Due to a high population growth (approx. 2.5 % p.a) the food-sector in Syria is facing in-creasing problems. An enormous increase in population results in increased demand for food. This has adversely affected the socio-economic and ecological development in the country. Intensive use of various natural resources has led to significant changes in land use pattern, especially due to use of inappropriate methods in the agricultural sector. The increasing anthropogenic pressure on the sensitive ecological structure of the respective area causes environmental damages, in particular degradation of soil characteristics. In the semi-arid and arid eco-climatic zones vast areas are facing desertification. Soil erosion through water represents the main form of land degradation in the north-west of Syria. Particularly vulnerable are the soils with a shallow or no vegetation cover, such as the soils found in the Mediterranean hills, where olives are cultivated. For this research the Afrin region, located in the northwest of Syria, was selected as study area, in order to analyse and assess the extent of degradation. For estimation of erosion the relevant parameters of the “Universal Soil Loss Equation USLE” were used. These para-meters were adapted and integrated through remote sensing and GIS. LANDSAT TM and ASTER satellite imagery of the investigated area were used for this purpose. Data were acquired at the end of the dry season. In order to achieve an accurate evaluation and high-quality comparison of multi-temporal satellite data, imagery was firstly geometrically and atmospherically corrected and then analysed. The vegetation coverage and its current de-gradation level were investigated by spectral mixture analysis (SMA). The digital elevation model (DEM) derived from ASTER data was utilized to generate the slope gradient (S) and the slope length (L). In addition to the laboratory analysis, grain size index (GSI) and SMA were used for the characterization and mapping of soil erodibility. Land-use/land-cover classification and change detection were determined by using pixel-based classification procedures (maximum likelihood classification) and post classification methods respectively. Required samples for land cover classification of the remotely sensed data were collected during the field work, in addition to the soil samples for soil analysis. The results of this study show that advanced methods of remote sensing and GIS provide powerful tools not only for a better understanding of the land use changes, but also for an accurate assessment of land degradation and desertification. This knowledge, in turn, con-tributes highly towards developing effective and appropriate management strategies for sustainable use and conservation of natural resources in the north-west of Syria

Due to a high population growth (approx. 2.5 % p.a) the food-sector in Syria is facing in-creasing problems. An enormous increase in population results in increased demand for food. This has adversely affected the socio-economic and ecological development in the country. Intensive use of various natural resources has led to significant changes in land use pattern, especially due to use of inappropriate methods in the agricultural sector. The increasing anthropogenic pressure on the sensitive ecological structure of the respective area causes environmental damages, in particular degradation of soil characteristics. In the semi-arid and arid eco-climatic zones vast areas are facing desertification. Soil erosion through water represents the main form of land degradation in the north-west of Syria. Particularly vulnerable are the soils with a shallow or no vegetation cover, such as the soils found in the Mediterranean hills, where olives are cultivated. For this research the Afrin region, located in the northwest of Syria, was selected as study area, in order to analyse and assess the extent of degradation. For estimation of erosion the relevant parameters of the “Universal Soil Loss Equation USLE” were used. These para-meters were adapted and integrated through remote sensing and GIS. LANDSAT TM and ASTER satellite imagery of the investigated area were used for this purpose. Data were acquired at the end of the dry season. In order to achieve an accurate evaluation and high-quality comparison of multi-temporal satellite data, imagery was firstly geometrically and atmospherically corrected and then analysed. The vegetation coverage and its current de-gradation level were investigated by spectral mixture analysis (SMA). The digital elevation model (DEM) derived from ASTER data was utilized to generate the slope gradient (S) and the slope length (L). In addition to the laboratory analysis, grain size index (GSI) and SMA were used for the characterization and mapping of soil erodibility. Land-use/land-cover classification and change detection were determined by using pixel-based classification procedures (maximum likelihood classification) and post classification methods respectively. Required samples for land cover classification of the remotely sensed data were collected during the field work, in addition to the soil samples for soil analysis. The results of this study show that advanced methods of remote sensing and GIS provide powerful tools not only for a better understanding of the land use changes, but also for an accurate assessment of land degradation and desertification. This knowledge, in turn, con-tributes highly towards developing effective and appropriate management strategies for sustainable use and conservation of natural resources in the north-west of Syria

Klimawandel und Bodendegradation üben Druck auf die Nahrungsmittelproduktion sowie auf die Fähigkeit des Bodens zur Minderung des Klimawandels beizutragen aus. Bodendegradation hat negative Auswirkungen auf die Bodenqualität. Ziel dieser Arbeit ist die Analyse der Effekte von landwirtschaftlich getriebener Bodendegradation, vor allem durch Pflügen und dem Umgang mit Ernterückständen. Es wird ein Überblick über das Thema Bodendegradation gegeben, gefolgt von Erweiterung des globalen Ökosystemmodells Lund-Potsdam-Jena-managed-Land (LPJmL) um eine detaillierte Prozessabbildung von Pflugpraktiken und Effekten von Ernterückständen. Diese ermöglicht die Analyse der Effekten von landwirtschaftlichen Managements auf die Anpassung und Minderung des Klimawandel. Das Modell kann die Effekte von naturerhaltender landwirtschaftlicher Bewirtschaftung (im Englischen bekannt als Conservation Agriculture) auf Kohlenstoffvorräte im Boden und CO2 Emissionen simulieren. Im letzten Teil wird die historische Dynamik der Entwicklung von Bodenkohlenstoff (engl.: Soil Organic Carbon – SOC) und die Effekte von Annahmen zum zukünftigen Management unter unterschiedlichen Klimaszenarien gezeigt. Die Ergebnisse zeigen, dass durch die historische Umwandlung von natürlicher Vegetation zu landwirtschaftlicher Fläche bis zu 215 Pg SOC im Boden verloren gegangen sind. Bis zum Ende des Jahrhunderts könnten weitere 38 Pg SOC zusätzlich verloren gehen, wird die heutige landwirtschaftliche Fläche nicht nachhaltig bewirtschaften. Die Bewirtschaftung mit dem Pflug zeigt einen geringen Einfluss auf die Kohlenstoffvorräte des Bodens, während die Wahl der Behandlung von Ernterückständen erheblich Einfluss hat. Die Rückführung von Ernterückständen hat positive Einflüsse auf Bodenwassergehalt und Ernteproduktivität, mit regionalen Unterschieden. Insgesamt zeigen 46% der heute Landwirtschaftsfläche das Potenzial zur Steigerung des Bodenkohlenstoff, während mindestens 52% Kohlenstoff im Boden verlieren könnten. / Climate change and increasing soil degradation put pressure on the global food production systems and the ability of land for climate change mitigation. Additionally, soil degradation has negative implications on soil quality. This thesis analyzes the effects of agricultural-driven global soil degradation, in particular tillage and residue management. At first, a review the state of knowledge on global soil degradation is provided. Soil organic carbon (SOC) decline is one of the major forms of soil degradation on cropland and a useful indicator of the status of soil degradation. Secondly, to study the effects of different pathways of agricultural management on biophysical and biogeochemical flows, the global ecosystem model Lund-Potsdam-Jena managed Land (LPJmL) is extended by a detailed representation of tillage practices and residue management. This improvement of LPJmL allows for the analysis of management-related effects on agricultural mitigation of climate change adaption and the reduction of environmental impacts. The model can simulate the effects of conservation practices on SOC stocks and CO2 emissions. And third, SOC development and the effects of different management assumptions under climate change is analyzed. This shows that approximately 215 Pg SOC was lost due to the historical conversion of natural land to cropland and up to 38 Pg SOC could be additionally lost on already existing cropland until the end of the century if cropland is not managed sustainably. The type of tillage system has small effects on the SOC stocks, while the choice of crop residue treatment is shown to be the main driver governing SOC development. Returning residues to the soil slows the decline of SOC, and positively affects soil moisture and crop productivity, with regional differences. In total, up to 46% of todays’ cropland shows the potential for SOC increase, while at least 52% of cropland today will undergo further SOC loss as a form of soil degradation.

Bodendegradation ist ein wachsendes Problem von Pakistan, die Biomasse Verlust verursacht und hat einen schlechten Einfluss auf die Wirtschaft des Landes. Nordöstlich von der Provinz Punjab, die berühmt für die Reisanbau ist, leidet auch mit diesem Problem. Zusammen mit einigen anderen Gründen, sind institutionelle Aufbau in den Regionen und der Landnutzungsänderungen der Hauptgründe für diesen Abbau. Obwohl das Land ist, die privaten Eigentümern, aber wegen der Störung der bestehenden Eigentumsrechte und die jüngste Stadterweiterung in der Region hat interfamiliären Konflikte zwischen Grundbesitzern im Zusammenhang mit Entfremdung Land provoziert. Diese Konflikte haben ein Potenzial von gefährden ländlichen Setup und der landwirtschaftlichen Produktion des Landes. Das Ziel der Studie ist es, diese Konflikte Ansatz, den Schwerpunkt auf die Notwendigkeit des institutionellen Wandels für die Nutzung von landwirtschaftlichen degradierten Flächen und mögliche Governance-Struktur für Land Umwandlung in Pakistan. Die Organe der Sustainability Framework von Hagedorn et al (2002) wird verwendet werden, und einige politische Empfehlungen gehen abgeleitet werden. / Land degradation is a growing problem of Pakistan, which causes biomass loss and has a bad effect on the economy of the country. Northeast of Punjab province, which is famous for the rice cultivation, is also suffering with this problem. Along with some other reasons, institutional setup in the regions and the land-use change are the main reasons of this degradation. Although the land is owned by private owners, but because of the malfunctioning of existing property rights and the recent urban expansion in region has provoked interfamily conflicts between landowners related to land alienation. These conflicts have a potential of jeopardising rural setup and agriculture production of the country. The aim of the study is to approach these conflicts, focus on the need of institutional change for the use of agricultural degraded lands and possible governance structure for land conversion in Pakistan. The Institutions of Sustainability Framework of Hagedorn et al (2002) will be employed and some policy recommendations are going to be derived

In Mitteleuropa sind gegenwärtig zwei Trends der Agrarlandschaftsentwicklung zu beobachten. Einerseits nimmt der Anteil kleinbäuerlicher Agrarsysteme durch Rationalisierung und Flurbereinigung immer weiter ab. Andererseits haben ökologische Probleme der industriellen Landwirtschaft dazu geführt, dass ein verstärkter Bodenschutz und die Rediversifizierung strukturarmer Agrarlandschaften angestrebt wird. Das Proszowice Plateau und das Mittelsächsische Lösshügelland repräsentieren naturräumlich vergleichbare Lösslandschaften in Mitteleuropa mit großen Unterschieden der Landwirtschaftssysteme. Das Ziel der Arbeit ist die Beantwortung der Frage, wie sich unterschiedliche Agrarsysteme auf geoökologische Standorteigenschaften und Bodendegradation in den Lösslandschaften auswirken. Dafür wird eine vergleichende Bewertung der jeweiligen Bodenverhältnisse vorgenommen, mit einem Fokus auf die chemischen Bodenparameter. In den Frühjahren 2013 und 2014 wurden insgesamt 366 Standorte auf genommen und klassifiziert sowie 243 Bodenproben auf geochemische Parameter analysiert. Die größten Differenzen zwischen den Böden der Lösslandschaften spiegeln sich in den C/N-Verhältnissen sowie den Parametern Nt, KAKpot, pH-Werten, dem Anteil von Chwl an Corg, Kcal und Corg. Dabei handelt es sich fast ausschließlich um Parameter, die direkt vom Agrarmanagement beeinflusst sind. Im Ergebnis zeigt sich, dass die Böden in den naturräumlich vergleichbaren Lösslandschaften deutliche Differenzen aufweisen, welche auf die jeweilige landwirtschaftliche Nutzung zurückzuführen sind. Allerdings wirken sich die kleinbäuerliche und die agrarindustrielle Landnutzung nur teilweise unterschiedlich auf die Bodenfruchtbarkeit und die Verhältnisse verschiedener Kohlenstofffraktionen aus. Der Unterschied zwischen den Landschaften besteht hauptsächlich darin, dass trotz vergleichbarer organischer Kohlenstoffgehalte der Anteil der labilen Kohlenstofffraktion und deren Gesamtmenge auf dem Proszowice Plateau deutlich geringer ist. Dies ist ein Beleg für eine höhere Humusqualität im polnischen Lössgebiet. Entgegen der Hypothese, dass auf dem kleinbäuerlich geprägten Proszowice Plateau deutlich geringere Nährstoffgehalte zu finden seien, liegen die Phosphatmesswerte in beiden Landschaften auf vergleichbarem, sehr hohem Niveau. Dies ist vor allem ein Resultat intensiver Düngung in den Jahrzehnten vor 1989. Die Böden beider Landschaften zeigen deutliche Degradationserscheinungen, welche durch aktuelle Landnutzungstrends verstärkt werden. Die kleinbäuerliche Landwirtschaft hat ein heterogenes Bodenmosaik hervorgebracht und ist vor allem durch physikalische Bodendegradation geprägt. Die fragmentierte Parzellierung erschwert zugleich die Umsetzung von Erosions- und Bodenschutzmaßnahmen. Die industrialisierte Großflächenlandwirtschaft zeichnet sich vor allem durch chemische Bodendegradation wie Humusabbau und eine geringere Humusqualität aus. Positive Effekte von konservierender Bodenbearbeitung muss vor dem Hintergrund der Umweltwirkungen von Herbiziden bewertet werden. Darüber hinaus wurden während der Flurbereinigung des Mittelsächsischen Lösshügellands eine große Zahl ökologisch wichtiger Landschaftsstrukturelemente beseitigt. Die Biota, welche vorher mit der heutigen des Proszowice Plateaus vergleichbar war, wurde dadurch nachhaltig geschädigt. Beide Agrarsysteme eignen sich deshalb gegenwärtig nicht als Vorbild für nachhaltige Bodennutzung.:Abbildungsverzeichnis ..... V Tabellenverzeichnis ..... VIII Abkürzungsverzeichnis ..... VIII Zusammenfassung ..... IX Abstract ..... XII Streszczenie ..... XV 1. Einleitung und Fragestellung ..... 1 1.1 Problemstellung und Verortung der Arbeit ..... 1 1.2 Zielstellung der Arbeit ..... 3 2. Untersuchungsgebiete und Stand der Forschung ..... 5 2.1 Die Untersuchungslandschaften ..... 5 2.1.1 Das Proszowice Plateau (Płaskowyż Proszowicki) ..... 6 2.1.2 Das Mittelsächsische Lösshügelland ..... 12 2.1.3 Vergleichbarkeit der Untersuchungslandschaften ..... 19 2.2 Physikalische Bodendegradation und Heterogenitäten des Bodenmosaiks in den Untersuchungslandschaften ..... 21 2.2.1 Physikalische Bodendegradation auf dem Proszowice Plateau und in Lössgebieten im Süden Polens ..... 21 2.2.2 Physikalische Bodendegradation im Mittelsächsischen Lösshügelland ..... 24 2.3 Geochemische Bodendegradation – Stand der Forschung ..... 26 2.3.1 Das Corg/Nt-Verhältnis in Lössböden. ..... 26 2.3.2 Heißwasserlöslicher Kohlenstoff und Stickstoff im Boden. ..... 28 2.3.3 Phosphate im Boden ..... 29 2.3.4 Kalium in ackerbaulich genutzten Oberböden ..... 34 3. Methoden ..… 37 3.1 Methodisch-theoretische Vorüberlegungen ..... 37 3.2 Bodenkundliche Methoden: Standortauswahl, Gelände- und Labormethoden ..... 37 3.2.1 Standortauswahl: Methoden zur Auswahl von Teiluntersuchungsgebieten für die bodenkundliche Standortansprache. ..... 37 3.2.2 Geoökologische und bodenkundliche Gelände- und Labormethoden ..... 46 3.2.3 Methoden zur statistischen Auswertung ..... 48 3.2.4 Ergänzende Datensätze für bodenkundliche Auswertungen ..... 48 4. Ergebnisse und Diskussion der Bodenverhältnisse in den Untersuchungsgebieten ..... 50 4.1 Ergebnisse der Auswahl von Teiluntersuchungsgebieten für empirische Bodenanalysen ..... 50 4.1.1 Landschaftsgliederung und Auswahl repräsentativer Teileinzugsgebiete ..... 50 4.1.2 Übersicht der Standort- und Bodenaufnahmen. ..... 55 4.2 Geländebefunde der Bodenverhältnisse in den Vergleichslandschaften ..... 57 4.3 Geochemische Analysen der Böden in den Untersuchungsgebieten ..... 60 4.3.1 Überblick über die Laborergebnisse ..... 60 4.3.2 Abhängigkeiten zwischen Bodenparametern und Relief in den Untersuchungsgebieten ..... 66 4.3.3 Heterogenität und Homogenität des Bodenmosaiks im Vergleich zwischen den Lösslandschaften .....72 4.3.4 C/N-Verhältnisse in den Böden der Untersuchungsgebiete ..... 83 4.3.5 Labiler Kohlenstoff und Stickstoff im Boden ..... 96 4.3.6 Pflanzenverfügbare Nährstoffe Pcal und Kcal im Boden ..... 100 5. Synthese und Ausblick ..... 109 6. Literatur ..... 117 7. Anhang ..... A / Two specific trends are currently apparent in agrarian landscape development in Central Europe. The proportion of smallholding agricultural systems is diminishing through the rationalization, reallocation and consolidation of agricultural land holdings. At the same time, ecological problems resulting from industrial farming have prompted an increase in soil protection mechanisms and diversification strategies across structurally poor agrarian landscapes. The Proszowice Plateau (Małopolska Upland, southern Poland) and the Central Saxon Loess Hill Country (Saxony, Germany) represent comparable loess landscapes with significant differences in agricultural systems. The Proszowice Plateau in Southern Poland is characterized by a peasant agricultural system and a traditionally well-structured cultural landscape, while the loess landscape in Central Saxon Loess Hill Country is characterized by large-scale industrial agriculture. The goal of this study is to determine the effects of different agricultural systems on geoecological site conditions and soil degradation in loess landscapes. The following hypotheses were tested according to a systematic and comparative evaluation of the respective soil conditions, and were extrapolated into more detailed sub-hypotheses in the course of the study: A) The different use-specific agricultural systems in the landscapes studied show correspondingly different levels of soil development and degradation, which is reflected in the results of geo-chemical analysis. B) The different agricultural systems affect differences in soil fertility in relation to corresponding carbon fractions in soil in loess landscapes. C) Soil conditions in both landscapes studied show distinct degradation phenomena that is intensified through current land use trends. The analyses were undertaken on both the macrochoric scale of the landscape, as well as the mesochoric level of sub-catchment areas. The representative sub-catchment areas for land survey were selected according to their relief gradients on the basis of a cluster analysis with Terrain Ruggedness Index (TRI)-classes. Extensive land surveys were undertaken within the catchment areas followed by laboratory analyses of physical and chemical soil parameters. Early in both 2013 and 2014, a total of 366 sites were recorded and classified, and 243 soil samples were analyzed for geochemical parameters. In addition, the grain-size distribution could be determined in 83 samples. A Random Forest classification and a factor analysis of the laboratory results show that the difference between the soils of the loess landscapes can be best explained through the C/N ratio, as with TN, potential CEC, pH-levels, the proportions of labile C in SOC pools, plant-available K and SOC. This almost exclusively concerns those parameters directly influenced by the different agricultural management mechanisms of the different agrarian systems. In addition Mann-Whitney-U-Tests and Levene-Tests could prove statistically significant differences between the landscapes for the majority of soil parameters. An exception was found in the pH-levels, SOC and plant-available P. Their mean levels were comparable in both landscapes, but differentiated distinctly in mean variation. The larger variance of the soil parameters on the Proszowice Plateau is also evident on the scale level of sub-catchment areas. It documents a larger spatial heterogeneity of soil conditions and corresponds well with the results of the field assessments. In comparison, Central Saxon Loess Hill Country is characterized by a comparatively larger geochemical homogeneity. In most of the levels recorded, a correlation between relief characteristics and geochemical parameters was only evident at the Proszeowice Plateau. Furthermore a good alignment of the measurement results with those of soil levels collected over many years by municipal authorities confirmed that the chosen study design of this research accurately represented the status quo of field soils in the loess landscapes studied. The C/N-rations have the most important influence upon the differentiations between the loess landscapes. At the field sites in both landscapes these levels point to a high turnover dynamic of organic soil components. Here the C/N ratios in the Central Saxon Hills loess landscape distinctly closer and lie mostly at a level at which the conditions of a standard soil treatment is characterized by strong depletion of humus. This can be interpreted as the result of fertilizer management. The influence of different tillage practices on the C/N-ratio were also investigated. For verification, the measured data was taken from an area that had been continuously tested over a 25-year period where plots had been differently worked with ploughing and soil conservation methods. The results showed that these methods of soil treatment had an insignificant influence on the C/N-ratio of the topsoil. Upon this background, hypothesis A can be confirmed, where the soil in the naturally comparable loess landscapes show distinct differences that can be attributed to their respective agricultural use. According to the results of this study, Hypothesis B must be partly discarded. This hypothesis stated that the peasant and industrial agricultural land use differently affected the soil fertility and ratios of different carbon fractions. The mean labile carbon and nitrogen fractions were at a relatively high level in both study landscapes and thus showed a good nutrient levels. The difference between the two landscapes predominantly lies within the fact that despite relatively similar carbon content, the proportion and total amount of labile carbon fractions are distinctly less at the Proszowice Plateau. This is evidence of a higher quality of humus in the Polish study area. In contrast, the soils of both landscapes were largely over-supplied with plant-available phosphates. Against the hypothesis that distinctly less nutrient content is found at the Proszowice Plateau province characterized by smallholdings, levels were in fact comparable. This is the result of the intensive use of fertilizers in the years before 1989. Because of the remobilization of organic and absorbed phosphate, nowadays a reduced phosphate delivery is possible without negatively affecting yields. In summary, Hypothesis C can also be confirmed, that the soils of both study areas show distinct effects of degradation through which current land use trends are intensified. Peasant agriculture produces an heterogeneous soil mosaic and is primarily characterized by physical soil degradation. The fragmented parcelling makes the implementation of erosion and soil protection measures more difficult. Industrial large-scale agriculture is characterized by chemical soil degradation such as humus depletion and diminished humus quality. The increasing use of reduced and no-till practices – which are considered positive from a soil protection perspective – must, however be evaluated with regard to the environmental impact of herbicides. Also, during the relocation and consolidation of agricultural landholdings in Central Saxon Loess Country, a significant number of ecologically important structural landscape elements have been removed. The Biota, which was previously comparable with the current Proszowice Plauteau, has received sustained damage as a result. Therefore neither agricultural system is appropriate as a current guiding example for sustainable agriculture.:Abbildungsverzeichnis ..... V Tabellenverzeichnis ..... VIII Abkürzungsverzeichnis ..... VIII Zusammenfassung ..... IX Abstract ..... XII Streszczenie ..... XV 1. Einleitung und Fragestellung ..... 1 1.1 Problemstellung und Verortung der Arbeit ..... 1 1.2 Zielstellung der Arbeit ..... 3 2. Untersuchungsgebiete und Stand der Forschung ..... 5 2.1 Die Untersuchungslandschaften ..... 5 2.1.1 Das Proszowice Plateau (Płaskowyż Proszowicki) ..... 6 2.1.2 Das Mittelsächsische Lösshügelland ..... 12 2.1.3 Vergleichbarkeit der Untersuchungslandschaften ..... 19 2.2 Physikalische Bodendegradation und Heterogenitäten des Bodenmosaiks in den Untersuchungslandschaften ..... 21 2.2.1 Physikalische Bodendegradation auf dem Proszowice Plateau und in Lössgebieten im Süden Polens ..... 21 2.2.2 Physikalische Bodendegradation im Mittelsächsischen Lösshügelland ..... 24 2.3 Geochemische Bodendegradation – Stand der Forschung ..... 26 2.3.1 Das Corg/Nt-Verhältnis in Lössböden. ..... 26 2.3.2 Heißwasserlöslicher Kohlenstoff und Stickstoff im Boden. ..... 28 2.3.3 Phosphate im Boden ..... 29 2.3.4 Kalium in ackerbaulich genutzten Oberböden ..... 34 3. Methoden ..… 37 3.1 Methodisch-theoretische Vorüberlegungen ..... 37 3.2 Bodenkundliche Methoden: Standortauswahl, Gelände- und Labormethoden ..... 37 3.2.1 Standortauswahl: Methoden zur Auswahl von Teiluntersuchungsgebieten für die bodenkundliche Standortansprache. ..... 37 3.2.2 Geoökologische und bodenkundliche Gelände- und Labormethoden ..... 46 3.2.3 Methoden zur statistischen Auswertung ..... 48 3.2.4 Ergänzende Datensätze für bodenkundliche Auswertungen ..... 48 4. Ergebnisse und Diskussion der Bodenverhältnisse in den Untersuchungsgebieten ..... 50 4.1 Ergebnisse der Auswahl von Teiluntersuchungsgebieten für empirische Bodenanalysen ..... 50 4.1.1 Landschaftsgliederung und Auswahl repräsentativer Teileinzugsgebiete ..... 50 4.1.2 Übersicht der Standort- und Bodenaufnahmen. ..... 55 4.2 Geländebefunde der Bodenverhältnisse in den Vergleichslandschaften ..... 57 4.3 Geochemische Analysen der Böden in den Untersuchungsgebieten ..... 60 4.3.1 Überblick über die Laborergebnisse ..... 60 4.3.2 Abhängigkeiten zwischen Bodenparametern und Relief in den Untersuchungsgebieten ..... 66 4.3.3 Heterogenität und Homogenität des Bodenmosaiks im Vergleich zwischen den Lösslandschaften .....72 4.3.4 C/N-Verhältnisse in den Böden der Untersuchungsgebiete ..... 83 4.3.5 Labiler Kohlenstoff und Stickstoff im Boden ..... 96 4.3.6 Pflanzenverfügbare Nährstoffe Pcal und Kcal im Boden ..... 100 5. Synthese und Ausblick ..... 109 6. Literatur ..... 117 7. Anhang ..... A / Obecnie obserwuje się dwa kierunki rozwoju krajobrazów rolniczych w Europie Środkowej. Z jednej strony liczba małych gospodarstw rolnych spada w wyniku racjonalizacji rolnictwa i scalania gruntów. Z drugiej zaś strony, problemy wynikające z niekorzystnego oddziaływania rolnictwa przemysłowego na środowisko stymulują działania zmierzające do zwiększenia ochrony gleb i ponownej dywersyfikacji krajobrazów rolniczych. Płaskowyż Proszowicki i Wyżyna Lessowa w Centralnej Saksonii stanowią podobne krajobrazy lessowe pod względem środowiska przyrodniczego. Różnią je natomiast systemy gospodarowania. Płaskowyż Proszowicki, znajdujący się na południu Polski, charakteryzuje się rozdrobnionym rolnictwem, a także tradycyjnym i zróżnicowanym krajobrazem kulturowym. Wyżynę Lessową w Centralnej Saksonii wyróżnia zaś wielkoskalowe rolnictwo przemysłowe. Celem pracy jest określenie w jaki sposób różne systemy rolne wpływają na geoekologiczne właściwości i degradację gleb na obszarach lessowych. Poniżej zaprezentowano hipotezy badawcze, które zostały przetestowane za pomocą systematycznej analizy porównawczej odpowiednich warunków glebowych i poparte dodatkowymi, szczegółowymi hipotezami pobocznymi: A) Różnice w systemach gospodarowania badanych krajobrazów doprowadziły do specyficznego dla nich użytkowania, a tym samym innego, rozwoju gleby i jej degradacji, co widoczne jest w pomiarach geochemicznych. B) Różne systemy gospodarowania są powodem różnic w żyzności gleby i w zawartości węgla w glebach krajobrazów lessowych. C) Gleby w badanych krajobrazach wykazują znaczną degradację, którą nasilają obecne kierunki użytkowania gruntów. Analizę przeprowadzono zarówno na poziomie krajobrazu, jak i na poziomie zlewni. Zlewnie reprezentatywne do badań terenowych wybrano na podstawie gradientu rzeźby terenu w oparciu o analizę skupień zgodnie z klasyfikacją indeksu chropowatości terenu (Topographic Ruggedness Index). W zlewniach wykonano odkrywki glebowe w układzie katenalnym, a następnie w laboratorium określono fizyczne i chemiczne parametry gleb. W latach 2013-2014 wykonano i sklasyfikowano 366 odkrywek, a 243 próbek glebowych poddano analizie laboratoryjnej w celu ustalenia ich parametrów geochemicznych. Dodatkowo dla 83 próbek ustalono uziarnienie. Algorytm Random Forest oraz analiza czynnikowa wyników laboratoryjnych wykazują, że różnice między glebami obszarów lessowych można najlepiej wyjaśnić różnicami C/N, N, PWK, pH, K, OWO oraz różnicami w udziale RWO w OWO. Na wymienione powyżej parametry bezpośrednio wpływają prawie wyłącznie sposoby gospodarowania. Ponadto na podstawie testu Manna–Whitneya oraz testu Levene’a jednorodności wariancji dla większości parametrów gleby wykazano istotne statystycznie różnice między badanymi obszarami. Wyjątek stanowią takie właściwości jak: pH, OWO i P . Ich średnie wartości są na obu obszarach porównywalne. Różnią się jednak średnim odchyleniem. Większa zmienność parametrów gleby na Płaskowyżu Proszowickim charakteryzującym się rozdrobnieniem gospodarstw, jest wyraźnie widoczna w skali zlewni. Większa przestrzenna heterogeniczność właściwości gleby została też potwierdzona wynikami badań terenowych. Wyżyna Lessowa w Centralnej Saksonii charakteryzuje się zaś stosunkowo dużą homogenicznością geochemiczną. W przypadku większości pomiarów na Płaskowyżu Proszowickim można było też stwierdzić współzależność między cechami rzeźby terenu a właściwościami geochemicznymi. Ponadto zgodność wyników pomiarów z wynikami wieloletnich analiz gleby prowadzonych w gminach potwierdziła, że wybrana dla tej pracy metoda dobrze obrazuje status quo gleb użytkowanych rolniczo na obszarach lessowych. Stosunek C/N w największym stopniu różnicuje gleby badanych obszarów lessowych. Wskazuje on na dużą dynamikę wymiany organicznych składników gleby na terenach uprawnych obu porównywanych obszarów. Zakres wartości stosunku C/N na Wyżynie Lessowej w Centralnej Saksonii jest znacznie węższy i osiąga wartości, które w warunkach zwykłego użytkowania rolnego charakteryzują gleby z silną degradacją próchnicy. Można to interpretować jako wynik dużego nawożenia. Zbadano także wpływ różnorodnych mechanicznych metod uprawy na stosunek C/N. Do weryfikacji wyników wykorzystano wartości 25-letnich, pomiarów na obszarze gruntów ornych i obszarach, gdzie wykorzystywane są metody ochrony gruntów. Wykazano, że metoda uprawy ma nieznaczny wpływ na stosunek C/N w poziomie próchniczym. Mając na uwadze powyższe, można zasadniczo potwierdzić hipotezę A, zgodnie z którą gleby obszarów lessowych podobnych pod względem środowiska przyrodniczego, różnią się znacznie ze względu na inne ich użytkowanie rolne. W świetle wyników niniejszej pracy hipoteza B musi natomiast zostać częściowo odrzucona. Według tej hipotezy rozdrobnione i przemysłowe rolnictwo, mają odmienny wpływ na żyzność gleby i ilościowy stosunek węgla do azotu. Średni stosunek węgla do azotu był zaś na ogół wysoki w obu obszarach, co wskazuje na dobry dostęp do substancji odżywczych. Różnica między porównywanymi obszarami wynika głównie z faktu, że odsetek niestabilnych frakcji węgla, jak i jego całkowita ilość są na Płaskowyżu Proszowickim znacznie niższe mimo podobnej zawartości węgla organicznego. Jest to dowód na wyższą jakość próchnicy na badanym obszarze w Polsce. Gleby obu obszarów są natomiast ponadprzeciętnie zaopatrywane w pozyskiwane z roślin fosforany. Hipotezie głoszącej, że na małorolnym Płaskowyżu Proszowickim można zanotować niższe ich wartości, przeczą pomiary wskazujące, że wartości fosforanów są na podobnym poziomie w obydwu obszarach. Wynika to z intensywnego nawożenia przed 1989 rokiem. W wyniku remobilizacji organicznego i zaabsorbowanego fosforu, obecnie możliwe jest zredukowanie dostawy fosforanu bez negatywnych skutków dla plonów. Podsumowując, trzeba stwierdzić, że również hipoteza C znajduje potwierdzenie. Zgodnie z jej założeniami, gleby obu badanych obszarów wykazują wyraźną degradacje, która jest zintensyfikowana przez obecne kierunki użytkowania gruntów. Rozdrobnienie gruntów przyczyniło się do pow-stania niejednorodnej mozaiki glebowej, dla której charakterystyczna jest fizyczna degradacja gleby. Rozdrobnienie gruntów utrudnia wprowadzanie zabiegów ochrony gleby i zapobieganiu erozji. Obszary rolnictwa przemysłowego cechuje zaś przede wszystkim chemiczna degradacja gleb, tj. zmniejszenie ilości próchnicy i pogorszenie jej jakości. To, pozytywne z punktu widzenia ochrony gleby, tradycyjne użytkowanie gruntów musi być oceniane pod kątem oddziaływania herbicydów na środowisko przyrodnicze. Ponadto, podczas konsolidacji gruntów na Wyżynie Lessowej w Centralnej Saksonii usunięto dużą liczbę ekologicznie ważnych elementów krajobrazu. Flora i fauna, którą można było kiedyś porównać z dzisiejszym Płaskowyżem Proszowickim, uległa trwałemu zniszczeniu. Obydwa systemy rolnicze nie są zatem obecnie modelem zrównoważonego użytkowania gruntów.:Abbildungsverzeichnis ..... V Tabellenverzeichnis ..... VIII Abkürzungsverzeichnis ..... VIII Zusammenfassung ..... IX Abstract ..... XII Streszczenie ..... XV 1. Einleitung und Fragestellung ..... 1 1.1 Problemstellung und Verortung der Arbeit ..... 1 1.2 Zielstellung der Arbeit ..... 3 2. Untersuchungsgebiete und Stand der Forschung ..... 5 2.1 Die Untersuchungslandschaften ..... 5 2.1.1 Das Proszowice Plateau (Płaskowyż Proszowicki) ..... 6 2.1.2 Das Mittelsächsische Lösshügelland ..... 12 2.1.3 Vergleichbarkeit der Untersuchungslandschaften ..... 19 2.2 Physikalische Bodendegradation und Heterogenitäten des Bodenmosaiks in den Untersuchungslandschaften ..... 21 2.2.1 Physikalische Bodendegradation auf dem Proszowice Plateau und in Lössgebieten im Süden Polens ..... 21 2.2.2 Physikalische Bodendegradation im Mittelsächsischen Lösshügelland ..... 24 2.3 Geochemische Bodendegradation – Stand der Forschung ..... 26 2.3.1 Das Corg/Nt-Verhältnis in Lössböden. ..... 26 2.3.2 Heißwasserlöslicher Kohlenstoff und Stickstoff im Boden. ..... 28 2.3.3 Phosphate im Boden ..... 29 2.3.4 Kalium in ackerbaulich genutzten Oberböden ..... 34 3. Methoden ..… 37 3.1 Methodisch-theoretische Vorüberlegungen ..... 37 3.2 Bodenkundliche Methoden: Standortauswahl, Gelände- und Labormethoden ..... 37 3.2.1 Standortauswahl: Methoden zur Auswahl von Teiluntersuchungsgebieten für die bodenkundliche Standortansprache. ..... 37 3.2.2 Geoökologische und bodenkundliche Gelände- und Labormethoden ..... 46 3.2.3 Methoden zur statistischen Auswertung ..... 48 3.2.4 Ergänzende Datensätze für bodenkundliche Auswertungen ..... 48 4. Ergebnisse und Diskussion der Bodenverhältnisse in den Untersuchungsgebieten ..... 50 4.1 Ergebnisse der Auswahl von Teiluntersuchungsgebieten für empirische Bodenanalysen ..... 50 4.1.1 Landschaftsgliederung und Auswahl repräsentativer Teileinzugsgebiete ..... 50 4.1.2 Übersicht der Standort- und Bodenaufnahmen. ..... 55 4.2 Geländebefunde der Bodenverhältnisse in den Vergleichslandschaften ..... 57 4.3 Geochemische Analysen der Böden in den Untersuchungsgebieten ..... 60 4.3.1 Überblick über die Laborergebnisse ..... 60 4.3.2 Abhängigkeiten zwischen Bodenparametern und Relief in den Untersuchungsgebieten ..... 66 4.3.3 Heterogenität und Homogenität des Bodenmosaiks im Vergleich zwischen den Lösslandschaften .....72 4.3.4 C/N-Verhältnisse in den Böden der Untersuchungsgebiete ..... 83 4.3.5 Labiler Kohlenstoff und Stickstoff im Boden ..... 96 4.3.6 Pflanzenverfügbare Nährstoffe Pcal und Kcal im Boden ..... 100 5. Synthese und Ausblick ..... 109 6. Literatur ..... 117 7. Anhang ..... A

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