Teilprojekt: Effekte von Landnutzung und landwirtschaftlichen Bewirtschaftungssystemen für die Winderosion entlang eines Klimagradienten in der Trockensteppe
In den Steppenregionen Kasachstans und Südwestsibiriens verursacht der Klimawandel und die intensive landwirtschaftliche Nutzung eine Degradation der Böden. Innovationen für eine nachhaltige Nutzung der landwirtschaftlichen Ressourcen können dieses Problem lösen. Im Projekt ReKKS entwickeln deutsche, kasachische und russische Partner in enger Kooperation mit lokalen Partnern innovative, nachhaltige und klimagerechte landwirtschaftliche Konzepte und Verfahren hinsichtlich Bodenerosionsminderung, der Verbesserung des Wasser-, Nährstoff- und Kohlenstoffhaushalts und bringen diese in Anwendung.
Teilprojektleitung:
Team:
- Moritz Koza
- Michael von Hoff
- Dorothee Kley
Teilprojektpartner:
- Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH, Leipzig-Halle
- Amazonen-Werke H. Dreyer GmbH & Co. KG, Hasbergen
- Umwelt-Geräte-Technik GmbH, Müncheberg
- Baraev Institute of Cereal Research, Shortandy (Kasachstan)
- TOO Fermer 2002, Pervomayka, (Kasachstan)
- TOO Amazone Kazakhstan, Nur-Sultan, Altai State Agrarian University, Barnaul (Russland)
- OOO Partnior, Poluyamki (Russland)
Hintergrund und Ziele:
Winderosion ist ein andauerndes Problem in der Trockensteppe Kasachstans. Kontinuierlicher Abtrag, Transport und Ablagerung von Bodenmaterial durch Wind ist eine entscheidende Ursache für Humusverluste und Bodendegradation auf landwirtschaftlich bewirtschafteten Flächen. Maßgeblich wird der Abtrag durch die Art und Intensität der Landnutzung bedingt. Besonders offene Flächen mit einem flachen Relief unterliegen einem hohen Erosionsrisiko. Im Extremfall führt Winderosion zum Verlust nutzbarer Ackerböden durch Beeinträchtigung ihrer Wassers- und Nährstoffspeicher- sowie Kohlenstoffsenkenfunktion. Die Reduzierung der Winderosion ist ein wesentliches Ziel einer klimaoptimierten Bodenbearbeitung, die nicht nur der Landwirtschaft, sondern auch dem Boden- und Klimaschutz sowie der nachhaltigen Ökosystementwicklung der temperierten Steppen dient.
Für die Geoökologen sind die übergeordnete Ziele:
- Darstellung von räumlichen Mustern der Winderosionsdisposition als Funktion von Klima, Böden und Landnutzung entlang eines Klimagradienten in der Trockensteppe.
- Identifizierung von Steuergrößen der Winderosion und Bewertung der Winderosions-disposition entlang dieses Gradienten.
- Quantifizierung der Effekte der Landnutzung und ackerbaulichen Bewirtschaftungs-systeme für die Winderosion auf standörtlicher und regionaler Ebene.
- Identifizierung der optimalen Landnutzung und ackerbaulichen Bewirtschaftungssysteme zur Reduktion der Boden- und Humusverluste durch Winderosion.
- Entwicklung von Weiterbildungsmaterialien und –modulen.
Methodischer Ansatz:
- Labormethoden: Physisch-chemische Bodenanalysen (Textur, Aggregatstabilität, Organik etc.)
- Feldexperimente: Mobiler Windkanal, Erosionsfallen
- Modellierung
- Geofernerkundung
Vergleichende Textur- und Kohlenstoffanalysen des Bodens in der Erosionszone und in der Sedimentfalle zielen dabei auf die Beurteilung der selektiven Erosion bestimmter Korngrößen sowie des Beitrags der Winderosion zu nutzungsbedingten Humusverlusten und die daraus resultierenden allgemeinen Beeinträchtigungen der Standortqualität ab. Hieraus ableitend gilt es Informationen und Handlungsempfehlungen zur standortangepassten, klimaoptimierten landwirtschaftlichen Nutzung der Trockensteppe unter Minimierung der Boden- und Humusverluste durch Erosion bereitzustellen.
Um den Erfolg erosionsminimierender Bewirtschaftungssysteme zu bewerten, ist die Etablierung eines in-situ Systems zur Analyse des durch Winderosion verursachten Sedimenttransports sowie eine Quantifizierung der Sedimentfracht unter variierenden Landschafts- und Nutzungsbedingungen notwendig. Ein mobiler Windkanal ermöglicht eine Quantifizierung der Bodenerosion in Abhängigkeit der Steuergrößen: meteorologischen Bedingungen, Bodeneigenschaften, Bodenfeuchte, Kulturart und Bodenbearbeitung.
Ergebnisse:
1. Landwirtschaftlich genutzte Steppenböden sind anfällig für Wind- und Wassererosion, insbesondere die Zersetzung von Aggregaten während der Schneeschmelze begünstigt den nachfolgenden Bodenverlust durch Winderosion.
2. Die hohe mechanische Beanspruchung bei der Saatbettbereitung verursacht starke Bodenverluste durch Wind. Dabei sind Fahrspuren und unbefestigte Wege eine unterschätzte Erosionsquelle.
3. Vom Wind erodiertes Material ist mit organischem Kohlenstoff angereichert. Der Verlust des wichtigsten Bindemittels verstärkt indirekt die Erosionsprozesse und könnte zu unvorhersehbaren Folgen im Kohlenstoffkreislauf führen.
Die Ergebnisse liefern eine wichtige Grundlage zur Darstellung der Effizienz und Innovationskraft der entwickelten Anbauverfahren sowie des Einsatzes moderner Umweltmonitorsysteme und Agrartechnik. Aus den Ergebnissen wurden Empfehlungen abgeleitet, die zu einer Reduzierung des Winderosionsrisikos von landwirtschaftlichen Flächen und zu Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel in den Untersuchungsregionen führen.
