Fachhochschule St. Pölten, Masterarbeit 2022, Studiengang Agrar- und Technologiemanagement

In vorliegender Masterthesis wurden vorwiegend oberösterreichische Grünlandflächen einer Bodenbeprobung unterzogen. Diese Proben wurden mittels einer chemischen Bodenuntersuchung analysiert und die Ergebnisse daraus ausgewertet. Durch Sichtung des gegenwärtigen Wissensstands im Bereich der Bodenuntersuchungen wurden Kriterien für die Bodenfruchtbarkeit festgelegt. Insbesondere wird auf die Kationenaustauschkapazität, den Säuregrad, den Humus-, Ton- und Nährstoffgehalt in Böden eingegangen. Rund 1.800 Bodenprobenergebnisse wurden quantifiziert. Die Auswertung mittels statistischer Verfahren erfolgte auf Basis der Kleinproduktionsgebiete (KPG) in Oberösterreich, wobei Gebietsunterschiede erhoben wurden. Das Innere Salzkammergut, Eisenwurzen unterscheidet sich durch die höchsten Humusgehalte von durchschnittlich 10,61 Prozent (%) Humus signifikant von den übrigen KPG: Vor allem vom Alpenvorland mit mittleren Gehalten von 6,22% im Grieskirchner-Kremsmünster Gebiet, 6,47% im Rieder Gebiet, 7,96% im Vöcklabrucker Gebiet und 8,17% im Oberen Innviertel. Im direkten Vergleich mit dem Äußeren Salzkammergut - dem zweiten KPG in den Voralpen - mit durchschnittlich 8,43% Humus, wurden ebenso signifikante Unterschiede festgestellt. Grund dafür ist die geografische Lage der beiden Gebiete in den Alpen beziehungsweise dem Alpenvorland mit unterschiedlichen klimatischen Verhältnissen und Niederschlagsmengen. Bad Ischl (Inneres Salzkammergut, Eisenwurzen): 8,6 Grad Celsius (°C) Jahresmitteltemperatur und 1.741 mm Jahresniederschlag, Gmunden (Äußeres Salzkammergut): 9,3 °C Jahresmitteltemperatur und 1.245 mm Jahresniederschlag (Quelle: Messstationen der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG), 1981-2010). Der Humusgehalt in den Hochlagen des Mühlviertels liegt im Schnitt bei 9,25% und unterscheidet sich signifikant von den Mittellagen mit durchschnittlich 6,88% Humus. Die Unterschiede zwischen den beiden Gebieten können aufgrund der Höhenlage und der damit einhergehenden kühleren Witterung in den Hochlagen begründet werden, auch die dadurch bedingte geringere Schnitthäufigkeit kann mit als Ursachenkomplex angeführt werden. Freistadt (Mittellagen des Mühlviertels): 7,2 °C Jahresmitteltemperatur und 757 mm Jahresniederschlag, Weitersfelden (Hochlagen des Mühlviertels): 6,5 °C Jahresmitteltemperatur und 890 mm Jahresniederschlag (Quelle: Messstationen der ZAMG, 1981-2010). Der Säuregrad eines Bodens wird durch den pH-Wert charakterisiert. Dieser liegt bei leichten Grünlandböden (unter 15% Tongehalt) optimalerweise mindestens um 5, bei mittelschweren Standorten (15 bis 25% Tongehalt) um 5,5. Rund 15% der Proben liegen unter diesen anzustrebenden pH-Mindestbereichen. Die mittleren pH-Werte liegen für alle KPG in einem engeren Bereich zwischen 5,67 und 6,37, dennoch liegen eine Reihe signifikanter Unterschiede vor: Auch beim pH-Wert weist das Innere Salzkammergut, Eisenwurzen einen signifikant höheren Wert auf als das Äußere Salzkammergut und alle weiteren KPG. Der Mittelwert der Hochlagen des Mühlviertels liegt bei 5,67 und ist signifikant niedriger als in den Mittellagen und bei den übrigen Gebieten. Ein Grund für pH-Wert-Unterschiede in den Regionen ist der geogene Untergrund. Das kalkhaltige Ausgangsgestein in den Alpen und im Alpenvorland setzt Calcium frei und stabilisiert so den pH-Wert im Boden. Wohingegen der silikatische Untergrund mit Granit und Gneis im Mühlviertel den gegenteiligen Effekt erzielt und den pH-Wert im Oberboden senkt. Der niedrigste mittlere pH-Wert ist in den Hochlagen des Mühlviertels mit 5,67 zu finden. Beim Phosphorgehalt wurde eine tendenzielle Unterversorgung der Böden festgestellt, wobei der niedrigste mittlere Gehalt mit 21,2 mg/kg (Stufe A: sehr niedrige Versorgung) im Inneren Salzkammergut, Eisenwurzen ermittelt wurde. Im Grießkirchner - Kremsmünster Gebiet und im Rieder Gebiet mit knapp über 50 mg/kg die höchsten mittleren Werte (Stufe C: ausreichende Versorgung). Signifikante Unterschiede liegen noch zwischen den Mittellagen des Mühlviertels mit 43,6 mg/kg und den übrigen vier KPG mit Mittelwerten zwischen 32 – 37 mg/kg vor (jeweils niedrige Versorgung). Weil keine geogenen Ursachen für die Unterschiede herangezogen werden können, spiegelt sich darin auch die unterschiedliche Bewirtschaftungsintensität wider. Durch den höchsten Humusgehalt und damit wohl dem entsprechend höheren Anteil an organisch gebundenem Phosphor, können die sehr niedrigen Phosphor-CAL-Gehalte (CAL=Calcium Acetat Lactat) im KPG Inneres Salzkammergut, Eisenwurzen zum Teil kompensiert werden. Der organische Phosphorpool wird im CAL-Auszug nicht erfasst. Rund 85% der beprobten Flächen sind bei Kalium und rund 99% bei Magnesium als ausreichend bis sehr hoch versorgte Standorte einzustufen. Die Kalium-CAL-Gehalte liegen in den KPG des Mühlviertel mit Mittelwerten von 252 - 271 mg/kg signifikant höher als in den übrigen KPG mit durchschnittlichen Gehalten zwischen 125 - 156 mg/kg. Das kaliumreiche geogene bodenbildende Ausgangsgestein kann dafür primär als Ursache angeführt werden. Die Bewirtschaftung mit Milchviehhaltung führt in der Regel zu ausreichender Zufuhr an Kalium mit den Wirtschaftsdüngern, die Intensität spielt nur eine untergeordnete Rolle. Die niedrigsten Gehalte (125 mg/kg) finden sich im extensiven KPG Inneres Salzkammergut, Eisenwurzen. Die signifikant höchsten Magnesium-Gehalte von 344 mg/kg liegen geogen bedingt im KPG Inneres Salzkammergut, Eisenwurzen vor, gefolgt vom Rieder Gebiet mit 252 mg/kg. Die übrigen KPG weisen einheitlich signifikant niedrigere Magnesium-Gehalte zwischen 180 bis 221 mg/kg auf, jedoch überwiegend in den hohen Versorgungsstufen. Die Kationenaustauschkapazität hat einen unmittelbaren Zusammenhang mit dem Nährstoffspeichervermögen eines Bodens. Grundsätzlich wird zwischen der effektiven und potentiellen Kationenaustauschkapazität (KAKeff und KAKpot) unterschieden. Die KAKeff beschreibt den Ist-Zustand beim aktuellen pH-Wert, die KAKpot die maximal erreichbare Nährstoffbelegung bei pH-Wert über sieben. Mit den Daten wurden Regressionsgleichungen aufgestellt, welche zur Abschätzung der KAKeff und KAKpot bei bekanntem Tongehalt, pH-Wert und Humusgehalt herangezogen werden können. Das statistische Verfahren ergab, dass die KAKeff bei einer Erhöhung von 1% Ton um 0,58 cmol/kg steigt. Eine Steigerung des pH-Wertes um eine Einheit erhöht die KAKeff um 13,8 cmol/kg. Beim Humus bewirkt eine Erhöhung um ein Humusprozent einen Anstieg der KAKeff von 1,66 cmol/kg. Die KAKpot steigt bei einer Erhöhung von 1% Ton um 0,61 cmol/kg. Eine Steigerung des pH-Wertes um eine Einheit erhöht die KAKpot um 9,93 cmol/kg. Beim Humus bewirkt eine Erhöhung um ein Humusprozent einen Anstieg der KAKpot von 1,87 cmol/kg. Somit kann quantitativ abgeleitet werden, welche Standorteigenschaften und welche Maßnahmen die KAK beeinflussen: Die stabile Anhebung des pH-Wertes um 0,5 beziehungsweise 1,0 erhöht die KAK entsprechend, kann jedoch nur mit den regelmäßigen Kalkgaben aufrechterhalten werden. Bei der Erstellung von Regressionsgleichungen durch Auswahl der Proben nach der Einstufung des Säuregrades (stark sauer, schwach sauer, neutral bis alkalisch) nimmt die Bedeutung des Humusgehalts deutlich zu: Ein um 1% höherer Humusgehalt steigert die KAKeff im stark sauren Bereich um knapp 1 cmol/kg, im schwach sauren Bereich um 2,16 und im neutralen Bereich um 3,20 cmol/kg. Die variablen Ladungsstellen der organischen Oberflächen werden im sauren Bereich überwiegend von den sauren H+- Protonen besetzt, im neutralen pH-Bereich sind diese fast vollständig von den Calcium- und Magnesium-Kationen verdrängt. Diese Analyse samt Schätzgleichungen wurden in vorliegender Masterthesis erstmalig publiziert und können zur Ermittlung der Bodenfruchtbarkeit auf oberösterreichischen Grünlandstandorten herangezogen werden. Auf Basis von 21 Bodenproben, die mittels drei unterschiedlicher Verfahren untersucht wurden (Standarduntersuchungen und Elektro Ultra Filtration (EUF) nach den Richtlinien für die sachgerechte Düngung und Albrecht plus vom Geobüro Christophel), konnten die daraus abgeleiteten Dünge- und Kalkungsempfehlungen gegenübergestellt und interpretiert werden. Wesentlich war die gute Übereinstimmung bei den Messwerten von pH-Wert und Humus. Bei den ausgegebenen Empfehlungen wurden die verschiedenen Ansätze sichtbar: Das Konzept ausreichender Nährstoffgehalte (Richtlinien für die sachgerechte Düngung) gegenüber dem Konzept eines „optimalen Bodens“ mit definierten Nährstoffverhältnissen (Albrecht plus), was zu unterschiedlichen Mengen-empfehlungen, vor allem bei Magnesium führt. Mangel- beziehungsweise überversorgte Standorte wurden zum größten Teil in gleichsinniger Weise erkannt, extrem divergierende Empfehlungen kommen vereinzelt vor. Vor allem für Personen im Bereich der Bodenkunde, der Beratung, aber auch für die landwirtschaftliche Praxis könnte diese Arbeit von Interesse sein.

In this master thesis, mainly grassland areas in Upper Austria were subjected to soil sampling. These samples were analysed by means of a chemical soil test and the results were evaluated. By reviewing the current state of knowledge in the field of soil testing, criterias for soil fertility were defined. In particular, cation exchange capacity, acidity, humus, clay and nutrient content in soils are addressed. About 1,800 soil sample results were quantified. The evaluation through statistical methods was based on the “Small-scale Production Zones” (SPZ) in Upper Austria and area differences were surveyed. The Inner Salzkammergut, Eisenwurzen region differs significantly from the other SPZ due to the highest humus contents of 10.61% humus on average: especially in the Alpine foothills with average contents of 6.22% in the Grieskirchner-Kremsmünster area, 6.47% in the Rieder area, 7.96% in the Vöcklabruck area and 8.17% in the Upper Innviertel. In direct comparison with the Outer Salzkammergut - the second SPZ in the Pre-Alps - with an average of 8.43% humus, equally significant differences were found. This is due to the geographical location of the two areas in the Alps and the Alpine foothills, respectively, with different climatic conditions and precipitation levels. Bad Ischl (Inner Salzkammergut, Eisenwurzen): 8.6 °C annual mean temperature and 1,741 mm annual precipitation, Gmunden (Outer Salzkammergut): 9.3 °C annual mean temperature and 1,245 mm annual precipitation (source: measuring stations of the Central Institute for Meteorology and Geodynamics, 1981-2010). The humus content in the high altitudes of the Mühlviertel is on average 9.25% and differs significantly from the middle altitudes of the Mühlviertel with an average of 6.88% humus. The differences between the two areas can be explained by the altitude and the associated cooler weather in the high altitudes, the resulting lower cutting frequency can also be cited as a complex of causes. Freistadt (central locations of the Mühlviertel): 7.2 °C annual mean temperature and 757 mm annual precipitation, Weitersfelden (high locations of the Mühlviertel): 6.5 °C annual mean temperature and 890 mm annual precipitation (source: ZAMG measuring stations, 1981-2010). The acidity of a soil is characterized by the pH value. For light grassland soils (less than 15% clay content) the optimal pH level is at least around 5, for medium-heavy sites (15 to 25% clay content) around 5.5. About 15% of the samples reach less than the minimum pH range. Mean pH values for all SPZ fall within a narrower range of 5.67 to 6.37, yet a number of significant differences are present: Inner Salzkammergut, Eisenwurzen also has a significantly higher pH value than Outer Salzkammergut and all other SPZ. Mühlviertel´s mean value of high altitudes is 5.67 and significantly lower than in the middle altitudes and the other SPZ. One reason for pH differences in these regions is the geogenic subsoil. The calcareous parent rock in the Alps and Alpine foothills releases calcium and thus stabilizes the pH value in the soil. Whereas the siliceous subsoil with granite and gneis in the Mühlviertel achieves the opposite effect and lowers the pH value in the topsoil. The lowest mean pH value is found in the high altitudes of the Mühlviertel with 5.67. In case of phosphorus content, a tendency to undersupplied soils was found, with the lowest mean content of 21.2 mg/kg (level A: very low supply) in the Inner Salzkammergut, Eisenwurzen. In the Grieskirchner - Kremsmünster area and in the Rieder area with just over 50 mg/kg the highest mean values (level C: sufficient supply). Significant differences are still present between the middle locations of the Mühlviertel with 43.6 mg/kg and the other four SPZ with mean values between 32 - 37 mg/kg (low supply in each case). Because no geogenic causes can be used for the differences, it also reflects the different management intensity. The very low phosphorus CAL content (CAL=Calcium Acetate Lactate) in the Inner Salzkammergut, Eisenwurzen can be partly compensated by the highest humus content and thus probably the correspondingly higher proportion of organically bound phosphorus. The organic phosphorus pool is not included in the CAL extract. For the sampled areas around 85% can be classified as sufficiently to very highly supplied sites for potassium and about 99% for magnesium. Potassium CAL contents are significantly higher in the Mühlviertel with mean values of 252 – 271 mg/kg than in the other SPZ with average contents between 125 - 156 mg/kg. The potassium-rich geogenic soil-forming parent rock can be cited as the primary cause for this high level. The management with dairy cattle generally leads to sufficient supply of potassium with the farm manures, the intensity, however, only plays a secondary role. The lowest contents (125 mg/kg) are found in the extensive region of the Inner Salzkammergut, Eisenwurzen. The significantly highest magnesium content of 344 mg/kg is found in the Inner Salzkammergut, Eisenwurzen, followed by the Rieder area with 252 mg/kg. The other SPZ uniformly have significantly lower magnesium contents ranging from 180 to 221 mg/kg, but predominantly in the high supply levels. Cation exchange capacity has a direct relationship with the soil´s nutrient storage capacity. Basically, a distinction is made between the effective and potential cation exchange capacity (CECeff and CECpot). The CECeff describes the actual state at the current pH, the CECpot the maximum achievable capacity occupied by the cations Ca, Mg, K and Na at pH value above seven. Regression equations were established with the data which can be used to estimate the CECeff and CECpot at known clay content, pH value and humus content. The statistical procedure showed that CECeff increases by 0.58 cmol/kg for a 1% increase in clay. An one unit increase in pH increases the CECeff by 13.8 cmol/kg. For humus, an increase of 1% humus causes an increase in CECeff of 1.66 cmol/kg. CECpot increases by 0.61 cmol/kg with a 1% clay increase. An increase of one unit in pH increases the CECpot by 9.93 cmol/kg. For humus, an increase of 1% humus causes an increase in CECpot of 1.87 cmol/kg. Thus, it can be quantitatively deduced which site characteristics and which measures influence the CEC: The stable increase of pH by 0.5 and 1.0, respectively, increases CEC accordingly, but can only be maintained with the regular lime applications. When creating regression equations by selecting the samples according to the classification of acidity (strongly acid, weakly acid, neutral to alkaline), the importance of humus content increases significantly: a 1% higher humus content increases the CECeff in the strongly acid range by almost 1 cmol/kg, in the weakly acid range by 2.16 and in the neutral range by 3.20 cmol/kg. In the acidic range the variable charge sites of the organic surfaces are predominantly occupied by the acidic H+-protons, while in the neutral pH range these are almost completely displaced by the calcium and magnesium cations. In this master thesis this analysis including estimated equations is published as the first of its kind and can be used to determine the soil fertility on Upper Austrian grassland sites. Based on 21 soil samples, which were examined by means of three different procedures (Standard tests and Electro Ultra Filtration according to the guidelines for proper fertilization and Albrecht plus conducted by Geobüro Christophel), the derived fertilization and liming recommendations from these tests were compared and interpreted. The matching measurements of pH values and humus were essential. The different approaches became visible in the recommendations issued: concept of sufficient nutrient contents versus the concept of an "ideal soil" with defined nutrient ratios, leading to different quantity recommendations, especially concerning magnesium. For the most part, deficient or oversupplied sites were recognised in the same way. Extremely divergent recommendations occurred only in isolated cases. Especially for people working in the field of soil science, soil consulting or practicing agriculture this thesis could be highly interesting.

application/pdf