Bodenverdichtung und physikalischer Bodenschutz - Bodenverdichtung in der Landwirtschaft

Inhalt

2. Einführung

3. Boden

4. Bodenverdichtung - Bodenschadverdichtung

5. Ursachen der Bodenverdichtung
5.1. Die bodenexogenen Faktoren
5.2. Die bodenendogenen Faktoren

6. Folgen für die Bodenfunktion

7. Sanierung

8. Prävention
8.1. Bundesbodenschutzgesetz (BBodSchG) – die gute fachliche Praxis
8.2. Kartendarstellungen
8.3. Standortspezifische Bodenbearbeitung

9. Fazit

10. Literaturverzeichnis

2. Einführung

Auf die deutsche Landwirtschaft wurde durch die Öffnung der nationalen Märkte im Zuge der Globalisierung enorm Druck ausgeübt. Die Landwirte mussten produktiver werden ohne die Preise für ihre Produkte zu erhöhen, um den verschärften Wettbewerbsbedingungen Stand zu halten. Die Folgen waren eine zunehmende Rationalisierung der Betriebe und Betriebsvergrößerungen. Auch die Technik hat auf diese Entwicklung reagiert. Die erforderlichen Maschinen mussten schlagkräftiger und Kosten sparender eingesetzt werden. Doch damit wurden die Maschinen auch um ein Vielfaches größer und schwerer (3 – 4 fache Steigerung der Maschinenmasse in den letzten Jahrzehnten) und meist wurde dabei der Aspekt der Bodenbeanspruchung vernachlässigt. Doch auch ein gesunder Boden trägt zu der allgemeinen erfolgreichen Produktivität eines Betriebes bei.

3. Boden

Zunächst stellt sich die Frage, was man unter dem Begriff "Boden" versteht und worin seine Funktionen zu sehen sind. Hier eine Definition aus dem Bundes-Bodenschutzgesetz (BBodSchG, § 2, Absatz 1und2).

Unter dem Begriff Boden ist die obere Schicht der Erdkruste, soweit sie Träger der im folgenden genannten Funktionen ist, einschließlich der flüssigen Bestandteile (Bodenlösung) und der gasförmigen Bestandteile (Bodenluft) ohne Grundwasser und Gewässerbetten zu verstehen. Der Boden erfüllt natürliche Funktionen als Lebensgrundlage und Lebensraum für Menschen, Tiere, Pflanzen und Bodenorganismen, als Bestandteil des Naturhaushalts, insbesondere mit seinem Wasser- und Nährstoffkreisläufen und als Abbau-, Ausgleichs- und Aufbaumedium für stoffliche Einwirkungen auf Grund der Filter-, Puffer- und Stoffumwandlungseigenschaften, insbesondere auch zum Schutz des Grundwassers.

Abgesehen von den Funktionen als Archiv der Natur- und Kulturgeschichte besitzt der Boden eine Nutzungsfunktion. Dazu gehört die Funktion als Rohstofflagerstätte, Fläche für Siedlung und Erholung, Standort für sonstige wirtschaftliche und öffentliche Nutzungen, Verkehr, Ver- und Entsorgung und die Funktion als Standort für die land- und forstwirtschaftliche Nutzung [8].

4. Bodenverdichtung – Bodenschadverdichtung

Nicht jede Verdichtung ist ökologisch negativ zu betrachten, denn Böden neigen auf Grund ihres Eigengewichtes und der Gravitation zur natürlichen Verdichtung. Außerdem können Böden durch Eluvialvorgänge und durch die Einwirkung von Gletschern eine Vorverdichtung aufweisen. Bodenverdichtung ist bis zu einem bestimmten Grad tolerabel und sogar im Hinblick auf Erosionsschutz und Rückfestigung des Bodens erwünscht [6].

Wenn ein Boden jedoch über seine Tragfähigkeit hinaus belastet wird, wird sich durch Zusammenrücken der Bodenbestandteile ein neues Gleichgewicht einstellen, sodass der aufliegende Druck der Tragfähigkeit wieder entspricht. Dadurch verringert sich der Anteil des Poren- bzw. Luftvolumen, besonders die Grobporen sind betroffen. Die Lagerungsdichte des Bodens nimmt entsprechend der Verminderung des Porenvolumens zu .

Erst wenn die Bodenstruktur langfristig, teilweise irreversibel, geschädigt wird, spricht man von Bodenschadverdichtung. Dadurch werden der Wasser-, Luft-, Nährstoff- und Wärmehaushalt sowie die Durchwurzelbarkeit des Bodens folgenschwer beeinträchtigt und eine erhebliche Verschlechterung der Bodenfruchtbarkeit ist zu erwarten [7].

5. Ursachen der Bodenverdichtung

Um gegen die Entstehung von Bodenverdichtung vorzugehen, gilt es zu verstehen, von welchen Parametern und Kräften im Boden die Bodenverdichtung abhängig ist. Nur so kann man nachhaltig den Ackerboden bewirtschaften oder eine bestehende Bodenverdichtung im Ackerboden regenerieren bzw. eine weitere Verdichtung vermeiden.

Eine Vielzahl von Parametern spielt eine Rolle bei der Entstehung von Bodenverdichtungen. Grundsätzlich lassen sich diese Faktoren in zwei Bereiche unterteilen, die bodenexogenen und die bodenendogenen Faktoren [7].

5.1. Die bodenexogenen Faktoren

Die bodenexogenen Faktoren beschreiben die mechanische Belastung des Bodens durch z. B. Befahren, Niederschlagsenergie und Viehtritt. Das Ausmaß dieser Belastung wird durch diese Faktoren beeinflusst: Radlast, Reifeninnendruck, Kontaktfläche, Kontaktflächendruck, Reifenbauart und der Form der Belastung (statisch oder dynamisch) [7].

Der Druck der auf einen Boden ausgeübt wird, verteilt sich regulär nicht nur in eine Richtung, sondern wird in mehrere Richtungen abgeleitet. Dies lässt sich durch s. g. Druckzwiebeln darstellen. Diese Art der Darstellung gilt für einen homogenen Boden. Die Zunahme der Graustufen in den Druckzwiebeln entspricht jeweils einer Verdopplung des Bodendruckes. Dabei lässt sich erkennen, dass durch die Verteilung der Last auf eine entsprechend größere Kontaktfläche, der Bodendruck im Oberboden verringert wird. Allerdings wird damit ein größeres Bodenvolumen und eine größere Tiefe belastet.

Um herauszufinden welche Belastung z. B. während einer Anbauperiode auf den Boden einwirkt, muss man ermittelten, welche Maschinen bzw. Maschinenmasse in welcher Art und Häufigkeit eingesetzt werden [4].

Wenn man beispielsweise einmal über den Acker fährt, kann es im Boden zu einer gewissen Erstverdichtung kommen (s. Abb. 2). Wie stark diese Erstverdichtung ausfällt, ist von mehreren Faktoren abhängig. Zum Beispiel bei gleich bleibender Radlast ist eine größere Bereifung Für den Oberboden schonender (s. Abb. 1). Nach einer Belastung folgt stets eine Entlastung. Der vorverdichtete Boden dehnt sich allerdings nur im Bereich der elastischen Deformation wieder aus. Der Teil des Bodens, der plastisch deformiert wurde, bleibt irreversibel verformt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Drucksetzungskurve (Quelle: [7])

Durch die Erstverdichtung hat sich im Boden eine neue Stabilität eingestellt. Erst wenn diese überschritten wird, kann es zu einer erneuten Verdichtung kommen (Wiederverdichtung, s. Abb. 2).

Inwieweit die bodenexogenen Faktoren Einfluss auf die Bodenstruktur haben, kommt darauf an was für ein Boden vorliegt und welche klimatischen Bedingungen herrschen [2].

5.2. Die bodenendogenen Faktoren

Die bodenendogenen Faktoren beschreiben die mechanische Belastbarkeit von Böden. Dazu zählt man Wassergehalt, Korngrößenverteilung, Lagerungsdichte, Porenkontinuität, Porenvolumen, Plastizität, Konsistenz, Humusgehalt und Tongehalt [7].

Die Poren des Bodens haben die zentrale Bedeutung der Wasserinfiltration und der Luftführung. Die Kontinuität des Porenvolumens ist in diesem Sinne sehr wichtig, um die Lebensvorgänge im Boden zu erhalten. Eine gesunde Gasphase ist eine notwendige Bedingung, besonders die Diffusionsbewegungen des für viele Lebewesen notwendigen Sauerstoffs und der entstehenden Stoffwechselprodukte sorgen dafür, dass die biologische Vielfalt im Boden auch über einen langen Zeitraum hinweg erhalten bleiben kann. Die Porenkontinuität entscheidet wie gut die Pflanzen und Bodenlebewesen versorgt werden können [1]. Anhand des Äquivalenzdurchmessers werden die Poren unterteilt in Grob- (>50-10µm), Mittel – (10-0,2µm) und Feinporen (>0,2µm). Grobporen sind bei der Bodenverdichtung besonders betroffen, weil sie eine geringere Stabilität aufweisen als Mittel- und Feinporen. Allerdings sind Grobporen und -kontinuität sehr wichtig für den Boden [3].

Auch die Korngrößenverteilung hat Einfluss auf die Lagerungsdichte bzw. Porenvolumen. Bei gleichförmiger Verteilung der Körnungen ist die Lagerungsdichte größer, die Abstände zwischen den Körnern sind gleich bleibend. Weißt die Korngrößenverteilung eine größere Variabilität auf nimmt das Porenvolumen ab (z. B. sandiger Lehm) [6].

Die optimale Lagerungsdichte von Böden ist für jeden Standort verschieden und abhängig von der vorherrschenden Bodenart und dem Bodenaufbau. Die Lagerungsdichte beschreibt wichtige Bodeneigenschaften wie die Scherfestigkeit, Kompressibilität oder Durchlässigkeit.

Trockener Boden hat eine höhere mechanische Belastbarkeit und ist viel tragfähiger als feuchte oder durchnässte Böden. Denn beim Austrocknen ziehen sich die Wassermenisken zurück und konzentrieren Feinpartikel im Bereich des Kornkontaktes, dadurch wird das Bodengefüge stabilisiert [4].

Bei feuchten und durchnässten Böden führt eine zu hohe mechanische Belastung zu plastischen Verformungen und Knetung der Bodenmasse, zu einem Zusammenpressen der Hohlräume und dadurch zu einem namhaften Verlust an Grobporen. Besonders empfindlich sind tonreiche, lehmige Böden [6].

Allgemein lässt sich sagen, dass je höher der Wassergehalt des Bodens ist, desto höher ist die Gefahr einer Bodenverdichtung (s. Abb. 5) Allerdings ist ein völlig wassergesättigter Boden nicht verdichtungsanfällig, da Wasser in- kompressibel ist (z. B. Reisfeld).

Die Konsistenz der meisten Böden befindet sich im plastischen oder halbfesten Bereich. Das Scherfestigkeits- und Steifigkeitsverhalten der Böden steht in Beziehung zu dem Bereich der plastischen Konsistenz. Der Plastizitätsindex zeigt, wie ein Boden hinsichtlich seiner Stabilität auf Wassergehaltsänderungen reagiert [4].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Konsistenzgrenzen nach Atterberg (Quelle: [4])

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3: Einteilung der Konsistenzgrenzen (Quelle: [5])

Je höher der Tongehalt ist, desto ausgeprägter sind die Unterschiede im Konsistenzverhalten, weil Tonminerale extrem quellfähig sind und ihre Konsistenz stark vom Wassergehalt des Bodens abhängig ist. Dies bedeutet, dass im trockenen Zustand die Tonminerale sehr schnell verhärten und im feuchten Zustand aufquellen [3].

Der Humusgehalt bzw. Anteil der organischen Substanz (Ernterückstände, Dünger, Gülle, etc.) eines Bodens ist von essentieller Bedeutung. Humus schützt den Boden vor Wind und Wassererosion, macht den Boden fruchtbar, ernährt nützliche Bodenorganismen, usw. Außerdem befähigt ein erhöhter Humusgehalt zu einer verbesserten Aggregierung der Bodenbestandteile. Das ist das Zusammenkleben von einzelnen Partikeln zu komplexeren Strukturen. Ein aggregierter Boden ist stabiler [1].

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