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Bodenwasser

Dies ist pflanzenverfügbares Wasser im Boden, dessen Menge durch den Durchmesser der Bodenporen bestimmt wird. Durch Bodenverdichtung werden diese Poren zusammengepresst und können somit den Pflanzen nicht mehr in vollem Masse Wasser zur Verfügung stellen. Lehmboden enthält etwa 20 mm pflanzenverfügbares Wasser pro 10 cm Boden. Jedoch hängt es von Wurzeltiefe und Wurzelgeflecht ab, wie viel Wasser die Pflanzen tatsächlich aufnehmen können.

Zu Beginn des Frühjahrs nach der Schneeschmelze oder nach schweren Niederschlägen erreicht der Boden in der Regel seine maximale Rückhaltekapazität. Dies bedeutet, dass alle Poren mit Wasser gefüllt sind. Durch Abtrocknen und Abfliessen des Wassers, entweder auf natürlichem Wege oder durch Unterflur-Drainage, erreicht der Boden seine Feldkapazität.

Grosse Poren ohne Wasser

Bei Erreichen der Feldkapazität enthalten die etwas grösseren Poren kein Wasser mehr, sondern Luft. Die feineren Poren sind dagegen noch immer mit Wasser gefüllt. Je höher die Poren sich im Bodenprofil befinden, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie mit Luft gefüllt sind. In Böden, die zu 50 % aus Festmaterial und zu 50 % aus Poren bestehen, bedeutet Feldkapazität, dass etwa 10-20 % des Bodenvolumens mit Luft und 30-40 % mit Wasser gefüllt ist.

Ob der Boden den Zustand von Feldkapazität oder den permanenten Welkepunkt erreicht hat, hängt vom pflanzenverfügbaren Wasser in den Bodenporen ab.

Dabei bestimmt der Porendurchmesser, wie einfach oder schwierig es für die Pflanzenwurzeln ist, dem Boden das Wasser zu entziehen. Die Bodenporen ergeben sich aus der Textur und Struktur des Bodens.

 Quelle: Kerstin Berglund, SLU

Das Wasser in den grösseren Poren ist sehr gut verfügbar. Es gilt jedoch, je kleiner die Porendurchmesser, desto mehr Energie muss die Pflanze zur Wasseraufnahme aufbringen. Die Grenze bildet der permanente Welkepunkt. Dies bedeutet, dass die Saugspannung der Wurzeln nicht mehr ausreicht, um dem Boden Wasser zu entziehen. Die Pflanze welkt. In der Praxis können Pflanzen jedoch nicht das gesamte Wasser bis zum Welkepunkt nutzen, sondern geben lange vorher auf.    

Die Menge Wasser, die eine Pflanze aufnehmen kann, hängt von mehreren Faktoren ab:

• Menge pflanzenverfügbaren Wassers
• Wurzeltiefe durch das Bodenprofil
• Wurzelverflechtung im Boden

Quelle: Kerstin Berglund, SLU

Die Kombination dieser drei Faktoren bestimmt den biologischen Welkepunkt. In diesem Zusammenhang ist es wichtig zu wissen, dass Bodenverdichtungen sich negativ auf die Wasserversorgung der Erntefrüchte auswirkent. Wenn durch Radschlupf die grossen Bodenporen zusammengedrückt werden, wirkt sich dies negativ auf die Drainage sowie die Fähigkeit des Bodens aus, die Pflanzen mit Wasser zu versorgen.

Wasserhaushalt

Dies ist pflanzenverfügbares Wasser im Boden, dessen Menge durch den Durchmesser der Bodenporen bestimmt wird. Durch Bodenverdichtung werden diese Poren zusammengepresst und können somit den Pflanzen nicht mehr in vollem Masse Wasser zur Verfügung stellen. Lehmboden enthält etwa 20 mm pflanzenverfügbares Wasser pro 10 cm Boden. Jedoch hängt es von Wurzeltiefe und Wurzelgeflecht ab, wie viel Wasser die Pflanzen tatsächlich aufnehmen können.

Bleibt nach der Aussaat Niederschlag aus, hängt die Keimung allein von der Bodenfeuchtigkeit im Saatbett ab. Daher ist für einen guten Saataufgang ein guter Wasserhaushalt wichtig.

Die Sonne heizt den Boden auf

Die Sonnenenergie erwärmt das Wasser im Saatbett und unterhalb des Ablagehorizonts. Dabei nehmen einige Wassermoleküle genügend Energie auf, so dass sie verdampfen und das Saatbett verlassen.

Die Verdunstung erreicht ein zweites Maximum, wenn die Aggregatgrösse 50 mm übersteigt, was oft in Böden mit einem hohen Tongehalt der Fall ist. Finden sich solche gröberen Aggregate im Saatbett, kommt es zu Luftturbulenzen und das Saatbett trocknet aus. Zwischen diesen Spitzenwerten gibt es noch die minimale Verdunstung – und zwar bei Aggregaten mit einem Durchmesser von zirka 2 mm. Diese Aggregate sind für den Kapillartransport nicht klein genug, aber nicht gross genug für die Erzeugung von Luftturbulenzen. Aggregate in dieser Grössenordnung im Saatbett bilden sozusagen einen Deckel, der die Wasserverdunstung auf ein Minimum reduziert.

Dies lässt sich im Experiment demonstrieren. Mit anderen Worten: In unbedeckten Böden hängt die Wasserverdunstung von der Grösse der Bodenaggregate ab.

Dies lässt sich im Experiment demonstrieren. Mit anderen Worten: Iin unbedeckten Böden hängt die Wasserverdunstung von der Grösse der Bodenaggregate ab:

•   Seine helle Farbe reflektiert die Sonnenstrahlen während die dunkle Erde sie absorbiert.
•   Ausserdem kann das Stroh den Kapillartransport unterbrechen.

Beides zusammen bedeutet, dass sich die Oberfläche im Frühjahr nicht allzu sehr aufheizt und dass sich die Wasserverdunstung in Grenzen hält.
Mulchsaat ist in diesem Zusammenhang ein gutes Verfahren. Bessere Wasserrückhaltung und besserer Erosionsschutz sind die Gründe warum die Mulchsaat in Trockenregionen wie den Präairien der USA und Kanada das vorherrschende Verfahren ist.

Regenwürmer

Die von Regenwürmern gebohrten Kanäle unterstützen die Belüftung und Entwässerung des Bodens. Hinzu kommt, dass Regenwürmer durch ihre Verdauungstätigkeit dem Boden die Nährstoffe aus den Ernterückständen zur Verfügung stellen. Förderlich für den Regenwurmbesatz sind grosse Mengen organischen Materials auf der Oberfläche und schonende Bodenbearbeitung.

In normalem Ackerboden finden sich auf einem Hektar1 ha Fläche zwischen 100'000 und 1 Million Regenwürmer mit einem Gesamtgewicht von 100 kg bis 1000 kg.
 
Regenwurmtätigkeit ist für die Bodengesundheit von grosser Bedeutung, denn sie sorgt durch die Anlage von Wasser- und Luftkanälen in den Unterboden für bessere Entwässerung und Belüftung.

Neben ihrem Nutzen für Entwässerung und Belüftung haben Regenwürmer auch auf andere physikalische Bodeneigenschaften positive Auswirkungen. So entstehen durch ihre Grabetätigkeit mehr Poren und die Trockendichte nimmt ab. Durch diese Art der Bodenbearbeitung erhöht sich der Anteil der Makroporen (Durchmesser > 0,5 mm) und es entsteht ein Netz von Kanälen mit Zwischenräumen. Auf einer 1 Hektar ha grossen Fläche kann dieses Kanalnetz bis zu 4000-5000 km lang und 2-3 m tief sein. Diese Kanäle dienen den Wurzeln als "Autobahnen". Innerhalb weniger Jahre fördern Regenwürmer pro Hektar zig Tonnen Erde in Form von Kotbällchenauswürfen an die Oberfläche.

Durch die Regenwürmer werden Mikroorganismen stimuliert und Pilze und Bakterien im Bodenprofil aktiv verteilt, was sich günstig auf die Bodenbiologie auswirkt. Damit verbessert sich letztlich auch die Bodenchemie, da durch die Verdauungstätigkeit praktisch alle Nährstoffe besser zur Verfügung stehen. Zum Beispiel ist die Nitratkonzentration in Auswürfen von Regenwürmern acht Mal so hoch wie im umgebenden Boden. Diese Wurmauswürfe wirken wie „'Kleber“' zwischen den Bodenpartikeln, was die Aggregatstabilität und Bodenstruktur verbessert.

Die Pflugbearbeitung und ihre Auswirkungen auf Regenwürmer ist bereits eingehend untersucht worden: Eine Studie fand heraus, dass der Pflug 10 % des Regenwurmbesatzes an die Oberfläche fördert, wo er zu einem Drittel von Vögeln gefressen wird. Zwei Drittel schaffen den Weg wieder zurück in den Boden.

Zur Pflege der Regenwurmpopulation sollte man sie regelmässig zu füttern.
Die beste Möglichkeit ist die Aufnahme von Grasklee-Feldgras in die Fruchtfolge. Abgesehen davon wirkt sich alles, was organische Masse im Boden erhöht, günstig auf die Regenwurmpopulation aus. Organische Düngung und Zwischenfrüchte sind bestes Futter für Regenwürmer.

So lässt sich in nur wenigen Jahren aktiver Brachbewirtschaftung durch Feldgrasweide aus Klee und Gras statt Winterweizen der Regenwurmbestand in der Folgefrucht um 100 % erhöhen. 
Regenwürmer sind daher ein guter Indikator für die Bodenfruchtbarkeit. Wo es Regenwürmern gut geht, gedeihen auch die Erntefrüchte.

Wurzeln

Wurzeln bilden unter der Bodenfläche eine eigene Welt. Auf einem Hektar Winterweizen kann das Wurzelwerk eine Gesamtlänge von bis zu 300000 km erreichen. Ein gut entwickeltes Wurzelsystem ist das Ergebnis einer guten Bodenstruktur und ist für die Pflanzenversorgung und hohe Erträge von grundlegender Bedeutung.

Wurzeln bilden unter der Bodenfläche eine eigene Welt. Auf einem Hektar Winterweizen kann das Wurzelwerk eine Gesamtlänge von bis zu 300000 km erreichen. Ein gut entwickeltes Wurzelsystem ist das Ergebnis einer guten Bodenstruktur und ist für die Pflanzenversorgung und hohe Erträge von grundlegender Bedeutung.
Wurzeln verankern die Pflanze im Boden und versorgen sie mit Wasser und Nährstoffen. Dabei ist das Wurzelsystem einer Pflanze in Bezug auf Form und Aussehen genauso genetisch bedingt wie ihre Blätter, der Stängel oder der Stamm. Wurzeln werden jedoch durch ihre unmittelbare Umgebung (Sand, Ton, etc.) in ihrer Ausdehnung eingeschränkt. In gutem Tonboden, mit einem guten Wasserhaushalt können sie je nach Pflanze bis zu 2-3 Meter tief in den Boden eindringen.

In der Hauptwachstumsphase durchdringen Wurzeln das Bodenprofil mit einer Geschwindigkeit von 0,5-3,0 cm/Tag. Da ihre Fähigkeit der Kanalbildung nur begrenzt ist, sind sie auf Bodenspalten und Löcher angewiesen. In feuchtem Boden kann die Wurzelspitze Bodenpartikel gut verdrängen, in trockenem Boden ist sie dagegen auf Bodenporen angewiesen, deren Durchmesser grösser als ihr eigener ist. Der mechanische Widerstand des Bodens führt zur Ausbildung von Seitenwurzeln und einer dickeren Wurzelspitze. Dabei profitieren Wurzeln und Regenwürmer wechselseitig voneinander, indem die Wurzeln die Kanäle der Regenwürmer und diese umgekehrt alte Wurzelkanäle nutzen.  

Wurzeln nehmen Nährstoffe und Wasser aus dem Boden auf. An der äussersten Wurzelspitze befindet sich die Wurzelhaube, die der Zellteilungs- und Streckungszone vorgelagert ist. Dahinter liegt die Wurzelhaarzone. Die feinen Wurzelhaare haben einen Durchmesser von etwa 0,01 mm und eine Länge von 1-10 mm. Diese Wurzelhaare erhöhen die Wasser- und Nährstoffaufnahmefähigkeit der Wurzel ungemein. Eine Weizenwurzel  mit einem Durchmesser von etwa 0,5 mm hat beispielsweise eine Aufnahmeoberfläche von 5 cm2 pro Zentimeter Wurzellänge. Die Wurzelhaare bilden Schleim, der den Bodenkontakt weiter verbessert.

Strohrotte

Stroh sollte vom Mähdrescher gut aufgefasert werden, damit die Halmoberfläche den Bodenorganismen eine gute Angriffsfläche bietet. Auch die schnelle Einarbeitung ist wichtig, damit der Abbauprozess in Gang kommen kann. Bei richtiger Behandlung bietet Stroh grosse Vorteile, da es Struktur und Porosität des Bodens verbessert.

Stroh, das Mitte September in den Boden eingearbeitet wurde, hat bis Mitte Oktober bereits ein Drittel seines Gewichts verloren. Im folgenden Frühjahr sind nur noch 50 % des ursprünglich eingearbeiteten Strohs übrig. Ein Jahr später sind es nur noch 10-20 %. Der verbleibende Kohlenstoff bildet sich zu neuen Mikroorganismen aus, verdunstet als Kohlendioxid oder bildet neue stabile Verbindungen aus organischem Material im Boden.

Für den Abbauprozess benötigen die Mikroorganismen auch Stickstoff. Zu Beginn wird dazu etwas Stickstoff dem Boden entzogen und ausser Pflanzenreichweite gespeichert. Pro Tonne Stroh werden den Pflanzen so etwa 3 kg Stickstoff während der Rotte entzogen. Nachdem die Hälfte des ursprünglichen Strohgewichts abgebaut ist, kehrt sich der Prozess um und der Stickstoff wird dem Boden wieder zugeführt. In dieser Zeit ist das Angebot an mineralischem Stickstoff im Boden ausreichend gross, so dass es aufgrund der Strohrotte nur selten zu Mangelerscheinungen kommt. Dagegen kann dort Stickstoffmangel auftreten wo der Mähdrescher nicht hinkommt, also auf dem Vorgewende und in Keilen, weil sich hier grosse Mengen Stroh ansammeln.     

Maximale Wasserhaltekapazität = Bei maximaler Wasserhaltekapazität sind alle Poren mit Wasser gefüllt. Dies gilt auch für die Schichten unterhalb des Grundwasserspiegels oder nach der Schneeschmelze bzw. nach anhaltenden Niederschlägen.   

Feldkapazität = Bei Feldkapazität ist frei fliessendes Wasser auf  etwa 1 m Tiefe abgeflossen. Bei diesem Wassergehalt hört Wasser auf, in Gräben abzufliessen. In dem darüber liegendenm Bodenprofil sind die Poren bei Feldkapazität mit Luft gefüllt, während die feineren Poren immer noch Wasser enthalten.

Permanenter Welkepunkt = Das Wasser im Boden ist so stark gebunden, dass eine Saugspannung von mehr als 150 Meter Wassersäule (1500 kPa) nötig ist, um es dem Boden zu entziehen. Diese Saugspannung können die Wurzeln nicht mehr aufbringen. Dieser Grenzwert markiert den permanenten Welkepunkt. Bei einer Porengrösse von 0,0002 mm und kleiner ist das Wasser nicht mehr pflanzenverfügbar.

Textur =  Bodentextur bezieht sich auf die Anteile der Mineralteilchen unterschiedlicher Durchschnittsdurchmesser, d.h. die relativen Anteile von Sand, Schluff und vor allem Ton.

Unterboden = Der Teil des Bodenprofils, der direkt unter der Krume liegt und bis zur Pflugtiefe reicht. Diese Schicht wird bei normaler Bodenbearbeitung in der Regel nicht bearbeitet, aber teilweise in der Tiefenlockerung. Oft ist in gepflügtem Boden die Grenze zwischen Krume und Unterboden als Pflugsohle deutlich sichtbar. Diese Verdichtung entsteht durch die Pflugschare und Radschlupf.

Poren = Bei Bodenporen handelt es sich um Kanäle und Spalten im Boden, die je nach aktuellem Wassergehalt des Bodens mit Wasser oder Luft gefüllt sind.

Trockendichte = Die Trockendichte drückt das Gewicht des Bodens bezogen auf sein Volumen aus und wird auch als "Volumengewicht" bezeichnet. Im Volumen eingeschlossen sind die Lufträume zwischen den Bodenaggregaten. Zur Feststellung der Trockendichte wird der Boden auf 105 °C erhitzt.

Regenwurmauswürfe = Ringelförmige Ausscheidungen von Regenwürmern am Mündungsende ihrer Gänge, die oft kleinere Haufen bilden. 

Nitrate = Normalerweise nehmen Pflanzen das meiste von ihnen benötigte Nitrogen in Form von Nitrat auf, NO3; eine Form von Nitrogen, das sich im Boden und in Mineraldünger findet. Im Boden wandeln spezielle Bakterien Ammonium, NH4+ über Nitrit, NO2 in Nitrat um. Dieser Vorgang wird als Nitrifikation bezeichnet.

Monokotyledonen = Einkeimblättrige Pflanzen, die beim Keimen nur ein Keimblatt (Kotyledon) aufweisen, z.B. Gras oder Getreide.

Dicokotyledonen = Zweikeimblättrige Pflanzen, die beim Keimen zwei Keimblätter (Kotyledonen) aufweisen, z.B. Ölsaaten, Erbsen, Bohnen, Leinsamen, Zuckerrüben, etc.

Unterboden = Der Teil des Bodenprofils, der direkt unter der Krume liegt und bis zur Pflugtiefe reicht. Diese Schicht wird bei normaler Bodenbearbeitung in der Regel nicht bearbeitet, aber teilweise in der Tiefenlockerung. Oft ist in gepflügtem Boden die Grenze zwischen Krume und Unterboden als Pflugsohle deutlich sichtbar. Diese Verdichtung entsteht durch die Pflugschare und den Radschlupf.

Kohlendioxid = Gasförmiges Abfallprodukt (CO2), das bei der Zellatmung der Wurzeln anfällt. Zusammen mit Wasser bildet es den Baustein für Zucker, der von der Pflanze durch Photosynthese gebildet wird.

Wasserdurchlässigkeit = Dieser Parameter bezieht sich auf die Menge Wasser, die in einer bestimmten Zeit den Boden infiltrieren kann. Sie ist ein guter Indikator für Bodengesundheit aus physikalischer Sicht.