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5  Bodenversalzung

5.1 Ursachen und Bedeutung der Bodenversalzung

Die stetige Zunahme der Versalzung von Böden ist ein eher schleichender Prozess, der weltweit immer größere ökologische und wirtschaftliche Bedeutung erlangt. Salzbelastete Böden bedecken einen erheblichen Teil der Landoberfläche der Erde und die Gesamtfläche wird mit 500 bis 1000 Mio. ha angenommen (Flowers et al. 1977, Downton 1984). Das entspricht etwa 4 bis 7% der Gesamtlandfläche des Globus (Coombs et al. 1985).

Das gemeinsame Merkmal aller Salzstandorte ist ein erhöhter Gehalt von leicht löslichen Salzen im Bodenprofil oder an der Bodenoberfläche. Die Ursachen sind sehr vielschichtig. Als wichtigste Belastungsquellen gelten folgende:

Neben den natürlichen Gegebenheiten spielen in steigendem Umfang die anthropogen bedingten Prozesse eine zunehmende Rolle.

Unter humiden Klimaverhältnissen werden mögliche angereicherte Salze in der Regel durch hohe Niederschlagsmengen rasch wieder ausgewaschen (Pimentel und Hall 1989).

Die Bodenversalzung ist eine Entwicklung, die maßgeblich klimatisch gesteuert ist, und in erster Linie Trockengebiete kennzeichnet (Yeo 1999, Zech 2002).

In den typischen Klimaverhältnissen arider und semiarider Gebiete, in denen bei hoher Sonneneinstrahlung die Bodenverdunstung größer ist als die jährlich einsickernde Niederschlagsmenge, können sich die Salze zum Teil auf natürliche Weise und insbesondere durch ineffiziente Bewässerungslandwirtschaft in den oberen Bodenschichten akkumulieren. Meist befinden sich die Salzböden in Senken mit hochstehendem Grundwasser, in abflusslosen Mulden (Depressionen), entlang von Flussläufen und sind die Folgen intensiver Bewässerung ohne ausreichende Dränage (Zech 2002).

Die sich entwickelnde Salinität wird für die Vegetation allgemein und für die landwirtschaftliche Produktion im Besonderen zunehmend zum Problem. Die [Seite 48↓]Folgen sind Produktionsverluste, da viele Nutzpflanzen wenig salztolerant sind (Shay 1990). Länder wie z.B. Argentinien, Ägypten, Australien, China, Indien, Iran, Pakistan, Südafrika, Thailand und die USA sind besonders betroffen (Ghassemi et al. 1995). Allein in Afrika sind rund 69,5 Mio. ha durch Salz beeinflusst (Pimentel und Hall 1989).

Gerade in den Entwicklungsländern der Tropen und Subtropen zwingt der wachsende Bevölkerungsdruck dazu, landwirtschaftliche Flächen immer intensiver zu nutzen, sie massiv künstlich zu bewässern und marginale Flächen in für die Pflanzenproduktion klimatisch labilen Zonen in Kultur zu nehmen.

Die langjährige Bewässerung ohne Dränage führt in den Trockengebieten zur anthropogenen Bodenversalzung. Neben der Bodenerosion ist die Salinität einer der Hauptgründe dafür, dass weltweit in den letzten Jahren mehr als 15% der landwirtschaftlich genutzten Flächen an Wert verloren haben (Bongaarts 1994). Zur Zeit werden 15-20% der landwirtschaftlichen Fläche der Welt bewässert. Von dem Wasser, das die Menschheit nutzt, gehen 75% der Wassermenge in die Landwirtschaft, in Afrika sogar ca. 90% (Beese et al. 1997).Die bewässerten Flächen produzieren aber auch 30-40% der landwirtschaftlichen Nahrungsmittel und werden damit sehr intensiv genutzt (Pimentel und Hall 1989).

In ariden und semiariden Gebieten sind bis zu 25% der bewässerten Flächen von massiven Problemen der Bodenversalzung betroffen und die Tendenz ist stark steigend (FAO 2002).

Eine unsachgemäße Bewässerung des Bodens beschleunigt und verstärkt diesen Prozess. Ein Grundproblem dabei ist, dass auch Süßwasser immer gelöste Salze enthält. Die nicht sachgemäße Bewässerung führt zu Verdunstungsverlusten bereits während der Bewässerung und zur Konzentration der gelösten Salze. Nur bei ausreichender Zufuhr von Bewässerungswasser und gleichzeitig guter Dränage des Bodens ist ein Transport der gelösten Salze aus dem Oberboden in tiefere Horizonte gewährleistet. Die zu intensive Bewässerung, unzureichende Dränage und die Versickerung von Wasser aus unverkleideten Bewässerungskanälen führen zu einer Vernässung des Bodens und zu einem Anstieg des Grundwasserspiegels. Steigt der Grundwasserspiegel auf über 1,5 m an, dann kann Wasser über Kapillarkräfte zur Bodenoberfläche aufsteigen und verdunsten. Die im Wasser gelösten Salze reichern sich an der Bodenoberfläche an (Beese et al. 1997).

In den achtziger Jahren hielt sich der Wegfall landwirtschaftlicher Flächen durch Versalzung und die Neuerschließung durch Bewässerung noch in etwa die Waage (Abrol et al. 1988). In den letzten 20 Jahren hat sich die Bewässerungslandwirtschaft stark ausgedehnt und die enorme Zunahme der Bodenversalzung und damit die Vernichtung wichtiger Bodenressourcen ist heutzutage eine Folge (Waterlow et al. 1998). Die jährliche Zunahme versalzter [Seite 49↓]Böden (natürlich und anthropogen) wird weltweit auf 0,16-1,5 Mio. ha pro Jahr geschätzt (Barrow 1994).

Nach einer Definition des U.S. Salinity Laboratory (1958) werden Böden als „Salzböden“ bezeichnet, wenn die elektrische Leitfähigkeit (EC) der Bodenlösung bei Wassersättigung 4 mS cm-1 überschreitet. Das entspricht einem NaCl-Gehalt von etwa 40 mM Cl-. Bewässerungswasser sollte einen EC-Wert von 2 mS cm-1 nicht überschreiten, da salzempfindliche Pflanzen Ertragseinbußen ab 4 mS cm-1 erleiden. Meerwasser weist zum Vergleich stets Werte über 44 mS cm-1 auf (Larcher 1994).

Salzstandorte sind charakterisiert durch einen hohen Gehalt an Chlorid-, Sulfat- oder Karbonatsalzen in erster Linie des Natriums und in geringerem Umfang des Kalziums, Kaliums und Magnesiums (Zech 2002).

Die hohe Evapotranspirationsrate, die Verdunstung aus Pflanzen und Boden, in ariden und semiariden Regionen bewirkt eine überwiegend aufwärts gerichtete Wasserbewegung im Boden. Dadurch werden Salze in die oberflächennahen Bodenschichten und damit in den Wurzelraum der angebauten Kulturpflanzen verlagert und fallen aus. Salzionen reichern sich in starkem Maße als Verdunstungsrückstand an, bauen hohe osmotische Werte auf und wirken so negativ auf die Pflanzen (Fellenberg 1999).

Die Melioration von Salzböden ist sehr teuer und aufwendig. Sie umfasst die Absenkung des Grundwasserspiegels, die Auswaschung der Salze und die Entfernung der Salze durch Wasserüberstau. Natriumreiche Böden lassen sich durch Gipsdüngung verbessern (Zech 2002).


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5.2  Bodenversalzung im Sudan

Im Sudan sind ca. 350.000 ha potenzieller landwirtschaftlicher Flächen massiv durch primäre Bodenversalzung betroffen (Land and Water Research Centre 2001). Chemische und physikalische Bodeneigenschaften verändern sich im Laufe der Zeit. Die Böden der ariden und semiariden Gebiete sind von Natur aus sehr salzreich. Durch die Verwitterung der salzreichen Sedimente im Boden werden Salze freigesetzt (Beese et al. 1997). Speziell im Nordsudan, wo die Niederschlagsmenge nicht ausreicht die gelösten Salze in tiefere Bodenschichten zu verfrachten, erfolgt ein umgekehrter Wassertransport von tieferen Bodenschichten zur Bodenoberfläche, in der sich die Salze anreichern. Sie fallen an der Bodenoberfläche aus oder befinden sich innerhalb des oberen Bodenprofils.

Mit der Zunahme der Aridität dehnen sich die Flächen aus, die durch natürliche Bodenversalzung belastet sind (Land and Water Research Centre 2001). In der Vergangenheit wurde diesen salzbeeinflussten Böden keinerlei Aufmerksamkeit geschenkt, da genügend fruchtbares Land zur Verfügung stand (Buraymah 2000). Forschungen auf diesem Gebiet wurden vernachlässigt und viele praktische Probleme blieben unbeantwortet. Erst in den letzten zwei Jahrzehnten, in denen der Norden des Sudan von Dürren und Desertifikation schwer getroffen wurde und eine Nahrungssicherheit nicht mehr gewährleistet werden konnte, erlangten Grenzstandorte immer mehr an Bedeutung. Die Regierung entschied deshalb gerade im Nordsudan marginale salzbeeinflusste Böden zur erschließen und einer landwirtschaftlichen Nutzung zuzuführen (Buraymah 2000).

Die Salzproblematik rückt nicht nur auf salinen Böden, die in Kultur genommen werden sollen, in den Vordergrund und gewinnt an Brisanz, sondern auch in Bewässerungsgebieten ist sie eine schleichende Gefahr (El-Karouri 1978).

Die unzureichende bzw. zu intensive Bewässerung und fehlende Dränage sind die wichtigsten Ursachen für eine mögliche sekundäre Bodenversalzung (Ghassemi et al. 1995).

Salze im Boden in zu hohen Konzentrationen wirken in vielfältiger Art und Weise auf die Vegetation und vermindern die landwirtschaftlichen Erträge. Institutionen wie die sudanesische Agricultural Research Corporation beschäftigen sich seit einigen Jahren verstärkt mit den Problemen der Bodenversalzung, um die Agrarwirtschaft zu erhalten und auszubauen. Exakte und detaillierte Informationen zu den Fragen der physikalischen und chemischen Eigenschaften von Böden, Ermittlung der Anforderungen für eine Auswaschung von Salzen, zu Dränagesystemen, den Effekten von Salz auf das Pflanzenwachstum, der Qualität des Bewässerungswassers und ökonomischen Fragestellungen sind notwendig.

Im folgenden werden an drei spezifischen Beispielen die Probleme und Gefahren der Bodenversalzung im Sudan erläutert.

Abb. 7: Bodenversalzung südlich von Khartoum (Sudan).


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5.3  Schadwirkungen auf die Pflanze

Saline Böden wirken in Trockengebieten arider und semiarider Regionen in Kombination mit den Umwelt-Stessfaktoren hoher Lichteinfluss, hohe Wärmebelastung und gravierender Wassermangel auf die Physiologie der Pflanzen ein. Sie beeinflussen den Ertrag und setzen Anbaugrenzen fest. Die Pflanzen sind gefordert in ihren Lebensvorgängen Mechanismen zu entwickeln, um den Belastungen stand zu halten.

Als Maß für die Salinität wird besonders in der Bodenkunde und den Agrarwissenschaften die Elektrolytleitfähigkeit des wässrigen gesättigten Bodenextrakts (EC) in mS cm-1 angegeben. Ab einer elekrischen Leitfähigkeit von mehr als 4 mS cm-1 werden Böden als „Salzböden“ bezeichnet (Ghassemi et al. 1995). Zwischen EC und osmotischem Potenzial besteht eine lineare Beziehung
(1 mS cm-1 = -0,036 MPa).

Salze im Boden bedeuten für die Pflanzen immer direkten oder indirekten Stress. Direkt sind die Pflanzen von Änderungen im osmotischen Potenzial des Bodenwassers betroffen, dem Mangel an Nährstoffen und der Anwesenheit toxischer Ionen – indirekt von den besonderen physikalisch-chemischen Eigenschaften saliner bzw. alkalischer Böden (Tivy 1993).

Die direkte Einflussnahme hoher Salzkonzentrationen belastet die Pflanze über die osmotische Wasserbindung und durch spezifische Ionenwirkungen. In Salzlösungen ist Wasser osmotisch stark gebunden, so dass es mit zunehmender Salzkonzentration schlechter für die Pflanzen verfügbar ist und daher physiologischen Trockenstress hervorruft. Neben der Konzentration der Ionen ist ihre spezifische toxische Wirkung entscheidend. Durch einen Überschuß an Na+ und vor allem an Cl- im Protoplasma entstehen ionenspezifische Wirkungen auf Enzymproteine und Membraneigenschaften, die zur unzureichenden Energieausbeute führen (Larcher 1994). Weiterhin treten Ionenungleichgewichte (z.B. K+ und Ca2+ gegenüber Na+) auf.

Durch Überforderung erleiden die Pflanzen Funktionsstörungen in den Regulationsvorgängen und Schädigungen, die sich u.a. in einer eingeschränkten Photosyntheseintensität, einem Anstieg der Atmung, insbesondere im Wurzelraum, und einer Verminderung der Aufnahme mineralischer Nährstoffe (z.B. NO 3 , K + , Ca 2+ ) zeigen .Um dieKonzentration an Schadionen im Protoplasma herabzusetzen, werden die überschüssigen Ionen oft aktiv und energieverbrauchend mittels Ionenpumpen in die Vakuole verlagert und dort kompartimentiert. Die Vakuole dient hierbei als „Ionendeponie“ für Schadsalze. Für das osmotische Gleichgewicht [Seite 54↓]zwischen Protoplasma und den mit Salzionen angereicherten Vakuolen sorgen speziell synthetisierte, kompatible Substanzen wie Prolin (Kreeb 1996).

Nach Munns und Termaat (1986) läßt sich die Salzstressreaktion von Pflanzen in zwei Phasen unterteilen. Das Wachstum wird anfänglich durch den salzinduzierten Wasserstress beeinträchtigt. Nachdem die Kapazität der Vakuole als „Ionenspeicher“ erschöpft ist, schließt sich die zweite Phase an. In ihr reichern sich Natrium- und Chloridionen in den Zellwänden und im Cytoplasma an und es kommt zu toxischen Reaktionen durch Salzionen im Pflanzengewebe.

Viele Kulturpflanzen sind mehr oder weniger salzempfindlich, d.h. sie unterscheiden sich in ihrer Salztoleranz. Nach Stocker (1928) werden die Pflanzen in Nicht-Halophyten bzw. Glycophyten (salzempfindlich) und Halopyten (salztolerant) unterteilt.

Um Salinität im Boden zu überleben, können Pflanzen zwei Reaktionswege beschreiten, die stets als Mischform auftreten (Greenway und Munns 1980):

Das Toleranzniveau der Pflanzen schwankt zeitlich und räumlich je nach Art und Sorte der Nutzpflanze, ihrem Entwicklungsstadium sowie der Zeitspanne, die sie hohen Salzkonzentrationen ausgesetzt sind. So sind z.B. junge Pflanzen wesentlich weniger salztolerant als adulte (Tivy 1993). Die Grenzen für die Keimung und das Auflaufen von Samen liegen in der Regel bei 15 – 20 mS cm-1 (Larcher 1994).

Als allgemeine Kriterien für Salzstress und deren Bewältigung werden das Wachstum, die Wachstumsgeschwindigkeit und die Substanzproduktion angenommen. Darüber hinaus können Untersuchungen der Veränderungen der Ionengehalte in verschiedenen Pflanzenorganen sowie der Blattgaswechsel [Seite 55↓]Grundlage einer physiologischen Charakterisierung des Salzstresses sein (Ebert 2000).

Mengel (1984), Tivy (1993) und Larcher (1994) beschreiben die Symptome bei Pflanzen, die unter extremer Salzbelastung stehen, als Kleinwuchs und Hemmung des Wurzelwachstums (Spross/Wurzel-Verhältnis), Knospen treiben verspätet und kümmerlich aus, die Blätter bleiben klein, Zellbezirke sterben ab und verursachen Wurzel-, Knospen-, Blattrand-, und Sprossspitzennekrosen. Die Fertilität der Pflanze ist oft stark eingeschränkt und eine verfrühte Seneszenz tritt ein.

Nach Angaben aus der Literatur (Yaron et al. 1973, Mengel 1984, Tivy 1993 und Ebert 2000) gelten viele Obstarten unter den Nutzpflanzen als besonders salz-empfindlich. Auch Greenway und Munns (1980) ordnen die meisten Obstarten der Gruppe der sehr salzempfindlichen Nicht-Halophyten zu.

In der landwirtschaftlichen, gärtnerischen und forstlichen Praxis ist eine auch schon bescheidende Salzresistenz von Kulturpflanzen für eine Wiederbewirtschaftung salzgeschädigter Anbauflächen in Trockengebieten, besonders der Subtropen, hilfreich. Große Anstrengungen werden unternommen, um für die meist armen Länder widerstandsfähige Arten zu finden und daraus resistente Sorten zu entwickeln (Larcher 1994).


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20.11.2003