Verdichtung

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

Rollen Fahrzeuge oder Maschinen über B?den, wird je nach Gewicht ein Druck erzeugt. Ist der Druck unter den Reifen gr??er als die Stabilit?t des Bodens, werden die Bodenpartikel dichter zusammengedrückt. Die Verdichtung des Bodens beeinflusst die Bodenqualit?t. Wenn die Fahrzeuge immer schwerer werden, k?nnen 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 leistungsf?higer und zumeist auch schwerer geworden. In Extremf?llen müssen B?den Fahrzeuggewichte von bis zu 60 Tonnen tragen. Im Vergleich dazu sieht die Stra?enverkehrs-Zulassungs-Ordnung (StVZO) für bundesdeutsche Stra?en eine Obergrenze von 44 Tonnen vor. Landwirtschaftsmaschinen wie M?hdrescher wiegen bis zu 27 Tonnen, ein Rübenroder zum Ernten von Zuckerrüben bis zu 60 Tonnen und der Erntetransport bis zu 40 Tonnen.

Solch gro?e Lasten k?nnen Folgen für die Funktionsf?higkeit der B?den haben. Einerseits verringern sich die landwirtschaftlichen Ertr?ge, andererseits verschlechtern sich die Lebensbedingungen für die Bodenorganismen, au?erdem kann die Versickerung von Regenwasser in den Boden eingeschr?nkt werden.

<>
 

Was passiert bei der Verdichtung des Bodens?

Zwischen den Partikeln des Bodens befinden sich Hohlr?ume in Form von Poren, die mit Luft und Wasser gefüllt sind. Wenn das Rad eines Fahrzeuges bei der Ernte langsam über den Boden rollt, erh?ht sich der Druck und der Boden verdichtet sich. Das Ausma? der Verdichtung h?ngt vom Gesamtgewicht des Fahrzeugs und der Stabilit?t des Bodens ab.

Zusammensetzung des Bodens.
Die Bodenstruktur ist ein Geflecht aus Hohlr?umen und Partikeln unterschiedlicher Gr??e.
Quelle: FG II 2.7 / Umweltbundesamt
 

Welche Faktoren beeinflussen die Stabilit?t der B?den?

Die Stabilit?t eines Bodens wird durch seine Struktur bestimmt. Die Struktur wird als Bodengefüge bezeichnet. Das Bodengefüge besteht aus Bodenpartikeln unterschiedlicher ⁠Korngr??e⁠, die in Aggregaten verbunden sind. Die Hohlr?ume zwischen den Partikeln und den Aggregaten sind entweder mit Luft oder mit Wasser gefüllt und bilden ein Geflecht von Poren unterschiedlicher Gr??e und Eigenschaften.

Grunds?tzlich gilt: Je feuchter ein Boden ist, desto geringer ist seine Stabilit?t, da die Partikel sich untereinander leichter bewegen lassen. Je grobk?rniger 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 Stabilit?t der Bodenstruktur.
Viele Faktoren beeinflussen die Stabilit?t der Bodenstruktur.
Quelle: S. Marahrens / Umweltbundesamt
 

Wodurch werden B?den verdichtet?

B?den k?nnen durch alle Einwirkungen, die einen Druck ausüben, verdichtet werden. Bei Fahrzeugen entsteht der Druck aus dem Zusammenwirken von:

  • Fahrzeuggewicht, verteilt auf die Anzahl der R?der,
  • den Reifen (Art, Breite, Luftdruck),
  • Anzahl der überfahrten in derselben Spur.

Der Kontaktfl?chendruck betrifft besonders die obere Bodenschicht und h?ngt von der Gr??e der Fl?che ab mit der ein Reifen Kontakt mit dem Boden aufnimmt. Der Kontaktfl?chendruck 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.

<>
 

Was sind die Auswirkungen von Verdichtungen?

In einem verdichteten Boden ist das Volumen seiner Hohlr?ume reduziert, was den Wasser- und Lufttransport im Boden behindert. Die Folge sind verschlechterte Wuchsbedingungen für die Pflanzen und verminderte Ertr?ge. 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 B?den nicht mehr hinreichend versickert. Flie?t das Regenwasser in der Folge überwiegend an der Oberfl?che ab, kann es bei starken Regenf?llen zur Abschwemmung und zum Verlust des Bodens kommen. Die Folge k?nnen lokale überschwemmungen und Gew?sserbelastungen sein.

<>
 

Wie l?sst 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 Grunds?tzen zur ?Guten fachlichen Praxis“ der landwirtschaftlichen Bodennutzung verankert.

Eine Beeintr?chtigung von Bodenfunktionen kann durch messbare und repr?sentative Kriterien festgestellt werden. Anhaltspunkte für solch eine Beeintr?chtigung liegen vor, wenn das Volumen sehr gro?er Hohlr?ume im Boden unter einen bestimmten Schwellenwert sinkt, oder die Leitf?higkeit 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 B?den in Deutschland tats?chlich?

Es gibt derzeit keine einheitliche Ermittlung der tats?chlichen Bodenverdichtung in Deutschland. Sch?tzungen von Experten der Bodenschutz- und Landwirtschaftsverwaltungen aus langj?hrigen Beobachtungen im Freiland besagen, dass auf etwa zehn bis 20 Prozent der Ackerfl?che bewirtschaftungsbedingte Verdichtungen vorliegen. In Thüringen waren 17 Prozent der Ackerfl?che 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 Ackerfl?che im Tiefenbereich der Krumenbasis verdichtet sind.

Neben der r?umlichen 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 k?nnen sich summieren und langfristig erhalten bleiben.

Unter Wald ist die gesamte Bodens?ule bei Befahren mit schwerem Ger?t gleicherma?en gef?hrdet, da im Wald keine Lockerung des Bodens erfolgt und ein gesch?digter Oberboden noch Jahre nach der Befahrung den schlechten Zustand bewahrt.

 

Wie ist der strukturelle Bodenzustand in Deutschland?

Anhand bestimmter Kriterien l?sst 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 gegenw?rtigem Stand weisen circa zehn Prozent der bundesdeutschen Ackerfl?che sehr ungünstige Gefüge-Eigenschaften auf. Betroffen sind:

  • Geschiebelehme und lehmige Geschiebemergel in Norddeutschland,
  • B?den mit hohen Tonanteilen in Süddeutschland.

Ungünstige Gefüge-Eigenschaften liegen auf 40 Prozent der Ackerfl?che vor. Betroffen sind:

  • Sandlehme der Jungmor?nenlandschaften im Norden,
  • L?ssb?den ohne stabilisierende Eigenschaften der Schwarzerden,
  • tonreiche B?den der Flusslandschaften,
  • Verwitterungsb?den 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 Stabilit?t eines Bodens gegenüber dem Zusammendrücken. Die Vorbelastung erlaubt die ⁠Prognose⁠, ob der jeweilige Maschineneinsatz zus?tzliche Verdichtung erwarten l?sst. Eine geringe Vorbelastung bedeutet eine hohe Verdichtungsempfindlichkeit.

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

Im sehr feuchten Zustand der Feldkapazit?t ist in etwa die H?lfte der Ackerb?den sehr hoch bis hoch verdichtungsempfindlich. Dies ist h?ufig im Frühjahr der Fall. Betroffen sind besonders die folgenden B?den:

  • Marschen der Küstenregion,
  • tonige B?den der Flusslandschaften,
  • Geschiebelehme der Jungmor?nenlandschaften,
  • L?sse und B?den des Terti?rhügellandes aus Tonschluffen und Schlufftonen,
  • tonige Verwitterungsb?den.

B?den mit mittlerer und geringer Empfindlichkeit:

  • sandige B?den der Jungmor?nenlandschaften,
  • L?sse aus Lehmschluffen und Verwitterungsbeimengungen,
  • sandige B?den des Altmor?nengebietes und sandige Terrassenb?den.

Im mittleren Jahresverlauf befinden sich die B?den meist in einem m??ig feuchten Zustand von 80 Prozent der Feldkapazit?t. Auf m??ig feuchten B?den treten ?sehr hohe“ und ?hohe“ Verdichtungsempfindlichkeiten bereits nicht mehr auf.

<>
 

In welchen Gebieten sind die Bodenfunktionen durch Verdichtung gef?hrdet?

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

Nach gegenw?rtigem Stand weist bei dem im Jahresverlauf mittleren Zustand eines m??ig feuchten Bodens ein Drittel der Ackerfl?che eine hohe Gef?hrdung der Bodenfunktionen durch Verdichtung auf. Hoch gef?hrdet sind:

  • Teile der Marschen,
  • Geschiebelehme der Jungmor?nenlandschaften,
  • lehmige und tonige Flussablagerungen,
  • tonige Verwitterungsb?den
  • L?ssb?den aus Tonschluffen und Schlufftonen.

Von Bedeutung für die Bodenschonung ist die Tatsache, dass bei m??ig trockenen B?den auf nahezu der gesamten Ackerfl?che Deutschlands nur noch eine mittlere und geringe Gef?hrdung zu verzeichnen ist.

<>
 

Welche Ma?nahmen vermeiden Verdichtung?

Die Stabilit?t und die Verdichtungsempfindlichkeit des Bodens werden entscheidend durch den Wassergehalt beeinflusst. Deswegen müssen die vor Ort herrschenden Verh?ltnisse bekannt sein, um geeignete Ma?nahmen ergreifen zu k?nnen und zus?tzliche Verdichtungen zu vermeiden.

Grunds?tzlich gilt: Nasse B?den sollten gar nicht befahren werden, bei feuchten B?den sollte eine Anpassung der technischen und betrieblichen M?glichkeiten erfolgen.

Die Stabilit?t des Bodens verbessern

Verbessern l?sst sich die Stabilit?t des Bodens ebenfalls, indem die Bearbeitungstiefe und Bearbeitungsintensit?t reduziert wird. So tr?gt 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 tr?gt zur Vermeidung von Bodenerosion bei, da schützende Erntereste auf der Bodenoberfl?che verbleiben.

Technische M?glichkeiten an Fahrzeugen und Ger?ten aussch?pfen

Zur Schonung besonders der oberen Bodenschicht wird der Kontaktfl?chendruck verringert durch:

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

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

  • Nutzen von gezogenen statt angebauten Ger?ten,
  • Nutzen von aufgesattelten statt angebauten Ger?ten,
  • Anpassen der Zuladung bei der Ernte, je nach Menge an Wasser im Boden,
  • gleichm??ige Lastverteilung,
  • einsetzen von Fahrzeugen mit Knickgelenk und zus?tzlichen Achsen.

Arbeitsabl?ufe optimieren

Neben den rein technischen Handlungsm?glichkeiten k?nnen Arbeitsabl?ufe im Betrieb optimiert werden. Mit diesen Ma?nahmen lassen sich die Anzahl der überfahrten und die insgesamt befahrene Fl?che verringern:

  • Fahren au?erhalb der Furche bei konventionellem Einsatz des Pfluges (?Onland“-Pflügen),
  • Zusammenlegen von Arbeitsg?ngen,
  • Vermeiden von Leerfahrten auf der Fl?che,
  • Vergr??ern der Arbeitsbreiten,
  • Anlegen von Fahrgassensystemen
  • Anpassen der Schlagl?ngen an die Erntekapazit?t der Fahrzeuge.

Verdichtungen in der Forst- und Bauwirtschaft vermeiden

In der Forstwirtschaft helfen dieselben Ma?nahmen wie auf dem Acker. Eine Besonderheit ist jedoch die lange Regenerationszeit der Waldb?den. Waldb?den k?nnen nicht gelockert werden und sind im Normalfall deutlich geringm?chtiger entwickelt und damit noch empfindlicher als Ackerb?den. Ein verdichteter oder gesch?digter Waldboden weist nach zehn Jahren noch eine deutliche Beeintr?chtigung auf. Aus diesem Grund sind spezielle Anforderungen zur Vermeidung zu berücksichtigen:

  • Vermeiden fl?chenhafter und ungeregelter Befahrungen,
  • Einrichten eines Systems mit festen Fahrgassen für die Holzernte,
  • Verringerung des Holztransports bei sehr ungünstigen und feuchten Bodenverh?ltnissen.

Die Bauwirtschaft spielt bei der Bodenverdichtung ebenfalls eine Rolle. Denn oft wird bei Bauvorhaben ein Vielfaches der Fl?che beansprucht, die für den eigentlichen Bau notwendig w?re. Das kann mit geeigneten Ma?nahmen vermieden werden und betrifft oft Ackerb?den wie beim Bau von Windkraftanlagen, Trassen zur Ver- und Entsorgung oder dem Erschlie?en von Wohn- und Gewerbegebieten. Neben den rein technischen M?glichkeiten sind es vor allem organisatorische Anforderungen an die Baustellenplanung, die ein Maximum an Bodenschonung gew?hrleisten k?nnen. Als spezielle Ma?nahmen kommen in Betracht:

  • Vermeiden fl?chenhafter und ungeregelter Fahrten,
  • Anlegen von geordneten Baustra?en,
  • Ausweisen von Fl?chen zur Lagerung von Baumaterialien,
  • Ausweisen von Fl?chen zur getrennten Lagerung von Bodenaushub,
  • Abdecken des Bodens mit flexiblen Modulen oder Stahlplatten bei nassen und feuchten Bodenverh?ltnissen im Bereich von Baustra?en.