Humusstatus der Böden

Humus sichert eine Vielzahl von biologischen und ökologischen Bodenfunktionen und trägt maßgeblich zur Ausbildung der Bodenstruktur bei. Außerdem schafft er Lebensräume für Bodenorganismen und nimmt als Speichermedium für Kohlenstoff (C) eine zentrale Funktion im Kohlenstoff-Kreislauf ein. Humus ist Speicher-und Puffermedium für Wasser, Nähr-und Schadstoffe und steuert wesentlich das Nähr-und Schadstoffrückhaltevermögen der Böden. Im Allgemeinen sind die Humusgehalte in Oberböden größer als in Unterböden und besonders empfindlich gegenüber nutzungsbedingten und/oder durch den Klimawandel ausgelösten Veränderungen.

Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) hat in dem Projekt „Gehalte an organischer Substanz in Oberböden Deutschlands“ etwa 9.000 Bodenprofildaten aus den Jahren 1985 bis 2005 ausgewertet und die typischen Humusgehalte in Oberböden ermittelt.

Für die drei Hauptlandnutzungen Acker, Grünland und Wald/Forst werden in der folgenden Abbildung die Häufigkeitsverteilungen der Humusgehalte dargestellt. Höhere Humusgehalte in den Oberböden sind in der aufsteigenden Reihenfolge Acker – Forst – Grünland zu beobachten. Unter Ackernutzung liegen die Humusgehalte überwiegend bei 1-4 %, bei forstlicher Nutzung bei 2-8 % und unter Grünland bei 4-15 %. Dieses Muster zeigt sich auch in den Extremwerten: die Ackernutzung ist bei Humusgehalten kleiner als 1 % am häufigsten vertreten, bei Humusgehalten größer als 30 % findet sich hauptsächlich Grünland.

Die Karte „Gehalte an organischer Substanz in Oberböden Deutschlands“ stellt die räumliche Verteilung der Humusgehalte dar. Für diese mengenmäßige Flächeninformation im bundesweiten Maßstab wurden die Humusgehalten regional nach Bodenausgangsgesteinen, Landnutzung und Klimaregionen differenziert. Höhere Humusgehalte sind an der niederschlagreichen Nordseeküste, den Mittelgebirgen und dem Alpenraum zu erkennen. Sie nehmen graduell in Richtung des niederschlagsärmeren Ostens ab.

Karte: Gehalte an organischer Substanz in Oberböden Deutschlands

Source: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe

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Organischer Kohlenstoff ist der Hauptbestandteil von Humus. Das Thünen-Institut hat aus den bundesweiten Bodenzustandserhebungen (BZE) im Wald und in der Landwirtschaft eine nutzungsübergreifende Karte der Kohlenstoffvorräte erstellt (siehe Karte: „Nutzungsübergreifende Kohlenstoffvorräte“). Die Vorräte geben darüber Auskunft, welche Kohlenstoffmenge pro Hektar bis zu einer Tiefe von 1 Meter (90 cm im Wald) gespeichert ist. In Nord- und Süddeutschland treten die Gebiete mit den höchsten Kohlenstoffvorräten im Boden in dunkelbraunen Farben hervor. Dies sind Moorböden und weitere organische Böden, denen eine entscheidende Bedeutung zukommt: sie speichern besonders viel Kohlenstoff. Dieser belastet – solange er im Boden ist – nicht als klimawirksames Kohlendioxid (CO₂) die Atmosphäre. Und das Beste daran: diese Ökosystemleistung des Bodens ist völlig kostenfrei. Darum gilt es, Böden mit sehr hohem Vorrat an organischem Kohlenstoff besonders zu schützen.

Karte: Nutzungsübergreifende Kohlenstoffvorräte

Source: Thünen-Institut

In einem Forschungsprojekt des Umweltbundesamtes wurden erstmals bundesweite Daten der Boden-Dauerbeobachtung und des Klimas zusammengeführt. Die Auswertungen von 171 Boden-Dauerbeobachtungsflächen (BDF) wiesen an insgesamt 39 Ackerflächen signifikante Humus-Veränderungen über die Zeit nach. Die Ergebnisse aus den Auswertungen der BDF und Dauerfeldversuchen zeigten, dass signifikante Humus-Veränderungen im Zeitverlauf durch das Humus-Ausgangsniveau und den Tongehalt der Böden der Versuchsflächen gesteuert werden.

Der Humus-Gehalt wird über den organischen Kohlenstoff (TOC: total organic carbon) im Boden bestimmt. Generell gibt es die höchste Zunahme der TOC-Gehalte bei niedrigen TOC-Anfangsgehalten der Flächen von unter 2 % und bei Tongehalten ab ca. 30 %. Die größten TOC-Abnahmen sind bei hohen TOC-Anfangsgehalten zwischen etwa 2 % und 3 % und bei Tongehalten unter 10 % zu verzeichnen. Der Einfluss längerfristiger Klimaänderungen auf die Humus-Entwicklung kann jedoch nicht ausgeschlossen werden und muss noch weiter untersucht werden. Den Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben finden Sie hier.

Im Bundes-Bodenschutzgesetz (BBodSchG) wird in § 17 (Gute fachliche Praxis in der Landwirtschaft) gefordert, dass „der standorttypische Humusgehalt des Bodens, […] erhalten wird“. Konkrete Werte werden allerdings nicht genannt.

Das Umweltbundesamt hat eine Methode entwickelt und veröffentlicht (Forschungsprojekt, Gehaltsspannen von organischem Kohlenstoff in Ackerböden), mit der basierend auf den Daten von Boden-Dauerbeobachtungsflächen (BDF) unter Ackernutzung Humusspannen abgeleitet werden können. Die Spannen sollen dem nachhaltigen Bodenschutz in Deutschland dienen und können beispielsweise von Landwirtinnen und Landwirten als orientierende Zielwerte für ihre Humusgehalte genutzt werden. Die Ableitungsmethode wird im Folgenden beschrieben.

Der Humusgehalt wird durch unterschiedliche Faktoren beeinflusst. Im Forschungsprojekt konnte durch die Auswertung von Daten der Boden-Dauerbeobachtungsflächen unter Acker gezeigt werden, dass der Tongehalt, der Jahresniederschlag und die Jahresmitteltemperatur den größten Einfluss auf die Humusgehalte ausüben. Mit zunehmender Höhe der Jahresniederschläge und mit steigendem Tongehalt in den Böden steigt auch der Humusgehalt an.

Humus enthält etwa 58 % organischen Kohlenstoff (C_org) und wird in Mineralböden in der Regel über den C_org-Gehalt (in %) bestimmt. Die abgeleiteten Spannen beziehen sich auf den C_org-Gehalt.

Die Höhenlage ist eng mit dem Jahresniederschlag und der Jahresmitteltemperatur verknüpft. Daher fließt sie als Maß für den Klimaeinfluss auf die C_org-Gehalte in die Ableitung der Gehaltsspannen mit folgende drei Höhenstufen ein: zwei Drittel der untersuchten BDF liegen in einer Höhe von 53 bis 453 m ü. NN, die beiden anderen Stufen haben somit die Grenzen <53 m ü. NN und >453 m ü. NN.

Der Tongehalt als weiterer Einflussfaktor auf die C_org-Gehalte wurde über die Bodenart in der Ableitung berücksichtigt. Im landwirtschaftlichen Bereich gilt die Einteilung der Bodenart nach Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten (VDLUFA) als geeignet. Die Kategorien sind dabei: „leicht“ für sandige Böden, „mittel“ für lehmige Böden und „schwer“ für tonige Böden.

Die C_org-Gehaltsspannen wurden im Ergebnis aus fachlich abgestimmten statistischen Kenngrößen abgeleitet. In der Abbildung „Organische Kohlenstoff (C_org)-Gehalte klassiert nach Höhenstufen und Bodenart“ ist die Verteilung der C_org-Gehalte in einem Boxplot-Diagramm dargestellt.

Diese Beschreibung erklärt die Abbildung genauer: „Der schwarze Balken in der Box entspricht dem Median, das untere und obere Ende der Box stehen für das 25 bzw. 75 % Quartil. Die Differenz zwischen beiden ist der Interquartilabstand. Ausreißer sind mehr als das 1,5-fache des Interquartilabstands von den Box-Enden (25 % oder 75 % Quartil) entfernt und werden als einzelne Datenpunkte dargestellt. Die „Whiskers“ („Schnurrhaare“; dünne Linien, die von der Box ausgehen) zeigen das Minimum und Maximum der Datenverteilung ohne die Ausreißer an. Die Bereiche zwischen den orangen Balken (10 % und 90 % Quantilgrenzen) sind die Humusspannen der einzelnen Klassen (Gehaltsspannen von organischem Kohlenstoff in Ackerböden).

Die aus der Abbildung resultierenden Unter- (10 % Quantil) und Obergrenzen (90 % Quantil) der C_org-Gehaltsspannen sind in der Tabelle „Organische Kohlenstoff (C_org)-Gehaltsgrenzen in Prozent“ aufgelistet.

Organische Kohlenstoff (Corg)-Gehalte klassiert nach Höhenstufen und Bodenart

Source: Umweltbundesamt

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Tab: Organische Kohlenstoff (Corg)-Gehaltsgrenzen in Prozent

Source: Umweltbundesamt

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Allgemein beschreibt und bewertet ein Indikator den Zustand und die Entwicklung der Umwelt. Für die bundesweite Berichterstattung zum Boden existieren folgende zwei Indikatoren, die die Entwicklung des Humusgehalts bzw. der Humusvorräte darstellen:

1. Humusgehalte in Acker- und Grünlandböden. Aufgrund der begrenzten räumlichen Repräsentativität wird der Indikator für die landwirtschaftlichen Nutzflächen im DAS-Monitoring als Fallstudie geführt. Er basiert auf Daten landwirtschaftlich genutzten Dauer-Beobachtungsflächen in Bayern (siehe Abb. BO-R-1: Humusgehalte von Acker- und Grünlandböden – Fallstudie).
2. Humusvorrat in Waldböden. Der Indikator basiert auf dem absoluten Humusvorrat im mineralischen Oberboden von Wald- bzw. Forstböden und greift auf die Ergebnisse prozessbasierter Modellierungen zurück, die wiederum auf den bundesweit verfügbaren Daten der BZE (Wald) für die Treibhausgasberichterstattung des Bundes gründen (siehe Abb. FW-R-3: Humusvorrat in Waldböden).

Beide Indikatoren wurden für das DAS-Monitoring entwickelt und sind im Monitoringbericht 2023 veröffentlicht.

Der Indikator „Übereinstimmung mit standorttypischen Humusgehalten“ wird für die zukünftige Anwendung auf nationaler Ebene im Ergebnis des UBA-Projekts „Ausbau und Weiterentwicklung bodenbezogener Indikatoren für die nationale und EU-weite Berichterstattung zur Klimaanpassung und zum Klimaschutz“ vorgeschlagen. Der Forschungsbericht wird Ende 2024 als UBA-Text veröffentlicht. Eine Bewertung erfolgt anhand der Entwicklung des Anteils von Messstellen unter-, inner- und oberhalb von Referenzspannweiten, die den Ist-Zustand der Humusgehalte von Böden unter Berücksichtigung unterschiedlicher natürlicher und bewirtschaftungsbedingter Standortfaktoren berücksichtigen.

BO-R-1: Humus contents in soils of arable land and grassland soils – case study

Source: Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (analyses of soil monitoring sites in Bavaria)

Auch der vom Thünen-Institut vorgeschlagene Indikator „kontextspezifische C_org-Trend“ eignet sich grundsätzlich, um Fragestellungen über die Deutsche Anpassungsstrategie an den Klimawandel hinaus zu adressieren. Der Indikator basiert auf der zeitlichen Veränderung von Humus (Trend) und teilt diese Entwicklung anhand eines Referenzsystems in die Klassen „gut“ und „degradierend“ ein. Für das Referenzsystem, das wie beim oben beschriebenen Indikator die natürliche Variabilität von Humus berücksichtigt, wurden hypothetischen Erwartungsbereiche abgeleitet. Böden, deren Humusgehalte weit unter dem Erwartungswert liegen, sollen Humus aufbauen. In den Böden, die im zu erwartenden oder hohen Humusbereich liegen, soll dieser erhalten oder gesteigert werden.

Beide Indikatorvorschläge wurden auf der UBA-Fachtagung „Bodenindikatoren im Kontext zur Klimaanpassung und zum Bodenschutz“ vorgestellt.

• KomPass: Humusgehalte von Acker- und Grünlandböden
• KomPass: Humusvorrat in Waldböden
• Projekt: Klimaänderung kann Humusgehalt der Böden beeinflussen
• Thema: Bodenfunktionen
• BGR-Bericht: Gehalte an organischer Substanz in Oberböden
• Tipp: Wie Sie mit zwei Teebeuteln zum Boden- und Klimaforscher werden
• Publikation: Bodenzustand in Deutschland
• Publikation: Erarbeitung fachlicher, rechtlicher und organisatorischer Grundlagen zur Anpassung an den Klimawandel aus Sicht des Bodenschutzes
• Publikation: Screening-Methoden zum kostengünstigen Nachweis einer Versorgung mit organischer Substanz auf Ackerböden und Grünland