BO-I-3: Regenerosivität | Umweltbundesamt

BO-I-3: Regenerosivität

In Deutschland hat sich die Regenerosivität in den letzten rund 50 Jahren verdoppelt. Hohe Niederschlagsintensitäten erhöhen das Bodenabtragsrisiko: In Jahren mit heftigen Starkregenereignissen wie 2002 oder zuletzt 2021 waren die mittleren jährlichen R-Faktoren besonders hoch. Gezielte Erosionsschutzmaßnahmen auf empfindlichen Böden und bei großer Hangneigung können selbst bei hoher Regenerosivität den Bodenabtrag reduzieren.

Klimawandel erhöht Bodenabtragsrisiko

Heute nutzbare Böden sind das Resultat einer jahrtausendelangen Entwicklung, denn die Entstehung einer ein Zentimeter mächtigen Bodenschicht durch die Verwitterung von Gestein und die Zersetzung organischen Materials dauert mindestens hundert Jahre. Bodenverluste, beispielsweise aufgrund von ⁠Erosion⁠ durch Wasser oder Wind, sind deshalb in der Regel nicht zu ersetzen. Sie bedeuten einen schwerwiegenden ökologischen und wirtschaftlichen Schaden.
Die Auswirkungen des Klimawandels erhöhen das Risiko für Bodenabtrag. Erosionswirksame Extremwetterereignisse wie ⁠Starkregen⁠ treten voraussichtlich häufiger und mit höherer Intensität auf. Außerdem können zunehmende Winterniederschläge den Bodenabtrag begünstigen. Wenn im Winter der Niederschlag zudem vermehrt als Regen fällt und bei landwirtschaftlich genutzten Böden auf eine lückenhafte Vegetationsdecke trifft, kann es zu erheblichen Bodenverlusten kommen. Mit Temperaturerhöhungen verschieben sich zudem die Entwicklungsphasen der Pflanzen, auch der landwirtschaftlichen Kulturen (siehe ⁠Indikator⁠ LW-I-1). Die daraus resultierenden Veränderungen der Bodenbedeckung können das Erosionsrisiko zusätzlich verändern. Als Folge der verstärkten Frühjahrs- und Sommertrockenheit sind erosionsfördernde Lücken in der Vegetation sowie ausgetrocknete Bodenoberflächen zu erwarten. Dadurch steigt zusätzlich das Risiko von Winderosion. Wind spielt vor allem in den nördlichen küstennahen Bundesländern auf den vorwiegend sandigen Böden eine Rolle als Erosionsursache.
Bodenerosion bedeutet in erster Linie eine Verringerung der Bodenmächtigkeit und damit der nutzbaren Feldkapazität (siehe Indikatoren BO-I-1 + 2) sowie den Verlust von besonders nährstoff- und humusreichem Oberboden. Abgetragenes Bodenmaterial wird auf unterliegende Flächen einschließlich Siedlungs- und Verkehrsflächen verlagert und kann in benachbarte Gewässer eingetragen werden. Dort führen die Stoffeinträge zur Verschlammung (⁠Kolmation⁠) und zu einer unerwünschten Gewässerbelastung mit Nähr- und Schadstoffen. Dies wirkt den Bemühungen zur Verbesserung des Gewässerzustands im Sinne der WRRL entgegen.

Ein flächendeckendes Erosionsmonitoring gibt es in Deutschland bislang nicht. Das Bodenerosionsmonitoring, das auf vorhandenen BDF in einzelnen Bundesländern durchgeführt wird, ist der einzige länderübergreifende Ansatz zur langfristigen Erfassung der Bodenerosion. Vorgehensweise und Intensität der Erhebungen sind aber nicht einheitlich. Daher fehlt es an repräsentativen Monitoringdaten zum tatsächlichen Erosionsgeschehen. Jedoch lassen sich aus Ombrometer- und Radardaten die Regenerosivität (R-Faktor) berechnen und das Gefährdungspotenzial abschätzen. Der R-Faktor ist ein Eingangsparameter der ABAG, der Allgemeinen Bodenabtragsgleichung, mit dem sich die klimarelevanten Einflüsse auf die Erosion abbilden lassen. Die Regenerosivität ergibt sich aus der Menge und Intensität des erosionswirksamen Regens und beschreibt die Fähigkeit des Niederschlags, durch seine kinetische Energie Bodenteilchen aus ihrem Verbund zu lösen („Splash-Effekt“) und durch Oberflächenabfluss zu verlagern.
Der Indikator zeigt den mittleren jährlichen R-Faktor für Deutschland: von 1962 bis 2016 anhand von Ombrometerdaten⁹⁸, ab 2001 bis 2021 zusätzlich auf Basis der radarbasierten Niederschlagsdaten RADKLIM⁹⁹. Wie für Zeitreihen typisch, die von Extremereignissen geprägt sind, zeigt auch die Entwicklung der mittleren jährlichen R-Faktoren in Deutschland einen schwankenden Verlauf. Sowohl die Ombrometer- als auch die Radardaten zeigen Höchstwerte der Regenerosivität für die Jahre 2002 und 2007. Vor allem das Jahr 2002 war geprägt von starken Regenfällen. Im Sommer führten die heftigen Niederschläge zu schweren Überflutungen in Ost- und Norddeutschland. Für das Jahr 2021 ergab sich aus den RADKLIM-Daten die bisher vierthöchste mittlere Regenerosivität. In diesem Jahr ereignete sich in Nordrhein-Westfalen und Rheinland-Pfalz infolge heftiger Regenfälle eine der schwersten Flutkatastrophen in der Geschichte Deutschlands. Mit Blick auf das gleitende 5-Jahresmittel wird deutlich, dass der R-Faktor in den letzten rund 50 Jahren deutlich zugenommen hat. 2019 lag das 5-Jahresmittel etwa 2,5-mal so hoch wie noch 1975.
In Deutschlands folgt die Regenerosivität im Wesentlichen der Niederschlagsverteilung. Im Mittel 2017–2021 konzentrierten sich die niedrigsten R-Werte (RADKLIM-Radardaten) in Sachsen-Anhalt und Niedersachsen, im Nordwesten Nordrhein-Westfalens sowie an der Küste Mecklenburg-Vorpommerns. Im norddeutschen Flachland treten erosionsfördernde Niederschlagsereignisse meist seltener auf als in Zentral- und Süddeutschland, wo das Gelände orographisch stärker gegliedert ist und Hebungs- sowie konvektive Prozesse in der ⁠Atmosphäre⁠ begünstigt werden. Entsprechend gibt es die höchsten R-Faktoren in den Kammlagen der Mittelgebirge sowie im Alpenraum.

Neben dem Niederschlag, der Geländeneigung und den Bodeneigenschaften spielt vor allem auch die Bodenbedeckung eine wichtige Rolle für das Erosionsgeschehen: Als landwirtschaftliche Kulturarten mit besonders hohem Bodenabtragspotenzial gelten unter anderem Kartoffel, Mais und Zuckerrübe sowie viele Sonderkulturen und Wein im Steillagenanbau. Die möglichen Maßnahmen zur Verhinderung von Erosion vor allem für Ackerflächen sind vielfältig. Sie reichen von einer standortangepassten Fruchtfolge, die für eine kontinuierliche Bodenbedeckung über das Jahr hinweg sorgt, über Untersaaten und den Einsatz von Mulchmaterialien bis hin zur Anpassung der Bewirtschaftungsrichtung und einer dauerhaft pfluglosen, konservierenden Bodenbearbeitung, um das natürliche Bodengefüge zu erhalten und eine möglichst hohe Bedeckung mit schützenden Pflanzenresten zu erzielen.

^{98 - Auerswald K., Fischer F., Winterrath T., Brandhuber R. 2019a: Rain erosivity map for Germany derived from contiguous radar rain data. Hydrol. Earth Syst. Sci., 23: 1819–1832. https://hess.copernicus.org/articles/23/1819/2019/
Auerswald K., Fischer F., Winterrath T., Elhaus D., Maier H., Brandhuber R. 2019b: Klimabedingte Veränderung der Regenerosivität seit 1960 und Konsequenzen für Bodenabtragsschätzungen. In: Bachmann G., König W., Utermann J. (Hg.) Bodenschutz, Ergänzbares Handbuch der Maßnahmen und Empfehlungen für Schutz, Pflege und Sanierung von Böden, Landschaft und Grundwasser (Loseblattsammlung), Berlin, 4090, 21. S.}

^{99 - Winterrath T., Brendel C., Hafer M., Junghänel T., Klameth A., Lengfeld K., Walawender E., Weigl E., Becker A. 2018: RADKLIM Version 2017.002: Reprocessed gauge-adjusted radar-data, one-hour precipitation sums (RW), doi: 10.5676/⁠DWD⁠/RADKLIM_RW_V2017.002}