Schwerpunkt 5 - Bildungsschmiede

Schulische Projekttage
Schwerpunkt 5
Bodenfruchtbarkeit
Schawerda & Starek OG
Inhaltsübersicht Worauf Bodenfruchtbarkeit beruht ..................................................................... 1 Bodenfruchtbarkeit ist Bodenschutz .................................................................... 1 Bodenfruchtbarkeit ist komplex ........................................................................... 2 Bedeutung des Humus ......................................................................................... 3 Was Humus ist. ..................................................................................................... 3 Wie Humus entsteht ............................................................................................ 4 Humus & Pflanzenwachstum ............................................................................... 5 Humusgehalt und Humusqualität ........................................................................ 6 Benotung der Humusformen ............................................................................... 6 Note 1 ‐ Mull Note 3 ‐ Moder Note 5 ‐ Rohhumus Wodurch Humusmangel entstehen kann ............................................................. 7 Welche Folgen Humusmangel hat ....................................................................... 7 Boden und Pflanzen ............................................................................................. 8 Durchwurzelung ................................................................................................... 9 Grobwurzeln Feinwurzeln Wurzeln prägen den Boden ‐ und umgekehrt ...................................................... 9 Seite 1 Worauf Bodenfruchtbarkeit beruht Bodenfruchtbarkeit entsteht durch das Zusammenwirken folgender Faktoren und Prozesse: Schwerpunkt Bodenfruchtbarkeit
Alle diese Faktoren greifen ineinander ein. Sie stehen in einem dynamischen Prozess, der sich wechselseitig immer wieder beeinflusst. So bauen sie in ihrem Zusammenwirken letztlich jene Bodeneigenschaften auf, die für einen fruchtbaren Boden und damit für wichtige Bodeneigenschaften entscheidend sind. Je höher die Bodenfruchtbarkeit, umso besser ist das Wachstum der Pflanzen, das Wasserspeicherungsvermögen sowie die Schutzfunktion des Bodens gegen Einträge ins Grundwasser. Die Bodenfruchtbarkeit ergibt sich einmal aus geologischen, physikalischen und chemischen Prozessen. Damit untrennbar verbunden sind aber auch die biologischen und menschlichen Einflüsse: erst in der Summenwirkung entsteht Bodenfruchtbarkeit. Sie entsteht also aus dem Zusammenwirken von sehr komplexen Bodeneigenschaften. Bodenfruchtbarkeit ist Bodenschutz Fruchtbare Böden waren seit jeher ein höchst begehrtes Gut. Für uns im wohlhabenden Europa ist das heute nicht mehr so deutlich spürbar. Es gibt aber immer noch Länder, wo eine gute Ernte nach wie vor der entscheidende Überlebensfaktor der Menschen ist. www.bildungsschmiede.at Seite 2 Die Bodenfruchtbarkeit beinhaltet und umfasst aber auch wichtige Bodeneigenschaften, die für uns alle, nach wie vor, von größter Bedeutung sind: Sicherung unserer Lebensgrundlagen wie reines Trinkwasser, gesunde Lebensmittel, kleinräumiger Wasserhaushalt und Wasserrückhalt in der Landschaft (höchst wichtig bei Hochwassergefahr) •
Schutz vor schädlichen Umwelteinflüssen. Beim Eintrag von Stoffen etwa, die aus der Luft kommen oder auf den Boden direkt ausgebracht werden (z.B. Klärschlamm, Spritzmittel, Kunstdünger). In solchen Fällen ist der Boden Puffer, der speichern und in bestimmtem Ausmaß abbauen kann. Dabei geht es aber immer auch um die Intensität und die zeitliche Dichte solcher Belastungsstoffe. Je höher die Bodenfruchtbarkeit, umso besser auch die Sicherung der Lebensgrundlagen. Das gilt ebenso für die Schutzfunktionen. Der in aller Regel nach unten gerichtete Stofftransport im Boden wird gebremst und alles, was der Boden zurückhalten oder wieder zurück in den Kreislauf der Natur bringen kann, geht nicht ins Grundwasser. Bodenfruchtbarkeit ist komplex Zur Bodenfruchtbarkeit gibt es beständige, labile oder veränderliche Bodeneigenschaften, die normalerweise in einem gewissen Gleichgewicht stehen. Gerät diese Balance ins Ungleichgewicht, sind Leistungsminderungen in den Ertrags‐ und Schutzfunktion die Folge. Die Kenntnis des Zusammenspiels dieser Eigenschaften und ihr „Management“ sind Voraussetzung zur Erhaltung, und Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit. Soll sie nicht abnehmen, dann ist eine umweltschonende Landnutzung erforderlich: Ständiger Wechsel der jährlich angebauten Feldfrüchte, schonende Bodenbearbeitung und Förderung des Humusaufbaues als Nährbasis für das Bodenleben. Für die Erhaltung und Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit gibt es eine große Zahl von unterschiedlichen Eigenschaften und Maßnahmen. Dabei muss der Blick stets auf die bestehenden Wechselbeziehungen mit den Lebensgemeinschaften von Bodentieren und Pflanzen gerichtet bleiben. Sie sind die unverzichtbaren „Partner" in diesem Zusammenwirken und müssen immer einbezogen sein. Auch hier zeigt sich der Kreislauf der Natur Eine Bodenverbesserung kann aber auch durch externe Zugaben von Hilfsstoffen unterstützt werden: Etwa durch die Ausbringung von Kalk gegen Versauerungstendenzen (z. B. jahrelanger Einfluss von saurem Regen), weiter durch die Zufuhr von Humusstoffen (Verrottungsprodukte aus organischen Abfällen, Kompost, usw.) oder durch „Geohumus“, ein erzeugtes und im Handel erhältliches Granulat, das den Wasserhaushalt durch eine gesteigerte Aufnahme von pflanzenverfügbarem Wasser verbessern kann. www.bildungsschmiede.at Schwerpunkt Bodenfruchtbarkeit
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Seite 3 Bedeutung des Humus Die Humusschicht enthält lebensnotwendige Mineral‐ und Nährstoffe für das Pflanzenwachstum , •
stellt für Bodenlebewesen und Pflanzen den wichtigsten Lebensraum dar, •
verbessert die Porenverteilung und damit den Luft‐ und Wärmehaushalt der Böden, •
begünstigt und stabilisiert die Bildung von Bodenkrümel, •
erhöht das Wasserspeichervermögen des Bodens, •
übernimmt umfangreiche Filter‐ und Pufferfunktionen gegenüber Schadstoffen zum Schutz des Grundwassers und •
ist wesentliche Grundlage für eine nachhaltige und umweltschonende Bewirtschaftung in der Land‐ und Forstwirtschaft sowie im Gartenbau. Humus hat einen entscheidenden Vorteil: Er setzt die im Boden enthaltenen Nährstoffe „fließend“ frei. Damit bietet er eine laufend verfügbare Nährstoffquelle für die Pflanzen und deren Wachstum. Im biologischen Landbau, wo Kunstdünger und der Einsatz von Spritzmitteln nicht erlaubt sind, wird daher in einer guten Humuswirtschaft der Schlüssel zum Erfolg gesehen. Organische Masse ist „Futter“ für das Bodenleben. Dieses wandelt das Material zu Humus um und verbessert dadurch die Bodeneigenschaften. Alles zusammen ermöglicht ein Wachstum von gesunden und robusten Pflanzen. Diese sind dann weniger anfällig für Schädlinge und Krankheiten. Was Humus ist. Die Gesamtheit der abgestorbenen organischen Bodensubstanz wird als Humus bezeichnet. Humus besteht also aus einer Vielzahl komplexer organischer Bausteine: Wurzeln, Stroh, Blätter, Ernterückstände usw., aber auch tonnenweise abgestorbene Bodenlebewesen. Diese „organische Masse“ wird nach dem Absterben durch Bodentiere und Bodenorganismen zersetzt und chemisch umgewandelt. Die einzelnen Bausteine der organischen Stoffe werden dabei unterschiedlich schnell abgebaut. Bei nicht verholzten Pflanzenresten geht die Zersetzung verhältnismäßig rasch, verholzte Pflanzenteile werden dagegen langsamer abgebaut. www.bildungsschmiede.at Schwerpunkt Bodenfruchtbarkeit
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Seite 4 Wie Humus entsteht In der Natur gibt es keine Abfälle sondern immer nur „Wertstoffe“. Ernte‐ und Wurzelrückstände, aber auch abgestorbene Bodentiere sind Nahrungsgrundlage für Bodenorganismen und damit Ausgangsstoffe für die Entstehung von Humus. Die Pflanzenreste enthalten Mineralstoffe, Kohlenhydrate (unter 50%) und Lignin (10 ‐ 40%). Die Gesamtheit der abgestorbenen Bodenlebewesen (auch Stallmist) liefert das für den Aufbau von organischer Bodensubstanz ebenfalls wichtige Eiweiß. Die unzähligen Bodentiere und Bodenorganismen übernehmen im Wesentlichen diese Umwandlungsarbeit. Sollen sie optimal und effektiv an der Humusbildung arbeiten, brauchen sie günstige Lebensbedingungen: •
einen schwach alkalischen bis schwach sauren Boden •
genügend Gasaustausch (Sauerstoff, CO2) über ein günstig verteiltes Hohlraumsystem (Bodenporen) •
ausreichend Feuchtigkeit, •
eine Temperatur zwischen 25 ‐ 35°C (= optimal) •
Nährstoffe (=organische Substanzen) zum Verarbeiten. Entscheidend ist, ob oder wie diese Voraussetzungen für die Lebensprozesse der Bodentiere und Bodenorgansimen gegeben sind: ausgewogen und günstig oder einseitig und ungünstig. Davon hängt letztlich ab, welche unterschiedlichen Humusformen entstehen. Die Nährstoffe im „Wertstoff“ Humus (also aus Ernterückständen wie Wurzeln, Stoppeln, Stroh, Stengeln, Blättern usw.), werden aber erst dann für die Pflanzen verfügbar, wenn Pflanzenreste und Wurzelrückstände aus den vergangenen Vegetationsperioden zersetzt worden sind. Abbau‐ Umbau‐ und Aufbauprozesse durch das Bodenleben erfolgen in einzelnen aufeinanderfolgenden Schritten. So werden die auf dem Boden liegenden Pflanzenrückstände von den größeren und kleineren Bodenlebewesen zerkleinert und durch Mikroorganismen in die meist dunkelfarbigen Huminstoffe abgebaut. Bis ein einziges Blatt vollständig in Humus Zerkleinerung durch Regenwürmer umgewandelt worden ist, wird es mehrfach gefressen. Asseln Milben usw. www.bildungsschmiede.at Schwerpunkt Bodenfruchtbarkeit
Die Abbau‐ Umbau‐ und Aufbauprozesse durch das Bodenleben sind von besonderer Wichtigkeit für die „Verwertung“ des biologischen „Abfalls“. So wird er nicht nur „entsorgt“ sondern gleichzeitig zu wertvollen Humus umgewandelt. Dadurch werden wichtige Bodeneigenschaften sichergestellt (Nahrungs‐ und Energiequelle für das Bodenleben, Wasserspeicherung, Bildung von Ton‐Humuskomplexen usw.) Seite 5 Bakterien, Pilze usw. bauen ab und um Das Ergebnis ist die Anreicherung von dunkelfarbigen Huminstoffen in den oberen Bodenschichten. Humus & Pflanzenwachstum An die Humusteilchen sind Mineral‐ und Nährstoffe gebunden, die für das Pflanzenwachstum lebenswichtig sind. Durch diese Bindung an Huminstoffe sind sie aber vorerst meist nicht direkt für die Pflanzen verfügbar. Die Freisetzung erfolgt durch die Mineralisierung. Das heißt, es handelt sich um den vollständigen Abbau durch Mikroorganismen zu CO2 und H2O, wobei gleichzeitig die Mineral‐ und Nährstoffe freigesetzt werden. Mineralisierung durch Mikroorganismen Erst jetzt sind diese Nährstoffe, die ursprünglich in der organischen Masse (Wurzeln, Stoppeln, (Umbau zu Pflanzennährstoffen) Stroh, Stengeln, Blättern usw.) enthalten waren, wieder für die Pflanze verfügbar und können über die Wurzeln aufgenommen werden. www.bildungsschmiede.at Schwerpunkt Bodenfruchtbarkeit
Was der Eine verdaut, ist für den Nächsten das gefundene Fressen. Kleinere und größere Bodenlebewesen sowie Mikroorganismen stehen dabei in einer intensiven Wechselbeziehung mit‐
einander. Seite 6 Humusgehalt und Humusqualität •
Eine nicht zu saure Bodenauflage ist eine der Voraussetzungen, dass sich dort viele Bodenlebewesen ansiedeln. Die Pflanzenreste werden damit schnell und vollständig in ihre organischen Bestandteile, die Huminstoffe, zersetzt. Das sind dann die für Pflanzen gut aufnehmbare Nährstoffquellen. •
Je mehr und je besser verteilt Kohlenstoff und Stickstoff in der Auflage (Wurzeln, Stoppeln, Stroh, Stängeln, Blättern usw.). enthalten ist, desto besser wird die Humusschicht. •
Umgekehrt: je mehr Kohlenstoff vorhanden ist, desto saurer wird die Humusschicht. Nadelstreu (z. B. Fichtenwald) hat ein ungünstiges Stickstoff/Kohlenstoffverhältnis und zersetzt sich wesentlich langsamer. Die unterschiedlichen Humusformen werden nach sichtbaren (makroskopischen) Merkmalen unterschieden. Sie ermöglichen eine Beurteilung über den Einfluss, den Humus auf den Wasser‐ und Nährstoffhaushalt hat und ermöglichen Rückschlüsse auf die biologische Aktivität eines Bodens. Benotung der Humusformen Note 1 ‐ Mull Mull ist eine Humusform, die aus Pflanzenresten (Ernterückständen Wurzeln, Laub oder Gras) sehr schnell in Huminstoffe umgewandelt wurde. Für die Umsetzungsprozesse der Bodenlebewesen haben diese Pflanzenreste ein sehr günstiges Verhältnis von Kohlenstoff zu Stickstoff (C/N‐Verhältnis). Note 3 ‐ Moder „Moder“ wird oft mit Fäulnis und Schimmel in Verbindung gebracht. Der Boden schimmelt zwar nicht, aber die Zersetzungsprozesse verlaufen relativ langsam. Regenwürmer und andere Bodenorganismen sind im Boden in geringerer Zahl vorhanden als im Mull. Die gebildeten Huminstoffe (v.a. Huminsäuren) können von der Pflanze zwar noch relativ gut aufgenommen werden, tragen jedoch bereits zu einer Versauerung des Bodens bei, wenn auch nicht im gleichem Maße wie beim Rohhumus. www.bildungsschmiede.at Schwerpunkt Bodenfruchtbarkeit
Der Humusanteil variiert von Boden zu Boden erheblich. In humosen Braunerden oder Schwarzerden liegt der Humusanteil in unseren Regionen bei 2% bis 4%, in humusarmen, seichten Böden beträgt er zwischen 1% und 2%. Unter Wiesen und Weiden (Grünland) kann der Humusanteil im Oberboden 5% bis 8% erreichen. In Moorböden ist der organische Anteil noch wesentlich höher. Einen hohen Humusanteil erkennt man an der braunen bis schwarzbraunen Färbung des Bodens. Helle, ausgebleichte Stellen im Boden zeigen Humusmangel an. Für die Humusqualität gilt: Seite 7 Note 5 ‐ Rohhumus Wodurch Humusmangel entstehen kann Im Prozess der Bodenbildung entsteht in aller Regel eine bodenschützende Pflanzendecke. So entwickelt zunächst jeder natürliche Standort sein eigenes Gleichgewicht zwischen Stoffauf‐ und Stoffabbau. Ändern sich jedoch die Einflüsse, hat das direkte Auswirkungen auf die weitere Bodenentwicklung. Klimaverschiebungen, vermehrte oder verminderte Niederschläge, Einträge aus der Luft, Erosion, usw. bestimmen Gehalt und Qualität des Humus im Boden mit. Letztlich hat aber auch die landwirtschaftliche Nutzung hohen Einfluss. Durch jede Ernte von Lebens‐ oder Futtermitteln werden zwangsläufig Nährstoffe entzogen und damit Humus abgebaut. Jede jährliche Ernte bedeutet also einen Nährstoffentzug aus dem Boden und lässt den Humusspiegel sinken. Deshalb muss immer organische Masse (Wurzeln, Ernterückstände, Gründüngung, Mist, Kompost usw.) zugeführt werden. Geschieht das in zu geringem Ausmaß, wird der Humusgehalt allmählich immer weniger. Gemildert verläuft der Humusabbau bei dauernd bedeckten Grünlandböden. Bei gleichen Standortbedingungen haben diese in aller Regel einen höheren Humusgehalt wie Ackerböden Das Ausmaß des Abbaues hängt von der Art der Bodenbearbeitung (bodenschonend oder nicht), dem Anbau von „humuszehrenden“ (z.B. Rüben, Getreide) und „humusmehrenden“ Feldfrüchten (Klee, Luzerne), den bodenbedeckenden Zwischenfrüchten (z.B. Senf) oder den organischen Zugaben (Stroh, Mist, Kompost, usw.) ab. Welche Folgen Humusmangel hat Humus ist die unverzichtbare Basis für viele Lebensprozesse und Schutzfunktionen des Bodens. Verbraucht sich diese Quelle durch einen ständigen und schleichenden Abbau, entstehen große Nachteile im dynamischen Gleichgewicht des Bodens. Die wichtigsten davon sind: •
Verlust der der Krümelstruktur/Bodengare, Degeneration der Bodenstruktur, www.bildungsschmiede.at Schwerpunkt Bodenfruchtbarkeit
Rohhumus ist eine nur unvollständig zersetzte, meist nasse Streuschicht, in der die Pflanzenreste noch gut zu erkennen sind. Rohhumus entsteht meist dann, wenn schwer zersetzbare Pflanzenreste (z. B. holzige Teile oder Nadeln) vorliegen. Dabei entstehen oft Huminstoffe, die sauer und für Pflanzen nur schlecht aufnehmbar sind. Regenwürmer und andere Bodenorganismen meiden dieses saure Bodenmilieu. Die Zersetzungsprozesse verlaufen dadurch sehr langsam und unvollständig. Seite 8 erhöhte Bodenverdichtungen, erschwerte Bearbeitung mit erhöhten Arbeitsaufwändungen und Einsatz an Betriebsmitteln (ist auch Energieverschwendung), •
stark vergrößerte Erosionsgefahr durch Wasser und Wind, •
Verluste an Nährstoffen und Spurenelementen durch verstärkte Bodenabschwemmung an der Bodenoberfläche, •
erhöhter Nährstoffeintrag in Bäche und Teiche, •
verminderte Lieferung von Pflanzennährstoffen aus natürlichen Humusquellen, •
Zunahme des Schädlings‐ und Krankheitsbefalls auf strukturgeschädigten Böden, •
steigender Mineraldüngerbedarf, •
verringertes Wasserspeichervermögen, vermehrte Einträge von Schadstoffen ins Grundwasser (= Trinkwasser) sowie •
Einengung des Lebensraumes für das Bodenleben, reduzierte biologische Aktivität. Boden und Pflanzen Ohne Boden keine Pflanzen und ohne Pflanzen kein fruchtbarer Boden. Boden und Pflanzen leben miteinander. Denkt man das durch, dann gibt es ‐ außer in Wüsten, Steppen oder in Stein‐ und Felsregionen – in der Natur keinen unbedeckten Boden. Stets bildet sich eine schützende Pflanzendecke, deren so genannter Bestandesabfall wesentliche Lebensprozesse im Boden bedingt. Das gilt auch für die vom Menschen genutzten Äcker, Wiesen und Wälder. Damit dieses Zusammenleben, eine so genannte Symbiose, auch wirksam ablaufen kann, braucht es einige zusätzliche Faktoren wie Licht, Luft, Wasser und Temperatur. Je nach deren Intensität können höchst unterschiedliche Pflanzenarten und Feldfrüchte wachsen. www.bildungsschmiede.at Schwerpunkt Bodenfruchtbarkeit
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Seite 9 Durchwurzelung •
Boden unter Wald und Wiesen ist ganzjährig bedeckt und durchwurzelt, beim Ackerbau ist der Boden zeitweise unbedeckt. •
Die Durchwurzelung ist bei Wald und Wiese im jahreszeitlichen Ablauf von Frühjahr, Sommer Herbst und Winter mehr oder weniger gleich dicht oder mächtig, beim Ackerbau schwankt sie mit dem Wachstum der angebauten Feldfrüchte. •
Je nach Pflanzenart kann die Tiefe der Durchwurzelung einige Zentimeter bis mehrere Meter betragen (Tief‐ oder Flachwurzler). •
Je nach Standort (tief‐ oder seichtgründiger Boden, verdichteter Boden, usw.) können Wurzeln verschieden dicht oder verschieden tief ausgeprägt sein. Bei der Art der Wurzeln unterscheiden wir Grobwurzeln Sie bilden das Wurzelgerüst und geben der Pflanze Halt Feinwurzeln 1 mm (für Pflanzen) bis 2 mm (für Bäume) Sie sind für die Wasser‐ und Nährstoffaufnahme zuständig und damit die wichtigsten Wurzeln in den Austauschprozessen zwischen Pflanzen und Boden. Wurzeln prägen den Boden ‐ und umgekehrt Die unmittelbare Bodenumgebung der Wurzeln steht durch Austauschprozesse in intensiver chemischer und biologischer Wechselwirkung. Auf Grund unterschiedlicher Durchwurzelung (Wald, Wiese, Ackerbau und Jahreszeiten, Standortsunterschiede) gibt es in den Lebens‐ und Austauschprozessen zwischen Boden und Pflanzen zwar gleichartige Funktionen – wenn auch in ungleicher Qualität und Intensität. •
Die Wurzeln sind der unbedingt erforderliche physikalische Halt für die Pflanzen. Zugleich halten die Wurzeln den Boden gegen Bodenabtrag durch Regenwasser zusammen. •
Über die Wurzeln läuft die Aufnahme von Wasser mit den darin gelösten Mineralstoffen. •
Abgestorbene Wurzeln sind ‐ neben Ernterückständen, Mist, Kompost, Gründüngung usw. ‐ ein wichtiger Teil des notwendigen Nachschubs an organischer Masse (Basis für Humusaufbau). www.bildungsschmiede.at Schwerpunkt Bodenfruchtbarkeit
Die Pflanzendecke und die damit einhergehende Durchwurzelung auf einem Boden können sehr unterschiedlich sein: Seite 10 www.bildungsschmiede.at Schwerpunkt Bodenfruchtbarkeit
Die Pflanzen spielen auch bei der „Bodengare“ (= Krümelbildung des Bodens) eine bedeutende Rolle. Ihre Wurzeln liefern den Organismen die Nahrungsbasis, die durch ihre Lebensprozesse den Boden „lebend verbauen“ und verkitten. Die oberirdischen Pflanzenteile regeln das Bodenklima durch Beschattung, verbesserte Luftfeuchtigkeit und Abgabe von Sauerstoff. Die Abgabe von Sauerstoff ist auch ein schönes Beispiel für die Win‐
Win Situation einer Symbiose: Pflanzen brauchen CO2 und geben Sauerstoff ab, Mikroorganismen und Bodentiere brauchen hingegen Sauerstoff und geben dafür CO2 ab. Damit ergibt sich eine einander bestens ergänzende Lebensgemeinschaft.