Auswirkungen der Bearbeitungserosion auf Erträge und Kohlenstoffbilanzen in kuppigen Landschaften

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Fiener; Professor Dr. Michael Sommer
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften ; Physische Geographie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422576233

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Bodenerosion in ackerbaulich genutzten Landschaften stellt eine substantielle Gefährdung der Bodengesundheit dar. Während die Bodenerosion durch Wasser (und teilweise Wind) relativ gut erforscht ist, existieren bei der Erosion, die durch die Bodenbearbeitung hervorgerufen wird, noch große Kenntnislücken. Ziel des Projektes war es, den Einfluss der Bearbeitungserosion auf die Erträge wichtiger landwirtschaftlicher Kulturpflanzen sowie die Rückkopplungen auf den C-Kreislauf zu quantifizieren. Geprüft wurde in der kuppigen Grundmoränenlandschaft NO-Deutschlands die zentrale Hypothese, dass sich mit zunehmender Bearbeitungserosion sowohl die feldskalige Ertragsheterogenität erhöht – bei gleichzeitiger Abnahme der mittleren Flächenerträge – als auch die landschaftsskalige C-Speicherung in Böden. Die Testregion des Quillow-Einzugsgebietes wurde ausgewählt, da sie durch einen hohen Mechanisierungsrad der Landwirtschaft sowie durch geringe Niederschläge (mit häufigen Trockenphasen) charakterisiert ist und damit eine große Klimasensitivität der landwirtschaftlichen Produktion aufweist. Die grundlegende Hypothese des Projekts zur Bedeutung der Bearbeitungserosion für den Umfang und die Heterogenität der Biomasseproduktion, dem C-Input sowie Bodenkohlenstoffspeicherung konnte weitestgehend verifiziert werden. Insbesondere in trockenen Jahren, führt die langfristige Bearbeitungserosion zu deutlichen landschaftsskaligen Ertragseinbußen, mit denen unter Bedingungen des Klimawandels häufiger zu rechnen ist. Generell stellt die Bodenverlagerung ein Bodenkohlenstoffsenke im Gebiet dar. Darüber hinaus gab es eine Reihe hoch spannender Teilergebnisse. (i) Die Muster der Bodeneigenschaften sind in der Region stärker durch die Bearbeitungserosion als durch die Wassererosion geprägt. (ii) Die Erosions-Depositionsmuster führen in trockenen Jahren zu einer größeren räumlichen Differenzierung des oberirdischen C-Inputs als in feuchten Jahren. (iii) Der oberirdische C-Input hat sich - sortenbedingt - in den letzten 100 Jahren standortabhängig verringert (Abtragsbereiche < Depositionsbereiche). Beim unterirdischen C-Input (Wurzelsystem) ist hingegen kein Sorteneffekt, wohl aber ein Einfluss des Erosionsgrades erkennbar. (iv) Um den Effekt der Bearbeitungserosion auf die Biomassemuster abzubilden, reichte es nicht aus nur den Zeitraum seit der zunehmenden Mechanisierung der Landwirtschaft zu betrachten, sondern auch die Flächennutzung der letzten 1000 Jahre. (v) Reduzierte Bodenbearbeitung zum Schutz vor Wassererosion kann zu einer deutlichen Erhöhung der Bearbeitungserosion führen. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Projektergebnisse die große Bedeutung der Bearbeitungserosion für bodenbezogene Ökosystemdienstleistungen, hier Biomasseproduktion und Kohlenstoffspeicherung, unterstreichen. Dies sollte in Zukunft zwingen bei der Optimierung vom Bodenschutzmaßnahmen Berücksichtigung finden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• What role does tillage erosion play regarding landscape evolution of an intensively used hummocky landscape?. Copernicus GmbH.
  Öttl, Lena Katharina; Fiener, Peter; Wilken, Florian & Sommer, Michael
  
• A Parsimonious Approach to Estimate Soil Organic Carbon Applying Unmanned Aerial System (UAS) Multispectral Imagery and the Topographic Position Index in a Heterogeneous Soil Landscape. Remote Sensing, 13(18), 3557.
  Wehrhan, Marc & Sommer, Michael
  
• Modulators of soil organic carbon (SOC) stocks and dynamics in an intensively used hummocky landscape in North-East Germany. Copernicus GmbH.
  Öttl, Lena Katharina; Wilken, Florian; Sommer, Michael & Fiener, Peter
  
• Tillage erosion as an important driver of in‐field biomass patterns in an intensively used hummocky landscape. Land Degradation & Development, 32(10), 3077-3091.
  Öttl, Lena Katharina; Wilken, Florian; Auerswald, Karl; Sommer, Michael; Wehrhan, Marc & Fiener, Peter
  
• Data describing the translocation of radiofrequency identification transponder (RFID) glass tags during tillage experiments with a chisel and a mouldboard plough.
  Öttl, L.K., Wilken, F., Hupfer, A., Sommer, M. & Fiener, P.
  
• Non-inversion conservation tillage as an underestimated driver of tillage erosion. Scientific Reports, 12(1).
  Öttl, L. K.; Wilken, F.; Hupfer, A.; Sommer, M. & Fiener, P.
  
• Tillage erosion as an important driver of soil organic carbon (SOC) dynamics long before agricultural mechanisation. Copernicus GmbH.
  Öttl, Lena Katharina; Wilken, Florian; Degg, Marie-Rose; Wehrhan, Marc; Juřicová, Anna; Sommer, Michael & Fiener, Peter
  
• Tillage exacerbates the vulnerability of cereal crops to drought. Nature Food, 3(6), 472-479.
  Quinton, John N.; Öttl, Lena K. & Fiener, Peter
  
• A millennium of arable land use – the long-term impact of tillage and water erosion on landscape-scale carbon dynamics. SOIL, 10(1), 281-305.
  Öttl, Lena Katharina; Wilken, Florian; Juřicová, Anna; Batista, Pedro V. G. & Fiener, Peter