Variabilität von Bodenparametern erfassen
1. Versuchsdurchführung
Regionetzwerk Brandenburg, 10 Betriebe
2. Hintergrund
Bodenmischproben können unter den heterogenen Standortbedingungen in Brandenburg ein falsches Bild von dem Versorgungszustand des Bodens erzeugen. Mithilfe der mobilen Sensorplattform Geophilus (Geophilus GmbH) wird auf allen Regiobetrieben des Netzwerks auf je einem Schlag eine hochaufgelöste Bodentexturkarte erstellt und es werden zehn ausgewählte Bodenproben nach VDLUFA- und EUF-Methode auf Grundnährstoffe analysiert. Die Ergebnisse werden mit der Bodenschätzungskarte und betrieblichen Grundbodenuntersuchung verglichen und es werden betriebsindividuelle Anwendungsmöglichkeiten diskutiert.
Mögliche Anwendungsgebiete sind:
- Anpassung der Teilflächen zur Grundbodenuntersuchung
- Teilflächenspezifische Applikationen (z.B. Kalk)
- Teilflächenspezifische Aussaat
- Flächenneustrukturierung (z.B. nach KeylineDesign, Patch Cropping)
Weiterführende Informationen zum Bodensensorsystem und zu Anwendungsmöglichkeiten finden Sie hier: www.geophilus.de und www.ph-bb.com.
3. Versuchsfragen
- Wie variieren Bodentextur, organischer Kohlenstoff, pH-Wert und Grundnährstoffe innerhalb eines Schlages?
- Wird die Variabilität der Bodentextur durch die Bodenschätzung abgebildet?
- Welche betriebsindividuellen Managementmaßnahmen lassen sich mithilfe einer hochaufgelösten Bodentexturkarte ableiten?
4. Versuchsaufbau
| Standortbeschreibung | |
|---|---|
| Boden-Klima-Raum | Trocken-warme diluviale Böden des ostdeutschen Tieflandes |
| Höhenlage (m ü NN) | |
| Bodenart | variabel |
| Jahresniederschlag in mm | 577 (1991-2020) |
| Durchschnittstemperatur in °C | 9,7 (1991-2020) |
| Versuchsparameter | |
|---|---|
| Versuchstyp | Regioversuch |
| Anlagentyp | Hochaufgelöste Bodenkarten Gesamtschlag |
| Prüffaktor/en | Bodenbeprobung |
| Faktorstufen | Kalibrierte Bodensensordaten bzw. Einzelproben Betriebliche Grundbodenuntersuchung |
| Prüfmerkmale | Bodentextur (prozentuale Anteile von Ton, Schluff und Sand nach Sedimentationsanalyse) pH, P, K, Mg (VDLUFA-Methode) P, K, Ca, Mg, Na, S, B, Humus (EUF-Methode) |
| Versuchszeitraum | 08/2020 – 12/2020 (Datum letzte Probe) |
*Eine Beschreibung verschiedener Versuchstypen und einiger Grundbegriffe der Versuchsanstellung finden Sie hier (pdf-Datei, 0,4 MB).
5. Der Versuch in Bildern
Das Geophilus Messsystem im Einsatz auf einem Regiobetrieb. Foto: Charlotte Kling, HNEE
Das Geophilus Messsystem ermittelt den scheinbaren elektrischen Widerstand sowie die Gammastrahlung des Bodens. Anhand von Referenzproben, die auf Ton, Schluff und Sand analysiert werden, können aus den Sensordaten hochaufgelöste Bodentexturkarten berechnet werden. Foto: Charlotte Kling, HNEE
6. Versuchsauswertung
6.1 Fragstellung 1 – Beobachtung
Wie variieren Bodentextur, organischer Kohlenstoff, pH-Wert und Grundnährstoffe innerhalb eines Schlages?
Innerhalb eines Schlages gibt es eine unterschiedlich große Streuung von relevanten Bodenparametern. Zur Kalibrierung der Geophilus-Sensorbefahrung wurden 10 Referenzproben je Schlag vor allem in Extrembereichen der Messsignale (Gamma-Strahlung, Elektrische Leitfähigkeit und der Quotient aus beiden als Feuchteindex (SWI)) genommen. Dies sind die besonders sandigen und trockenen Bereiche mit geringer Kationenaustauschkapazität sowie die besonders tonigen und nassen Bereiche des Schlages mit hoher Kationenaustauschkapazität. Auch wenn die Variabilität der Nährstoffe innerhalb des Schlages nicht ausschließlich auf die Bodentextur zurückzuführen ist, wird dadurch eine hohe Spannweite der Boden-Nährstoffgehalte innerhalb des Schlages abgebildet. Nach Kolbe (2013) ist das standortspezifische Humuspotenzial vom Feinanteil des Bodens und vom Niederschlag abhängig. Darüber hinaus werden die einwertigen Kalium-Kationen insbesondere in Tonmineralen gespeichert. So wird beispielsweise nach der EUF-Analyse die Bodengruppe vom Kaliumgehalt in 2 Fraktionen abgeleitet.
In Abbildung 1 bis 6 ist die Variabilität des Boden-Ton-Gehaltes, des organischen Kohlenstoffs, des pH-Wertes und der Bodengehalte an Phosphor, Kalium und Magnesium (VDLUFA-Methode) abgebildet. Die Spannweite der Wertebereiche ist über den Boxplots aufgeführt. Es zeigt sich, dass die Variabilität der Bodenparameter nicht von der Schlaggröße abhängt, da auch der größte Schlag (106) mit 42 ha eine eher geringe Streuung aller Bodenparameter zeigt. Die größte Streuung innerhalb des Schlages hat beim Boden-Ton-Gehalt Schlag 102 (21 ha), beim organischen Kohlenstoff Schlag 103 (6,5 ha), beim pH-Wert Schlag 108 (22 ha) und 101 (35 ha). Phosphor zeigt auf Schlag 102 (21 ha) die größte Variabilität, Kalium auf Schlag 107_2 (11 ha) und Magnesium auf Schlag 104 (20 ha). Zusammenhänge zwischen Ton-Gehalt, organischem Kohlenstoff und Kaliumgehalt waren aufgrund des geringen Stichprobenumfangs nicht deutlich nachzuweisen (nicht dargestellt).
6.2 Fragestellung 2 - Beobachtung
Wird die Variabilität der Bodentextur durch die Bodenschätzung abgebildet?
Die Korngrößenzusammensetzung der mineralischen Bodensubstanz wird Bodentextur genannt und nach Ton (< 2 µm), Schluff (2-63 µm) und Sand (63-2000 µm) unterteilt. Sie gehört zu den sich am langsamsten verändernden Bodeneigenschaften. Die Ton-, Schluff- und Sandfraktionen können im Labor mittels Sieb- und Schlämmanalyse (DIN ISO 11277) bestimmt werden. Die gängigere Methode ist die Einschätzung der Bodenart mittels Fingerprobe (DIN 19682-2), die jedoch subjektiv sehr beeinflusst sein kann. In Deutschland werden vorrangig die VDLUFA-Klassifizierung nach 5 Bodenartengruppen und die Klassifizierung nach 31 Bodenartengruppen (DIN 4220, siehe auch Bodenkundliche Kartieranleitung KA5) verwendet. Die Zuordnung zwischen beiden Klassifizierungssystemen ist in Wulfen et al. (2008) aufgeführt.
Für ganz Deutschland sind Bodenschätzungskarten beispielweise über das Geoportal kostenfrei verfügbar (https://www.geoportal.de/Themen/Land-_und_Forstwirtschaft.html). Die Bodenschätzung diente zur steuerlichen Einstufung der landwirtschaftlichen Nutzflächen. Dazu wurden Fingerproben im 50 x 50 m Raster (entspricht 25 Proben/ha) auf allen Flächen durchgeführt, nach denen ein Klassenzeichen für die Bodenart, Zustandsstufe und Entstehung sowie eine Ackerzahl zur Beschreibung des Ertragspotenzials vergeben wurde. Das Fingerprobenraster wurde mit unregelmäßig verteilten 1 m tiefen Grablochbeschrieben zur Erfassung der Unterbodenbeschaffenheit ergänzt. Die Bodenschätzung wurde in den 1930er Jahren begonnen, nach dem Zweiten Weltkrieg fortgesetzt und in den 1980er Jahren weitgehend abgeschlossen. Bei der Nutzung ist zu beachten, dass diese zum einen auf der Fingerprobe beruht und somit von der subjektiven Beurteilung des Bodenschätzers abhängt und zum anderen administrative Grenzen setzt und entsprechend nicht die naturräumlichen Unterschiede einbezieht.
Die Bodenartengruppen (oder Bodengruppen) werden im VDLUFA Algorithmus als Grundlage zur Einstufung des Versorgungszustandes mit CaO, Kalium und Magnesium genutzt. Wird der Schlag einheitlich bewirtschaftet, wird eine Bodengruppe gewählt und in Kauf genommen, dass somit Teilbereiche des Schlages mit anderer Bodengruppe über- oder unterversorgt werden. Beispielsweise ergibt Bodengruppe 1 mit einem pH-Wert von 5,5 und <4% Humus einen Calciumbedarf von 6 dt CaO/ha. In Bodengruppe 2 bei gleichbleibenden Parametern ist der Bedarf bereits um ein Vielfaches höher bei 16 dt CaO/ha. Bei Schlägen mit besonders hoher Variabilität der Bodentextur können damit Pflanzen und Boden durch einheitliche Düngung nicht bedarfsgerecht versorgt werden. Kling (2021) stellt in einem Video die Auswirkungen unterschiedlicher Bodengruppeneinteilungen an einem Praxisbeispiel dar (https://youtu.be/1Eph6DPMKuc?feature=shared).
Für alle mit der Geophilus-Sensorplattform befahrenen Schläge wurden Texturkarten erstellt und mit der Bodenschätzungskarte verglichen. Näherungsweise werden die Bodenartengruppen von der Bodenschätzung erfasst. Jedoch gibt es auf jedem Schlag zumindest kleinräumige Abweichungen bis zu starken Fehleinschätzungen beispielsweise auf Schlag 103, 104, 105, 106 und 107. Auf allen Schlägen wurden mit der Geophilus-Sensorplattform zwei bis drei unterschiedliche Bodengruppen mit zum Teil wechselnden Bodenverhältnissen erfasst. Teilflächen würden nach den Daten der Geophilus-Sensorplattform anders gewählt werden als nach der Bodenschätzung.
Vergleich der VDLUFA Bodengruppen nach Geophilus-Befahrung (Sieb- und Schlämmanalyse) und nach Bodenschätzung (Fingerprobe) auf den 10 untersuchten Praxisschlägen.
Die detaillierten Ergebnisse der einzelnen Schläge der zehn beteiligten Betriebe sind unter folgenden Links einzusehen:
6.3 Fragestellung 3 – Beobachtung
Welche betriebsindividuellen Managementmaßnahmen lassen sich mithilfe einer hochaufgelösten Bodentexturkarte ableiten?
Die Anwendung der hochaufgelösten Bodentexturkarten im Betrieb ist stark vom Interesse des Betriebsleitenden abhängig, da je nach Anwendung unterschiedliche Soft- und Hardware nötig ist. Die Erstellung von Dünger-Applikationskarten kann jedoch auch von beratenden Dienstleistern übernommen werden und viele Lohnunternehmer haben die Technik zur teilflächenspezifischen Ausbringung zur Verfügung. Anwendung findet dies im Ökolandbau vor allem in der Ausbringung von Kalk, Rohphosphat, aber auch von Mehrnährstoffdüngern wie Kieserit und Patentkali. Zur Berechnung der Düngemenge ist der Hauptnährstoff als Grundlage zu wählen.
Wichtig ist, bereits die Grunduntersuchung (pH, P, K, Mg) nach textursensorbasierten Karten vorzunehmen. Zur Einteilung des Schlages in Teilflächen sollten zusätzlich Relativertragskarten aus Mähdruschdaten oder Biomassekarten aus Satellitenbildern hinzugezogen werden.
Weiterhin können beispielsweise aus dem Tongehalt Karten für eine an den Boden angepassten Grundbodenbearbeitung sowie teilflächenspezifische Aussaat (Schardruck) abgeleitet werden.
Da der Geophilus-Bodensensor die elektrische Leitfähigkeit bis in eine Tiefe von 150 cm erfasst, können Rückschlüsse auf Drainagen und Lehmadern geschlossen werden. Die Information über höhere Tongehalte im Unterboden kann insbesondere vor einer Anlage von Agroforstsystemen bedeutend sein.
Auf Betrieb 1 wurde die Texturkarte zudem genutzt, um einen Versuch zur Luzerneetablierung über einen Bodengradienten anzulegen.
7. Fazit und Ausblick
Eine genaue Kenntnis der pflanzenbaulich bedeutenden Bodenparameter ist kostbar, kann das Wissen des Betriebsleitenden um seine Flächen ergänzen und das Management vereinfachen. Insbesondere hochaufgelöste Karten der Bodentextur können sich für den Betrieb lohnen, da sich diese Größe mit am langsamsten verändert und die Bodentextur den Bodenwasser- und Lufthaushalt sowie die Nährstoffverfügbarkeit maßgeblich beeinflusst. Um den Nährstoffzustand eines Schlages im Rahmen der Grundbodenuntersuchung hinreichend zu erfassen, ist es wichtig, Teilflächen textur- und ertragsbasiert abzugrenzen und Mischproben innerhalb dieser Flächen zu nehmen. Die Schwankungsbereiche der Nährstoffe (hier P, K, Mg) können sich innerhalb eines Schlages stark unterscheiden. Die Variabilität der Bodenparameter ist dabei nicht von der Schlaggröße, sondern vielmehr der geogenen Entstehung des Bodens abhängig.
8. Weitere Infos
- Präzise Kalkung in Brandenburg (pH-BB): Praxisblätter und Abschlussbericht unter https://eip-agri.brandenburg.de/eip-agri/de/projekte/ph-bb-beendet/# Weitere Informationen unter http://ph-bb.com/
- Kling C., Bönecke E., Schröter I., Vogel S., Philipp G., Lück K., Scheibe D., Zieger K., Gebbers R., Kramer E., und Rühlmann J. (2021) Bedarfsgerechte Kalkversorgung durch Teilflächeneinteilung unter heterogenen Bodenbedingungen. Gewinnerin Posterwettbewerb KTBL Online Tagung Boden gut machen – neue Ackerbausysteme, 16./17.03.2021 https://youtu.be/1Eph6DPMKuc?feature=shared
- Kolbe, H. (2013) Standortangepasste Humusbilanzierung im ökologischen Landbau. Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (Hrsg.): Dresden.
- Von Wulffen, U., Roschke, M., und Kape, H. E. (2008). Richtwerte für die Untersuchung und Beratung sowie zur fachlichen Umsetzung der Düngeverordnung (DüV). Gemeinsame Hinweise der Länder Brandenburg, Mecklenburg-Vorpommern und Sachsen-Anhalt. Landesamt für Verbraucherschutz, Frankfurt/Oder.
- www.geoportal.de/Themen/Land-_und_Forstwirtschaft.html
- www.geophilus.de
Kontakt Regioberaterin
Charlotte Kling
Tel.+49 3334 657-239
ckling(at)hnee.de
