Wirkung mechanischer Belastung auf Gefüge und Ertragsleistung einer Löss-Parabraunerde mit zwei Bearbeitungssystemen

Abstract

Das Bundes-Bodenschutzgesetz von 1999 verpflichtet Landwirte zur Vorsorge. Doch immer schwerere Maschinen gefährden Produktivität und Umweltleistung unserer Ackerböden. Auf Löss-Parabraunerde wurden Auswirkungen hoher Lasten auf Bodeneigenschaften und Ertragsleistung untersucht und eine zeitabhängige Regeneration der Bodenmerkmale überprüft. Verglichen wurden zwei Bearbeitungssysteme: Lockerbodenwirtschaft (LBW) mit jährlicher Pflugfurche (25 cm) und Festbodenmulchwirtschaft (FMW) mit flacher (5—8 cm) Eingriffstiefe (Kreiselegge). Böden mit FMW gelten als stabiler und regenerationsfähiger. Belastet wurde feuchter Boden im Frühjahr 1995 in den Stufen 2 × 2,5 t (Zahl der Radeinwirkungen mal Radlast; = geringe Belastung), 2 × 5 t (= mittel) und 6 × 5 t (= hoch). Die Kontrolle blieb unbelastet. Im ersten Jahr sank bei LBW der Sommergerstenkornertrag bereits durch geringe Belastung signifikant um rund 50%, bei FMW erst durch hohe Belastung. Die Nachwirkungen bei Winterweizen und Wintergerste waren viel geringer. Lasteintrag minderte bei LBW die Gesamtwurzellänge (von 4 auf 1 km m−2) und bis ins dritte Jahr die maximale Durchwurzelungstiefe (von 70—90 auf 40—70 cm). Bei FMW war bei hohem Lasteintrag nur die Wurzellänge betroffen. Bei LBW hemmte eine Krumenbasisverdichtung (30—35 cm) die Unterbodendurchwurzelung. Bei FMW wurde die Tiefendurchwurzelung durch Regenwurmröhren gefördert. Hohe Belastung verdichtete das Bodengefüge mindestens bis in 50 cm Tiefe. An der Krumenbasis von LBW wurde ein Durchdringungswiderstand von 5 MPa und eine Lagerungsdichte von 1,65 g cm−3 erreicht. Bei FMW lag die Zone maximaler Verdichtung flacher (15—25 cm). Bei LBW wurden gesättigte Wasserleitfähigkeit (kf) und O2-Diffusionskoeffizient mit steigender Belastung gesenkt, bei FMW nur bei hoher Belastung. In den Folgejahren wurde das verdichtete Gefüge im Bearbeitungshorizont aufgebrochen. Eine endogene Gefügeregeneration an der Krumenbasis und im Unterboden war bei LBW nicht nachzuweisen. Bei FMW wurde sie durch Wiederanstieg von kf und O2-Diffusion angezeigt. Ursache hierfür waren neugebildete Wurzel- und Regenwurmgänge, dargestellt durch Computer-Tomographie. Wir folgern, dass bei Schluffböden unter Pflugwirtschaft Verdichtungszonen im Unterboden wenig regenerationsfähig sind. Böden mit Mulchwirtschaft sind stressverträglicher, dennoch nicht „extrem“ belastbar. Deshalb ist die Empfehlung von FMW als Vorsorge gegen Verdichtung beim gegenwärtigen Trend zu Schwerlast-Maschinen allein nicht ausreichend. Effect of mechanical stress on structure and productivity of a loess-derived Luvisol with conventional and conservation tillage In Germany farmers are committed to caring for the land by a soil protection law. Yet vehicles with ever increasing axle load endanger productivity and environmental quality of arable soils. In spring of 1995 a field experiment was startet on a wet silty Luvisol to test the effect of single mechanical loading on soil and crop characteristics, when managed by mouldboard ploughing (PL) or conservation tillage (CT). CT soils are considered to be more resistant against compactive stresses and to recover from degeneration more rapidly than PL soils. Beside an unwheeled control the loading treatments were light (2 × 2.5 t; number of wheel passes times wheel load); medium (2 × 5 t) and high (6 × 5 t). In 1995 even light loading of the PL soil caused a significant yield decline by 50% in spring barley, but this happened on CT soil only with high loading. In subsequent years with winter wheat and winter barley yield decline was less distinct. Loading of PL soil reduced total root length (from 4 to 1 km m−2) and rooting depth (from 70—90 to 40—70 cm), but on CT soil only root length was diminished by high loading. A tillage-traffic pan (30—35 cm) hindered subsoil rooting in PL, which was favored in CT by earthworm channels. High loading caused compaction to at least 50 cm depth. Within the pan of the PL soil, penetration resistance attained 5 MPa and bulk density 1.65 g cm−3. In the CT soil the zone of maximum compaction was closer to the surface (15—25 cm). In PL soil the saturated hydraulic conductivity and the O2-diffusion coefficient gradually decreased with loading, but in CT soil only with heavy loading. The compacted top soil was broken in subsequent years by ploughing (PL: 25 cm) or rotary implements (CT: 5—8 cm). With PL, structure in the pan layer and subsoil did not recover, and rooting depth was still limited. Some restoration, however, was indicated with CT. Here transmitting properties increased in time, which was attributed to the reconstruction of root and earthworm channels, as demonstrated by computer tomography. We conclude that in silty soils compacted layers below ploughing depth will hardly be regenerated by internal processes. CT soils are less susceptible to loading, but high stresses are harmful too. Therefore recommending CT as a measure for protecting soil from compaction would not be enough, considering the present development towards heavy field machinery.