Agrarforschung

Bodenverdichtung unter Grünland

Staatliche Lehr und Versuchsanstalt-Aulendorf; Forstliche Versuchs-u. Forschungsanstalt-Freiburg und Institut für Landschaftsökologie und Naturschutz, Singen

M. Elsäßer, J. Schäffer, K. Erzgraber und R. Oppermann
1999

Problemstellung

Vorstudie mit dem Ziel, die Auswirkungen der Verdichtung von Grünland durch Befahrung zu charakterisieren und im Hinblick auf die Zunahme von bewirtschaftungsbedingten Bodenverdichtungen unter Grünland sowie die Konsequenzen auf das Infiltrationsvermögen, die Grundwasserneubildung und die oberflächige Abschwemmung von Düngemitteln zu interpretieren. Aufgabenverteilung im Projekt wie folgt:

Teil 1: Literaturstudie (LVVG Aulendorf)

Teil 2: Gaschromatographische Untersuchungen zur Erfassung von befahrungsbedingten Veränderungen des Bodenlufthaushaltes an zwei Versuchsstandorten in Aulendorf (FVA Freiburg).

Teil 3: Sondierende Untersuchungen zur Bodenverdichtung unter Grünland (ILN Singen)

Untersuchungsmethoden

Die Beobachtungen wurden an 2 Versuchsstandorten (Singen und Aulendorf) durchgeführt.

Nach Befahrung sinkt die Respirationsrate, d.h. die Versorgung mit Sauerstoff und die Entsorgung von CO 2 sind gestört. Unter anaeroben Bedingungen dient nicht mehr der über die Atmosphäre antransportierte, sondern der chemisch gebundene für Sauerstoff als Elektronenakzeptor.

Über die Bestimmung des CO 2 -Gehaltes lassen sich anaerobe Bereiche im Boden detektieren. Eine Messsonde wird in unterschiedliche Bodentiefen (in Aulendorf in 5cm und 10cm) eingestochen. Aus dem Bodenporenraum wird Bodenluft angesaugt und der volumetrische CO 2 -Gehalt gaschromatographisch bestimmt.

Zur Bestimmung des Gelände-Gasdiffusions-koeffizienten werden Messkammern in eine definierte Bodentiefe eingetrieben und zur Atmosphäre hin mit einem Deckel gasdicht verschlossen. Ein Gasaustausch ist somit nur zwischen Boden und Kammervolumen möglich. Durch Injektion eines mengenmäßig definierten Volumens einer Mischung der beiden Edelgase Neon und Krypton in die Kammer wird mittels der zeitabhängigen Abnahme der Edelgase die diffusive Gasdurchlässigkeit des Oberbodens ermittelt. Die Identifizierung der Messgröße erfolgt durch die Anpassung der Konzentration-Zeit-Messwertpaare mit einem nicht-linearen Regressionsverfahren zur analytischen Lösung der instationären Diffusionsgleichung. Aufgrund der dem Messverfahren zugrunde liegenden instationären Diffusion, kann ohne die separate Messung des luftgefüllten Porenvolumens an Stechzylinderproben im Labor der relative scheinbare Diffusionskoeffizient (Ds/Do) nicht aus dem Messergebnis extrahiert werden. Das im Gelände messbare Produkt aus luftgefülltem Porenanteil und relativem scheinbarem Diffusionskoeffizienten ist ein aussagekräftiges bodenphysikalisches Strukturmaß.

Messungen der Bodenverdichtung wurden desweiteren vom ILN Singen mit einem Penetrometer durchgeführt. Zusätzlich wurde mittels Doppelring-Infiltrometer die Aufnahmekapazität der Böden mit Wasser ermittelt.

Ergebnisse

Aufgrund des Pilotcharakters der Studie konnten keine umfassende Messkampagnen im Rahmen von unter definierten Rahmenbedingungen angelegten und längerfristig beobachtbaren Befahrungsversuchen durchgeführt werden. Dies wäre für die umfassende Bearbeitung der gegebenen Fragestellung jedoch erforderlich. Insofern sind die vorliegenden Messergebnisse und Interpretationen nur als erster Einstieg in die Diskussion zur Problematik der Grünlandverdichtung zu sehen. Für die Messungen wurde deshalb auf bestehende Versuchsflächen der LVVG Aulendorf zurückgegriffen, die sich im Hinblick auf die Bewirtschaftungsart (1. mit Balkenmäher gemäht und von Hand abgerecht; 2. konventionell mit praxisüblichen Geräten bearbeitet) unterschieden. Für die Beurteilung der Befahrungsintensität konnte dementsprechend nur ein Relativvergleich der untersuchten Varianten angestellt werden, da keine "gänzlich unbefahrene Nullvariante" untersucht werden konnte.

Für die Beurteilung der Verdichtungswirkungen auf die Bodenstruktur wurden von der FVA Gashaushaltsuntersuchungen durchgeführt. Wird die Anreicherung von CO 2 in der Bodenluft als Indikator für die befahrungsbedingten Strukturveränderungen herangezogen, so lassen sich zwischen konventionell bearbeiteten und weitgehend nicht befahrenen Flächen statistisch signifikante Unterschiede nachweisen. Dies trifft sowohl für die Versuchsflächen im Bereich des Schussentalbodens (Standorts-variante Niedermoor) als auch auf die Ver-suchsflächen im Bereich des Talhanges (Stand-ortsvariante Mineralboden) zu.

Sowohl in 5 cm als auch in 10 cm Bodentiefe wurden die höchsten CO 2 -Konzentrationen (über 6%) auf einer konventionell bearbeiteten Messfläche im Umfeld des Extensivierungs- und Wertzahlenversuches auf Mineralboden gemessen. Bei diesen hohen CO 2 -Konzentrationen ist im Wurzelraum der Bodenvegetation mit anaeroben Bedingungen zu rechnen, die sich auf die Zusammensetzung und eventuell auch auf die Produktivität des Pflanzenbestandes auswirken können.

Sehr deutlich unterscheiden sich die Mediane der Gelände-Gasdiffusionskoeffizienten der Versuchs-parzellen des Extensivierungs- und Wertzahlenversuches (nicht befahren) von den benachbart untersuchten, konventionell bearbeiteten Flächen (inten-siv befahren). Auf dem durch Mineralboden geprägten Substrat konnte eine um den Faktor 4.3 gehemmte Diffusionsgeschwindigkeit festgestellt werden, die auf einen befahrungsbedingten Strukturverlust hindeutet.

Sehr hoch ist die Streuung der Gelände-Gasdiffusionskoeffizienten, die auf der Niedermoorfläche (Kräuterversuch Tiergarten) gemessen wurden. Zwar liegt der Mittelwert der extensiver befahrenen Variante um den Faktor zwei über der vergleichsweise intensiv befahrenen Fläche, statistisch lässt sich dieser Unterschied jedoch nicht absichern. Auf stark humosen Substraten wird ein Großteil der Verdichtungsenergie offensichtlich in reversibler Formveränderung gespeichert. Nach Wegfall der Krafteinwirkung, stellt sich der ursprüngliche Lagerungszustand unter geringer Beeinträchtigung der Bodenstruktur wieder her. Kleinräumige Standortsunterschiede, wie sie in Niedermoorflächen häufig auftreten, können zu räumlich unterschiedlichen Wassergehalten zum Zeitpunkt der Messkampagnen führen und dadurch die Interpretation der Messergebnisse erschweren.

Schlussfolgerungen

Die Messungen der CO 2 -Konzentrationen und der Gelände-Gasdiffusionskoeffizienten lassen den Einfluss der Befahrungsintensität auf die Bodenstruktur erkennen und eignen sich daher als Methodik für die Erfassung von Befahrungsschäden auf Grünlandstandorten. Trotz geringer Stichprobenumfänge konnten signifikante Unterschiede beim Relativvergleich zweier unterschiedlich intensiv befahrener Versuchsvarianten sowohl bei Betrachtung der CO 2 -Konzentrationen als auch der Geländegasdiffusionskoeffizienten festgestellt werden.

Für weitere Untersuchungen zur Problematik der Verdichtung von Grünland durch Befahrung sollten Versuche geplant werden, die unter klar definierten Rahmenbedingungen angelegt werden (insbeson-dere Kenntnis der Vorverdichtung des Substrates und Wassergehalt zum Zeitpunkt der Befahrung) und einen hinreichend großen Stichprobenumfang ermöglichen. Hinsichtlich der Substratauswahl hat die Pilotuntersuchung gezeigt, dass Extremstandorte, wie sie die Niedermoorflächen in Aulendorf darstellen, im Hinblick auf Verdichtungserscheinungen schwierig interpretierbar sind. Auf solchen Böden kann die Verdichtung zudem auch durchaus positive Effekte haben, denn der kapillare Wasseraufstieg lässt sich dadurch maßgeblich verbessern. Mithin sind Bodenverdichtungen in Abhängigkeit vom Bodensubstrat unterschiedlich zu bewerten. Auf Mineralböden sind sie jedoch nahezu ausnahmslos negativ zu bewerten.

Die Möglichkeiten Schäden durch Bodenverdichtungen auf Dauergrünland zu beheben sind äußerst begrenzt. Deshalb sind eine sehr schonende Bearbeitung einerseits und gezielte Maßnahmen des Erhalts der Bodenfruchtbarkeit andererseits erforderlich. Inwieweit die Verwendung angepasster Techniken Vorteile hinsichtlich der Bodenverdichtung aufweist, wurde mehrfach untersucht. Dabei scheint es allerdings nicht allein um das Gewicht der eingesetzten Maschinen und Geräte zu gehen. JOJAJURIA & DRAGHI (1997) versuchten die Frage systematisch zu klären, ob kleinere Mechanisierung (leichter Traktor mit häufigerer Befahrung) oder größere Mechanisierung (schwerer Traktor mit weniger häufiger Befahrung) hinsichtlich auftretender Bodenverdichtung besser zu beurteilen seien. Dabei kamen die Autoren zu einem eher unerwarteten Ergebnis, wonach häufigeres Befahren mit einem kleineren Traktor ebenso große, wenn nicht sogar größere Schäden als schwere Traktoren verursachen kann. In der Zukunft wären also die Bedingungen für die Schädigungen zu definieren und ihre Folgen auch hinsichtlich des Ertrages bzw. der botanischen Veränderungen des Pflanzenbestandes zu quantifizieren.

Literaturhinweis
Abschlußbericht, Jan./Febr. 2000

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