Cramer, B. (2006): Überprüfung von Bewertungsmodellen zur Identifikation und Prognose von Schadverdichtungen auf Ackerböden in Nordrhein-Westfalen. 198 S., 67 Abb., 24 Tab., 10,- €

(Review from evaluation models in order to identify and predict harmful soil compactions on arable land in North Rhine-Westphalia)

Kurzfassung Band 44

Benedikt Cramer: Überprüfung von Bewertungsmodellen zur Identifikation und Prognose von Schadverdichtungen auf Ackerböden in Nordrhein-Westfalen Bonner Bodenkundl. Abh. 44 (2006)

Kurzfassung:

Zur Vermeidung schädlicher Bodenveränderungen stehen Prognosekonzepte („Schadverdichtungsgefährdungsklassen“, „Vorbelastung“, „Druckbelastungsquozient“) zur Verfügung, die auf eine bodengefügeschonende Landbewirtschaftung abzielen. Das „Indikatorenmodell“ soll die eindeutige Identifikation einer Bodenschadverdichtung im Sinne des Vollzuges nach §8 Bundesbodenschutzgesetz ermöglichen. Aufgrund der kontroversen Diskussion zur Bodenschadverdichtung wurde in einem Forschungsvorhaben der Gefügezustand von Ackerböden in NRW quantifiziert. Die Verifizierung der Modelle zur Vorsorge und Identifikation schädlicher Bodenveränderungen sowie die Entwicklung eines Bewertungsmaßstabes zur Beurteilung landwirtschaftlicher Maschineneinsätze war ein weiteres Ziel der vorliegenden Arbeit. In einem Zeitraum von 3 Jahren wurden bodenphysikalische, -mechanische und -chemische Untersuchungen auf insgesamt 46 landwirtschaftlichen Nutzflächen unter verschiedenen Standort- und Nutzungsbedingungen durchgeführt. Beprobt wurden die Krume (ca. 15 cm), die Krumenbasis (ca. 35 cm) und der Unterboden (ca. 50 cm). Die Ergebnisse zeigen, dass die Unterböden der untersuchten Flächen derzeit ihre Funktion der Wasser- und Luftführung erfüllen. Im Krumenbasis- und nicht gelockerten Krumenbereich sind die Böden jedoch stärker verdichtet. Die Feldgefügeansprachen und die geringen Luftkapazitätswerte deuten hier auf schädliche Bodengefügeveränderungen hin. Die Anwendung des Indikatorenmodells ermöglicht grundsätzlich die Identifikation einer Schadverdichtung. Problematisch scheinen die Festsetzung der Schadschwelle auf 5 Vol.-% Luftkapazität für Sandböden und die Schwankungsbreiten der Wasserleitfähigkeit zu sein. Das Konzept „Schadverdichtungsgefährdungsklassen“ eignet sich nicht zur Vorbeugung vor Schadverdichtungen, da der Parameter Lagerungsdichte nicht die Funktionsfähigkeit der Böden beschreibt. Zusammenhänge der Lagerungsdichte zur Luftkapazität wurden allenfalls für Böden gleicher Entstehung festgestellt. Außerdem wurden in diesem Modell Drucksetzungsversuche ohne Berücksichtigung der Aggregierung durchgeführt. Das Konzept „Vorbelastung“ beschreibt die Druckstabilität der Böden und lässt einen wirkungsvollen Beitrag zum Schutz des Bodengefüges erwarten. Bei einer Überschreitung dieser muss langfristig mit einer Degradierung und Funktionseinschränkung der Böden gerechnet werden. Die Vorhersage mittels multipler Regression ist nicht möglich. Das Konzept „Druckbelastungsquozient“ eignet sich aufgrund der Festsetzung der Luftkapazitätsgrenze auf 5 Vol.-% nicht. Man bewegt sich mit 5 Vol.-% im absoluten Grenzbereich einer schädlichen Bodenveränderung, was im Widerspruch zu dem generellen Ziel eines Gefahrenabwehrkonzepts steht. Durch die Gegenüberstellung der Druckbelastbarkeit mit der mechanischen Belastung können landwirtschaftliche Arbeitsverfahren hinsichtlich ihrer Bodenbeanspruchung bewertet werden. Die berechneten Bodendruckspannungen zeigen, dass insbesondere der Einsatz schwerer Erntemaschinen ein Gefährdungspotenzial für die Bodenbereiche unterhalb des Lockerungshorizontes darstellt. Je nach Bereifung ist bei Radlasten oberhalb von 6-10 t bei weichen Schluffböden aus Löss mit einer schleichenden Unterbodenverformung zu rechnen.

Abstract Band 44

Benedikt Cramer (2006): Review from evaluation models in order to identify and predict harmful soil compactions on arable land in North Rhine-Westphalia. Bonner Bodenkundl. Abh. 44 (2006)

Abstract:

In order to avoid damage to soil structure, evaluation models of soil prognosis (“Compaction Risk Classes”, “Pre-compression stress”, “Quotient of pressure divided by soil stability”) are available. Their aim is an agricultural conception for the protection of soil structure. The aim of the “Indication model” is to identify an affected soil structure, as outlined by the Federal Soil Protection Act. Because of the controversial discussion about soil compactions the soil structure of arable land in North Rhine-Westphalia was quantificated in this study. It was also an objective of the work presented to verify models for preventing and identification of harmful soil structure as well as the development of a valued measure to evaluate large-scale equipment used in arable cropping.

During a period of three years, soil physical, soil mechanical and soil chemical measurements were performed on 46 agricultural field areas with various location and using conditions. The topsoil (about 15 cm), the area of the plow-pan layer (about 35 cm) and the subsoil (about 50 cm) were analyzed. The results point out that the subsoil of the investigated field areas fulfilled the function of water regime and aeration at this time. However, the plow-plan layers and the loosened topsoil are more compacted. The field estimation of soil structure and the low values of the air capacity point out the damage of soil structure. The application of the “Indication model” allows the identification of harmful soil compactions. On sandy soils, the air capacity and the waving of water permeability might be a problem. The concept “Compaction Risk Classes” is not suited to prevention of compactions, because the bulk density does not describe soil functions. Correlations between bulk density and air capacity were established at most for soils with similar geological soil origin. This model was based on examination with disturbed samples without considering soil aggregation, as well. The concept “Pre-compression stress” describes the mechanical strength of agricultural soils and might expect an effective contribution to protect soil structure. If loads are higher than the precompression load, degradation and reduction of soil functions might occur. The mechanical compressibility, which is characterized by the value of precompression stress, cannot be calculated and assessed by multiple regressions. The concept “Quotient of pressure divided by soil stability” is not qualified to prevent compactions, because of the defined limit of air capacity (5 Vol.-%). This harmful value means a risk for irreversible soil compaction in contradiction to a general concept of preventing harmful soil compactions. The comparison between the mechanical strength and the load input allows estimating soil compactions. The calculated soil pressure distribution shows that especially heavy agricultural vehicles are causing problems due to compaction in the loosened subsoil. Depending on the tyres, high wheel loads (6-10 tons) used in arable cropping can lead to long term damage of wet and silty subsoil derived from loess material.