Technikbedingte Unterbodenverdichtungen
Das Grundproblem liegt darin, dass der Boden einerseits Pflanzenstandort und andererseits Fahrbahn für die Landmaschinen ist. Mit der Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen Reifen und Boden versuchte man das Bodendruckproblem in Griff zu bekommen. Moderne Reifen sind voluminöser und verursachen eine größere Kontaktfläche zwischen Reifen und Boden als ältere Reifen. Studien von Schjønning et al. 2015 zeigen jedoch, dass die Zunahme der Reifen/Kontaktfläche geringer war als die Zunahme der Radlast, d.h. die Radlast stieg schneller als die Reifen/Kontaktfläche. Dadurch sind insbesondere potenzielle Auswirkungen auf den Bodendruck im Unterboden zu erwarten, da die Radlast hauptverantwortlich für die Tiefenwirkung ist.
Krumenbasisverdichtungen entstehen häufig beim Pflügen bei mehrjähriger gleichbleibender Bearbeitungstiefe. Durch Variieren der Bearbeitungsdichte im Wechsel mit einer wühlenden Bodenbearbeitung mittels Grubber können Krumenbasisverdichtungen minimiert werden. Durch die leistungsstärkeren Traktoren in Kombination mit der dynamischen Gewichtsverlagerung nahmen die Furchenradlasten zu (Abbildung 1b), wodurch die Krumenbasis verdichtet wird. Untersuchungen an der BOKU-Versuchswirtschaft Groß-Enzersdorf zeigten, dass mit zunehmender Arbeitsbreite beim Pflügen (= Anzahl der Pflugkörper) der Spurflächenanteil in der Furche (= Krumenbasisfläche) abnimmt und die dynamische Furchenradlast stark steigt (Abbildung 2). Bei einem Traktor mit einem 3-Scharvolldrehpflug werden 53% der Krumenbasisfläche mit 1.511 kg durch das hintere Furchenrad belastet - hingegen bei einem 7-Schar-Aufsattelpflug 20% der Krumenbasisfläche mit ca. 5.000 kg belastet.
Aus der Sicht des Unterbodenschutzes ist gerade beim Pflügen das On-land-Verfahren zu empfehlen.
Was passiert mit dem Bodengefüge bei der Verdichtung
Ackerbauern sind Großflächenbesitzer, wenn die innere Porenfläche betrachtet wird. Beispielhaft soll dies an einem sehr fruchtbaren Boden aus dem Marchfeld gezeigt werden (Tabelle 1). Den größten Flächenanteil beanspruchen die Feinporen.
Tabelle 1: Porenanteil und innere Porenoberfläche in einem Tschernosem (schluffiger Lehm) im Marchfeld (Trockenrohdichte: 1,2 t/m3 in 0 - 20 cm und 1,4 t/m3 in 20 - 40 cm)
Porenanteil (%) | Porenanteil (%) | Innere Porenoberfläche (ha/t Trockenboden) | Innere Porenoberfläche (ha/t Trockenboden) | |
Porenverteilung | 0 - 20 cm | 20 - 40 cm | 0 - 20 cm | 20 - 40 cm |
weite Grobporen (> 50 µm) | 20 | 12 | 1,1 | 0,7 |
enge Grobporen (50 - 10 µm) | 7 | 6 | 0,7 | 0,6 |
Mittelporen (10 - 0,2 µm) | 16 | 14 | 9 | 7,8 |
Feinporen (<0,2 µm) | 13 | 14 | 185,6 | 214,2 |
Summe | 56 | 47 | 196,4 | 223,3 |
Die gesamte innere Porenoberfläche in einem fruchtbaren Ackerboden (0 - 40 cm) beträgt mehr als 1 Mio. ha pro ha Ackerfläche.
Durch die Bodenverdichtung wird insbesondere die Porengrößenverteilung verändert, wie in der Abbildung 3 dargestellt. Aus einer Grobpore werden viele Kleinporen, bei denen das Porenvolumen nur marginal verändert wird - aber es wird signifikant die Infiltrationsrate reduziert.
Durch die Bodenverdichtung wird insbesondere die Porengrößenverteilung verändert, wie in der Abbildung 3 dargestellt. Aus einer Grobpore werden viele Kleinporen, bei denen das Porenvolumen nur marginal verändert wird - aber es wird signifikant die Infiltrationsrate reduziert.
Der Feldversuch zu Bodenverdichtungen an der BOKU-Versuchswirtschaft Groß-Enzersdorf im Rahmen eines EU-Projekts (SOILCompaC) zeigte, dass bei einer Überrollung mit der max. Radlast von 3.000 kg im Frühjahr (Bodenfeuchte im Unterboden: 24%) im Herbst die gemessen hydraulische Leitfähigkeit um 42% im Unterboden geringer war als im unbelasteten Boden.
Sichtbar werden diese Veränderungen der Porengrößenverteilung nach Dauerregen, wie heuer im Mai in Fahrspuren und Vorgewende, wenn das Regenwasser langsamer infiltriert (Abbildung 4).
Sichtbar werden diese Veränderungen der Porengrößenverteilung nach Dauerregen, wie heuer im Mai in Fahrspuren und Vorgewende, wenn das Regenwasser langsamer infiltriert (Abbildung 4).
Gerade im Vorgewende sind die historischen Wendevorgänge mit erhöhten Radlasten im Unterboden "gespeichert". Als erste Reparaturmaßnahme kann eine mechanische Unterbodenlockerung mit Tiefenlockerer bei trockenen Bodenbedingungen getätigt werden. Leider gibt es kaum Langzeitversuche zur nachhaltigen Effektivität von Verfahren (natürlich: Quellung und Schrumpfung, Frost; mechanisch: Tiefenlockerung, biomechanisch: Tiefwurzelnde Zwischenfrüchte) für die Wiederherstellung des Bodengefüges, insbesondere bei Unterbodenverdichtungen.
Die Forderung nach Vermeidung von technogenen Bodenverdichtungen bleibt somit bestehen. Die Nutzung der technischen Lösungen (Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen Reifen/Boden) und das Achten auf die Tragfähigkeit des Bodens beim Befahren. Entstehende Spurtiefen sind ein sichtbarer Indikator für potenzielle Bodenverdichtungen. Neben dem erhöhten Dieselverbrauch (1 cm Spurtiefe entspricht einem Dieselverbrauch bei ständiger Bergauffahrt von 1% Steigung) zeigen langjährige Messungen aus der Schweiz, dass bei Spurtiefen von mehr als 6 - 7 cm mit potenziellen Schadverdichtungen unterhalb der Pflugsohle zu rechnen ist.
Resultierende technogene Bodenverdichtungen haben unmittelbare Auswirkungen auf die Produktionsfunktion des Bodens. Verminderte hydraulische Leitfähigkeit, erhöhte N2O-Emissionen, erhöhte Wassererosion, erhöhter Energieaufwand für die Beseitigung sind gemessene Effekte, wo unmittelbar Folgekosten für die Beseitigung entstehen. Neben der Begrenzung von Radlasten kommen technische Lösungen (Breit- oder Doppelbereifungen, Reifendruckregelanlagen, Bandlaufwerke etc.) zum Einsatz. Durch die Verfügbarkeit von automatischen GPS-gestützten Lenksystemen in Traktoren und selbstfahrenden Landmaschinen ergeben sich neue Anbaustrategien im Pflanzenbau (z.B. Controlled-Traffic-Farming - CTF). Ein kontrollierter Fahrverkehr (CTF) ermöglicht im Feld die Trennung des Pflanzenstandortes von den Fahrspuren, wie dies im Gemüsebau bereits praktiziert wird.
Die Forderung nach Vermeidung von technogenen Bodenverdichtungen bleibt somit bestehen. Die Nutzung der technischen Lösungen (Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen Reifen/Boden) und das Achten auf die Tragfähigkeit des Bodens beim Befahren. Entstehende Spurtiefen sind ein sichtbarer Indikator für potenzielle Bodenverdichtungen. Neben dem erhöhten Dieselverbrauch (1 cm Spurtiefe entspricht einem Dieselverbrauch bei ständiger Bergauffahrt von 1% Steigung) zeigen langjährige Messungen aus der Schweiz, dass bei Spurtiefen von mehr als 6 - 7 cm mit potenziellen Schadverdichtungen unterhalb der Pflugsohle zu rechnen ist.
Resultierende technogene Bodenverdichtungen haben unmittelbare Auswirkungen auf die Produktionsfunktion des Bodens. Verminderte hydraulische Leitfähigkeit, erhöhte N2O-Emissionen, erhöhte Wassererosion, erhöhter Energieaufwand für die Beseitigung sind gemessene Effekte, wo unmittelbar Folgekosten für die Beseitigung entstehen. Neben der Begrenzung von Radlasten kommen technische Lösungen (Breit- oder Doppelbereifungen, Reifendruckregelanlagen, Bandlaufwerke etc.) zum Einsatz. Durch die Verfügbarkeit von automatischen GPS-gestützten Lenksystemen in Traktoren und selbstfahrenden Landmaschinen ergeben sich neue Anbaustrategien im Pflanzenbau (z.B. Controlled-Traffic-Farming - CTF). Ein kontrollierter Fahrverkehr (CTF) ermöglicht im Feld die Trennung des Pflanzenstandortes von den Fahrspuren, wie dies im Gemüsebau bereits praktiziert wird.
Vergleich von 2-Achs- und 3-Achs-Zuckerrübenvollerntern
In einem systematischen Feldversuch im Rahmen einer BOKU-Masterarbeit in Hollabrunn wurden in der Zuckerrübenernte mit sechsreihigen Köpfrodebunkern (mit Zuckerrüben: 61 t) mit unterschiedlichen Fahrwerken (2-Achs, 3-Achs) bei unterschiedlichen Feuchtebedingungen (trocken bei 20% Bodenfeuchte und feucht bei 30% Bodenfeuchte) bodenphysikalische Kennwerte (Lagerungsdichte, hydraulische Leitfähigkeit, Eindringwiderstand) erhoben.
Die Untersuchungsergebnisse zeigten, dass unter trockenen Bodenbedingungen die Zuckerrübenernte mit 2-Achs- oder 3-Achs-Köpfrodebunker mit einem angepassten Reifeninnendruck (1,4 bar vorne und 1,9 bar hinten) die bodenphysikalischen Kennwerte kaum beeinflusst wurden. Ein erhöhtes Bodenverdichtungsrisiko war insbesondere bei feuchten Bodenbedingungen gegeben.
Die Untersuchungsergebnisse zeigten, dass unter trockenen Bodenbedingungen die Zuckerrübenernte mit 2-Achs- oder 3-Achs-Köpfrodebunker mit einem angepassten Reifeninnendruck (1,4 bar vorne und 1,9 bar hinten) die bodenphysikalischen Kennwerte kaum beeinflusst wurden. Ein erhöhtes Bodenverdichtungsrisiko war insbesondere bei feuchten Bodenbedingungen gegeben.
Fazit
Physikalischer Bodenschutz hat einen interdisziplinären Auftrag und erfordert das Zusammenarbeiten der Landtechnik mit den Boden- und Pflanzenbauwissenschaften und insbesondere mit der landwirtschaftlichen Praxis und Beratung.
Der Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit und ganz besonders dem Schutz des Bodens unterhalb der Pflugsohle kommt angesichts des zeitweiligen Einsatzes schwerer Landmaschinen große Bedeutung zu. Der Unterboden ist für die Pflanzenwurzeln zugänglich zu halten, um die Ertragsfähigkeit von Böden auch im Zeichen des Klimawandels langfristig zu sichern. Neben einer Vielzahl von landtechnischen Maßnahmen stellt die bewusste Lastbegrenzung die wirkungsvollste in der Unterbodenschonung dar.