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Bodenbearbeitungsfaktor C


Der Bedeckungs- und Bodenbearbeitungsfaktor C quantifiziert die erosionsmindernde Wirkung der Vegetation. Der Erosionsschutz der Vegetation ist bei Kulturpflanzen sehr variabel. Er hängt von der Art und der Entwicklungsstufe der Nutzpflanzen ab. Die phänologische Entwicklung wird durch den Bodenbedeckungsgrad ausgedrückt. Die Entwicklung der Vegetation wird mit der im Jahresverlauf variablen Erosionswirkung der Niederschläge verknüpft. Bei der Berechnung des C-Faktors für Kulturpflanzen wird berücksichtigt, ob eine geringe Vegetationsbedeckung während eines Zeitraums geringer Regenerosivität vorliegt oder die Kulturpflanze eine geringe Bodenbedeckung bedingt, wenn im langjährigen Mittel viele erosionswirksame Niederschläge fallen.
Zur Berechnung des C-Faktors wird die Entwicklung der Ackerfrüchte in verschiedene Kulturperioden differenziert (Tab. 7-4). Für jede Wachstumsperiode wird der Relative Bodenabtrag (RBA) quantifiziert. In dem RBA ist das Verhältnis zwischen dem Bodenabtrag einer Fläche während einer bestimmten Kulturperiode einer Nutzung und dem Bodenabtrag dieser Fläche unter Schwarzbrache ausgedrückt (Tab. 7-6). Um den tatsächlichen Bodenabtrag zu ermitteln, muß neben dem RBA die gebietsspezifische Regenerosivität zum Zeitpunkt der jeweiligen Kulturperioden bekannt sein. Hierfür wird die relative Verteilung der erosiven Niederschläge über das Jahr verteilt betrachtet (Tab. 7-7).

Tab. 7-4: Einteilung der Kulturperioden (aus: SCHWERTMANN et al. 1987, verändert)
* Liegenlassen von Stoppeln und Stroh bis BB, flaches Einarbeiten von Stoppeln und Stroh bis BB oder Einarbeiten von Stoppeln und Stroh mit Grubber und anschl. Gründüngung (ohne feines Saat bett für die Gründüngung)
Frucht
Kulturperiode
1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00
W.-Weizen 15.10. 20.10. 10.03. 15.04. 24.04. 15.08.
W.-Gerste 15.09. 20.09. 10.10. 10.11. 10.03. 20.07.
Roggen 25.09. 01.10. 20.10. 25.11. 25.03. 10.08.
Körnerraps 15.08. 20.08. 05.09. 10.10. 15.11. 20.07.
Zuckerrüben 10.11. 01.04. 02.06. 15.06. 26.06. 20.10.
Mais 15.11. 20.04. 06.06. 30.06. 15.07. 05.10.

Den Kulturperioden werden in Tab. 7-5 Kalenderdaten zugeordnet, die den mittleren Beginn der jeweiligen Periode kennzeichnen. Die Werte sind repräsentative Mittelwerte für Bayern (SCHWERTMANN et al. 1987) und können für Schleswig-Holstein übernommen werden, da die regionalen Daten von denen in der Tab. 7-5 nicht deutlich abweichen (REICHE mündl. Mittlg.).

Tab. 7-5: Mittlerer Beginn der Kulturperioden (aus: SCHWERTMANN et al. 1987, Kalenderdaten für die Kulturperiode 1 wurden für schleswig-holsteinische Verhältnisse abgeschätzt)
Frucht
Kulturperiode
1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000
W.-Weizen 15.10. 20.10. 10.03. 15.04. 24.04. 15.08.
W.-Gerste 15.09. 20.09. 10.10. 10.11. 10.03. 20.07.
Roggen 25.09. 01.10. 20.10. 25.11. 25.03. 10.08.
Körnerraps 15.08. 20.08. 05.09. 10.10. 15.11. 20.07.
Zuckerrüben 10.11. 01.04. 02.06. 15.06. 26.06. 20.10.
Mais 15.11. 20.04. 06.06. 30.06. 15.07. 05.10.

Jeder Kulturperiode und Frucht wird ein Wert für den RBA zugeordnet. In der Tabelle 7-6 sind die Früchte aufgeführt, für die in dieser Untersuchung C-Faktoren berechnet werden.

Tab. 7-6: Relativer Bodenabtrag (RBA) [%] der einzelnen Perioden für die verschiedenen Kulturpflanzen bei konventionellem Anbau (aus: SCHWERTMANN et al. 1987, verändert)
Frucht
Periode
1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000
Getreide 32.000 46.000 38.000 3.000 1.000 2.000
Raps 32.000 46.000 38.000 3.000 1.000 2.000
Zuckerrüben 32.000 85.000 45.000 5.000 3.000 44.000
Mais 32.000 94.000 45.000 12.000 8.500 44.000

Bei der Berechnung wird der RBA mit der gebietsspezifischen Jahres-R-Verteilung verknüpft. Die Tabelle 7-6 zeigt die aufsummierte, relative monatliche Niederschlagserosivität für Kiel. In den Monaten Juni und Juli werden die höchsten R-Faktoren-Anteile erreicht. In diesen Monaten fallen in Kiel die erosivsten Niederschläge (NAUNIN 1990). Für das Untersuchungsgebiet konnte keine Tabelle angefertigt werden, da nur für sechs Jahre Daten über die Niederschlagserosivität vorliegen. Für die Berechnung gebietsspezifischer C-Faktoren werden die Erosionsindices Kiels verwendet. Die absolute Höhe der R-Faktors ist nicht relevant; es wird nur die relative Verteilung berücksichtigt. NAUNIN (1990) hat in seiner Untersuchung den R-Faktor für die Monate März bis November ermittelt (Kiel: 45.9). Dieser wurde von SAUERBORN (1994) in einen Jahres-R-Wert umgerechnet (Kiel: 56.8). Die Differenz zwischen beiden R-Werten wurde gleichmäßig auf die fehlenden 3 Monate umgerechnet (Differenz = 10.9, Umgerechnet 6.4% je Monat am Jahres-R-Faktor). Zwischen den Monatswerten des Jahres wurde bei Bedarf linear interpoliert.

Tab. 7-7: Monatliche Summenprozente der R-Faktorenanteile für Kiel
Monat 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000 10.000 11.000 12.000
Summenprozent 6.400 12.800 14.400 16.000 27.600 49.100 70.500 82.100 87.400 90.200 93.600 100.000

Ein Vergleich zwischen bayerischen Werten und denen aus Kiel zeigt, daß in beiden Fällen in den Sommermonaten die höchsten Anteile an dem jeweiligen R-Faktor erreicht werden.

Abb. 7-4: Vergleich zwischen bayerischen (SCHWERTMANN et al. 1987) und R-Faktorenanteilen aus Kiel (NAUNIN 1990).

Für die Berechnung der C-Faktoren benötigt man die RBA-Werte (Tab.7-6), die Jahres-R-Verteilung (Tab. 7-7) und die Kalenderdaten der einzelnen Kulturperioden (Tab. 7-4). Mit ihnen ist eine Kalkulation des C-Wertes nach folgendem Schema möglich:
Aus der Dauer einer Kulturperiode ermittelt man den prozentualen Anteil am Jahres-R-Faktor. Dieser Wert wird mit dem RBA-Wert (durch 100 dividiert) der betreffenden Periode multipliziert. Das Produkt ist der C-Faktor-Anteil. Die Summe über alle Kulturperioden ergibt den C-Faktor der jeweiligen Frucht. Die C-Werte der Früchte einer Fruchtfolge werden summiert und durch die Anzahl der Früchte in der Fruchtfolge dividiert. Der C-Faktor der Fruchtfolge wird in die USLE-Gleichung eingesetzt.
Die Dauer aller Kulturperioden einer Frucht dauert normalerweise nicht wie in der Tabelle 7-8 vereinfacht angenommen ein volles Jahr (R-Anteil = 1), sondern endet mit der Bodenbearbeitungsmaßnahme der nächsten Frucht der Fruchtfolge, deren Termin nicht mit der der Vorfrucht identisch ist. Durch diese Annahme werden die C-Faktoren der Fruchtfolgen geringfügig überschätzt wird. Der RBA-Wert der Hackfrüchte ist in den Kulturperioden 2 - 6 bei einem Hackfruchtanteil an der Fruchtfolge größer 50% mit 1.5 zu multiplizieren (SCHWERTMANN et al. 1987). Dadurch soll die stärkere Gefügebelastung dieser Standorte Berücksichtigung finden.

Tab. 7-8: Berechnung der C-Faktoren einzelner Früchte, in Klammern der C-Faktor, der bei einem Hackfruchtanteil an der Fruchtfolge größer 50% einzusetzen ist

Frucht
Kulturperiode
1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000
Silomais RBA 0.320 0.940 0.450 0.120 0.085 0.440
R-Anteil 0.236 0.165 0.171 0.107 0.281 0.040 1.000
C-Anteil 0.075 0.155 0.077 0.013 0.024 0.018 0.362
(0.506)
Weizen RBA 0.320 0.460 0.380 0.030 0.010 0.020
R-Anteil 0.004 0.210 0.020 0.003 0.610 0.160 1.007
C-Anteil 0.001 0.097 0.008 0.000 0.006 0.003 0.115
Gerste RBA 0.320 0,46 0,38 0,03 0,01 0,02
R-Anteil 0.005 0.030 0.030 0.220 0.500 0.210 0.995
C-Anteil 0.002 0.014 0.011 0.007 0.005 0.004 0.043
Raps RBA 0.320 0,46 0,38 0,03 0,01 0,02
R-Anteil 0.020 0.048 0.053 0.030 0.714 0.130 0.995
C-Anteil 0.006 0.022 0.020 0.001 0.007 0.003 0.059
Rüben RBA 0.320 0.840 0.450 0.050 0.030 0.440
R-Anteil 0.230 0.136 0.100 0.070 0.440 0.020 0.996
C-Anteil 0.074 0.114 0.045 0.004 0.013 0.009 0.259
(0.352)
Roggen RBA 0.320 0,46 0,38 0,03 0,01 0,02
R-Anteil 0.009 0.020 0.040 0.210 0.600 0.120 0.999
C-Anteil 0.003 0.009 0.015 0.006 0.006 0.002 0.041


In der Nutzungsableitung konnten Mais und Rüben sowie Roggen und Weizen nicht differenziert werden. Die Nutzungsklasse Hackfrucht erhält den C-Faktor 0.31 (0.43 bei Hackfruchtanteil > 50%); die Nutzungsklasse Getreide_1 (Weizen und Roggen) den Wert 0.10. Für die Nutzungsklasse Getreide_1 wurde ein gewichteter Mittelwert für ein Anbauverhältnis Weizen zu Roggen von 3:1 berechnet (SCHMIDT 1991, Daten der eigenen Auswertung von 1989). Für die Nutzungsklasse Hackfrüchte konnte wegen uneinheitlicher Angaben zum Anbauverhältnis (SCHMIDT 1991, STATISTISCHES LANDESAMT SCHLESWIG-HOLSTEIN 1995, VIEGAS 1995) keine Gewichtung vorgenommen werden.
Für Grünlandnutzungen innerhalb einer Fruchtfolge wird der Wert 0.004 eingesetzt. Dauergrünlandflächen erhalten ebenfalls den C-Faktor 0.004 (HUTH 1993, KRETZSCHMAR 1990). Für Roggen und Gerste werden annähernd gleiche C-Faktoren berechnet. Dies liegt an dem ähnlichen Phänologieverlauf. Weizen ereicht eine 10prozentige Bodenbedeckung erst im März. Dadurch erhöht sich der C-Wert gegenüber den anderen Getreidenutzungen. Für die Standardflächen im Arbeitsgebiet (z.B. Wald) wird mit einem C-Faktor gleich 0 gerechnet. Dadurch soll allerdings nicht impliziert werden, daß auf diesen Flächen keine Erosion möglich ist. KWAAD (1977) verdeutlicht in seiner Untersuchung, daß durchaus Bodenerosion durch Wasser auf Waldflächen möglich ist. HUTH (1993) setzt die Erosionsgefährdung forstlicher Flächen mit denen der Dauergrünlandstandorte gleich (C-Faktor = 0.004). Im Untersuchungsgebiet liegen für Standardflächen keine Information zur Bodenerodibilität vor. Aus diesem Grund kann hier momentan keine Erosion modelliert werden.

Die Tabelle 7-9 gibt eine Übersicht über vorhandene Fruchtfolgetypen. In der Tabelle wird die Getreidenutzung aus Gründen der Präsentationsübersicht nicht weiter differenziert (Getreide_1 - Gerste). Diese Vereinfachung wird bei der Modellierung der Bodenerosion mit der USLE-Gleichung aufgehoben.



Tab. 7-9: C-Faktoren verschiedener Fruchtfolgetypen

Fruchtfolgetyp C-Faktor
Getreide mit 20% Hackfrüchte 0.120
Getreide mit 40% Hackfrüchte 0.180
Getreide mit 60% Hackfrüchte 0.320
Getreide mit 20% Hackfrüchte, 20% Raps 0.120
Getreide mit 20% Hackfrüchte, 40% Raps 0.120
Getreide mit 60% Hackfrüchte, 20% Raps 0.290
Getreide mit 20% Raps 0.050
Getreide mit 40% Raps 0.060
Getreide mit 60% Raps 0.070
Getreide mit 20% Ackerfutter 0.060
Getreide mit 20% Ackerfutter, 20% Hackfrüchte 0.110
Getreide mit 20% Ackerfutter, 20% Raps 0.060
Getreide mit 20% Ackerfutter, 40% Hackfrüchte 0.160
Getreide mit 40% Ackerfutter, 20% Hackfrüchte 0.090
Getreide mit 20% Ackerfutter, 20% Raps, 20% Hackfrüchte 0.110
Ackerfutter mit 20% Hackfrüchte, 20% Raps 0.080
100% Hackfrüchte 0.430

Die berechneten C-Werte werden im GIS den Flächen mit der entsprechenden Fruchtfolge zugeordnet. Die C-Faktoren liegen als Polygoninformation (s. Abb. 7-5) und als Rasterkarte vor.
Aus der Polygonkarte kann entnommen werden, daß für einige Flächen im Arbeitsgebiet keine Fruchtfolgen und somit keine C-Faktoren abgeleitet werden konnten. Diesen Polygonen wird der C-Faktor 0.05 zugewiesen. Der prozentuale Anteil dieser Flächen an landwirtschaftlichen Nutzflächen im Arbeitsgebiet beträgt ca. 2.7%.
Bemerkungen zu den C-Faktoren
Die Höhe des C-Faktors variiert mit dem Zeitpunkt des Eintretens und der Dauer der jeweiligen Kulturperiode im betrachteten Raum sowie mit der regionalspezifischen Verteilung der erosiven Niederschläge im Jahresverlauf. Durch die Verwendung der bayerischen Kalenderdaten der Kulturperioden und dem ähnlichen Verlauf der R-Faktorsummenkurve (Abb. 7-4) werden in dieser Arbeit nahezu die gleichen Werte wie in Bayern berechnet.
Es ist zu beachten, daß der Berechnung der C-Faktoren die Annahme zugrunde liegt, daß im Untersuchungsgebiet konventionell bewirtschaftet wird (z.B. keine Mulchsaat, Minimalbodenbearbeitung oder Spurlockerung). Bei Anwendung dieser Anbaupraktiken verringert sich der C-Faktor. Es sind jedoch auch Bewirtschaftungsmaßnahmen denkbar, die den Bodenbedeckungs- und Bearbeitungsfaktor C erheblich erhöhen. Bisher wurde bei der Berechnung davon ausgegangen, daß die Ernterückstände auf der Bodenoberfläche verbleiben oder nur sehr flach eingearbeitet werden. Dabei bleibt ein Bodenbedeckungsgrad von > 30% erhalten. Bei einem direkt nach der Ernte anschließenden Pflügen des Feldes wird bei Getreide- und Rapsanbau über einen mehr oder weniger langen Zeitraum (bis zur Saatbettbereitung der Folgefrucht) ein wesentlich höherer RBA-Wert erreicht (32 statt 2, s. Tab. 7-6). Bei Hackfrüchten ist ein geringer Rückgang des RBA-Wertes festzustellen (44 auf 32), der durch die Gefügeverbesserung bei der Bodenbearbeitung begründet wird. Die C-Faktoren der Hackfrüchte bleiben nahezu unverändert, während bei den Getreidesorten und bei Raps der C-Wert höher ermittelt wird: Bei einer Modellrechnung mit den modifizierten C-Faktoren würden sich die Bodenabträge ungefähr verdoppeln.
Ein weiteres Problem bei der Anwendung des C-Faktors und der späteren Bewertung der Bodenerosion stellt die Grundbedingung der Einhaltung der Fruchtfolge über einen längeren Zeitraum (22 Jahre, WISCHMEIER & SMITH 1978) dar. Bei der Entwicklung der Agrarpolitik und der Subventionierungsregelung in den letzten Jahrzehnten ist nicht unbedingt davon auszugehen, daß die Schläge über einen sehr langen Zeitraum mit einer einheitlichen Fruchtfolge bewirtschaftet wurden. Zur Umgehung dieses Problems verwendet HUTH (1993) einen einheitlichen C-Faktor auf allen Ackerflächen.
Zum nächsten Teilkapitel - LS-Faktor -

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