Verdichtung

Foto Reifenspur einem Acker.zum Vergrößern anklicken
Beim Einsatz von Landmaschinen besteht die Gefahr der Bodenverdichtung.
Quelle: S. Marahrens / Umweltbundesamt

Rollen Fahrzeuge oder Maschinen über Böden, wird je nach Gewicht ein Druck erzeugt. Ist der Druck unter den Reifen größer als die Stabilität des Bodens, werden die Bodenpartikel dichter zusammengedrückt. Die Verdichtung des Bodens beeinflusst die Bodenqualität. Wenn die Fahrzeuge immer schwerer werden, können hier Probleme entstehen.

Inhaltsverzeichnis

Bodenverdichtung – ein Problem?

Fahrzeuge und Maschinen in der Land- und Forstwirtschaft sowie in der Bauindustrie sind in den letzten Jahrzehnten immer leistungsfähiger und zumeist auch schwerer geworden. In Extremfällen müssen Böden Fahrzeuggewichte von bis zu 60 Tonnen tragen. Im Vergleich dazu sieht die Straßenverkehrs-Zulassungs-Ordnung (StVZO) für bundesdeutsche Straßen eine Obergrenze von 44 Tonnen vor. Landwirtschaftsmaschinen wie Mähdrescher wiegen bis zu 27 Tonnen, ein Rübenroder zum Ernten von Zuckerrüben bis zu 60 Tonnen und der Erntetransport bis zu 40 Tonnen.

Solch große Lasten können Folgen für die Funktionsfähigkeit der Böden haben. Einerseits verringern sich die landwirtschaftlichen Erträge, andererseits verschlechtern sich die Lebensbedingungen für die Bodenorganismen, außerdem kann die Versickerung von Regenwasser in den Boden eingeschränkt werden.

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Was passiert bei der Verdichtung des Bodens?

Zwischen den Partikeln des Bodens befinden sich Hohlräume in Form von Poren, die mit Luft und Wasser gefüllt sind. Wenn das Rad eines Fahrzeuges bei der Ernte langsam über den Boden rollt, erhöht sich der Druck und der Boden verdichtet sich. Das Ausmaß der Verdichtung hängt vom Gesamtgewicht des Fahrzeugs und der Stabilität des Bodens ab.

Zusammensetzung des Bodens.
Die Bodenstruktur ist ein Geflecht aus Hohlräumen und Partikeln unterschiedlicher Größe.
Quelle: FG II 2.7 / Umweltbundesamt

Welche Faktoren beeinflussen die Stabilität der Böden?

Die Stabilität eines Bodens wird durch seine Struktur bestimmt. Die Struktur wird als Bodengefüge bezeichnet. Das Bodengefüge besteht aus Bodenpartikeln unterschiedlicher Korngröße, die in Aggregaten verbunden sind. Die Hohlräume zwischen den Partikeln und den Aggregaten sind entweder mit Luft oder mit Wasser gefüllt und bilden ein Geflecht von Poren unterschiedlicher Größe und Eigenschaften.

Grundsätzlich gilt: Je feuchter ein Boden ist, desto geringer ist seine Stabilität, da die Partikel sich untereinander leichter bewegen lassen. Je grobkörniger die Zusammensetzung des Bodens ist, desto stabiler ist die Bodenstruktur gegen Zusammendrücken. Ein lehmig-sandiger Boden ist daher stabiler ist als ein schluffig-toniger.

Schaubild Stabilität der Bodenstruktur.
Viele Faktoren beeinflussen die Stabilität der Bodenstruktur.
Quelle: S. Marahrens / Umweltbundesamt

Wodurch werden Böden verdichtet?

Böden können durch alle Einwirkungen, die einen Druck ausüben, verdichtet werden. Bei Fahrzeugen entsteht der Druck aus dem Zusammenwirken von:

  • Fahrzeuggewicht, verteilt auf die Anzahl der Räder,
  • den Reifen (Art, Breite, Luftdruck),
  • Anzahl der Überfahrten in derselben Spur.

Der Kontaktflächendruck betrifft besonders die obere Bodenschicht und hängt von der Größe der Fläche ab mit der ein Reifen Kontakt mit dem Boden aufnimmt. Der Kontaktflächendruck kann durch Reduzieren des Reifendrucks oder die Montage von breiteren Reifen gesenkt werden.

Die Radlast ist das Gewicht, das über einen Reifen abgestützt werden muss. Diese Komponente bestimmt vor allem die Tiefenwirkung des Druckes. Die Radlast kann durch leichtere Fahrzeuge oder Verteilen der Last auf mehrere Achsen und Reifen reduziert werden.

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Was sind die Auswirkungen von Verdichtungen?

In einem verdichteten Boden ist das Volumen seiner Hohlräume reduziert, was den Wasser- und Lufttransport im Boden behindert. Die Folge sind verschlechterte Wuchsbedingungen für die Pflanzen und verminderte Erträge. Um ein gleichbleibendes Ertragsniveau zu erzielen, steigt der Aufwand in der Bodenbearbeitung. Der behinderte Gasaustausch im Boden sorgt für gesteigerte Methan– und Lachgasentstehung, die klimarelevant ist.

Ein Zeichen für Verdichtungen sind vorübergehende Wasseransammlungen auf dem Boden, wenn das Regenwasser in verdichteten Böden nicht mehr hinreichend versickert. Fließt das Regenwasser in der Folge überwiegend an der Oberfläche ab, kann es bei starken Regenfällen zur Abschwemmung und zum Verlust des Bodens kommen. Die Folge können lokale Überschwemmungen und Gewässerbelastungen sein.

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Wie lässt sich eine Bodenverdichtung ermitteln?

Man kann ermitteln, ob ein Boden verdichtet ist. Verbindliche Grenzwerte gibt es dafür aber nicht. Das Bundes-Bodenschutzgesetz nennt im Paragraph 17 allgemeine Anforderungen an die Vorsorge, um Bodenverdichtungen zu vermeiden. Diese sind in den Grundsätzen zur „Guten fachlichen Praxis“ der landwirtschaftlichen Bodennutzung verankert.

Eine Beeinträchtigung von Bodenfunktionen kann durch messbare und repräsentative Kriterien festgestellt werden. Anhaltspunkte für solch eine Beeinträchtigung liegen vor, wenn das Volumen sehr großer Hohlräume im Boden unter einen bestimmten Schwellenwert sinkt, oder die Leitfähigkeit für Wasser ebenfalls unter einen kritischen Wert sinkt. Es ist immer eine Diagnose vor Ort notwendig, die Hinweise über den aktuellen Zustand der Bodenstruktur gibt.

Wie stark verdichtet sind die Böden in Deutschland tatsächlich?

Es gibt derzeit keine einheitliche Ermittlung der tatsächlichen Bodenverdichtung in Deutschland. Schätzungen von Experten der Bodenschutz- und Landwirtschaftsverwaltungen aus langjährigen Beobachtungen im Freiland besagen, dass auf etwa zehn bis 20 Prozent der Ackerfläche bewirtschaftungsbedingte Verdichtungen vorliegen. In Thüringen waren 17 Prozent der Ackerfläche laut Agrarinformationssystem der Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft im Jahr 2007 von Verdichtung betroffen. Für Nordrhein-Westfalen gingen WEYER & BUCHNER im Jahr 2001 davon aus, dass 40 Prozent der Ackerfläche im Tiefenbereich der Krumenbasis verdichtet sind.

Neben der räumlichen Ausdehnung muss die vertikale Abfolge der Schichten im Boden betrachtet werden. Hervorzuheben sind besonders die tieferen Bodenschichten zwischen 30 und 60 Zentimetern, da in dieser Tiefe eine maschinelle Lockerung einen sehr hohen Aufwand bedeutet. Einmal bestehende Verdichtungen können sich summieren und langfristig erhalten bleiben.

Unter Wald ist die gesamte Bodensäule bei Befahren mit schwerem Gerät gleichermaßen gefährdet, da im Wald keine Lockerung des Bodens erfolgt und ein geschädigter Oberboden noch Jahre nach der Befahrung den schlechten Zustand bewahrt.

Wie ist der strukturelle Bodenzustand in Deutschland?

Anhand bestimmter Kriterien lässt sich ermitteln, ob der strukturelle Zustand des Bodens eher günstig oder ungünstig ist. Ungünstige Gefüge-Eigenschaften geben einen Hinweis darauf, dass sich der Zustand nicht noch weiter verschlechtern sollte.
Nach gegenwärtigem Stand weisen circa zehn Prozent der bundesdeutschen Ackerfläche sehr ungünstige Gefüge-Eigenschaften auf. Betroffen sind:

  • Geschiebelehme und lehmige Geschiebemergel in Norddeutschland,
  • Böden mit hohen Tonanteilen in Süddeutschland.

Ungünstige Gefüge-Eigenschaften liegen auf 40 Prozent der Ackerfläche vor. Betroffen sind:

  • Sandlehme der Jungmoränenlandschaften im Norden,
  • Lössböden ohne stabilisierende Eigenschaften der Schwarzerden,
  • tonreiche Böden der Flusslandschaften,
  • Verwitterungsböden in Süddeutschland.
Schaubild zum strukturellen Bodenzuzstand.
Der strukturelle Bodenzustand in Deutschland anhand bestimmter Kriterien.
Quelle: FG II 2.7 / Umweltbundesamt

Wie empfindlich ist die Bodenstruktur für Verdichtung?

Zum Vermeiden einer ungünstigen Bodenstruktur durch Verdichtung muss bekannt sein wie empfindlich ein Boden ist. Für die Bodenschicht zwischen 30 und 60 Zentimeter Tiefe kann dies mit Hilfe des Konzeptes der „mechanischen Vorbelastung“ eines Bodens erfolgen. Das Konzept der Vorbelastung beschreibt die Stabilität eines Bodens gegenüber dem Zusammendrücken. Die Vorbelastung erlaubt die Prognose, ob der jeweilige Maschineneinsatz zusätzliche Verdichtung erwarten lässt. Eine geringe Vorbelastung bedeutet eine hohe Verdichtungsempfindlichkeit.

Da der Wassergehalt im Boden für die Empfindlichkeit der Bodenstruktur entscheidend ist, erfolgt die Darstellung für unterschiedlich mögliche Wassergehalte. Das Maß für den Wassergehalt ist die sogenannte Feldkapazität. Sie kennzeichnet wie viel Wasser in Bodenporen ab einem bestimmten Durchmesser gespeichert werden kann. Bei 80 Prozent der Feldkapazität hat sich der Wassergehalt gegenüber Feldkapazität von sehr feucht zu mäßig feucht verringert, der Boden ist trockener und dadurch weniger empfindlich.

Im sehr feuchten Zustand der Feldkapazität ist in etwa die Hälfte der Ackerböden sehr hoch bis hoch verdichtungsempfindlich. Dies ist häufig im Frühjahr der Fall. Betroffen sind besonders die folgenden Böden:

  • Marschen der Küstenregion,
  • tonige Böden der Flusslandschaften,
  • Geschiebelehme der Jungmoränenlandschaften,
  • Lösse und Böden des Tertiärhügellandes aus Tonschluffen und Schlufftonen,
  • tonige Verwitterungsböden.

Böden mit mittlerer und geringer Empfindlichkeit:

  • sandige Böden der Jungmoränenlandschaften,
  • Lösse aus Lehmschluffen und Verwitterungsbeimengungen,
  • sandige Böden des Altmoränengebietes und sandige Terrassenböden.

Im mittleren Jahresverlauf befinden sich die Böden meist in einem mäßig feuchten Zustand von 80 Prozent der Feldkapazität. Auf mäßig feuchten Böden treten „sehr hohe“ und „hohe“ Verdichtungsempfindlichkeiten bereits nicht mehr auf.

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In welchen Gebieten sind die Bodenfunktionen durch Verdichtung gefährdet?

Die Gefährdung der Bodenfunktionen durch Verdichtung ist dann besonders hoch, wenn sehr ungünstige Gefüge-Eigenschaften – also ein bereits ungünstiger struktureller Bodenzustand – und eine hohe Verdichtungsempfindlichkeit der Böden aufeinandertreffen. Die Kombination gibt einen Hinweis darauf, ob langfristig eine Gefährdung der Bodenfunktionen bei einer bestimmten Bodenfeuchte zu erwarten ist.

Nach gegenwärtigem Stand weist bei dem im Jahresverlauf mittleren Zustand eines mäßig feuchten Bodens ein Drittel der Ackerfläche eine hohe Gefährdung der Bodenfunktionen durch Verdichtung auf. Hoch gefährdet sind:

  • Teile der Marschen,
  • Geschiebelehme der Jungmoränenlandschaften,
  • lehmige und tonige Flussablagerungen,
  • tonige Verwitterungsböden
  • Lössböden aus Tonschluffen und Schlufftonen.

Von Bedeutung für die Bodenschonung ist die Tatsache, dass bei mäßig trockenen Böden auf nahezu der gesamten Ackerfläche Deutschlands nur noch eine mittlere und geringe Gefährdung zu verzeichnen ist.

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Welche Maßnahmen vermeiden Verdichtung?

Die Stabilität und die Verdichtungsempfindlichkeit des Bodens werden entscheidend durch den Wassergehalt beeinflusst. Deswegen müssen die vor Ort herrschenden Verhältnisse bekannt sein, um geeignete Maßnahmen ergreifen zu können und zusätzliche Verdichtungen zu vermeiden.

Grundsätzlich gilt: Nasse Böden sollten gar nicht befahren werden, bei feuchten Böden sollte eine Anpassung der technischen und betrieblichen Möglichkeiten erfolgen.

Die Stabilität des Bodens verbessern

Verbessern lässt sich die Stabilität des Bodens ebenfalls, indem die Bearbeitungstiefe und Bearbeitungsintensität reduziert wird. So trägt ein pflugloses Lockern des Bodens nicht nur dazu bei, das intakte Bodenleben zu erhalten, sondern auch eine stabile Bodenstruktur zu konservieren. Zudem spart die pfluglose Bodenbearbeitung Spritkosten und trägt zur Vermeidung von Bodenerosion bei, da schützende Erntereste auf der Bodenoberfläche verbleiben.

Technische Möglichkeiten an Fahrzeugen und Geräten ausschöpfen

Zur Schonung besonders der oberen Bodenschicht wird der Kontaktflächendruck verringert durch:

  • Einsetzen von Breit- und Terrareifen,
  • Senken des Reifeninnendruckes bei der Befahrung,
  • Nutzen einer Reifendruckregelanlage für den Wechsel von Acker- und Straßenbetrieb,
  • Vermeiden von schmalen Reifen oder von Straßenreifen auf dem Acker.

Eine Schonung der tieferen Bodenschicht erreichen Bewirtschafter durch das Verringern von Radlast und Gesamtgewicht:

  • Nutzen von gezogenen statt angebauten Geräten,
  • Nutzen von aufgesattelten statt angebauten Geräten,
  • Anpassen der Zuladung bei der Ernte, je nach Menge an Wasser im Boden,
  • gleichmäßige Lastverteilung,
  • einsetzen von Fahrzeugen mit Knickgelenk und zusätzlichen Achsen.

Arbeitsabläufe optimieren

Neben den rein technischen Handlungsmöglichkeiten können Arbeitsabläufe im Betrieb optimiert werden. Mit diesen Maßnahmen lassen sich die Anzahl der Überfahrten und die insgesamt befahrene Fläche verringern:

  • Fahren außerhalb der Furche bei konventionellem Einsatz des Pfluges („Onland“-Pflügen),
  • Zusammenlegen von Arbeitsgängen,
  • Vermeiden von Leerfahrten auf der Fläche,
  • Vergrößern der Arbeitsbreiten,
  • Anlegen von Fahrgassensystemen
  • Anpassen der Schlaglängen an die Erntekapazität der Fahrzeuge.

Verdichtungen in der Forst- und Bauwirtschaft vermeiden

In der Forstwirtschaft helfen dieselben Maßnahmen wie auf dem Acker. Eine Besonderheit ist jedoch die lange Regenerationszeit der Waldböden. Waldböden können nicht gelockert werden und sind im Normalfall deutlich geringmächtiger entwickelt und damit noch empfindlicher als Ackerböden. Ein verdichteter oder geschädigter Waldboden weist nach zehn Jahren noch eine deutliche Beeinträchtigung auf. Aus diesem Grund sind spezielle Anforderungen zur Vermeidung zu berücksichtigen:

  • Vermeiden flächenhafter und ungeregelter Befahrungen,
  • Einrichten eines Systems mit festen Fahrgassen für die Holzernte,
  • Verringerung des Holztransports bei sehr ungünstigen und feuchten Bodenverhältnissen.

Die Bauwirtschaft spielt bei der Bodenverdichtung ebenfalls eine Rolle. Denn oft wird bei Bauvorhaben ein Vielfaches der Fläche beansprucht, die für den eigentlichen Bau notwendig wäre. Das kann mit geeigneten Maßnahmen vermieden werden und betrifft oft Ackerböden wie beim Bau von Windkraftanlagen, Trassen zur Ver- und Entsorgung oder dem Erschließen von Wohn- und Gewerbegebieten. Neben den rein technischen Möglichkeiten sind es vor allem organisatorische Anforderungen an die Baustellenplanung, die ein Maximum an Bodenschonung gewährleisten können. Als spezielle Maßnahmen kommen in Betracht:

  • Vermeiden flächenhafter und ungeregelter Fahrten,
  • Anlegen von geordneten Baustraßen,
  • Ausweisen von Flächen zur Lagerung von Baumaterialien,
  • Ausweisen von Flächen zur getrennten Lagerung von Bodenaushub,
  • Abdecken des Bodens mit flexiblen Modulen oder Stahlplatten bei nassen und feuchten Bodenverhältnissen im Bereich von Baustraßen.