Bodenerosion

Grundbegriff und Bedeutung

Bodenerosion ist die übermäßige Abtragung von Böden durch Wasser oder Wind. Sie wird häufig durch unsachgemäße menschliche Landnutzung ausgelöst oder verstärkt, zum Beispiel durch Überweidung, Abholzung, das Entfernen schützender Vegetation oder zu kurze Brachezeiten. Besonders problematisch ist der Verlust des Oberbodens, also des fruchtbarsten und landwirtschaftlich wichtigsten Bodenteils.

Anhaltende Bodenerosion führt zuerst zu Bodendegradation, also zur Verschlechterung der Bodenqualität. Seit 1945 summiert sich die weltweit von Bodendegradation betroffene Fläche auf mehr als 1,2 Milliarden Hektar, etwa die gemeinsame Landfläche von China und Indien. Im Extremfall kann die Degradation bis zur Bodendevastierung führen, also zum vollständigen Verlust der landwirtschaftlichen Nutzbarkeit.

Der jährliche Verlust von Oberboden durch Erosion wird weltweit auf etwa 23 bis 26 Milliarden Tonnen geschätzt. Das entspricht im Durchschnitt 14 bis 16 Tonnen pro Hektar und Jahr und damit nicht ganz einem Prozent der landwirtschaftlich nutzbaren Böden. Bodenerosion hat ökologische, ökonomische und gesellschaftliche Folgen. Trotz Bodenschutzmaßnahmen werden zum Beispiel im Einzugsgebiet des Mississippi nach Schätzung des United States Department of Agriculture weiterhin jährlich Millionen Tonnen fruchtbarer Boden in den Golf von Mexiko geschwemmt.

Mechanismen der Erosion

Bodenerosion erfolgt im Wesentlichen durch abfließendes Niederschlagswasser oder durch Wind. Bei der linienhaften Erosion durch Wasser, auch Rillenerosion genannt, fließt Niederschlagswasser in kurzlebigen Rinnsalen ab. Wo sich dieses Wasser sammelt, entstehen durch konzentrierten Abfluss Rinnen; bei besonders starkem Abfluss können sogar Schluchten entstehen. Dabei kann rückschreitende Erosion auftreten: Ein steiler Hang oder eine Tiefenlinie wandert durch die fortschreitende Abtragung hangaufwärts.

Bei der flächenhaften Erosion durch Wasser, auch Denudation genannt, wird Boden über größere Flächen abgeschwemmt. Bei starken Regenfällen kann Wasser an vegetationsfreien Hängen kurzzeitig flächig abfließen. Häufig entsteht die flächenhafte Erosion aber durch viele kleine linienhafte Abflussvorgänge, sodass der Boden unauffällig und relativ gleichmäßig tiefer gelegt wird.

Regentropfen verstärken die Erosion indirekt. Schwere Tropfen schlagen auf den Boden, bilden in feinkörnigen Lockersedimenten kleine Einschlagkrater und bewegen feine Bodenbestandteile über kurze Distanzen. Diese Teilchen können größere Poren verstopfen. Dadurch sinkt die Wasseraufnahmefähigkeit des Bodens, und die Erosionsanfälligkeit nimmt zu. Dieser Vorgang heißt Verschlämmung. Abtransportierter Boden gelangt entweder in nahe Gewässer oder wird hangabwärts bei geringerer Hangneigung als Schwemmfächer abgelagert.

Winderosion, auch Deflation genannt, tritt meist auf leichten Böden auf. Der Wind weht die obersten, eher feinkörnigen Bodenschichten weg und lagert sie an anderer Stelle wieder ab. Eine weitere Form ist Tunnelerosion. Sie entsteht durch schnell fließendes Wasser in Makroporen des Unterbodens, besonders an steilen Hängen. Dabei bilden sich Tunnel und Sinklöcher, die die Bodenbearbeitung erschweren.

Einflussfaktoren

Mehrere Faktoren bestimmen, wie stark ein Boden von Erosion betroffen ist. Klima und Witterung spielen eine zentrale Rolle. Lang anhaltende, häufige und starke Niederschläge beschleunigen Wassererosion, weil sie erodierende Abflüsse auf der Bodenoberfläche erzeugen. Wasserreiche Schneedecken, die schnell abschmelzen, können Schneeerosion verursachen. Stürme mit hohen Windgeschwindigkeiten fördern Winderosion.

Auch Substrat- und Bodeneigenschaften sind wichtig. Erosionsanfällig sind Böden mit geringem Porenvolumen für bevorzugten Wasserfluss, mit Neigung zur Oberflächenverdichtung, geringer Stabilität des Bodenkörpers und geringer Infiltrationskapazität. Infiltration bedeutet das Einsickern von Wasser in den Boden. Sandige und schluffige Böden gelten als besonders erosionsanfällig. Das Relief beeinflusst Geschwindigkeit und Menge des abfließenden Wassers: Je größer die Hangneigung, desto schneller fließt Wasser ab und desto stärker ist seine Erosionswirkung. Lange Hänge und Geländeformen, in denen sich Wasser aus mehreren Hängen sammelt, erhöhen den Abfluss zusätzlich.

Der Grad der Bodenbedeckung durch Vegetation oder Mulch entscheidet, wie stark Regen und Wind direkt auf den Boden einwirken. Je geringer die Bodenbedeckung, desto größer ist die Erosivität. Eine bedeckende Schicht bremst Regentropfen ab, sodass sie mit weniger kinetischer Energie auf den Boden treffen. Außerdem bremst eine hohe Bodenbedeckung den Wind nahe der Bodenoberfläche. Für den Schutz ist wichtig, dass der Boden unmittelbar über der Oberfläche bedeckt ist. Hohe Pflanzen wie Mais bremsen Tropfen zwar zunächst, doch diese fallen danach wieder relativ weit nach unten und können erneut hohe Geschwindigkeit erreichen.

Pflanzenwurzeln stabilisieren den Boden. Die Durchwurzelung durch natürlich vorkommende und angepasste Pflanzen, etwa Präriegras, kann den Boden besonders gut festigen und die Wirkung von Wind, Regen und Oberflächenabfluss mindern. In den Tropen ist die Landnutzung wegen starker Regenfälle und dünner Bodenkrume besonders empfindlich. Wenn eine brandgerodete Fläche traditionell ein bis zwei Jahre genutzt wird und danach 20 bis 25 Jahre brach liegt, kann sich der Boden auch nach beginnender Erosion wieder regenerieren. Bevölkerungswachstum und intensivere Nutzung verkürzen jedoch häufig die Brachezeiten und verstärken dadurch die Bodenerosion.

Vorsorge und Bodenschutz

Eine Ackernutzung in Hanglagen ohne jeden Bodenabtrag ist nicht möglich. Ein realistisches Ziel ist deshalb, die Bodenerosion auf ein erträgliches Maß zu begrenzen. Auf sehr tiefgründigen Böden gilt heute ein Bodenabtrag von maximal 10 t/ha und Jahr, entsprechend etwa 0,6 mm Schichtdicke, als tolerierbar. Weil sich Boden durch Verwitterung nur langsam neu bildet, sollte dieser Wert im Allgemeinen deutlich unterschritten werden.

Auf Ackerflächen muss vor allem verhindert werden, dass sich Regenwasser auf der Bodenoberfläche sammelt und oberflächlich abfließt. Dazu dient die Förderung der Bodengare. Bodengare bedeutet ein günstiger, krümeliger und wasseraufnahmefähiger Bodenzustand. Sie wird durch Humusversorgung, Kalkung, schonende Bodenbearbeitung, ausreichende Durchwurzelung und das Vermeiden von Bodenverdichtung und Bodenverkrustung gefördert. Bei staunassen Böden kann eine Regelung des Wasserhaushalts, oft durch Drainage, die Erosionsgefahr mindern.

Eine besonders wichtige Maßnahme ist Mulchbewirtschaftung. Dabei bleiben Pflanzenreste als Mulch auf der Bodenoberfläche. Die Mulchdecke bricht die Aufschlagskraft der Regentropfen, erhöht die Wasserinfiltration in den Unterboden und vermindert den Oberflächenabfluss. Saat in eine Mulchschicht ist bei fast allen Kulturen möglich. Zwischenfrüchte können zur Mulchbereitung dienen. Bewährt haben sich unter anderem Senf, bei Zuckerrübenanbau nematodenresistente Sorten, Phacelia sowie überwinternde Arten wie Gräser, besonders Deutsches Weidelgras, und Winterrübsen.

Eine spezielle Form der Mulchbewirtschaftung ist Direktsaat, englisch no-till farming. Dabei wird ohne Bodenbearbeitung direkt nach der Ernte oder in unbearbeitetes Brachland gesät. Pflanzenreste der Vorkultur bleiben als Mulch auf dem Acker. Spezielle Sämaschinen öffnen nur schmale Schlitze, die nach der Saatgutablage wieder mit Boden bedeckt werden. Untersuchungen aus den USA zeigen deutliche Rückgänge der Bodenerosion: Auf Maisfeldern in Indiana ging sie um 75 Prozent zurück, auf Tabakanbauflächen in Tennessee um 90 Prozent. Die Wirkung hängt aber von Boden und Frucht ab. Zudem erfordert Direktsaat zumindest in der ersten Zeit nach der Umstellung aus verschiedenen Gründen einen erhöhten Einsatz von Pestiziden.

Weitere Schutzmaßnahmen betreffen die Feldform und Bewirtschaftungsrichtung. Die Bewirtschaftung quer zum Hang, möglichst parallel zur Höhenlinie, verhindert Fahrspuren in Hangrichtung und vermindert den direkten Abfluss. Alte Ackerterrassen, Ranken und Hecken sollen möglichst erhalten bleiben. Durch Verkürzung der erosiven Hanglänge wird die Fließstrecke und damit die Transportkraft des Oberflächenwassers verringert, etwa durch Unterteilung großer Flächen quer zum Hang. Gegen Winderosion schützen vor allem immergrüne Pflanzendecken. Wo das nicht möglich ist, helfen Windschutzpflanzungen wie Hecken. In Deutschland bilden unter anderem die Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung sowie in Baden-Württemberg die Erosionsschutzverordnung vom 29. Mai 2010 rechtliche Grundlagen für Kataster zur Erosionsgefährdung.

Bodenerosion in Europa

In Europa sind mehr als die Hälfte der Flächen in unterschiedlichem Maß durch Wassererosion geschädigt. Etwa ein Fünftel der Flächen ist durch Winderosion geschädigt, besonders in Südosteuropa.

In Nord- und Nordwesteuropa ist Bodenerosion vergleichsweise gering. Dort fällt der Regen meist auf sanfte Hänge und ist über das Jahr relativ gleichmäßig verteilt. Dadurch ist die betroffene Fläche kleiner. In Norwegen, Schweden, Finnland und Dänemark gilt Wassererosion dennoch als Hauptproblem, besonders wegen ihres Beitrags zur Phosphorbelastung der Gewässer. In Island sind die Erosionsraten wegen des strengeren Klimas deutlich höher. Deshalb wurde dort bereits 1907 eine Bodenschutzbehörde, Landgræðsla ríkisins, gegründet.

Im Mittelmeerraum ist die Lage anders. Dort folgen auf längere Trockenperioden oft starke Niederschläge. An relativ steilen Hängen können dadurch erhebliche Erosionsschäden entstehen. Hohe Natriumkonzentrationen im Boden, ein Maß unter anderem für anthropogene Bodenversalzung, begünstigen die Auswaschung von Tonpartikeln. Da Tonpartikel als eine Art Kittsubstanz zwischen größeren Bodenpartikeln wirken, erhöht ihr Verlust den erosiven Effekt starker Regenfälle. Ähnliche Zusammenhänge gelten auch für Regionen mit vergleichbarem Klima in anderen Teilen der Erde.

Folgen und historische Beispiele

Bodenerosion kann weitreichende gesellschaftliche Folgen haben, weil sie fruchtbare Böden zerstört und damit Landwirtschaft, Ernährung und Siedlungen gefährdet. Besonders deutlich zeigen dies Migrationsbewegungen in den USA während der Dust Bowl in den 1930er Jahren, in der afrikanischen Sahelzone in den 1970er Jahren und aktuell im Amazonasbecken. Die Dust Bowl-States im mittleren Westen der USA erhielten ihren Namen durch große Winderosionsereignisse und Staubstürme. Infolge der Dust Bowl mussten zehntausende Farmer ihre Betriebe aufgeben. Viele zogen auf Arbeitssuche bis nach Kalifornien, wo sie in Auffanglagern untergebracht waren und Ausbeutung sowie Hunger erlebten. Als Reaktion entstand der Soil Conservation Service, die staatliche Bodenschutzorganisation der USA. Auf dessen Planung hin wurde ab 1935 der Great Plains Shelterbelt angelegt, ein 100 Meilen breiter Baumgürtel von der Nord- bis zur Südgrenze der USA, der vor Wind und übermäßiger Verdunstung schützen sollte.

Auch frühere Beispiele zeigen die Folgen unsachgemäßer Landnutzung. Einer 2023 erschienenen Studie zufolge führten starke Abholzung und intensivere Landnutzung in Mitteleuropa zu Beginn der Bronzezeit vor etwa 4000 Jahren zu erhöhter Bodenerosion und zur Abschwemmung von Phosphor in Seen. Im Umland Athens gefährdete umfangreiche Erosion nach Abholzung bereits 590 v. Chr. die Nahrungsmittelversorgung, sodass Solon vorschlug, das Pflügen steiler Hänge zu verbieten. Zur Zeit des Peloponnesischen Krieges von 431 bis 404 v. Chr. stammten ein Drittel bis drei Viertel der in den Städten des griechischen Stammlandes verbrauchten Nahrungsmittel aus Ägypten oder Sizilien.

In Latium trugen Abholzung und intensiver Ackerbau auf den Hügeln der Campagna Romana dazu bei, dass sich die zuvor landwirtschaftlich hochproduktive Pontinische Ebene um 200 v. Chr. in einen Sumpf verwandelte, in dem sich die malariaübertragende Anophelesmücke stark ausbreitete. Bei Antiochia wurden Ruinen unter bis zu 8 Metern Boden begraben, der zuvor weiter nördlich im Hochland erodiert war; Türschwellen antiker Ruinen in diesem Hochland liegen heute ein bis zwei Meter über nacktem Fels.

Ein besonders starkes Ereignis war das Magdalenenhochwasser im Juli 1342. Starke Regenfälle durch eine Vb-Wetterlage führten in Mitteleuropa zu extremem Oberflächenabfluss, geschätzt 50- bis 100-mal stärker als bei den Regenfällen zum Oderhochwasser 1997. Berechnungen zufolge wurden dabei in Deutschland 13 Milliarden Tonnen Ackerboden aus höher gelegenen Gebieten abgeschwemmt. Die Ackeroberfläche der betroffenen Gegenden wurde in wenigen Tagen durchschnittlich um 5 Zentimeter tiefer gelegt. Ganze Regionen wurden durch Schluchtensysteme unbewohnbar. Im 14. Jahrhundert wurde die Bodenoberfläche landwirtschaftlich genutzter Gebiete durch weitere extreme Wetterereignisse insgesamt um durchschnittlich 10 Zentimeter tiefer gelegt.