Strategien zur Schonung von Böden und Wasser

Strategien zur Schonung von Böden und Wasser
Bodenschutz und Wasserversorgung

Torsten Mandal

Agraringenieur, spezialisiert auf internationale nachhaltige Agroforstwirtschaft, Land- und Bodenmanagement

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Es ist von entscheidender Bedeutung, mehrere praktische Grundsätze für den Boden- und Wasserschutz zu verstehen und zu kombinieren – einschließlich der Frage, wie man sie so einsetzt, dass sie eher helfen als schaden und mit begrenztem Zeitaufwand einen mehrfachen Nutzen erbringen.

Eine oberflächennahe Bepflanzung und Bodenbedeckung kann zum Boden- und Wasserschutz beitragen, aber Bäume können sowohl nützlich als auch schädlich für das bepflanzte Land sein. 

Eine geringe oder nur langsam wachsende Vegetationsdecke nach der Bodenbearbeitung setzt den Boden zumindest zu Beginn der Anbausaison Wind und Regentropfen aus. Siehe Abbildung 1 unten. Eine schwache Pflanzendecke kann auf intensive Bodenbearbeitung (Bodenstörung), Anbau- und Pflanzmethoden und/oder auf die Verarmung des Bodens an Nährstoffen und organischer Substanz zurückzuführen sein. Einige werden verwirrenderweise die „intensive“ und andere die „extensive“ Landwirtschaft dafür verantwortlich machen, aber es sollte davon abhängen, was intensiviert wird und wie. Langsames Pflanzenwachstum und einige Anbaumethoden und Kulturen führen zu einem Rückgang der organischen Substanz und der Bodenbedeckung. Mineraldünger können das Wachstum der Pflanzen beschleunigen, aber manchmal werden sie eingesetzt, um andere bodenerhaltende und -verbessernde Methoden wie Zwischenfruchtanbau und Brachland mit Pflanzendecke zu ersetzen.

Eine Abdeckung nahe der Bodenoberfläche ist wichtig. Der Schutz vor Regentropfen an oder knapp über der Bodenoberfläche ist sehr wichtig. Eine Abdeckung am oder knapp über dem Boden kann die Bodenstruktur wirksam vor Regentropfen schützen und Erosion verhindern.  Beispielsweise funktioniert eine gute Abdeckung mit Bohnen oder anderen Deckfrüchten. In einem alten Feldexperiment in Afrika erwies sich ein 20 cm hohes Moskitonetz als wirksam; es diente nur zur Untersuchung der Wirkung der Abdeckung, nicht als praktische Methode.  In einem natürlichen Wald ist die Bodenoberfläche normalerweise gut bedeckt. Allerdings treffen die Regentropfen auf Blätter und fallen mit größerer Beschleunigung und Bewegungsenergie pro Quadratmeter von hohen Pflanzen oder Bäumen. Dies ist zwar seit Jahrzehnten gut dokumentiert, aber nicht sehr bekannt.

Organische Stoffe und abgestorbene Pflanzenteile an der Oberfläche (Streu) tragen zur Stabilisierung der Bodenstruktur in Aggregaten bei, so dass Wasser in die Poren eindringen kann, der Boden an Ort und Stelle bleibt und Wasser absorbiert. Tiefe Wurzeln und die Poren, die sie hinterlassen, wenn sie in unverdichtetem Boden verrotten, tragen ebenfalls dazu bei, dass Wasser schnell in tiefere Bodenschichten eindringen kann. Auch oberflächennahe Wurzeln können helfen, indem sie die Bodenstruktur (Aggregate) stabilisieren und die Poren für das Eindringen von Wasser offen halten. Eine Abdeckung mit Laub, Steinen oder totem Material in Oberflächennähe kann den Oberboden schützen. Geeignete Konturgürtel oder Feldbegrenzungen quer zum Hang können manchmal schon ausreichen. Siehe die nachstehende Abbildung 1.

Strategien zur Schonung von Böden und Wasser

Abbildung 1. Grundsätze zum Boden- und Gewässerschutz (von Torsten Mandal)

Abbildung 1. Ohne Boden- und Wasserschutz (links) kann ein bebauter oder überweideter Hügel freiliegende Felsen (grau), Rillen- und Gullyerosion (gelb), schlechtes Pflanzenwachstum (grün) und verschmutztes Wasser (gelb-blau) entwickeln. Der gelbliche Boden ist arm an organischer Substanz. Der erhaltene Hügel (rechts) hat eine hohe Vegetationsdecke mit gesunder Farbe (dunkelgrün), Terrassen und Wasserwege mit dauerhafter Pflanzendecke und sauberen, gleichmäßigen Wasserströmen (blau). Die Vegetation trägt zur Artenvielfalt und Wolkenbildung in der Landschaft bei.  Von Torsten Mandal 2022.

Wurzeln und verrottendes organisches Material unterstützen die Aufrechterhaltung einer guten, stabilen Bodenstruktur, indem sie pilzähnliche Hyphen (Bedrohungen, die schwer zu sehen sind) und klebrige Flüssigkeiten bilden. Tiefe, kräftige Wurzeln können auch dazu beitragen, Bodenschichten gegen Rutschungen zusammenzuhalten. Manchmal können Wurzeln (z. B. von einigen mattenbildenden Gräsern) den Wasserfluss verlangsamen. Manche Wurzeln haben jedoch nur eine geringe oder gar keine Wirkung, weil sie unter die Erdoberfläche reichen. Wenn die ungeschützten aggregierten Bodenteile im Wasser verteilt wurden, kann es für Wurzeln zu spät sein, um es zurückzuhalten. Außerdem können einige größere Wurzeln an der Oberfläche dazu führen, dass das Wasser in Bereichen, in denen die Wurzeln das Wasser nicht mehr zurückhalten können, konzentrierte, schnellere und erosivere Ströme bildet.

RUSLE-Schätzungen zum Bodenverlust. Die durch Wasser verursachte Bodenerosion wird heute häufig anhand der Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) geschätzt. Ein jährlicher Verlust von mehr als 10 Tonnen pro Hektar (1 kg/m2) wird im Allgemeinen als erheblich und untragbar angesehen. RUSLE ist ein Ersatz für die ähnliche „USLE“ und unterscheidet sich z. B. in der Art des Regens, der als relevant angesehen wird, einschließlich des Schutzes vor Steinen und der Sedimentation innerhalb der Felder. Die Verwendung lokal relevanter Daten ist eine wichtige Herausforderung für die Verwendung von Modellen. Ein Beispiel für die Anwendung aus Westkenia wurde 2021 veröffentlicht, einschließlich einer illustrierten Übersicht über Erfahrungen mit Schutzmaßnahmen (Watene und Mitarbeiter, 2021).

Die Strategien zur Bodenpflege werden im Anschluss an diese Einführung ausführlicher erläutert.

  • Bodenschutzanlagen: Zäune, Schutzgürtel, Windschutzstreifen, dauerhafte Schutzlinien, Terrassen, Drainagen, Ausbesserung von Gullys, usw.

Felder werden besonders stark erodiert, bevor sie von Pflanzen bedeckt werden. Daher sind dauerhafte Maßnahmen zum Schutz vor Erosion unabdingbar – wobei Pflanzen helfen können, diese zu schaffen.

Strukturen für den Boden- und Wasserschutz können Zäune, Terrassen, Wassernutzungsanlagen, abgetrennte Abflüsse und die Reparatur von Gullys sein. Diese Maßnahmen können Wind- oder Wasserströme und Erosion stoppen oder verlangsamen und sind in manchen Gebieten erforderlich. Einige Wasserschutzbauten tragen auch dazu bei, Wasser für die Verwendung in Rohren oder Eimern zu sammeln. Zu den Risiken gehört, dass sich das Wasser staut, eindringt oder massive Hindernisse mit erhöhter Geschwindigkeit und Erosionskraft umfließt. Diese können die Erosion verstärken, z. B. wenn die Anlagen nicht gut konstruiert, mit dauerhafter Vegetation geschützt und instand gehalten werden. Auch der Aufwand an Arbeit, Land, Geld und Fachwissen kann beträchtlich sein. Wenn die Fließgeschwindigkeit zunimmt, kann es zu verstärkter Erosion zwischen oder in der Nähe von schlecht angelegten Anlagen kommen. Mehrere Lösungen werden in dem ausführlichen Abschnitt erläutert. Es sind auch Kombinationen mit anderen Methoden sowie lokale Anpassungen erforderlich.

  • Bodenbearbeitung einschließlich Minimal- und Null-Bodenbearbeitung, konservierende Bodenbearbeitung, Meißeln, Reißen, Eggen, Schar- oder Scheibenpflügen: Bodenbearbeitung kann helfen oder schaden

Hacken, Graben, Pflügen, Eggen, Grubbern, Fräsen und Roden sind allesamt Bodenbearbeitungen. Die Bodenbearbeitung kann den Schutz von Boden und Wasser verringern oder manchmal auch verbessern.

Die Vorteile der Bodenbearbeitung für die Erhaltung des Bodens können folgende sein:

  1. kompakte ebene Flächen werden für das Eindringen von Wasser durchlässiger und rauer,
  2. Konturbearbeitung quer zum Hang oder zur Windrichtung, um die Fließgeschwindigkeit zu verringern, z. B. mit angebundenen Konturrillen, so dass sich das Wasser nicht staut und die Erosion der Rillen in Gang setzt.
  3. Tiefes Meißeln oder Aufreißen, damit Wasser und Wurzeln in den Unterboden gelangen können.
  4. Verringerung der Notwendigkeit, Ernterückstände zu verbrennen, indem die Untersaaten nur dann gemäht werden, wenn sie für die Hauptkulturen benötigt werden.
  5. Wassereinsparung durch Reduzierung des Pflanzenwachstums in Bereichen wie Gürteln oder Zwischenräumen.

Zu den Nachteilen gehören:

  1. Die Zerkleinerung der Bodenaggregate verringert die Kohärenz und die Wasserinfiltration.
  2. Abbau der organischen Substanz durch Oxidation durch Zerkleinern der Bodenschollen.
  3. Unterpflügen von Pflanzen und Ernterückständen, z. B. durch Pflügen.
  4. Zumindest vorübergehende Schädigung eines Teils der Bodenorganismen,
  5. Verdichtung zu feuchter Lehmbodenschichten mit den Reifen schwerer Traktoren, die zur Bodenbearbeitung eingesetzt werden.
  6. das Entfernen von Bäumen und Sträuchern, um Zugang zu Traktoren oder Viehzucht zu erhalten.
  7. Autofahrer können aus Gründen der Sicherheit und des Komforts lieber die Hänge hinauf- und hinunterfahren, was jedoch zu Erosion führt.
  8. Strategien ohne oder mit reduzierter Bodenbearbeitung erfordern, dass der Boden mit Pflanzen und Einstreu bedeckt bleibt, aber wie in den folgenden Abschnitten erwähnt, können mehrere Prinzipien angewendet werden.

Ansiedlung und Wachstum von Kulturpflanzen – Zwischenfrüchte und Pflanzendecke

Die Ansiedlung von Pflanzen, die den Boden dauerhaft oder zumindest zu Beginn der Vegetationsperiode schützen, ist wichtig für den Bodenschutz, einschließlich der Wasserinfiltration. Sie kann dazu beitragen, hohe Bestände, Reihen quer zur Wind- oder Hangrichtung, geeignete Dämme in diesen Richtungen, Arten, die früh oder sogar in der vorangegangenen Saison angebaut werden können, sowie Arten und Bedingungen, die ein schnelles, frühes Wachstum und eine Abdeckung in Bodennähe ermöglichen, zu schaffen.

Zwischenfrüchte können zur Verbesserung und zum Schutz des Bodens, zur Rückhaltung von Nährstoffen, zur Anreicherung mit organischem Material usw. verwendet werden. Sie können so ausgewählt werden, dass sie absterben, bevor sich die Hauptkultur durchsetzt, untergepflügt und/oder z. B. beim Jäten gesät werden.

Steine auf der Oberfläche schützen ebenfalls vor Erosion – sind aber auch ein Indikator für Erosion. Auch Steinreihen quer zu den Hängen können helfen, wenn der Wasserfluss verlangsamt und nicht konzentriert wird.

Zwischenfruchtanbau

Der Zwischenfruchtanbau kann die Pflanzendecke des Bodens durch die Überlappung der Anbaukulturen erhöhen, wenn sie auf demselben Land oder in Reihen nebeneinander angebaut werden. Zwischenfruchtanbau führt häufig zu einer effizienteren Flächennutzung, da sich die Kulturen in Bezug auf Zeitpunkt, Höhe, Wurzelwerk, Nährstoffbedarf des Bodens, Schädlinge, Krankheiten usw. unterscheiden.

Agroforstwirtschaft

Agroforstwirtschaft (Bäume in landwirtschaftlichen Betrieben) kann besonders hilfreich sein entweder

  1. A) als Windschutz oder Schutzgürtel quer zu den Konturhecken am Hang, wobei zu dichte Hecken, die abrupt enden, erhöhte Windgeschwindigkeiten um, unter oder in einiger Entfernung hinter ihnen verursachen können, oder
  2. B) als Konturhecken mit ständigem Bewuchs an und nahe der Bodenoberfläche, wobei die Baumkronen während der Vegetationsperiode der Kulturen wenig belaubt bleiben können. Bäume ohne Abdeckung am oder in der Nähe des Bodens können die Erosion verstärken, da sich die Tropfen auf den Blättern sammeln und schneller fallen.

Integrierte Bewirtschaftung von Wassereinzugsgebieten

Integrierte Konzepte für die Bewirtschaftung von Wassereinzugsgebieten berücksichtigen das Einzugsgebiet eines Flusses und Landschaften mit vielen verschiedenen Nutzungsmöglichkeiten, Zweckbestimmungen und Interessenslagen. Steile Hänge mit flachen Böden können z. B. am besten mit Bäumen oder bewirtschaftetem Weideland bedeckt sein. Flussabwärts gelegene Gebiete können für Ökosystemleistungen wie Boden- und Wasserschutz aufkommen. Die lokale Bevölkerung und Organisationen sollten in moderne Kartographie und Modellplanung einbezogen werden.

Verbesserte kostengünstige Verfahren für die Agroforstwirstschaft

Verbesserte Verfahren zur Ansiedlung einer Pflanze mit geringem Ressourceneinsatz können dazu beitragen, bodenschonende Pflanzen zwischen anderen Pflanzen und unter Berücksichtigung kurzfristiger Schwerpunkte und des Mangels an Geld, Arbeitskräften, Land und Transportmitteln anzubauen. Sie unterstützen eine schnelle Keimung und ein frühes Wachstum, zumindest bei Baumleguminosen an schwierigen Standorten. Ein verbessertes Management kann dazu beitragen, eine gute Bodenbedeckung zu erreichen. Mandal (2010) liefert Details und Referenzen.

Schonende Wasserversorgung

Wassereinsparung auf den Feldern („în-situ“) ist Teil aller oben genannten Punkte, auch wenn die Konkurrenz unter den Pflanzen ebenfalls eine wichtige Rolle spielt. Wassererhaltung umfasst auch:

  • Auffangen von flüssigem Wasser in Anlagen.
  • Recycling von Abwasser.
  • Minimierung des Bedarfs an Bewässerung und anderen Wasserverbrauchsarten.

Verweise

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FAO, seen 2022, Revised Universal Soil Loss Equation. https://www.fao.org/land-water/land/land-governance/land-resources-planning-toolbox/category/details/en/c/1236444

Land and Water Division 2000 Manual on Integrated Soil Management and Conservation Practices. FAO land and water bulletin Series number: 1024-6703. 214 pp. ISBN: 9251044171 https://www.fao.org/publications/card/en/c/31f117c4-13e2-5631-bf16-ebaaa10b714f

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Muriuki JP, Macharia PN 2011 Green Water Credits Report K12: Inventory and Analysis of Existing Soil and Water Conservation Practices in Upper Tana, Kenya. https://www.isric.org/documents/document-type/green-water-credits-report-k12-inventory-and-analysis-existing-soil-and Open access.

Mandal T. 2010. Low-cost soil and water conservation with many early benefits. Presentation Researchers’ Day: Climate Change Impact, Adaptation and Mitigation GEUS, Inst. of Geography, University of Copenhagen. 7 October 2010. Arranged by the Climate Change Task Force. https://www.yumpu.com/en/document/view/35209735/present-danish-water-forum

Thomas DB et al. 1997. Soil and water conservation manual. Soil and Water Conservation Branch, Min. Agric. Livestock Dev. and Marketing, Nairobi Kenya.

Watene G and others 2021 Water Erosion Risk Assessment in the Kenya Great Rift Valley Region Sustainability 2021, 13(2), 844; https://doi.org/10.3390/su13020844

Yoshinori et al. 2018 Factors influencing the erosivity indices of raindrops in Japanese cypress plantations. Catena 171, 54-61, December 2018, DOI:10.1016/j.catena.2018.06.030  http://www.ffpri.affrc.go.jp/ffpri/en/research/results/2018/20180910-06.html

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