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(I) Bodenchemische und -physikalische Analysen an Bodenproben (Entnahmen sofort und im darauf folgenden Frühjahr) eines Feldes mit Ertragseinbußen, die vom Eigner auf höhere NaCl-Gehalte im aufbereiteten Rheinwasser zurückgeführt werden.
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(II) Zu Beginn werden die Ergebnisse der Schlämmanalyse (%Sand, %Schluff und %Ton) der Prüffläche dazu benutzt, mittels Diskriminanz-Analyse, basierend auf den Schlämmanalyse-Ergebnissen der Rasterpunkte (und Parzellen, Kap. 5) eine Referenz-Fläche für die anschließende Beurteilung der übrigen Analysenergebnisse zu suchen (s: Tabelle 61).
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(III) Unter Voraussetzung normal-verteilter Daten wird nun anhand von Mittelwert und Standardabweichung der einzelnen Bodenfaktoren dieser Referenz-Fläche geprüft, ob die Daten der untersuchten Proben in den Zufallsbereich der bisherigen Schwankungsbreite der Faktoren fallen oder diesen unter- bzw. überschreiten (s. SACHS, 1978) (s. Tabelle 62).
Hierbei wird für jeden Bodenkennwert die Prüfgröße "z" ( Differenz aus dem aktuellen Wert der Prüfdaten und dem Referenz-Mittelwert, bezogen auf die Referenz-Standardabweichung) berechnet:
Hierbei ist M der Mittelwert und s die Standardabweichung des Faktors der Referenz-Fläche, während X der aktuelle Wert des zu prüfenden Bodenkennwertes der Prüffläche ist.
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(a) Ist bei einem Bodenfaktor z < 1.96, so befindet sich dieser bei dem zu prüfenden Boden im Zufallsbereich der bisher aufgetretenen Schwankungsbreite des Referenz-Rasterpunktes. Eine Veränderung dieses Bodenfaktors durch NaCl im aufbereiteten Rheinwasser sollte demnach ausscheiden.
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(b) Ist bei einem Bodenfaktor z >= 1.96, so besteht eine Wahrscheinlichkeit von 5% dafür (s. Tab. 62), daß die Werte des Bodenfaktors außerhalb der bisherigen Schwankungsbreite auf der Referenz-Fläche liegen, woraus auf eine Veränderung dieses Faktors, wodurch auch immer, zu schließen wäre.
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(IV) Ob solche Veränderungen (s. IIIb) durch zu hohe NaCl-Gehalte im aufbereiteten Rheinwasser hervorgerufen worden sind, wird im folgenden anhand von Ergebnissen aus dem Salinitätsversuch beurteilt, dessen Standort weitgehend der Referenz-Fläche entspricht. Dabei ist allerdings zu berücksichtigen, daß nicht auf jedem Parzellen-Standort Salinitätsversuche angelegt werden konnten.
Hat sich z.B. nach (IIIb) ergeben, daß die Na-Gehalte im zu prüfenden Boden über den zufälligen Schwankungsbereich des Referenz-Rasterpunktes hinausgehen, so wird anhand der Ergebnisse des Salzsteigerungsversuches auf dem Standort der in der Diskriminanzanalyse (II) auch ausgewiesenen Referenz-Parzelle (bzw. einer nach der Boden-Gruppierung "leicht-mittel-schwer" als ihr ähnlich zu betrachtenden Parzelle) anhand des z-Wertes geprüft, ob die Na-Gehalte höher sind als die zufällige Schwankungsbreite bei der Kontrollfläche des betreffenden Salinitätsversuches (s. Tabelle 63 und Tabelle 64).
Entsprechen nach dieser Prüfung die Na-Gehalte im zu prüfenden Boden den Werten der Kontroll-Fläche des betreffenden Salinitätsversuchs, so sind eventuelle Veränderungen von Bodenfaktoren (nach (IIIb) durch höhere Na-Gehalte im aufbereitetem Rheinwasser und deren Akkumulation im Boden offenbar nicht zu begründen.
In Anbetracht relativ großer Schwankungsbreiten der Na-Gehalte in den Böden der Salinitätsversuche (austauschbares Natrium, EUF-Ges.-Natrium) sollte bei dieser Prüfung nicht nur der z-Wert, sondern auch die absolute Höhe der Na-Gehalte des zu beurteilenden Bodens im Vergleich zu den Mittelwerten der einzelnen NaCl-Steigerungsstufen der Salinitätsversuche berücksichtigt werden.
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(V) Sollten nach diesen Prüfungen höhere Na-Gehalte im zu beurteilenden Boden bestätigt werden, muß weiterhin geprüft werden, ob sie für die nach (IIIb) gefundenen veränderten Bodenkennwerte (vgl. Tabelle 63) verantwortlich sein könnten oder nicht.
Auch hierzu dient der Referenz-Salinitätsversuch: Bei Bodenfaktoren, die hier einen relativ hohen Korrelationskoeffizient (r > 0.5) zum im Beregnungswasser applizierten NaCl erkennen lassen (s. Tabelle 64), ist das weitere Vorgehen relativ einfach, es sollte jedoch in jedem Falle durch Punkt (VII) ergänzt werden:
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(a) Ist nach (IIIb) ein Kennwert des zu prüfenden Bodens kleiner als der Zufallsbereich des Referenz-Rasterpunktes, kann NaCl als Ursache für die Veränderung dieses Faktors nur dann in Frage kommen, wenn der Korrelationskoeffizient zwischen diesem Faktor und der im Salinitätsversuch applizierten NaCl-Menge negativ ist, d.h. wenn dieser Faktor durch die Salzapplikation abgesenkt wurde (s. Tabelle 64).
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(b) Umgekehrt ist eine NaCl-Beeinflussung eines Bodenfaktors, der nach (IIIb) über dem Zufallsbereich der Schwankungsbreite der Referenzfläche liegt, nur dann nicht von der Hand zu weisen, wenn es zwischen diesem Faktor und der Höhe der NaCl-Applikation im jeweiligen Salinitätsversuch eine positive korrelative Beziehung gibt, d.h., wenn durch höhere NaCl-Mengen im Beregnungswasser eine Erhöhung dieses Faktors im Salinitätsversuch zu beobachten ist (vgl. Tabelle 64).
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(VI) In den Salz-Steigerungsversuchen wurden Bodenfaktoren in den einzelnen Jahren mehr oder weniger durch NaCl beeinflußt oder es ergab sich ein nicht-linearer Zusammenhang zwischen applizierter NaCl-Menge und Ausprägung eines Bodenfaktors (s. Tabelle 42). In solchen Fällen sind die resultierenden Korrelationskoeffizienten nur relativ klein, eine mögliche Beeinflussung von Bodenfaktoren durch steigende Salzapplikationen ist auf diese Weise nicht zu erkennen. Daher sollte in solchen Fällen die Prüfung auf möglicherweise durch NaCl ausgelöste Veränderung von Bodenfaktoren, die außerhalb des Zufalls-Schwankungsbereichs der Referenz-Fläche liegen, nach folgendem Verfahren erfolgen (s.a.(V)):
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(VII) Anhand der z-Werte für die einzelnen Salz-Stufen des Salinitätsversuches ist, beginnend bei der Kontrolle (ohne NaCl-Applikation), zu prüfen, ob der im Vergleich zum Referenz-Rasterpunkt als verändert einzustufende Bodenfaktor in den Zufalls-Schwankungsbereich einer Salzstufe oder der Kontrolle einzuordnen ist. Sollte dabei eine kritische Salz-Stufe ermittelt werden, ist die Veränderung dieses Bodenfaktors infolge NaCl-Akkumulation im zu prüfenden Boden nicht auszuschließen.
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(VIII) Sollte nach diesen Prüfungen nicht auszuschließen sein, daß ein Kennwert des fraglichen Bodens durch höhere Na-Gehalte verändert worden ist, muß geprüft werden, ob diesem veränderten Faktor eine Bedeutung für den Ertrag beizumessen ist. Diese Prüfung kann durch eine Beurteilung der Ergebnisse von Korrelationsanalysen der Erträge auf Bodenfaktoren des Salinitätsversuches auf der Referenzfläche durchgeführt werden in Ergänzung mit multiplen linearen Regressionsanalysen der Erträge der im Parzellenprogramm angebauten Pflanzenarten auf die untersuchten Bodenfaktoren (vgl. Tabelle 18, Tabelle 19).
Das Beweissicherungsverfahren wird im folgenden am Beispiel des Salinitätsversuchs auf dem Parzellen-Standort III mit 828 mg/l NaCl im Beregnungswasser aus dem Jahre 1988 demonstriert. In dieser Salinitätsstufe ergab sich bei Sommerweizen eine Ertragsdepression von 22.5 dt.ha-1 Trockensubstanz Korn in der Kontrolle (Beregnung ohne NaCl-Applikation) auf 17.6 dt.ha-1, also um fast 22%.
Da für die Rasterpunkte bisher keine Schlämmanalyse-Ergebnisse vorliegen, wird bei dieser Demonstration mittels Diskriminanz-Analyse eine Referenz-Parzelle bestimmt.
Demonstration des Verfahrens am Beispiel der
Variante 828mg/l NaCl, Salinitätsversuch III, aus dem Jahr 1988
Zu (I):
Als Testdaten werden folgende Analysenwerte des Salinitätsversuchs auf dem Parzellen-Standort III, verwendet:
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a) Ergebnisse der Routine-Untersuchungen (Bodenschicht 0-30 cm) aus dem Frühjahr 1988, Salzstufe 828 mg/l, und
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b) Ergebnisse der Schlämmanalyse von der LUFA Kassel aus dem Jahr 1993 (Mittelwert der Bodenschichten 0-10, 10-20 und 20-30 cm).
Zu (II):
Zur Diskriminanz-Analyse wurde das Programm SPSS-PC verwendet. Basierend auf den Daten der Schlämmanalyse (%Sand, %Schluff und %Ton) ergab sich für die Prüffläche die Parzelle III als Referenz-Fläche (s. Tabelle 61).
Zu (III):
Für die einzelnen Bodenkennwerte sind in Tabelle 62 die Analysenwerte der Prüffläche (s. (I)) dem im Parzellen-Programm für die Referenz-Fläche III erhaltenen jeweiligen Mittelwert und seiner Standardabweichung gegenübergestellt. Die letzte Kolumne enthält den daraus zu errechnenden z-Wert mit Angabe seiner Signifikanz-Beurteilung:
Die nach Tabelle 62 anhand des z-Wertes als verändert markierten Bodenkennwerte werden nun in Tabelle 63 danach geordnet, ob der aktuelle Wert der Prüffläche über oder unter dem Schwankungsbereich der Referenz-Fläche in Erscheinung trat.
Zu (IV):
Als Referenz-Salinitätsversuch zur Klärung der Frage, ob diese Bodenfaktoren eventuell durch erhöhte NaCl-Gehalte im Beregnungswasser beeinflußt worden sind, wird der der Prüf- und Referenz-Fläche am besten entsprechende Salinitätsversuch III mit seinen Faktor-Mittelwerten und -Standardabweichungen in den NaCl-Stufen 0, 127, 414 und 828 mg/l Beregnungswasser ausgewählt. Auch hierzu wurde die Diskriminanz-Analyse eingesetzt.
Zu (V) und (VII):
Zu dieser Prüfung werden die aktuellen Werte der Bodenfaktoren der Prüffläche aus Tabelle 63 mit den mehrjährigen Mittelwerten der einzelnen NaCl-Stufen des Salinitätsversuchs über den z-Wert verglichen (s. Tabelle 64), wobei die Tendenz der Veränderbarkeit dieser Faktoren durch steigende NaCl-Gaben im Beregnungswasser durch Vorzeichen und Höhe der angegebenen Korrelationskoeffizienten zum Ausdruck kommt. Ein positiver Koeffizient bedeutet dabei die Erhöhung, ein negativer Koeffizient die Senkung eines Faktors im mehrjährigen Salinitätsversuch durch steigende NaCl-Konzentrationen im Beregnungswasser.
Ist nun ein Bodenfaktor der Prüffläche (s. Tabelle 63) im Vergleich zur Schwankungsbreite der Referenz-Fläche kleiner als der Mittelwert und zeigt sich dieser Faktor auch im Salinitätsversuch durch steigende NaCl-Konzentrationen im Beregnungswasser gesenkt (=negativer Korrelationskoeffizient zur NaCl-Applikation), dann besteht eine gleichsinnige Veränderung dieses Faktors im Prüfboden, so daß ein NaCl-Effekt möglich erscheint. Dies besonders dann, wenn der aktuelle Wert dieses Faktors im Prüfboden aufgrund des z-Wertes im Bereich der zufälligen Schwankungsbreite dieses Faktors in einer NaCl-Stufe liegt, nicht jedoch in der salzfreien Kontrollfläche des betreffenden Salinitätsversuchs.
Hierzu ein Beispiel (s. Tabelle 64):
Die Krümelstabilität des Prüfbodens liegt nach Tabelle 62 unterhalb des Zufallsbereichs der Faktor-Ausprägung bei der Referenzfläche III. Im Referenz-Salinitätsversuch III erfuhr dieser Faktor in der Tendenz ebenfalls eine Senkung bei steigenden NaCl-Mengen im Beregnungswasser (r=-0.21) (s. Tabelle 64). Weiterhin ist anhand des z-Wertes festzustellen, daß der Wert dieses Bodenfaktors in den zufälligen Schwankungsbereich der NaCl-Stufe 828 mg.l-1 Beregnungswasser einzuordnen ist. Ein Zusammenhang dieses im Prüfboden verminderten Bodenfaktors mit den höheren NaCl-Gehalten im Beregnungswasser erscheint somit möglich.
Zu (VIII):
Im Prüfboden ergeben sich somit nach Tabelle 64 fünf Bodenfaktoren, die wahrscheinlich unter dem Einfluß erhöhter NaCl-Gehalte im Beregnungswasser verändert worden sind. Abschließend ist nun zu prüfen, ob diese Faktoren für die Ertragsdepression der Prüffläche mitverantwortlich sein könnten.
Mit dem Datenbestand des Salinitätsversuchs auf dem Referenz-Standort III wird nun in Korrelationsanalysen geprüft, ob die Erträge von Sommerweizen im Prüfjahr (1988) einen Zusammenhang mit den veränderten Bodenfaktoren in den einzelnen NaCl-Stufen erkennen lassen. Entsprechend Tabelle 65, S. I, besteht zwischen der durch NaCl verursachten Ertragsabsenkung und z.B. der Krümelstabilität ein Korrelationskoeffizient von +0.90, d.h. beide Faktoren sind in den einzelnen Salzstufen gleichsinnig verändert. Die Abnahme der Krümelstabilität im Prüfboden könnte somit für die Ertragsreduktion von Sommerweizen mitverantwortlich sein.
Wie Tabelle 65, S. I, weiterhin zeigt, könnten nach diesen Ausführungen alle veränderten Bodenfaktoren der Prüffläche bis auf die Porenklasse 0.2-10µm für die beobachtete Ertragsdepression von Sommerweizen mitverantwortlich sein. Wie allerdings aus Tabelle 65, S. II, zu entnehmen ist, sind nicht alle diese Bodenfaktoren, wie z.B. die Krümelstabilität, für die Höhe des Sommerweizen- ertrages der Referenzfläche unter den Bedingungen des Parzellen-Programms (normale Höhe der Na-Zufuhr) in der Untersuchungsperiode 1981-1988 in Erscheinung getreten. Während die Kennwerte Krümelstabilität, Bodenvolumen, Gesamt-Porenvolumen, pH-Wert sowie EUF-Ges.-Ca bis zum Untersuchungsende für den Erttrag von Sommerweizen offenbar nicht von Bedeutung waren, sind die Bodenkennwerte EUF-Ges.-Na und EUF-Ges.-PO4 mit gleicher Wichtung für den Ertrag hervorgetreten. Diese Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung unterschiedlich skalierter Bodenfaktoren in Korrelationsanalysen sowie in Regressionsmodellen und damit die Wichtigkeit der Anlage von Salzsteigerungsversuchen zur Untersuchung und Beurteilung der Versuchsfrage.
Aus Tabelle 65 kann somit gefolgert werden, daß die wahrscheinlich unter dem Einfluß erhöhter NaCl-Mengen im Beregnungswasser veränderten Bodenkennwerte mit einer Ausnahme (Porenklasse 0.1-10µm) mit der Ertragsdepression bei Sommerweizen in Verbindung stehen könnten.
Dieses Verfahren wurde auch auf zwei weitere Versuchssätze angewendet, bei denen andere als eine zu hohe NaCl-Konzentration im Beregnungswasser in Frage kommende Faktoren zu einer Ertragsdepression geführt haben. In einem Falle handelt es sich um die Ergebnisse eines über mehrere Jahre fortgeführten Düngungsversuches zur Einschätzung der auf den Versuchsflächen verabreichten Düngungsniveaus (s.a. Tabelle 7), bei dem, ausgehend von der ortsüblichen Düngung, in einem Versuchsglied die Düngung unterblieb, in einem zweiten die ortsübliche Düngung mit den Makronährstoffen N, P und K halbiert, in einem weiteren verdoppelt wurde. Dabei diente die ortsübliche Düngung als Kontrolle. Die auf den Parzellen durch eine unterhalb der ortsüblichen Düngung liegenden Düngungsintensität verursachten Ertragsdepressionen konnten eindeutig als nicht durch überhöhte NaCl-Konzentration im Beregnungswasser bedingte Ertragsdepressionen identifiziert werden.
Im zweiten Fall handelt es sich um einen im Ried liegenden Schlag, der, wahrscheinlich als Folge von Fehlern bei der Bodenbearbeitung, schon zum Zeitpunkt der Bestockung von Sommerweizen Entwicklungsschäden aufwies und einer nach dem Verfahren der Beweissicherung vorgegebenen Charakterisierung unterzogen wurde. Obgleich in dieser Untersuchung deutliche Abweichungen bei einigen Bodenfaktoren gefunden wurden (Krümelstabilität, Lagerungsdichte, Porengrößenverteilung (u.a., s. Tabelle 66), konnte mit dem beschriebenen Verfahren zur Beweissicherung nachgewiesen werden, daß die bei der Ernte auftretenden Ertragsdepressionen nicht durch eine überhöhte NaCl-Zufuhr zum Boden verursacht waren.
Die Anzahl der hier angeführten Beispiele ist zu gering, um eine endgültige Beurteilung des Verfahrens vorzunehmen, jedoch geht daraus hervor, daß dieses Verfahren zur Beurteilung von NaCl-Schäden brauchbar zu sein scheint.
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