Der Boden: Ein noch unbekannter Schatz

Die Erhaltung der Ressource Boden ist für uns alternativlos

11.01.2016 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Der Boden ist eine wichtige Ressource. Er ist die Heimat vieler Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen und eine Lebensgrundlage für uns Menschen. (Bildquelle: © iStock.com/KatarinaGondova)
Der Boden ist eine wichtige Ressource. Er ist die Heimat vieler Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen und eine Lebensgrundlage für uns Menschen. (Bildquelle: © iStock.com/KatarinaGondova)

Der Boden ist eine der wichtigsten Lebensgrundlagen. Er ist eine Grundvoraussetzung für das Leben auf der Erde wie wir es kennen. Bodenverfügbarkeit und die Qualität der Böden müssen nachhaltig erhalten werden. Aufgrund dieser Wichtigkeit des Bodens widmet sich Pflanzenforschung.de der Ressource Boden in diesem Hintergrundbeitrag.

Die alte indianische Weisheit „Wir haben die Erde nicht von unseren Vorfahren geerbt, wir haben sie von unseren Nachkommen geliehen“ beschreibt das Konzept der Nachhaltigkeit. Alle natürlichen Ressourcen sind begrenzt und nur wenn wir vernünftig damit umgehen, kann eine Zukunft für uns und die Erde gewährleistet werden.

Unsere Kinder sollen die Erde im selben Zustand entgegennehmen, wie wir sie uns „geliehen“ haben. Im Idealfall in einem besseren Zustand. Doch mit der Herausbildung von Hochkulturen kam es zu gravierenden Veränderungen, mit denen wir den beschriebenen Idealpfad bereits verlassen haben. Um dies zu verstehen, müssen wir nicht ans Mittelmeer oder die Regenwaldgebiete blicken. Nehmen wir das Landschaftsbild von Deutschland als Beispiel - es ist kein Naturbild, sondern das einer menschengemachten Kulturlandschaft.

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Die Bodenqualität ist entscheidend für den Ertrag, den wir mit landwirtschaftlichen Methoden gewinnen können.

Die Bodenqualität ist entscheidend für den Ertrag, den wir mit landwirtschaftlichen Methoden gewinnen können.

Bildquelle: © Rainer Sturm / pixelio.de

Eine der wichtigsten Ressource ist der Boden. Er bietet eine Ansiedlungsfläche für Pflanzen und Tiere und ist Lebensraum für Destruenten. Er ist reich an Mineralstoffen, die für das Leben notwendig sind. In und auf bzw. im Boden werden organischen Verbindungen gebildet und wieder abgebaut. Tiere und Menschen hängen als Konsumenten von den im Boden ablaufenden Prozessen ab.

Dass der Boden eine sensible Ressource ist und sogar verbraucht werden kann, ist nicht sofort offensichtlich. Denn dies geschieht meist indirekt, zum Beispiel wenn die Fruchtbarkeit des Bodens sinkt oder wenn landwirtschaftlich nutzbare Flächen durch Beton, Asphalt oder Windräder versiegelt werden. Durch Erosion kann Boden sogar regelrecht verschwinden. All dies vermindert das Ertragspotenzial und führt zu Einbußen bei den Erträgen.

Die Bodenverfügbarkeit, Bodenqualität und Bodenertragsfähigkeit müssen gewährleistet werden, denn sie sind Faktoren die für eine nachhaltige Landwirtschaft ausschlaggebend sind. Was so einfach klingt, ist es nicht. Nicht zuletzt wegen der Komplexität des Bodens.

Boden als ökologischer Aspekt

Wenn wir vom Boden sprechen, worüber sprechen wir dann? Sprechen wird von der locker auf der Erde aufliegenden Schicht oder sprechen wir von all dem, was über dem festen Erdmantel liegt? Mit dem Wort Boden wird in der Regel die Ackerkrume bezeichnet. Dies sind die ersten 10 bis 30 cm der Bodenoberfläche. In dieser befindet sich die Humusschicht. Eine Schicht die reich an organischer Substanz, Nährstoffen und Bodenleben ist. Es ist die Schicht, die das Pflanzenwachstum überhaupt erst ermöglicht, auch wenn diese später mit Ihren Wurzeln in deutlich tiefere Bereiche vorstoßen können. Die Ackerkrume ist die fruchtbare Schicht des Bodens. Doch auch darunter bleibt es spannend. Der Unterboden speichert große Mengen an Wasser und Mineralien und ist für die Stabilität des Bodens maßgeblich.

Der Boden ist ein zentraler Schauplatz von Stoffkreisläufen. Er speichert die doppelte Menge an Kohlenstoff im Vergleich zu dem in der Atmosphäre größtenteils als Kohlendioxid und Methan vorliegenden Kohlenstoff. Durch die Einbindung in Stoffkreisläufe, stellt der Boden eine erneuerbare Ressource dar. Denn Humus wird durch biologische Prozesse neu gebildet. Diese Bodenneubildung geschieht sehr langsam. Mit geschätzten 5-20 cm pro 1.000 Jahren, sind es fast schon geologische Zeiträume in denen sich Boden neu bildet. Umso erschreckender ist, dass die Bodenerosion durch Wasser oder Wind in einigen Regionen um mehr als das Zehnfache schneller abläuft. Mit anderen Worten, was durchschnittlich in einem Jahr abgetragen bzw. verlagert wird bedarf 10 Jahre zur Neubildung.

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Die Zusammensetzung des Bodens bestimmt seine Biodiversität und Nährstoffverfügbarkeit – und nicht zuletzt seine Fruchtbarkeit. Um den Boden genauer zu analysieren beginnt man gewöhnlich mit der Entnahme einer Bodenprobe. Eine Bodenprobe kann man beispielsweise mit einem Bohrstab entnehmen.

Die Zusammensetzung des Bodens bestimmt seine Biodiversität und Nährstoffverfügbarkeit – und nicht zuletzt seine Fruchtbarkeit. Um den Boden genauer zu analysieren beginnt man gewöhnlich mit der Entnahme einer Bodenprobe. Eine Bodenprobe kann man beispielsweise mit einem Bohrstab entnehmen.

Bildquelle: © iStock.com/BartCo

Neuere Studien machen deutlich, dass eine intensive Nutzung des Bodens die Biodiversität und dessen Qualität vermindern. Ganz aktuell wurde der Zusammenhang zwischen der Bodenbiodiversität und der menschlichen Gesundheit beschrieben. Reduziert sich die Biodiversität treten auch weniger Krankheitserreger auf. Gleichzeitig aber auch das Auftreten von „guten“ und unbedenklichen Mikroorganismen. Dadurch ist der Effekt der verbleibenden Pathogene größer. Als ein Beispiel wurde in dieser Studie das Auftreten von Wurmerkrankungen untersucht. Die Wahrscheinlichkeit, an einer Wurminfektion zu erkranken ist höher, wenn der Kohlenstoffgehalt im Boden (engl.: soil organic matter, SOM) und damit auch die Gesamtheit aller Lebewesen im Boden niedriger ist.

Auch Bodenqualität und Armut stehen in einem engen Zusammenhang. Landwirte, die über nährstoffarme Böden verfügen, geraten häufiger in eine finanzielle Notlage, da die Erträge deutlich geringer sind. Eine mangelhafte Ernährung gefährdet wiederum die Gesundheit und die Fähigkeit zum Beackern der Flächen. Weiterhin nutzen diese Landwirte aus Mangel an finanziellen Ressourcen die Ernterückstände als Brenn- und Heizmaterial. Diese werden dem Boden entzogen, wo diese zur Humusbildung und damit zur Steigerung der Bodenfruchtbarkeit beitragen würden. Es entwickelt sich ein Teufelskreis, der langfristige Investitionen und Maßnahmen zur Modernisierung unmöglich machen.

Boden als ökonomischer Faktor

Ökonomisch betrachtet ist der Boden ein Wirtschaftsfaktor. In Deutschland standen 2014 18,5 Millionen Hektar (Mio. ha) von insgesamt 35,7 Mio. ha der Landwirtschaft zur Verfügung. Dies sind knapp 52 Prozent. Der Rest sind Wald- (10,9 Mio. ha) sowie Siedlungs- und Verkehrsflächen (4,9 Mio. ha). Die Tendenz der letzten zehn Jahre zeigte eine kontinuierliche Abnahme der Landwirtschaftsflächen und eine Zunahme von Siedlungs- und Verkehrsflächen (s. Grafik). Diese wachsen täglich um 69 ha, was einer Größe von 69 Fußballfeldern entspricht. Die Siedlungsfläche ist allerdings nicht mit der versiegelten Fläche gleichzusetzen. Zu ihr gehören auch Erholungsflächen wie Grünanlagen.

Deutschland zählt zirka 285.000 landwirtschaftliche Betriebe, die meisten davon sind bäuerliche Einzelunternehmen. Ungefähr 60 Prozent der landwirtschaftlich genutzten Flächen sind gemietet. Die durchschnittliche Pachtentgelte lagen 2013 bei 243 Euro pro Hektar. Unterschiede je nach Landnutzung und Bundesland sind vorhanden. So liegen die Preise pro gepachteten Hektar für Ackerland bei 277 Euro und für Dauergrünland bei 153 Euro. In den alten Bundesgebieten sind durchschnittliche Entgelte in der Höhe von 294 Euro/ha und in den neuen Bundesländern von 169 Euro/ha zu bezahlen. Bundesweit einheitlich ist die Tendenz der Pachtpreise. Diese steigen bundesweit weiter.

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Ein Überblick des in Deutschland verfügbaren Bodens. Links: Entwicklung der Siedlungs- und Verkehrs-, Wald- sowie landwirtschaftlich genutzten Fläche zwischen 2004 und 2014 in Prozent. (Gesamtfläche ca. 35,74 Millionen Hektar). Rechts: Bodenfläche nach ausgewählten Nutzungsarten in Millionen Hektar in 2014. (Quelle: Statistisches Bundesamt Deutschland)

Bildquelle: © Pflanzenforschung.de, eigene Darstellung

Der Hauptteil der genutzten Fläche ist Ackerland. Circa ein Drittel wird als Dauergrünland für die Tierhaltung genutzt. Aber auch das Ackerland wird größtenteils für den Anbau von Getreiden für die Fütterung der Tiere genutzt. Betrachtet man die Erträge auf den Ackerflächen über die letzten zwanzig Jahre weltweit, zeigt sich, dass diese nach einer Phase des Anstiegs - ausgelöst durch die Grüne Revolution - stagnieren. Bei wichtigen Kulturarten wie z. B. Weizen, ist diese Stagnation auch in Deutschland trotz der intensiven Landwirtschaft zu verzeichnen.

Der Boden ist eine „Black Box“

In den Boden lässt sich nur schwer hineinschauen. Gleichzeitig besitzt der Boden eine extreme Komplexität, in die rein naturwissenschaftlich gesehen biologische und ökologische, chemische und physikalische Mechanismen gleichermaßen hineinspielen. Viele Zusammenhänge sind bis heute noch unbekannt.

In einem einzelnen Gramm Boden leben mehrere Milliarden Lebewesen zusammen – insbesondere in der Ackerkrume –, darunter vor allem Mikroorganismen aber auch Insekten und Würmer. Aufgrund dieser Artenvielfalt ist es kaum möglich, die Wechselwirkungen der Lebewesen im Boden in ihrer Ganzheit zu verstehen. Die Mehrheit der Bodenmikroorganismen ist dazu noch unentdeckt. Diese müssten im Labor kultiviert werden, um beschrieben zu werden. Aber nur sehr wenige Mikroorganismen lassen sich im Labor kultivieren.

Auch die chemische Zusammensetzung des Bodens ist noch unklar. Im Moment werden diese durch Oberbegriffe wie Huminsäuren charakterisiert. Diese sind in Humus reichlich vorhanden und haben eine komplexe organische Struktur. Viele dieser Huminsäuren sind noch dazu miteinander verlinkt, was eine chemische Analyse erschwert. Die Bodenmatrix ist inhomogen, sie variiert nach Tiefe oder geographischer Lage. Dazu kommen externe Einflüsse wie Temperatur oder Feuchtigkeit. Auch diese sind nicht konstant und beeinflussen ihrerseits die Biologie, Chemie und Physik des Bodens.

Durch die Bodenkunde sind charakteristische Bodentypen und -arten beschrieben und auch die Qualität des Bodens kann anhand von Indikatoren geschätzt werden. Wichtige Indikatoren sind Humusgehalt, pH-Wert oder Kationen-Austausch-Kapazität. Mit Inputs wie Wasser, Sonnenlicht oder Dünger kann der erwünschte Output – Pflanzenwachstum und Erträge – beeinflusst werden. Auch der Einfluss einzelner Faktoren lässt sich genauer untersuchen. Doch noch fällt es schwer ein Gesamtbild zu erstellen, wie das Produktionsmittel Boden in seiner Ganzheit auf das Pflanzenwachstum wirkt und Prozesse verbessert werden können. Es sind vor allem deskriptive Erkenntnisse, die wenig Auskunft geben, wie der Boden nachhaltig erhalten werden kann.

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Die Fördermaßnahme

Die Fördermaßnahme "Boden als nachhaltige Ressource für die Bioökonomie" (kurz: BonaRes) des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) hat das Ziel, dazu beizutragen unser Wissen über Böden zu erweitern und praktisch nutzbar zu machen. Insgesamt werden zehn interdisziplinäre Projektverbünde und das BonaRes – Zentrum für Bodenforschung gefördert.

Bildquelle: © iStock.com/ThomasVogel

Licht in die Black Box werfen

Zum Internationalen Jahr des Bodens startete am 1. Oktober 2015 die vom BMBF geförderte Forschungsinitiative BonaRes – Boden als nachhaltige Ressource für die Bioökonomie. Die Initiative hat das Ziel, das Produktionsmittel Boden besser zu verstehen. In den nächsten Jahren werden bodenbezogene Daten erhoben sowie Modelle und Werkzeuge zum Thema nachhaltiges Bodenmanagement entwickelt.

Es werden zum Beispiel Alternativen zur übermäßigen Düngung werden durch das INPLAMINT-Projekt des Forschungszentrums Jülich entwickelt. Die Forscher wollen die komplexen Wechselwirkungen zwischen Pflanzen, Mikroorganismen und Boden besser verstehen, um die Nährstoffzufuhr im Boden optimal anpassen zu können.

Das von der Universität Bonn koordinierte SOIL3-Vorhaben hat das Ziel, Licht in tiefere Bodenschichten zu bringen. Der Unterboden ist trotz seiner Bedeutung für die Qualität des Bodens noch weniger erforscht als die Ackerkrume.

Das CATCHY-Projekt der Universität Bremen will die Bodenfruchtbarkeit mithilfe von agronomischen Maßnahmen wie dem Anbau von Zwischenfrüchten verbessern. Zwischenfrüchte dienen dem Bodenschutz gegen Erosion und eigenen sich zur Gründüngung. Obwohl dies seit langem bekannt und früher Praxis war, werden solche Maßnahmen heute weitgehend vernachlässigt. Die größte Herausforderung ist es, den Boden als ganzheitliches System zu verstehen und endlich Licht in die Black Box zu bringen.

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