BERICHT “The Soil Quality Test Kit”: Der Bodenkoffer für die Bestim ...

BERICHT
“The Soil Quality Test Kit”:
Der Bodenkoffer für die Bestimmung
der Bodenqualität im Feld
Franziska Kaiser und Paul Mäder
Vorevaluation Dezember 2007
Version 1: 17. Dezember 2007
Forschungsinstitut für biologischen Landbau (FiBL), Ackerstrasse, CH-5070 Frick, Schweiz,
Tel. +41 (0)62 865 72 72, Fax +41 (0)62 865 72 73, info.suisse@fibl.org, www.fibl.org

Inhalt
1. Die Möglichkeiten des Soil Quality Test Kit 3
2. Erfahrungen mit dem Soil Quality Test Kit 5
3. Schlussfolgerungen 7
4. Referenzen 7
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6. Dezember 2007, Kaiser, FiBL

1. Was kann das „Soil Quality Test Kit“ vom United States Department
of Agriculture (USDA)?
Mit der Ausrüstung aus dem „Soil Quality Test Kit“ Koffer
(http://www.gemplers.com/product/RGM250/Professional-Soil-Quality-Test-Kit) können elf
verschiedene biologische, physikalische und chemische Bodenparameter mit relativ
geringem (finanziellem) Aufwand gemessen und beurteilt werden. Die Reihe von Tests
dient als Werkzeug, um landwirtschaftliche Systeme zu vergleichen, Bodenqualität über
längere Zeit zu beobachten oder mögliche Bodengesundheitsprobleme zu diagnostizieren.
Die einzelnen Tests sind relativ einfach aufgebaut, detailliert beschrieben (erster Teil
des Handbuchs und Sarrantonio et al., 1996) und können von minimal instruiertem Personal
im Feld - ohne Zugang zu einem wissenschaftlichen Labor - durchgeführt werden.
Es sind aber dennoch einige zusätzliche technische Hilfsmittel notwendig:
- Computer/Laptop für Berechnungen in Excel
- Zugang zu einem Mikrowelle-Ofen
- 0.1 g Präzisionswaage
Ebenso werden Werkzeuge und Verbrauchsmaterialien wie Spaten und Schaufel, diverse
Becken und destilliertes Wasser benötigt, welche natürlich noch nicht im Koffer
sind. Es empfiehlt sich daher, jeweils vor dem Gang ins Feld die Materiallisten der entsprechenden
Tests im Handbuch genau zu studieren.
Zur Interpretation der ermittelten Resultate kann der zweite Teil des Handbuchs beigezogen
werden. Zu jedem Test finden sich hier Zusatzinformationen und Interpretationshilfen.
Diese müssen aus unserer Sicht den standörtlichen Gegebenheiten und der Nutzung
angepasst werden.
Im Folgenden wird nun ein Überblick über die einzelnen Tests, ihr Ziel und ihren theoretischen
Hintergrund sowie allfällige Besonderheiten gegeben. Für Details wird auf das
Handbuch (in englischer Sprache) verwiesen. Bei der Formulierung geben wir den
Wortlaut in Deutscher Sprache wieder. Einige Aussagen scheinen uns etwas ungenau.
Diese haben wir mit einer Fussnote versehen.
1. Bodenatmungstest
Durch Aktivitäten von Bodenorganismen entstandenes CO2 wird in einer Vorrichtung
während 30 min. gesammelt und dann gemessen. Dieser Test funktioniert dann am
besten, wenn der Boden feucht ist (Feldkapazität), somit sollte der Boden bei Trockenheit
vorgängig (6-24 h) befeuchtet oder 6-24 h nach dem Infiltrationstest (2) nachgemessen
werden.
2. Infiltrationstest
Die Geschwindigkeit, mit der Wasser in den Boden eindringt, wird gemessen. Sie gibt
Aufschluss darüber, wie gut der Boden gegen Erosion geschützt ist und wie anfällig er
für Stauwasserbildung durch Niederschläge ist. Falls der Boden zuerst trocken war,
kann der Test wiederholt werden, um die Infiltration bei höherem Sättigungsgrad zu
bestimmen. Falls der Boden bereits wassergesättigt ist (Regenperiode), muss mit diesem
Test zugewartet werden.
17. Dezember 2007, Kaiser, FiBL

3. Lagerungsdichte/ Scheinbare Dichte
Dieser Test misst die Dichte des Bodens („Kompaktheit“) im Feld. Er eignet sich zum
Ermitteln von verdichteten Stellen und Feldern. Weil das Trockengewicht pro Volumen
bestimmt wird, braucht es eine Waage und einen Ofen (z.B. Mikrowelle), um die Bodenprobe
zu trocknen.
Es wird auch eine Methode für besonders steinige Böden beschrieben.
4. Elektrische Leitfähigkeit
Die elektrische Leitfähigkeit (EL) gibt Aufschluss über den Salzgehalt des Bodens. Ein
zu hoher Salzgehalt kann ungünstig für die Pflanzengesundheit sein und den Wasserhaushalt
des Bodens stören. Für die EL, den pH- und den Nitrat-Test (6 und 7) werden
Bodenproben verteilt über das ganze Feld gesammelt und gemischt. Daraus werden
einzelne Proben abgewogen (Präzisionswaage) und mit destilliertem Wasser aufbereitet.
5. pH-Test
Dieselben aufbereiteten Proben können auch gleich für die pH-Messung verwendet
werden. Der pH-Test bestimmt den Säuregrad respektive die Alkalinität des Bodens.
6. Boden Nitrat-Test
Mithilfe eines Teststreifens (Farbindikation) wird von derselben Bodenprobe auch der
Nitratgehalt gemessen. Dieser gibt einen Schätzwert des pflanzenverfügbaren Stickstoffs
im Boden.
7. Aggregat-Stabilität
Die Stabilität von Bodenkrümeln unter fliessendem Wasser wird ermittelt. Sie ergibt einen
Schätzwert für den Anteil an organischer Substanz im Boden, da stabile Krümel die
organische Substanz vor dem Abbau durch Bodenmikroorganismen schützen. 1
8. Verschlämmungstest (Slake Test)
Dies ist ein qualitativer Test, basierend auf Beobachtung und Klassifizierung anhand
von vorgegebenen Kriterien. Kleine Bodenstücke oder -krümel werden einer schnellen,
intensiven Vernässung ausgesetzt. Ihr Verhalten wird beobachtet und als Indikator für
bodenbiologische Aktivität, Energiefluss und Nährstoffzyklus gewertet.
9. Regenwurm-Test
Die Anzahl Regenwürmer in einem bestimmten Erdvolumen wird ausgezählt. Mithilfe
von Senflösung werden tiefer grabende Würmer herausgelockt. Da die Wurmaktivität im
Frühling und Herbst am grössten ist, empfehlen sich diese Jahreszeiten für diesen Versuch.
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1 Zwar besteht eine enge Beziehung zwischen der Aggregatstabilität und dem Gehalt an organischer
Substanz im Boden. Die Aggregatstabilität ist aber u.a. auch abhängig von der Korngrössenverteilung im
Boden, und vom Belebtheitsgrad des Bodens mit Bakterien, Pilzen und Regenwürmern).
10. Bodenphysikalische Beobachtungen und Schätzungen
Mit einem Spaten wird ein Loch gegraben und vertikal eine Scheibe Boden aus dem
oberen Bereich ausgestochen. Die Tiefe des Oberbodens, die Durchwurzelung, der
Eindringwiderstand und die Bodenstruktur und -textur werden erhoben. Dies erfordert
einiges an Fingerspitzengefühl und Beobachtungsgabe. Eine gewisse Erfahrung in der
Bodenbeurteilung ist hier sicher von Vorteil.
11. Wasserqualität
Die Qualität von weggeführtem Wasser (Drainagekanäle, Teiche etc.) kann analog zum
Boden auf Nitrit- und Nitratgehalt sowie auf Salinität untersucht werden. Die Ergebnisse
aus diesem Test zielen darauf ab, den Boden auf seine Funktionalität bezüglich Wasserreinigung
und -haltevermögen zu prüfen.
2. Erfahrungen mit dem "soil quality test kit" (Literaturstudie)
In einer breit angelegten Studie haben Liebig et al. (1996) dieselben Bodenproben sowohl
mit dem „Soil Quality Test Kit“ im Feld, als auch mit Standardmethoden im Labor
analysiert und die Ergebnisse miteinander verglichen. Zusätzlich wurden im Labor gemischte
Proben untersucht, die sich aus mehreren Probenahmen innerhalb derselben
Wiederholung zusammensetzten und somit der Feldheterogenität stärker Rechnung
trugen. Die Proben stammten von zwei Standorten in North Dakota, jeweils aus Landwirtschaftsflächen
(konventionell und biologisch bewirtschaftete Betriebe) sowie aus
Naturwiesen eines Naturschutzprogramms (Conservation Reserve Programm CRP).
Die Proben stammten aus der obersten Bodenschicht bis 7.5 cm Tiefe.
Boden-pH, Boden-Nitratgehalt und gravimetrischer Wassergehalt unterschieden sich
zwischen den Laboranalysen und in den Messungen mit dem Soil Test Kit nicht signifikant
voneinander, wohingegen die elektrische Leitfähigkeit und die Bodenatmung teilweise
Abweichungen aufwiesen. Die Autoren relativieren diese Ergebnisse dahingehend,
dass trotz unterschiedlicher Resultate für die elektrische Leitfähigkeit zwischen
den gemischten und den Einzelproben alle Werte im nicht-salinen Bereich liegen und
ein Feld somit auch mit einer Einzelprobe bezüglich Versalzung richtig eingeschätzt
werden kann. Dass die Bodenatmung im Feld gemessen höher ist als im Labor, sei eine
17. Dezember 2007, Kaiser, FiBL

Folge des methodischen Verfahrens, da ein frischer Boden mit einem gesiebten und
gelagerten Boden verglichen wird.
Zusätzlich errechneten die Autoren für jeden Parameter einen Variabilitätskoeffizienten,
um abschätzen zu können, ob Feldmethode und Laboranalytik ähnlich präzise seien.
Dabei fanden sich nur unter sehr nassen Bedingungen unterschiedliche Genauigkeitsgrade.
In der Regel aber war die mit den beiden Methoden erreichte Präzision vergleichbar.
Von denselben Feldern stammen auch die Daten der Fallstudien von Sarrantonio et al.
(1996). Sie analysierten die obersten 7.6 cm des Bodens ausschliesslich mit den
Feldmethoden des „Soil Quality Test Kit“ und verglichen die unterschiedlich bewirtschafteten
Flächen miteinander. In einem zweiten Teil wurden zusätzlich die obersten 30.5
cm im Labor untersucht.
Deutliche Unterschiede manifestierten sich bis 7.6 cm in der Lagerungsdichte, der
Wasserhaltekapazität und der Infiltrationsrate zwischen den Bewirtschaftungsarten. Der
Boden-pH unterschied sich zwar nicht zwischen den Bewirtschaftungsweisen, jedoch
gab es Unterschiede innerhalb eines beprobten Feldes (Radspur verglichen mit Reihe).
Die elektrische Leitfähigkeit wiederum wies Unterschiede auf und auch der Boden-
Nitratgehalt variierte enorm zwischen den einzelnen Bewirtschaftungsweisen, wobei
sich insbesondere die konventionelle Bewirtschaftung deutlich von der biologischen und
der naturbelassenen abhob (4-80 facher Wert!).
Die Bodenatmung war am ersten Standort unter trockenen Bedingungen in der CRP-
Naturwiese doppelt so hoch wie in den anderen beiden Management Systemen. Unter
nassen Bedingungen (nach Bewässerung) waren die Unterschiede aber nur noch undeutlich,
hauptsächlich wegen der tiefen Bodentemperatur und einem geringen Anteil
wassergefüllter Hohlräume in der Naturwiese. Wurde die Bodenatmung aber hochgerechnet
auf 25°C und 60% wassergefüllte Hohlräume, so war sie wiederum 2-3 mal
grösser in der CRP-Naturwiese als auf den Landwirtschaftsflächen. Am zweiten Standort
war es gerade umgekehrt: Unterschiede wurden vor allem unter nassen Bedingungen
deutlich.
Gesamthaft kann festgehalten werden, dass die Feldmethoden geeignet sind, Unterschiede
in der Bodenqualität zwischen unterschiedlichen Bewirtschaftungssystemen
anhand ausgewählter Tests zu erfassen. Dies umso mehr, als dass die unterschiedlichen
Trends sogar nachgewiesen werden konnten, obschon als Wiederholungen unter-
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schiedliche topografische Positionen (Gipfel, Hang, Fuss) respektive unterschiedliche
Acker- und Feldflächen (Radspur, nicht Radspur, Reihe) gewählt wurden. Ausserdem
erhielt man Informationen über die Variation innerhalb einer Landwirtschaftsfläche. Für
eine umfassende Beurteilung eines Bodens ist es aber dennoch wichtig, auch tiefere
Bodenschichten (bis 30.5 cm) mit einzubeziehen, damit Prozessinteraktionen genauer
erfasst werden können.
Inwieweit das Soil Quality Test Kit von Landwirten und anderen Anwendern (Nicht-
Agronomen, Nicht-Bodenwissenschaftern) tatsächlich gebraucht werden kann, ist noch
etwas unklar. Obschon die einzelnen Tests in der Handhabung soweit optimiert wurden
und die Resultate offenbar weitgehend verlässlich sind, stellt sich eine nächste Herausforderung:
Die Ergebnisse müssen vom Anwender vor dem Hintergrund unterschiedlichster
Feldbedingungen sinnvoll interpretiert werden können (Ditzler and Tugel 2002).
Zu diesem Zweck enthält das Handbuch zwar in einem zweiten Teil Interpretationsansätze,
die helfen sollen, die Testergebnisse richtig zu verstehen. Ein Grundverständnis
der Wechselwirkungen einzelner Eigenschaften im Boden ist aber wichtig, um einzelne
Resultate im Gesamtkontext richtig einordnen zu können.
3. Schlussfolgerungen
Zwei Studien aus North Dakota konnten zeigen, dass die Ergebnisse aus den Methoden
des Soil Quality Test Kit mit denen aus Standard Laboranalysen bezüglich Präzision
und Aussagekraft im Allgemeinen vergleichbar sind. Grössere Unterschiede finden
sich dort, wo die Probenvorbereitung im Feld stark von jener im Labor abweicht (z.B:
CO2-Messung Labor-Feld ist nicht vergleichbar). Die generellen Probleme einer Bodenanalyse
wie zeitliche und räumliche Variabilität, stellen sich auch mit dem Soil Quality
Test Kit. Es bleibt also wichtig, sich bei der Beurteilung eines Bodens auf zulässige
Vergleiche von Messergebnissen abzustützen. Um das Soil Quality Test Kit in der
Schweiz in grösserem Umfang einsetzen zu können, müsste eine Referenzbasis erst
erarbeitet werden, welche Standort und Nutzungsart mit einbezieht.
4. Referenzen
Ditzler C A and Tugel A J 2002 Soil Quality Field Tools: Experience of USDA-NRCS
Soil Quality Institute. Agronomy Journal 94, 33-38.
Liebig M A, Doran J W and Gardner J C 1996 Evaluation of a field test kit for measuring
selected soil quality indicators. Agronomy Journal 88, 683-686.
Sarrantonio M, Doran J W, Liebig M A and Halvorson J J Eds. 1996 On-Farm Assessment
of Soil Quality and Health. SSSA Spec. Publ, Madison,WI. pp. 107-121.
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