Studies on factors affecting the infiltration capacity of agricultural soils

Abstract

Ziel der Arbeit war es, Einflussfaktoren der Infiltrationskapazität landwirtschaftlicher Böden zu identifizieren, um die „Infiltration“ als Indikator für den Schutz des Bodens gegen Degradation, z.B. Wassererosion, zu bewerten. Dazu wurden Langzeitversuche und Praxisschläge mit unterschiedlicher Landnutzung und Bewirtschaftungsform auf bodenphysikalische, bodenchemische und bodenbiologische Eigenschaften untersucht und deren Einfluss auf die Infiltrationskapazität der Böden quantifiziert. Die wichtigsten Einflussfaktoren für hohe Infiltrationsraten wurden mittels Regressionsanalyse bestimmt. Die unterschiedliche Einflussnahme der ausgewählten Parameter auf die Infiltrationskapazität wurde auf der Basis der multiplen Regressionsanalyse berechnet. Der Bodenschutzindikator "Infiltration" wurde durch abgeleitete Modell-Algorithmen angemessenen beschrieben.
1 Die Untersuchung der Infiltrationsraten bei unterschiedlicher Landnutzung ergab folgende Ergebnisse:
o Die Infiltrationsrate war unter forstwirtschaftlicher Nutzung am höchsten, gefolgt von der natürlichen Sukzession. Auf ackerbaulichen Flächen war sie am geringsten.
o Die hohen Infiltrationsraten bei Waldböden waren das Ergebnis einer größeren Anzahl von Makroporen durch eine intensive Wurzelaktivität, die wiederum zu einem erhöhten lateralen Fluss und somit zu erhöhten Infiltrationsraten führte.
o Bei der natürlichen Sukzession war besonders die verbesserte Strukturstabilität (großer Anteil stabiler Aggregate durch vermehrte organische Bodensubstanz) ausschlaggebend für erhöhte Infiltrationsraten. Zusätzlich war der Unterboden aufgrund der geringeren Trockenrohdichte weniger verdichtet. Hohe Anteile von Bioporen, die zum größten Anteil auf Regenwurmgänge zurückzuführen waren, trugen ebenfalls zu erhöhten Infiltrationsraten bei.
2 Die Untersuchung der Infiltrationsrate für unterschiedliche Bewirtschaftungsformen ergab folgende Ergebnisse:
o Ökologische Landwirtschaft führte zu höheren Infiltrationsraten im Vergleich zu konventioneller Landwirtschaft.
o Die erhöhten Infiltrationsraten des ökologisch bewirtschafteten Feldes (Feld O3) waren im Vergleich zum konventionellen Feld (Feld C1) auf eine verbesserte mechanische Stabilität des Bodens sowie einen erhöhten Anteil von Makro- bzw. Bioporen (Bodenporen mit einem Durchmesser größer als 50 μm) durch eine hohe Regenwurmaktivität zurückzuführen. Die Regenwurmpopulation des Feldes O3 war doppelt so hoch als im Feld C1.
3 Die Untersuchung der Infiltrationsrate für unterschiedliche Bodenbearbeitungssysteme ergab folgende Ergebnisse:
o Die Infiltration von Wasser in den Boden war höher bei flacher im Vergleich zu tieferer Bodenbearbeitung. Zudem zeigte sich eine höhere Infiltrationsrate bei konservierender verglichen mit konventioneller Bodenbearbeitung.
o Flache bzw. konservierende Bodenbearbeitung führte im Vergleich zu tiefer gepflügten Feldern zu einer höheren bodenbiologischen Aktivität, die sich durch eine erhöhte Anzahl von tief grabenden Regenwürmern (anecic species), eine erhöhte Dehydrogenaseaktivität und eine verbesserte Aggregatstabilität auszeichnet, was im Endeffekt ansteigende Infiltrationsraten garantiert.
4 Die Untersuchung der Infiltrationsrate bei unterschiedlicher Düngungsstrategie ergab folgende Ergebnisse:
o Die Infiltrationsrate war unter organischer (fym) und der kombinierten organischmineralischen Düngung (NPK + fym) höher als unter Einsatz von mineralischen Düngemitteln (NPK).
o Organische (fym) und kombiniert organisch-mineralische Düngung (NPK + fym) resultierten in einer erhöhten Aggregatstabilität, geringerer Bodenverdichtung im Unterboden, einer höheren organischen Bodensubstanz, erhöhter Regenwurmbiomasse und insbesondere einer höheren Anzahl von tief grabenden Regenwürmern. Dieses erhöhte die Infiltrationsraten im Vergleich zu nur mineralisch gedüngten Feldern (NPK).
5 Die multiple Regressionsanalyse für die wichtigsten die Wasserinfiltration in den Boden beeinflussenden Faktoren ergab folgende Ergebnisse: o Auf dem Versuchsstandort Braunschweig hatte der Kohlenstoffvorrat im Boden den größten Einfluss auf die Infiltrationsrate, gefolgt von der Trockenrohdichte und der Regenwurmabundance. Auf den Standorten Trendhorst und Mariensee hatten die Bodentextur (Schluff- und Tongehalt des Oberbodens), Trockenrohdichte des Bodens, die Regenwurmanzahl pro Tonne Kohlenstoffvorrat und die Aggregatstabilität des Oberbodens den größten Einfluss.
6 Die Auswertung der Untersuchungen zur Infiltration belegte, dass die Infiltrationskapazität ein adäquates, integrales Maß für die Bewertung der Bodenqualität darstellt. Verbesserte Bodeneigenschaften garantieren einen verbesserten Schutz des Bodens gegenüber Wassererosion und erhöhen gleichzeitig die Infiltrationskapazität des Bodens. Folglich reflektiert sich in der Infiltrationskapazität das Degradationsniveau des Bodens, welches die Grundlage für Maßnahmen des Bodenschutzes darstellt.