Unterbodenmanagement. Altbewährtes neu entdeckt
Bereits in der DDR wurde das Prinzip der partiellen Krumenvertiefung entwickelt. Damals mit dem Ziel, die Bodenfruchtbarkeit und die Erträge zu steigern. Nun zeichnet sich immer stärker ab, dass das Verfahren auch dem Klimaschutz dienen könnte. Marisa Gerriets und Michael Sommer stellen Untersuchungen dazu vor.
Seit den 1950er Jahren wurden diverse Techniken für die partielle Krumenvertiefung in der DDR eingesetzt: vom Segmentpflug
über Tieflockerer mit Leitblechen hin zum Krumenbasispflug. Letzterer ist die Grundlage des aktuellen CF-Pfluges.
Foto: Lemken
Es muss nicht immer alles neu erfunden werden. Manchmal können teils in Vergessenheit geratene Entwicklungen Lösungsansätze für aktuelle Herausforderungen bieten. Das Prinzip der partiellen Krumenvertiefung (pKV) wurde bereits Ende der 1950er Jahre in der DDR als meliorative Maßnahme entwickelt, um Erträge und Ertragssicherheit durch Vertiefung der Krume und Aufbruch von Verdichtungen unterhalb des Pflughorizonts zu erhöhen. Durch die Kombination aus Tiefpflügen und Tieflockerung findet ein definierter Austausch von Ober- mit Unterbodenmaterial (ca. 25 %) statt. Als Werkzeug dafür dient ein Spezialpflug.
Eignet sich dieses Verfahren auch für eine langfristige Kohlenstoffanreicherung (C-Sequestrierung) im Boden? Dieser Frage sind wir am Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung in den beiden Projekten »Krumensenke« und »CarbonTilla-ge« nachgegangen. In Zusammenarbeit mit Andreas Baur, dem Ingenieur des Krumenbasispflugs aus den 1980er Jahren, und Lemken wurde basierend auf dem Krumenbasispflug ein neuer »Carbon Farming Pflug« für die partielle Krumenvertiefung entwickelt. Dabei heben die im Wechsel mit Standardscharen angeordneten CF-Schare 50 cm tiefe Schächte aus (Grafik). Das Unterbodenmaterial wird im Bearbeitungshorizont abgelegt und die Schächte vom nachfolgenden Standardschar mit Oberboden verfüllt. Für ein ebenes Pflugbild arbeiten die CF-Schare 25 cm breit und 50 cm tief, und die Standardschare 50 cm breit und 25 cm tief. Dadurch ist die Menge an bewegtem Boden bei beiden Schartypen gleich.
Wozu »toten« Unterboden in den Oberboden holen?
Zunächst erscheint diese Maßnahme widersprüchlich. Auch stellt sich die Frage, wie die Verlagerung des nährstoffreichen Oberbodens in den Unterboden dabei helfen soll, Bodenfruchtbarkeit und Erträge zu steigern. Doch es gibt Antworten: Durch die Vertiefung der Krume und den Aufbruch von Bodenverdichtungen wird der Wurzelraum vergrößert und der Zugang zu Wasser und Nährstoffen im Unterboden verbessert. Das führt in den häufig wasserlimitierten Ackerböden zu Ertragssteigerungen bereits im ersten Jahr. Zudem sind die in den Unterboden in maximal 50 cm Tiefe verlagerten Nährstoffe für die Pflanzen noch erreichbar.
Ertragseffekt
Zwischen 1961 und 1987 wurde die Ertragswirkung der partiellen Krumenvertiefung an 35 Orten in der DDR untersucht. Im Mittel führte die Maßnahme nach Auswertung von 224 Datensätzen zu einem Mehrertrag von 8 % (2,4 dt/ha bei Getreide) im Vergleich zur normal gepflügten Kontrolle. Interessanterweise war die Ertragswirkung in trockenen Jahren mit + 12 % signifikant höher als in »normalen« Jahren. Somit trägt die partielle Krumenvertiefung zur Ertragsabsicherung bei. In neuen Versuchen auf Praxisschlägen wurden zwischen 2020 und 2024 Mehrerträge von mindestens 4 % bei Winterweizen, Winterraps und Silomais erzielt.
Bodeneffekte
Um die langfristigen Effekte der partiellen Krumenvertiefung auf Bodeneigenschaften zu quantifizieren, analysierten wir drei historische Versuchsflächen bei Müncheberg (sandige Grundmoräne) sowie eine Fläche bei Wolfshagen (lehmige Grundmoräne). Dafür wurden quer zur Bearbeitungsrichtung Gräben in unterschiedlichen Reliefpositionen angelegt und Bodenproben in Oberboden, Schacht und Unterboden neben und unterhalb des Schachtes entnommen und analysiert. Insgesamt umfasste die Beprobung 136 Schachtzonen. Die Versuche wurden zwischen 1977 und 1984 angelegt und anschließend normal bewirtschaftet.
Überraschenderweise waren die angelegten Schächte nach vier Dekaden noch deutlich erkennbar. Analysen zeigten, dass die Gehalte an pflanzenverfügbaren Nährstoffen in den Schächten mit + 20 bis + 300 % bei Phosphor, + 10 bis + 50 % bei Kalium und + 20 bis + 200 % bei Magnesium signifikant höher waren als im normalen Unterboden daneben. Zudem war die Lagerungsdichte in den sandigen Böden im Schacht signifikant geringer als im Unterboden daneben. Somit ist der Lockerungseffekt der partiellen Krumenvertiefung selbst nach 40 Jahren noch nachweisbar. Diese nachhaltige Lockerung der Verdichtung wird erzielt durch die Verfüllung der Schächte mit Oberbodenmaterial, das aufgrund der darin enthaltenen organischen Substanz nicht so stark komprimiert werden kann, sowie das Beibehalten verdichteter Festzonen zwischen den Schächten zum Erhalt der Tragfähigkeit.
Klimawirkung
Neben der positiven Wirkung auf die Bodenfruchtbarkeit und die Erträge ist die partielle Krumenvertiefung heute als Maßnahme für den Klimaschutz interessant. Dabei geht es um die Nutzung des Bodens als CO2-Senke. Durch den Austausch kohlenstoffreichen Oberbodenmaterials und kohlenstoffarmen Unterbodenmaterials wird der Kohlenstoffgehalt im Oberboden verringert und das C-Gleichgewicht im Oberboden gestört. Nachfolgend kommt es zu einer Stabilisierung von Wurzelausscheidungen, abgestorbenen Pflanzenresten und mikrobiellen Umsetzungsprodukten an Tonmineralen, Eisenoxiden und Calcium-Ionen, bis das System wieder im Gleichgewicht und das ursprüngliche Kohlenstoffniveau erreicht ist. Diese C-Anreicherung im Oberboden ist umso höher, je größer der Unterschied im Kohlenstoffgehalt zwischen Ober- und Unterboden ist.
Was passiert mit dem Kohlenstoff in den Schächten?
Wird dieser vollständig abgebaut, wäre in der Summe nicht mehr Kohlenstoff im Boden gespeichert und es gäbe keinen nachhaltigen Klimaschutzeffekt. Aufgrund der ungünstigeren Bedingungen für Mikroorganismen ist der Abbau im Schacht jedoch gehemmt – bei gleichzeitig intensiver Durchwurzelung. Das heißt, der C-Input ist hoch. Unsere Ergebnisse zeigen, dass nach etwa 40 Jahren – je nach Bodeneigenschaften – noch 50 bis 100 % des ursprünglichen C-Gehalts in den Schächten vorhanden sind. Umgerechnet auf die Kohlenstoffmengen wird somit durch eine einmalige partielle Krumenvertiefung bei konservativer Rechnung mit einem Abbau von 50 % in sandigen Böden 1 t CO2-eq pro ha und Jahr nachhaltig gespeichert, bis das Gleichgewicht nach etwa zehn Jahren erreicht ist. Bei lehmigen Böden sind es sogar bis zu 3 t CO2eq pro ha und Jahr. Insgesamt wird also durch eine einmalige, meliorative Maßnahme ein Senkeneffekt von 10 bis 30 t CO2eq/ha erzielt. Anschließend ist eine erneute partielle Krumenvertiefung – versetzt zur vorherigen – möglich.
Für welche Standorte eignet sich das Verfahren? Prinzipiell ist es geeignet für Standorte der Jung- und Altmoränenlandschaften sowie fluvial-sandige Böden. Auszuschließen sind jedoch Flächen mit einem hohen Anteil an sehr großen Steinen oder oberflächennahen Steinsohlen sowie Schläge mit lehmig-tonigen Oberböden oder oberflächennahen Versorgungsleitungen.
Derzeit wird geprüft, ob mit einem pKV-Einsatz auf Lössböden ebenfalls positive Ertragswirkungen erzielt werden können – ohne negative Begleiteffekte. Erste vielversprechende Versuche dazu gab es bereits in den 1980er Jahren.
Fazit
Bei der partiellen Krumenvertiefung handelt es sich um eine meliorative Maßnahme, die etwa alle zehn Jahre wiederholt werden kann. In dieser Zeit wird »toter« Unterboden zu belebtem Oberboden. Dabei bleibt der in die Schächte verlagerte Oberboden weitgehend erhalten. Somit lässt sich der Humusvorrat nachhaltig erhöhen (CO2-Senke) und der Zugang der Pflanzen zum Unterboden (Wasser, Nährstoffe) verbessern. Das hat nicht nur positive Auswirkungen auf die Bodenfruchtbarkeit und die Erträge, sondern auch auf die Ertragsabsicherung in trockenen Jahren.
