Ursachen und Auswirkungen der Bodenerosion und des schnellen Wasserabflusses

Praktisch wichtige Grundsätze und Anzeichen von Bodenschädigung und Erosion, erklärt von Torsten Mandal, Agrarwissenschaftler

Ursachen der Bodenerosion. Nackter, lockerer Boden kann leicht durch Wind oder Wasser erodiert werden, insbesondere wenn er einen hohen Anteil an Schluff – der Texturgröße zwischen Sand und Ton – und einen geringen Anteil an organischer Substanz aufweist und wenn er durch bestimmte Formen der Egge oder andere Bodenbearbeitungen häufig pulverisiert wird.

Boden- und Wasserschutz können die Bodenfruchtbarkeit und das Wassermanagement verbessern.

Die Schonung von Boden und Wasser ist eine wesentliche Voraussetzung für eine nachhaltige, widerstandsfähige, kosteneffiziente und produktive Landwirtschaft. Viele Vorteile der Bodenfruchtbarkeit lassen sich erst nach einiger Zeit erzielen. Bodenerhaltung kann auch beim Wassermanagement schnell helfen. Die Landwirte sind oft mehr an dringenden Problemen wie Dürre und Überschwemmungen im Zusammenhang mit Erosion interessiert und räumen einer gezielten Beratung keine Priorität ein. In der Regel wird das Thema vernachlässigt oder missverstanden – wodurch Untätigkeit und falsche Maßnahmen die Situation noch verschlimmern. Viele Lösungen sind anpassbar und zweckmäßig, wenn die Landwirte und Berater („Agraringenieure“) die einschlägigen Grundsätze genau überblicken.

Wenn es anfängt zu regnen, strömt das meiste Wasser während der ersten 5 Minuten in etwa durch den Boden. Dennoch bleiben viele Menschen nicht auf dem Feld, um den entscheidenden Teil der Erosion zu erkennen. Sie beginnt plötzlich, wenn sich die Bodenporen mit Wasser und Partikeln füllen, wenn der Boden direkt von energiereichen Regentropfen getroffen wird. Dann werden Erosion und Abfluss plötzlich beschleunigt. Eine kosteneffiziente Vorbeugung wird von den Entscheidungsträgern in den Städten in der Regel wenig beachtet.  Hier kann es vorkommen, dass Dünen Schäden verursachen oder flussabwärts gelegene Gebiete, Wasserkraftwerke, Kanäle und Städte durch Sedimente, Pestizide und Nährstoffe geschädigt werden. Die Verhinderung von Wind- oder Wassererosion (Bodenabtrag) steht in diesem Kapitel im engeren Sinne im Mittelpunkt. Das kann Boden- und Wasserschutz im weiteren Sinne erfordern, um die Verschlechterung der Bodenfruchtbarkeit in Form von direkter Erosion, organischer Substanz, Bodenstruktur, Nährstoffverarmung und/oder Salzanreicherung zu verhindern oder umzukehren. Dies wird hier kurz und in den folgenden Abschnitten ausführlicher behandelt. 

Abbildung 1. Wassererosion und Sedimentationsprozess.

Abbildung 1. Von links nach rechts. Wassererosionsprozesse und Anzeichen. Regentropfen zerstören die Bodenaggregate (Krümel und Klumpen) und die Bodenstruktur, versiegeln die Bodenoberfläche und führen nach wenigen Minuten intensiven Regens zu Spritz- und Flächenerosion, insbesondere in schluffigen Böden mit wenig organischer Substanz. Der Boden wird dort abgetragen, wo er nicht durch Steine, Streu oder oberflächennahe Pflanzen geschützt ist. Es können sich Rinnsale bilden, die sich zu Rinnen mit einer Tiefe von mehr als 20 cm vereinigen können und an deren Spitze sich Wasserfälle bilden. Zuerst werden die gröbsten Partikel (Sand), dann der Schlamm und schließlich der Ton abgetragen, wenn sich die Fließgeschwindigkeit verringert.

Durch die Erosion wird zunächst der fruchtbarste Teil des Bodens – der Oberboden – abgetragen. Außerdem werden Wasser und Nährstoffe innerhalb oder außerhalb des Feldes schlecht verteilt. Siehe die obige Abbildung 1. Bei immer extremeren Regenfällen und Winden kann es plötzlich an mehreren Stellen zu starker Erosion kommen. Dies kann auch auf Feldern mit mäßigem Gefälle oder bei geringen Windgeschwindigkeiten der Fall sein. Mäßiger Wind kann Partikel nahe der Oberfläche rollen oder springen lassen, und der starke Wind trägt sie hoch und weit. Sand kann die Wachsschicht der Blätter zerkratzen und den Wasserverlust durch austrocknenden Wind weiter erhöhen. Regentropfen spritzen länger hangabwärts als hangaufwärts auf den Boden, schließen die Bodenporen und beschleunigen die Erosion. Flächige Erosion findet auch statt, noch bevor energiereichere Strömungen die Rillenerosion bilden.

Die Neubildung von Boden dauert sehr lange. Manche Böden haben nur eine flache Oberschicht und darunter sehr unfruchtbares Gestein. Daher wird oft nur ein Bodenverlust von 10 Tonnen/Hektar pro Jahr als tolerierbar angesehen (100 m x 100 m = 1 ha). Das ist ein kg pro Quadratmeter. 

Erosionsarten erkennen und verstehen.

Frühe Anzeichen für Erosion sind die Abtragung von ungeschütztem, lockerem Boden (z. B. neben Steinen, Pflanzen oder Rückständen) und dessen Ablagerung (Sedimentation), wo die Bodenbewegung verlangsamt oder gestoppt wird. Siehe die obige Abbildung. Die staubige Bodenfraktion zwischen typischem Sand und Ton ist am erodierbarsten, aber auch am nährstoffreichsten und hält das Wasser am besten für Pflanzen bereit. Diese staubige Fraktion wird als Schluff, feiner Sand oder grober Lehm bezeichnet, wobei die Klassifizierung in den einzelnen Ländern unterschiedlich ist. Die größten Partikel benötigen die höchste Geschwindigkeit, um sich zu bewegen, daher wird das abgelagerte Material nach der Beschaffenheit (Partikelgröße) sortiert. Siehe die obige Abbildung auf der rechten Seite. Lehm und organische Stoffe halten stärker zusammen, aber selbst Lehm kann bei Nässe zerstreut werden. Wie die Partikel in Aggregaten zusammenhalten, bestimmt die Bodenstruktur.

Ein einfacher Test für die Zusammensetzung der Bodenbeschaffenheit basiert darauf, dass die größten Teilchen trotz ihrer ähnlichen Dichte zuerst absinken. Typische Tonklumpen können z. B. 30 Minuten lang in Wasser aufgelöst werden, und wenn man dann den Boden in durchsichtigen Gläsern mit viel mehr Wasser als Erde gut umrührt, sieht man unten Sand, darüber Schluff, darüber wieder Ton und oben etwas organisches Material. In roten und gelben Tropenböden können „Ton“-Partikel so stark aneinander haften, dass sie als „Sand“ oder „Schluff“ eingestuft werden können, weshalb Bodenlabors eine Chemikalie hinzufügen, um mehr als in reinem Wasser zu zerstreuen. Daher kommt es auf die Einweich- und Umrührzeiten an.

Sie können auch dazu verwendet werden, die Unterschiede in der Bodenfruchtbarkeit innerhalb vieler Felder zu verstehen. . Das liegt daran, dass sich die größten Partikel zuerst absetzen (obwohl ihre Dichte ähnlich ist). Tropische Tonpartikel kleben oft so fest zusammen, dass sie praktisch Sand oder Schluff sind, so dass das Einweichen und Umrühren (oder z. B. die Zugabe von Salz) eine entscheidende Rolle für den Test spielen kann. Die unfruchtbarsten Teile eines Feldes sind oft am stärksten erodiert (es sei denn, die Zurückhaltung von zu viel Wasser ist die Ursache des Problems).

Später kann die Winderosion kleine oder große Dünen bilden. Die Dünen können sich bewegen, wenn sie und die Landschaft nicht durch eine ausreichende Vegetation geschützt sind, die die Windgeschwindigkeiten verringert und organische Stoffe aufbaut. Dies geschieht in der Regel in windigen Gebieten ohne große Niederschläge und mit schluffigen oder feinsandigen Böden.

Die Wassererosion kann sich von der Flächenerosion zur Rillenerosion entwickeln, bei der die Wassergeschwindigkeit (kinetische Energie) und die Erosion viel schneller werden. Wenn die Rillen zu groß sind, um mit normaler Bodenbearbeitung abgedeckt zu werden, bilden sie Erosionsrinnen. Rinnen ohne Vegetation können die Erosion von den Seiten, dem Boden und dem Wasserfall her schnell beschleunigen und den Rinnenkopf unterhöhlen.

Auch Fluss- und Küstenerosion kann auftreten, und der schnelle Abfluss vom Feld kann die Erosion der Flüsse verstärken. Sedimente können in Kanälen, Dämmen, Flüssen, Seen, an der Küste usw. viele Probleme verursachen. Dies gilt insbesondere, wenn die Sedimente einen hohen Nährstoffgehalt aufweisen, der das Algenwachstum einschränkt (in der Regel Stickstoff oder Phosphor), oder einen hohen Gehalt an Pestiziden enthalten.

Erdrutsche entstehen häufig plötzlich nach starken Regenfällen, Schneeschmelze oder Stürmen an Hängen mit windexponierten hohen, schweren Bäumen, die nicht in einem Wald geschützt sind. Sie können an steilen Hängen auftreten. Es passiert auch auf einigen alten Böden (z. B. Luvisols oder Alfisols) mit nur wenigen Prozent Gefälle (2-5 %), wo der Ton in den Boden gewaschen wurde und eine Tonwanne bildet. Diese unterirdische Schicht kann durch den Traktorverkehr leicht verdichtet werden, wenn sie zu feucht ist. Dann können Wurzeln und Regen nicht gut eindringen, und der gesamte Oberboden kann plötzlich den Hang hinunterrutschen. Kleine Segmente, die das Wasser zurückhalten, reichen nicht aus. Durchgängige, tiefe Gräben, die zur Bodenerhaltung quer zum Hang angelegt werden, sind ebenfalls eine Gefahr für Erdrutsche.

Die Verschlechterung der Bodenqualität kann dazu führen, dass der Boden allmählich der Erosion durch Wind oder abfließendes Wasser stärker ausgesetzt wird und andere Arten der Bodenverschlechterung verursacht. Dies passiert sowohl bei „intensiver“ als auch bei „extensiver“ Landwirtschaft und Landnutzung.

Verweise

Baumhardt RL, and Blanco-Canqui H 2014 Soil: Conservation Practices. In: Neal Van Alfen, editor-in-chief. Encyclopedia of Agriculture and Food Systems 5, Elsevier, 153-165.

Hudson W N 1987 Soil and water conservation in semi-arid areas. Silsoe Associates Ampthill, Bedford United Kingdom. Soil Resources, Management and Conservation Service. FAO Land and Water Development Division. Food and Agriculture Organization of the United Nations Rome, 1987 https://www.fao.org/3/t0321e/t0321e00.htm

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

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