Die Vereinten Nationen haben 2015 als das "Internationale Jahr der Böden" ausgerufen, um auf die zunehmende Erosion aufmerksam zu machen. Aber auch andere Einflüsse wie Versiegelung, Schadstoffe und Verdichtung setzen den Böden zu. Welche Strategien dagegen entwickelt werden, erklärte Bodenforscherin Heide Spiegel von der Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit (AGES) im Interview mit APA-Science.

Heide Spiegel betreibt schon seit gut 30 Jahren Forschung zu Bodengesundheit und Pflanzenernährung. Begonnen hat sie als Forschungsassistentin an der Universität für Bodenkultur (Boku), sowie bei Vorläufer-Organisationen der heutigen AGES. In der AGES ist sie für Langzeit-Feldversuche zu Düngung und Bodenbearbeitung verantwortlich. Sie arbeitet als Projektleiterin in nationalen und internationalen Forschungsprojekten. Schwerpunkte sind landwirtschaftliches Bodenmanagement, nachhaltige Pflanzenproduktion, organische Bodensubstanz, Nähr- und Schadstoffe im System Boden - Pflanze. Dazu hat sie auch ihre Doktorarbeit "Schwermetalle in Kulturböden und Nutzpflanzen" und ihre Habilitationsarbeit verfasst.

Im E-Mail-Interview mit APA-Science gibt die Wissenschafterin unter Mitarbeit ihrer Kollegen Georg Dersch und Andreas Baumgarten Einblicke in ihre Forschungsarbeit:

APA-Science: Welchen Problemen und Herausforderungen ist der Boden in unseren Breiten bzw. speziell in Österreich ausgesetzt - und welche Antworten versucht die Forschung darauf zu finden?

Heide Spiegel: Ein gesunder Boden ist die Basis für Pflanze, Tier und Mensch. Boden ist nicht erneuerbar und für die Bildung weniger Zentimeter fruchtbaren Bodens sind Hunderte Jahre notwendig. Wenn Boden verbaut bzw. versiegelt wird, kann er viele natürliche Funktionen nicht mehr erfüllen. Dann ist die Lebensraumfunktion für Bodenorganismen (Mikroorganismen, Pilze, Pflanzen, Tiere) weitestgehend zerstört. Es gehen wichtige Regelungsfunktionen im Kohlenstoff- und den Nährstoff-Kreisläufen (z.B. Stickstoff) verloren. Boden steht dann auch nicht mehr als Filter von Schadstoffen aus dem Niederschlags- oder Sickerwasser zur Verfügung. Außerdem kann Niederschlagswasser nicht mehr im Porensystem des Bodens gespeichert werden und die Risiken für Hochwasser und Erosion nehmen zu.

Neben der Versiegelung können auch Einträge von anorganischen (z.B. Schwermetalle) und organischen Schadstoffen (z.B. POPs - langlebige organische Schadstoffe) die Produktionsfunktion des Bodens für die Erzeugung gesunder Nahrungs- und Futtermittel gefährden. Auch nicht sachgerechte landwirtschaftliche Bewirtschaftung kann die Bodenfruchtbarkeit beeinträchtigen.

APA-Science: Was macht die AGES im Bereich der Bodenforschung?

Spiegel: Die AGES und ihre Vorläuferorganisationen führen seit vielen Jahren Feldversuche zur Optimierung von landwirtschaftlichem Bodenmanagement (Düngung, Fruchtfolge, Bodenbearbeitung) für eine nachhaltige Pflanzenproduktion durch. Außerdem sind wir stets bestrebt unsere Expertise durch die Teilnahme an nationalen und internationalen Forschungsprojekten zu erweitern. Eines dieser Projekte ("CATCH-C") wurde von der EU im 7. Rahmenprogramm gefördert. Darin hat die AGES - basierend auf Feldversuchsergebnissen aus ganz Europa - die Auswirkungen unterschiedlicher Bodenbewirtschaftung (Fruchtfolge, Bodenbearbeitung, mineralische und organische Düngung einschließlich der Einarbeitung von Ernterückständen) auf dem Feld untersucht. Ziel war es, bestmögliche landwirtschaftliche Bewirtschaftungsmaßnahmen zu finden, die die Erträge erhöhen, die chemische, physikalische und biologische Bodenqualität fördern sowie zum Klimaschutz beitragen.

APA-Science: Was ist dabei herausgekommen?

Spiegel: Die Analysen zeigten, dass keine der untersuchten Bewirtschaftungsmaßnahmen alle diese Ziele gleichzeitig erreichen konnte. Nicht wendende, reduzierte Bodenbearbeitung (kein Pflügen; Anm.), organische Düngung inklusive der Einarbeitung von Ernterückständen sowie Zwischenfrüchte und Gründüngung führen zwar zur Erhöhung von organischem Kohlenstoff im Boden und damit zu einer Verbesserung des wichtigsten Indikators für die Bodenqualität. Allerdings steigen im europäischen Durchschnitt die Treibhausgas-Emissionen (CO2 und N2O) ebenfalls und die Erträge sinken manchmal. Allerdings sind die Ergebnisse von den lokalen Boden und Klimabedingungen in den jeweiligen Europäischen Ländern abhängig.

APA-Science: Welchen Gefährdungen ist der Boden sonst noch ausgesetzt?

Spiegel: Eine Gefahr der Schädigung des Bodens ist die Erosion, der Abtrag von fruchtbarem Boden durch Wind oder Wasser. Erosion entsteht vor allem dort, wo der Boden nicht mit Pflanzen bedeckt ist. Besonders gefährdet durch Wassererosion sind landwirtschaftliche Kulturen in Hanglagen, z.B. Zuckerrübe, Soja, Sonnenblume, Kürbis, Kartoffel und Mais; im Allgemeinen alle Kulturen, die spät im Frühjahr gesät werden und relativ langsam wachsen bzw. den Boden bedecken. Ebenso Wein, Obst und Hopfen, wenn der Boden nicht mit einer Gründecke bepflanzt ist. Wie die Kollegen des Bundesamts für Wasserwirtschaft vom Institut für Kulturtechnik und Bodenwasserhaushalt (IKT) in Petzenkirchen herausgearbeitet haben, verursacht Bodenerosion auch Schäden in angrenzenden Flächen. Das sind Sedimentablagerungen und verstopfte Drainagegräben, aber auch Beeinträchtigungen von Gewässern, nicht zuletzt durch die eingetragenen Nährstoffe.

APA-Science: Was kann man konkret dagegen unternehmen?

Spiegel: Der Bodenabtrag kann durch Erosionsschutzmaßnahmen wesentlich verringert werden. Dazu gehören zum Beispiel eine Bodenbearbeitung und -Bewirtschaftung quer zum Hang. Oder die Mulch- und Direktsaat, also der Anbau von Mais und Zuckerrübe direkt in einen - z.B. mit Zwischenfrüchten - bewachsenen Boden oder nach deren Zerkleinerung. Oder Begrünungen (angelegte oder bestehende Kulturpflanzendecke) in Wein-, Obst- und Hopfengärten. Indirekte positive Wirkung auf den Erosionsschutz haben auch die biologische Wirtschaftsweise mit Feldfutter und Leguminosenflächen und die Erhaltung und Entwicklung von Natur- und Gewässerschutzstreifen. Alle diese Maßnahmen werden im Rahmen des Agrarumweltprogrammes ÖPUL national und von der EU Kommission gefördert, die Teilnahme ist für die Landwirte freiwillig. Dieses Programm gibt es seit 1995 mit verschiedenen Programmabschnitten, die auch wissenschaftlich evaluiert werden.

APA-Science: Oft hört man im Zusammenhang mit den Böden vom Problem der "Verdichtung". Was kann man sich darunter vorstellen?

Spiegel: Das ist in Österreich oft ein verborgenes Problem. Es fällt dann auf, wenn - insbesondere nach der Schneeschmelze oder starken Regenfällen - in den Feldern das Wasser steht. Bei Bodenverdichtungen nimmt das Porenvolumen, insbesondere das Volumen der Grobporen ab, so dass Niederschlagswasser nicht mehr in den Boden einsickern und anschließend gespeichert werden kann. Schädliche Bodenverdichtungen entstehen insbesondere durch das Befahren der Felder mit zu schweren Maschinen (v.a. bei der Ernte und bei feuchten Bedingungen). Hier kann der Landwirt unter Umständen durch geeignete Maschinenwahl und Zeitpunkt der Bearbeitung Risiken von Schadverdichtungen vorbeugen. Genaueres dazu gibt es in einer Broschüre der AGES.

APA-Science: Welche Rolle spielen Klimaveränderungen?

Spiegel: Das ist eine große Herausforderung für die Landwirtschaft bzw. den Boden, vor allem steigende Temperaturen und Wetterextreme - hier wiederum extreme Niederschlagsverhältnisse - sind ein Problem. Dabei spielt eine optimale Bewirtschaftung, das heißt eine an den Standort und die Pflanzen angepasste Düngung und die Aufrechterhaltung der Humusgehalte eine wichtige Rolle. In einem vom Umweltbundesamt geleiteten und vom Klima- und Energiefonds (Austrian Climate Research Program, 4. Call) geförderten Projekt "Austrian Carbon Calculator" wurde ein Kohlenstoffrechner entwickelt, der den Landwirten in zwei Regionen Österreichs (Marchfeld und Mühlviertel) die Auswirkungen unterschiedlicher Bodenbewirtschaftung auf die Humusversorgung zeigt. Dabei können unterschiedliche Fruchtfolgen, Düngung, Bodenbearbeitung, Bewässerung und Zwischenbegrünung auf ganz konkreten Ackerflächen auch unter zukünftigen Klimaszenarien simuliert werden. Im Projekt konnte gezeigt werden, dass steigende Temperaturen und unangepasste Bewirtschaftung, z.B. das Entfernen aller Ernterückstände vom Feld jedes Jahr und/oder häufige Bodenbearbeitung, zu Humusabbau führen können. Eine an den Standort angepasste Humus-Versorgung ist wichtig, um Wetterextreme abfedern zu können..

APA-Science: Was ist Ihr persönlicher Fokus in der Bodenforschung?

Spiegel: Ich arbeite seit fast 30 Jahren in der angewandten, agrarischen Bodenforschung und habe meine Habilitationsarbeit zum Thema "Auswirkungen ackerbaulicher Maßnahmen auf den organischen Bodenkohlenstoff und ernährungsrelevante Elemente im System Boden-Pflanze" verfasst. Die organische Substanz des Bodens - und ein Großteil davon ist Kohlenstoff (C) - ist ein faszinierendes Forschungsgebiet. Einerseits ist die organische Bodensubstanz - Humus - extrem wichtig für die Bodenqualität. So werden die im Humus enthaltenen lebenswichtigen Nähr- und Mineralstoffe für das Pflanzenwachstum nach und nach freigesetzt und stehen langfristig für das Pflanzenwachstum zur Verfügung. Humus kann auch anorganische und organische Schadstoffe (z.B. Schwermetalle wie Blei oder nicht abbaubare Pflanzenschutzmittel-Wirkstoffe) speichern, so dass sie vor Verlagerung in tiefere Bodenschichten bzw. Auswaschung in das Grundwasser geschützt sind. Humus wirkt sich weiters günstig auf die Porenverteilung des Bodens aus, verbessert die Luftführung, den Wärmehaushalt und das Wasserspeichervermögen. Er trägt zu einer besseren Tragfähigkeit und Befahrbarkeit des Bodens bei. Vermehrte mineralisch-organische Komplexe und damit eine höhere Aggregatstabilität können auch helfen, die Erosion durch Wind und Wasser zu vermindern. Andererseits spielt Humus in der Klimadiskussion eine Rolle, da durch Humus auch Kohlenstoff im Boden gespeichert wird oder nach der Mineralisierung als Kohlendioxid (CO2) wieder freigesetzt werden kann.

APA-Science: Was wird gegen dieses Problem unternommen?

Spiegel: Es wird zunehmend versucht, die C-Freisetzung aus Böden so weit wie möglich zu verringern. Weiters wird diskutiert, ob durch landwirtschaftliche Bewirtschaftung C verstärkt im Boden gespeichert werden kann ("C-Sequestrierung"). Allerdings haben unsere langjährigen Feldversuche zu Bodenbearbeitung und Düngung gezeigt, dass das Sequestrierungspotenzial landwirtschaftlich bewirtschafteter Böden begrenzt ist. Eine humusschonende Bodenbewirtschaftung - Minimierung der Bodenbearbeitung, Belassen der Ernterückstände auf dem Feld, Begrünungen - ist allerdings zur Erhaltung der Bodenqualität unerlässlich. Weiters können wir aufgrund unserer langjährigen Exaktversuche mögliche Einträge von Schwermetallen in den Boden über Düngemittel (z.B. Phosphatdünger) quantifizieren und auf eine sachliche Basis stellen.

APA-Science: Stichwort Düngen: Was gilt es dabei zu beachten?

Spiegel: Eine wichtige Aufgabe ist die Mitwirkung an der Erstellung von Richtlinien zur sachgerechten Düngung und nachhaltigem Bodenmanagement. Die Düngung von Kulturpflanzen dient dazu, die durch die Ernteprodukte dem Boden entzogenen Nährstoffe zu ersetzen. Dafür können sowohl mineralische als auch organische Dünger eingesetzt werden. Dabei sind einige wichtige Voraussetzungen zu beachten. Düngemenge und Zeitpunkt müssen an die jeweilige Kultur (z.B. Getreide, Mais, Zuckerrübe, Raps) und die zu erwarteten Erträge angepasst sein. Informationen, wie Düngung durchgeführt werden soll, sind in den "Richtlinien für die sachgerechte Düngung" - herausgegeben vom Fachbeirat für Bodenfruchtbarkeit und Bodenschutz des BMLFUW - enthalten. Die AGES leitet und koordiniert als Geschäftsstelle die Arbeiten in diesem Gremium.

APA-Science: Welche Potenziale liegen sonst noch in der sachgerechten Düngung?

Spiegel: Mit einer entsprechend geplanten Düngung sollen einerseits optimale Erträge und Produktqualitäten erzielt werden. Andererseits können Nährstoffverluste - insbesondere von Stickstoff (N) und Phosphor (P) - minimiert werden, die sowohl umweltschädigende (z.B. die Phosphor- und Nitrat-Auswaschung in Gewässer, Ammoniakverluste in die Atmosphäre) als auch klimarelevante (z.B. Emissionen von Lachgas, N2O) Wirkung haben. Als Grundlage für die Düngungsempfehlung dient die Nährstoffversorgung des Bodens. Diese kann durch eine entsprechende Bodenuntersuchung festgestellt werden. Die AGES betreibt auch ein Bodenlabor, das Bodenproben von Landwirten und Gärtnern, aber auch interessierten Hobbygärtnern untersucht, um sachgerechte Düngungsempfehlungen zu erstellen. Darüber hinaus werden auch die Bodenproben von AGES Feldversuchen und aus Forschungsprojekten im eigenen Labor untersucht.

APA-Science: Sie sind in mehrere EU-Projekte im Rahmen von "Horizon 2020" involviert - bitte jeweils um eine kurze Beschreibung.

Spiegel: Im Projekt "FATIMA" (FArming Tools for external nutrient Inputs and water Management) werden innovative Hilfsmittel und Dienstleistungen für eine nachhaltige Intensivierung der Landwirtschaft erarbeitet. Insbesondere sollen Düngung und Beregnungsmanagement optimiert werden. Damit soll eine nachhaltige Pflanzenproduktion mit erhöhter Produktivität unter Beachtung des Umwelt- und Klimaschutzes mit fairer wirtschaftlicher Wettbewerbsfähigkeit verbunden werden. Innovative Methoden - z.B. der Erdbeobachtung (Satellitentechnologien) und Sensor Netzwerke - sollen für die praktische Anwendung weiter entwickelt werden. Hier arbeiten wir mit der Boku (Institut für Fernerkundung) zusammen. FATIMA will Politikinstrumente für eine nachhaltige Pflanzenproduktion bereitstellen und zusammen mit neuen Technologien und partizipativen Ansätzen nachhaltige Bewirtschaftungsformen fördern. Dabei wollen wir Wissenschafter eng mit den Landwirten, Beratern, Entscheidungsträgern und allen Interessierten zusammenarbeiten. Die AGES führt in der "Pilot Area" Marchfeld Feldversuche zu unterschiedlichem N-Düngungsmanagement durch. Außerdem wird die AGES aktuelle Forschungsergebnisse den Landwirten präsentieren und mit ihnen diskutieren.

"LANDMARK" (Land Management: Assessment, Research, Knowledge base) wiederum will Methoden der Landbewirtschaftung für die Erzeugung von Nahrungs- und Futtermittel bewerten und auch andere ökosystemare Funktionen des Bodens (z.B. Speicher für Wasser, Nährstoffe, Kohlenstoff; Filter und Puffer für Schadstoffe, Regelung von Stoffkreisläufen; Lebensraum für Organismen) erfassen und optimieren. Da weder die europäische Nahrungsmittelproduktion noch Ökosysteme auf einzelne Länder begrenzt sind, will LANDMARK das gesamte Wissen über europäische Landbewirtschaftung sammeln und europäischen Landwirten, Beratern, Wissenschaftern und Entscheidungsträgern zur Verfügung stellen. Sie alle sind im LANDMARK Projekt vertreten, um neues Wissen zu erarbeiten, das in die landwirtschaftliche Praxis umgesetzt werden kann.

Im Projekt INSPIRATION (INtegrated Spatial Planning, land use and soil management Research AcTION) werden, basierend auf einem Querschnittskonzept, für den Bereich Boden in einem Bottom-up-Prozess Wissenslücken identifiziert, Forschungs- und Innovationserfordernisse formuliert und eine strategische Forschungsagenda sowie entsprechende Wissenstransfermodelle entwickelt. Dies soll zu einer europaweiten Etablierung entsprechender Kapazitäten im Bereich der Forschung aber auch der Wissensvermittlung und praktischen Umsetzung führen. Die AGES beteiligt sich als "third party" am Projekt.

APA-Science: Wie sieht es mit einer künftigen Bodenforschungsstrategie der EU aus - und gibt es so etwas auch für Österreich?

Spiegel: Der Vorschlag für eine EU-Richtlinie zur Schaffung einer Rahmenrichtlinie für den Bodenschutz wurde 2014 abgelehnt. Allerdings hat die Europäische Kommission schon 2002 in einer hinführenden Mitteilung (KOM(2002)179) die vielfältigen Funktionen des Bodens beschrieben, die Hauptgefahren für die Böden in Europa identifiziert und das Ausmaß der Gefährdung grob abgeschätzt. Um eine weitere Verschlechterung der Bodenqualität zu vermeiden, wurde eine "Thematische Strategie für den Bodenschutz" entwickelt und in einer Mitteilung veröffentlicht (KOM(2006)231). Insbesondere das Thema Flächenverbrauch für Baumaßnahmen einschließlich Infrastrukturausbau wurde in einer Leitlinie zum Thema Bodenversiegelung ausführlich behandelt. Die künftige Bodenforschungsstrategie der EU ist Thema des EU Projektes "INSPIRATION" (Leitung in Österreich: Sophie Zechmeister-Boltenstern, Institut für Bodenforschung, Boku).

Service: Weitere Informationen rund um den Boden: http://go.apa.at/WN5GBLPH (Umweltbundesamt); http://www.ages.at/themen/umwelt/boden/forschung; Bodenplattform: http://www.bodeninfo.net/index.php?article_id=342.