Humusgehalte der Acker- und Grünlandflächen in Oberösterreich - Entwicklungen und Einflussfaktoren - DI Franz Xaver Hölzl ...

Humusgehalte der Acker- und Grünlandflächen in
Oberösterreich – Entwicklungen und Einflussfaktoren
DI Franz Xaver Hölzl, Boden.Wasser.Schutz.Beratung

www.bwsb.at

Tätigkeitsbereich

Arbeitsschwerpunkte
   Fachbereich Boden, Humus,
    Zwischenfrucht, Erosion,
    Oberflächengewässer

   Fachbereich Düngung, NID

   Fachbereich Klima, NEC

   Beratungen Klärschlamm, Abwasserentsorgung, Rekultivierung

   CC: Klärschlamm, Nitrat, Grundwasser

   Mitarbeit in Fachgremien (Fachbeirat BMNT, ÖKL, ÖNORM, ALVA,
    ARGE EUF, ÖBG, ÖAG, ÖWAV, Fachbeirat OÖ, …)

Humus - Definitionen

       Bodenkundliche                                        Bauwirtschaftliche
       Bezeichnungen                                         Bezeichnungen

Oberboden       Horizont                                              "Mutterboden" oder
                A                                                      "Humus"

Unterboden      Horizont
                B
                                                                       "Zwischenboden" oder
               Horizont C                                              "Erde"

        Ausgangsmaterial/                                              Untergrund
        -gestein

Abb. M1: Schematische Darstellung eines Bodenprofils mit der Gegenüberstellung üblicher bodenkundlicher und
bauwirtschaftlicher Bezeichnungen (Profilzeichnung aus FABO, Begriffe verändert).
Quelle: Entwurf Richtlinie für die sachgerechte Bodenrekultivierung

Humus
Definition nach SCHEFFER:
Humus im engeren Sinn ist die abgestorbene organische Masse in und
auf dem Boden, die sich in einem Abbau-, Umbau- und Aufbauprozess
befindet. Dieser Vorgang wird durch biochemische Prozesse eingeleitet
und gesteuert.

Oehmichen:
Ausgangsstoff für die Bildung von Humus sind in erster Linie
Ernterückstände (Pflanzenwurzeln, oberirdisch anfallende Pflanzenteile),
Zwischenfruchtbau (Gründüngung), Stroh, Blätter aller Art (Streu) und in
geringem Maße Bodenlebewesen

Boden – Lebensträger der Erde
 Zusammensetzung eines fruchtbaren Bodens
   50 % feste Bestandteile & 50 % Hohlräume

                           Quelle: Schröder,D, 1992, verändert

Humus – organische Substanz

                              Quelle: D. Schröder,
                              1983, „Bodenkunde in
                              Stichworten“

Einteilung (Unterscheidung ) des
Humus (Oehmichen)
Funktion
   Nährhumus: leicht zersetzbare und leicht umwandelbare
    Anteil der organischen Masse bzw. des Humus im Boden,
    Nahrung für die Bodenlebewesen (insb. Mikroorganismen) –
    Zersetzung = Mineralisierung
   Dauerhumus: schwarzbraun gefärbte, schwer zersetzbare
    Anteil des Humus – Verbesserung der Bodenstruktur,
    nur begrenzt anreicherbar – Humifizierung
Chemische Zusammensetzung (Löslichkeit in verd. NaOH)
   Nichthuminstoffe: leicht zersetzbarer Anteil
                          (vgl. Nährhumus)
   Huminstoffe: schwer zersetzbarer Anteil
                        (vgl. Dauerhumus)

Quelle: D. Schröder,
                                 1983, „Bodenkunde in
Abbau- und Umwandlungsprozesse   Stichworten“

     Mineralisierung

Einflussfaktoren auf den
Humusgehalt            Quelle: Dr. M. Mokry,
                                    LUFA Augustenberg
                                                            Bewirtschaftung
 Standortfaktoren                                            Fruchtfolge
 Klima                             Humus                     (Ackerfutter,
                                                               Leguminosen)
 Bodenart                     (Gehalt, Qualität)
                                                             Strohabfuhr,
 Grundwasser                                                 Erntereste
                                                             Düngung
                                                             Bodenbearbeitung

                           Bodeneigenschaften
                        Biologische Aktivität, Nährstoffe
                    Aggregatstabilität, Wasserhaltevermögen
                          Filter- und Pufferfunktionen

          Je nach Standort- und Bewirtschaftungsfaktoren stellt sich
              auf jedem Boden ein spezifischer Humusgehalt ein!

Humusdynamik und
Bewirtschaftung
 unterschiedliche Ausgangsgehalte führen bei gleicher
  Bewirtschaftung zum gleichen Ergebnis!
          1,16

          1,14

                                                                      ACC-Projekt
          1,12

                                                        A
   Corg

           1,1                                              Gleiche
                                                        B   Humusversorgung

          1,08

                                                                   Quelle: Uwe Franko
          1,06

          1,04
                 0   20   40    60     80   100   120
                               Jahre

Boden – Lebensträger der Erde
 Humus beeinflusst die physikalischen, chemischen und biologischen
  Bodenfunktionen
 Funktionen von Humus
       Ton-/Humuskomplexe
       Wasser- und Nährstoffverfügbarkeit
       Bodenstruktur - Erosionsschutz
       Bodenerwärmung
       Bodenleben – biologische Aktivität
       Puffer und Filter
       Schutz vor Schadverdichtung
       Klimawirkung
 Die Erhaltung standort- und bewirtschaftungsadäquater Humusgehalte
  ist deshalb ein wesentlicher Grundsatz der guten fachlichen Praxis

Bodenabtrag
größtes Humusrisiko

Organische Substanz – Humus
Analytik
Organische Substanz (nach ÖNORM L 1050):
alle im Boden vorkommenden lebenden und
abgestorbenen organischen Materialien
Humus: gesamte tote organische Substanz
Organischer Kohlenstoff (Corg):
analytisch bestimmt
nasse Veraschung
trockene Verbrennung
Annahme:
    mittlerer C-Gehalt der organischen Substanz von 58 %
    Corg x 1,72 = organische Substanz („Humus“)
    Maßeinheiten: % oder g kg-1
    Toleranz im Labor: ± 0,2 %

Räumliche Variabilität der Corg-
 Gehalte (%) im Ackerland
                     Corg – Gehalte in Prozent in der Krume
                   von 100 Ausschnittparzellen mit je 0,25 m2 -
 (Körschens, 2009 und 2010)
            Statischer Versuch Bad Lauchstädt, ungedüngte Variante

   <                                   5m                                   >

   1,61   1,71    1,74   1,76   1,64    1,67   1,68   1,68   1,68    1,75
                                                                                Streuung der Werte
   1,67   1,63    1,69   1,67   1,71    1,76   1,77   1,69   1,64    1,77       durch Beprobung
   1,67   1,67    1,69   1,67   1,60    1,71   1,64   1,68   1,66    1,63
                                                                                • kleinräumige
   1,69   1,62    1,66   1,68   1,64    1,72   1,67   1,70   1,69    1,74         Inhomogenitäten
   1,61   1,66    1,70   1,66   1,74    1,69   1,63   1,68   1,72    1,69
                                                                                • unterschiedliche
   1,67   1,69    1,68   1,68   1,74    1,67   1,67   1,69   1,66    1,65         Bodenformen auf
   1,66   1,73    1,60   1,67   1,65    1,67   1,73   1,73   1,93    1,69
                                                                                  großen Schlägen
   1,70   1,61    1,77   1,70   1,64    1,74   1,69   1,62   1,60    1,65       und Analytik:
   1,72   1,70    1,71   1,68   1,66    1,66   1,63   1,64   1,65    1,60       • Messunsicherheit im
   1,63   1,56    1,67   1,63   1,56    1,69   1,67   1,62   1,56    1,61
                                                                                  Labor

   Mittelwert: 1,68              Spannweite: 0,37

Corg-Gehalte in % in der Krume von 100 Teilparzellen mit je 0,25 m2 –
statischer Versuch Bad Lauchstädt, ungedüngte Variante

oC-Gehalt bei unterschiedlichen
Landnutzungen

             140
                                 119 119
             120

             100
                          81,5                Acker
-1

             80
 t Corg ha

                                              Intensivgrünland
                   59,7
             60                               Extensivgrünland
                                              Wald
             40

             20

               0
                                           Quelle: Gerzabek

C-Verlust bei Grünlandumbruch

Differenz 2% Humusgehalt

Humusgehalt GL-OÖ: 4,8 %, AL-OÖ: 2,8%

 Bodenschicht 0-20 cm: 2.500 t (LD 1,25)
 70 t Humus in AL vs. 120 t Humus in GL

 Kurz- bis mittelfristiger C-Verlust
  von etwa 30 t/ha = 110 t CO2
  (Humus besteht zu 58% aus C
  C x 3,67 = CO2)

Humusgehalte Grünland gesamt

 Flächen > 9 % Humusgehalte
   34 Flächen > 20 % (20 – 65 %; extensives Grünland bis
    Moorstandorte – Namen: Bachwiese, Filzwiese, Moos – Oberes
    Innviertel, Hochlagen des Mühlviertels, Inneres Salzkammergut)

              Verteilung der Humusgehalte am Grünland
                              (n = 4.665)

       70,0
       60,0                       67,2

       50,0
       40,0
   %
       30,0
       20,0         21,9
       10,0                                     10,9
        0,0
                 < 4,5 %      4,5 - 9 %       >9%

Humusgehalt am Grünland nach
Bewirtschaftungsrichtung GWG
                Gehaltsklasse
                                Gehaltsklasse A2   Gehaltsklasse C1   Gehaltsklasse C2   Gehaltsklasse E
                     A1                                                                                     N
                                  3,00-4,50%         4,50-7,00%         7,00-9,00%          >9,00%
Bezirke           < 3,00%
OÖ                 1,33%            10,51%             48,28%             24,93%             14,95%        6668
Konventionell      1,33%            10,00%             48,84%             25,35%             14,48%        4138
Biologisch         1,30%            11,13%             47,33%             24,14%             16,10%        2229

Folie 18

C/N-Verhältnis OÖ
Grünlandflächen (BSB-Projekt)
                     C-N-Verhältnisse OÖ Grünlandflächen
                        (AK Milchviehhaltung: n = 325)
                        Mittelwert: 10,1 (8,17 bis 15,65)

       160                              145,0

       140

       120
                                                   93,0
       100

     % 80                                                     53,0

       60
                             34,0
       40

       20       0,0

        0
             < 8,0          8-9       9-10      10-11       > 11

Humusgehalt Acker- und
Grünlandstandorten OÖ - GW
           Mittelwert    Standard-           5%                                           95%
Bezirke                              Min.             1. Quartil   Median   3. Quartil             Max.     N
           mg / 1000g   abweichung          Quantil                                      Quantil
Acker         3,24          1,31     0,83    1,89       2,30        2,87      3,80         5,71    10,49   1658
Grünland      6,83          2,24     0,60    3,85       5,28        6,45      8,00        11,30    14,98   6668

Folie 20

Humusgehalte der OÖ
Ackerflächen (L-BU 2009)
                                      Humusgehalte der Ackerflächen in OÖ
                                           (L-BU 2009: n = 12.613)
                                                                   Durchschnitt:
                                                                   29,8 ha LN
    Anzahl der Flächen in %

                              100,0                       82,7
                                                                   1,16 GVE/ha LN

                               80,0                                29, 7 % Begrünung

                               60,0

                               40,0
                                                                        13,7
                                            3,6
                               20,0

                                0,0
                                          4,5 %

DI Franz Xaver Hölzl, Bodenschutzberatung
09.03.2020 /Folie 21

Mindesthumusgehalte am Acker
gem. SGD 7

 Humusgehalte

Bodenschwere     Tongehalt   Bodenart     Humusgehalt

leicht           < 15 %      S, uS, IS,    > 2,0 %
                             sU, U
mittel           15-25%      TS, sL, IU    > 2,5 %
schwer           > 25 %      ST, L, uL,    > 3,0 %
                             IT, T

Kumulative Verteilung der Humusgehalte in
Abhängigkeit von der Bodenschwere auf den
Ackerstandorten in OÖ: Anteile mit ausreichenden
Gehalten lt. RLSD, 6. Auflage
                    6,0

                    5,5
                                                               stark humos                                                      Acker: Bodenart
                                                            (Humus-Gehaltskl. E)                                                ohne Zuordnung
                    5,0                                                                                                         (n=118)

                    4,5
 Humusgehalt in %

                                                                                                                                Acker: Bodenart
                    4,0                                                                                                         leicht (n=257)

                    3,5
                                                  23%
                    3,0                                                                                                         Acker: Bodenart
                                                                                                                                mittel (n=151)
                    2,5
                                                            13%
                    2,0
                                                                                                                                Acker: Bodenart
                                            5%                    schwach humos
                                                                                                                                schwer (n=27)
                    1,5
                                                                (Humus-Gehaltskl. A)

                    1,0
                          0   5   10   15   20   25   30   35   40   45   50   55   60   65   70   75   80   85   90   95 100

                                                                Verteilung in %

Humusgehalt Acker
Grundwasser 2020 (n = 1.658)

Folie 24

Humusgehalt Acker (Mühlviertel)

Folie 25

Humusgehalt am Acker nach
Bewirtschaftungsrichtung
                  Gehaltsklasse A Gehaltsklasse C Gehaltsklasse E
                                                                     N
    Bezirke          < 2,00%        2,00-4,50%       >4,50%
    OÖ                8,56%           75,81%         15,63%         1658
    Konventionell     8,79%           74,32%         16,89%         1184
    Biologisch        6,95%           82,35%         10,70%          374

Folie 26

Entwicklung der Humusgehalte in
ö. Hauptproduktionsgebieten
4 HPG: Humusgehalte (Perzentile – 10/25/50/Median/75/90),
2 Perioden: 1991-95; 2006-2011      ca. 50.000 Daten

                                                            Quelle: G. Dersch

Folie 27

Veränderung der
Humusgehalte auf
Ackerflächen seit 1995

                                  + 0,12
                                           + 0,34
                         + 0,29

Humusqualität: C/N-Verhältnis (Oehmichen)
    ~ ist ein Maß für die Zersetzbarkeit organischer Stoffe und für die
   Mikroorganismentätigkeit
    ~ zeigt das Mengenverhältnis von schwer zersetzbaren Stoffen (z.B. Lignin)
   zu leicht zersetzbaren Stoffen (z.B. Eiweiß)
   Stallmist:                              15-30   : 1
   Getreidestroh:                          ca. 100 : 1
   Maisstroh:                              50 - 60 : 1
   (Reife-)Kompost:                        10 – 25 : 1   (je nach Ausgangsmaterial)
   Rindermist                              12 – 15 : 1
   Holz                                    600–700 : 1
   Böden:                                  6-60    : 1
   Zur Mineralisierung von schwer zersetzbaren Stoffen (weites C/N-Verhältnis
    ist N erforderlich (Strohausgleichsdüngung)
   Je enger das C/N-Verhältnis desto leichter kommt es zur Freisetzung von
    organisch gebundenem N

DI Franz Xaver Hölzl, Bodenschutzberatung
09.03.2020 /Folie 29

C/N-Verhältnis OÖ-Ackerflächen

Humusaufbau
++ Den weitaus größten Einfluss hat die Fruchtfolge – Feldfutter
 + Strohabfuhr und Erntereste
 + Zwischenfruchtbau
 + Düngung – Wirtschaftsdünger – sonstige organische Dünger
 + Bodenbearbeitung

Landwirtschaftliche Maßnahmen
 ausgewogenes Verhältnis zwischen
 Humuszehrern & Humusmehrern

Zwischenfruchtbau,
Bodenbearbeitung
Qualitativ hochwertiger Zwischenfruchtbau – Humus
   Optimaler Anbauzeitpunkt wichtigster Parameter
   Düngung eventuell – wichtiger Parameter für Masse
   Keine Einarbeitung der Grünmasse im Herbst – abfrostende
    Zwischenfrüchte (Lignin – Humifizierung)
   Unterschiedliche Zwischenfruchtkulturen haben aus Sicht des
    Humus (Klima, Erosion) untergeordnete Bedeutung
   Zwischenfruchtgemenge haben aus Sicht des Humus (Klima,
    Erosion) untergeordnete Bedeutung
Bodenbearbeitung
   So wenig Bodenbearbeitung wie möglich!
   So viel reduzierte Bodenbearbeitungsverfahren wie möglich (Mulch-
    bzw. Direktsaat)

System Immergrün

oC-Mengen nach 16 Jahren
Tatzber et al.

                                    Carbon - pools
                                     (0 - 30 cm)

                    8
  Corg [kg m -2 ]

                    6

                    4

                    2

                    0
                        Rotavator           Grubber                Plow

                               tilllage treatment (for 16 years)    Tatzber et al.

Landwirtschaftliche Maßnahmen
 reduzierte Bodenbearbeitung

Landwirtschaftliche Maßnahmen
 Wirtschaftsdünger – Kompost – Kalkung

Landwirtschaftliche Maßnahmen
 Ernterückstände, Zwischenfrüchte

Veränderung des Humusgehaltes auf
nö. Ackerstandorten (nach zum. 20-
jähriger unterschiedl. Bewirtschaftung)
                   4,5
                              Orientierungswerte für Humusgehalte im
                              Bearbeitungshorizont nach Tongehalt
                   4,0        (mod. nach Körschens et al. 1998)
                                                                                             10 t Stallmist
                                                        Minimale Bodenbe-
                                                                                             pro ha und Jahr
                                                        arbeitung (0-10 cm)
Humusgehalt in %

                   3,5
                                                        (Hinweis: Abnahme
                                                        um ca. 0,15% in 20-
                                                        30cm)
                   3,0       10 t Stallmist                                                  Fruchtfolge:
                             pro ha und Jahr                                                 Von 1/3 Hackfr.,2/3 Getr.
                   2,5                     Kompost (175 N/ha)                 Bewässerung    zu 1/3 Feldf. ohne Hackfr.
                                           nach 16 Jahren

                   2,0
                                                       Belassen aller
                                                       Ernterückstände
                   1,5

                   1,0
                         9            12          15            18            21        24           27           30

                                                              Tongehalt in %

Erwartete Klimaänderung im
Mühlviertel Datenbasis: BOKU-MET

12
10
 8
 6
 4
 2
 0
  1750   1800   1850   1900   1950   2000   2050   2100   2150

Wir brauchen ein biologisches Zeitsystem !
    Wirkung von Boden & Klima als biologic active time:BAT

                Gleiche Zufuhr

                                                         ACC-Projekt
BATj=44 d                                 BATj=29 d
             Unterschiedliches Ergebnis                  Quelle: Uwe Franko

                                 1500

                 1000

                SAND             LEHM

Einfluss von Klima &
Bewirtschaftung

                   Mit erhöhtem
               Aufwand wird der alte
                 (gute) Zustand im
                neuen Klima erreicht   ACC-Projekt

                                       Quelle: Uwe Franko

Humus-Zertifikate?

Humus-Zertifikate?

Humus-Zertifikate?

Projekt Humusbilanzierung LK OÖ - BSB
 Humusbedarf und Humusreproduktion werden in Humusäquivalenten
 ausgedrückt (kg C / ha oder kg C / t Substrat)
   Einstufung des Humusbilanz-Saldo nach VDLUFA
                    (Deutschland)
          kg Humus-C / ha / Jahr                Gruppe
                     unter - 200 kg         A       sehr niedrig
               - 200 kg bis - 76 kg         B         niedrig
    - 75 kg bis +100 kg Humus-C             C         optimal
              + 101 kg bis + 300 kg         D            hoch
                       über 300 kg          E       sehr hoch
  Hohe negative bzw. positive Bilanzsalden sind zu vermeiden, da
  die Bodenfunktionen ungünstig beeinflusst werden bzw. das
  Risiko des N-Austrags steigt.
DI Franz Xaver Hölzl, Bodenschutzberatung
09.03.2020 /Folie 46

Danke für die Aufmerksamkeit
         Viel Erfolg!