Verdichtung nicht auf die leichte Schulter nehmen

Prof. Dr. Rainer Horn habilitierte 1981 für das Fach Bodenkunde und hatte von 1998 bis 2017 den Lehrstuhl für Bodenkunde an der Christian-Albrechts-Universität Kiel inne. Wissenschaftlich beschäftigt er sich mit Bodenphysik und Bodenökologie, v.a. unter dem Aspekt der physikalischen Bodendegradation.

Was kennzeichnet einen verdichteten Boden? Gibt es eine allgemein gültige Definition?

Böden sind immer dann verdichtet und als verformt zu definieren, wenn sie den Wasser- und Lufthaushalt, die Durchwurzelbarkeit für die Pflanze und auch die Grundwasserneubildung nicht mehr gewährleisten können. Kurz: Wenn die Hohlräume, die in Böden vorhanden sind, nicht mehr ausreichen, um alle Funktionen eines Bodens als Nährstoff- und Wasserspeicher sowie als Pflanzenproduktionsstätte zu gewährleisten. Aber: Es gibt keine allgemein für den Boden anwendbare Charakterisierung. So gibt es Böden, die sehr viel anfälliger sind gegenüber Verdichtung als andere, bspw. tonige im Vergleich zu sandigen Böden. Und es gibt innerhalb eines Bodentyps einzelne Bodenhorizonte mit unterschiedlichen Verdichtungsempfindlichkeiten.

Welche Auswirkungen hat Bodenverdichtung auf die Pflanzenproduktion?

Böden haben immer ein Drei-Phasen-System: die gasförmige, die flüssige und die feste Phase. Also Poren, die mit Luft gefüllt sind, Poren die mit Wasser gefüllt sind und die festen Bestandteile. Bei der Verdichtung des Bodens verändert sich immer das Porensystem zuerst. Das heißt: In dem Maße, in dem die Poren zusammengepresst werden, wird die Gasdurchlässigkeit geringer und die Wasserleitfähigkeit nimmt ab. Außerdem sinkt die Speicherfähigkeit für pflanzenverfügbares Wasser.

Wenn die Wasserleitfähigkeit einen bestimmten Wert unterschreitet, vermindert sich damit auch die Durchlüftung, da dann die außerdem feineren Poren mehr und länger Wasser speichern. Wenn die Luftkapazität bei weniger als 8-10 % liegt, kann man von einer deutlichen Bodenverdichtung sprechen. Unterschreitet die gesättigte Wasserleitfähigkeit Werte von 10 cm pro Tag, kann der Boden seine Funktionen zur Ernährung der Pflanze ebenfalls nicht mehr erfüllen, da dann mit stauender Nässe gerechnet werden muss.

Wenn der Boden zu stark verdichtet ist, können sich die Wurzeln nur noch oberflächlich ausdehnen, so dass es schwierig für die Pflanze wird, Wasser in tieferen Bodenschichten zu erreichen.

Physikalisch zusammengefasst: Wenn der Boden zu stark verdichtet ist, können sich die Wurzeln nur noch oberflächlich ausdehnen, so dass es schwierig für die Pflanze wird, Wasser in tieferen Bodenschichten zu erreichen. Chemisch zusammengefasst: Je dichter der Boden gepackt ist, umso geringer ist die die Möglichkeit für die Nährstoffe, die der Landwirt über den Dünger auf den Boden aufbringt, überhaupt dorthin zu gelangen, wo sie angelagert und gespeichert und auch wieder von den Wurzeln aufgenommen werden können. Außerdem steigt die Gefahr, dass, selbst in nur sehr schwach geneigtem Gelände, die Nährstoffe schneller, selbst in nur sehr schwach geneigtem Gelände, mit dem im verdichteten Boden seitlich abfließenden Bodenwasser ausgewaschen werden und somit letztendlich die Flüsse aufdüngen.

Wie kann der Landwirt erkennen, ob sein Boden verdichtet ist?

Es gibt einige einfache Methoden, um Bodenverdichtung zu erkennen. Zunächst sollte er sich die Oberflächen anschauen. Diese ist bei verdichteten Böden meistens verschlämmt und dicht gepackt, man findet keine oder nur weiter voneinander entfernt liegende Risse, die außerdem senkrecht aufeinander zulaufen. Dann, die Rissbildung an der Oberfläche betrachten: Flächen, die aussehen wie große Bienenwaben, sind ein Zeichen für Verdichtung. Bei verdichteten Böden finden sich in Pflugtiefe, also bei ca. 30 cm, oft horizontale Platten, die so genannte Pflugsohle, die in ihrer Wirkung mehrere Dezimeter tief in den Untergrund reichen.

Außerdem sollte der Landwirt sich im Oberboden die Färbung des Bodens anschauen: Wenn nicht genug Sauerstoff im Boden ist, wird im Boden in den Bodenmineralen vorhandenes Eisen reduziert und damit auch mobilisiert, was anhand einer bläulichen oder schwärzlichen Färbung erkannt werden kann. Schließlich gibt das Wurzelbild der Pflanzen Hinweise, denn verdichtete Böden zeigen keine oder nur deutlich eingeschränkt tieferreichende und gleichmäßig verteilte Wurzelbilder.

Was muss der Landwirt beachten, um seinen Boden möglichst wenig zu belasten bzw. zu verdichten?

Generell gilt, trockene Böden können stärker belastet werden als feuchte Böden. Die Konsequenz daraus: In Abhängigkeit von den Niederschlägen habe ich unterschiedliche Bewirtschaftungen zu berücksichtigen. Je feuchter der Boden ist, desto empfindlicher ist er. Je trockener er ist, umso stabiler ist er. Das gilt sowohl im Jahresverlauf als auch für unterschiedliche Naturräume.

Hinsichtlich der Belastung durch den Druck, den Maschinen beim Überfahren ausüben, muss grundsätzlich darauf geachtet werden, das Maschinengewicht sowie der über die Reifenkontaktfläche übertragene Druck unterhalb der Eigenfestigkeit des Bodens zu halten. Ist die Belastung dagegen größer und wirkt sie außerdem wiederholt und/oder länger, kommt es je nach Eigenfestigkeit der einzelnen Bodenhorizonte zu einer deutlichen Zusammenpressung, die durch scherende Verformung (= Schlupf) weiter verstärkt wird. Generell gilt, dass bei gleichem Druck aber steigender Kontaktfläche der Boden tieferreichend verdichtet wird als bei leichteren Maschineneinheiten aber identischem Kontaktflächendruck. Besonders ausgeprägt sind diese Effekte bei der jährlichen Pflugarbeit, die in z.B. 30 cm Bodentiefe durchgeführt wird.

Während in den ersten 30 cm die gesamte Bodenstruktur aufgelockert wird, kommt es unterhalb der Fahrsohle zu einer Komprimierung des Unterbodens, weil beim Pflügen immer auf einer Seite mit zwei Reifen im Unterboden gefahren wird und sich von dort aus die Drücke nach unten fortpflanzen. Zusätzlich wirkt der Schlupf komprimierend scherend und damit werden die leitenden Poren (vergleichbar mit der Wirksamkeit eines Strohhalms) zerstört. Konventionelle Bewirtschaftung heißt also: Ich bekomme einen über die Zeit immer flachgründigeren Boden, wo der Oberboden zwar gut durchwurzelt ist, den Pflanzen aber eben auch nur dieser Bereich für die Ernährung zur Verfügung steht.

Konventionelle Bewirtschaftung heißt: Ich bekomme einen flachgründigeren Boden, wo der Oberboden gut durchwurzelt ist, den Pflanzen aber auch nur dieser Bereich für die Ernährung zur Verfügung steht.

Diese Wirkung und die sich daraus ergebenden Konsequenzen für die Durchwurzelung, Wasser-, Luft- und Wärmetransport können damit als Indikator für die Bodenfunktionen auf den Ackerstandorten herangezogen werden. Sie können auch die in 2018 deutlichen Ertragsreduktionen problemlos erklären! Reduzieren wir die Bodenbearbeitung oder lassen sie ganz weg, bedeutet das im ersten Moment, dass der Boden nach der letzten Ernte im ersten Jahr nach der Umstellung weniger gut durchwurzelbar ist und die Pflanzen sich die Hohlräume selbst über die Zeit schaffen müssen. Wir müssen hierbei einen Zeitraum von mindestens 5 – 7 Jahren betrachten bis als Ergebnis von wiederholter Austrocknung und nachfolgender Quellung durch Niederschlagswasser ein neues Porensystem entstanden ist, das die Pflanze auch leichter und tiefer durchwurzeln kann.

Dies erfordert aber gleichzeitig eine nicht weiter steigende mechanische Belastung mit Landmaschinen, die schwerer sind und einen größeren Kontaktflächendruck aufweisen als die vorher verwendeten Einheiten. Langfristig betrachtet entsteht folglich ein besser durchwurzelbarer Boden der gleichzeitig stabiler und weniger dicht gepackt ist. Durch eine derartige Umstellung spart der Landwirt also langfristig nicht nur Zeit sondern auch Energie (Diesel etc), wenn er weniger tut. Die Biologie hilft ihm dabei.

Was kann man tun, um einen bereits verdichteten Boden wieder aufzulockern?

Zunächst gilt ganz generell, dass ein günstiger Nährstoffvorrat für eine bessere Durchwurzelung und damit verbundene Austrocknung und Schrumpfung = Rissbildung sorgt. Zufuhr von Branntkalk trocknet in diesem Zusammenhang den Boden dabei gleichzeitig aus und verstärkt eine Rissbildung in den verdichteten Bereichen oder stabilisiert die zuvor gelockerten Bodenschichten. Die Bodenhorizonte, und damit die Speicherplätze für Nährstoffe, Wasser oder auch die Infiltration für Wasser bzw. der Gasaustausch mit der Atmosphäre werden somit wieder funktionsfähiger sowie über sehr lange Zeiträume (bis zu mehreren Jahren) langfristig stabiler.

Dann sollte der Landwirt die Fruchtfolgen verlängern mit tiefwurzelnden Zwischenfrüchten, z.B. Luzerne. Der Boden trocknet deutlich aus und über eine intensivere Rissbildung bis in den weiteren Untergrund hinein (>1m Tiefe) steigt die Stabilität und die Erreichbarkeit des im Unterboden vorhandenen Nährstoffvorrates sowie des dort gespeicherten Bodenwassers bei gleichzeitig größerer Bodenfestigkeit. Welche Maßnahmen für welchen Boden am wirksamsten sind, muss man je nach Bodentyp, Naturraum und Verdichtungsgrad entscheiden.

Wie lang kann es dauern, bis diese Maßnahmen Erfolg haben?

Bei einer Bodenverdichtung laufen leider langfristig negative wirkende Prozesse ab. Es gibt Datensätze, die deutlich belegen, dass sich in den ersten 10-15 Jahren gar nichts tut. Wir brauchen eine wirklich lange Zeit bis eine Bodenstruktur wieder mobilisiert werden kann. Regenwürmer können hier helfen, dann brauchen wir aber einen Besatz von 200 – 300 Regenwürmern pro m².

Welche technischen Möglichkeiten, der Bodenverdichtung zu begegnen, hat denn Ihrer Ansicht nach die Landtechnikindustrie?

Zunächst gibt es ja die Möglichkeiten eines abgesenkten Reifenluftdrucks auf dem Feld, worüber seit Jahren diskutiert wird. Das hilft uns meiner Ansicht nach aber nur marginal. Reifen mit abgesenktem Luftdruck werden ja nicht gleichmäßig flacher und breiter, sondern verteilen die Masse der Maschine, und damit den Druck, ungleichmäßig auf den Boden. Das bedeutet, es gibt keine konstante Kontaktfläche, stattdessen entstehen Spitzenwerte, wenn sich der Reifen zur Seite ausdehnt – es können Druckunterschiede von bis zu 300% entstehen.

Prof. Dr. Rainer Horn im Labor an der Christian-Albrechts-Universität, Kiel.

Zweite Möglichkeit: größere Reifen. Auch diese erzeugen je nach Maschinenmasse natürlich einen Druck auf den Boden. Hierbei muss folgendes berücksichtigt werden: Je größer der Reifen bei gleichzeitig steigender Masse der Maschine, umso tiefer wird der Druck in den Boden fortgepflanzt. Will man also den Unterboden stärker schonen, muss mit kleineren und selbstfahrenden Maschineneinheiten – Roboter!? – gearbeitet werden. Dritte Möglichkeit: Raupen-Laufwerke. Wenn wir die Druckfortpflanzung unter einer Raupe anschauen, dann ist vorne und hinten am Umlenkrad immer der größte Druck. In der Mitte, wo sich die kleinen Räder befinden, ist der Druck deutlich geringer.

Demnach gibt es zwei Spitzenwerte vorne und hinten, die wir nicht mit der gesamten Laufläche gleichmäßig auf den Boden einwirken lassen können. Und schließlich haben wir noch den Schlupf, der in seiner Wirkung auf die Bodenstruktur häufig vernachlässigt wird obwohl er in seiner zerstörenden Wirkung auf die Bodenfunktion eine überragend negative Rolle spielt. Bei Schlupf, also dem Rutschen des Reifens über die Bodenoberfläche, entstehen Scherkräfte, die diagonal in die Bodenschichten wirken. Diese scherende Verformung geht teilweise bis unter die Pflugsohle und führt zur Zerstörung der natürlichen Porenstruktur des Bodens.

Mein Fazit ist daher: Die Industrie muss weg von den großen, auch teuren, Maschinen und hin zu kleineren, effektiveren Einheiten, die an die Böden angepasst sind. Aufgrund der bereits im Boden irreversiblen Deformation ist es heute sehr viel schwieriger, sie wieder in ihrer Funktion für die Pflanzenproduktion aber auch als Filter und Puffer für sauberes Grund- und Trinkwasser zu verbessern, aber wir können zumindest erreichen, dass sich die Situation nicht noch weiter verschlechtert.

Wie schätzen sie die Bereitschaft in der Politik aber auch in der landwirtschaftlichen Praxis ein, auf die Situation der Bodenverdichtung zu reagieren?

Kein Landwirt zerstört absichtlich seinen Boden, da dieser die Grundlage zur Nahrungsmittelerzeugung für die nächsten Generationen ist. Und wir können inzwischen feststellen, dass die Sensibilisierung der verschiedenen Interessengruppen zumindest zugenommen hat. Das ist positiv!

Kein Landwirt zerstört absichtlich seinen Boden, da dieser die Grundlage zur Nahrungsmittelerzeugung für die nächsten Generationen ist.

Nun gilt es, den Weg von „Ich bin mir der Problematik bewusst“ zu „Was kann ich tun, was kann und muss ich ändern?“ zu verbessern. In Deutschland wird zurzeit mit dem Umweltbundesamt diskutiert, ob ein System eingeführt werden soll, mit dem wir Böden klassifizieren können, zum Beispiel nach physikalischen Eigenschaften wie Wasserleitfähigkeit, Lufthaushalt, Sauerstoffverfügbarkeit etc. Auch die Unterteilung der Böden in verschiedene Gefährdungskategorien kann dabei helfen, das Problem für den einzelnen Landwirt greifbarer zu machen. Und dann müssten ihm die Landtechnikhersteller Möglichkeiten bieten, standortangepasste Maschinen zu kaufen und einzusetzen.

Abschließend noch Ihre Einschätzung zu Controlled Traffic Farming?

Das funktioniert, wenn es vom 1.1. bis 31.12. jeden Jahres durchgeführt wird, immer auf der gleichen Spur, mit allen Maschinen und Geräten. Diese Fläche gebe ich dann weg als Tragfläche, auf der nichts mehr wächst, dazwischen habe ich aber den Boden so locker, dass die Pflanze vernünftig wachsen kann. Das geht zweifelsohne nur, wenn ich den Maschinenpark entsprechend aufeinander abstimme, was Stand heute noch nicht möglich ist über die komplette Saison. Hier wäre also ebenfalls eine Herausforderung an die Landtechnikindustrie: Baut Maschinen, die hinsichtlich der Arbeitsbreite aufeinander abgestimmt sind!

Herr Professor Horn, vielen Dank für das Gespräch.