Handlungsfeld Boden

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Die verschiedenen Auswirkungen des Klimawandels beeinflussen Eigenschaften und Funktionen des Bodens
Quelle: joeEsco/photocase.com

Der Klimawandel wirkt sich sehr unterschiedlich auf die verschiedenen Bereiche der Natur und Gesellschaft aus. Auch die daraus resultierenden Anpassungsmaßnahmen unterscheiden sich. Mehr zu den Auswirkungen auf unsere Böden und möglichen Anpassungsoptionen lesen Sie hier.

Klimafolgen

Inhaltsverzeichnis

 

Bodenerosion durch Wasser

Bei der Wassererosion wird Bodenmaterial an der Bodenoberfläche durch Wasser verlagert. Der so abtransportierte Oberboden wird entweder an anderer Stelle abgelagert oder in ein Gewässer gespült. Das Erosionsrisiko wird durch die Menge und Stärke des Niederschlags, der Hangneigung, der Bodenart, der Bodenstruktur (u. a. Humusgehalt), den Grad der Bodenbedeckung sowie die Nutzung und Bearbeitung des Bodens beeinflusst. Übersteigt die Niederschlagsmenge die Versickerungsleistung des Bodens fließt das Wasser oberflächlich ab und steigert somit das Risiko für Bodenerosion. Dies gilt insbesondere für Böden, die verdichtet und zeitweise ohne Pflanzenbewuchs sind. Besonders wassererosionsgefährdet sind geneigte Flächen mit sandreichen Böden.

Der Bodenabtrag durch Wassererosion hat zur Folge, dass die Bodenmächtigkeit verringert wird, nährstoff- und humusreicher Oberboden und damit die Bodenfruchtbarkeit verloren gehen. Bei einem Eintrag in Gewässer kann dies zur Gewässereutrophierung durch verstärktes Wachstum von Algen- und ⁠Cyanobakterien⁠ führen. Folgeschäden des Bodenabtransports und der Materialablagerung wären weiterhin die Beeinträchtigung der landwirtschaftlichen Nutzung durch Verschlämmung, die Verschlämmung von Gewässer bzw. Vorflutern, die Beeinträchtigung von Verkehrs- und Siedlungsflächen und Kanalsystemen sowie der Rückgang der biologischen Vielfalt.

Durch den ⁠Klimawandel⁠ kann es zu einer Verschiebung der Niederschlagsmuster kommen, d. h. Perioden mit hohen Temperaturen und geringen Niederschlägen in den Frühjahrs- und Sommermonaten und einer Zunahme der Niederschläge in den Wintermonaten. Häufigere und längere Trockenperioden im Sommerhalbjahr führen zu einer Verstärkung der Austrocknung des Oberbodens. Da ein stark ausgetrockneter Boden bei einsetzendem Niederschlag zunächst ein schlechtes Wasseraufnahmevermögen hat, kommt es zu einem Oberflächenabfluss, der Bodenpartikel mitnimmt. Durch den Klimawandel könnte die Wahrscheinlichkeit von Bodenerosionsereignissen durch eine Zunahme von Starkregenereignissen besonders im Winter erhöht werden.

Indikator⁠ aus dem ⁠Monitoring⁠ zur ⁠DAS⁠: Regenerosivität

 

Bodenerosion durch Wind

Unter dem Begriff der Winderosion wird der Abtrag von Boden durch Wind zusammengefasst. Eine Winderosion wird maßgeblich durch die Faktoren Topographie, ⁠Bodenfeuchte⁠, Art der Flächennutzung, Bodenbedeckung und Windoffenheit, Art der Bewirtschaftung bei landwirtschaftlichen Flächen und deren Intensität beeinflusst. Windoffene, trockene und sehr ebene Flächen sind besonders gefährdet.

Über die Flächennutzung beeinflusst der Mensch die Winderosionsgefährdung. Dabei sind die Bodenbearbeitung und der Grad der Bodenbedeckung durch Pflanzen oder Pflanzenrückstände von Bedeutung. Grünlandflächen sind aufgrund der ganzjährig geschlossenen Vegetationsdecke von Winderosion nicht betroffen. Eine hohe Winderosionsanfälligkeit weisen insbesondere sandige Böden auf, weniger Böden mit einem hohen Humusgehalt. Bodenart und Humusgehalt wirken zudem auf die Wasserhaltefähigkeit des Standortes. Je trockener der Oberboden desto stärker erosionsgefährdet ist der betrachtete Standort. Sichtbare Schäden durch Winderosion treten meist saisonal und eher sporadisch auf, sodass der Bodenabtrag aufgrund seiner Großflächigkeit weniger stark auffällt als bei der Wassererosion. Zudem tritt Wind mit einer hohen Variabilität in Erscheinung, d. h. Windrichtungen variieren, wodurch sich auch die betroffenen Flächen unterscheiden können.

Durch Winderosion gehen insbesondere Feinboden und Humus verloren. Dies schädigt die Bodenstruktur und wirkt sich negativ auf die Wasserspeicherkapazität des Oberbodens aus. Der Abtransport kleinster Bodenteilchen ist relevant, weil mit ihm für die Bodenfruchtbarkeit relevante Bestandteile wie Tonminerale, Humus und hieran gebundene Pflanzennährstoffe verloren gehen. In der Landwirtschaft kann dies zu wirtschaftlichen Schäden führen und langfristig einen Rückgang der Standortproduktivität bedeuten. An Orten der Ablagerung des transportierten Bodenmaterials kann es zum Eintrag von Nähr- und ggfs. auch Schadstoffen in sensible Ökosysteme (z. B. Gewässer), zu einer Gefährdung durch verringerte Sichtweiten im Verkehr sowie der Beschädigung von Gebäuden, technischen Anlagen und Infrastrukturen kommen.

Klimawandelbedingt zunehmende Trockenperioden in den Frühjahrs- und Sommermonaten sowie die mögliche Zunahme von Starkwindereignissen könnten Böden zukünftig noch anfälliger für Winderosion machen.

Foto von extremen Erosionsformen.
Erosion ist der schleichende Verlust von fruchtbarem Boden.
Quelle: S. Marahrens / Umweltbundesamt
 

Wassermangel im Boden

Boden spielt als Wasserspeicher eine bedeutende Rolle. Das auf den Boden fallende Niederschlagswasser sickert ein und wird in den Bodenporen festgehalten. Sowohl die Wasseraufnahme durch die Pflanzen als auch die Wasserverdunstung von der Bodenoberfläche verringern die im Boden gespeicherte Wassermenge. Ausbleibende Niederschläge sorgen dafür, dass der Wasserspeicher nicht wieder aufgefüllt und die für Pflanzen verfügbare Wassermenge immer knapper wird. In der Folge geraten Pflanzen in ⁠Trockenstress⁠ und das Wachstum ist reduziert; es sei denn, sie können über ihre Pflanzenwurzeln Wasser aus tieferen Bodenschichten erschließen. Hält die Phase ohne Niederschläge länger an, beginnen die Pflanzen abzusterben.

Ein Wassermangel im Boden hat weitreichende Konsequenzen insbesondere für die Landwirtschaft. Im Zuge des Trockenstresses kommt es zu Ertragsausfällen sowie zu einer geringeren Qualität der Ernteprodukte und damit zu wirtschaftlichen Schäden. Gleiches gilt für die Wald- und Forstwirtschaft. Besonders gravierend ist ein Wassermangel in Böden, die permanent unter Wasser stehen (z. B. Moore, Flussauen). Hier kann es als weitere Auswirkung zu einer Gefährdung seltener Pflanzen- und Tierarten kommen.

Langanhaltende Trockenheit mit fehlenden Niederschlägen und reduzierter Sickerwasserrate hat weiterhin Auswirkungen auf die ⁠Grundwasserneubildung⁠. Es kommt zu einer veränderten Tiefenlage der Grundwasseroberfläche. In sehr trockenen Sommern kann in besonders betroffenen Regionen die Eigenversorgung mit Trinkwasser vermindert und in Extremfällen zum Erliegen kommen, weil Hausbrunnen trockenfallen. In Trockenperioden sind niedrige Grundwasserstände insbesondere für flachwurzelnde Bäume und grundwasserabhängige Biotope problematisch. Bei Flüssen und Seen, die unterirdisch durch Grundwasser gespeist werden, verringern sinkende Grundwasserstände den unterirdischen ?⁠Abfluss⁠? in die Oberflächengewässer. Dies kann möglicherweise bis zu einer Umkehrung der Fließrichtung führen.

Eine nachteilige Veränderung des Bodenwasserhaushalts durch den ⁠Klimawandel⁠ durch höhere Temperaturen, geringere Niederschläge im Sommer sowie langanhaltende Trockenphasen könnte in Zukunft zu deutlichen Ertragsrückgängen in der Land- und Forstwirtschaft sowie sich noch stärker auf die Grundwasserbildung auswirken.

Indikator⁠ aus dem ⁠Monitoring⁠ zur ⁠DAS⁠: Bodenwasservorrat in landwirtschaftlich genutzten Böden

 

Weitere Klimawirkungen

Vernässung: Bei langanhaltenden und starken Niederschlägen, die nicht versickern können, kann es zur Vernässung des Bodens kommen, die die Durchlüftung des Bodens und damit die Sauerstoffversorgung der Pflanzenwurzeln beeinträchtigen. Zudem wird durch Vernässung die Befahrbarkeit von Böden eingeschränkt. Durch den ⁠Klimawandel⁠ ist mit einer geringen Zunahme an vernässenden Niederschlagsereignissen im Herbst zu rechnen. Im Frühling und Sommer kann es dagegen zu weniger Vernässungen kommen.

Sickerwasser: Der Anteil des Niederschlags, der nicht im Boden gespeichert wird, fließt als Sickerwasser in tiefere Bodenschichten und trägt dort zur ⁠Grundwasserneubildung⁠ beiträgt. Eine Zunahme der sommerlichen Trockenheit wird in Zukunft zu geringeren Sickerwasserraten in den Sommermonaten führen und die Grundwasserneubildung verstärkt in den Spätherbst und Winter verschieben. Da dies außerhalb der Periode mit Pflanzenbewuchs stattfindet, können ungenutzte Nährstoffe mit dem Sicherwasser in den Grundwasserleiter gelangen und somit das Grundwasser belasten.

Anpassung

Maßnahmen gegen Wassererosion

Acker- und pflanzenbauliche Maßnahmen gegen Wassererosion richten sich auf die Erhaltung und den Aufbau einer stabilen Bodenstruktur, die Verhinderung oder mindestens starken Einschränkung der Mobilisierung von Bodenpartikeln bei starken Niederschlägen sowie einer Oberflächenverschlämmung. Hierzu gehören die Minimierung der Zeitspannen ohne Bodenbedeckung durch den Anbau von Zwischenfrüchten, der Anbau von Untersaaten und das Belassen oder der Auftrag einer bodenschützenden Mulchauflage (z. B. Stroh, Erntereste, Mist, Grünschnitt, Kompost). Eine Bodenbedeckung schützt den Boden nicht nur vor dem direkten Aufprall der Regentropfen, sondern durch die Aktivität der Bodenlebewesen werden verschlämmungsmindernde stabile Bodenaggregate erhalten bzw. aufgebaut. Besonders erosionsmindernd wirkt eine flächendeckende Mulchauflage, da sie zusätzlich den ⁠Abfluss⁠ bremst.

Die Stabilität des Bodens lässt sich verbessern, indem die Bearbeitungstiefe und -intensität reduziert wird. So erhält eine dauerhaft pfluglose, konservierende Bodenbearbeitung das natürliche Bodengefüge und vermindert die Erosionsgefährdung. Der Einsatz schwerer Fahrzeuge und Maschinen kann zu Bodenverdichtungen führen und damit die Versickerung von Niederschlagswasser in den Boden einschränken. Bodenbearbeitungsmethoden können derart angepasst werden, dass sich die Gesamtmasse und der spezifische Flächendruck besser verteilen und dadurch die Tragfähigkeit der Böden weniger belastet wird. Dies kann durch den Gebrauch von breiten Reifen mit niedrigem Reifeninnendruck und großer Aufstandsfläche oder dem Einsatz von leichteren Maschinen erreicht werden.

In Hanglagen gibt es folgende Anpassungsoptionen: eine Bewirtschaftung quer zum Hang, die Anlage quer zum Gefälle laufender abflussbremsender Grünstreifen, Hecken und Wegseitengräben, die Anlage von Kleinterrassen, die Schaffung von ⁠Retentionsflächen⁠ als Sedimentationsraum im Hangbereich, eine fachgerechte Wasserableitung vom Oberlieger sowie die Dauerbegrünung von besonders erosionsgefährdeten Teilflächen.

Neben diesen technischen Maßnahmen können rechtliche, politische und Management-Maßnahmen zur Vermeidung von Wassererosion beitragen. Die Bodenschutzpolitik sollte auf bodenbezogene Anpassungsmaßnahmen ausgerichtet werden. Für die Klimaanpassung relevante Bodenfunktionen sollten stärker in Gesetzen und bei Planungs- und Genehmigungsverfahren berücksichtigt werden. Die räumliche Planung (z.B. Regionalplanung, Flurneuordnungsverfahren) könnte durch die Ausweisung von Vorranggebieten (z. B. Grünstreifen, Heckenpflanzung) für den Bodenschutz dazu beitragen, Wassererosionsrisiken zu reduzieren. Im Siedlungsgebiet können Flächen mit keiner oder nur geringer Vegetation als Ausgleichsflächen für Bauvorhaben in Grünflächen umgewandelt werden. Konkrete Festlegungen bezüglich der Reduzierung des Flächenverbrauchs und der Flächenentsiegelung bei der Siedlungs- und Verkehrsentwicklung bedürfen ggfs. ebenfalls einer politischen Entscheidung. Ein aktiver Schutz gegen Wassererosion kann darin bestehen, dass besonders gefährdete Flächen zugunsten anderer, weniger erosionsempfindlicher Nutzungen aufgegeben werden (z. B. Anlegen von Dauergrünland, Forst- oder Waldflächen).

Für die Planung konkreter Anpassungsmaßnahmen stellt die Erosionsabschätzung eine wichtige Management-Maßnahme dar. Sie erlaubt eine Abschätzung potenzieller Erosionsschäden sowie der räumlichen Betroffenheit durch den ⁠Klimawandel⁠. Ebenfalls von Bedeutung ist der Aufbau eines klimawandelbezogenen Bodenmonitorings, das aussagekräftige Informationen zu Böden, Landnutzungen und regionalen Klimaänderungen bündelt, um ⁠Klimafolgen⁠ auf Bodenfunktionen besser beurteilen zu können. Im 2. Fortschrittsbericht zur Deutschen Anpassungsstrategie (⁠DAS⁠) ist verankert, dass die Etablierung eines Klimafolgen-Bodenmonitoring-Verbunds erfolgen soll, um Anwender*innen in Verwaltung und Wissenschaft einen einfachen Zugang zu bodenbezogenen Messdaten zu schaffen.

Indikatoren aus dem ⁠Monitoring⁠ zur DAS: Dauergrünlandfläche

Foto Kartoffeln mit Bodenerosion.
Kartoffeldämme in Gefällerichtung begünstigen Bodenerosion durch Wasser.
Quelle: S. Marahrens / Umweltbundesamt

Anpassungsmaßnahmen gegen Bodenerosion durch Wind

Die Ermittlung der Winderosionsgefährdung an einem Standort stellt eine wichtige Planungsgrundlage für konkrete Maßnahmen gegen eine Bodenerosion durch Wind dar. Diese Maßnahmen können an Faktoren ansetzen, die die Winderosion beeinflussen: Landschaftsstruktur, Bodenrauigkeit, Bewuchs und Bodenbedeckung. Zudem sind Nutzungsumwidmungen von Flächen denkbar.

Lineare Landschaftsstrukturen, wie Hecken, Knicks und Steinmauern, können in waldarmen Regionen Strömungshindernisse darstellen und dadurch den Boden vor Winderosion schützen. Zu beachten ist, dass neben den einmaligen Investitionen langfristig Kosten für die Pflege und den Erhalt derartiger Flurelemente entstehen können. Zudem geht deren Neuanlage mit einem gewissen Verlust an landwirtschaftlicher Nutzfläche einher. Dem entgegen überwiegen jedoch die positiven Effekte. Neben dem Erosionsschutz tragen Hecken zu einem verbesserten Mikroklima und Bodenwasserhaushalt bei und haben eine Bedeutung für die ⁠Biodiversität⁠ und den ⁠Biotopverbund⁠.

Eine dichte Bodenbedeckung mit Pflanzenbewuchs, einer Untersaat oder mit Mulch sowie eine hohe Rauigkeit des Oberbodens reduzieren die Windgeschwindigkeit unmittelbar an der Bodenoberfläche. Bereits ein Bodenbedeckungsgrad von > 25 % bietet einen wirksamen Winderosionsschutz. Der Anbau wechselnder Kulturen mit unterschiedlichen Wuchshöhen auf kleineren, benachbarten Flächen führt ebenfalls dazu, dass die Windgeschwindigkeiten in Bodennähe verringert werden. Die Bodenoberfläche sollte nach der Bodenbearbeitung möglichst rau hinterlassen werden.

In Gebieten mit hoher Winderosionsgefährdung ist denkbar, Ackerflächen einer extensiven Dauergrünlandnutzung zuzuführen oder ganz aus der Nutzung zu nehmen und sie einer natürlichen ⁠Sukzession⁠ zu überlassen. Zu den Nutzungsumwidmungen zählt auch die Aufforstung vormals landwirtschaftlicher Flächen, die Schaffung von Biotopen (z. B. Anlegen von dauerhaften Ackerblühstreifen). Ein weiteres Ziel kann eine Flurneuordnung sein, die durch einen neuen Zuschnitt der landwirtschaftlichen Flächen die Feldlänge senkrecht zur Hauptwindrichtung reduziert, um auf diese Weise die Angriffsfläche des Windes zu minimieren. Derartige langfristig angelegte Nutzungsumwidmungen sind meist nur mit politischer Unterstützung und der Bereitstellung von Finanzmitteln möglich.

Anpassungsmaßnahmen gegenüber Wassermangel im Boden

Gezielte Anpassungsmaßnahmen an einen sinkenden Wassergehalt im Boden sind in der Landwirtschaft, in der Landschaft, aber auch im Siedlungsbereich von Belang.

In der Landwirtschaft ist in erster Linie eine ausreichende Humusversorgung des Bodens von Bedeutung, da diese das Wasserrückhaltevermögen verbessert. Zur Steigerung des Humusgehaltes sind u.a. folgende Maßnahmen von Bedeutung: eine standortgerechte vielfältige Fruchtfolge mit einem ausgewogenen Verhältnis zwischen humuszehrenden (z. B. Mais, Zuckerrübe, Kartoffel) und humusmehrenden Zwischenfrüchten und Untersaaten (z. B. Kleegras), eine periodische Grünlandnutzung, eine ausreichende Versorgung des Bodens mit organischer Substanz durch die bei der Ernte auf dem Feld verbleibenden Ernterückstände (z. B. Stroh, Wurzeln) und durch organische Wirtschaftsdünger (z. B. Stallmist, Gülle, Kompost) sowie eine konservierende/nicht wendende Bodenbearbeitung. Eine permanente Bodenbedeckung zusammen mit den Kulturpflanzen schützt den Boden vor Austrocknung. Bodenverdichtungen sind möglichst zu vermeiden, da eine gute Bodenstruktur die Voraussetzung für die Sauerstoff- und Wasserversorgung und damit für eine optimale mikrobielle Aktivität darstellt. Die hier genannten Praktiken finden insbesondere im Rahmen des ökologischen Landbaus Umsetzung, weswegen dessen Förderung auch dem Auftreten von Wassermangelsituationen in Böden entgegenwirken kann.

Grundsätzlich besteht in der Landwirtschaft die Möglichkeit der Bewässerung, sollte die Pflanzenentwicklung in kritischen Phasen durch den Bodenwassergehalt gehemmt sein. Wenn bewässert wird, sollte dies bedarfsgerecht, effizient und mit möglichst geringen Verdunstungsverlusten erfolgen. Eine Anpassung von Kulturpflanzen an geringe Bodenwassergehalte und damit an ⁠Trockenstress⁠ kann auch über den Anbau trockentoleranter Pflanzenkulturen und -sorten erfolgen. Dadurch lassen sich Ertragsausfälle minimieren.

Wo es die ⁠Landnutzung⁠ ermöglicht, helfen die Reduzierung von Entwässerungen, Wiedervernässung und das Zulassen von Überschwemmungen, Wasser stärker in der Landschaft zu halten. Dieses bereitet auf Trockenperioden vor und könnte dabei unterstützen, sie zu überstehen. Wenn Flächen für die Wiedervernässung von Mooren zur Verfügung gestellt werden können, hilft dies dem regionalen und Wasserhaushalt.

Im Siedlungsbereich sollte es Ziel der Stadtplanung sein, eine Annäherung an die natürliche Wasserbilanz zu erreichen. Hierzu wird mit Hilfe naturnaher Anpassungsmaßnahmen Niederschlagswasser nicht mehr ausschließlich in die städtische Kanalisation abgeführt, sondern in Frei- und Grünflächen abgeleitet, es versickert und verbleibt somit in der Stadt. Naturnahe Elemente, wie Mulden-Rigolensysteme, stärken die dezentrale Regenwasserversickerung und helfen ⁠Bodenfeuchte⁠ und ⁠Grundwasserneubildung⁠ in urbanen Räumen zu erhöhen. In Hitze- und Trockenperioden kann hierdurch die Wasserversorgung der Pflanzen verbessert und über die Verdunstungskühlung des Bodens und der Pflanzen das Stadtklima verbessert werden („Schwammstadt-Prinzip). Eine wichtige Maßnahme in diesem Zusammenhang stellt die Entsiegelung von Flächen dar. Seitens der ⁠Bauleitplanung⁠ tragen die Regulierung der Flächeninanspruchnahme durch Siedlung und Infrastruktur, die Freihaltung von Flächen für Niederschlagsversickerung und die Sicherung von Grünflächen zur Anpassung an Wassermangelrisiken bei. In Trockenperioden können Bewässerungsmaßnahmen geschaffen werden, wie beispielsweise die Verwendung von Brauchwasser zur Bewässerung städtischen Grünflächen, das Anbringen von Wassersäcken an neu gepflanzten Stadtbäumen oder die Organisation von Gießpartnerschaften in Quartieren. Derartige Maßnahmen sollten in jeden Fall effizient, wassersparend und hygienisch unbedenklich sein.

Indikatoren aus dem ⁠Monitoring⁠ zur ⁠DAS⁠: Humusgehalte von Ackerböden

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