Bodendruck (aktualisiert)

Die immer schwerer gewordenen Traktoren und Erntemaschinen führen zu deutlichen Bodenverdichtungen, so ein Beitrag von Professor Rainer Horn in Spektrum der Wissenschaft. Während der Schwerlastverkehr auf den Straßen auf maximal 44 Tonnen beschränkt ist, gibt es auf dem Acker keine Begrenzungen – mit negativen Folgen für die Böden. Dadurch kommt es vor allem zu irreparablen Verdichtungen im Unterboden (bis 90 cm Tiefe), die kaum zu beheben sind. Durch das Zusammenpressen der luftführenden Poren wird der Acker um mehrere Zentimeter zusammengedrückt. Das führt dazu, dass die Böden bei Starkregen immer weniger Wasser aufnehmen können, so dass Überflutungen die Folge sind. Die Verdichtungen können auch durch Minimalbodenbearbeitung nicht vermieden werden ebenso wenig durch Breitreifen. Professor Horn spricht sich für eine maximale Radlast von nicht mehr als 5 Tonnen aus. Mähdrescher erreichen bei einem Gesamtgewicht von 22 Tonnen eine Radlast von 7 Tonnen, Köpfrodebunker mit einem Gesamtgewichtgewicht von 40 Tonnen kommen auf eine Radlast von 11 Tonnen.

Völlig außer Acht gelassen wird das Bodenschutzgesetz vom 17. März 1998, nachdem die Grundstückeigentümer verpflichtet sind, Maßnahmen zur Abwehr drohender schädlicher Bodenveränderungen zu ergreifen. Schädliche Bodenveränderungen im Sinne des Gesetzes sind Beeinträchtigungen der Bodenfunktionen, die geeignet sind, Gefahren, erhebliche Nachteile oder erhebliche Belästigungen für den Einzelnen oder die Allgemeinheit hervorrufen zu können. Dabei kommt in § 17 der Begriff  „Gute fachliche Praxis in der Landwirtschaft“ zum Einsatz. Dazu zählt die nachhaltige Sicherung der Bodenfruchtbarkeit und Leistungsfähigkeit des Bodens als natürlicher Ressource. Danach sollten Bodenverdichtungen und Bodenabträge möglichst vermieden sowie die Bodenstruktur möglichst erhalten oder verbessert werden.

Ein kürzlich in der FAZ veröffentlichter Beitrag über den Einsatz von Vollerntern im Forst wirft ein fades Licht auf den Unterschied zwischen dem, was im Gesetz steht und dem, was die Landtechnikhersteller anbieten. Um Bodenschäden zu vermeiden, würde der Konstrukteur die Maschinen auf den von ihm bewirtschafteten Flächen nicht einsetzen.

Ein achtjähriger Langzeitversuch von Professor Ludwig Volk an der Fachhochschule Südwestfalen hat deutlich gezeigt, dass die konventionelle Bodenbearbeitung in Bezug auf die Anforderungen des Bodenschutzgesetzes am schlechtesten abschneidet. Der Bedeckungsgrad beträgt lediglich 1 %, verglichen mit 30 % bei der Mulchsaat und 70 % bei der Direktsaat. Die Aggregatstabilität ist schlechter (30.1 % ggü. 43.1 % bzw. 48.7 %). Das hat negative Auswirkungen auf die Infiltrationsrate, die nur bei 49.4 % liegt (im Vergleich zu 70.9 bzw. 92.4 %), auf den Oberflächenabfluss, der deutlich erhöht ist (21,2 Liter je qm ggü.12,2 bzw. 3,2 Liter) und den Bodenabtrag. Hier sind die Unterschiede besonders gravierend. Umgerechnet auf den Hektar gehen durch die konventionelle Bodenbearbeitung 3,176 Tonnen Boden verloren; bei der Mulchsaat sind es immer noch 1,375 Tonnen; bei der Direktsaat lediglich 337 kg. Die Landwirte sollten sich immer vor Augen vor, dass durch Erosion der wertvollste Teil des Bodens verloren geht und dass jeder Liter, der oberflächlich abfließt, nicht mehr den Pflanzen zur Verfügung steht.

Professor Volk empfiehlt den Einsatz von Reifendruckregelanlagen und den Verzicht auf Pflegebereifung.

Eine neue Variante zur Verringerung des Bodendrucks kommt aus der Schweiz. Ein Team um Professor Kurt Hug entwickelte an der Berner Fachhochschule einen autonomen Traktor, der nur 700 kg wiegt. Dieser Minitraktor kann theoretisch 24 Stunden eingesetzt werden. Bei einem Vergleichsversuch (zur Getreideaussaat) mit einem 7 Tonnen schweren GPS-gesteuerten John Deere Traktor des Schweizer Lohnunternehmers Hans-Peter Lauper aus Wiler bei Seedorf im Schweizer Kanton Bern reichte der Minitraktor mit der Bezeichnung Hymog aber nicht an die Leistungsfähigkeit des konventionellen Traktors heran. Immerhin verursachte der Minitraktor einen um zwei Drittel geringeren Bodendruck. Bis zur Serienreife werden noch einige Jahre vergehen, so Professor Hug. Der Lohnunternehmer sah die Vorteile des geringeren Bodendrucks besonders bei feuchten Bodenverhältnissen. Der Vergleichsversuch wurde in der Wissenschaftssendung nano am 2. Februar vorgestellt, und kann jederzeit auf der Mediathek des 3sat-Kanals angeschaut werden.

An der Berner Fachhochschule wurde auch das Simulationsmodell für die Berechnung des Bodenverdichtungsrisikos beim Einsatz von landwirtschaftlichen Fahrzeugen Terranimo entwickelt. Das offiziell vom Bundesamt für Landwirtschaft genehmigte Modell gibt es in zwei Varianten. Die light-Variante simuliert die Risikoeinschätzung von Standardsituationen. Terranimo expert steht für die umfassende Analyse des Verdichtungsrisikos bei spezifischen Bedingungen. In der Light-Variante werden als Maschinendaten Radlast und Reifendruck eingeben und als Bodendaten Tongehalt und Saugspannung. Bei der Einstufung der Bodendaten hat der Landwirt oder Lohnunternehmer die Möglichkeit statt präziser Daten auch zwischen den groben Begriffen (leichte Böden, mittelschwere und schere Böden) bzw. den Zuständen nass, sehr feucht, feucht und trocken zu unterscheiden. Die Verdichtungsgefährdung wird bis 35 cm Bodentiefe angegeben. Im Expert-System hat der Landwirt oder Lohnunternehmer wesentlich umfangreichere Auswahlen. Er kann zwischen verschieden ausgerüsteten Traktoren, Erntemaschinen bzw. Anhängern wählen und das Rad sehr genau konfigurieren. Auch bei den Bodenparametern hat er umfangreichere Wahlmöglichkeiten. Bei den Resultaten unterscheidet Terranimo zwischen drei Kategorien: Keine Verdichtungsgefährdung; Beträchtliche Verdichtungsgefährdung – Radlast oder Reifendruck reduzieren; Schadverdichtung im Unterboden zu erwarten – Befahrung unterlassen.

Das Thema „Bodendruck“ ist intensiv in den Fachzeitschriften behandelt worden, doch gibt es einige neuere und viele unterschätzte Aspekte. Ein Leser des Bodeninformationsdienstes wies daraufhin, dass auf niederschlagsreichen Standorten die Dränagen in kürzeren Abständen und auch in unterschiedlichen Tiefen gesetzt werden sollten.

Die US-Beratungsdienste weisen immer wieder auf den Humusaufbau durch Ernterückstände, organische Düngung und tief wurzelnde Zwischenfrüchte hin. Besonders wichtig ist eine gute Durchwurzelung, weil die abgestorbenen Wurzeln sehr effektiv sind bei der Bildung stabiler Strukturen (lt. Beratungsdienst der Universität von Nebraska). Eine Untersuchung in Nordfrankreich hat den Zusammenhang zwischen organischer Substanz und Bodenverdichtung bestätigt. Mit sinkendem Humusgehalt sinken das Porenvolumen und der Bodenwassergehalt.

Die Verringerung der Überfahrten ist ein wichtiges Thema. Wenn durch das Kinsey-System die Nährstoffverhältnisse in Ordnung gebracht werden, dann entsteht bereits ein stabilerer Boden; dann ist in der Regel aber auch weniger Pflanzenschutzaufwand erforderlich. Eine australische Quelle empfiehlt die Berücksichtigung der Basensättigung. Durch den Einsatz von Bodenaktivatoren / Bodenstimulatien lässt sich der Aufwand weiter verringern. Die Landwirte sollten Geräte zur Messung des Bodendrucks und der Bodenfeuchte kaufen, um im Zweifelsfalle kritische Entscheidungen verschieben zu können. Derartige Geräte gibt es bei AgraTronix oder Dickey John.

Durch die Bodenverdichtung werden die mittelgroßen und die Makroporen um 60 – 70 % verringert. Die Verdichtung führt zu einer Verringerung der biologischen Aktivität im Boden und damit auch zu einer verringerten Nährstoffverfügbarkeit. Mehrere Autoren empfehlen das Mulchen von Stroh zur Reaktivierung der biologischen Aktivität. Wichtig ist hierbei auch ein niedriges C:N-Verhältnis, das z.B. durch die Ausbringung von Gülle auf die Mulchschicht erreicht werden kann. Um Ammoniakemissionen zu vermeiden ist die Ansäuerung der Gülle zu empfehlen.

Ein belgischer Versuch hat einen Vergleich zwischen einer seit neun Jahren pfluglos bestellten Fläche mit einer Pflugparzelle verglichen. Bei dem Experiment wurden auf zwei Standorten aus schluffigem Lehm Zuckerrüben bestellt und die Wirkung des Rübenvollernters gemessen. Vor dem Einsatz des Vollernters hatte eine der beiden pfluglos bestellten Fläche die gleiche Bodendichte in der Krume wie im Unterboden (1,47 t/m3); auf der anderen war die Bodendichte in der Krume höher als im Unterboden (1,61 t ggü. 1,53 t). Auf beiden konventionell bestellten Flächen war die Krume leichter als der Unterboden (1,30 t ggü. 1,52 t). Durch den Einsatz des Rübenvollernters wurde die Krume des pfluglos bestellten Bodens stärker zusammengedrückt als die des gepflügten Bodens (1,61 u. 1,63 t ggü. 1,53 u. 1,57 t). Auf dem zuerst genannten pfluglos bearbeiteten Standort war der Unterboden etwas verdichtet (1,50 t), auf dem anderen Standort stark verdichtet (1,58 t). Die Unterböden der beiden gepflügten Standorte waren hingegen kaum verdichtet (1,54 t)!

Es dauert in der Regel mehr als drei bis vier Jahre, bis sich die verdichteten Böden wieder regenerieren. Bei der Regeneration spielen die Regenwürmer eine wichtige Rolle. Es dauert drei Monate, bis nach einer Verdichtung die Regenwurmpopulation wieder hergestellt ist, aber 12 bis 24 Monate, bis das durch die Regenwürmer entstandene Porensystem wieder hergestellt ist. Das zeigen französische Versuche. Auf jeden Fall ist es sinnvoll, eine hohe Regenwurmdichte anzustreben.

Ein schwedischer Versuch mit 40 Einzelexperimenten hat gezeigt, dass Weizen und Gerste auf Bodenverdichtungen unempfindlicher reagieren als Blattfrüchte. Bei moderatem Bodendruck zeigten Gerste und Weizen sogar höhere Erträge. Bei starker Verdichtung ist beim Weizen das Wurzelwachstum stärker beeinträchtigt als das Blattwachstum. Besonders empfindlich reagierten Erbsen und Ackerbohnen.

Eine gemeinsame Studie schwedischer, dänischer und Schweizer Wissenschaftler gibt die klare Empfehlung, dass bei Erreichen der Feldkapazität für das Bodenwasser der Druck durch Fahrzeuge oder Geräte in 50 cm Tiefe eine vertikale Spannung von 50 kPa nicht übersteigen sollte (sog. 50-50-Regel). Die Autoren weisen nochmals auf die große Bedeutung der Verdichtung im Unterboden hin, die weit aus schwerer zu beheben ist als die Verdichtungen in der Krume. Daneben gibt es noch eine 8-8-Regel. Danach wird der Boden in 50 cm Tiefe bei Drücken über 50 kPa für jede weitere Tonne Achslast um weitere 8 cm zusammengepresst, bzw. für jede Verdopplung des Reifendrucks. Die Wissenschaftler haben mit 30 bzw. 60 kN-Achslast gearbeitet. Besonders hohe Drücke, die die 50 kPa überschreiten, entstehen laut der Agrarberatung des Freistaates Sachsen durch den Einsatz des Mähdreschers, den Getreidetransport mit Standardbereifung und beim Gülleausbringen. Bei Unterbodenverdichtungen ist die Achslast entscheidend! Im Oberboden spielen die Bodenaufstandsfläche, der Reifeninnendruck und der mittlere Bodendruck die entscheidende Rolle.

Hilfreich ist auch eine Dissertation von Rupert Geischeder aus dem Jahr 2010 am Lehrstuhl für Agrarsystemtechnik der TU München in Freising. Dabei weist der Autor auf den Zusammenhang zwischen Radlast, Zahl der Überfahrten und Schwere der Verdichtung hin. Bei geringen Radlasten sind vermehrte Überfahrten in erster Linie im Oberboden (bis 20 cm) zu spüren; deutlich höhere Radlasten wirken sich dagegen auf den Unterboden aus. Außerdem hat der Autor festgestellt, dass Gummibandlaufwerken weniger Druck ausüben als eine vergleichbare Zwillingsbereifung. Bei mehrfacher Überfahrt wies er außerdem deutliche Mindererträge beim Sommerweizen nach.

In einer französischen Untersuchung wurde nachgewiesen, dass sich bei feuchtem Boden durch hohe Drücke die Poren stärker mit CO2 anfüllen, während der Sauerstoffgehalt zurückgeht.

Quellen:

Soil and Tillage Research; Volume 82, Issue 2, June 2005, Pages 121–145

Int. Agrophys., 2012, 26, 65-69
doi: 10.2478/v10247-012-0010-1

An ASABE – CSBE/ASABE Joint Meeting Presentation
Paper Number: 1894167

Soil and Tillage Research, Volume 141, August 2014, Pages 44-54

Soil and Tillage Research, Volume 138, May 2014, Pages 56-63

Soil Biology and Biochemistry
Volume 55, December 2012, Pages 93–103

Soil Use and Management
Volume 28, Issue 3, pages 378–393, September 2012

Geoderma

Volumes 193–194, February 2013, Pages 29–40

http://www.landwirtschaft.sachsen.de/landwirtschaft/download/pflanzliche_Erzeugung/Goetze_GefueSchutz_terratec_07_.pdf

https://mediatum.ub.tum.de/doc/1006977/1006977.pdf