Bestimmung der Veränderungen des Humusgehalts und deren Ursachen auf Ackerböden Deutschlands

Abstract

Vor dem Hintergrund möglicher flächenhafter Einflüsse auf die Gehalte der organischen Substanz im Boden durch Änderungen in der Flächenbewirtschaftung und des Klimas wurde im Auftrag des Umweltbundesamtes (UBA) das vorliegende F+E-Vorhaben bearbeitet.Dabei wurden bundesweite Daten aus Boden-Dauerbeobachtungsflächen (BDF), von Dauerfeldversuchen (DFV) und Klimadaten des Deutschen Wetterdienstes zusammengeführt und hinsichtlich des Einflusses von Standorteigenschaften, Flächenbewirtschaftung sowie des möglichen Klimawandels auf die Humusveränderung in Ackerböden ausgewertet. Im Ergebnis erfolgte die Erarbeitung von Vorschlägen zur Festlegung eines Mindestparameterumfangs für länderübergreifende Auswertungen der BDF-Daten sowie zur Qualitätsverbesserung für den Datenaustausch. Darüber hinaus wurden Vorschläge für die Konkretisierung der "guten fachlichen Praxis" (gfP) für den Bodenschutzvollzug und deren Anwendung in der Landwirtschaft entwickelt.Die Datenlage sowohl bezüglich der Zahl der BDF, der Länge der Messreihen als auch der Messhäufigkeit ist im Vergleich der zehn datenliefernden Bundesländer relativ heterogen. Hier kommen insbesondere Unter-schiede in der Anlage der Messprogramme an den BDF in den verschiedenen Bundesländern zum Ausdruck. Es sollte daher eine Vereinbarung der BDF-Betreiber zur Erhebung eines bundesweit einheitlichen Mindestdatensatzes für standardisierte BDF-Auswertungen auf Grundlage des vorliegenden Berichts erarbeitet werden.Die Auswertung von 171 geeigneten BDF ergab an insgesamt 39 Acker-BDF signifikante TOC-Veränderungen. Mit Hilfe von Support Vector Machines wurde festgestellt, dass der Tonanteil, der Jahresniederschlag und die Jahresmitteltemperatur die größten Anteile an Varianz der gemessenen TOC-Gehalte erklären. Generell steigen die TOC-Gehalte mit zunehmender Höhe der Jahresniederschläge sowie mit steigendem Tongehalt an.Im F+E-Vorhaben wurden drei methodische Ansätze auf Basis des vorliegenden Datenbestandes erarbeitet, um Spannweiten von TOC-Gehalten abzuleiten, die in Ackerböden erwartet werden können. Die Spannweiten, klassiert nach Bodenarten und Höhen über NN, tragen den Charakter einer Übersicht über typische TOC-Gehalte von Ackerböden in Deutschland. Diese Werte können auf ähnlichen Standorten erwartet werden und wären damit ein erster Ansatz für den Vollzug des vorsorgenden Bodenschutzes in der landwirtschaftlichen Bodennutzung durch die Anwendung der guten fachlichen Praxis bezüglich des Erhalts eines standorttypischen Humusgehalts. Die Methode der TOC-Erwartungsspannen muss jedoch weiterentwickelt werden, um die standortspezifischen Steuergrößen besser berücksichtigen zu können.Die Ergebnisse aus den Auswertungen der BDF und DFV zeigten, dass signifikante TOC-Veränderungen durch das TOC-Ausgangsniveau der Flächen gesteuert wurden. Der Einfluss längerfristiger Klimaänderungen auf die TOC-Entwicklung kann nicht ausgeschlossen werden. Zur Erleichterung des Datenaustauschs und von Auswertungen wären Datenstrukturen innerhalb der BDF sowie von BDF und DFV zu vereinheitlichen. Der Betrieb von BDF und DFV ist langfristig sicherzustellen, da die Kombination dieser erhobenen Daten optimal geeignet ist, um belastbare Informationen zum Status der Humusgehalte der Ackerböden Deutschlands zu gewinnen und langfristige Aussagen zur Entwicklung der Humusgehalte abzuleiten.<BR>Quelle:Forschungsbericht

In the light of possible wide-ranging impacts on the content of organic matter in the soil as a result of changes in cultivation practices and the climate, the present R&D project has been carried out on behalf of the Federal Environment Agency (UBA). Existing analytical and cultivation data sets from long-term soil trial areas (BDF) and climate data from the German Meteorological Service (DWD) as well as results from long-term agricultural field trials (DFV) where brought together for the purpose of comparing changes in TOC contents. Proposals in order to enhance the quality of the long-term soil observation programme by appropriate data exchange and the definition of parameters have been developed. Finally, on the basis of existing and new findings, proposals are formulated for stating "good professional practiceŁ (GPP) for implementing soil conservation and for agriculture in more concreteterms. The data collected in the Federal States is relatively heterogeneous not only in terms of the number of BDF areas and the length of the measurement series but also in terms of the frequency of measurement. Therefore data structures within the BDF areas and between and BDF and DFV should bestandardised to facilitate data exchange and evaluations. This also includes establishing uniform national statistical methods for evaluating BDF data, as have for example been applied in the present project. Evaluation of the TOC measurements in the total of 171 BDF areas with at least four measurements revealed a significant decrease at 22 sites while an increase in TOC content was recorded in 17 arable BDF areas over the period of measurement. Using the Support Vector Machine (SVM) method, multivariate nonlinear regressions werecalculated in order to investigate the determinants (predictors) and the nature of the interrelation-ships for both the level of and changes in TOC content. Clay content, annual precipitation and annual mean temperature account for the largest proportions of the explained variance in measured TOC contents. In general, TOC contents rise with an increasing level of annual precipitation andwith a rising clay content. Three methodological approaches based on the available data set were developed in this R&D project for deriving upper and lower limits for TOC contents which may be expected in arable soils. Such expectation ranges could additionally be used in order to forecast trends in TOC contents over time. The expectation rang-es suggested here, which were derived from the proposed approaches, are a tool for describing the TOC con-tent of the BDF areas. The method for determining a TOC expectation range is considered to be a highly promising tool for implementing GPP and must therefore be developed further. In order to be able to categorise TOC trends in the BDF areas, some of the available results were compared with data from long-term field trials (DFV). The identified TOC changes are controlled by the initial TOC level of the areas, which may possibly tend towards a typical site-specific value. The observed significant TOC increases and decreases could not be associated with any climatic influence. It is nevertheless not possible to rule out that longer term climate changes may have an impact on TOC trends. Long-term operation of BDF and DFV programmes must be ensured since this combination of collected data is ideally suited to obtaining robust information about the status of humus content in Germany's arable soils and to enabling long-term statements regarding trends humus contents. Policy and other decision makers must be made aware of the necessity not only of developing and implementing ongoing harmonised, long-term funding and operator programmes for the development of data collection on the BDF areas in combination with the DFV trials, but also of securing the future of these programmes.<BR>Quelle:Forschungsbericht