Impacts of land management on soil formation and soil degradation during middle and late holocene in Schleswig-Holstein (Germany)

Emadodin, Iraj

The investigation of natural and human-induced soil degradation are important subjects in terrestrial ecosystem research. They involve several branches of the science. In order to study natural and human-induced soil degradation, it is necessary to use inter- and multidisciplinary approaches with respect to temporal and spatial landscape changes. Soils and sediments are geoindicators which preserve important information about the long-term human impact on the environment. Colluvial sediments are indirect human-made parent materials. They reflect internal and external aspects of long-term soil degradation. Land-use systems determine long-term human-induced soil degradation and soil formation since the beginning of agriculture. In order to answer several questions such as when intensive human-induced soil degradation started in Schleswig-Holstein, how soil degradation developed and what the responses of soils and sediments were to land-use changes, It was hypothesized that intensive human activities during middle and late Holocene were responsible for the modification of soils and sediments and also for the acceleration of soil degradation. An integrative assessment method was thus developed and testified. The results of the investigation of colluvial sediments and soils in three research areas in Schleswig-Holstein (Germany) with a high resolution in space and time can be summarized as follows: Properties of soils and sediments vary intensively from Mesolithic until Modern times. Intensive soil formation took place in the colluvial layers during periods of geomorphodynamic stability in a dense woodland. Transport of clay minerals and leaching of soluble material as important soil formation processes were identified in the investigation areas. Inappropriate land-use management caused the podsolization of Cambisols and Luvisols which had developed in colluvial layers before. Man-induced soil formation (degradation e.g. due to podsolization), soil erosion and sedimentation (removal of the nutrients in the topsoil by erosion) modified soil fertility and soil quality often strongly. Land-use systems have usually accelerated, changed or prevented the specific natural processes of soil formation. Soil age information together with geomorphological data, physical, chemical and biological soil properties provide the database which is necessary to study the types and rates of soil formation in colluvial layers. Recent soil conditions are the result e.g. of the decision-making of farmers in the past. The decision-making modified soil formation processes and increased chemical, physical and biological soil degradation. In conclusion, it could be emphasized that the impact of human activities on soils is unavoidable; in many cases negative effects will be multiplied by land mismanagement. The study of the effects of the past and current land-use changes enable the identification of the best solution to control soil degradation. A good knowledge from the past and about current soil degradation helps to identify a successful strategy against unwanted soil changes in order to achieve a sustainable management of the soils in the future.

Die Untersuchung der natürlichen und der von Menschen ermöglichten Bodendegradierung sind wichtige Elemente der Ökosystemforschung. Sie betreffen zahlreiche Disziplinen. Das Studium natürlicher und von Menschen ermöglichter Bodendegradation erfordert den Einsatz inter- und multidisziplinärer Ansätze, die räumliche und zeitliche Dynamik von Landschaften beschreiben. Böden und kolluviale Sedimente sind Geoindikatoren, die wichtige Informationen über den Einfluss von Menschen in der Vergangenheit enthalten. Sie stehen im Fokus dieser Arbeit. Kolluvien sind Ausgangsgesteine der Bodenbildung, deren Entstehung von Menschen indirekt ermöglicht wurde. Sie beinhalten interne und externe Aspekte der langfristigen Bodendegradierung. Die agrarische Landnutzung bestimmt seit dem Neolithikum wesentlich die Art und das Ausmaß der langfristigen, von Menschen ermöglichten Bodendegradierung. Wann begann die von Menschen verursachte Bodendegradation in Schleswig-Holstein? Wie entwickelte sich die Bodendegradation seitdem? Wie reagierten Böden und Sedimente auf Landnutzungsänderungen? Als These wird formuliert, dass die intensiven Aktivitäten von Menschen während des mittleren und des jüngeren Holozäns verantwortlich sind für die Veränderung der Böden und Sedimente sowie auch für die Zunahme der Bodendegradation in Schleswig-Holstein. Zur Prüfung wurde eine integrative Untersuchungsmethode entwickelt und getestet. Die Resultate der Untersuchungen von Kolluvien und Böden in drei schleswig-holsteinischen Untersuchungsgebieten in hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung können wiefolgt zusammengefaßt werden: Die Eigenschaften von Böden und Sedimenten haben sich vom Mesolithikum bis heute stark verändert. Intensive Bodenentwicklung vollzog sich in Kolluvien im Verlauf von Phasen mit geomorphodynamischer Stabilität unter dichtem Wald. Der Transport von Tonmineralen und die Auswaschung von wasserlöslichen Stoffen sind wichtige Bodenbildungsprozesse, die in den Untersuchungsgebieten nachgewiesen werden konnten. Ein nicht angepaßtes Landnutzungsmanagement verursachte die Podsolierung von Cambisolen und Luvisolen, die sich zuvor in Kolluvien entwickelt hatten. Die von Menschen beeinflußte Bodenbildung (Degradierung, u.a. durch Podsolierung), die Bodenerosion und Sedimentation (Abtransport von Nährstoffen im Oberboden durch Bodenerosion) veränderten die Bodenfruchtbarkeit und die Bodenqualität oftmals stark. Der Einsatz von Landnutzungssystemen hat zumeist die spezifischen natürlichen Bodenbildungsprozesse verstärkt, verändert oder gar verhindert. Informationen zum Alter von Böden zusammen mit geomorphologischen Daten, physikalischen, chemischen und biologischen Bodendaten bilden die Basis für ein Studium der Typen und Raten der Bodenbildung in Kolluvien. Der heutige Bodenzustand ist das Ergebnis u.a. der Entscheidungen von Landnutzern in der Vergangenheit. Diese Entscheidungen haben oft die Art und Intensität der Bodenbildungsprozesse verändert und die chemische, physikalische und biotische Bodendegradation erhöht. Schlußfolgernd ist zunächst festzustellen, dass die Wirkungen menschlichen Handelns auf die Böden unvermeidbar ist. Oft wurden die negativen Effekte verstärkt durch ein Mismanagement des Landes. Die Untersuchung der Wirkungen von Landnutzungssystemen und Landnutzungswandel ermöglichen eine Identifizierung der geeigneten Maßnahmen, um die Bodendegradation zu kontrollieren. Gute Kenntnisse über die Bodendegradation in der Vergangenheit und heute helfen wesentlich, erfolgreiche Strategien gegen unerwünschte Bodenveränderungen und für ein nachhaltiges Management der Böden in der Zukunft zu identifizieren.

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Emadodin, Iraj: Impacts of land management on soil formation and soil degradation during middle and late holocene in Schleswig-Holstein (Germany).

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