Einblicke in den Boden unter Grünlandbewirtschaftung

Grünlandnutzung hat sich vor allem dort entwickelt, wo eine ackerbauliche Nutzung aufgrund der klimatischen, pedogenen und geomorphologischen Gegebenheiten, charakterisiert unter anderem durch hohe Niederschläge, hohe Grundwasserstände, hohe Tongehalte oder extreme Hangneigungen ungünstiger ist. Die ganzjährig geschlossene Pflanzendecke des Grünlandes verhindert einen Bodenabtrag durch Wasser- und Winderosion.

Dank der positiven Gesamtbilanz der Kohlendioxidaufnahme in das System Pflanze-Boden gelten Grünlandflächen als Kohlenstoffsenken und damit als wichtige Landschaftseinheiten zur Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit aber auch zur Klimaregulation (Wang et al., 2015). Die Kohlenstoffanreicherung erfolgt im bewirtschafteten Grünlandboden vor allem durch Zersetzung von abgestorbenen Wurzeln und organischen Düngern. Die Durchwurzelungstiefe beträgt unter Dauergrünland meist bis zu 1m (Whitehead, 2001). Das ausgeprägte Wurzelsystem unter Grünland trägt zu einem gut strukturierten Boden bei, der eine besonders gute Wasseraufnahmekapazität und gute Filtereigenschaften besitzt und auf diese Weise dem Wasserrückhalt, dem Hochwasserschutz, dem Abbau von Schadstoffen und als Filter und Puffer gegen Nährstoffausträge in Grund- und Oberflächengewässer dient. Dabei wird die Charakteristik der Bodenstruktur neben den Standorteigenschaften maßgeblich von deren Bewirtschaftung und deren Intensität beeinflusst und bestimmt damit auch den Lebensraum für die Bodenorganismen, den Stofftransport, die Evaporation, die Emission von Treibhausgasen, die Sauerstoffverfügbarkeit für Stoffumsatzprozesse und die Durchwurzelbarkeit des Bodens.

Die Mikro-Röntgencomputertomographie (µCT] bietet die Möglichkeit verschiedenen Kompartimente unterschiedlicher Dichte in einer ungestörten Bodenprobe zu differenzieren und ist daher eine geeignete Untersuchungsmethode, um gleichzeitig die Bodenstruktur und das Wurzelsystem in einer 3-dimensionalen Perspektive zu untersuchen (Kuka et al., 2012).

Am Beispiel von drei ausgewählten Flächen aus der Schwäbischen Alb (Abb. 1), welche einen breiten Landnutzungsgradienten aufweisen, wurde exemplarisch gezeigt, dass die Intensivierung der Landnutzung zu einer Abnahme der Strukturierung des Bodens und des Wurzelwachstums geführt hat (Kuka et al., 2013).

Bodentyp Rendzina bei ungedüngter Schafweide, gedüngter Wiese und gedüngter Mähweide Bodentyp Rendzina
Abb. 1: Unterschiedlich intensiv bewirtschaftete Grünlandflächen in der Schwäbischen Alb © JKI

In Abb. 2 sind die verschiedenen 2D-Röntgen Mikro-CT- Bilder mit den entsprechenden 3D‑Wurzelmustern der drei ausgewählten Parzellen dargestellt.

3D‑Wurzelmustern der drei ausgewählten Parzellen Wurzelmustern
Abb. 2: 2D-µCT-Bilder der Festphase des Bodens und zugehörige 3D-Bilder segmentierter Wurzeln © JKI

Der Boden der ungedüngten und nur zeitweise von Schafen beweideten Fläche 1 ist stark strukturiert. Die Wurzeln sind gleichmäßig im Boden verteilt und reichen in der Größenordnung von grob über mittel bis zu sehr feinen Wurzeln. Die 2D- Röntgen- Mikro-CT- Bilder der gedüngten Wiese der Fläche 2 zeigen dagegen einen fein strukturierten Boden. Dieser Boden wird von Landmaschinen, aber nicht durch Beweidung beeinflusst. Die Wurzeln im Boden der Fläche 2 scheinen im Vergleich zu den anderen Proben kleiner im Durchmesser und gleichmäßiger verteilt. Die Festphase im Boden der Fläche 3 ist indessen relativ verdichtet, was darauf hindeutet, dass die landwirtschaftlichen Maschinen und Beweidung die Bodenstruktur beeinflussen. Die Wurzelquantität ist in diesem Boden am geringsten (Kuka et al., 2013). Die beste Filterfunktion und der höchste Input an organischem Kohlenstoff über die Wurzeln werden als Ergebnis dieser Untersuchung im Boden der Fläche 1 mit der geringsten Landnutzungsintensität erwartet.

Mit dieser Studie konnte bestätigt werden, dass die verschiedenen Managementmaßnahmen starken Einfluss auf die Bodenfunktionen ausüben und daher einer sorgfältigen Prüfung in puncto Zeitpunkt, Intensität und Notwendigkeit im Hinblick auf eine langfristige Nachhaltigkeit bedürfen.

Ein Beitrag von Katrin Kuka (Julius Kühn-Institut, Stabstelle "Grünland").

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Literaturverzeichnis:

Kuka, K., B. Illerhaus, G. Fritsch, M. Joschko, H. Rogasik, M. Paschen, H. Schulz, and M. Seyfarth. 2012.
Maschinelle Entnahme ungestörter Bodenprobensäulen für die Röntgen-Computertomographie (german). ZfP-Journal of DGZfP 129 (1):42-46.

Kuka, Katrin, Bernhard Illerhaus, Catherine A. Fox, and Monika Joschko. 2013.
X-ray Computed Microtomography for the Study of the Soil–Root Relationship in Grassland Soils. gsvadzone 12 (4):-.

Wang, Yang, Manfred Bölter, Qingrui Chang, Rainer Duttmann, Kirstin Marx, James F. Petersen, and Zhanli Wang. 2015.
Functional dependencies of soil CO2 emissions on soil biological properties in northern German agricultural soils derived from a glacial till. Acta Agriculturae Scandinavica, Section B — Soil & Plant Science 65 (3):233-245.

Whitehead, David C. 2001.
Nutrient Elements in Grassland: Soil Plant Animal Relationships. Oxon, New York: CABI Publishing.

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