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Fotos(v.l.): Fichtenwald im Trockenstress, vernässter Ackerboden, vertrocknete Ackerkultur

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Boden und Klimawandel

Der Klimawandel beansprucht auch unsere Böden und ihre Vegetation in unterschiedlicher Weise.

Zunehmende Starkniederschläge im Sommer sowie ergiebige Niederschläge im Winterhalbjahr, wenn der Boden durch fehlende Vegetation kaum vor Abtrag geschützt ist, erhöhen das Risiko der Bodenerosion. Die mit den Starkregen oft einhergehenden orkanartigen Winde können Bäume, die bisher einen ausreichenden Halt im Boden hatten, entwurzeln. Trotz der vermehrten Starkregen zeigen Frühjahr und Sommer die Tendenz zu geringeren Niederschlagsmengen. Dadurch kommt die Vegetation nicht nur auf sandigen oder flachgründigen Böden stärker und öfter in Trockenstress.

Um für die Folgen des Klimawandels sachgerechte Strategien für die Land- und Forstwirtschaft zu entwickeln, sind fundiertes Wissen über den Boden sowie verlässliche Bodendaten und Bodenkarten unverzichtbar.

Windwurfschäden nach dem Orkan Kyrill im Jahr 2007

Windwurfschäden nach dem Orkan Kyrill im Jahr 2007

Monitoring der Bodenfeuchte

Der Wasserhaushalt des Bodens ist für Pflanzen elementar, ob im Wald oder unter Acker. Die Bodenfeuchte ist ein wichtiger Kennwert, der viel über den Wasserhaushalt des Bodens aussagt. Untersuchungen dieses Kennwertes sind vor allem mit Blick auf den Klimawandel für eine nachhaltige Nutzung der Böden von großer Bedeutung.

Zurzeit gibt es 20 Bodenfeuchte-Messstationen vom GD NRW und der Landwirtschaftskammer NRW. Sie decken unterschiedliche Regionen des Landes ab und berücksichtigen verschiedene Bodentypen und Bodenarten. Denn die Anteile von Sand, Schluff und Ton im Boden entscheiden darüber, wie viel Wasser den Pflanzen zur Verfügung steht. Das Wasser versickert in einem sandigen Boden viel schneller in tiefere Schichten. In einem schluffig-tonigen Boden verbleibt es dagegen länger und ist auch bei anhaltender Trockenheit über einen längeren Zeitraum für die Pflanzen verfügbar.

Seit 2009 misst der GD NRW im Auftrag des Umweltministeriums NRW den Verlauf der Bodenfeuchte an 4 verschiedenen Messstellen, deren Standorte typische Böden mit Acker- und Grünlandnutzung repräsentieren. Die erste Messstation an einem Waldstandort kam 2014 im Kottenforst bei Bonn hinzu. Im Jahr 2017 richtete die Landwirtschaftskammer NRW weitere 12 Stationen ein. Technisch sind die Stationen der Landwirtschaftskammer und des GD NRW identisch ausgestattet. Die Daten werden in gleicher Weise gespeichert und aufbereitet.

 

Messstandorte der Bodenfeuchte in Nordrhein-Westfalen

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Bis Mitte 2020 wurde die Bodenwasserfeuchte an allen Stationen des GD NRW und der Landwirtschaftskammer in 3 verschiedenen Tiefen zwischen 25 und maximal 130 cm Tiefe gemessen. Die Messtiefen richten sich nach den Bodenverhältnissen am Standort.

Um die Verhältnisse des tiefen Bodenwassers zu erkunden, wird seit Juli 2020 an drei unserer vier landwirtschaftlichen Stationen noch tiefer gemessen: in Bad Salzuflen und Kleve jeweils in 150 cm und in Remblinghausen in 100 cm Tiefe. Wegen des hohen Steingehalts im Boden war es hier nicht möglich, die Sensoren tiefer einzubauen.

Die landwirtschaftliche Station Münster lässt sich aus technischen Gründen nicht erweitern. Bei der Wald-Station im Kottenforst bei Bonn messen wir bereits bis 120 cm. Eine größere Messtiefe ist hier nicht erforderlich, da bereits ab 60 cm Tiefe ein wasserstauender Horizont beginnt.

Drei weitere Messstationen kamen im Herbst 2020 im Wald dazu: Münster und Viersen mit jeweils 4 Messtiefen bis 150 cm und Arnsberg wegen des anstehenden Festgesteins nur mit 3 Messtiefen bis 100 cm. Bei diesen Stationen handelt es sich gleichzeitig um Flächen des intensiven Forstlichen Umweltmonitorings. Für dieses Gemeinschaftsprojekt des Geologischen Dienstes, des Landesamtes für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz und des Landesbetriebes Wald und Holz soll das Messnetz in den Folgejahren weiter ausgebaut werden.

Foto: eine Messstation der Bodenfeuchte

Eine Messstation der Bodenfeuchte

Bodenfeuchte und Bodentemperatur werden kontinuierlich in verschiedenen Tiefen gemessen. Zusätzlich werden Niederschlagsdaten und zum Teil weitere Klimadaten erhoben.

Die Messdaten werden automatisch plausibilisiert und in einer Datenbank erfasst. So können die Daten über Jahre hinweg verglichen und ausgewertet werden.

Aktuelle Messdaten der Bodenfeuchte in Nordrhein-Westfalen

Boden unter Trockenstress

In den Jahren 2018 und 2019 trockneten die Böden bis in größere Tiefen aus und waren – verglichen mit den Vorjahren – über einen längeren Zeitraum sehr trocken. Dies gilt auch für den untersuchten Waldstandort. Die oberflächennahen Bodenschichten bis etwa 100 cm konnten sich in den Winterhalbjahren 2018/2019 und 2019/2020 wieder auffüllen, sodass hier die Bodenfeuchte zum Vegetationsbeginn im Frühjahr 2019 und 2020 ein ähnliches Niveau erreichte wie im März 2018.

Möglicherweise weist der tiefere Untergrund im Wald ein größeres Wasserdefizit auf, das erst über einen längeren Zeitraum ausgeglichen werden kann. Dies ist messtechnisch bislang nicht belegt, da unsere Messungen bis Mitte 2020 nur den Bereich bis etwa 1 Meter Tiefe abdecken. Bei unseren bodenkundlichen Kartierungen im Wald beobachten wir, dass die Herbst- und Winterniederschläge die Waldböden nicht mehr komplett bis in größere Tiefen auffüllen. Hinzukommt die früher einsetzende Vegetationsperiode. Der Wald ist also früher und somit länger auf das im Boden gespeicherte Wasser angewiesen. Besonders in Trockenphasen geraten damit die tiefer wurzelnden Waldbäume unter Stress, da sie das tiefere Wasserreservoir benötigen.

Auf Ackerflächen beobachten wir, dass die Böden zum Beginn des Frühjahrs wassergesättigt sind. Jedoch trocknen sie dann im oberen Bereich aus, weil es zu wenig regnet. Im zweiten Meter ist in der Regel immer noch eine Restfeuchtigkeit im Boden. Allerdings erstreckt sich der Hauptwurzelraum der Ackerkulturen maximal bis in 1 Meter Tiefe, sodass auch sie unter der Trockenheit leiden.

 

pF-Wert – Kennwert der Bodenfeuchte

Die Bodenfeuchte wird über die Wasserspannung erfasst. Die Wasserspannung entspricht dem Saugdruck, den die Pflanzen aufwenden müssen, um dem Boden Wasser zu entziehen. Üblicherweise wird der Saugdruck in Zentimeter Wassersäule gemessen. Wegen des großen Wertebereichs wird er auf einen logarithmischen Maßstab bezogen. Ein pF-Wert von 2,0 entspricht dem Druck einer Wassersäule von 100 cm. Je höher der pF-Wert, umso trockener ist der Boden. Bei einem pF-Wert von 4,2 – das entspricht einer Wassersäule von 15 800 cm – ist das Wasser so stark im Boden gebunden, dass es von den Pflanzen nicht mehr aufgenommen werden kann. Dieses Wasser können die Pflanzen dem Boden nicht mehr entziehen. Es wird daher Totwasser genannt. Hingegen können Böden mit einem hohen Anteil an Grobporen (diese zeichnen sich durch eine hohe Luftkapazität aus) das Wasser nicht halten, da es schnell versickert. Für eine sichere Versorgung der Pflanzen mit Wasser ist der Bereich zwischen pF 1,8 und pF 4,2 von zentraler Bedeutung, da in diesem Bereich das Wasser im Boden pflanzenverfügbar ist. In den engen Grobporen und den Mittelporen ist das langsam bewegliche Sickerwasser und Haftwasser für Pflanzen verfügbar und wird auch als nutzbare Feldkapazität bezeichnet. Die Tabelle veranschaulicht den Zusammenhang von Wasser- und Lufthaushalt und dem für Pflanzen verfügbaren Wasser und der Wasserspannung.

 

Definition der Kennwerte zum Wasser- und Lufthaushalt

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Bild zu scriptumonline 12 – Bodenerosion in der Landwirtschaft

scriptumonline, Heft 12

Böden und Klimawandel: Neue Aspekte bei der Abschätzung der Erosionsgefährdung durch Wasser als Folge des Klimawandels.
zum kostenfreien Download

Internetportale: Erosionsgefährdung ...

Erosionsgefährdung landwirtschaftlicher Flächen nach Landeserosions- schutzverordnung (LESchV)

Für Landwirte, die aufgrund von Direkt- oder sonstigen Stützungszahlungen zur Erosionsvermeidung verpflichtet sind. In der rechtlich verbindlichen Darstellung können Sie die Klassen der Erosionsgefährdung abfragen.

www.erosion.nrw.de/LESchV

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