Erosionsschutz durch nachhaltige Landwirtschaft: Unterschied zwischen den Versionen

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Böden sind lebensnotwendige und nicht-erneuerbare, natürliche Ressourcen und stellen u.a. die Grundlage zur Erzeugung von Nahrungsmitteln dar. Doch die fortschreitende Bodendegradation durch Wind- und Wassererosion ist eine ernstzunehmende Gefahr für die Nahrungsmittelsicherheit. Da keine offizielle Definition von „nachhaltiger Landwirtschaft“ existiert, wird hier die Integration von Direktsaat  und ökologischer Landwirtschaft als das boden- und umweltschonendste Anbausystem vorgeschlagen. Das Aufkommen von Unkräutern muss in einem solchen System z.B. durch Deckfrüchte, komplexe Fruchtfolgen und Allelopathien kontrolliert werden.
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Der '''Erosionsschutz durch nachhaltige Landwirtschaft''' umfasst verschiedene ökologische Maßnahmen gegen den durch Wind oder Wasser verursachten Bodenabtrag. Böden sind lebensnotwendige und nicht-erneuerbare, natürliche Ressourcen und stellen eine Grundlage zur Erzeugung von Nahrungsmitteln dar. Die fortschreitende Bodendegradation durch Wind- und Wassererosion ist damit eine ernstzunehmende Gefahr für die Nahrungsmittelsicherheit.
Trotz des vorhandenen Interesses wird die Direktsaat in der ökologischen Landwirtschaft nicht konsequent angewandt. Zudem gibt es derzeit keine speziellen Netzwerke zum Erfahrungs- und Wissensaustausch, wenngleich die neuen Konzepte nachhaltiger Landwirtschaft wissensbasierter als die früheren sind. Bedarf besteht nicht nur in der Bereitstellung von Wissen sondern auch in seiner Erhebung. Zukünftige Langzeitstudien müssen konzeptionelle Ansätze „nachhaltiger Landwirtschaft“ in Feldversuchen testen und evaluieren. Dringender Forschungsbedarf besteht außerdem bei der Erhebung und Modellierung von Erosionsdaten auf Feldebene.
 
  
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Da keine offizielle Definition von „nachhaltiger Landwirtschaft“ existiert, wird hier die Integration von Direktsaat  und ökologischer Landwirtschaft als das boden- und umweltschonendste Anbausystem vorgeschlagen. Das Aufkommen von Unkräutern muss in einem solchen System z.B. durch Deckfrüchte, komplexe Fruchtfolgen und Allelopathien kontrolliert werden.
  
==Begriffe==
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== Begriffe ==
Bodenerosion bezeichnet „die Abtragung der Landoberfläche durch physikalische Kräfte wie Regen, fließendes Wasser, Wind, Eis, Temperaturwechsel, Schwerkraft oder andere natürliche oder anthropogene Ursachen, die Boden oder geologisches Material an einem Punkt der Erdoberfläche abreiben, ablösen oder entfernen, um es an anderer Stelle wieder abzulagern“ [2]. In Europa wird die Erosion durch Wasser als die häufigste Erosionsform vermutet[3]. Sie erfolgt durch Zwischenrillenerosion (engl. sheet erosion; gleichmäßiger, schichtförmiger Bodenabtrag), Rillenerosion (engl. rill erosion; Rillentiefe < 30 cm) und Rinnenerosion bzw. Gullyerosion (engl. gully erosion; Rinnentiefe > 30 cm), wenn infolge übermäßigen Oberflächenabflusses die Scherspannung des Abflusses die Scherfestigkeit des Bodens überschreitet [4] [5] [3]. Abbildung 1 zeigt unterschiedliche Formen der Wassererosion.
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Bodenerosion bezeichnet „die Abtragung der Landoberfläche durch physikalische Kräfte wie Regen, fließendes Wasser, Wind, Eis, Temperaturwechsel, Schwerkraft oder andere natürliche oder anthropogene Ursachen, die Boden oder geologisches Material an einem Punkt der Erdoberfläche abreiben, ablösen oder entfernen, um es an anderer Stelle wieder abzulagern“.<ref>Soil Science Society of America (2019): Glossary of Soil Science Terms. URL: <nowiki>https://www.soils.org/publications/soils-glossary</nowiki> (Stand: 16.06.2019). </ref> In Europa wird die Erosion durch Wasser als die häufigste Erosionsform vermutet.<ref name=":0">Verheijen, F., Jones, R., Rickson, R., Smith, C. Smith (2009): Tolerable versus actual soil erosion rates in Europe. Accepted Manuscript. Earth-Science Reviews, 94, 23-38.</ref> Sie erfolgt durch Zwischenrillenerosion (engl. sheet erosion; gleichmäßiger, schichtförmiger Bodenabtrag), Rillenerosion (engl. rill erosion; Rillentiefe < 30 cm) und Rinnenerosion bzw. Gullyerosion (engl. gully erosion; Rinnentiefe > 30 cm), wenn infolge übermäßigen Oberflächenabflusses die Scherspannung des Abflusses die Scherfestigkeit des Bodens überschreitet. <ref name=":0" /><ref>Kirkby, M., Le Bissonais, Y., Coulthard, T., Daroussin, J., McMahon, M. (2000): The development of Land Quality Indicators for Soil Degradation by Water Erosion. Agriculture, Ecosystems and Environment, 81, 125-136.</ref><ref>Jones, R., Le Bissonnais, Y., Bazzoffi, P., Sanchez Diaz, J., Düwel, O., Loj, G., Øygarden, L., Prasuhn, V., Rydell, B., Strauss, P., Berenyi Uveges, J., Vandekerckhove, L., Yordanov, Y. (2004): Nature and Extent of Soil Erosion in Europe. In: Van-Camp, L., Bujarrabal, B., Gentile, A., Jones, R., Montanarella, L., Olazabal, C., Selvaradjou, S.: Reports of the Technical Working Groups established under the Thematic Strategy for Soil Protection. Volume II Erosion. Office for Official Publications of the European Communities, Luxembourg. n. pag.</ref>
  
In Anlehnung an die Definition von nachhaltigem Bodenmanagement der FAO sind die Kriterien der nachhaltigen Landwirtschaft [1]:
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In Anlehnung an die Definition von nachhaltigem Bodenmanagement der FAO sind die Kriterien der nachhaltigen Landwirtschaft:<ref>Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO; 2017): Voluntary Guidelines for Sustainable Soil Management. Rome. URL: http://www.fao.org/3/a-bl813e.pdf (Stand: 08.08.2020)</ref>
  
*Kein Überschreiten von tolerierbaren Bodenerosionsraten
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* Kein Überschreiten von tolerierbaren Bodenerosionsraten
*Halten des Speichers organischer Bodensubstanz nahe dem natürlichen Niveau
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* Halten des Speichers organischer Bodensubstanz nahe dem natürlichen Niveau
*Keine Verschlechterung der Bodenstruktur z.B. um negative Beeinträchtigung der Bewegung von Luft, Wasser und Wärme sowie des Wurzelwachstums zu vermeiden
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* Keine Verschlechterung der Bodenstruktur z.B. um negative Beeinträchtigung der Bewegung von Luft, Wasser und Wärme sowie des Wurzelwachstums zu vermeiden
*Minimalhalten von Versalzung, Sodifizierung und Alkalisierung des Bodens
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* Minimalhalten von Versalzung, Sodifizierung und Alkalisierung des Bodens
*Optimierung von und sicherer Umgang mit Inputfaktoren wie z.B. Düngemittel, Pflanzenschutzmittel, Bewässerung und Einsatz von Maschinen
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* Optimierung von und sicherer Umgang mit Inputfaktoren wie z.B. Düngemittel, Pflanzenschutzmittel, Bewässerung und Einsatz von Maschinen
*Vermeidung von Nährstoffverlusten in die Umwelt
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* Vermeidung von Nährstoffverlusten in die Umwelt
*Keine Überschreitung toxischer Grenzwerte von Bodenkontaminationen, die auf Pflanzen, Tiere, Menschen und Umwelt schädlich wirken
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* Keine Überschreitung toxischer Grenzwerte von Bodenkontaminationen, die auf Pflanzen, Tiere, Menschen und Umwelt schädlich wirken
*Keine nachhaltige und unangemessene Störung der biologischen Funktionen des Bodens
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* Keine nachhaltige und unangemessene Störung der biologischen Funktionen des Bodens<br />
  
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== Auswirkung von Bodenerosion auf Ernteerträge ==
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Auch wenn der genaue Zusammenhang zwischen Bodenerosion und Bodenproduktivität schwer zu quantifizieren ist, kann der Einfluss der Bodenerosion auf den Ernteertrag nicht bestritten werden.<ref>Ye, L., Van Ranst, E. (2009): Production scenarios and the effect of soil degradation on long-term food security in China. Global Environmental Change, 19, 464-481.</ref> Die Reduzierung der Ernteerträge in Folge von Bodenerosion ist jedoch ein meist schleichender Prozess und so waren die Ertragszunahmen durch die sog. grüne Revolution in den meisten landwirtschaftlichen Systemen so signifikant, dass Erosionseffekte auf den Ernteertrag kaum zu spüren waren. Eine Referenzsituation unter Technologieinput, in der keine Bodenerosion stattfindet, würde dennoch zu höheren Ernteerträgen führen.<ref name=":1">Vanwalleghem T., Gómez, J., Infante Amate, J., González de Molina, M., Vanderlinden, K., Guzmán, G., Laguna, A., Giráldez, J. (2017): Impact of historical land use and soil management change on soil erosion and agricultural sustainability during the Anthropocene. Anthropocene, 17, 13-29.</ref>
  
==Auswirkung von Bodenerosion auf Ernteerträge==
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== Aktuelle Bodenerosionsrate ==
Auch wenn der genaue Zusammenhang zwischen Bodenerosion und Bodenproduktivität schwer zu quantifizieren ist, kann der Einfluss der Bodenerosion auf den Ernteertrag nicht bestritten werden [9]. Die Reduzierung der Ernteerträge in Folge von Bodenerosion ist jedoch ein meist schleichender Prozess und so waren die Ertragszunahmen durch die sog. grüne Revolution in den meisten landwirtschaftlichen Systemen so signifikant, dass Erosionseffekte auf den Ernteertrag kaum zu spüren waren. Eine Referenzsituation unter Technologieinput, in der keine Bodenerosion stattfindet, würde dennoch zu höheren Ernteerträgen führen [10]. Abbildung 2 veranschaulicht diese Beziehungen qualitativ.
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Verheijen et al. schlagen vor, natürliche Bodenbildungsraten als Grundlage für die Festlegung tolerierbarer Bodenerosionsraten heranzuziehen.<ref name=":1" /> Die geschätzte Bodenbildungsrate aus Verwitterung und Staubeinträgen liegt in weiten Teilen Europas bei ca. 0,3 – 1,4 t ha<sup>-1</sup> yr<sup>-1</sup>.<ref name=":1" /> In Europa sind die aktuellen Erosionsraten auf Ackerland im Durchschnitt 3 bis 40 mal höher als die tolerierbaren Abtragsraten.<ref name=":1" /> Wenn die gemessenen und geschätzten Wertebereiche der Bodenbildung und Bodenerosion den tatsächlichen Werten entsprechen und die aktuellen Bodenbearbeitungstechniken beibehalten werden, könnten viele ackerbaulich genutzte Böden, vor allem auf Hängen, innerhalb der nächsten hundert Jahre 2–30 cm dünner sein als heute. Für viele Oberböden in Europa würde dies zu erheblichen Verschlechterungen oder sogar zum Verlust von Bodenfunktionen führen.<ref name=":1" /> Etwa 33% der globalen landwirtschaftlichen Nutzfläche sind bereits degradiert. Dabei wird die Degradation zu mehr als 55% durch Wassererosion und zu fast 33% durch Winderosion verursacht.<ref>Food and Agriculture Organization of the United Nations & Intergovernmental Technical Panel on Soils (FAO & ITPS; 2015): Status of the World’s Soil Resources. Main report. Rome. </ref>
  
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== Ökologische Landwirtschaft ==
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=== Konservierender Landwirtschaft und Direktsaat ===
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Das Pflügen ist in der konventionellen Landwirtschaft eine der wichtigsten Formen der Bodenbearbeitung. Anwendung findet das Pflügen u.a. zur Lockerung des Bodens, zur Unkrautbekämpfung, zur Unterstützung der Freisetzung von Bodennährstoffen durch Mineralisierung und Oxidation, zur Einarbeitung von Ernterückständen und Düngemitteln sowie zur Vorbereitung des Saatbetts.<ref>Farooq, M., Siddique, K. (2015): Conservation Agriculture: Concepts, Brief History, and Impacts on Agricultural Systems. In: Farooq, M., Siddique, K. (2015): Conservation Agriculture. Springer. n. pag. </ref> Trotz dessen ist das Pflügen eine für Böden hochgradig destruktive Bearbeitungsform.<ref name=":2">Lal, R., Reicosky, D., Hanson, J. (2007): Evolution of the plow over 10,000 years and the rationale for no-till farming. Soil & Tillage Research, 93, 1-12.</ref> Bodenerosion, Verlust von organischem Kohlenstoff, Nährstoffverarmung und Bodenverdichtung sind direkte Folgen des Pflügens.
  
==Aktuelle Bodenerosionsrate==
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Eine Alternative zur konventionellen Bodenbearbeitung bietet die konservierende Bodenbearbeitung (engl. Conservation Tillage (CT) bzw. Conservation Agriculture (CA)). CT wurde in den 1930er Jahren als Antwort auf die ‘‘Dust Bowl’’ Ereignisse – eine verheerende Bodenerosionskrise in Amerika – von Hugh Hammond Bennett entwickelt.<ref name=":2" /> Aktuell scheint es keine weltweit einheitlich feststehende Definition von CT zu geben. Für das United States Department of Agriculture gilt jedes Bodenbearbeitungs- und Pflanzsystem, das nach dem Pflanzen 30% oder mehr der Bodenoberfläche mit Ernterückständen bedeckt, um Bodenerosion durch Wasser zu verringern, als konservierend.<ref>United States Department of Agriculture (USDA; 2000): Briefing Rooms. Agricultural Chemicals and Production Technology. Glossary. Crop Residue Management and Tillage Definitions. [https://wayback.archiveit.org/5923/20120620132042/http://www.ers.usda.gov/Briefing/AgChemicals/glo&#x20;ssary.htm URL] (Stand: 10.06.2019).</ref> Die FAO hingegen wählt in ihrer Definition einen eher holistischen Ansatz: „CA ist ein landwirtschaftliches System, das die Aufrechterhaltung einer dauerhaften Bodenbedeckung, minimale Bodenstörungen und die Diversifizierung von Pflanzenarten fördert. Es verbessert die biologische Vielfalt und die natürlichen biologischen Prozesse über und unter der Bodenoberfläche, was zu einer effizienteren Nutzung von Wasser und Nährstoffen sowie zu einer verbesserten und nachhaltigen Pflanzenproduktion beiträgt“.<ref>Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO; 2019): Conservation Agriculture. [http://www.fao.org/conservation-agriculture/en/ URL] (Stand: 12.06.2018). </ref>
Verheijen et al. schlagen vor, natürliche Bodenbildungsraten als Grundlage für die Festlegung tolerierbarer Bodenerosionsraten heranzuziehen [10]. Die geschätzte Bodenbildungsrate aus Verwitterung und Staubeinträgen liegt in weiten Teilen Europas bei ca. 0.3 – 1.4 t ha-1 yr-1 [10]. In Europa sind die aktuellen Erosionsraten auf Ackerland im Durchschnitt 3 bis 40 mal höher als die tolerierbaren Abtragsraten [10]. Wenn die gemessenen und geschätzten Wertebereiche der Bodenbildung und Bodenerosion den tatsächlichen Werten entsprechen und die aktuellen Bodenbearbeitungstechniken beibehalten werden, könnten viele ackerbaulich genutzte Böden – v.a. auf Hängen – innerhalb der nächsten hundert Jahre 2 – 30 cm dünner sein als heute. Für viele Oberböden in Europa würde dies zu erheblichen Verschlechterungen oder gar Verlusten von Bodenfunktionen führen [10]. Etwa 33% der globalen landwirtschaftlichen Nutzfläche sind bereits degradiert. Dabei wird die Degradation zu mehr als 55% durch Wassererosion und zu fast 33% durch Winderosion verursacht [11].
 
  
==Ökologische Landwirtschaft==
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Die geringstmögliche Bodenstörung wird bei Direktsaatsytemen (engl. no-tillage; NoTill) realisiert. Auch unter den meisten CT-Techniken werden die tolerierbaren Erosionsraten überschritten.<ref name=":3">Reicosky, D. (2015): Conservation tillage is not conservation agriculture. Journal of Soil and Water Conservation, 70, 103-108.</ref>
  
====Konservierender Landwirtschaft und Direktsaat====
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Bei der Direktsaat bleibt der Boden mit Ausnahme von Düngereinspritzungen von der Ernte bis zur nächsten Aussaat ungestört.<ref name=":4">Upadhyaya, S., Lancas, K., Santos-Filho, A., Raghuwanshi, N. (2001): Onepass tillage equipment outstrips conventional tillage method. California Agriculture, 55, 44-47.</ref><ref name=":5">Mitchell, J., Pettygrove, G., Upadhyaya, S., Shrestha, A., Fry, R., Roy, R., Hogan, P., Vargas, R., Hembree, K. (2009): Classification of Conservation Tillage Practices in California Irrigated Row Crop Systems. University of California. Division of Agriculture and Natural Resources, 8364, 1-8.</ref> Zur Aussaat wird lediglich eine kleine Rille geöffnet, in die das Saatgut eingebracht wird. Bei der Ernte werden nur die Fruchtkörper eingefahren, während der Rest der Pflanze auf dem Feld verbleibt.<ref name=":6">Dumanski, J., Peiretti, R. (2013): Modern concepts of soil conservation. International Soil and Water Conservation Research, 1, 19-23.</ref> Aus den Pflanzenresiduen bildet sich Mulch, der sich schließlich zu stabiler organischer Bodensubstanz entwickelt.<ref>Dumanski, J., Peiretti, R., Benites, J., McGarry4, D., Pieri, C. (2006): The Paradigm of Conservation Agriculture. Proceedings of World Association of Soil and Water Conservation, 1, 58-64.</ref> NoTill bietet Schutz vor Erosion und Verlust von organischem Kohlenstoff und trägt dazu bei, den Zustand der organischen Substanz, die Wassernutzungseffizienz, die Nährstoffkreisläufe sowie die Bodenbiologie zu verbessern.<ref name=":3" /><ref name=":6" /> Zudem reduziert NoTill im Vergleich zu anderen Pflugsystemen die Anzahl der Bodenbearbeitungsvorgänge und die Menge des verwendeten Kraftstoffes.<ref name=":4" /><ref name=":5" />
Das Pflügen ist in der konventionellen Landwirtschaft eine der wichtigsten Formen der Bodenbearbeitung. Anwendung findet das Pflügen u.a. zur Lockerung des Bodens, zur Unkrautbekämpfung, zur Unterstützung der Freisetzung von Bodennährstoffen durch Mineralisierung und Oxidation, zur Einarbeitung von Ernterückständen und Düngemitteln sowie zur Vorbereitung des Saatbetts [12]. Trotz dessen ist das Pflügen eine für Böden hochgradig destruktive Bearbeitungsform [13]. Bodenerosion, Verlust von organischem Kohlenstoff, Nährstoffverarmung und Bodenverdichtung sind direkte Folgen des Pflügens.
 
  
Eine Alternative zur konventionellen Bodenbearbeitung bietet die konservierende Bodenbearbeitung (engl. Conservation Tillage (CT) bzw. Conservation Agriculture (CA)). CT wurde in den 1930er Jahren als Antwort auf die ‘‘Dust Bowl’’ Ereignisse – eine verheerende Bodenerosionskrise in Amerika – von Hugh Hammond Bennett entwickelt [13]. Aktuell scheint es keine weltweit einheitlich feststehende Definition von CT zu geben. Für das United States Department of Agriculture gilt jedes Bodenbearbeitungs- und Pflanzsystem, das nach dem Pflanzen 30 Prozent oder mehr der Bodenoberfläche mit Ernterückständen bedeckt, um Bodenerosion durch Wasser zu verringern, als konservierend [14]. Die FAO hingegen wählt in ihrer Definition einen eher holistischen Ansatz: „CA ist ein landwirtschaftliches System, das die Aufrechterhaltung einer dauerhaften Bodenbedeckung, minimale Bodenstörungen und die Diversifizierung von Pflanzenarten fördert. Es verbessert die biologische Vielfalt und die natürlichen biologischen Prozesse über und unter der Bodenoberfläche, was zu einer effizienteren Nutzung von Wasser und Nährstoffen sowie zu einer verbesserten und nachhaltigen Pflanzenproduktion beiträgt“ [15].
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=== Alternatives Unkrautmanagement ===
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Unkräuter beeinträchtigen Wachstum und Entwicklung von Kulturpflanzen, indem sie mit ihnen um Nährstoffe, Platz, Licht und Feuchtigkeit konkurrieren.<ref name=":7">Jabran, K., Mahajan, G., Sardana, V., Chauhan, B. (2015): Allelopathy for weed control in agricultural systems. Crop Protection, 72, 57-65.</ref><ref>Rajcan, I., Swanton, C. (2001): Understanding maize‑weed competition: resource competition, light quality and the whole plant. Field Crops Research, 71, 139-150.</ref> Indirekte negative Beeinflussung der Unkräuter auf Kulturpflanzen geschieht über allelopatische Eigenschaften bestimmter Unkräuter. Des Weiteren können Unkräuter als Träger für viele Insektenschädlinge und Pflanzenkrankheiten fungieren. Der weltweite Ertragsverlust in den Hauptkulturen durch Unkräuter liegt bei ca. 34%.<ref name=":7" />
  
Die geringstmögliche Bodenstörung wird bei Direktsaatsytemen (engl. no-tillage; NoTill) realisiert. In Abbildung 3 werden vier ausgewählte Pflug- bzw. Bodenbearbeitungstechniken (herkömmliches Pflügen mit einem Beetpflug, Ridge-Till, Streifenpflügen, Direktsaat) anhand von Fotos vorgestellt. Auch unter den meisten CT-Techniken werden die tolerierbaren Erosionsraten überschritten [16].
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Unter NoTill entfällt das Pflügen als unkrautkontrollierende Maßnahme, daher beruht hier die Unkrautbekämpfung aktuell vor allem auf dem Einsatz von Herbiziden.<ref>Reddy, P. (Hrsg.; 2017): Agro-ecological Approaches to Pest Management for Sustainable Agriculture. Springer Nature. Singapur.</ref> Das Totalherbizid Glyphosat bzw. N(Phosphonomethyl)glycin wurde in den letzten 40 Jahren in großem Umfang eingesetzt.<ref name=":8">Van Bruggen, A., Shin, K., Mai, V., Jeong, K., Finckh, M., Morris, J. (2018): Environmental and health effects of the herbicide glyphosate. Science of the Total Environment, 616, 255-268.</ref> Auch wenn die akute Toxidität von Glyphosat auf Säugetiere gering ist, ist die Toxizität formulierter, glyphosathaltiger Herbizide häufig deutlich höher.<ref name=":8" /><ref name=":9">Fortes, C., Mastroeni, S., Segatto, M., Hohmann, C., Miligi, L., Bakos, L., Bonamigo, R. (2016): Occupational exposure to pesticides with occupational sun exposure increases the risk for cutaneous melanoma. Journal of Occupational and Environmental Medicine, 58, 370-375.</ref><ref>Mesnage, R., Arno, M., Costanzo, M., Malatesta, M., Séralini, G., Antoniou, M. (2015a): Transcriptome profile analysis reflects rat liver and kidney damage following chronic ultra-low dose Roundup exposure. Environmental Health, 14, 70-84.</ref><ref name=":10">Mesnage, R., Defarge, N., Spiroux de Vendômois, J., Séralini, G.E. (2015b): Potential toxic effects of glyphosate and its commercial formulations below regulatory limits. Food and Chemical Toxicology, 84, 133-153.</ref><ref name=":11">Swanson, N., Leu, A., Abrahamson, J., Wallet, B. (2014): Genetically engineered crops, glyphosate and the deterioration of health in the United States of America. Journal of Organic Systems, 9, 6-37.</ref> Darüber hinaus gibt es deutliche Hinweise darauf, dass die dauerhafte Aufnahme von Glyphosat in ultraniedrigen Dosen u.a. schädlich für die menschliche Gesundheit ist.<ref name=":8" /><ref name=":9" /><ref name=":10" /><ref name=":11" /><ref>Fluegge, K., Fluegge, K. (2016): Glyphosate use predicts healthcare utilization for ADHD in the healthcare cost and utilization project net (HCUPnet): a twoway fixed-effects analysis. Polish Journal of Environmental Studies, 25, 1489-1503.</ref><ref>Jayasumana, C., Gunatilake, S., Senanayake, P. (2014): Glyphosate, hard water, and nephrotoxic metals: are they the culprits behind the epidemic of chronic kidney disease of unknown etiology in Sri Lanka? International Journal of Environmental Research and Public Health, 11, 2125-2147.</ref> Im Boden können Glyphosatrückstände die Zusammensetzung der Bakterien- und Pilzgemeinschaften verändern, was negative Auswirkungen auf die Bodenfunktionen und die Gesundheit von Pflanzen und Tieren haben könnte.<ref name=":8" /><ref>Van Bruggen, A., Narouei Khandan, H., Gravel, V., Blok, W. (2016): Corky root severity, root knot nematode galling and microbial communities in soil, rhizosphere and rhizoplane in organic and conventional greenhouse compartments. Applied Soil Ecology, 100, 112-123.</ref><ref>Berg, G., Gruber, M., Schloter, M., Smalla, K. (2014): The plant microbiome and its importance for plant and human health. Frontiers in Microbiology, 5, 491.</ref><ref>Kremer, R., Means, N., Kim, S. (2005): Glyphosate affects soybean root exudation and rhizosphere micro-organisms. International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 85, 1165-1174.</ref><ref name=":12">Kuklinsky-Sobral, J., Araújo, W., Mendes, R., Pizzirani-Kleiner, A., Azevedo, J. (2005): Isolation and characterization of endophytic bacteria from soybean (Glycine max) grown in soil treated with glyphosate herbicide. Plant Soil, 273, 91-99.</ref> Einige Bakterien und Pilze sind hochresistent gegenüber Glyphosat.<ref name=":8" /><ref name=":12" /><ref>Wolmarans, K., Swart,W (2014): Influence of glyphosate, other herbicides and genetically modified herbicide resistant crops on soil microbiota: a review. South African Journal of Plant and Soil, 31, 177-186.</ref><ref>Fei, Y., Gai, J., Zhao, T. (2013): Identification of regulated genes conferring resistance to higher concentrations of glyphosate in a new strain of Enterobacter. FEMS Microbiology Letters, 349, 135-143.</ref><ref>Natarajan, S., Stuchlík, S., Kukučková, M., Renczésová, V., Vávrová, S., Bargárová, Z., Pálffy, R., Celec, P., Mačor, M., Turňa, J. (2007): Comparative study of two forms of aro A CP4 gene in Escherichia coli. Biologia Bratislava, 62, 265-269.</ref> Manche Mechanismen, die diese Bakterien resistent gegen Glyphosat machen, machen sie auch resistent gegen klinisch wichtige antimikrobielle Wirkstoffe.<ref>Kurenbach, B., Marjoshi, D., Amábile-Cuevas, C., Ferguson, G., Godsoe, W., Gibson, P., Heinemann, J. (2015): Sublethal exposure to commercial formulations of the herbicides dicamba, 2,4-dichlorophenoxyacetic acid, and glyphosate cause changes in antibiotic susceptibility in Escherichia coli and Salmonella enterica serovar Typhimurium. mBio, 6, 1-9.</ref><ref>Liu, Y.B., Long, M.X., Yin, Y.J., Si, M.R., Zhang, L., Lu, Z.Q., Wang, Y., Shen, X. (2013): Physiological roles of mycothiol in detoxification and tolerance to multiple poisonous chemicals in Corynebacterium glutamicum. Archives of Microbiology, 195, 419-429.</ref> Die Folgen der konventionellen Unkrautbekämpfung erfordern die Entwicklung alternativer Methoden:
  
Bei der Direktsaat bleibt der Boden mit Ausnahme von Düngereinspritzungen von der Ernte bis zur nächsten Aussaat ungestört [21] [22]. Zur Aussaat wird lediglich eine kleine Rille geöffnet, in die das Saatgut eingebracht wird. Bei der Ernte werden nur die Fruchtkörper eingefahren, während der Rest der Pflanze auf dem Feld verbleibt [23]. Aus den Pflanzenresiduen bildet sich Mulch, der sich schließlich zu stabiler organischer Bodensubstanz entwickelt [24]. NoTill bietet Schutz vor Erosion und Verlust von organischem Kohlenstoff und trägt dazu bei, den Zustand der organischen Substanz, die Wassernutzungseffizienz, die Nährstoffkreisläufe sowie die Bodenbiologie zu verbessern [16] [23]. Zudem reduziert NoTill im Vergleich zu anderen Pflugsystemen die Anzahl der Bodenbearbeitungsvorgänge und die Menge des verwendeten Kraftstoffes [22] [21].
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* Deckfrüchte:<br>Die Gründüngung bzw. Deckfrucht ist eine Kultur, die hauptsächlich oder ausschließlich zum Zweck des Bodenschutzes und der Bodenverbesserung angebaut wird. Sie verbessert die Stickstoffversorgung nachfolgender Kulturen, erhöht die organische Bodensubstanz, verringert Unkraut- und Schädlingspopulationen und minimiert die Bodenerosion.<ref name=":7" /><ref>Peigné, J., Casagrande, M., Payet, V., David, C., Sans, X., Blanco-Moreno, J., Cooper, J., Gascoyne, K., Antichi, D., Bàrberi, P., Bigongiali, F., Surböck, A., Kranzler, A., Beeckman, A., Willekens, K., Luik, A., Matt, D., Grosse, M., Heß, J., Clerc, M., Dierauer, H., Mäder, P. (2015): How organic farmers practice conservation agriculture in Europe. Renewable Agriculture and Food Systems, 31, 72-85.</ref><ref name=":13">Anderson, R. (2015): Integrating a complex rotation with no-till improves weed management in organic farming. A review. Agronomy for Sustainable Development, 35, 967-974.</ref>
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* Komplexe Fruchtfolge:<br>Das Team um Anderson hat sich das Ziel gesetzt, ein kontinuierliches Direktsaat-System für die biologische Landwirtschaft zu entwickeln.<ref name=":14" /> Durch eine hohe, dynamische Fruchtfolge soll der Unkrautbefall auf den Feldern gesenkt werden.<ref name=":7" /><ref name=":14">Anderson, R. (2014): A cultural system to reduce weed interference in organic soybean. Renewable Agriculture and Food Systems, 30, 392-398.</ref><ref name=":15">Garrison, A., Miller, A., Ryan, M., Roxburgh, S., Shea, K. (2014): Stacked crop rotations exploit weed-weed competition for sustainable weed management. Weed Science, 62, 166-176.</ref> Neben der komplexen Fruchtfolge der Hauptfrüchte sollte auch auf Vielfältigkeit in Deck- bzw. Zwischenfrüchten geachtet werden.<ref name=":13" /> Fruchtfolgen, die Kulturen mit unterschiedlichen Lebenszyklen sowie unterschiedlichen Aussaat- wie Ernteterminen enthalten, unterdrücken Unkräuter besonders gut.<ref name=":13" /><ref name=":15" /><ref>Colbach, N., Biju-Duval, L., Gardarin, A., Granger, S., Guyot, S., Meziere, D., Munier-Jolain, N., Petit, S. (2014): The role of models for multicriteria evaluation and multiobjective design of cropping systems for managing weeds. Weed Research, 54, 541-555.</ref> Eine gut gewählte, komplexe Fruchtfolge hilft auch mehrjährige Unkräuter zu kontrollieren.
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* Aleopathie:<br>Unter Allelopathie versteht man die Wechselwirkungen über Allelopathika (Allelochemikalien) zwischen einer Pflanze und Nachbarpflanzen derselben oder anderer Arten, die deren Wachstum und Entwicklung behindern. Die Bevorzugung allelopathischer Sorten als Hauptfrucht sowie Deck-, Neben-, und Zwischenfrucht kann u.a. die Unkrautregulierung in landwirtschaftlichen Systemen unterstützen.<ref name=":7" /><ref>Dmitrovic, S., Simonovic, A., Mitic, N., Savic, J., Cingel, A., Filipovic, B., Ninkovic, S. (2014): Hairy root exudates of allelopathic weed Chenopodium murale L. induce oxidative stress and down-regulate core cell cycle genes in Arabidopsis and wheat seedlings. Plant Growth Regulation, 75, 365-382.</ref>
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* Einfluss von Direktsaat auf Unkräuter:<br>Auch wenn unter NoTill derzeit vermehrt auf Herbizide zur Unkrautbekämpfung zurückgegriffen wird, wirkt NoTill selbst unkrautregulierend. Während durch das Pflügen Unkrautsamen in den Boden eingearbeitet werden und so ihre Keimung gefördert wird, bleiben sie durch NoTill an der Bodenoberfläche, was ihre Keimung verhindert und ihre Sterblichkeit begünstigt.<ref name=":14" /><br />
  
====Konservierender Landwirtschaft und Direktsaat====
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== Erhebung und Vergleichbarkeit von Erosionsdaten ==
Unkräuter beeinträchtigen Wachstum und Entwicklung von Kulturpflanzen, indem sie mit ihnen um Nährstoffe, Platz, Licht und Feuchtigkeit konkurrieren [25] [26]. Indirekte negative Beeinflussung der Unkräuter auf Kulturpflanzen geschieht über allelopatische Eigenschaften bestimmter Unkräuter. Des Weiteren können Unkräuter als Träger für viele Insektenschädlinge und Pflanzenkrankheiten fungieren. Der weltweite Ertragsverlust in den Hauptkulturen durch Unkräuter liegt bei ca. 34% [25].
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In diesem Artikel wurden wenig quantitative Aussagen über Erosionsraten gemacht. Der Grund liegt in der mangelnden Übertragbarkeit von standortspezifischen Erosionsraten und Erosionsratenänderungen sowie in der mangelnden Übertragbarkeit von Versuchsergebnissen einzelner Versuchsplots auf die gesamte Hanglänge. Gemessene Erosionsraten sind im hohen Maße von den Versuchsbedingungen und der Hanglänge abhängig.<ref>García-Ruiz, J., Beguería, S., Nadal-Romero, E., González-Hidalgo, J., LanaRenault, N., Sanjuán, Y. (2015): A meta-analysis of soil erosion rates across the world. Geomorphology, 239, 160-173.</ref><ref>Leys, A., Govers, Gillijns, K., Berckmoes, E., Takken, I. (2010): Scale effects on runoff and erosion losses from arable land under conservation and conventional tillage: The role of residue cover. Journal of Hydrology, 390, 143-154.</ref>
  
Unter NoTill entfällt das Pflügen als unkrautkontrollierende Maßnahme, daher beruht hier die Unkrautbekämpfung aktuell vor allem auf dem Einsatz von Herbiziden [27]. Das Totalherbizid Glyphosat bzw. N(Phosphonomethyl)glycin wurde in den letzten 40 Jahren in großem Umfang eingesetzt [28]. Auch wenn die akute Toxidität von Glyphosat auf Säugetiere gering ist, ist die Toxizität formulierter, glyphosathaltiger Herbizide häufig deutlich höher [28] [29] [30] [31] [32]. Darüber hinaus gibt es deutliche Hinweise darauf, dass die dauerhafte Aufnahme von Glyphosat in ultraniedrigen Dosen u.a. schädlich für die menschliche Gesundheit ist [28] [33] [29] [31] [34] [32]. Im Boden können Glyphosatrückstände die Zusammensetzung der Bakterien- und Pilzgemeinschaften verändern, was negative Auswirkungen auf die Bodenfunktionen und die Gesundheit von Pflanzen und Tieren haben könnte [28] [35] [36] [37] [38]. Einige Bakterien und Pilze sind hochresistent gegenüber Glyphosat [28] [39] [40] [41] [38]. Manche Mechanismen, die diese Bakterien resistent gegen Glyphosat machen, machen sie auch resistent gegen klinisch wichtige antimikrobielle Wirkstoffe [42] [43]. Die Folgen der konventionellen Unkrautbekämpfung erfordern die Entwicklung alternativer Methoden:
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== Referenzen ==
 
 
*Deckfrüchte:<br>Die Gründüngung bzw. Deckfrucht ist eine Kultur, die hauptsächlich oder ausschließlich zum Zweck des Bodenschutzes und der Bodenverbesserung angebaut wird. Sie verbessert die Stickstoffversorgung nachfolgender Kulturen, erhöht die organische Bodensubstanz, verringert Unkraut- und Schädlingspopulationen und minimiert die Bodenerosion [44] [25] [45].
 
 
 
*Komplexe Fruchtfolge:  Das Team um Anderson hat sich das Ziel gesetzt, ein kontinuierliches Direktsaat-System für die biologische Landwirtschaft zu entwickeln [46]. Durch eine hohe, dynamische Fruchtfolge soll der Unkrautbefall auf den Feldern gesenkt werden [25] [47] [46]. Neben der komplexen Fruchtfolge der Hauptfrüchte sollte auch auf Vielfältigkeit in Deck- bzw. Zwischenfrüchten geachtet werden [45]. Fruchtfolgen, die Kulturen mit unterschiedlichen Lebenszyklen sowie unterschiedlichen Aussaat- wie Ernteterminen enthalten, unterdrücken Unkräuter besonders gut [45] [48] [47]. Eine gut gewählte, komplexe Fruchtfolge hilft auch mehrjährige Unkräuter zu kontrollieren.
 
*Aleopathie: Unter Allelopathie versteht man die Wechselwirkungen über Allelopathika (Allelochemikalien) zwischen einer Pflanze und Nachbarpflanzen derselben oder anderer Arten, die deren Wachstum und Entwicklung behindern [49]. Die Bevorzugung allelopathischer Sorten als Hauptfrucht sowie Deck-, Neben-, und Zwischenfrucht kann u.a. die Unkrautregulierung in landwirtschaftlichen Systemen unterstützen [25] [50].
 
*Einfluss von Direktsaat auf Unkräuter: Auch wenn unter NoTill derzeit vermehrt auf Herbizide zur Unkrautbekämpfung zurückgegriffen wird, wirkt NoTill selbst unkrautregulierend. Während durch das Pflügen Unkrautsamen in den Boden eingearbeitet werden und so ihre Keimung gefördert wird, bleiben sie durch NoTill an der Bodenoberfläche, was ihre Keimung verhindert und ihre Sterblichkeit begünstigt [46].
 
 
 
 
 
==Erhebung und Vergleichbarkeit von Erosionsdaten==
 
In diesem Artikel wurden wenig quantitative Aussagen über Erosionsraten gemacht. Der Grund liegt in der mangelnden Übertragbarkeit von standortspezifischen Erosionsraten und Erosionsratenänderungen sowie in der mangelnden Übertragbarkeit von Versuchsergebnissen einzelner Versuchsplots auf die gesamte Hanglänge. Gemessene Erosionsraten sind im hohen Maße von den Versuchsbedingungen und der Hanglänge abhängig [51] [52].
 
 
 
 
 
==Literatur==
 
 
 
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==Einzelnachweise==
 
 
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<references />
  
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== Weiterführende Informationen und Literatur ==
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'''Boden und Erosion'''
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* [https://opac.ub.uni-muenchen.de/TouchPoint/perma.do?q=0%3D%22elsevier_sdoi_10_1016_j_earscirev_2009_02_003%22+IN+%5B5%5D&v=sunrise&l=de| Verheijen, F., Jones, R., Rickson, R., Smith, C. Smith (2009): Tolerable versus actual soil erosion rates in Europe. Accepted Manuscript. Earth-Science Reviews, 94, 23-38.]
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* [https://opac.ub.uni-muenchen.de/TouchPoint/perma.do?q=0%3D%22elsevier_sdoi_10_1016_j_ancene_2017_01_002%22+IN+%5B5%5D&v=sunrise&l=de| Vanwalleghem T., Gómez, J., Infante Amate, J., González de Molina, M., Vanderlinden, K., Guzmán, G., Laguna, A., Giráldez, J. (2017): Impact of historical land use and soil management change on soil erosion and agricultural sustainability during the Anthropocene. Anthropocene, 17, 13-29.]
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* [https://opac.ub.uni-muenchen.de/TouchPoint/perma.do?q=0%3D%22elsevier_sdoi_10_1016_j_geomorph_2015_03_008%22+IN+%5B5%5D&v=sunrise&l=de| García-Ruiz, J., Beguería, S., Nadal-Romero, E., González-Hidalgo, J., LanaRenault, N., Sanjuán, Y. (2015): A meta-analysis of soil erosion rates across the world. Geomorphology, 239, 160-173.]
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* [https://opac.ub.uni-muenchen.de/TouchPoint/perma.do?q=0%3D%22elsevier_sdoi_10_1016_j_jhydrol_2010_06_034%22+IN+%5B5%5D&v=sunrise&l=de| Leys, A., Govers, Gillijns, K., Berckmoes, E., Takken, I. (2010): Scale effects on runoff and erosion losses from arable land under conservation and conventional tillage: The role of residue cover. Journal of Hydrology, 390, 143-154.]
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* [https://opac.ub.uni-muenchen.de/TouchPoint/perma.do?q=0%3D%22elsevier_sdoi_10_1016_j_catena_2016_07_004%22+IN+%5B5%5D&v=sunrise&l=de| Van Pelt, S., Hushmurodov, S., Baumhardt, L., Chappell, A., Nearing, M., Polyakov, V., Strack, J.(2017): The reduction of partitioned wind and water erosion by conservation agriculture. Catena, 148, 160-167.]
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* [https://opac.ub.uni-muenchen.de/TouchPoint/perma.do?q=0%3D%22elsevier_sdoi_10_1016_j_scitotenv_2018_07_124%22+IN+%5B5%5D&v=sunrise&l=de| Xiong, M., Suna, R., Chena, L. (2018): Effects of soil conservation techniques on water erosion control: A global analysis. Science of the Total Environment, 645, 753-760.]
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'''Conservation Agriculture'''
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* [https://opac.ub.uni-muenchen.de/TouchPoint/perma.do?q=0%3D%22springer_s978-3-319-11620-4_318505%22+IN+%5B5%5D&v=sunrise&l=de| Farooq, M., Siddique, K. (2015): Conservation Agriculture: Concepts, Brief History, and Impacts on Agricultural Systems. In: Farooq, M., Siddique, K. (2015): Conservation Agriculture. Springer. 2 - 17.]
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*[https://opac.ub.uni-muenchen.de/TouchPoint/perma.do?q=0%3D%22elsevier_sdoi_10_1016_j_still_2006_11_004%22+IN+%5B5%5D&v=sunrise&l=de| Lal, R., Reicosky, D., Hanson, J. (2007): Evolution of the plow over 10,000 years and the rationale for no-till farming. Soil & Tillage Research, 93, 1-12.]
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*[https://opac.ub.uni-muenchen.de/TouchPoint/perma.do?q=0%3D%22doaj_soai_doaj_org_article_62126bbcf4b7432fb638415c71f9703b%22+IN+%5B5%5D&v=sunrise&l=de| Dumanski, J., Peiretti, R. (2013): Modern concepts of soil conservation. International Soil and Water Conservation Research, 1, 19-23.]
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'''Unkrautmanagement in Direktsaatsystemen'''
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* [https://opac.ub.uni-muenchen.de/TouchPoint/perma.do?q=0%3D%22elsevier_sdoi_10_1016_j_scitotenv_2017_10_309%22+IN+%5B5%5D&v=sunrise&l=de| Van Bruggen, A., Shin, K., Mai, V., Jeong, K., Finckh, M., Morris, J. (2018): Environmental and health effects of the herbicide glyphosate. Science of the Total Environment, 616, 255-268.]
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* [https://opac.ub.uni-muenchen.de/TouchPoint/perma.do?q=0%3D%22elsevier_sdoi_10_1016_j_cropro_2015_03_004%22+IN+%5B5%5D&v=sunrise&l=de| Jabran, K., Mahajan, G., Sardana, V., Chauhan, B. (2015): Allelopathy for weed control in agricultural systems. Crop Protection, 72, 57-65.]
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* [https://opac.ub.uni-muenchen.de/TouchPoint/perma.do?q=0%3D%22springer_jour10.1007%2Fs13593-015-0292-3%22+IN+%5B5%5D&v=sunrise&l=de| Anderson, R. (2015): Integrating a complex rotation with no-till improves weed management in organic farming. A review. Agronomy for Sustainable Development, 35, 967-974.]
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* [https://opac.ub.uni-muenchen.de/TouchPoint/perma.do?q=0%3D%22cambridgeS1742170514000167%22+IN+%5B5%5D&v=sunrise&l=de| Anderson, R. (2014): A cultural system to reduce weed interference in organic soybean. Renewable Agriculture and Food Systems, 30, 392-398.]
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'''Praktische Anwendung von Direktsaat unter ökologischer Landwirtschaft in Europa'''
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* [https://opac.ub.uni-muenchen.de/TouchPoint/perma.do?q=0%3D%22cambridgeS1742170514000477%22+IN+%5B5%5D&v=sunrise&l=de| Peigné, J., Casagrande, M., Payet, V., David, C., Sans, X., Blanco-Moreno, J., Cooper, J., Gascoyne, K., Antichi, D., Bàrberi, P., Bigongiali, F., Surböck, A., Kranzler, A., Beeckman, A., Willekens, K., Luik, A., Matt, D., Grosse, M., Heß, J., Clerc, M., Dierauer, H., Mäder, P. (2015): How organic farmers practice conservation agriculture in Europe. Renewable Agriculture and Food Systems, 31, 72-85.]
  
==AutorInnen==
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==Autor:innen==
{{Autor|1=R. Ricker
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{{Autor|1=Rebecca Ricker, Philipp Maly}}
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[[Kategorie:Böden]]
 
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Aktuelle Version vom 20. November 2020, 15:02 Uhr

Der Erosionsschutz durch nachhaltige Landwirtschaft umfasst verschiedene ökologische Maßnahmen gegen den durch Wind oder Wasser verursachten Bodenabtrag. Böden sind lebensnotwendige und nicht-erneuerbare, natürliche Ressourcen und stellen eine Grundlage zur Erzeugung von Nahrungsmitteln dar. Die fortschreitende Bodendegradation durch Wind- und Wassererosion ist damit eine ernstzunehmende Gefahr für die Nahrungsmittelsicherheit.

Da keine offizielle Definition von „nachhaltiger Landwirtschaft“ existiert, wird hier die Integration von Direktsaat und ökologischer Landwirtschaft als das boden- und umweltschonendste Anbausystem vorgeschlagen. Das Aufkommen von Unkräutern muss in einem solchen System z.B. durch Deckfrüchte, komplexe Fruchtfolgen und Allelopathien kontrolliert werden.

Begriffe

Bodenerosion bezeichnet „die Abtragung der Landoberfläche durch physikalische Kräfte wie Regen, fließendes Wasser, Wind, Eis, Temperaturwechsel, Schwerkraft oder andere natürliche oder anthropogene Ursachen, die Boden oder geologisches Material an einem Punkt der Erdoberfläche abreiben, ablösen oder entfernen, um es an anderer Stelle wieder abzulagern“.[1] In Europa wird die Erosion durch Wasser als die häufigste Erosionsform vermutet.[2] Sie erfolgt durch Zwischenrillenerosion (engl. sheet erosion; gleichmäßiger, schichtförmiger Bodenabtrag), Rillenerosion (engl. rill erosion; Rillentiefe < 30 cm) und Rinnenerosion bzw. Gullyerosion (engl. gully erosion; Rinnentiefe > 30 cm), wenn infolge übermäßigen Oberflächenabflusses die Scherspannung des Abflusses die Scherfestigkeit des Bodens überschreitet. [2][3][4]

In Anlehnung an die Definition von nachhaltigem Bodenmanagement der FAO sind die Kriterien der nachhaltigen Landwirtschaft:[5]

  • Kein Überschreiten von tolerierbaren Bodenerosionsraten
  • Halten des Speichers organischer Bodensubstanz nahe dem natürlichen Niveau
  • Keine Verschlechterung der Bodenstruktur z.B. um negative Beeinträchtigung der Bewegung von Luft, Wasser und Wärme sowie des Wurzelwachstums zu vermeiden
  • Minimalhalten von Versalzung, Sodifizierung und Alkalisierung des Bodens
  • Optimierung von und sicherer Umgang mit Inputfaktoren wie z.B. Düngemittel, Pflanzenschutzmittel, Bewässerung und Einsatz von Maschinen
  • Vermeidung von Nährstoffverlusten in die Umwelt
  • Keine Überschreitung toxischer Grenzwerte von Bodenkontaminationen, die auf Pflanzen, Tiere, Menschen und Umwelt schädlich wirken
  • Keine nachhaltige und unangemessene Störung der biologischen Funktionen des Bodens

Auswirkung von Bodenerosion auf Ernteerträge

Auch wenn der genaue Zusammenhang zwischen Bodenerosion und Bodenproduktivität schwer zu quantifizieren ist, kann der Einfluss der Bodenerosion auf den Ernteertrag nicht bestritten werden.[6] Die Reduzierung der Ernteerträge in Folge von Bodenerosion ist jedoch ein meist schleichender Prozess und so waren die Ertragszunahmen durch die sog. grüne Revolution in den meisten landwirtschaftlichen Systemen so signifikant, dass Erosionseffekte auf den Ernteertrag kaum zu spüren waren. Eine Referenzsituation unter Technologieinput, in der keine Bodenerosion stattfindet, würde dennoch zu höheren Ernteerträgen führen.[7]

Aktuelle Bodenerosionsrate

Verheijen et al. schlagen vor, natürliche Bodenbildungsraten als Grundlage für die Festlegung tolerierbarer Bodenerosionsraten heranzuziehen.[7] Die geschätzte Bodenbildungsrate aus Verwitterung und Staubeinträgen liegt in weiten Teilen Europas bei ca. 0,3 – 1,4 t ha-1 yr-1.[7] In Europa sind die aktuellen Erosionsraten auf Ackerland im Durchschnitt 3 bis 40 mal höher als die tolerierbaren Abtragsraten.[7] Wenn die gemessenen und geschätzten Wertebereiche der Bodenbildung und Bodenerosion den tatsächlichen Werten entsprechen und die aktuellen Bodenbearbeitungstechniken beibehalten werden, könnten viele ackerbaulich genutzte Böden, vor allem auf Hängen, innerhalb der nächsten hundert Jahre 2–30 cm dünner sein als heute. Für viele Oberböden in Europa würde dies zu erheblichen Verschlechterungen oder sogar zum Verlust von Bodenfunktionen führen.[7] Etwa 33% der globalen landwirtschaftlichen Nutzfläche sind bereits degradiert. Dabei wird die Degradation zu mehr als 55% durch Wassererosion und zu fast 33% durch Winderosion verursacht.[8]

Ökologische Landwirtschaft

Konservierender Landwirtschaft und Direktsaat

Das Pflügen ist in der konventionellen Landwirtschaft eine der wichtigsten Formen der Bodenbearbeitung. Anwendung findet das Pflügen u.a. zur Lockerung des Bodens, zur Unkrautbekämpfung, zur Unterstützung der Freisetzung von Bodennährstoffen durch Mineralisierung und Oxidation, zur Einarbeitung von Ernterückständen und Düngemitteln sowie zur Vorbereitung des Saatbetts.[9] Trotz dessen ist das Pflügen eine für Böden hochgradig destruktive Bearbeitungsform.[10] Bodenerosion, Verlust von organischem Kohlenstoff, Nährstoffverarmung und Bodenverdichtung sind direkte Folgen des Pflügens.

Eine Alternative zur konventionellen Bodenbearbeitung bietet die konservierende Bodenbearbeitung (engl. Conservation Tillage (CT) bzw. Conservation Agriculture (CA)). CT wurde in den 1930er Jahren als Antwort auf die ‘‘Dust Bowl’’ Ereignisse – eine verheerende Bodenerosionskrise in Amerika – von Hugh Hammond Bennett entwickelt.[10] Aktuell scheint es keine weltweit einheitlich feststehende Definition von CT zu geben. Für das United States Department of Agriculture gilt jedes Bodenbearbeitungs- und Pflanzsystem, das nach dem Pflanzen 30% oder mehr der Bodenoberfläche mit Ernterückständen bedeckt, um Bodenerosion durch Wasser zu verringern, als konservierend.[11] Die FAO hingegen wählt in ihrer Definition einen eher holistischen Ansatz: „CA ist ein landwirtschaftliches System, das die Aufrechterhaltung einer dauerhaften Bodenbedeckung, minimale Bodenstörungen und die Diversifizierung von Pflanzenarten fördert. Es verbessert die biologische Vielfalt und die natürlichen biologischen Prozesse über und unter der Bodenoberfläche, was zu einer effizienteren Nutzung von Wasser und Nährstoffen sowie zu einer verbesserten und nachhaltigen Pflanzenproduktion beiträgt“.[12]

Die geringstmögliche Bodenstörung wird bei Direktsaatsytemen (engl. no-tillage; NoTill) realisiert. Auch unter den meisten CT-Techniken werden die tolerierbaren Erosionsraten überschritten.[13]

Bei der Direktsaat bleibt der Boden mit Ausnahme von Düngereinspritzungen von der Ernte bis zur nächsten Aussaat ungestört.[14][15] Zur Aussaat wird lediglich eine kleine Rille geöffnet, in die das Saatgut eingebracht wird. Bei der Ernte werden nur die Fruchtkörper eingefahren, während der Rest der Pflanze auf dem Feld verbleibt.[16] Aus den Pflanzenresiduen bildet sich Mulch, der sich schließlich zu stabiler organischer Bodensubstanz entwickelt.[17] NoTill bietet Schutz vor Erosion und Verlust von organischem Kohlenstoff und trägt dazu bei, den Zustand der organischen Substanz, die Wassernutzungseffizienz, die Nährstoffkreisläufe sowie die Bodenbiologie zu verbessern.[13][16] Zudem reduziert NoTill im Vergleich zu anderen Pflugsystemen die Anzahl der Bodenbearbeitungsvorgänge und die Menge des verwendeten Kraftstoffes.[14][15]

Alternatives Unkrautmanagement

Unkräuter beeinträchtigen Wachstum und Entwicklung von Kulturpflanzen, indem sie mit ihnen um Nährstoffe, Platz, Licht und Feuchtigkeit konkurrieren.[18][19] Indirekte negative Beeinflussung der Unkräuter auf Kulturpflanzen geschieht über allelopatische Eigenschaften bestimmter Unkräuter. Des Weiteren können Unkräuter als Träger für viele Insektenschädlinge und Pflanzenkrankheiten fungieren. Der weltweite Ertragsverlust in den Hauptkulturen durch Unkräuter liegt bei ca. 34%.[18]

Unter NoTill entfällt das Pflügen als unkrautkontrollierende Maßnahme, daher beruht hier die Unkrautbekämpfung aktuell vor allem auf dem Einsatz von Herbiziden.[20] Das Totalherbizid Glyphosat bzw. N(Phosphonomethyl)glycin wurde in den letzten 40 Jahren in großem Umfang eingesetzt.[21] Auch wenn die akute Toxidität von Glyphosat auf Säugetiere gering ist, ist die Toxizität formulierter, glyphosathaltiger Herbizide häufig deutlich höher.[21][22][23][24][25] Darüber hinaus gibt es deutliche Hinweise darauf, dass die dauerhafte Aufnahme von Glyphosat in ultraniedrigen Dosen u.a. schädlich für die menschliche Gesundheit ist.[21][22][24][25][26][27] Im Boden können Glyphosatrückstände die Zusammensetzung der Bakterien- und Pilzgemeinschaften verändern, was negative Auswirkungen auf die Bodenfunktionen und die Gesundheit von Pflanzen und Tieren haben könnte.[21][28][29][30][31] Einige Bakterien und Pilze sind hochresistent gegenüber Glyphosat.[21][31][32][33][34] Manche Mechanismen, die diese Bakterien resistent gegen Glyphosat machen, machen sie auch resistent gegen klinisch wichtige antimikrobielle Wirkstoffe.[35][36] Die Folgen der konventionellen Unkrautbekämpfung erfordern die Entwicklung alternativer Methoden:

  • Deckfrüchte:
    Die Gründüngung bzw. Deckfrucht ist eine Kultur, die hauptsächlich oder ausschließlich zum Zweck des Bodenschutzes und der Bodenverbesserung angebaut wird. Sie verbessert die Stickstoffversorgung nachfolgender Kulturen, erhöht die organische Bodensubstanz, verringert Unkraut- und Schädlingspopulationen und minimiert die Bodenerosion.[18][37][38]
  • Komplexe Fruchtfolge:
    Das Team um Anderson hat sich das Ziel gesetzt, ein kontinuierliches Direktsaat-System für die biologische Landwirtschaft zu entwickeln.[39] Durch eine hohe, dynamische Fruchtfolge soll der Unkrautbefall auf den Feldern gesenkt werden.[18][39][40] Neben der komplexen Fruchtfolge der Hauptfrüchte sollte auch auf Vielfältigkeit in Deck- bzw. Zwischenfrüchten geachtet werden.[38] Fruchtfolgen, die Kulturen mit unterschiedlichen Lebenszyklen sowie unterschiedlichen Aussaat- wie Ernteterminen enthalten, unterdrücken Unkräuter besonders gut.[38][40][41] Eine gut gewählte, komplexe Fruchtfolge hilft auch mehrjährige Unkräuter zu kontrollieren.
  • Aleopathie:
    Unter Allelopathie versteht man die Wechselwirkungen über Allelopathika (Allelochemikalien) zwischen einer Pflanze und Nachbarpflanzen derselben oder anderer Arten, die deren Wachstum und Entwicklung behindern. Die Bevorzugung allelopathischer Sorten als Hauptfrucht sowie Deck-, Neben-, und Zwischenfrucht kann u.a. die Unkrautregulierung in landwirtschaftlichen Systemen unterstützen.[18][42]
  • Einfluss von Direktsaat auf Unkräuter:
    Auch wenn unter NoTill derzeit vermehrt auf Herbizide zur Unkrautbekämpfung zurückgegriffen wird, wirkt NoTill selbst unkrautregulierend. Während durch das Pflügen Unkrautsamen in den Boden eingearbeitet werden und so ihre Keimung gefördert wird, bleiben sie durch NoTill an der Bodenoberfläche, was ihre Keimung verhindert und ihre Sterblichkeit begünstigt.[39]

Erhebung und Vergleichbarkeit von Erosionsdaten

In diesem Artikel wurden wenig quantitative Aussagen über Erosionsraten gemacht. Der Grund liegt in der mangelnden Übertragbarkeit von standortspezifischen Erosionsraten und Erosionsratenänderungen sowie in der mangelnden Übertragbarkeit von Versuchsergebnissen einzelner Versuchsplots auf die gesamte Hanglänge. Gemessene Erosionsraten sind im hohen Maße von den Versuchsbedingungen und der Hanglänge abhängig.[43][44]

Referenzen

  1. Soil Science Society of America (2019): Glossary of Soil Science Terms. URL: https://www.soils.org/publications/soils-glossary (Stand: 16.06.2019).
  2. 2,0 2,1 Verheijen, F., Jones, R., Rickson, R., Smith, C. Smith (2009): Tolerable versus actual soil erosion rates in Europe. Accepted Manuscript. Earth-Science Reviews, 94, 23-38.
  3. Kirkby, M., Le Bissonais, Y., Coulthard, T., Daroussin, J., McMahon, M. (2000): The development of Land Quality Indicators for Soil Degradation by Water Erosion. Agriculture, Ecosystems and Environment, 81, 125-136.
  4. Jones, R., Le Bissonnais, Y., Bazzoffi, P., Sanchez Diaz, J., Düwel, O., Loj, G., Øygarden, L., Prasuhn, V., Rydell, B., Strauss, P., Berenyi Uveges, J., Vandekerckhove, L., Yordanov, Y. (2004): Nature and Extent of Soil Erosion in Europe. In: Van-Camp, L., Bujarrabal, B., Gentile, A., Jones, R., Montanarella, L., Olazabal, C., Selvaradjou, S.: Reports of the Technical Working Groups established under the Thematic Strategy for Soil Protection. Volume II Erosion. Office for Official Publications of the European Communities, Luxembourg. n. pag.
  5. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO; 2017): Voluntary Guidelines for Sustainable Soil Management. Rome. URL: http://www.fao.org/3/a-bl813e.pdf (Stand: 08.08.2020)
  6. Ye, L., Van Ranst, E. (2009): Production scenarios and the effect of soil degradation on long-term food security in China. Global Environmental Change, 19, 464-481.
  7. 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 Vanwalleghem T., Gómez, J., Infante Amate, J., González de Molina, M., Vanderlinden, K., Guzmán, G., Laguna, A., Giráldez, J. (2017): Impact of historical land use and soil management change on soil erosion and agricultural sustainability during the Anthropocene. Anthropocene, 17, 13-29.
  8. Food and Agriculture Organization of the United Nations & Intergovernmental Technical Panel on Soils (FAO & ITPS; 2015): Status of the World’s Soil Resources. Main report. Rome.
  9. Farooq, M., Siddique, K. (2015): Conservation Agriculture: Concepts, Brief History, and Impacts on Agricultural Systems. In: Farooq, M., Siddique, K. (2015): Conservation Agriculture. Springer. n. pag.
  10. 10,0 10,1 Lal, R., Reicosky, D., Hanson, J. (2007): Evolution of the plow over 10,000 years and the rationale for no-till farming. Soil & Tillage Research, 93, 1-12.
  11. United States Department of Agriculture (USDA; 2000): Briefing Rooms. Agricultural Chemicals and Production Technology. Glossary. Crop Residue Management and Tillage Definitions. URL (Stand: 10.06.2019).
  12. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO; 2019): Conservation Agriculture. URL (Stand: 12.06.2018).
  13. 13,0 13,1 Reicosky, D. (2015): Conservation tillage is not conservation agriculture. Journal of Soil and Water Conservation, 70, 103-108.
  14. 14,0 14,1 Upadhyaya, S., Lancas, K., Santos-Filho, A., Raghuwanshi, N. (2001): Onepass tillage equipment outstrips conventional tillage method. California Agriculture, 55, 44-47.
  15. 15,0 15,1 Mitchell, J., Pettygrove, G., Upadhyaya, S., Shrestha, A., Fry, R., Roy, R., Hogan, P., Vargas, R., Hembree, K. (2009): Classification of Conservation Tillage Practices in California Irrigated Row Crop Systems. University of California. Division of Agriculture and Natural Resources, 8364, 1-8.
  16. 16,0 16,1 Dumanski, J., Peiretti, R. (2013): Modern concepts of soil conservation. International Soil and Water Conservation Research, 1, 19-23.
  17. Dumanski, J., Peiretti, R., Benites, J., McGarry4, D., Pieri, C. (2006): The Paradigm of Conservation Agriculture. Proceedings of World Association of Soil and Water Conservation, 1, 58-64.
  18. 18,0 18,1 18,2 18,3 18,4 Jabran, K., Mahajan, G., Sardana, V., Chauhan, B. (2015): Allelopathy for weed control in agricultural systems. Crop Protection, 72, 57-65.
  19. Rajcan, I., Swanton, C. (2001): Understanding maize‑weed competition: resource competition, light quality and the whole plant. Field Crops Research, 71, 139-150.
  20. Reddy, P. (Hrsg.; 2017): Agro-ecological Approaches to Pest Management for Sustainable Agriculture. Springer Nature. Singapur.
  21. 21,0 21,1 21,2 21,3 21,4 Van Bruggen, A., Shin, K., Mai, V., Jeong, K., Finckh, M., Morris, J. (2018): Environmental and health effects of the herbicide glyphosate. Science of the Total Environment, 616, 255-268.
  22. 22,0 22,1 Fortes, C., Mastroeni, S., Segatto, M., Hohmann, C., Miligi, L., Bakos, L., Bonamigo, R. (2016): Occupational exposure to pesticides with occupational sun exposure increases the risk for cutaneous melanoma. Journal of Occupational and Environmental Medicine, 58, 370-375.
  23. Mesnage, R., Arno, M., Costanzo, M., Malatesta, M., Séralini, G., Antoniou, M. (2015a): Transcriptome profile analysis reflects rat liver and kidney damage following chronic ultra-low dose Roundup exposure. Environmental Health, 14, 70-84.
  24. 24,0 24,1 Mesnage, R., Defarge, N., Spiroux de Vendômois, J., Séralini, G.E. (2015b): Potential toxic effects of glyphosate and its commercial formulations below regulatory limits. Food and Chemical Toxicology, 84, 133-153.
  25. 25,0 25,1 Swanson, N., Leu, A., Abrahamson, J., Wallet, B. (2014): Genetically engineered crops, glyphosate and the deterioration of health in the United States of America. Journal of Organic Systems, 9, 6-37.
  26. Fluegge, K., Fluegge, K. (2016): Glyphosate use predicts healthcare utilization for ADHD in the healthcare cost and utilization project net (HCUPnet): a twoway fixed-effects analysis. Polish Journal of Environmental Studies, 25, 1489-1503.
  27. Jayasumana, C., Gunatilake, S., Senanayake, P. (2014): Glyphosate, hard water, and nephrotoxic metals: are they the culprits behind the epidemic of chronic kidney disease of unknown etiology in Sri Lanka? International Journal of Environmental Research and Public Health, 11, 2125-2147.
  28. Van Bruggen, A., Narouei Khandan, H., Gravel, V., Blok, W. (2016): Corky root severity, root knot nematode galling and microbial communities in soil, rhizosphere and rhizoplane in organic and conventional greenhouse compartments. Applied Soil Ecology, 100, 112-123.
  29. Berg, G., Gruber, M., Schloter, M., Smalla, K. (2014): The plant microbiome and its importance for plant and human health. Frontiers in Microbiology, 5, 491.
  30. Kremer, R., Means, N., Kim, S. (2005): Glyphosate affects soybean root exudation and rhizosphere micro-organisms. International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 85, 1165-1174.
  31. 31,0 31,1 Kuklinsky-Sobral, J., Araújo, W., Mendes, R., Pizzirani-Kleiner, A., Azevedo, J. (2005): Isolation and characterization of endophytic bacteria from soybean (Glycine max) grown in soil treated with glyphosate herbicide. Plant Soil, 273, 91-99.
  32. Wolmarans, K., Swart,W (2014): Influence of glyphosate, other herbicides and genetically modified herbicide resistant crops on soil microbiota: a review. South African Journal of Plant and Soil, 31, 177-186.
  33. Fei, Y., Gai, J., Zhao, T. (2013): Identification of regulated genes conferring resistance to higher concentrations of glyphosate in a new strain of Enterobacter. FEMS Microbiology Letters, 349, 135-143.
  34. Natarajan, S., Stuchlík, S., Kukučková, M., Renczésová, V., Vávrová, S., Bargárová, Z., Pálffy, R., Celec, P., Mačor, M., Turňa, J. (2007): Comparative study of two forms of aro A CP4 gene in Escherichia coli. Biologia Bratislava, 62, 265-269.
  35. Kurenbach, B., Marjoshi, D., Amábile-Cuevas, C., Ferguson, G., Godsoe, W., Gibson, P., Heinemann, J. (2015): Sublethal exposure to commercial formulations of the herbicides dicamba, 2,4-dichlorophenoxyacetic acid, and glyphosate cause changes in antibiotic susceptibility in Escherichia coli and Salmonella enterica serovar Typhimurium. mBio, 6, 1-9.
  36. Liu, Y.B., Long, M.X., Yin, Y.J., Si, M.R., Zhang, L., Lu, Z.Q., Wang, Y., Shen, X. (2013): Physiological roles of mycothiol in detoxification and tolerance to multiple poisonous chemicals in Corynebacterium glutamicum. Archives of Microbiology, 195, 419-429.
  37. Peigné, J., Casagrande, M., Payet, V., David, C., Sans, X., Blanco-Moreno, J., Cooper, J., Gascoyne, K., Antichi, D., Bàrberi, P., Bigongiali, F., Surböck, A., Kranzler, A., Beeckman, A., Willekens, K., Luik, A., Matt, D., Grosse, M., Heß, J., Clerc, M., Dierauer, H., Mäder, P. (2015): How organic farmers practice conservation agriculture in Europe. Renewable Agriculture and Food Systems, 31, 72-85.
  38. 38,0 38,1 38,2 Anderson, R. (2015): Integrating a complex rotation with no-till improves weed management in organic farming. A review. Agronomy for Sustainable Development, 35, 967-974.
  39. 39,0 39,1 39,2 Anderson, R. (2014): A cultural system to reduce weed interference in organic soybean. Renewable Agriculture and Food Systems, 30, 392-398.
  40. 40,0 40,1 Garrison, A., Miller, A., Ryan, M., Roxburgh, S., Shea, K. (2014): Stacked crop rotations exploit weed-weed competition for sustainable weed management. Weed Science, 62, 166-176.
  41. Colbach, N., Biju-Duval, L., Gardarin, A., Granger, S., Guyot, S., Meziere, D., Munier-Jolain, N., Petit, S. (2014): The role of models for multicriteria evaluation and multiobjective design of cropping systems for managing weeds. Weed Research, 54, 541-555.
  42. Dmitrovic, S., Simonovic, A., Mitic, N., Savic, J., Cingel, A., Filipovic, B., Ninkovic, S. (2014): Hairy root exudates of allelopathic weed Chenopodium murale L. induce oxidative stress and down-regulate core cell cycle genes in Arabidopsis and wheat seedlings. Plant Growth Regulation, 75, 365-382.
  43. García-Ruiz, J., Beguería, S., Nadal-Romero, E., González-Hidalgo, J., LanaRenault, N., Sanjuán, Y. (2015): A meta-analysis of soil erosion rates across the world. Geomorphology, 239, 160-173.
  44. Leys, A., Govers, Gillijns, K., Berckmoes, E., Takken, I. (2010): Scale effects on runoff and erosion losses from arable land under conservation and conventional tillage: The role of residue cover. Journal of Hydrology, 390, 143-154.

Weiterführende Informationen und Literatur

Boden und Erosion


Conservation Agriculture


Unkrautmanagement in Direktsaatsystemen


Praktische Anwendung von Direktsaat unter ökologischer Landwirtschaft in Europa

Autor:innen

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Dieser Artikel wurde erstellt von:
Rebecca Ricker, Philipp Maly