Bodenkonservierung in den USA

"Amerikas Weizen wächst schneller, als wir ihn essen können, schneller, als wir ihn verschenken können, und viel schneller, als wir ihn lagern können."

Ich will mich im Folgenden weder mit Weizen noch mit dessen Überproduktion beschäftigen. Und doch spiegelt dieses Zitat des ehemaligen amerikanischen Landwirtschaftsministers Anderson aus dem Jahre 1959 das Ausmass und die Intensität der landwirtschaftlichen Nutzung dieses Landes und daraus resultierenden Folgeproblemen wieder.

Als Nordamerika im 19. Jahrhundert als das Land der unbegrenzten Möglichkeiten galt und vor allem im vermeintlich wertlosen Westen Land grossräumig und billig verkauft wurde, hatte das einen verantwortungslosen Umgang mit den Ressourcen und der Umwelt zur Folge. So wurden unbedacht Wälder gerodet und Gebiete wie die Great Plains landwirtschaftlich übernutzt. Die bekannteste und wohl auch gravierendste Folge dieser Intensivnutzung ist wohl die Bodenzerstörung. Hohe Weizenpreise während der Weltkriege verlockten Farmer dazu, ihr Land bis an die äussersten Ackerbaugrenzen zu nutzen. Im eher trockenen Mittelwesten  war dies nur durch das sogenannte Dry Farming möglich. Dabei wurde zwischen zwei Anbaujahren immer ein Brachejahr eingeschaltet. Während des Brachejahrs wurde der Boden tiefgründig gepflügt, damit er möglichst viel Wasser aufnehmen und dann vor Beginn der ariden Periode zur Dezimierung der Verdunstung geeggt werden kann. Das so im Boden gespeicherte Wasser sollte den Anbau im folgenden Jahr ermöglichen. Dieses Dry Farming, die Überweidung der Grasflächen und der grossflächige Anbau von Monokulturen führten in Dürrejahren jedoch zu Katastrophen: die in den baumlosen Plains auftretenden hohen Windgeschwindigkeiten (sog. black blizzards) bliesen den Boden aus und nachfolgende starke Niederschläge schwemmten ihn fort. Infolge dieser Bodenerosion hatten allein zwischen 1931 und 1936 650 000 Farmer mit 400 000 km² Landbesitz ihre Existenz verloren.

Was hat das alles aber mit dem Bild zu tun?

Das Dia ist eine Luftaufnahme, die im Vordergrund ein besiedeltes Gebiet und dahinter eine offensichtlich landwirtschaftlich genutzte Ebene zeigt. Aufgenommen wurde das Bild in den Vereinigten Staaten von Amerika; die zugehörige Bildüberschrift lautet: "Fluraufteilung im Mittelwesten". Wir wollen uns im Folgenden auf die agrarisch genutzte Fläche konzentrieren.

Zu sehen sind mehrere für uns ungewohnte, kreisförmige Felder, rechteckige Flächen in Braun- und Grüntönen und gestreifte Flächen. Die geometrische Anordnung von Strassen und Feldern und die dominierenden Brauntöne fallen auf.

Die runde Form der Felder hat ihren Grund in der angewandten Bewässerungsmethode, dem sogenannten center pivot system. Das Feld wird dabei durch rotierende Sprinkler beregnet. Das 396 Meter lange, horizontale Rohr ist auf Rädern abgestützt und wird mit einem Motor angetrieben. Ein solches System bewässert eine Quarter Section, was 65 Hektaren beziehungsweise etwa 804 x 804 Meter entspricht. Die Einführung dieses Systems hat das Landschaftsbild physiognomisch stark verändert, weil die Ecken jeder Quarter Section nicht bewässert werden. Diese Fläche entspricht rund 11 Hektaren und liegt meist brach. Zum Teil werden diese Flächen jedoch auch für den Anbau von Feldfrüchten verwendet. [→ auf Bild hinweisen]

Dass solche Massnahmen nötig sind, wird in den vorherrschenden Brauntönen offensichtlich: Im semiariden Mittelwesten der USA wäre eine derartige landwirtschaftliche Intensivnutzung ohne künstliche Bewässerung undenkbar.

Etliche Felder sind in Streifen unterschiedlicher Farbe, also unterschiedlicher Bepflanzung unterteilt. Diese Bepflanzungsmethode nennt man strip cropping oder Konturstreifennutzung. Es ist eine Massnahme gegen die Bodenerosion, womit ich beim eigentlichen Hauptthema angelangt wäre.

Bodenerosion ist der Abtrag von Boden durch erosive Medien, also durch Wasser, Wind und Bodenbearbeitung. Der Prozess der Bodenerosion besteht aus drei Phasen:

einzelne Teilchen werden aus dem Bodenverband herausgelöst

die Partikel werden durch Wasser oder Wind transportiert

wenn nicht mehr genügend Energie für den Transport vorhanden ist, kommt es zu einer Ablagerung des Materials.

In einer Naturlandschaft ist die Bodenoberfläche durch eine geschlossene Pflanzendecke vor Erosion geschützt. Wird diese Decke jedoch durch anthropogene Eingriffe geschädigt oder entfernt, wird dadurch Bodenerosion ausgelöst.

Das Problem der Bodenerosion lässt sich grundsätzlich in zwei Teilprobleme unterteilen: die Bodenerosion durch Wasser und die Bodenerosion durch Wind.

Bodenerosion durch Wasser - Theorie

Die Bodenerosion durch Wasser erfolgt, wenn die Bodenpartikel entweder durch die Energie aufprallender Wassertropfen oder durch die Scherkraft des über den Boden fliessenden Wassers losgelöst, und vom Wasser abtransportiert werden. Die auf den Boden wirkende kinetische Energie der Regentropfen führt ausserdem zu einer Verdichtung des Bodens: Es bildet sich eine dünne Kruste, deren Poren durch eingeschwemmte, feinste Partikel verstopft sind und die somit weniger Wasser infiltrieren können. Dies verstärkt wiederum den Abfluss.          Dieser Abfluss äussert sich zunächst in einem dünnen Wasserfilm, der den Hang herunterläuft. Wenn nach der sogenannten kritischen Hanglänge genügend Wasser vorhanden ist, bilden sich Rillen. Hier ist der Abfluss nun konzentriert und somit energiereicher. Diese Rillen können 5 - 10 cm tief werden und werden durch eventuelle Fahrspuren begünstigt.

Die Stärke der Erosion hängt nebst der Art und Intensität des Niederschlags im Wesentlichen von der Hangneigung, den physikalischen und chemischen Bodeneigenschaften, als auch von der Art der Nutzung und der Aktivität der Bodenfauna ab.

Bodenerosion durch Wasser - Schutzmassnahmen

Da die Erosions- und Transportvorgänge auf dem Aufprall der Regentropfen und dem anschliessenden Abfluss beruhen, ist es das Ziel einer Schutzmassnahme, den direkten Aufprall auf den Boden und den Abfluss zu verringern oder zu unterbinden. Dazu kombiniert man meist mehrere verschiedene Massnahmen, die einander ergänzen.

Eine einfache und wirkungsvolle Massnahme ist die Konturbearbeitung. Dabei wird der Boden quer zur Hangneigung bearbeitet. Das Wasser wird so durch die isohypsenparallelen Fahrspuren und Drillreihen am schnellen Abfliessen gehindert. Es kann entlang der Furchen langsam abfliessen und hat somit weniger Energie um Bodenpartikel wegzuschwemmen. Ausserdem hat es so mehr Zeit um im Boden zu versickern.

Ebenfalls verbreitet ist die auf dem Bild zu sehende Konturstreifennutzung oder strip cropping: Ein Hang wird in gleich breite Streifen unterteilt, in denen eine Fruchtfolge eingehalten wird. Dabei wechseln sich dichtere und lockerere Bepflanzungen ab. Steile Hangabschnitte bleiben häufig Dauergrünland.

An steilen Hängen können Terrassen angelegt werden, welche den Abfluss von Niederschlagswasser dezimieren und das Eindringen von Wasser in den Boden stark fördern. Ihr Nachteil ist die geringe Wirtschaftlichkeit.

Billig und wirksam ist sogenannter Strohmulch. Darunter versteht man auf der Bodenoberfläche liegendes oder eingearbeitetes Stroh, welches den Boden vor der Energie aufprallender Regentropfen schützt. Ausserdem erhöht das Zuführen organischer Substanz die Stabilität der Bodenaggregate und verbessert das Infiltrations- und Speichervermögen des Bodens. Um der Bildung von Wasserrillen aus Fahrspuren vorzubeugen, kommen Breitreifen und Spurlockerung zum Einsatz. Bei der Spurlockerung wird der Boden oberflächlich grobschollig aufgebrochen, um Wasserabfluss auf dem verdichteten Boden zu reduzieren. Breitreifen haben den Zweck, das Gewicht des Fahrzeuges besser auf dem Boden zu verteilen und somit Fahrspuren zu verringern.

Als äusserst praxistauglich hat sich das minimum tillage erwiesen. Ein traktorgezogenes Gerät verrichtet dabei folgende Arbeitsschritte gleichzeitig: Der Boden wird leicht angeritzt, dieser Anriss seitlich erweitert, das Saatgut eingesät und der Boden wieder verschlossen. Durch das Wegfallen mehrerer Arbeitsgänge wird der Boden wesentlich weniger belastet und verdichtet. Dieses Verfahren hat sich nach seiner Einführung sehr schnell verbreitet, sicher nicht zuletzt wegen seiner hohen Wirtschaftlichkeit. Schliesslich sind die Farmer auch daran interessiert, möglichst wenige Arbeitsschritte auszuführen.

Diese konservierende Bodenbearbeitung hat nebst den genannten Vorteilen jedoch auch Nachteile: Unkraut, das nach herkömmlichen Methoden einfach untergepflügt wurde, muss nun durch Herbizideinsatz bekämpft werden. Humusarme, lehmige Sandböden neigen ausserdem zu Verdichtung, weil der Boden nicht mehr tiefgründig gelockert wird. Auf solchem Terrain ist eine Tieflockerung alle 2-3 Jahre unabdingbar.

In Gebieten wo nur zeitweise Niederschläge auftreten, können Abflussmulden und -gräben angelegt werden. Sie sind häufig begrast und dienen dazu, grosse Hanglängen zu unterbrechen und Wasser kontrolliert und erosionsfrei abfliessen zu lassen.

Bodenerosion durch Wind - Theorie

Die Bodenerosion durch Wind basiert auf einer simplen Kettenreaktion verschiedener Vorgänge: Zunächst werden Bodenteilchen unter der Einwirkung des Windes in Bewegung gesetzt. Dies allein würde jedoch noch nicht zu massivem Bodenabtrag führen. Was die Erosion nun lawinenartig in Gang setzt, ist der Wiederaufprall der Teilchen. Diese üben nämlich auf den Boden einen starken Druck aus und schlagen immer mehr Teilchen aus der Oberfläche, welche nun ebenfalls in diese Turnus involviert werden. Je nach Grösse werden die Teilchen unterschiedlich hoch aufgewirbelt. Besonders problematisch sind Teilchen mit weniger als 0.1 Millimeter Durchmesser, weil sie mehrere hundert Meter hoch aufgewirbelt und über grosse Distanzen transportiert werden können.

Entscheidende Einflussgrössen sind nebst der Windgeschwindigkeit und  -richtung die Bodenfeuchtigkeit und vor allem die Form des Geländes. Winderosion tritt auf der windzugewandten Seite und der Oberseite von Hügeln auf, während sich auf der Lee-Seite häufig Material ablagert. Im Extremfall kann es zu Wanderdünen kommen.

Bodenerosion durch Wind - Schutzmassnahmen

Die Methoden zur Bekämpfung der Erosion durch Wasser sind oft auch gegen die Erosion durch Wind nützlich. So wird zum Beispiel auch hier Strip Cropping angewandt und Strohmulch hemmt natürlich auch Einwirkung von Staubpartikeln auf die Bodenoberfläche.

Die wichtigste Methode ist jedoch das Erstellen von Bodenschutzanlagen, welche im Gegensatz zu den kulturtechnischen Massnahmen gegen die Erosion durch Wasser auch ökologisch sehr wertvoll sind.

Einen wichtigen Einfluss auf die Wirksamkeit von Bodenschutzanlagen hat deren Höhe. Sie bestimmt die Grösse des Luftpolsters und damit die Länge der windberuhigten Zone im Feld. Diese beträgt je nach Wind und Durchlässigkeit der Hecke auf der Luvseite das 3- und 5-Fache der Heckenhöhe und auf der Leeseite das 10- bis 20-Fache.

Ein zweiter wesentlicher Einfluss auf die Wirkung der Bodenschutzanlagen ist ihre Durchlässigkeit. Hinter zu dichten Hecken sinkt der Luftstrom rasch wieder ab und es kommt zu Wirbelbildung. Die windberuhigte Zone wird dadurch erheblich verkürzt. Hinter durchlässigen Hecken können sich längere Schutzzonen ausbilden. Unterbrechungen der Hecken wie zum Beispiel Feldzufahrten sind besonders ungünstig, weil es zu einer Düsenwirkung kommt, welche die Windgeschwindigkeiten lokal erhöht. Wegdurchquerungen sind daher stets in schrägem Winkel durch die Bodenschutzanlage zu führen.

Bodenschutzanlagen sollen daher quer zur Hauptwindrichtung, möglichst hoch, lückenlos und nicht zu dicht angelegt werden. Bei einem starken Wechsel der vorherrschenden Windrichtungen kann durch zusätzliche Querhecken eine Windberuhigung erzielt werden.

Bodenschutzanlagen sollten mindestens 8 Meter breit sein und aus vier Reihen Bäumen bestehen. Um Löcher in dieser Barrikade zu vermeiden werden unter den Bäumen auch Füllhölzer und Büsche angepflanzt. Die Zusammensetzung sollte nicht zu einseitig sein und der natürlichen Umwelt entsprechen. So stellen solche Windschutzhecken wertvolle Biotope dar, die oft auch einer grossen Fauna Lebensraum bieten.

Ich möchte nun abschliessend zu einer Bewertung des Bildes und der Erosionsproblematik kommen.

Der Boden ist eine unserer Lebensgrundlagen, ich halte die Problematik der Bodenerosion daher für relativ schwerwiegend. Es ist wichtig, dass gerade Landwirte gut darüber Bescheid wissen und entsprechend verantwortungsbewusst handeln. Dass durch Erosionsprozesse auch stehende und fliessende Gewässer, das Grundwasser und letztlich unser Trinkwasser verunreinigt werden können, verschärft das Problem weiter. Natürlich ist Erosion nicht nur in den USA ein Problem. Auch zum Beispiel in der Schweiz gibt es Gebiete mit ähnlichen Problemen.

Die Aufnahme ist gut gemacht und ich habe nicht den Eindruck, dass etwas absichtlich wegzensiert wurde. Das Bild wurde schliesslich auch in Fachliteratur veröffentlicht, mit dem Zweck, die wahren Verhältnisse wiederzugeben.

Der Nachteil dieses Bildes ist, dass es nicht sehr viele Aspekte des Erosionsproblems zeigt. Ein Beispiel zur Konturbearbeitung oder einige Windschutzhecken wären zur Veranschaulichung hilfreich gewesen. Der Titel "Fluraufteilung im Mittelwesten" ist eher mässig treffend, weil er lediglich auf die Anordnung der Felder, jedoch nicht auf Ursachen dafür anspielt. Allerdings wäre dies in drei Wörtern auch nicht möglich. Das Bild ist jedoch sicher typisch für diesen Raum und gibt auch die Weite dieser Ebenen wieder. Seine Publikation ist daher durchaus berechtigt.

Zum Schluss noch eine abschliessende Frage an euch:

Welche Folgeprobleme könnten durch die künstliche Bewässerung im relativ trockenen Mittelwesten der USA auftreten?

Versalzung des Bodens

Absenkung des Grundwasserspiegels

Bodenkonservierung in den USA

Als Nordamerika im 19. Jahrhundert als das Land der unbegrenzten Möglichkeiten galt und vor allem im vermeintlich wertlosen Westen Land grossräumig und billig verkauft wurde, hatte das einen verantwortungslosen Umgang mit den Ressourcen und der Umwelt zur Folge. So wurden unbedacht Wälder gerodet und Gebiete wie die Great Plains landwirtschaftlich übernutzt. Die bekannteste und wohl auch gravierendste Folge dieser Intensivnutzung ist wohl die Bodenzerstörung.

Durch tiefgründiges Pflügen und Einschalten von Bracheperioden wurde vor allem im semiariden Mittelwesten die Bodenerosion begünstigt. Während der Boden normalerweise durch eine geschlossene Pflanzendecke gegen Erosion geschützt ist, konnten nun durch Wasser und Wind Teilchen aus dem Bodenverband herausgelöst und wegtransportiert werden.

Bodenerosion durch Wasser

Die Bodenerosion durch Wasser erfolgt, wenn die Bodenpartikel entweder durch die Energie aufprallender Wassertropfen oder durch die Scherkraft des über den Boden fliessenden Wassers losgelöst, und vom Wasser abtransportiert werden. Die auf den Boden wirkende kinetische Energie der Regentropfen führt ausserdem zu einer Verdichtung des Bodens: Es bildet sich eine dünne Kruste, deren Poren durch eingeschwemmte, feinste Partikel verstopft sind und die somit weniger Wasser infiltrieren können. Dies verstärkt wiederum den Abfluss. Dieser Abfluss äussert sich zunächst in einem dünnen Wasserfilm, der den Hang herunterläuft. Wenn nach der sogenannten kritischen Hanglänge genügend Wasser vorhanden ist, bilden sich 5 -10 cm tiefe Rillen. Hier ist der Abfluss nun konzentriert und somit energiereicher.

Es gibt diverse Massnahmen gegen dieses Problem, die meistens kombiniert angewendet werden:

Bei der Konturbearbeitung wird der Boden quer zur Hangneigung bearbeitet. Das Wasser wird so durch die isohypsenparallelen Fahrspuren und Drillreihen am schnellen Abfliessen gehindert. Es kann entlang der Furchen langsam abfliessen und hat somit weniger Energie um Bodenpartikel wegzuschwemmen und mehr Zeit um im Boden zu versickern.

Konturstreifennutzung (strip cropping): Ein Hang wird in gleich breite Streifen unterteilt, in denen eine Fruchtfolge eingehalten wird. Dabei wechseln sich dichtere und lockerere Bepflanzungen ab.

An steilen Hängen können Terrassen angelegt werden, welche den Abfluss von Niederschlagswasser dezimieren und das Eindringen von Wasser in den Boden stark fördern. Ihr Nachteil ist die geringe Wirtschaftlichkeit.

Unter Strohmulch versteht man auf der Bodenoberfläche liegendes oder eingearbeitetes Stroh, welches den Boden vor der Energie aufprallender Regentropfen schützt. Ausserdem erhöht das Zuführen organischer Substanz die Stabilität der Bodenaggregate und verbessert das Infiltrations- und Speichervermögen des Bodens.

Bei der Spurlockerung wird der Boden oberflächlich grobschollig aufgebrochen, um Wasserabfluss auf dem verdichteten Boden zu reduzieren.

Durch Breitreifen wird das Gewicht des Fahrzeugs auf dem Boden verteilt.

Beim minimum tillage wird der Boden in einem Arbeitsgang leicht angeritzt, das Saatgut eingesät und der Boden wieder verschlossen. Durch das Wegfallen mehrerer Arbeitsgänge wird der Boden wesentlich weniger verdichtet. Allerdings muss Unkraut, das vorher einfach untergepflügt wurde bei dieser Methode mittels Herbizideinsatz bekämpft werden. Lehmige Sandböden neigen ausserdem zu Verdichtung, weil sie nicht mehr tiefgründig gelockert werden.

Bodenerosion durch Wind

Die Bodenerosion durch Wind basiert auf einer simplen Kettenreaktion verschiedener Vorgänge: Zunächst werden Bodenteilchen unter der Einwirkung des Windes in Bewegung gesetzt. Beim Wiederaufprall üben diese Teilchen auf den Boden einen starken Druck aus und schlagen immer mehr Teilchen aus der Oberfläche, welche nun ebenfalls in diesen Turnus involviert werden.

Entscheidende Einflussgrössen sind nebst der Windgeschwindigkeit und -richtung die Bodenfeuchtigkeit und vor allem die Form des Geländes. Winderosion tritt auf der windzugewandten Seite und der Oberseite von Hügeln auf, während sich auf der Lee-Seite häufig Material ablagert. Im Extremfall kann es zu Wanderdünen kommen.

Die Methoden zur Bekämpfung der Erosion durch Wasser sind oft auch gegen die Erosion durch Wind nützlich. So wird zum Beispiel auch hier Strip Cropping angewandt und Strohmulch hemmt natürlich auch Einwirkung von Staubpartikeln auf die Bodenoberfläche.

Die wichtigste Methode ist jedoch das Erstellen von Bodenschutzanlagen, welche im Gegensatz zu den kulturtechnischen Massnahmen gegen die Erosion durch Wasser auch ökologisch sehr wertvoll sind.

Solche Bodenschutzanlagen bestehen aus Bäumen, Füllhölzern und Büschen und sind mindestens 8 Meter breit. Ihre Wirksamkeit hängt in erster Linie von der Höhe und der Durchlässigkeit ab. Hinter zu dichten Hecken sinkt der Luftstrom rasch wieder ab und es kommt zu Wirbelbildung. Unterbrechungen der Hecken wie zum Beispiel Feldzufahrten müssen in schrägem Winkel angelegt werden, weil es sonst zu einer Düsenwirkung kommen kann, welche die Windgeschwindigkeit lokal stark erhöhen würde.

Wenn die Zusammensetzung dieser Windschutzhecken nicht zu einseitig ist und der natürlichen Umgebung entspricht, stellen sie wertvolle Biotope dar, die oft auch einer grossen Fauna Lebensraum bieten.

Letztlich läuft die Erosionsproblematik auf folgende Faustregel hinaus: Es darf nicht mehr Boden verloren gehen, als jedes Jahr neu gebildet wird, und das ist höchstens 0.1 Millimeter pro Jahr. Bei Verlustraten von 10 bis 15 Zentimetern jährlich in Extremgebieten, ist das nicht sehr viel, vor allem wenn man bedenkt, dass 1 Millimeter Bodenverlust pro Hektar etwa 15 Tonnen Abtragsmaterial entspricht.

Landaufteilung in den USA

In den USA ist die agrarisch genutzte Fläche in Sections unterteilt. Ein Feld hat meist die Grösse einer Quarter Section, was 65 Hektaren beziehungsweise etwa 804 x 804 Meter entspricht. Früher hat diese Aufteilung das Landschaftsbild in weiten Teilen der USA stark geprägt. Heute fallen vor allem im eher trockenen Mittelwesten wo künstliche Bewässerung unabdingbar ist auch viele runde Formen auf. Diese haben ihren Grund in der angewandten Bewässerungsmethode, dem sogenannten center pivot system. Das Feld wird dabei durch rotierende Sprinkler beregnet. Das 396 Meter lange Rohr ist auf Rädern abgestützt und wird von einem Motor angetrieben. Von einer Quarter Section werden wegen der Rotationsbewegung die Ecken (ca. 11 ha) jeweils nicht bewässert und liegen meist brach.

Quellennachweis

Website:

https://mitglied.tripod.de/hebel/skript.html#l.%20Definition

Fachliteratur:

Fundamente - Kursthemen USA/Kanada, Sowjetunion

ISBN 3-12-409232-5 Verlag Klett

Länderkunde USA

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