Warum Böden vor Hitze zu schützen sind

Unsere landwirtschaftlichen Flächen erleben zunehmend Dürren, Hitzewellen und Starkregen. Einige Praktiken aus der Landwirtschaft helfen, dem besser zu begegnen, während andere die Situation verschlimmern. Im Rahmen des Projektes «Heisse Erde ist nicht cool» wird erforscht, welche landwirtschaftlichen Praktiken den Boden und die Landschaften am besten vor Extremen schützen und die Bodenfruchtbarkeit auf lange Sicht erhalten.

Was bei starkem Regen geschieht

Was passiert, wenn starker Regen auf unterschiedlich bewirtschaftete Böden trifft? Um das herauszufinden, wurde von vier Landnutzungen sieben Zentimeter tief intakter Oberboden von landwirtschaftlichen Flächen aus derselben Region entnommen. Diese Böden, in Metallschubladen gesetzt und auf perforierten Tablets mit zwei Reihen Glaszylindern darunter platziert, wurden mit einem Regensimulator der Stärke 40 mm beregnet. Daraufhin fliesst das Wasser entweder oberflächlich in die obere Reihe der Zylinder ab oder es wird zurückgehalten und sickert in die untere Reihe. So wird die Menge des Oberflächenabflusses, der Erosion (Sedimente im Wasser) und des versickerten Wassers gemessen.

Bei nacktem, exponiertem Boden fliesst das Wasser ab

Auf unbedeckten sowie kürzlich gepflügten, oder bearbeiteten Böden durch ein Zapfwellengerät wie der Kreiselegge, lief etwa die Hälfte des Regens im Simulator ab. In der Realität spült dies Boden, Düngemittel und Chemikalien in Gewässer. Unbedeckter, gepflügter Boden verlor 46 Prozent des Niederschlags und 18 t Boden je Hektare. Selbst das Mulchbett verlor 57 Prozent des Niederschlags und 9 t Boden je Hektare. Beide Böden wurden durch die Bodenbearbeitung gestört sowie Sonne und Regen ausgesetzt. Der mit der Kreiselegge bearbeitete Boden schnitt, aufgrund der hohen Exposition gegenüber mechanischer Störung und unzureichender Mulchabdeckung, sogar schlechter ab.

Jede Bodenbedeckung hilft

Das Simulationsexperiment erklärt: Überschwemmungen und Dürren treten oft gemeinsam auf, da schlecht bedeckter Boden weder Wasser aufnehmen noch halten kann. Dauerweide und Direktsaat mit Zwischenfrüchten reduzierten den Oberflächenabfluss auf nur noch 6,6 respektive 14,6 Prozent. Sie verloren keinen Boden und absorbierten fast das gesamte Wasser. Dieses Wasser würde in natürlicher Umgebung nach unten wandern und zuerst den Bodenspeicher und dann die Grundwasserleiter auffüllen. Eine Bodenabdeckung, insbesondere eine lebende grüne, schützte den durchwurzelten Boden vor dem Aufprall von Regentropfen, reduzierte den Oberflächenabfluss und damit die Erosion. Doch nicht nur die Bodenoberfläche ist ausschlaggebend.

Es zählt ein stabiles Bodengefüge

Bodenmikroben und Pflanzenwurzeln spielen eine Schlüsselrolle für die Stabilität des Oberbodengefüges. Die Pflanzenwurzeln ernähren Erstere mit Zucker, im Austausch für Mineralien und Wasser. «Klebstoffe» der Mikroben halten die Bodenpartikel zusammen und schaffen stabile Gefüge (auch Aggregate genannt). Diese bilden Räume (Makroporen), die es dem Wasser ermöglichen, einzusickern und nach unten zu fliessen. Stabile Gefüge bleiben beim Kontakt mit Wasser intakt, instabile brechen auseinander. Bodeneigenschaften wie Tonart, pH-Wert und organische Substanz beeinflussen die Stabilität, jedoch haben landwirtschaftliche Praktiken einen grösseren Einfluss. Dies zeigt ein Aggregatstabilitätstest, bei dem Boden durch ein Set von Sieben mit abnehmender Lochgrösse nach unten sinkt. Je mehr nach unten fällt, desto instabiler ist das Bodengefüge, wie etwa beim unbedeckten und gepflügten Boden. Den Gegensatz repräsentieren die Dauerweide und das Ackerland mit einem stabilen Gefüge dank Direktsaat-System. Wenn das Bodengefüge schwach ist, werden Makroporen mit zersetzten Bodenpartikeln verstopft. Dies reduziert oder stoppt die Wassersickerung, was wiederum zu erhöhtem Oberflächenabfluss und Erosionsschäden in den Feldern führt. Das wichtige Bodenleben wird durch häufiges Pflügen und Lockern des Bodens gestört. Werden die Pflanzen entfernt, entzieht ihnen dies Nahrung und Wasser. Ein nackter Boden hat aber noch weitere Nachteile.

Wenn der Oberboden aufheizt

Im Sommer ist unbedeckter Boden der Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Untersuchungen, die 2023 und im Sommer 2024 in der Schweiz und im Mittelmeerraum durchgeführt wurden, zeigten unerwartete Resultate: unbewachsener, gepflügter Boden wird heisser als Asphalt. Warum ist das so? Asphalt und Beton leiten die Wärme besser nach innen. Ackerboden wiederum besitzt Luftporen. Diese wirken isolierend und leiten die Wärme schlechter nach innen. Folglich heizt sich die Oberfläche stark auf. Eine «tote» Mulchabdeckung an der Oberfläche wird zwar auch heiss, senkte jedoch die maximalen Oberbodentemperaturen um 15 bis 20 °C und hielt sie so unter der 40-Grad-Marke. Eine lebendige grüne Bodenbedeckung, wie eine Gründüngung, hält die Temperaturen sogar noch tiefer. Eine Bodenbedeckung spielt also eine wichtige Rolle, um Hitzestress für das Bodenleben zu reduzieren. Es wird angenommen, dass extreme Bodentemperaturen und Temperaturschwankungen eine wichtige und zu wenig beachtete Rolle für die Stabilität des Bodengefüges spielen.

Ernten leiden und es braucht mehr Dünger

Drohnenaufnahmen, die Ende August 2024 in der Schweiz gemacht wurden, zeigen auffällige Unterschiede in der Oberflächentemperatur zwischen benachbarten Feldern. Unbedeckter Oberboden ist nicht nur stärker aufgeheizt und ausgetrocknet als begrünte Felder, sondern er erhöht auch die Lufttemperaturen. Aktuell laufen Untersuchungen sowohl in der Schweiz als auch im Mittelmeerraum, wo klimatische Extremereignisse stärker ausgeprägt sind. Mit dem Klimawandel könnte die Schweiz in zukünftigen Sommern ähnliche Bedingungen erleben. Ohne ein starkes Gefüge ist der Boden schlecht gewappnet. Er besitzt dann zu wenig Wasser, wodurch nach einer Trockenperiode die Ernten leiden und die Produktion abnimmt. Starkregen führt zu einem höheren Oberflächenabfluss und zu einem Verlust von Nährstoffen und fruchtbaren Oberböden. Erstere müssen dann durch teure Düngemittel ersetzt werden. Das Szenario bedeutet auch, dass das Grundwasser nicht aufgefüllt wird. Die Auswirkungen bleiben dann nicht standortbeschränkt. Schäden an benachbarten Feldern, Infrastrukturen sowie erhöhte Hochwasserrisiken für Strassen und Häuser sind wahrscheinlich. Eine Anreicherung von Nitrat und Phosphor in Gewässern ist ebenfalls eine Folge, was dann die Wasserqualität beeinträchtigt.

Probleme können gelöst werden

Die Abkühlung der Oberfläche, insbesondere mit einer grünen Bodenbedeckung samt Wurzeln, zeigt vielversprechende Ansätze zur Verbesserung des lokalen Klimas, zur Erhaltung des Bodengefüges und zur Verbesserung der Bodengesundheit und des Wasserkreislaufs. Besonders im Sommer sollte der Boden mit Kulturpflanzen, einer Gründüngung oder einer Zwischenfrucht bedeckt bleiben. Es gilt, das Bewusstsein bei Landwirtinnen und Landwirten, Beratungsdiensten und der Öffentlichkeit zu schärfen. Dies ist entscheidend, um eine produktive und schützende Landschaftsbegrünung zum Nutzen aller zu unterstützen.