Erhebung von Kupfergesamtgehalten in ökologisch und konventionell bewirtschafteten Böden. Teil 1: Gesamtgehalte in Weinbergsböden deutscher Qualitätsanbaugebiete

Monitoring of total contents of copper in organically and conventionally managed soils. Part 1: Total contents in vineyard soils of German quality vine areas

Material und Methoden

Die Verteilung der Kupferkonzentrationen wurde von 85 Reblagen erhoben. Der Einfluss von Kupferspritzungen bei Plasmopora-Behandlungen auf die Cu-Boden­gehalte am Rebstock und mittig in der Fahrgasse wird durch ausgewählte Einzelbeprobungen von Prüfflächen berücksichtigt. Bei Hanglagen erfolgte zusätzlich bei erkennbaren Wassersammlungspunkten eine Oberflächenbeprobung erodierten Bodens (mögliche „Hot Spots“) (Tab. 1).

Die Probenzahl richtete sich nach der Verfügbarkeit von Untersuchungsflächen. Zusätzlich wurden konven­tionell bewirtschaftete Rebflächen mit Referenz- und Kontroll­flächen in den Prüfplan einbezogen, sofern sie in Nachbarschaft zu ökologisch bewirtschafteten Reblagen liegen.

Je Betrieb wurde jeweils mindestens eine Prüffläche, eine Referenzfläche und eine Kontrollfläche beprobt. Dabei ist die Prüffläche eine seit längerem in Nutzung stehende Fläche. Die Referenzfläche oder auch positive Kontrolle ist eine aus der Bewirtschaftung genommene Fläche, auch als Weinbrache bezeichnet. Eine nach Auskunft der beteiligten Betriebe niemals weinbaulich genutzte Fläche ist die Kontrollfläche (negative Kontrolle).

Insgesamt wurden 56 ökologisch bewirtschaftete und 29 konventionell bewirtschaftete Reblagen in die Belastungserhebung einbezogen und somit eine umfassende Abbildung der Belastungsverteilung erhalten (Tab. 2).

Es wurden vorrangig Praxisbetriebe beprobt, um den realen Gegebenheiten in der weinbaulichen Praxis zu entsprechen. Die an der Belastungserhebung beteiligten Weinbaubetriebe sind sowohl Nebenerwerbs- (kleinster Betrieb 0,38 ha) als auch Haupterwerbsbetriebe (größter Betrieb 160 ha) (Abb. 1).

Abb. 1. Standorte der Probenahmen in deutschen Qualitätsweinanbaugebieten.

Dies setzt neben der Erfassung der Flächendaten [Flurbereinigung/-neuordnung, Nutzungsdauer, geographische Lage (Klima), Bewirtschaftungsweise (Begrünung, Mulchen) und Cu-Einträge durch PSM + Düngung] in den Fragebögen (Identdatenblätter) die Verfügbarkeit von Flächen im Besitz der ausgewählten Betriebe voraus, die jeweils aus einer Prüffläche, einer passenden posi­tiven (aus der Nutzung genommene) und einer (natur­belassenen) Kontrollfläche zur Erfassung der Hintergrundbelastung von Kupfer je Standort bestehen. Die Identdatenblätter stellen neben den gewonnenen Analyse­daten eine wichtige Entscheidungshilfe für Vorschläge zur Auswahl geeigneter Monitoringflächen dar.

Die Auswahl der Betriebe hängt im Wesentlichen von deren Bereitschaft zur Mitwirkung und die Auswahl der Beprobungsfläche(n) weitgehend von der Empfehlung des Betriebes ab. Die Probenahmestrategie ist als systematische Probenahme angelegt. Nach der zufälligen Wahl der ersten Beprobungsstelle wurden die weiteren Beprobungspunkte entlang einer durch das Flurstück gedachten Diagonale gelegt. Von den Prüfflächen wurden die Kupfergesamtgehalte getrennt für die Bodenhorizonte 0-5 und 0-20 cm analysiert.

Insgesamt wurden 2087 Einzelbodenproben aus den Bodenhorizonten bis 5 und bis 20 cm von Prüf-, Referenz- und Kontrollflächen zur Analyse der Gesamtgehalte in Königswasser (VDLUFA, 1991) und bodenkund­licher Basisparameter [Korngröße (DIN, 1997; DIN, 2008), pH–Wert (VDLUFA, 1991b), org. Substanz (DIN, 1996), C/N-Verhältnis (DIN, 1998)] im Labor entnommen. Die Beprobungen erfolgten im März und Oktober 2009 (488 Bodenproben) und im April/Mai 2010 (1599 Bodenproben). Die Anzahl der Proben resultiert aus einer diagonalen Beprobung jeder Prüffläche und jeder Referenzfläche mit jeweils 5 Einzelproben. Bei den Prüfflächen wurden zusätzlich die Fahrgassen beprobt. Bei den Kontroll­flächen wurden die Einzelproben zu einer Mischprobe vereinigt.

Die angewandte Methodik zur Erhebung der Belastungsverteilung und der aus der Machbarkeitsabschätzung gewonnene Erkenntnisfortschritt wurden bereits publiziert (Riepert et al., 2010).

Oft war vor den Cu-Gehaltsbestimmungen nicht bekannt, ob die Gehalte der Kontrollfläche überhaupt im Bereich der Erwartungswerte möglicher geogener Hintergrundgehalte liegen. Kontrollflächen, deren Gehalte deutlich über dem Erwartungswert für die Hintergrundbelastung liegen, bleiben im Sinne der ersten Zuordnung zwar Kontrollflächen, scheiden aber als zukünftige Beprobungs­flächen aus. Gegebenenfalls müsste an einem solchen Standort nach einer anderen Fläche gesucht werden, die die erforderlichen Kriterien besser erfüllt.

Im manchen Weinbaubereichen, wie z.B. Kaiserstuhl oder Tuniberg sind alle Flächen bestockt, wodurch eine Beprobung aus der Nutzung genommener Flächen (Referenzflächen) zur Darstellung des Einflusses von Bodenbearbeitungsmaßnahmen bei späteren biologischen Erhebungen nicht möglich war. An der Ahr erwiesen sich die Beprobungen besonders in den Steillagen als äußerst aufwändig bis unmöglich, da die dort vorkommenden Schieferböden einen Skelettanteil von 80 v.H. aufwiesen.

Abb. 2. Mittelwerte der Kupfer-Gesamtgehalte auf Prüfflächen, Referenzflächen und Kontroll­flächen für den Bodenhorizont bis 20 cm mit 95% Konfidenz­intervall.

Als Ursachen kommen dafür Unterschiede in der Bewirtschaftungsdauer und der Mittelanwendung in Frage. So sind z.B. in dem Gebiet Hessische Bergstraße die Rebflächen erst seit 40 bis 60 Jahren bestockt. In den Qualitätsanbaugebieten der neuen Bundesländer (Saale-Unstrut und Sachsen) wurden über 40 Jahre aus ökonomischen und politischen Gründen keine Kupferpräparate im Weinbau eingesetzt.

Sofern die Cu-Bodengesamtgehalte deutlich über den Hintergrundgehalten liegen, wird auf den Prüf- und Refe­renzflächen oft eine inhomogene Belastungsverteilung nachgewiesen. Die in Abb. 3 beispielhaft dargestellte Prüffläche befindet sich seit 1910 in rebbaulicher Nutzung; in den Jahren 1962/63 fanden umfangreiche Flurbereinigungen statt.

Abb. 3. Mittelwerte der Kupfer-Gesamtgehalte auf Prüfflächen, Referenzflächen und Kontroll­flächen für den Bodenhorizont bis 20 cm mit 95% Konfidenz­intervall.

Bei dem außerhalb der Diagonale liegenden 6. Wert in Höhe von 131 mg Cu/kg Boden (TM) handelt es sich um einen Fahrgassenbeprobungswert (Zusatzprobe gemäß Tab. 1). Eine mögliche Erklärung für die Inhomogenität innerhalb der Proben der Prüffläche(n) eines Betriebes konnte bislang nicht in den Angaben der beteiligten Betriebe zur Bewirtschaftung der Lagen gefunden werden.

Ordnet man die für die Cu-Gesamtgehalte der Prüf­flächen bestimmten Variationskoeffizienten (CV) einer aus 4 Klassen bestehenden Häufigkeitsverteilung zu, so zeigt sich aber, dass mehr als 46% einen CV von < 25% und weitere 35% einen CV von immer noch unter 50% aufweisen (Tab. 3).

Beobachtungen, die zu der Annahme führten, dass sich Unterschiede der Gehalte zwischen dem zentralen Feldbereich und den Randbereichen ergeben, haben sich statistisch nicht bestätigen lassen. Beim Vergleich der beiden Außenwerte mit den 3 inneren Werten im Zweistich­proben-t-Test konnte die Nullhypothese nicht abgelehnt werden (p > 0,05 bei beiden Bewirtschaftungsweisen).

In den 50er bis 70er Jahren des vorigen Jahrhunderts wurden bei den langjährig genutzten Rebflächen oft Flur­neuordnungen durchgeführt, in deren Ergebnis historisch vorbelastete Böden unterschiedlicher Bodenhorizonte von benachbarten Flächen verschoben wurden. Ein Vergleich der Mittelwerte der Gehalte im Bodenhorizont bis 20 cm zeigt sich überlappende Konfidenzintervalle, die keine statistisch signifikanten Unterschiede erwarten lassen (Abb. 4).

Abb. 4. Mittelwerte der Kupfer-Gesamtgehalte mit 95% Konfidenz­intervallen auf Kontrollflächen (KO), Prüfflächen (PF) und Referenzflächen (RE), auf denen eine Flurbereinigung) und keine Flurbereinigung durchgeführt wurde.

Die Säulenhöhe in Abb. 5 steht für die Häufigkeit, mit der Cu-Gehalte einer bestimmten Klassenzugehörigkeit in Bodenproben gemessen wurden.

Abb. 5. Prozentuale Häufigkeitsverteilung gemessener Cu-Gesamtgehalte (mg Cu/kg TM Boden) in den Proben der Prüf- und Referenzflächen aus Stichprobenumfängen von n = 581 bzw. n = 306 für den Bodenhorizont 0-20 cm bei einer Klassenbreite von 50 mg Cu/kg.

Die Minimal- und Maximalwerte, das arithmetische Mittel sowie die 50. (Medianwert), 10., 25., 75. und 95. Percentile der Gesamtgehalte von Prüf- und Referenz­flächen sind in Tab. 4 zusammengefasst.

Die in Nutzung stehenden Rebflächen sind ein echter Gradmesser für die Belastungsverteilung. In die Cu-Bodengesamtgehalte gehen der Zeitraum des Cu-Eintrags durch Plasmopora-Behandlungen (Teil der Flächenhistorie), die aktuelle Bewirtschaftungsweise und Kultur­führung sowie Bodenverschiebungen (Flurbereinigungen und -neuordnungen) ein.

Die meist mehr als 10 Jahre aus der Bewirtschaftung genommenen Weinbrachen (Referenzflächen) sind bedeutsam für die Differenzierung zwischen den verschiedenen für Regenwurmpopulationen als nachteilig anzusehenden Faktoren und sollen zu diesem Zweck möglichst ähnlich hohe Belastungen aufweisen wie die Prüfflächen. Wie Tab. 4 und Abb. 5 zu entnehmen ist, liegen die bestimmten Percentile und der arithmetische Mittelwert der Prüf- und Referenzflächen im gleichen Größenbereich.

Viele der terrassierten Brachen liegen in Steillagen und befinden sich teilweise seit Dekaden in fortschreitender Sukzession. Ihre Wiederinbetriebnahme ist fraglich, da es sich oft um für den Weinbau unwirtschaftliche Flächen handelt. Zudem sind in den Betrieben die Pflanzrechte begrenzt bzw. ausgeschöpft.

Die gefundenen Kupfer-Bodengesamtgehalte von Kontroll-, Prüf- und Referenzflächen deutscher Qualitätsweinbaugebiete sind als Mittelwerte mit den 95% Konfidenzintervallen für die Bodenhorizonte bis 5 cm und bis 20 cm dargestellt (Abb. 6).

Abb. 6. Mittelwerte der Kupfer-Gesamtgehalte auf Kontrollflächen (KO), Prüfflächen (PF) und Referenzflächen (RE) für die Bodenhorizonte bis 5 cm und bis 20 cm mit 95% Konfidenzintervall.

Einen Sonderfall stellen die bewirtschafteten Steil­lagen an Ahr, Mosel, Nahe sowie in der Pfalz und in Württemberg dar, welche in die Gesamtbetrachtung ein­fließen. Deshalb wären im Bodenhorizont bis 5 cm von Prüfflächen tendenziell höhere Kupfer-Gesamtgehalte im Königswasseraufschluss im Vergleich zu dem Bodenhorizont bis 20 cm („Verdünnungseffekt“) zu erwarten, was auf seltene bzw. fehlende Bodenbearbeitung zurückzuführen sein könnte (Abb. 7). Wie das Balkendiagramm zeigt und durch den statistischen Test bestätigt wird, sind zwischen den beiden Beprobungstiefen dennoch keine signifikanten Unterschiede erkennbar (p > 0,05).

Abb. 7. Mittelwerte der Kupfer-Bodengesamtgehalte mit 95% Konfidenzintervall für Prüfflächen (PF) und Referenzflächen (RE) im Oberboden bis 20 cm und bis 5 cm Bodentiefe.

Wenn man die Stichprobenmittelwerte für die Bodenhorizonte bis 5 und bis 20 cm von allen Einzelproben ökologisch und konventionell bewirtschafteter Prüf­flächen vergleicht, zeigt sich in auffälliger Weise, dass zwischen Bewirtschaftungsweisen keine Unterschiede in den Kupfer-Bodengesamtgehalten bestehen, wohl aber zwischen den beiden Beprobungstiefen (p < 0,05) der ökologisch bewirtschafteten Flächen (Abb. 8). Wegen der sehr unterschiedlichen Stichprobengrößen (n) der beiden Bewirtschaftungsweisen sind die Ergebnisse der statistischen Tests mit Vorsicht zu betrachten.

Abb. 8. Vergleich der Kupfer-Gesamtgehalte bei ökologisch (ö) und konventionell (k) bewirtschafteten Prüfflächen in deutschen Qualitätsanbaugebieten für die Bodenhorizonte bis 20 cm und bis 5 cm.

Die nicht signifikanten Unterschiede zwischen den beprobten Flächen der beiden Bewirtschaftungsweisen lassen sich im Wesentlichen dadurch erklären, dass eine ökologisch bewirtschaftete Prüffläche eine konventio­nelle „Vorgeschichte“ hat, die zeigt, wie hoch die Bodengesamtgehalte dieser Flächen bereits bei Bewirtschaftungsumstellung waren.

Da bei den beteiligten Betrieben selten Angaben zur Pflanzenschutzintensität aus der Periode vor den letzten 10 Jahren vorliegen, müssen indirekte Angaben aus Rechtsetzungen des Pflanzenschutzes in eine Abschätzung aufgebrachter Kupfermengen auf die Prüfflächen in den letzten Dekaden zu Hilfe gezogen werden.

Die einzelnen Arten der Weingartenbegrünung, ihre Vorzüge und Nachteile sind bei Triebaumer beschrieben.

In der Regel wird bei ökologisch bewirtschafteten Rebflächen alternierend jede zweite Reihe durch Einsaat (z.B. Luzerne, Kräuter, Klee) begrünt. Seltener findet man in ökologisch bewirtschafteten Rebflächen ein­jährige Begrünungen, während in konventionell bewirtschafteten Lagen Dauerbegrünungen dominieren. In Steillagen wird meist die Begrünung der natürlichen Ansiedlung überlassen und auf eine jährliche Bodenbearbeitung verzichtet (Erosionsschutz und Aufwand).

Zur Klärung des Einflusses der Art des Begrünungs­regimes in den Weingärten und der daraus resultierenden Bodenbearbeitung auf die Cu-Verteilungsmuster bei alternierender, spontaner und Dauerbegrünung wurden die berechneten Mittelwerte der analysierten Kupfer-Bodengesamtgehalte beider Bodentiefen miteinander ver­glichen (Abb. 9).

Abb. 9. Einfluss von spontaner, alternierender und dauerhafter Begrünung auf die Kupfergesamtgehalte in den Bodenhorizonten bis 5 und bis 20 cm bei beprobten Prüfflächen (PF) und Referenz­flächen (RE) als Mittelwerte im Vergleich.

Auf den Prüfflächen lassen sich zwischen den beobachteten Begrünungstypen keine statistisch signifikanten Unter­schiede feststellen. Bei den Referenzflächen dagegen werden bei sogenannter spontaner Begrünung signifikant höhere Gehalte gemessen. Die Ursache dafür könnte darin zu suchen sein, dass diese oft in Steillagen ohne Boden­bearbeitung liegen, sodass die ehemals aufgebrachten Kupferlasten in der oberen Bodenschicht konserviert sind. Bearbeitungsmaßnahmen bis in tiefere Schichten führen im Auflagehorizont dagegen zur Abnahme der Cu-Gesamtgehalte („Verdünnungseffekt“).

Bei alternierender Begrünung wurden im Mittel die geringsten Gesamtkupfergehalte in beiden Bodentiefen nachgewiesen. Hier wird nur jede 2. Reihe eingesät, wobei die andere Reihe offen gehalten wird. Das System wandert allerdings im Lauf der Jahre, sodass letztlich durch die Boden­bearbeitung eine gute Durchmischung entsteht, was zu den geringeren Bodengesamtgehalten beiträgt. Das Merkmal „alternierend“ bei Referenzflächen steht für Flächen mit Nutzungen, die Bodenbearbeitung einschließen. Die höheren Gehalte in der Bodenschicht bis 5 cm bei dauerhaft begrünten Flächen könnten tenden­ziell ein Hinweis darauf sein, dass das eingetragene Kupfer in der obersten Bodenschicht festgehalten wird. Statistisch signifikante Unterschiede waren auf den Prüfflächen allerdings nicht zu erkennen. Zu berücksichtigen bleibt auch die statis­tische Problematik ungleicher Zellengrößen (Tab. 5).

Inwiefern bei der Vielzahl der Faktoren auf die Cu-Ver­teilungsmuster bis in 20 cm Bodentiefe die Einflüsse von Boden­bearbeitung und Begrünungsart im Vergleich zu den Faktoren Bewirtschaftungsdauer und Flurbereinigungen/-neuordnungen zu gewichten sind, ist bisher unklar.

Hinweise, ob die Verteilung der Kupfergehalte auf der Prüffläche homogen oder inhomogen ist, lassen sich aus dem Vergleich der Cu-Bodengehalte aus Proben erhalten, die nahe der Rebstöcke entlang den Pflanzreihen gezogen wurden und solchen, die aus dem mittleren Bereich der Fahrgassen zwischen den Rebreihen am selben Standort stammen. Kupferapplikationen zur Bekämpfung der Rebenperonospora erfolgen zielgerichtet auf die Rebblätter; Kupferanteile können aber nach Laubfall auch zwischen die Rebreihen gelangen und durch Bodenbearbeitungsmaßnahmen verteilt werden (Abb. 10).

Abb. 10. Kupfergesamtgehalte im Mittel zwischen Rebstöcken und Rebreihen bei alternierender, spontaner und dauerhafter Begrünung in den Bodenhorizonten bis 5 cm und bis 20 cm bei beprobten Prüfflächen, n = Anzahl beprobter Prüfflächen.

Rebenperonospora-Spritzungen mit Kupfer können zu einer Bodenanreicherung im Oberboden an den Reb­stöcken führen. Bodenbearbeitungsmaßnahmen führen zu einer Nivellierung der Kupfer-Bodengesamtgehalte zwischen Rebstöcken und Rebreihen auf den Prüf­flächen. Damit einhergehend erfolgt eine „Verdünnung“ der Bodengesamtgehalte (s. Vergleich Bodenhorizonte bis 5 cm und bis 20 cm in Abb. 10).

Abb. 11. Mittelwerte der Kupfergesamtgehalte mit 95% Konfidenzintervallen der Prüfflächen bis 20 cm Bodentiefe mit unterschiedlicher Bewirtschaftungsdauer.

Es bleibt somit noch der Frage nachzugehen, über welchen Zeitraum wie viel Kupfer auf den Prüfflächen zur Bekämpfung von Falschem Mehltau an Weinreben appliziert wurde. Bei langjähriger rebbaulicher Nutzung (insbesondere ≥ 100 Jahre) liegen dazu keine Angaben vor. Aus Zeitdokumenten (Herschler, 1939; Scholl und Enkel­mann, 1984) geht aber hervor, dass hohe Kupfer­gaben bis zu 50 kg Cu/ha und Jahr zu Ende des 19. Jh. (ab 1890) und bis in die 40er Jahre des 20. Jh. (bis zum 2. Weltkrieg) hauptverantwortlich für die Höhe der jetzt anzutreffenden Belastungen sind.

Der exponentielle Anstieg in den bestimmten Kupfergesamtgehalten zeigt, dass vor über 100 Jahren beträchtliche Kupfermengen auf die Rebflächen appliziert worden sein müssen. Langjährig rebbaulich genutzte Prüf­flächen, die z.Zt. ökologisch bewirtschaftet werden, haben ebenfalls eine Vorgeschichte konventioneller Bewirtschaftung. Bei ökologisch oder konventionell bewirtschafteten Prüfflächen, die erst seit 25 Jahren bestockt sind, wurden Gesamtgehalte analysiert, die unter 40 mg Cu Kg/Boden (TM) liegen. Dies ist darauf zurückzu­führen, dass die Aufwandmengen an Cu-Präparaten in den letzten Dekaden deutlich zurückgegangen sind.

Abb. 12 liefert einen Hinweis dafür, dass bei Betrieben, die Flächen bewirtschaften, die erst kürzere Zeit in der Nutzung stehen, der Eintrag von Kupfer in ökologisch bewirtschafteten Betrieben signifikant höher ausfällt. (Zellengrößen beim statistischen Vergleich ungleich!)

Abb. 12. Mittelwertevergleich der Kupfergesamtgehalte der Beprobungstiefen von ökologisch oder konventionell bewirtschafteten Prüfflächen mit einer Bewirtschaftungsdauer ≤ 50 Jahren mit 95% Konfidenzintervallen.

Ökologisch bewirtschaftete Prüfflächen mit einer Nutzungsdauer unter 50 Jahren weisen deutlich höhere Kupfergesamtgehalte auf. Dies ist nur erklärbar bei der Annahme, dass die jährlich maximal zulässigen Aufwandmengen für Kupferanwendungen im ökolo­gischen Weinbau gemäß der EG-ÖKO-Basisverordnung 834/2007 mit den Durchführungsbestimmungen der EG-Verordnung Nr. 889/2008 vom 5. September 2008 in der Vergangenheit weitgehend ausgeschöpft worden sind.

Als Fazit bleibt festzuhalten, dass heute beide Bewirtschaftungsweisen die eingesetzten Kupfermengen auf das absolute Minimum beschränken, das notwendig ist, um die gewünschte Wirkung zu erzielen und die vorhandenen Belastungsspitzen (ermittelte Gesamtgehalte) eindeutig aus der „Vorgeschichte“ der Zielflächen resultieren.

Schlussfolgerungen

Dabei sollten bevorzugt Reblagen gewählt werden, bei denen die Flächen eine vergleichbare Bodenstruktur aufweisen, um Matrixeinflüsse von den Auswirkungen von Kupfer auf die Ausbildung von Bodenzönosen trennen zu können. Auf dazugehörigen Referenz- und Kontroll­flächen sollte keine Bodenbearbeitung stattfinden. Hierfür eignen sich z.B. Wiesen, auf denen ein störender Einfluss von Bearbeitungsmaßnahmen auf Abundanzen der Regenwurmzönose ausgeschlossen werden kann. Auch bei vorhandenen Kontrollflächen mit Laubmischwald­bestand, dürfte das Artenspektrum der Regenwurm­zönose gegenüber Prüfflächen differieren. Nicht geeignet sind Kontrollflächen mit Nadelmischwald, da sich hier zusätzlich die Boden-pH-Werte von denen der Prüf­flächen unterscheiden.

Die Untersuchungen wurden teilfinanziert über das Bundesprogramm Ökologischer Landbau durch die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) über das Projekt „Vorbereitung einer Feldstudie zur Erfassung der Kupfergehalte von Böden im Ökologischen Landbau und zu den Auswirkungen auf Regenwürmer“ Förderkennzeichen 09OE015.