Erosionsschutz durch nachhaltige Landwirtschaft

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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.

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

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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 geschrieben und gegengelesen von:
Rebecca Ricker, Philipp Maly
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