Zum Stand der Humusversorgung der Böden in Deutschland:
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| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Cottbus
FZLB
2008
|
| Series: | Cottbuser Schriften zur Ökosystemgenese und Landschaftsentwicklung
7 |
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| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | 236 S. graph. Darst., Kt. 24 cm |
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| adam_text | Titel: Zum Stand der Humusversorgung der Böden in Deutschland
Autor: Hüttl, Reinhard F.
Jahr: 2008
Inhalt
Vorwort 1
Abkürzungsverzeichnis 6
Abbildungsverzeichnis 9
Tabellenverzeichnis 12
Zusammenfassung 13
Abschnitt I 16
Annette Prechtel und Oliver Bens
1 Einführung................................................................................. 16
1.1 Hintergrund und Motivation des F E-Vorhabens.................................... 16
1.2 Zielsetzung.................................................................................. 18
1.3 Vorgehensweise............................................................................ 18
1.4 Humus: Grundlagen und Stand des Wissens........................................... 19
1.4.1 Definition und Bedeutung................................................................. 19
1.4.2 Fraktionen, Steuergrößen und Verteilung der organischen Bodensubstanz........ 20
1.4.3 Räumliche Heterogenität und zeitliche Variabilität von Humusgehalten........... 26
1.4.4 Probenahme und Bestimmung des Humusgehaltes................................... 26
2 Gefährdungssituation und Schutz der organischen Bodensubstanz
in Deutschland............................................................................. 30
2.1 Gefährdung der organischen Bodensubstanz durch verstärkte Nutzung -
aktuelle Entwicklung im Bereich des Anbaus nachwachsender Rohstoffe........ 30
2.2 Globaler Wandel - regionale Effekte: Auswirkungen einer Klimaver-
änderung auf die Entwicklung der Humusgehalte in Böden.......................... 33
2.3 Aktuelle rechtliche Regelungen zum Schutz der organischen Boden-
substanz....................................................................................... 38
2.3.1 Bundes-Bodenschutzgesetz................................................................ 38
2.3.2 Cross Compliance......................................................................... 39
2.3.3 Entwurf zu einer Europäischen Bodenrahmenrichtlinie.............................. 4!
2.4 Schutz der organischen Bodensubstanz in der landwirtschaftlichen
Praxis - Humusbilanzierung............................................................. 43
2.5 Schutz der organischen Bodensubstanz in der forstwirtschaftlichen Praxis........ 46
3 Zur Definition standort-differenzierter Boden-Humus-Gehalte.................... 52
3.1 Standorttypische Humusgehalte.............................................................. 52
3.2 Kritische Humusgehalte....................................................................... 59
3.3 Optimale Humusgehalte....................................................................... 61
3.4 Optimale Humusversorgung................................................................... 63
4 Ableitung von Möglichkeiten und Grenzen der C-Sequestrierung von
Böden in Deutschland: Bericht zum Experten-Workshop........................... 66
4.1 Fragestellung und Programm................................................................... 66
4.2 Kurzfassung der Stellungnahmen beteiligter Fachreferenten.............................. 72
4.3 Ergebnisse des Experten-Workshops und Resümee....................................... 80
5 Diskussion der Ergebnisse.................................................................... 92
6 Fazit und Ansätze für weitere Forschungsaktivitäten................................. 100
7 Literatur........................................................................................ 103
Abschnitt II 115
8 Stellungnahmen beteiligter Fachreferenten des Experten-Workshops „Ablei-
tung von Möglichkeiten und Grenzen der C-Sequestrierung von Böden in
Deutschland ..................................................................... 115
. 1 Humusversorgung der (Ober-)Böden in Deutschland - Status quo..................... 115
Olaf Düwel und Jens Utermann
1.2 Humus im Spannungsfeld von Bodenschutz und Bodennutzung in Landwirtschaft.
Forstwirtschaft und Naturschutz..................................... ........................ 121
Friedrich Beese
8.3 Humus und Atmosphäre: Die Folgen des Klimawandels für die biosphärische
Kohlenstoffsenke Deutschlands.............................................................. 129
Christian Bemhofer, Thomas Grünwald, Barbara Köstner, Johannes Franke und
Valeri Goldberg
!.4 Humus -rechtliche Regelungen und die Ökonomie...................................... 137
Rainer Marggraf
1.5 Europäische Bodenschutzstrategie und Bodenrahmenrichtlinie
zum Schutz der organischen Substanz...................................................... 144
Luca Montanarella
8.6 Schutz der organischen Substanz in Deutschland: Erhalt standorttypischer Hu-
musgehalte versus Humusbilanzierung als verbreitete Methode in der Landwirt-
schaft............................................................................................. 155
Hartmut Kolbe
8.7 C-Sequestrierungspotenziale agrarisch genutzter Böden in Deutschland............. 168
Jutta Rogasik, Martin Körschens, Helmut Rogasik und Ewald Schnug
8.8 C-Sequestrierung und Humusbilanzierung im ökologischen Landbau............... 178
Günter Leithold
8.9 Nutzen und Grenzen der Anwendung von organischen Reststoffen (organische
Primärsubstanzen) zur Humusanreicherung in landwirtschaftlichen Böden - eine
ingenieurtechnische Betrachtung........................................................................... 189
Jürgen Reinhold
8.10 Anbau nachwachsender Rohstoffe: Auswirkungen auf die Humusentwicklung an
den Produktionsstandorten.............................................................................. 207
Reinhard F. Hüttl und Peter Dominik
8.11 C-Sequestrierung im Boden. CO:-Bilanzierung und Klimaschutz?........................ 214
Otto Heinemeyer und Andreas Gensior
8.12 Umsetzbarkeit optimaler Humusgehalte in nationales Recht.......................... 219
Stefan Husch
8.13 C-Sequestrierungspotenziale forstwirtschaftlich genutzter Böden in Deutschland
- Beitrag des nationalen forstlichen Umweltmonitorings zur Kenntniserweite-
rung............................................................................................ 222
Nicole Wellbrock und Andreas Bolte
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1.: Gliederung unterschiedlich abbaustabiler Fraktionen der organischen Substanz im Boden
(Reinhold, 2008)................................................................................................... 21
Abb. 2.: Konzeptionelles Modell zur Stabilisierung organischer Substanz. Kursiv: Mechanismen; 3
Prozess-Gruppen (primäre und sekundäre Rekalzitranz, räumlicher Einschluss und Unerreichbar-
keit für die Zersetzergemeinschaft, organo-mineralische Interaktionen). Vorräte in unterbrochenen
Linien wurden bisher zwar postuliert, konnten aber durch direkte Messungen noch nicht nachge-
wiesen werden. DOM = dissolved organic matter (gelöste organische Substanz) (v. Lützow et al.,
2008)................................................................................................................ 22
Abb. 3.: Differenzierung der Einflussgrößen, die auf die organische Bodensubstanz einwirken und
deren Poolgröße und Zusammensetzung bestimmen (Beese. 2008 verändert nach Lal, 2001a: s.
8.2.)................................................................................................................. 24
Abb. 4.: Häufigkeitsverteilung der Humusgehalte (Klassen nach KA5) von Oberböden in Deutschland
differenziert nach den Hauptnutzungsarten Acker. Grünland, Wald und basierend auf bundesweit
vorliegenden Punkt-ZProfildaten (Düwel und Utermann. 2008: s. 8.1.)................................... 25
Abb. 5.: Prinzip der Humusbilanzierung nach VDLUFA (2004)................................................ 44
Abb. 6.: Einfluss der Bewirtschaftung auf den Vorrat organischer Bodensubstanz in Wäldern (Baritz.
2003)................................................................................................................. 48
Abb. 7 .: Vor- und Nachteile der Methoden zur Beurteilung der Humusversorgung (nach Hülsbergen,
2003)................................................................................................................ 86
Abb. 8.: Häufigkeitsverteilungen der Humusgehalte (Klassen n. KA5) für die drei Hauptnutzungs-
arten Acker, Grünland und Wald basierend auf bundesweit vorliegenden Punkt- Profil-
daten................................................................................................................. 117
Abb. 9.: Stoffkreislauf von Biomasse............................................................................... 121
Abb. 10.: Schema des Stoffumsatzes in Ökosystemen............................................................ 122
Abb. 11.: C-Umsatz im Spannungsfeld verschiedener Einflussgrößen......................................... 123
Abb. 12.: Einflussgrößen auf die Dynamik der organischen Bodensubstanz.................................. 124
Abb. 13.: Täglicher (oben) und täglicher, akkumulierter Kohlenstoffstrom in die Atmosphäre: Anker-
station Tharandter Wald (110 Jahre alte Fichten; Bestandeshöhe ca. 29 m, LAI=7.6): Zahlenan-
gaben: Jahressummen in gC m2................................................................................. 130
Abb. 14.: Parameter der Lichtsättigungsfunktion (R^, a . NEE^,) in Anhängigkeit von der Lufttempe-
ratur und im Vergleich zu nächtlichen Gesamtatmung; ! 1 Ojähriger Fichtenbestand an der Anker-
station Tharandt.......................................................,............................................ 131
Abb. 15.: Klimatische Wasserbilanz in mm während der Vegetationsperiode (April bis September) für
Mitteldeutschland (1971 -2000): potentielle Verdunstung nach Wendung.............................. 132
Abb. 16.: Änderung der Monatsmittel der Tagesmaximum- und Tagesmitteltemperaturen für das Zeit-
intervall 20412050 gegenüber dem Zeitintervall 1981 2000 (exemplarisch für das mitteldeutsche
Tiefland)............................................................................................................ 134
Abb. 17: Konzept der Europäischen Kommission für die Bekämpfung von Erosion. Verlusten organi-
scher Substanzen. Versalzung. Verdichtung und Erdrutschen............................................. 150
Abb. 18.: Einfluss der Temperatur auf die Humusgehalte in Deutschland (Auswertung von ca. 240
konventionellen und ökologischen Dauerversuchen)........................................................ 15
Abb. 19.: Einfluss der Wechselwirkung zwischen Niederschlag und Boden (Feinanteil) auf die Hu-
musgehalte in Deutschland (Auswertung von ca. 240 konventionellen und ökologischen Dauerver-
suchen).......................................................................................................... 157
Abb. 20.: Einfluss der Trockenmasse-Zufuhr (gesamt) auf die Humusgehalte in Deutsehland (Auswer- 158
tung von ca. 240 konventionellen und ökologischen Dauerversuchen)...................................
Abb. 21.: Vergleich zwischen berechneten und experimentell ermittelten Corg-Gehalten (R2, Basis 50
Dauerversuche)...................................................................................................
Abb. 22.: Prinzip der Humusbilanzierung...........................................................................
Abb. 23.: Schematische Darstellung des Modells CCB (nach Franko, 2005)................................. 61
Abb. 24.: Boxplot und Verteilungskurve der Häufigkeiten der Veränderung der Corg-Gehalte bei 100 %
Bedarfsdeckung des optimierten Verfahrens..................................................................
Abb. 25.: Schätzgenauigkeit eines Simulationsmodells zur Humusbilanzierung im Vergleich zu expe-
rimentellen Werten (= 0 % C0Ig) unter Beachtung bisher bekannter Faktoren (Klima, Boden, Clm„);
WMZ (wirksame Mineralisationszeit) mit Schätzformei LfL (der Sächsischen Landesanstalt für
Landwirtschaft) bestimmt, ohne CN, CinHt: Falloon, n =298................................................ 6-
Abb. 26.: Vergleich verschiedener CCB-Verfahren zur Schätzung der WMZ (UFZ - Helmholtz-
Zentrum für Umweltforschung; LfL - Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft) überprüft an
Differenz zwischen gemessenen (= 0 % C) und modellierten Werten (n = 298); S2 = 0,084.......... 163
Abb. 27.: Einfluss des Standortes auf die Ergebnisse der Humusbilanzierung bei 100 % Bedarfsde-
ckung, berechnet mit den unteren Werten (ROS) der Fruchtarten der VDLUFA-Methode (Ziel =
0 % Corg-Änderung bei 100 % Bedarfsdeckung = 0 kg C/ha Bilanzsaldo). Ausgangsbasis: vor der
Anpassung.......................................................................................................... l64
Abb. 28.: Reproduktionswirksamkeit von Stroh................................................................... 165
Abb. 29.: Bewertungsschema für die Humusversorgung......................................................... 66
Abb. 30.: Einfluss des Standortes auf die Ergebnisse der Humusbilanzierung bei 100 % Bedarfsde-
ckung, berechnet mit den unteren Werten (ROS) der Fruchtarten der VDLUFA-Methode (Ziel =
0 % C0„-Änderung bei 100 % Bedarfsdeckung = 0 kg C/ha Bilanzsaldo). Ausgangsbasis: nach der
Anpassung.......................................................................................................... 67
Abb. 31.: Einfluss von Humus auf die Bodenfunktionen (nach Baidock und Skjemstad, 1999)............ 168
Abb. 32.: Simulation der Verteilung der Boden-C-Flüsse (http://www.sysecol.ethz.ch/
Senkentagung/pdf/Fuhrer_29junO4.pdf)....................................................................... 171
Abb. 33.: Landnutzungsänderung und Abbau der organischen Bodensubstanz (Versuchsfeld Braun-
schweig, 1999)..................................................................................................... 172
Abb. 34.: Degradative und regenerative Prozesse in Böden - Schema der Langzeitentw icklung des
Kohlenstoffpools in natürlichen und anthropogen beeinflussten Ökosystemen (nach Janzen et al.. 172
1998)............................................................................. ...................................
Abb. 35.: Kohlenstoff in ackerbaulich genutzten Böden......................................................... 173
Abb. 36.: Anteil stabiler Humusformen in unterschiedlichen organischen Düngern......................... 174
Abb. 37.: Anteil des akkumulierten zum gedüngten Humus-C in europäischen Dauerversuchen (Kör-
schens. 2004)....................................................................................................... 174
Abb. 38.: Einfluss der konservierenden Bodenbearbeitung auf die Qlrg-Gehalte in der Ackerkrume
eines ackerbaulich genutzten Sandbodens sowie Auswirkungen auf die Konnektivität des Poren-
systems (Dauerversuch Müncheberg).......................................................................... 175
Abb. 39.: Einfluss des Zeitpunkts der Probenahme auf die Gehalte des Bodens an organischem Koh-
lenstoff (Dauerversuch Müncheberg)........................................................................... 176
Abb. 40.: Silomaisertrag in Abhängigkeit vom C,-Gehalt der Ackerkrume als Maßstab des Humusvor-
rates (x.) und der mineralischen Stickstoffdüngung (x:) im Bodenfruchtbarkeitsversuch Seehausen
nach 20-jähriger Versuchsdurchführung........................................................ 179
Abb. 41.: Ertrag von Zuckerrüben in Abhängigkeit von der mineralischen Stickstoffdüngung (x:) und
der Düngung mit Stallmiststickstoff (x2) bei differenzierten Humusgehalten auf dem Standort See-
hausen (Leithold, 1981).................................................. 180
Abb. 42.: Humusgehalt im Fruchtfolgedüngungsversuch Seehausen 25 Jahre nach Versuchsbegmn
(Leitholdetal., 1986)............................................................................................ 181
in
Abb. 43.: Gesamtkohlenstoffgehalt der Ackerkrume (Ct) in Abhängigkeit von der gestaffelten Mineral-
N-Düngung, der organischen Düngung und der Fruchtfolge im Fruchtfolge-Düngungsversuch
Seehausen 35 Jahre nach Versuchsbeginn (Leithold, 1995)................................................. 182
Abb. 44.: Bedarf an Stallmiststickstoff zum Erhalt des N,-Gehaltes im Boden (Kombinationsversuch
Seehausen im Mittel der Jahre 1993- 1995 (Leithold et al., 1997; Hülsbergen. 2003)................ 184
Abb. 45.: Gliederung unterschiedlich abbaustabiler Fraktionen der organischen Substanz im Boden
(erweitert nach Körschens et al., 1997)........................................................................ 190
Abb. 46.: Kalkulationsprinzip der Humusbilanzierung........................................................... 191
Abb. 47.: Kalkulierte Substanzströme bei der einfachen Humusreproduktion................................. 192
Abb. 48.: Humusreproduktionswirkung unterschiedlicher organischer Primärsubstanzen.................. 193
Abb. 49.: COi-Freisetzung aus dem Boden bei der einfachen Humusreproduktion mit unterschiedli-
chen organischen Primärsubstanzen........................................................................... 194
Abb. 50.: Gesamt-CO;-Freisetzung bei der Herstellung und Anwendung organischer Dünger und Bo-
denverbesserungsmittel bezogen auf deren einfache Humusreproduktionsleistung...................... 195
Abb. 51.: Anteilige COi-Freisetzung bei der Bereitstellung unterschiedlicher Humusreproduktion....... 195
Abb. 52.: Angestrebte Substanzströme bei der meliorativen Humusanreicherung............................ 197
Abb. 53.: Vergleich der Mindestgehalte an COTg nach Cross Compliance mit den Gehalten ungedüngter
Parzellen verschiedener Dauerversuche (nach Körschens. 1997).......................................... 211
Abb. 54.: Aus einschlägiger Literatur abgeleitete Bodenkohlenstoff-Emissionsfaktoren der Deutschen
Klimaschutzberichterstattung für Landnutzungsänderungen auf mineralischen Böden sowie für die
landwirtschaftliche Nutzung organischer Böden............................................................. 216
Abb. 55.: Lage der Untersuchungsflächen (Level II und BZE II)............................................... 223
Abb. 56.: Räumliche Verteilung der Kohlenstoffvorräte der BZE I getrennt nach Humusauflage und
Mineralboden bis 30 cm.......................................................................................... 225
10051005Tabellenverzeichnis
Tab. 1.: Mittlere Kohlenstoff-Vorräte in unterschiedlichen europäischen Forstökosystemen (Jandl et
al.. 2007a)...........................................................................................................
Tab. 2.: Corg-Schätzrahmen für unterschiedliche Böden, Klimabedingungen und Düngung (Schmitt und
Wessolek, 2008). Dmax: maximale organische und mineralische Düngung; Dom: organische und
mineralische Düngung; Do: organische Düngung; Dm: mineralische Düngung; DO: Nullvanante. =6
Tab. 3.: Standorttypische Corg-Gehalte für Ackerböden in Bayern (Capriel, 2006)........................... 57
Tab. 4.: Ausgewählte Beispiele differenziert ausgewerteter Humusgehalte in Oberböden Deutschlands. 118
Tab. 5.: Ausgewählte Beispiele relativer Häufigkeiten der Humusgehalte differenziert ausgewerteter
Einheiten........................................................................................................... 9
Tab. 6.: Humus als knappe Ressource (Obersicht)................................................................. -*
Tab. 7.: Möglicher Transformationsprozess naturwissenschaftlicher Erkenntnisse über die Ökosystem-
funktionen des Humus in gesellschaftliche Werte der Ökosystemdienstleistungen des Humus
(Übersicht)......................................................................................................... 138
Tab. 8.: Multiple Regressionsanalyse über den Einfluss von Standort und Bewirtschaftung auf die Corg-
Gehalte des Bodens in Deutschland (ca. 240 konventionelle und ökologische Dauerversuche, Va-
rianten-Anzahl = 1479); * 1 =S/2 = SI/3 = IS/4=SL/5 = sL/6 = L/7 = LT 8 = T / 9 = M;
nicht aufgenommen: Hackfruchtanteil, N-Abfuhr, Gesamt-N-Zufuhr, pH-Wert........................ 156
Tab. 9.: Standortgruppen mit ähnlicher Reaktionsfolge........................................................... 64
Tab. 10.: Bereiche standorttypischer Gehalte des Bodens an organischer Substanz (grundwasserferne
Ackerstandorte).................................................................................................... 169
Tab. 11.: Bewertung der Humusbilanz.............................................................................. 70
Tab. 12.: Möglichkeiten der Humusreproduktion durch Zufuhr organischer Materialien und die Verän-
derung von Anbautechniken..................................................................................... 73
Tab. 13.: Beispiele für Orientierungs- und Richtwerte für Humusgehalte [TS-%] in ackerbaulich und
landschaftsbaulich genutzten Böden........................................................................... 200
Tab. 14.: Praxisrelevante Aufwandmengen und Anforderungen an organischen Bodenverbesserungs-
mitteln (BVM) im Garten- und Landschaftsbau bei der Herstellung von Grünanlagen (nach Rein-
hold und Dressler, 1994)......................................................................................... 201
Tab. 15.: Düngemittelrechtliche Anforderungen (erweitert) an organische Primärsubstanzen für die
Anwendung zur meliorativen Humusanreicherung in humusverarmten Böden.......................... 204
Tab. 16.: Jährlicher Verlust (-) oder Gewinn f+) an Humus-Kohlenstoff (t C ha 1 a 1) verschiedener
Kulturen, die als NawaRo genutzt werden nach zwei Humusbilanzierungsmethoden für verschie-
dene Anbausysteme. Werte in Klammern bedeuten, dass das Stroh oder Kraut der Kultur auf dem
Acker verbleiben.............................................................................................. 209
Tab. 17.: Flächen und organische Kohlenstoffvorräte mineralischer Böden in 0 - 30 cm Tiefe der
Landwirtschaftsfläche Deutschlands 1999 (Heinemeyer und Gensior, 2003, Beitrag N1R 2004)..... 117
Tab. 18.: Flächen und organische Kohlenstoffvorräte organischer Böden in 0 - 30 cm Tiefe der Land-
wirtschaftsfläche Deutschlands 1999, sowie die jährlichen Verluste an die Atmosphäre (Heine-
meyer und Gensior, 2003, Beitrag NIR 2004)............................... 217
Tab. 19.: Parameterliste für die Kohlenstoffinventur.......................... ...... 224
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