel Stickstoff vorhanden, so erhalten die Mikroorganismen ausreichend Nahrung, was deren Aktivität steigert und dazu führt, dass viel Nährhumus zu pflanzenverfügbaren Nährstoffen mineralisiert wird. Hier ist das Verhältnis, von Kohlenstoff zu Stickstoff, eng. (KLAPP 1954, DUNST 2011, SACHWEH 2001) Beispiel: Die Kultur Blumenkohl benötigt für ein optimales Wachstum, je nach Sorte und Wuchsverhalten, eine Stickstoffmenge von 250 bis 350 Kg/ha. Davon entfallen je nach Ertrag, 100 bis 120 Kg N/ha auf das abgefahrenen Erntegut. Weitere 150 bis 250 Kg N/ha sind in den auf dem Feld verbliebenen Ernteresten enthalten. Somit können allein im Boden noch bis zu 100 Kg N/ha verbleiben. Diese Restmenge an Stickstoff hat darin ihre Begründung, dass Blumenkohl, bis zur Ernte, in vollem Wachstum steht, wofür Nährstoffe benötigt werden. Tritt zum Ende der Kultur und damit schon vor der Ernte ein Mangel an Nährstoffen ein, so leidet die Qualität des Produktes. (KRUG 2002) Große Mengen an Stickstoff, sind somit eine gute und ausreichende Nahrungsquelle für die Mikroorganismen des Bodens. Bei sommerlicher Witterung und einem warmen Boden werden die Ernterückstände nach der Einarbeitung rasch zersetzt und mineralisiert. Dies führt dazu, dass neben den schon vorhandenen Restnährstoffen, sich auch die mineralisierten Nährstoffe aus den Ernterückständen im Boden sammeln. In dem Beispiel des Blumenkohls, können so, nach vollständiger Umsetzung und Mineralisierung, was bei entsprechender Witterung im Sommer ungefähr zehn Wochen dauert, bis zu 350 Kg N/ha im Boden vorliegen. Hat der Boden dabei nicht genügend Pufferkapazität, sind die vorliegenden Nährstoffe stark durch Niederschläge auswaschungsgefährdet und gehen damit verloren. Selbst stabil gebundener Dauerhumus, wird durch zu hohe Stickstoffgehalte zunehmend abgebaut, womit dem Boden die Grundlage seiner Speicherfähigkeit entzogen wird. 19

23 An dieser Stelle würde sich der Anbau einer Folgekultur, beispielsweise eine weitere, starkzehrende Kultur, oder eine Gründüngung, zum Erhalt der überschüssigen Nährstoffe anbieten. Im Gegensatz steht das weite C/N - Verhältnis, das für viel, in der organischen Masse gebundenen, Kohlenstoff und wenig Stickstoff steht. Ist dies der Fall, mangelt es den Mikroorganismen an Stickstoff und schränkt damit deren Tätigkeit ein, was dazu führt, dass nur wenig bis keine organische Substanz mineralisiert wird. In diesem Fall werden alle in der organischen Substanz gebundenen Nährstoffe erhalten. Ist das Verhältnis jedoch zu weit, weil viel organische Masse mit einem hohen Kohlenstoffgehalt, beispielsweise in Form von Lignin und Zellulose, in einen stickstoffarmen Boden gelangt, wird jeglicher verfügbarer Stickstoff, für die Zersetzung durch die Mikroorganismen, gebunden. Diesen benötigen die bodenbürtigen Mikroorganismen zum Aufbau und Erhalt eigener Köpersubstanz. Dieser Fall wird als Stickstoffsperre bezeichnet. (Internet 3, KLAPP 1954, DUNST 2011, SACHWEH 2001) 20

24 2.9 Bodenfruchtbarkeit Die Fruchtbarkeit eines Bodens gibt Aufschluss darüber, wie aktiv und leistungsfähig die Biozönose und damit die Umsetzungsprozesse, des Bodens sind. Die Biozönose ist dabei die interaktive Lebensgemeinschaft, in der die Bodenorganismen sowohl untereinander, als auch direkt mit den physikalischen und chemischen Bodeneigenschaften im Zusammenhang stehen. (EVERS 1998) Die Bodenfruchtbarkeit ist daher, zum einen von dem Gehalt an Ton-HumusKomplexen und zum anderen von einem Aktiven Bodenleben abhängig. Humus ist dabei der zentrale Baustein der Ton-Humus-Komplexe, welche durch das Bodenleben entstehen. Je höher dabei der Humusgehalt ist, desto besser sind all die Eigenschaften, welche mit Humus im Zusammenhang stehen. In ackerbaulich genutzten Böden ist der Humusgehalt, mit einem Bereich von 1 bis 3%, gering (Schaller, 2008). Dagegen liegt der Humusgehalt, von als Wiese oder Weide genutzten Böden, bei ungefähr 8% (Internet 4). (Internet 5, SCHALLER 2008) Schätzung der Bodenfruchtbarkeit anhand der Reichsbodenschäzung Mit der Einführung der Reichsbodenschätzung im Jahr 1934, wurde ein einheitliches System zur Beurteilung der Ertragsfähigkeit eines Ackerbodens errichtet. Hintergründe waren neben der besseren ackerbaulichen Nutzung, vor allem politischer und finanzieller Natur. So wurden anhand der Ertragsfähigkeit eines Bodens, die zu entrichtende Steuern festgelegt. Im Rahmen der Reichsbodenschätzung wurde eine Bodeninventur zu Erfassung der Böden in ganz Deutschland durchgeführt. So gibt es drei Kriterien, nach denen ein Boden beurteilt wird: Kriterium Nr. 1: Ist die Einteilung, anhand des Anteils abschlämmbarer Teilchen kleiner 0,01 mm, in acht mineralische Bodenarten und eine Moorgruppe, wie sie in Anhang 3 dargestellt sind. Kriterium Nr. 2: Ist die Entstehung der Böden. Dabei wurde unterteilt in: durch eiszeitliche Ablagerung entstandene Diluvialböden; in Lößböden, welche durch Wind transportiertes und abgelagertes Gesteinsmaterial entstanden sind; 21

25 in Alluvialböden, welche aus Ablagerungen des Wassers, in den Niederungen von Tälern und Küsten, entstanden sind; und, aus dem anstehenden Muttergestein, ohne Umlagerung von Material, entstandene Verwitterungsböden, eingeteilt. Anhand der Entstehung können Rückschlüsse auf Nährstoffreserven des Bodens, die im Ausgangsgestein gebunden sind, geschlossen werden. Dazu gehören beispielsweise Calcium, Eisen, Kalium und Magnesium. Kriterium Nr. 3: Ist die Zustands- oder Entwicklungsstufe. Zu dessen Ermittlung wird ein mindestens 1 m tiefes Bodenprofil freigelegt, um damit die Durchwurzelung, Grundwasserstand, Bodenfarbe, Verdichtungen, Bleichungen, Entkalkungen, Tiefgründigkeit der humushaltigen Schicht und die Krümelung zu beurteilen. In der modernen Bodenkunde kann anhand der Entwicklungsstufe nicht nur die Entwicklung, sondern auch das Altern eines Bodens ermittelt werden. Dabei wird in sieben Zustandsstufe unterschieden, wobei Stufe 1 den leistungsfähigsten und Stufe 7 den ungünstigsten Zustand bezeichnet. Ungünstig beschreibt in diesem Zusammenhang entweder einen unentwickelten Gesteinsboden oder einen alten ausgelaugten Heidesand, welcher einmal Kulturboden war. Mithilfe der drei Kriterien Bodenart, Entstehung und Zustandsstufe werden, unter Rücksichtnahme auf die Grundwasserverhältnisse, die Bodenklassen erstellt. Als Maßgabe diente der beste deutsche Boden, dem der Bodenwert 100 zugeordnet wurde. (SCHALLER 2008, SCHEFFER / SCHACHTSCHNABEL 2002, SCHROEDER 1992) 22

26 2.10 Bodenmüdigkeit Bodenmüdigkeit ist eine Erscheinung, die sich vor allem im Ertragsverhalten der angebauten Kultur bemerkbar macht. Die Ursachen dafür sind mannigfaltig und resultieren aus der einseitigen Nutzung der Flächen. Die Erscheinung der Bodenmüdigkeit ist nicht neu. KLAPP (1954, S. 169) führte hierzu aus: Die Natur kennt keine ausgedehnten, bleibenden Reinbestände einzelner Pflanzenarten, [ ]. Die Bodenmüdigkeit resultiert aus der Eigenunverträglichkeit der Kultur, also aus der Anreicherung von wachstumsbeeinträchtigenden Hemmstoffen, welche die Pflanze selbst über die Wurzel abgibt. Weiterhin aus der einseitigen Auslaugung der im Boden vorhandenen Nährstoffe. Zum anderen siedeln sich verstärkt Schadorganismen, wie Nematoden und Bodenbürtige Krankheiten, beispielsweise die Weißstängligkeit (Sclerotinia sclerotiorum Fuckel), an. Folgen sind Störungen der im Boden lebenden Organismen und damit der Umsetzungsprozesse im Boden. Daraus entsteht eine Störung des Gleichgewichtes innerhalb der Biozönose. Die Symptome sind bei allen Pflanzenarten unterschiedlich ausgeprägt und können bei Extremsituationen wie Trockenheit sichtbar werden. Durch die unzureichende Versorgung der Pflanzen aus dem Boden, werden diese oftmals anfällig gegenüber Krankheiten und Schädlingen. Der Bodenmüdigkeit kann mit einer weit stehenden Fruchtfolge, mit vielen unterschiedlichen Pflanzenarten entgegengewirkt werden. Aus ökonomischer Sicht ist dies jedoch aufgrund des großen Flächen- und Maschinenbedarfs nicht möglich. Daher kann der Bodenmüdigkeit zwar mit einem erhöhten Aufwand an Düngern und Wasser entgegengewirkt werden, jedoch verschlechtert sich die Effizienz der Kultur und weitere Probleme, so beispielsweise die Versalzung der Böden durch Nährstoffträgersalze der Düngemittel, sind zu erwarten. (KLAPP 1954, ALSING 1995, Internet 6) 23

27 3 Konventionelle Bodenbearbeitung 3.1 Ziele der Bodenbearbeitung Ziele sind es, unter den ökonomischen Aspekten, die bestmöglichen Standortbedingungen für die Kulturpflanzen zu schaffen. Nach KLAPP (1954) soll die Bodenbearbeitung bei der Förderung günstiger und bei der Unterdrückung ungünstiger Bodeneigenschaften wirken, sowie die Fruchtbarkeit erhalten und verbessern. Außerdem soll ein optimaler Bodenzustand für die Kulturpflanzen möglichst lange erhalten bleiben und sich positiv auf das Bodenleben, Wasser-, Luft-, und Wärmehaushalt, sowie den Stoffumsatz auswirken. (KLAPP 1954, AMAZONEN-WERKE, Internet 7) 3.2 Aufgaben der konventionellen Bodenbearbeitung Bei der konventionellen Bodenbearbeitung sollen, neben der Schaffung bestmöglicher Standortbedingungen, weitere Ziele verfolgt werden. Dazu zählen die Schaffung eines geeigneten Saat- bzw. Pflanzbettes, die Unkrautregulierung sowie der Schutz vor Erosion durch Wind und Wasser. Zu den Aufgaben der Bodenbearbeitung gehören daher das Einmischen und Einarbeiten von organischen Reststoffen, wie Ernterückständen, um eine rückstandsfreie Bodenoberfläche zu erhalten. Damit wird sichergestellt, dass nachfolgende Bearbeitungsmaßnahmen behinderungsfrei durchgeführt werden können. Ebenso wird damit die Herstellung eines optimalen Porenvolumens, mit einer günstigen Verteilung der Porengrößen, erreicht. Weiterhin soll ein ebenes, feinkrümeliges und ausreichend rückverdichtetes Saat- bzw. Pflanzbett entstehen, das frei von Fremdkörpern und zu großen Bodenaggregaten ist. Außerdem dazu gehören die Regulierung der Unkräuter, das Dränen des Bodens und die Erlangung der zur Bodenformung nötigen Bodeneigenschaften. Die Bodenformung, beispielsweise zu Dämmen, findet dabei besonders im Kartoffel- sowie Spargelanbau Anwendung. (SCHÜSSELER / ZABELTITZ 2004, KLAPP 1954, SACHWEH 2001) 24

28 3.3 Gründe für die konventionelle Bodenbearbeitung Getreu dem Motto reiner Tisch, liegt der Grund, für den Erhalt dieser Bodenbearbeitungsmethode, in der Einfachheit des Verfahrens. Durch das Pflügen wird das Unkraut reguliert und bekämpft, Ernterückstände in den Boden gebracht und Schaderreger unterdrückt. Dies war nötig, da es bis zur Einführung der chemisch-synthetischen Pflanzenschutz- und Düngemittel, keine schlagkräftigen oder nur sehr aufwendige und ertragsarme Verfahren der großflächigen Pflanzenproduktion gab. Außerdem werden gute Bodenbedingungen geschaffen, welche das Pflanzenwachstum positiv beeinflussen. Weiterhin ist die Organisierung der Flächen und deren Bestellung einfach, da nur ein Minimum an Fruchtfolge eingehalten werden muss, ganz im Gegensatz zur Direktsaat oder -pflanzung nach der Ernte. Die saubere Ackeroberfläche ermöglicht zudem einen störungsfreien Einsatz von Technik zur Aussaat und Pflanzung der neuen Kultur. (SCHÜSSELER / ZABELTITZ 2004, KLAPP 1954, SACHWEH 2001) 3.4 Bodenbearbeitung im Kulturverlauf Bei der herkömmlichen Bodenbearbeitung erfolgt die Grundbodenbearbeitung im Herbst, nach der Kulturperiode, mit dem Pflug. Der Pflug ist ein Bodenbearbeitungsgerät, welches einen so genannten Pflugbalken aus der Ackerkrume schneidet und diesen wendet. Dabei wird der Pflugbalken soweit gedreht, dass die Oberseite mit den aufliegenden Pflanzen und Pflanzenrückständen in den Boden gelangt. Der untere Teil des Pflugbalken gelangt somit nach oben, an die Oberfläche und ist frei von Pflanzenrückständen, sofern die im Vorjahr eingearbeiteten, gut verrottet sind. Über den Winter wird der Boden liegen gelassen, so dass der Frost, durch Frostsprengung, die Frostgare schaffen kann. Durch das Pflügen wird die Ackerkrume gelockert und das Porenvolumen erhöht sich. Außerdem wird durch die Unterbrechung der Kapillare, die unproduktive Verdunstung im Frühjahr vermindert und der Saat steht somit ein Großteil des sich in der Krume befindlichen Wassers zu Verfügung. Vor der Bestellung der Fläche mit einer Kultur, wird die Oberfläche so bearbeitet, dass ein ebenes und feinkrümliges Saat- bzw. Pflanzbett entsteht. Dafür eignen sich Geräte wie die Fräse, Kultivator, Grubber, Schleppe, Egge und Kreiselegge. Sie zerkleinern auf verschiedenste Weise, die noch zu großen, zusammenhängenden 25

29 Bodenaggregate und erzeugen so, bei passenden Bedingungen, die für die Saat oder Pflanzung optimalen Bedingungen. Nach der Bestellung der Flächen gilt der Unkrautregulierung besondere Aufmerksamkeit. Unkräuter sind dabei alle Pflanzen, die den Kulturpflanzen mehr schaden als nutzen, also eine direkte Konkurrenz darstellen. Sie können dabei nicht nur den Kulturpflanzen eine Konkurrenz darstellen, sondern auch Pflege- und Erntearbeiten behindern. Zu den vorbeugenden Maßnahmen gehören eine gewisse Feldhygiene, bei der auf Einschleppung von Unkräutern geachtet wird. Weiterhin wird die unbestellte Fläche in der Wachstumszeit mit mechanischen Verfahren, wie beispielsweise dem Striegeln oder Grubbern, behandelt, wodurch aufgelaufene Pflanzen abgeschnitten, herausgezogen oder mit Boden überdeckt werden. Nach der Bestellung der Fläche ist im Gemüsebau, aus ökonomischen Gründen, eine Behandlung mit einem bodenwirksamen Herbizid üblich, die direkt nach der Pflanzung, mit der Pflanzenschutzspritze, appliziert wird und gegen keimende Unkräuter wirksam ist. Das Verfahren ist durch große Arbeitsbreiten schlagkräftig und die Wirksamkeit der Behandlung hält, je nach verwendetem Mittel und Standortbedingungen, bis zu fünf Wochen an. Mechanische Verfahren, wie das Hacken dagegen, haben wegen der geringen Arbeitsbreiten einen hohen Zeitbedarf und werden daher nur angewendet, wenn der Einsatz von Herbiziden nicht mehr möglich ist, oder der Boden, aufgrund von Verschlämmung, einer Lockerung bedarf, um die Kruste zu brechen, Unkräuter zu bekämpfen und die Verdunstung zu minimieren. Nach dem Schließen des Bestandes, also das vollständige Bedecken des Bodens durch die Kulturpflanze, sind keine weiteren Bodenbearbeitungsmaßnahmen, außer dem Freihalten der Fahrgassen für die Ernte, mehr nötig. Nach der vollständigen Ernte der Kultur, werden die Ernterückstände, je nach Weiternutzung der Fläche, durch den Einsatz der Bodenfräse, Scheibenegge, Grubber oder Pflug, abhängig von den Standortbedingungen, in den Boden eingearbeitet. Die Einmischung in den Boden fördert die Zersetzung der Pflanzenrückstände sowie das Auflaufen von Samen und trägt somit, durch Verminderung von Unkräutern und Vernichtung von Keimherden bildenden Pflanzenrückständen, zur Feldhygiene bei. Durch die große Beanspruchung des Bodens durch die Bodenbearbeitung und das 26