Long‐term soil management can produce anisotropic impacts on soil structure, resulting in differences in horizontal and vertical hydraulic conductivity. As limited data exist on these impacts, this study provides a broad‐scale assessment across 764 soil profiles under arable and grassland use in northern Germany (Federal State: Schleswig‐Holstein). The soils were sampled in the four geological regions: Weichselian glacial region, the sandy outwash region (Lower “Geest”), the Saalian glacial region (Higher “Geest”) and the marshland with alluvial deposits. Saturated hydraulic conductivity (Ks, either in a horizontal (Ks_h) or vertical direction (Ks_v)) and the pore‐size distribution were determined on undisturbed soil samples (100 cm3), whereas the grain size distribution was analysed on disturbed samples from the major soil horizons. This research work presents Ks_h and Ks_v values for representative soil types of the four geological regions down to a depth of 60 cm. Irrespective of the parent material in the four geological regions, arable soils showed a pronounced anisotropy of Ks in the horizontal direction. However, Ks_h and Ks_v also showed a high variability across the geological regions from approximately 1 to 800 cm d−1, whereas the ratio of Ks_h to Ks_v ranged from 0.1 to 500. In the marshland (dominated by Gleysols), the direction‐dependent values were superimposed by sedimentation processes of the marine material and/or structural development processes such as vertical shrinkage or bioturbation processes. Under grassland, the topsoils primarily indicated horizontally anisotropic flow conditions. In the “Geest” area with a high share of dairy farming, both top‐ and subsoils displayed the highest horizontal anisotropy values, indicating the stress‐induced formation of a platy structure caused by trampling, grass harvesting or slurry application with heavy machinery. Soil type (e.g., Stagnic Luvisols, Stagnosols or Anthrosols) and horizon‐dependent horizontal anisotropy were also more pronounced in arable than in grassland subsoils. Highlights Hydraulic conductivity in arable subsoils shows mostly horizontal behaviour. Hydraulic conductivity in grassland topsoils shows mostly horizontal behaviour. The anisotropic degree and its direction depend on land use type and clay content of the soils.
Zusammenfassung Die Verbesserung der Humusspeicherung in Böden im Hinblick auf eine nachhaltige Landbewirtschaftung erfordert genaue Kenntnisse über den organischen Kohlenstoff(Corg)-Vorrat in Böden, wobei auch die Wechselwirkungen zwischen Bodentyp, geologischem Ausgangsgestein sowie Landnutzung berücksichtigt werden müssen. Auf der Grundlage von insgesamt 925 Bodenprofilen in den vier Hauptnaturräumen (Östliches Hügelland, Vorgeest, Hohe Geest und Marsch) Schleswig-Holsteins (Norddeutschland) wurde der Corg-Vorrat bis in eine Tiefe von 90 cm quantifiziert. Die horizontspezifischen Parameter (u. a. auch Trockenrohdichte und Korngrößenverteilung) wurden im Rahmen der seit ca. 1970 durchgeführten bodenkundlichen Leitprofilaufnahmen vom Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume Schleswig-Holstein (LLUR) und deren Vorgängerbehörden erhoben. Die vier Hauptnaturräume enthalten unterschiedliche Corg-Vorräte in den Bodentiefen 0–30, 30–60 und 60–90 cm. Insgesamt werden in Schleswig-Holstein mindestens 244 Mt Corg (0–90 cm Tiefe) gespeichert, wobei je nach Landnutzung, Bodentyp und geologischem Ausgangsgestein deutliche Unterschiede auftreten. Im Oberboden variieren die Corg-Vorräte von ca. 60 t/ha (Ackerböden der Marsch/des Östlichen Hügellands) bis ca. 130 t/ha (Grünlandböden der Geest). Im Unterboden verfügen neben den Mooren die humusreichen Marschböden, die Kolluvisole (Alt- und Jungmoränengebiet) und Gley-Podsole (Hohe Geest und Vorgeest) über die höchsten Corg-Vorräte bis 90 cm Tiefe. Das Speicher- und Verlustpotenzial von Humusmengen durch einen Landnutzungswechsel ist daher auch bodentypspezifisch zu bewerten.
Soil compaction arises from natural (geo-or pedogenic) or anthropogenic processes. Pedogenic processes can cause compacted horizons like (petro-) duric, plinthic, calcic or gypsic horizons (Blume & Fleige, 2016), while in North Germany they mainly result from leaching and translocation of substances, like in the argic subsoil (Bt) horizon of Luvisols due to clay accumulation. This is accompanied by the reduction of macropores or the air capacity (AC), as well as the decrease in air permeability and saturated hydraulic conductivity (K s ) in the subsoil,
Zusammenfassung Gegenwärtig diskutierte Phänomene, wie häufig auftretender Oberflächenabfluss, vermehrte Bodenerosion und verringerte Ertragssicherheit, lassen sich ansatzweise über Bodenstruktureigenschaften und eine daraus hervorgehende, räumlich unterschiedlich gesättigte Wasserleitfähigkeit des Bodens erklären. Hierzu wurden Datensätze aus 766 Profilen unter Acker- und Grünlandnutzung in den vier Hauptnaturräumen Schleswig Holsteins (Östliches Hügelland, Niedere und Hohe Geest sowie Marsch) zur gesättigten Wasserleitfähigkeit (kf) in vertikaler und horizontaler Richtung und damit deren Richtungsabhängigkeit (Anisotropie) bis in eine Tiefe von 60 cm untersucht. Die Ergebnisse zeigen eine verstärkte Anisotropie der kf in horizontaler Richtung an, die jedoch in Abhängigkeit vom geologischen Ausgangsgestein, Bodentyp und Tongehalt sowie von der Landnutzung variiert. Unter Ackernutzung weisen die Unterböden aller Hauptnaturräume im Mittel eine horizontale Anisotropie auf, die unterhalb der Pflugsohle (≤ 40 cm Tiefe) am stärksten ausgeprägt ist und auf Plattenstrukturbildungen als Folge der Bodenbewirtschaftung hindeuten. Unter Grünlandnutzung zeigen besonders die Oberböden eine horizontale Anisotropie, wobei diese in den beiden Geestregionen mit einem hohen Anteil an Viehwirtschaft auch im Unterboden sehr ausgeprägt ist. Anisotropieeffekte, insbesondere im Unterboden unter Ackernutzung, deuten sich auch bodentypspezifisch für Kolluvisole, Pseudogley-Parabraunerden und Pseudogleye an. Deren hohe Empfindlichkeit gegenüber anthropogenen Strukturänderungen (Plattenbildung) spiegelt sich im zeitlichen Verlauf der horizontalen kf wider, die über die letzten 30 Jahre im Östlichen Hügelland signifikant zugenommen hat.
Zusammenfassung Die vielseitigen Funktionen von Moorlandschaften sind in kulturhistorischer und klimatischer Hinsicht von immer größer werdendem Interesse. Da Moore über lange Zeiträume anthropogene Zeugnisse konservieren und als Kohlenstoffsenke gelten, gilt es einen umfangreichen Schutz dieser Ökosysteme zu etablieren, um diese Funktionen aufrechtzuerhalten. In dieser Untersuchung wurden Informationen von über 140 Moorstandorten aus Schleswig-Holstein zusammengetragen und ausgewertet, anhand einer einheitlichen Bewertungsmatrix evaluiert und nach Güteklassen (A–D) kategorisiert. Als Grundlage der Güteklassen wurden Bewertungskriterien gewählt, welche durch ein Punktesystem (1–5) definiert sind. Die Bewertungskriterien gliedern sich in drei Hauptkategorien: „kulturelle Bedeutung“, „ökologische Bedeutung“ und „bodenkundliche/geologische Bedeutung“. Die Auswertung ergab, dass 15 % der ausgewerteten Moorstandorte als „konkrete Archivböden“ angesprochen werden können. Diese erfüllen ökologische Anforderungen in einem hohen Maße und erreichen somit eine Punktzahl von > 4, weshalb sie in die höchste Güteklasse „A“ fallen. Aufgrund unzureichender Dokumentation oder sichtbaren anthropogenen Einflüssen werden 46 % der Archivböden der Güteklasse „B“ zugeordnet und gelten als „potenzielle Archivböden“. Der Güteklasse „C“ werden 23 % der Moore zugeordnet und gelten ebenfalls als „potenzielle Archivböden“ und befinden sich in einem stark anthropogen geprägten Zustand, welcher kosten- und zeitintensive Renaturierungsmaßnahmen zur Folge hätte. In die niedrigste Güteklasse „D“ fallen 16 % der bewerteten Moore. Diese unterliegen einer irreversiblen Degradation und sind nicht mehr / kaum als Archivböden anzusprechen. Mit der ausgearbeiteten Bewertungsmatrix wird letztendlich eine flächendeckende Evaluierung und Kategorisierung der Moorstandorte in Schleswig-Holstein angestrebt, um den Erhalt dieser Ökosysteme langfristig sichern zu können.
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