Eine der wichtigsten Untersuchungen im Rahmen von SOILGUARD wird sich darauf konzentrieren, unser Verständnis der Auswirkungen kombinierter Klimastressoren (Dürre und Hitzewellen) auf die Bodenbiodiversität zu verbessern. In jeder NUTS-2-Region der EU, die von SOILGUARD untersucht wird, wird eine Klimasimulation auf dem Feld installiert. Dieser Versuchsaufbau wird es uns ermöglichen, die Auswirkungen zukünftiger regionalspezifischer Klimabedingungen auf die biologische Vielfalt und die Multifunktionalität des Bodens zu bewerten und zu vergleichen. Außerdem wird untersucht wie sich verschiedenen Arten der Bodenbewirtschaftung (z.B. konventionelle und ökologische Bewirtschaftung auf landwirtschaftlichen Flächen) auf die Bodenbiodiversität auswirken. Diese Daten werden mit Werkzeugen des maschinellen Lernens kombiniert, um die Vorhersagekraft der Auswirkungen der Bodenbewirtschaftung auf die Bodenbiodiversität und die Erbringung von Ökosystemleistungen unter zukünftigen Klimabedingungen zu erhöhen. Dies wird entscheidend sein, um das Potenzial der Bodenbiodiversität als naturbasierte Lösung zu demonstrieren.
Anhand von Standorten, die durch LUCAS-Bodeninformationsdatenspeichers definiert wurden, kurzen Interviews mit Landbesitzern und Feldüberprüfungen hat das SOILGUARD-Team der UMH Bodenproben von 10 Getreideparzellen mit traditioneller Bewirtschaftung und 10 mit ökologischer Bewirtschaftung in der NUTS-2-Region Murcia, Spanien, genommen. Die Proben wurden an verschiedene SOILGUARD-Partner in ganz Europa geschickt, um Bodeneigenschaften wie den Gehalt an Mikroarthropoden, die pflanzlich-mikropilzliche Bodenaggregation, die DNA-Diversität, Fettsäuren, den Gehalt an organischer Substanz, die mikrobielle Kohlenstoffbiomasse, die basale Bodenatmung und einige enzymatische Aktivitäten sowie den verfügbaren Phosphor, die Schüttdichte und grobe Fragmente zu analysieren.
Während der Erntesaison 2022 (Juni – August) haben wir auf zwei benachbarten Parzellen, der oben genannten 20 Standorte, Simulationen zum Klimawandel durch Trockenheit durchgeführt. Der Hauptunterschied zwischen den Parzellen war die Bewirtschaftung (eine biologisch, die andere konventionell durch den Einsatz von Agrochemikalien in den letzten 10 Jahren). Für die Simulation wurden kleine Gewächshäuser aufgestellt, die so konzipiert sind, dass sie zwar den Regen, nicht aber den Wind abhalten und daher innen die gleiche Temperatur wie außen herrscht. Wir simulierten eine Dürre mit 80 % weniger Niederschlag für die dreimonatige Saison. Allerdings mussten wir 18 l/m² in den Gewächshäusern bewässern, weil der Sommer ungewöhnlich heißer und trockener war als in dem verwendeten Klimawandelmodell prognostiziert wurde (RCP 4.5). In beiden Fällen litt die Ernte unter Wasserknappheit, was sich im Ertrag niederschlug. Bei einer kürzlichen Umstellung auf ökologischen Landbau sind die Böden noch nicht widerstandsfähig genug, um die Auswirkungen des Klimawandels zu bewältigen, die in dieser Region bereits spürbar sind.
Auf zwei benachbarten und ähnlichen (einem biologischen, dem anderen konventionellen) Langzeit-Feldexperimenten, die verschiedene Arten der Bodenbearbeitung vergleichen. Die 2022 SOILGUARD-Klimasimulationen wurden mit Schwerpunkt auf der Simulation einer agronomischen Dürre durchgeführt, die aufgrund des Klimawandels voraussichtlich häufiger auftreten wird. Auf dem ökologischen Feld wurden die Simulationen mit guter Bodenstruktur durchgeführt, das mit nicht inversiver Bodenbearbeitung bewirtschaftet wurde. Das konventionelle Feld wurde in Furchen gepflügt.
Für die Simulation wurden spezielle Regenschutzvorrichtungen (oben offen, sodass Trockenheit verursacht wird, aber ein Wärmestau verhindert) in einer Kartoffelkultur über einen Zeitraum von 3 Monaten (Mai-August 2022) installiert. Der Niederschlag unter den Schutzdächern wurde (mit einem in der Erosionsforschung üblichen Regensimulator) auf etwa die Hälfte des Niederschlags im Vergleich den nicht überdachten Feldern reduziert. Unter den Schutzdächern fiel eine Gesamtmenge von etwa 35 l/m² Niederschlag. Auf dem offenen Feld war die Niederschlagsmenge während des Simulationszeitraums etwa doppelt so hoch. In beiden Fällen litt die Ernte unter Wassermangel, was sich im Ertrag niederschlug. Unter diesen trockenen Bedingungen war der Ernteertrag auf dem ökologischen Feld deutlich höher als auf dem konventionellen Feld.
In der NUTS-2-Region Mitteljütland mit kontinentalem Klima werden Trockenheits- und Hitzewellensimulationen auf 2 Feldern durchgeführt, einem konventionellen und einem ökologischen.
Dürre
Im Jahr 2022 wurde auf beiden Feldern Sommergerste angebaut. Um eine 3-monatige Dürreperiode zu erzeugen, wurden auf jedem Feld 3 Schutzhütten (3×5 Meter) aufgestellt. Die Schutzdächer wurden während dieses Zeitraums zweimal entfernt, so dass die Parzellen eine Summe von ca. 46 bzw. 39 mm Regen auf den konventionellen bzw. ökologischen Feldern bekamen. Nach der Dürreperiode wurde der Boden von 6 Parzellen (50 x 50 cm) beprobt. 1 Parzelle in jedem Unterstand und 3 Parzellen im Freien unter natürlichen Bedingungen.
Die Bodenproben wurden zur physikalischen, chemischen und biologischen Analyse an verschiedene SOILGUARD-Partnerinstitute geschickt. Das Dürreexperiment wird im Jahr 2023 wiederholt werden.
Hitzewelle
Im Jahr 2022 wurden in Dänemark 5 Hitzewellen-Pilotversuche durchgeführt, bei denen Infrarot- und Kohlefadenheizungen in den Unterständen angebracht wurden. Die Temperatur wurde im Boden, auf Bodenhöhe und in der Luft unter den Heizgeräten sowie am gegenüberliegenden Ende der Unterstände und im Freien gemessen.
Auf der Grundlage dieser Pilotexperimente wurde beschlossen, im Jahr 2023 Hitzewellensimulationen in Lettland, Irland, Belgien, Ungarn und Dänemark einzurichten. In jedem Unterstand werden 6 Infrarotheizungen angebracht und eine 5-tägige Hitzewelle am Ende der 3-monatigen Dürreperiode simuliert.
In Lettland (NUTS-2-Region Boreal) wurden die Versuche auf ökologischen und konventionellen Feldern durchgeführt. Winterweizen wurde in beiden Systemen angebaut. In jedem der Anbausysteme wurden die Pflanzen auf dem offenen Feld und unter Schutzdächern angebaut. Unter den Schutzdächern werden die Pflanzen nach dem von NOA entwickelten Szenario bewässert.
Bodenproben wurden während der Weizenblüte, bei der Ernte und im Monat nach der Ernte entnommen und an verschiedene SOILGUARD-Partnerinstitute zur physikalischen, chemischen und biologischen Analyse geschickt. Die Experimente mit Trockenheit und Hitzewellen werden 2023 fortgesetzt.
In Ungarn wurde das erste Versuchsjahr abgeschlossen. In Versuch 3-3 wurden sowohl ökologische als auch konventionelle Anbausysteme mit Regenschutzdächern abgedeckt, um Regenwasser zu reduzieren und Trockenheit zu simulieren. Entsprechend den von NOA berechneten Klimawandelszenarios, wurde die ermittelte Wassermenge durch Bewässerung aufgebracht.
Als Kontrollflächen wurden in der Nähe der geschützten Bereiche ebenfalls 3-3 ökologische und konventionelle Parzellen zur Probenahme angelegt.
Im zweiten Jahr des Experiments wird die Dürresimulation in den Unterständen durch Infrarotstrahler ergänzt, um zusätzlich Hitzewellen zu simulieren. Jede Parzelle wurde beprobt, und die Analyse der Bodenproben und die Auswertung der Daten findet aktuell statt.
Das Versuchsgelände in Mittelfinnland besteht aus 50 m * 50 m großen Parzellen, die nebeneinander liegen und von Rückegassen durchzogen sind. Der Versuchsaufbau umfasst Vergleiche zwischen Einzelbaumauslese, Durchforstung von unten und kürzlichen Kahlschlag in Fichten dominierten Beständen. Der ursprüngliche Entwurf stammt aus dem Jahr 1986 (Laiho et al. 2011, Forestry 84: 547-556), dementsprechend ist das Alter der dominierenden Bäume ca. 40 Jahre in dem ungleichmäßig gealterten Dauerwald (CCF40).
Diese “nachhaltige” Behandlung wird mit verschiedenen Stadien der “konventionellen” gleichmäßig-gealterten Forstwirtschaft verglichen: Durchforstung von unten (40 Jahre, T40), Schutzholzeinschlag (vor 12 Jahren, TSW12) und Kahlschlag (vor 12 Jahren, T12). Die Dürresimulationen werden auf drei Wiederholungsflächen pro Behandlung durchgeführt und mit den nahe gelegenen Kontrollflächen verglichen.
In Irland wurde die Klimasimulation in einem Feldversuch auf beweidetem Grasland im Teagasc Research Centre, Johnstown Castle, Co. Wexford durchgeführt. Die Simulation wurde in der südlichen NUTS-2-Region Irlands durchgeführt, die ein gemäßigtes ozeanisches Klima mit historisch reichlichen Niederschlägen und einem Mangel an Temperaturextremen aufweist. In den letzten Jahren hat diese Region jedoch mehrere Dürreereignisse erlebt, die sich erheblich auf die landwirtschaftliche Produktivität ausgewirkt haben.
Um zu verstehen, wie die biologische Vielfalt und die Funktion des Bodens auf simulierte Trockenheit und Hitzewellen im irischen landwirtschaftlichen Grünland reagierten, wurden Bodenproben von beweideten Koppeln entnommen, die entweder mit Kleegras oder mit artenreichem Grünland bepflanzt waren. Die Mehrartenwiesen umfassten eine Mischung aus L. perenne, P. pratense, T. repens, T. pratense, C. intybus und P. lanceolata, die hohe Erträge bei geringerem Düngereinsatz liefern und mit geringeren Nährstoffverlusten verbunden sind.