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Expertenwissen

Bodenanalysen – die Basis bleibt

Autorin: Prof. Dr. Christel Baum, Universität Rostock

Herbst 2024

Welche Arten von Bodenproben werden im Ackerbau gebraucht? Dieser Fragestellung geht Prof. Dr. Christel Baum auf den Grund und erläutert hierbei, welche Bodenanalysen möglich und welche sinnvoll sind.

Die Ausgangslage

Da sich in den letzten Jahren sowohl die Witterungsverhältnisse (Niederschlag, Temperatur) als auch die Bewirtschaftung (Düngung, Pflanzenschutzmitteleinsatz) teilweise erheblich verändert haben, treten verstärkt Probleme in der Bodenfruchtbarkeit auf, deren Ursachen teilweise nicht offensichtlich und eindeutig sind. Gleichzeitig hat sich das Untersuchungsangebot für landwirtschaftliche Bodenanalysen in den letzten Jahren zunehmend erweitert und schließt neben den physikalischen und chemischen Analysen bereits auch biologische bzw. molekularbiologische Analysen ein. Damit wird es für den Landwirt zunehmend schwieriger zu entscheiden, welche Analysen über den Standard hinaus für ihn hilfreich und sinnvoll sein können.

Bodenökologische Bewertung im Feld

Viele bodenökologische Probleme sind im Feld offensichtlich und selbst prüfbar, wie etwa Schadverdichtungen, Staunässe bzw. Trockenstress und starke Erosionsgefährdung. Viele dieser Probleme können in Bodenproben im Labor nicht mehr oder nicht hinreichend abgebildet werden. Daher sollte vor der Bodenprobenahme grundsätzlich die aktuelle Standortbewertung im Feld erfolgen. Diese legt die Grundlage für eine sinnvolle Analysenstrategie.

Die standardisierten Analysen der LUFen sind für die Praxis im Regelfall häufig ausreichend und angemessen. Das Analysenangebot der LUFen umfasst die wesentlichen und sinnvollen grundlegenden Untersuchungen der Makronährelementgehalte (Phosphor, Kalium und Magnesium) und des pH-Wertes in Hinblick auf den Kalkungsbedarf, Mengen- und Spurennährstoffe (u.a. Bor, Kupfer, Mangan, Zink, Molybdän, Natrium, Schwefel, Eisen und Selen), mineralischen Stickstoff (Nmin) und mineralischen Schwefel (Smin), die Bestimmung des Humusgehaltes und der Bodenart mittels Körnungsanalyse zur Ermittlung charakteristischer Bodeneigenschaften. Weiterhin werden Parameter gemäß AbfKlärV und BioAbfV auch die Schwermetallgehalte (Pb, Cd, Cr, Cu, Ni, Hg, Zn) analysiert.

Besonders die Untersuchung der Gehalte an Spurennährstoffen sollte auch vor dem Hintergrund eines möglichen erweiterten Anbaus von Leguminosen unbedingt Berücksichtigung finden, da sie die N-Fixierung und damit die Ertragsbildung von Leguminosen ganz wesentlich kontrollieren.

Bodenprofil einer Acker-Kuppe (Foto: M. Baum)

Bodenprofil einer Acker-Senke (Foto: M. Baum)

Übersicht zur Charakterisierung von Bodeneigenschaften

Parameter & Analysenbeispiele	Aussagekraft und Besonderheiten	Beinflussbarkeit des Parameters durch pflanzenbauliche Maßnahmen
Bodenphysikalische Eigenschaften
Körnung: Siebung und Sedimentation	Kontrolle der Speicherfähigkeit von Nährstoffen und Humus allgemein, Kontrolle der Erosionsgefährdung	nicht beeinflussbar, aber durch Bodenbearbeitung und erosionsbedingte Verlagerung veränderlich in der räumlichen Verteilung
Lagerungsdichte: Penetrologger, Stechzylinder	Kontrolle von Durchlüftung und Wasserspeichervermögen, Kontrolle des effektiven Wurzelraumes	durch Bodenbearbeitung beeinflusst: Lockerung der Krume, bzw. Schadverdichtungen durch Auflagedruck
Chemische Eigenschaften
Nährstoffversorgung: Extraktions- und Aufschlussverfahren	Basis der potenziellen Nährstoffnachlieferung, effektive Nährstoffnachlieferung wird nur in Verbindung mit Pflanzenanalysen nachweisbar	Düngung essenziell, zum Ausgleich der Nährstoffabfuhr durch das Erntegut; symbiontischer N-Eintrag durch Leguminosenanbau
Schadstoffgehalte: Extraktions- und Aufschlussverfahren	bei Schwermetallen wesentlich geogen bedingt, hohe Mobilität und Toxizität besonders von Cd	Eintrag als geogene Verunreinigung von Düngemitteln (Cd, U) und im Rahmen des Pflanzenschutzes bzw. der Düngung (Zn, Cu)
pH-Wert: pH-Meter mit Glaselektrode	Kontrolle der Mobilität von Nähr- und Schadstoffen	durch Kalkung reguliert, durch Düngung beeinflusst
Kationenaustauschkapazität (KAK) und Basensättigung: Extraktionsverfahren	potenzielles oder effektives Austauschvermögen des Bodens für Kationen, Indikator der Nährstoffnachlieferung, wesentlich durch den Tongehalt und Humusgehalt kontrolliert	durch Humusmehrung nur langfristig und eher geringfügig beeinflussbar, effektive KAK durch Kalkung begrenzt erhöhbar
Biologische Eigenschaften
Mikrobielle Diversität: molekularbiologisch mittels Metagenomik	standortspezifische Diversität der Bodenmikroorganismen, gleiche funktionelle Diversität kann durch unterschiedliche Organismen verursacht sein, bei Verdacht von Bodenmüdigkeit Prüfung von Schaderregerbefall im Pflanzentest (Differenzialdiagnostik) möglich	bisher in der Gesamtzusammensetzung kaum gezielt beeinflussbar, jedoch durch die Fruchtfolge Schaderregerregulierung und durch den Einsatz von mikrobiellen Biostimulanzien zeitweise Einfügung von Organismen möglich
Mikrobielle Aktivität: Enzymaktivitäten	Indikator der Nährstoffmobilisierung durch den Streuabbau mit sehr hoher zeitlicher und räumlicher Heterogenität	durch die Düngung als Nährstoffzufuhr erhöht, durch Bodenbearbeitung durch Belüftung zeitweise erhöht und durch die Fruchtfolge beeinflusst
Mikrobielle Biomasse: Fumigations-Extraktionsmethode	Indikator der labilen Nährstoffspeicherung, Rückhalt gegenüber Nährstoffauswaschung	eng an den Humusgehalt gekoppelt, daher durch Maßnahmen der Humusmehrung erhöht

Quellen: Amelung et al., 2018; Ottow, 2011

Helfen Untersuchungen des Bodenmikrobioms?

Das Bodenmikrobiom mit seiner Diversität und funktionellen Aktivität hat einen großen Einfluss auf die Bodenfruchtbarkeit, jedoch sind für den Landwirt aktuell Untersuchungen des Bodenmikrobioms in der Regel noch nicht zu empfehlen. Sie dienen aktuell wissenschaftlichen Untersuchungen im Rahmen der Grundlagenforschung, aber sind bisher noch nicht sinnvoll in praktische Handlungsempfehlungen zu überführen. Diese Thematik wird gegenwärtig intensiv bearbeitet und ist ein Zukunftsziel.

Die hohe und standortspezifisch teilweise sehr unterschiedliche Diversität des Bodenmikrobioms, die Vielfalt der Interaktionen und die hohe räumliche und zeitliche Heterogenität erlauben es aktuell jedoch noch nicht, aus den Analysen des Bodenmikrobioms unmittelbar Handlungsempfehlungen abzuleiten.

Generell ist der Humusgehalt von Ackerböden ein einfacher und sinnvoller Indikator für die Besiedlung mit Bodenmikroorganismen. In Ackerböden ist der Humusgehalt in der Regel mit der mikrobiellen Biomasse positiv korreliert. Das heißt, dass dieser Parameter ein guter Indikator für die allgemeine mikrobielle Besiedlung darstellt, ohne jedoch Einblick in die standortspezifische Diversität der Bodenmikroorganismen zu gewähren. Da die mikrobielle Biomasse ein wichtiger labiler Nährstoffpool vor allem für Stickstoff und Phosphor ist, kann der Humusgehalt hierfür langfristig als Indikator, z.B. zur Bewertung von Bewirtschaftungseinflüssen, auch auf das Bodenmikrobiom genutzt werden.

Bodenuntersuchung nach Albrecht/Kinsey

Die Bodenuntersuchung nach Albrecht/Kinsey wurde in den 1940er Jahren in den USA entwickelt und erlebt gegenwärtig teilweise ein Comeback auch in Europa. Sie nimmt die Kationenaustauschkapazität und die Basensättigung des Bodens in den Fokus und hierbei insbesondere das Calcium : Magnesium-Verhältnis.

Da die Kationenaustauschkapazität und die Basensättigung eines Standortes jedoch nicht kurzfristig verändert werden können, hat der Landwirt auf die analysierten Parameter keinen kurzfristigen Einfluss bzw. Nutzen dieser Analysen. Aktuelle Untersuchungen von Soto et al. 2022 belegen weiterhin, dass die gängige Regulierung des pH-Wertes im Rahmen der Kalkung bei den getesteten Fruchtarten Mais und Soja wesentlich ertragswirksamer war, als eine spezifische Regulierung des Calcium : Magnesium-Verhältnisses, wie sie aus der Analyse nach Abrecht/Kinsey abgeleitet wird. Bei den getesteten Fruchtarten Mais und Soja brachte eine Optimierung des Calcium : Magnesium-Verhältnisses keinen signifikanten Ertragszuwachs.

Welche Bodenanalyse bei unspezifischen Wachstumshemmungen?

Besonders enge Fruchtfolgen können zu unspezifischen Wachstumshemmungen führen, die den Verdacht auf die sogenannte Bodenmüdigkeit nahelegen. Bodenmüdigkeit, besonders bekannt bei Leguminosen, kann eine Vielfalt an biotischen (bodenbürtige Krankheiten und Schaderreger) und abiotischen (Nährstoffmangel, Herbizidrückstände, allelopathische Substanzen in der Streu, Bodenverdichtungen) Ursachen haben. Um die Ursachen spezifisch einzugrenzen, kann mittels der Differenzialdiagnose nach Fuchs et al. (2013) mit einfachen Mitteln im Pflanzentest im Gefäßversuch geprüft werden, ob die Ursachen biotisch sind, oder ob organische Schadstoffe (z.B. Herbizidrückstände) oder Nährstoffmangel die Hauptursachen darstellen.

Bodenanalysen immer mit Pflanzenanalysen kombinieren

Mit Blick auf die Düngungsplanung ist es grundsätzlich immer sinnvoll, Boden- und Pflanzenanalysen zu kombinieren, da durch den Synergismus (z.B. von Stickstoff und Schwefel) oder den Antagonismus (z.B. von Phosphor und Calcium) von Nährelementen bei gleicher Verfügbarkeit im Boden die Pflanzenaufnahme stark variieren kann.

Missverhältnisse zwischen den Nährelementen werden erst in der Kombination von Boden- und Pflanzenanalysen nachgewiesen. Die Pflanzenanalyse auf Makro- und Mikronährstoffe kann Nährstoffmangel oder -überschuss aufdecken. Darüber hinaus dient die Pflanzenanalyse, vor allem bei Spurenelementen, der Feststellung des Ernährungszustandes der Pflanzen und damit der Düngeberatung.

Fazit

Regelmäßige Bodenanalysen sind ein wichtiger Bestandteil der Optimierung der Düngung und Sicherung der Bodenfruchtbarkeit. Mikronährelemente sollten hierbei generell, aber auch insbesondere für den Leguminosenanbau, eingeschlossen werden.
Vor der Auswahl der Bodenuntersuchungen sollte der bodenökologische Zustand am Standort geprüft werden.
Bodenanalysen und Pflanzenanalysen sind unbedingt zu kombinieren.
Bei ungeklärten Wachstumsdepressionen ist die Differenzialdiagnose eine einfache Möglichkeit zur Ursacheneingrenzung und Entscheidung über Folgeuntersuchungen.
Die detaillierte Analyse des Bodenmikrobioms ist aktuell noch nur für Forschungszwecke zu empfehlen, da auf dem aktuellen Kenntnisstand noch keine gesicherten Handlungsempfehlungen für die Praxis abgeleitet werden können. Dies ist jedoch ein Ziel der laufenden Forschungsarbeiten.

Autorin:

Prof. Dr. Christel Baum
Universität Rostock

christel.baum@uni-rostock.de