Expedition Erdreich

Für die "Expedition Erdreich" standen insgesamt 4.500 Aktions-Kits zur Verfügung. Alle Aktions-Kits wurden im Frühjahr 2021 an registrierte Teilnehmerinnen und Teilnehmer verschickt. Jedes Aktions-Kit enthielt Materialien, um zwei Standorte zu untersuchen. Theoretisch hätten mit den verschickten Aktions-Kits also maximal 9.000 Datensätze erhoben werden können.

Bis zum 31.12.2021 wurden 2.238 Datensätze übermittelt. Das bedeutet, dass fast ein Viertel aller Teilnehmerinnen und Teilnehmer zumindest damit begonnen hat, Daten über die Webseite einzugeben und abzuschicken.

Folgende Informationen sollten bestimmt, dokumentiert und in die Datenbank hochgeladen werden:

Weil nicht alle Datensätze vollständig oder fehlerfrei übermittelt wurden, wurden sie wissenschaftlich geprüft und aufbereitet. Eine Qualitäts- und Plausibilitätskontrolle waren notwendig, um die Daten später wissenschaftlich auswerten und zuverlässige Ergbenisse erzielen zu können. Die Datenprüfung umfasste im Wesentlichen zwei Schritte:

1) Löschen ganzer Datensätze

Leere Datensätze wurden gelöscht, wenn beispielsweise nur einer von zwei Standorten untersucht worden war. Außerdem wurden Datensätze gelöscht, wenn sie zu wenige Daten enhielten. Zum Beispiel dann, wenn nur ein Standortnamen und Koordinaten aber keine weiteren Informationen übermittelt wurden. Solche Datensätze waren für die weitere Auswertung unbrauchbar.

2) Korrektur oder Löschung von Einzeldaten

Einzelne Einträge wurden überprüft, wenn nötig korrigiert, als zweifelhaft markiert oder in sehr seltenen Fällen ebenfalls gelöscht. Wann und warum das gemacht wurde, zeigen die Beispiele unten.

Es ist uns wichtig, die vorgenommenen Löschungen und Änderungen am Datensatz transparent zu kommunizieren.

Das Ziel der Qualitätskontrolle war dabei immer, so viele Datensätze wie möglich für die wissenschaftliche Auswertung zu behalten.

Wie Böden genutzt werden (können), hängt von ihren Eigenschaften ab. So werden nährstoffreiche Böden mit einem günstigen Wasserhaushalt – nicht zu nass und nicht zu trocken – schon seit langer Zeit für den Ackerbau genutzt. Nährstoffärmere Böden, trockene oder nasse Standorte werden dagegen häufiger forstwirtschaftlich oder als Grünland (Wiese oder Weide) genutzt.

Umgekehrt beeinflusst die Landnutzung und die mit ihr verbundene Bodenbearbeitung oder Düngung auch die Bodeneigenschaften. Untersucht man verschieden genutzte Böden ist es möglich, die Bodeneigenschaften und Landnutzungen miteinander zu vergleichen.

Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer der Expedition Erdreich konnten aus 5 Landnutzungskategorien wählen: Landwirtschaftlich genutzte Flächen (Grünland oder Acker), Gärten, Grünanlagen, Wald oder andere Nutzungen.

Das Diagramm zeigt, dass an etwa zwei Dritteln der Standorte Gartenböden untersucht wurden. Mit 14% aller Standorte liegen Waldböden an zweiter Stelle. Landwirtschaftlich genutzte Flächen und Böden in öffentlichen Grünanlagen wurden an jeweils 7 % der Standorte untersucht. Unter der Kategoie "Andere" wurde alle Standorte zusammengefasst, die nicht in die übrigen Kategorien passen. Beispiel hierfür wären Grünstreifen entlang von Straßen oder Wegränder. 9% der Datensätze wurden für solche Flächen erhoben.

Der pH-Wert beeinflusst neben anderen Bodeneigenschaften, wie viele Nährstoffe zur Verfügung stehen. Er wirkt sich auch direkt auf die Aktivität der Bodenlebewesen und somit auf den Abbau organischer Substanz (Zersetzungsrate) aus.

Das Säulendiagramm zeigt, dass die meisten Böden, die bei der Expedition Erdreich untersucht wurden, einen alkalischen, neutralen oder leicht sauren pH-Wert haben. Saure oder stark saure pH-Werte wurden hingegen nur selten gemessen.

Das ist aus bodenwissenschaftlicher Sicht nicht überraschend, da sehr viele Gartenstandorte untersucht werden. Damit Gemüse, Blumen und Rasen gut wachsen, werden Gartenböden regelmäßig gedüngt und gekalkt, um den pH-Wert im leicht-sauren bis alkalischen Bereich zu halten.

Hinweis zur Methode:

Der pH-Wert kann nicht direkt im Boden gemessen werden. Es muss erst eine Bodenlösung hergestellt werden. Bei der Expedition Erdreich wurden die pH-Werte in desilliertem Wasser gemessen.

pH-Werte, die mit destilliertem Wasser bestimmt wurden, sind in der Regel etwas höher (0,5-1 Stufe) als im Labor gemessene pH-Werte (in Kalzium- oder Kaliumchloridlösung). Da aber alle Teilnehmerinnen und Teilnehmer der Expedition Erdreich die pH-Werte mit destilliertem Wasser bestimmt haben, sind die Ergebnisse innerhalb des Datensatzes gut vergleichbar.

Der pH-Wert der Böden wird von vielen Faktoren beeinflusst. Dazu gehören die Eigenschaften des Ausgangsgesteins, das Klima oder die Vegetation. Dieser natürliche pH-Wert bestimmt neben anderen Bodeneigenschaften, wie ein Boden genutzt werden kann.

Sehr saure Böden sind in der Regel eher nährstoffarm und eignen sich nicht für den Ackerbau. Für die Forstwirtschaft können Sie hingegen genutzt werden. Der ideale Boden-pH-Wert in der Landwirtschaft oder auch im Garten liegt deshalb im leicht sauren bis schwach alkalischen Bereich (pH 5,5 - 8,0). Durch das Düngen mit Stickstoff und Phosphor und die Zugabe von Kalk kann man den pH-Wert von Böden so einstellen, das optimale Wachstumsbedingungen für die Nutzpflanzen bestehen.

Das Diagramm zeigt, welche pH-Werte für die unterschiedlich genutzten Böden ermittelt wurden. Im Garten und in öffentlichen Grünanlagen wurden vor allem leicht saure bis schchwach alkalische pH-Werte bestimmt. Auch die pH-Werte der meisten Landwirtschaftsstandorte liegen in diesem Bereich. Die Waldstandorte weisen dagegen häufiger auch saure und stark sauer pH-Werte auf.  Nährstoffarme Böden mit niedrigeren pH-Werten werden oft schon seit Jahrhunderten vor allem forstwirtschaftlich agenutzt. In der Regel wird der pH-Wert von forstwirtschaftlich genutzten Böden nicht künstlich gesteuert. Großflächige Waldkalkungen sind eher die Ausnahme, weshalb Waldböden besonders von Bodenversauerung betroffen sind.

Insgesamt führten die Teilnehmerinnen udn Teilnehmer der Expedition Erdreich den Tea-Bag-Index (TBI) an 1172 Standorten durch und übermitttelten die Start- und Endgewichte für Roibos- und Grüntee für die Berechnung der Zersetzungsrate k.

Für die wissenschaftliche Auswertung konnten aber nicht alle Datensätze berücksichtigt werden (s. Abschnitt „Wissenschaftliche Datenprüfung“ für weitere Informationen).

Nach der Datenprüfung und Qualitätskontrolle blieben 877 Datensätze übrig, für die die Zersetzungsrate berechnet werden konnte.

Berechnung der Zersetzungsraten:

Für 635 von 877 Standorten (= 72,41%) konnte die Zersetzungsrate k anhand von drei vollständigen Beutelpaaren errechnet werden. Für 174 Standorte (= 19,84%) lagen zwei Teebeutelpaare zur Berechnung der Zersetzungsrate k vor. An nur 68 von 877 Standorten (=7,75%) konnte nur ein Teebeutelpaar für die Berechnung der Zersetzungsrate genutzt werden.

Die Wiederholungen helfen dabei, Ausreißerwerte, die z.B. durch besondere Standortbedingungen oder auch Fehler bei der Durchführung der Versuche zustandekommen, auszugleichen.

Für jeden Standort mit zwei oder drei Teebeutelpaaren wurde deshalb ein Durchschnittswert der Zersetzungsrate k berechnet. Bei drei Teebeutelpaaren wurde der Median berechnet, bei zwei Paaren das arithmetische Mittel. Wenn nur ein Wert berechnet werden konnte, wurde dieser so übernommen.

Insgesamt ist die Qualität der übermittelten Teebeutelgewichte zur Bestimmung der Zersetzungsrate k mit Hilfe des Tea-Bag-Index als sehr gut einzustufen. Der Tea-Bag-Index ist eine anspruchsvolle und zeitaufwendige Methode. Der größere Aufwand, der mit dem Vergraben von drei Teebeutelpaaren pro Standort verbunden war, hat sich aus wissenschaftlicher Sicht auf jeden Fall ausgezahlt, denn die Zersetzungsraten, die anhand von drei Teebeutelpaaren berechnet wurden, sind wissenschaftlich betrachtet, am zuverlässigsten.

Die Zersetzungsrate k gibt an wie viel organisches Material pro Tag abgebaut wird. Ein Wert von k=0,02 bedeutet, dass im Schnitt täglich 2% der organischen Substanz abgebaut werden.

Für die weitere Auswertung und Einordnung wurden die berechneten Zersetzungsraten in Kategorien eingeteilt: Ist k kleiner als 0,01, also kleiner als 1% pro Tag, schätzen wir die Zersetzungsrate als "niedrig" ein. Liegt k zwischen einschließlich 0,01 und 0,02 ist die Zersetzungsrate "mittel" und als "hoch" wurde sie bewertet, wenn k größer als 0,02 (> 2% pro Tag) ist  eingeteilt.

Achtung! Die Kategorien wurden auf Grundlage des vorliegenden Datensatzes festgelegt und beziehen sich auf den Untersuchungszeitraum von Frühjahr bis Herbst 2021. Sie können nicht ohne Weiteres auf Zersetzungsraten, die in anderem Zusammenhang ermittelt wurden, übertragen werden.

Das Kreisdiagramm zeigt, dass gut die Hälfte (55%) der Standorte, die im Rahmen der Expedition Erdreich untersucht wurden, "mittlere" Zersetzungsraten zwischen 1% und 2% am Tag aufweisen.

An knapp einem Drittel der Standorte (31%) lag die Zersetzungsrate über durchschnittlich 2% pro Tag und wurde daher als "hoch" eingestuft. Zersetzungsraten von unter 1% pro Tag wurden nur an 14% der Standorte bestimmt. Für diese Standorte ist die Zersetzungsrate somit "niedrig".

Was bedeuten diese Ergebnisse für den Abbau organischer Substanz und die biologische Aktivität im Boden?

Da die Zersetzungsrate von zahlreichen Faktoren abhängig ist, ist sie von Standort zu Standort verschieden. Die Nutzung spielt hier eine wichtige Rolle. Die Zersetzungsrate verändert sich aber auch im Lauf eines Jahres, weil sich z.B. die Witterung ändert (Temperatur, Niederschlag).

Sehr stark vereinfacht kann man sagen, dass die Zersetzungsrate und damit der Abbau organischer Substanz im Boden stark von der Anzahl und Aktivität der Bodenorganismen abhängt. Je aktiver das Bodenleben ist, desto schneller wird organisches Material zersetzt. Somit ist die Zersetzungsrate auch ein Hinweis auf die biologische Aktivität im Boden.

Bodenorganismen finden optimale Lebensbedingungen vor, wenn der Boden warm, feucht und gut mit Sauerstoff versorgt ist. Unter diesen Bedingungen ist die Zersetzungsrate hoch, das heißt organisches Material wird schnell abgebaut, in Nährstoffe oder Humus umgewandelt. Ist es kalt, zu nass (Sauerstoffmangel) oder zu trocken (Wassermangel), kann die biologische Aktivität fast vollständig zum Erliegen kommen. In diesen Fällen ist die Zersetzungsrate gering.

Geringe Zersetzungsraten bedeuten aber nicht automatisch, dass keine oder nur sehr wenige Bodenorganismen vorhanden sind! Bakterien gehen bei Trockenheit z.B. in eine Trockenstarre über. Sobald es regnet und der Boden wieder feucht genug ist, nehmen Sie ihre Arbeit wieder auf. 

Wie in der allgemeinen Betrachtung der Zersetzungsraten zeigt sich auch bei der Bertrachtung nach Landnutzung, dass mittlere Zersetzungsraten vorherrschen. Die Verteilung der Zersetzungsraten für Garten- und Waldstandorte sowie für öffentliche Grünanlagen ist sehr ähnlich. Für landwirtschaftlich genutzte Standorte und andere Nutzungsformen wurden seltener hohe Zersetzungsraten und häufiger niedrige Zersetzungsraten bestimmt. Für beide Kategorien liegen jedoch vergleichsweise wenige Datensätze vor, weshalb die Ergebnisse weniger belastbar sind als beispielsweise die für die Gartenstandorte (563 Standorte).

Aus dem Diagramm lässt sich ohne eine detailliertere Betrachtung der Daten kein Zusammenhang zwischen der  Landnutzung und den ermittelten Zersetzungsraten mit dem Tea-Bag-Index feststellen.

Die meisten Standorte weisen pH-Werte im alkalischen bis schwach sauren Bereich auf. Die Zersetzungsraten liegen in diesen pH-Wert-Bereichen zum Großteil (deutlich über 80 %) im mittleren und hohen Bereich.

Betrachtet man die Verteilung der Zersetzungsraten im leicht sauren Bereich fällt auf, dass der Anteil hoher Zersetzungsraten niedriger ist, als bei neutralen oder alkalischen pH-Werten.
Die Beurteilung der Zersetzungsraten für den sauren und stark sauren pH-Wert-Bereich ist schwierig, da nur wenige Standorte so niedrige pH-Werte aufwiesen: Es gibt nur 32 Standorte mit saurem und nur 41 Standorte mit stark saurem pH-Wert. Wie bei der Landnutzung fallen „Ausreißerwerte“ hier stärker ins Gewicht und können das Ergebnis  verfälschen.

Obwohl geringere Zersetzungsraten für Böden mit sauren und stark sauren pH-Werten zu erwarten gewesen wären, bestätigen das die vorliegenden Ergebnisse aufgrund der schwachen Datengrundlage erst einmal nicht.