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Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie

Boden

Der Wärmehaushalt des Bodens wird wesentlich durch die Wärmezufuhr und –verluste aus der Luft bedingt. Deshalb ist ein klimawandelbedingter Temperaturanstieg nicht nur in der Luft, sondern auch im Boden zu finden, wie u.a. Messungen vom DWD (Böhme & Bötcher, 2011) belegen. Außerdem wird die Wärmekapazität der Böden von ihren Eigenschaften, wie z.B. der Bodenart (wie Sand- oder Lehmboden), aber vor allem vom Bodenwassergehalt beeinflusst. Trockenere Böden erwärmen sich schneller als feuchte bzw. nasse, geben die Wärme allerdings auch deutlich schneller wieder ab. Dementsprechend unterliegen trockene Böden, die aufgrund längerer Trockenphasen tiefer austrocknen, stärkeren Temperaturschwankungen und sind anfälliger gegenüber Frost. Klimawandelbedingte Trockenphasen begünstigen diese Bedingungen im späten Frühjahr, was das Wachstum von (Kultur-)Pflanzen zu Beginn der Vegetationsphase beeinträchtigen kann.

Eine Zunahme der Bodentemperatur verstärken bei günstigen Bodenfeuchteverhältnissen die Aktivität des Bodenlebens. Zersetzungs- und Mineralisierungsprozesse werden dadurch beschleunigt und es kann zu erhöhten Nährstoffausträgen (z.B. Nitrat oder Treibhausgase) auch aus dem Unterboden kommen (Smith et al., 2014).
In Bodentiefen unter einem Meter nimmt der Einfluss der Lufttemperaturschwankungen ab und Bodentemperaturen werden immer konstanter.

Böhme, M.; Böttcher, F. (2011): Bodentemperaturen im Klimawandel – Auswertung der Messreihe der Säkularstation Potsdam – Klimastatusbericht 2011 des Deutschen Wetterdienstes (DWD). Offenbach. 99 S.

SMITH, P. et al. (2014): Chapter 11 - Agriculture, forestry and other land use (AFOLU), in Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change. IPCC Working Group III Contribution to AR5, Cambridge University Press.

In feuchten und gut belüfteten Böden leben unfassbar viele Tiere und Pflanzen, die von Würmern, Käfern und Ameisen bis hin zu Algen, Pilzen und Bakterien reichen. Diese zersetzen z.B. das organische Material zu Humus, binden Stickstoff aus der Luft, fördern die Bodenstruktur oder unterstützen die Nährstoffversorgung von Pflanzen. Anhaltende Trockenheit im Boden führt zu einer Minderung der Aktivität dieser Lebewesen, zu einer Verschiebung der Artengruppen oder bei extremer Trockenheit sogar zu ihrem Absterben. Durch eine reduzierte Aktivität der Bodenlebewesen bzw. durch eine veränderte Biodiversität im Boden können Bodeneigenschaften negativ beeinflusst werden, die z.B. für die Pflanzenproduktion relevant sind. Wenn sich nach längerer Trockenheit wieder feuchtere Verhältnisse im Boden einstellen, können sich große Teile des Bodenlebens allerdings auch wieder relativ schnell regenerieren.

BARNARD, R.L., OSBORNE, C.A.; FIRESTONE, M.K. (2013). Responses of soil bacterial and fungal communities to extreme desiccation and rewetting. Multidisciplinary Journal of Microbial Ecology; 7(11): 2229–2241. doi: 10.1038/ismej.2013.104.
SIEBERT, J. et al. (2019): The effects of drought and nutrient addition on soil organisms vary across taxonomic groups, but are constant across seasons. Scientific Reports 9(639). doi: 10.1038/s41598-018-36777-3.

Länger anhaltende Trockenheit kann zu tiefreichender Austrocknung des Bodens führen, was eine Minderung des pflanzenverfügbaren Wassers im Wurzelraum zur Folge haben kann. Bei weniger als 30 % pflanzenverfügbarem Wasser im Boden kommt es zu Trockenstress bei Pflanzen. Dies kann während der Vegetationsperiode Trockenschäden und mögliche Ertragseinbußen in der Land- und Forstwirtschaft zur Folge haben (LLH, HessenForst, NW-FVA).
In tonigen Böden treten Schrumpfungsrisse während länger anhaltender Trockenperioden auf. Kommt es nun zu erneuten Niederschlägen, können diese rasch und relativ ungefiltert in das Grundwasser gelangen und dabei auch immer eine gewisse Menge an Nähr- und Schadstoffen transportieren. Andererseits neigen ausgetrocknete Böden bei kurzen und sehr intensiven Regenereignissen teilweise auch zur Oberflächenverschlämmung. Im Gegensatz zu durchfeuchteten Böden kann hier nur wenig Wasser während des Starkregens aufgenommen werden. Dadurch steigt die Gefahr von Oberflächenabfluss und Bodenerosion deutlich an.
Darüber hinaus führt anhaltende Trockenheit zum Rückgang oder zum völligen Erliegen der Sickerwassermengen in Böden. Dies führt zu deutlich geringeren Grundwasserneubildungsraten.

LANDESBETRIEB LANDWIRTSCHAFT HESSEN (LLH): https://llh.hessen.de/

HESSENFORST: https://www.hessen-forst.de

NORDWESTDEUTSCHE FORSTLICHE VERSUCHSANSTALT (NW-FVA): https://www.nw-fva.de/index.php?id=6

In stadtnahen oder städtischen Gebieten tragen unversiegelte, begrünte Flächen durch die Verdunstung von Wasser durch Pflanzen und Boden zur lokalen Abkühlung bei (Kuttler, 2011). Die Kühlleistung ist jedoch vom verfügbaren Bodenwasser abhängig, das bei anhaltender Trockenheit geringer wird und dadurch eine Abnahme der Kühlleistung bedingt. Durch Verdichtung und Grobbodenanteile weisen Stadtböden meist schon ein eher geringes Wasserspeicherungsvermögen auf, das bei anhaltender Trockenheit schnell erschöpft ist. Die Folgen sind vor allem in warmen, tropischen Nächten zu spüren, in denen die innerstädtischen Bereiche deutlich schlechter abkühlen.

KUTTLER, W. (2011): Klimawandel im urbanen Bereich, Teil 2, Maßnahmen. In: Environmental Sciences Europe (ESEU). Springer open. doi: 10.1186/2190-4715-23-21, S. 1-15.

Pflanzen nehmen für sie lebensnotwendige Nährstoffe aus der Bodenlösung auf. Wenn der Bodenwassergehalt aufgrund von länger anhaltender Trockenheit sinkt, vermindert sich auch die Menge der Bodenlösung und Nährstoffe werden an Bodenpartikeln gebunden. Diese sind dadurch schwerer bzw. nicht mehr für Pflanzen verfügbar, was längerfristig zu Mangelerscheinungen und Wachstumsstörungen bei den Pflanzen und letztlich zu Ertragseinbußen in der Land- und Forstwirtschaft führen kann.
Anhaltende Trockenheit in der Vegetationsphase in Verbindung mit Düngergaben wie in früheren feuchten Jahren kann zu einer Anreicherung von z.B. Stickstoff im Boden aufgrund von verlangsamten Umsatzprozessen führen, da der Stickstoff nicht in eine pflanzenverfügbare Form umgewandelt wird. In darauffolgenden feuchten aber milden Herbst- und Winterzeiten wird der dann noch im Boden vorliegende Stickstoff mobilisiert, bspw. In Form von Nitrat. Dieses kann auf ackerbaulich genutzten Flächen nur noch aufgenommen werden, wenn Zwischenfrüchte angebaut werden. Ansonsten wird es über das Bodenwasser ausgewaschen und trägt so zur Nitratbelastung des Grundwassers bei.

LANDESBETRIEB LANDWIRTSCHAFT HESSEN (LLH): https://llh.hessen.de/

Besonders flachgründige und sandige Böden sind von längeren Trockenperioden betroffen, da sie geringe Wasserspeicherkapazitäten aufweisen als z.B. mittel- bis tiefgründige Lehmböden. Vor allem in den Flugsandgebieten im Hessische Ried mit einer intensiven landwirtschaftlichen Nutzung (Gemüsebau, Dauerkulturen) wird zukünftig in noch stärkerem Maße bewässert werden müssen, um Trockenschäden und Ertragseinbußen zu vermeiden. In den hessischen Mittelgebirgslagen ist auf den häufig flachgründigen Standorten i. d. R keine Bewässerung möglich. Hier kann es immer wieder zu hohen Ertragsausfällen wie 2018 kommen.

Des Weiteren sind Moore als Lebensraum für seltene Pflanzen – und Tierarten und als Langzeit-Kohlenstoffspeicher besonders von Dürre bedroht. Bei längeren Trockenphasen kann es zur Absenkung der Moorwasserspiegel kommen. und die Torfböden trocknen aus, so dass die feuchtgebietstypische Flora und Fauna ihre Lebensgrundlage verliert. Außerdem kommt es in entwässerten und belüfteten Moorböden zur Torfzersetzung und -mineralisation. Dies führt zu einer erhöhten Freisetzung von Treibhausgasen wie CO2. Sofern hier durch ein Grundwassermanagement nicht entgegengewirkt werden kann, sind vor allem Altarme von Rhein und Neckar, wo die größten Niedermoorgebiete Hessens liegen. Die Hochmoore im Vogelsberg und in der Rhön sind aufgrund bisher konstant hoher Niederschläge noch nicht von längeren Trockenphasen betroffen (BayStMUGV et al., 2007; HLNUG). Aufgrund der Grundwasserentnahme für die Trinkwasserversorgung anderer Regionen kann sich die Wasserversorgung im Vogelsberg in der Zukunft ändern und zu Trockenschäden in den Mooren führen.

BAYERISCHES STAATSMINISTERIUM FÜR UMWELT, GESUNDHEIT UND VERBRAUCHERSCHUTZ (BayStMUGV), HESSISCHES MINISTERIUM FÜR UMWELT, LÄNDLICHEN RAUM UND VERBRAUCHERSCHUTZ (HMULV), THÜRINGER MINISTERIUM FÜR LANDWIRTSCHAFT, NATURSCHUTZ UND UMWELT (TMLNU) (Hrsgb.; 2008): Erster integrierter Umweltbericht für das länderübergreifende UNESCO-Biosphärenreservat Rhön.

HESSISCHES LANDESAMT FÜR NATURSCHUTZ, UMWELT UND GEOLOGIE (HLNUG): Klimastationen: https://www.hlnug.de/?id=11522