Forschung -Bodenschonend fahren – aber wann?

Feuchte Böden bringen viele Maschinen an die Grenzen eines bodenschonenden Befahrens. Erst recht mit der Düngeverordnung. Sie hat zu einer Verschiebung der Gülleausbringung vom Herbst ins Frühjahr geführt. Da durch die Winterniederschläge eher feuchte Unterböden vorliegen, sind bei steigenden Güllemengen und vorgegebenem Ausbringfenster Anpassungsstrategien gefragt. Sie müssen von den Bodenzuständen abgeleitet werden und gleichzeitig den rentablen Einsatz der Maschinen ermöglichen.

Befahrungsversuche auf einer Löss-Parabraunerde in Südniedersachsen haben Gülleausbringtechniken unter Feldbedingungen miteinander verglichen. Dabei wurde die gesamte Bandbreite der in der Praxis eingesetzten Technik berücksichtigt:

■ Traktor mit Tandem-Gülletankwagen. Feld- und Straßentransport erfolgen ohne Reifendruckverstellanlage (> 3 bar Innendruck). Keine Einarbeitung.

■ Selbstfahrender Gülletankwagen (Reifeninnendruck 1,5 bar) mit Einarbeitung

■ Traktor mit Gülleverschlauchung (Reifeninnendruck 0,8 bar) mit Einarbeitung.

Gemessen wurden Bodendruck, Bodensetzung und die Änderungen bodenphysikalischer Parameter über die gesamte Arbeitskette und in drei Tiefen. Die Bodenfeuchte bei diesem Versuch reichte von schwach feucht bis feucht (37 Vol-% Wassergehalt in 20 cm, 34 % in 35 cm und 35 % in 50 cm):

Die Grafik 1 zeigt oberhalb der Null-Linie die Bodendrücke in kPa, die die Vorder- und Hinterachse des Traktors und die beiden Achsen des Güllefasses mit bis zu 150 kPa in der Krume erzeugen. Mit zunehmender Tiefe nehmen die Bodendrücke ab, da immer mehr Bodenpartikel die Lasten abstützen. Dies ist eine Momentaufnahme, die uns zwar Informationen über die Bodenbeanspruchung gibt, jedoch wenig über die Auswirkungen auf den Bodenzustand aussagt. Anders sieht es mit den Kurven unterhalb der Null-Linie aus: Sie zeigen uns die Setzung des Bodens in vertikaler Richtung mit dem Zurückfedern (elastische Setzung) und der bleibenden Setzung (plastische Setzung). Beim Tandemfass ist zu sehen, dass sich der Boden in allen Tiefen mit jeder Überrollung stärker setzt und die plastische Setzung zunimmt. Der Selbstfahrer nimmt eine Mittelstellung ein; am günstigsten ist die Gülleverschlauchung zu beurteilen. Aber sind diese Tendenzen auch in den bodenphysikalischen Messungen wiederzufinden?

Die Lagerungsdichte in g/cm³ beschreibt die Dichte des Bodens. Grafik 2 zeigt in der Krume keine Zunahme der Lagerungsdichte durch die Gülleverschlauchung im Vergleich zum unbefahrenen Zustand. Tandemfass und Selbstfahrer erhöhen die Lagerungsdichte des Bodens gleichermaßen. In der Krumenbasis und im nahen Unterboden liegt das Tandemfass am höchsten. Selbstfahrer und Gülleverschlauchung unterscheiden sich kaum vom unbefahrenen Zustand.

Die Lagerungsdichte allein kann allerdings eine schadhafte Veränderung des Bodenzustandes nicht anzeigen. Erst wenn Bodenfunktionen beeinträchtigt sind, kann man von einer Bodenschadverdichtung ausgehen. Als Indikator dafür zeigt Grafik 3 die gesättigte Wasserleitfähigkeit in cm/Tag. In der Krume weist das Tandemfass mit 15 cm/Tag eine Minderung der Wasserleitfähigkeit auf, nicht aber Selbstfahrer und Gülleverschlauchung. In der Krumenbasis mindern Tandemfass und Selbstfahrer die Werte um 68 und 63 %, die Gülleverschlauchung führt nur unwesentlich zu einer Beeinträchtigung der Leitfähigkeit.

Die Messungen zu Bodendruck und -setzung sowie zur Bodenphysik haben gezeigt, dass nicht nur die Radlast, sondern auch Überrollhäufigkeit und Reifeninnendruck den Bodenzustand beeinflussen. Der Einsatz von Tandem- und Tridemfässern ist trotz nur mittlerer Radlasten durch die vielen Überrollungen und die für den Straßentransport hohen Reifeninnendrücke kritisch zu sehen. Auch muss in der Regel in einem eigenen Arbeitsgang mit zwei zusätzlichen Überrollungen die Gülle eingearbeitet werden. Diese Technik ist oft auf Betrieben mit Eigenmechanisierung zu finden – bei Lohnunternehmern sind Reifendruckverstellanlagen üblich.

Der Selbstfahrer mit Schongang/Hundegang beeinträchtigt trotz hoher Radlast, aber aufgrund nur einer einfachen Überrollung, geringer Reifeninnendrücke und hoher Fahrgeschwindigkeit den Bodenzustand weniger stark. Am günstigsten schneidet die Gülleverschlauchung ab, da die Gülle am Vorgewende zwischengelagert wird und der Ausbringtraktor mit niedriger Radlast, unter 1 bar Reifeninnendruck und nur zweifacher Überrollung fährt.

Diese und viele weitere Erkenntnisse lassen sich in ein Schema bringen, mit dem der Landwirt selbst mittel- und langfristig Investitionen ableiten und kurzfristig Einsätze planen kann. Entwickelt wurde ein Planungskonzept mit drei Bausteinen in Form einer Entscheidungsmatrix (Grafik 4), das sowohl die Standorteigenschaften als auch die Fahrzeugparameter berücksichtigt:

Verdichtungsempfindlichkeit: Der erste Baustein berücksichtigt Bodenart und Bodenfeuchte für Ober- und Unterböden. Die Bodenart kann aus nutzungsdifferenzierten digitalen Bodenkarten (zum Beispiel BÜK 200, BGR 2020) flächendeckend abgeleitet werden. Die Bodenfeuchte ist der maßgebliche Parameter für die Verdichtungsempfindlichkeit. Ihre „Quelle“ sind langfristige Klimadaten des Deutschen Wetterdienstes. Dabei geht es nicht nur um Niederschläge, sondern über ein Verdunstungsmodell um die Berechnung der aktuellen Bodenfeuchten in unterschiedlichen Tiefen und für verschiedene Früchte. Somit können die aktuellen Veränderungen der Bodenfeuchte tagesgenau und in fünf Klassen der Verdichtungsempfindlichkeit (sehr hoch bis sehr gering) abgebildet werden.

Mechanische Belastung durch Landmaschinen:

Im zweiten Baustein wird die mechanische Belastung ganzer Arbeitsketten berücksichtigt. Langjährige Feldmessungen und die Datenbank des KTBL liefern die Grundlage. Die Belastungsanteile bestehen aus Radlast, Reifeninnendruck, Kontaktflächendruck, Anzahl Überrollungen und Spurflächenanteil und ermöglichen die Einordnung der Arbeitsketten in fünf Belastungsklassen (sehr hoch bis sehr ge- ring).

Verknüpfung von Verdichtungsempfindlichkeit und mechanischer Belastung:

Im dritten Baustein wird die mechanische Belastung durch Landmaschinen der Belastbarkeit des Bodens in jeweils fünf Klassen gegenübergestellt. Daraus wird zunächst ersichtlich, ob der Boden unter den gegebenen Bedingungen mit der jeweiligen Technikvariante bodenschonend befahren werden kann oder nicht. Liegt der Schnittpunkt der Geraden der mechanischen Belastung und der Geraden der Verdichtungsempfindlichkeit unterhalb der Diagonalen (im grünen bis gelben Bereich), so ist eine bodenschonende Befahrung möglich. Liegt der Schnittpunkt allerdings oberhalb der Diagonalen (im gelben bis roten Bereich), so ist mit einer Gefährdung der Bodenfunktionen zu rechnen.

Auf der Basis des beschriebenen Schemas haben wir für die Gülleausbringung im Herbst und Frühjahr die Tage abgeleitet, an denen ein bodenschonendes Befahren möglich ist. Ausgewählt wurden neun Beispielstandorte, von denen hier zwei mit vergleichbaren Bodenarten im Oberboden, aber unterschiedlichen Niederschlägen/Bodenfeuchten dargestellt werden.

Im Herbst steht im Mittel der Jahre zum Beispiel in Neubrandenburg für Selbstfahrer und Verschlauchung der gesamte Zeitraum von 61 Tagen (1. September bis 31. Oktober) zur Verfügung – für Traktor mit Tandemgüllewagen dagegen nur 35 Tage. Auf dem sehr feuchten Standort Bad Waldsee sind das 34 Tage für die Verschlauchung. Die anderen beiden Ausbringtechniken können aufgrund zu hoher mechanischer Belastung nicht bodenschonend eingesetzt werden.

Im Frühjahr kann auf beiden Standorten bei Betrachtung des Oberbodens vom 1. Februar bis 30. April für den Traktor mit Tandemfass keine bodenschonende Ausbringung stattfinden. In Neubrandenburg können der Selbstfahrer 14 und die Gülleverschlauchung 33 Tage eingesetzt werden. In Bad Waldsee ist eine bodenschonende Ausbringung nur mit Gülleverschlauchung an zehn Tagen möglich. Der Boden darf zu dieser Zeit in Bad Waldsee für eine Gülleausbringung nicht befahren werden, da der Unterboden gegenüber Verdichtungen stark gefährdet ist.

In Jahren mit minimalen Niederschlägen sind die Böden trockener und es stehen mehr Befahrbarkeitstage zur Verfügung. Bei maximalen Niederschlägen stehen dagegen noch weniger Tage zur Verfügung.

Aufgrund der novellierten Dünge-VO muss ein großer Teil der Gülleausbringung vom Herbst in das Frühjahr verschoben werden. Daraus ergeben sich aus Sicht des Bodenschutzes und der Befahrbarkeit große Probleme.

Mit einer Entscheidungsmatrix lässt sich die standortabhängige Verdichtungsempfindlichkeit mit der mechanischen Belastung durch Landmaschinen verknüpfen. Diese konnte aus einer Vielzahl von Prüf- und Feldmessungen abgeleitet werden und ist Grundlage für die Herleitung mittlerer regionaler Einsatzzeiten von Mechanisierungsverfahren. Der Nutzen liegt für den Praktiker darin, Investitionen und Einsatztage für ein bodenschonendes Befahren planen zu können und sich nicht nur nach ökonomischen Gesichtspunkten richten zu müssen. Sind die Befahrbarkeitstage aufgrund ungünstiger Bodenzustände eingeschränkt, müssen für die Großmaschinen nach zum Beispiel 40 Millimeter Niederschlag Zeitfenster vorgesehen werden, in denen der Einsatz unterbrochen ist. Die Rentabilität kann dann nicht durch hohe Auslastungsgrade pro Kampagne erreicht werden, sondern durch hohe Auslastungsgrade pro Gesamtnutzungsdauer.

Zurzeit wird eine online-Anwendung entwickelt, bei der sowohl langfristige Wetterdaten als auch kurzfristige Vorhersagedaten der regionalen Wetterstationen des DWD in Verbindung mit betriebsindividuellen Maschinendaten eingegeben werden, um eine „punktgenaue“ Einsatzplanung zu ermöglichen. Die Akzeptanz bodenschonender Maßnahmen wird sich nur erhöhen, wenn zukünftig den Kosten auch der monetarisierte Nutzen gegenübergestellt wird.

PD Dr. Joachim Brunotte, Dr. Marco Lorenz, Maike Weise, Thünen-Institut für Agrartechnologie, Braunschweig

Der Beitrag erschien zuerst in den DLG-Mitteilungen 2/2021