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1. Einleitung

Ein standortgerechter pH-Wert im Boden und eine günstige Versorgung mit Calcium und Magnesium sind die Basis für Bodenfruchtbarkeit und eine optimale Wirkung aller anderen Produktionsfaktoren (Saatgut, Düngemittel, Pflanzenschutz). Die optimale Kalkversorgung des Bodens ist daher eine der Grundvoraussetzungen für eine erfolgreiche und nachhaltige Pflanzenproduktion, sowohl aus ökologischer als auch aus ökonomischer Sicht. Böden werden nur mit optimalen pH-Werten und ausreichender Kalkversorgung nachhaltig gesund bleiben.
Dieses Merkblatt beinhaltet die wesentlichen Gesichtspunkte der Kalkdüngung von Ackerflächen. Es soll allen interessierten Landwirten als Leitfaden für eine standortgerechte, bodenartspezifisch optimale Kalkversorgung landwirtschaftlicher Böden dienen. Ertragssicherung und -optimierung wie auch Bodenschutz (Verbesserung der Befahrbarkeit und der Wasserinfiltration, Erosionsminderung) sind die Ziele.
Bodenkundliche Grundlagen werden nur begrenzt behandelt, da diese bereits an vielen anderen Stellen beschrieben sind. Zu den Themen Grünland- und Bodenschutzkalkung (Waldkalkung) sind künftig gesonderte DLG-Merkblätter geplant.
In anderer Literatur wie auch in diesem Merkblatt wird häufig vom „pH-Wert des Bodens“ geschrieben. In diesem Merkblatt beziehen sich pH-Angaben auf die in Kapitel 4 näher beschriebene Messung in einer Suspension mit stark verdünnter Calcium-Chlorid-Lösung (VDLUFA-Methode).

2. Warum versauern Böden?

Bei hoher CO2-Konzentration in der Bodenluft aufgrund von natürlicher Mikroorganismenaktivität und Wurzelatmung wird im Bodenwasser Kohlensäure (H2CO3) gebildet. Auch durch Regenwasser werden Säuren in den Boden eingetragen. An Tonmineral- und Humus-Oberflächen tauschen die von den Säuren abgegeben Protonen (H+) dann Kationen (Ca2+, Mg2+, K+, Na+, NH4+) aus, welche so in die Bodenlösung gelangen. In Regionen mit einer positiven Wasserbilanz (Wasser-Versickerung) werden diese Kationen zusammen mit Basen (d. h. Anionen wie z. B. Carbonat, Nitrat, Sulfat und organische Anionen) in den Unterboden verlagert. Diese Basenauswaschung führt zu unvermeidbaren Kalkverlusten im Oberboden, die in Abhängigkeit von Bodenart, Nutzungsform und Niederschlagsmenge (Tabelle 1) zum Teil erhebliche Mengen erreichen können.

Tabelle 1: Jährliche Kalkverluste durch Auswaschung und Neutralisation (kg/ha CaO) (Galler, 2013)

Bodenartengruppe	Nutzung	Niederschläge
		niedrig < 600 mm	mittel 600 – 750 mm	hoch > 750 mm
leicht (S, l`S)	Acker Grünland	300 150	400 250	500 350
mittel (sL bis t`L)	Acker Grünland	400 200	500 300	600 400
schwer (tL, T)	Acker Grünland	500 250	600 350	700 450

Neben dieser natürlichen Bodenversauerung unter mitteleuropäischem Klima bewirkt die landwirtschaftliche Nutzung von Böden eine zusätzliche unvermeidbare Versauerung. Durch die Abfuhr von Ernteprodukten werden dem Boden je nach Kultur zwischen 10 – 80 kg/ha Calcium und Magnesium zusammen mit entsprechenden Mengen an Basen entzogen. Auch chemisch und physiologisch saure Düngemittel, d. h. vor allem N-haltige Mineraldünger, tragen zur Säurebildung im Boden bei.

Eine Ausnahme stellen natürlich kalkhaltige Böden dar. Dabei handelt es sich um Böden aus Löß, aus denen der Kalk nicht ausgewaschen wurde, oder um Böden, die sich aus Kalkgestein entwickelt haben und häufig flachgründig sind. Diese Böden enthalten von Natur aus freien Kalk, der nicht an die Bodensubstanz gebunden ist. Die pH-Werte in diesen Böden liegen meist über 7,0. Solche Böden reagieren bei Zugabe von Salzsäure und schäumen durch Bildung von Kohlendioxid (CO2), weil freier Kalk vorhanden ist. Diese Vorgehensweise macht man sich beim Salzsäuretest zunutze, der auf Böden mit pH-Werten von 6,6 bis 7,0 angewendet wird, um mit einem zusätzlichen Kriterium die Kalkbedürftigkeit zu beurteilen (s. u.).

3. Warum regelmäßig kalken? Kalkwirkung im Boden

Kalkverbrauch und unvermeidbare Kalkverluste müssen regelmäßig ersetzt werden, um die Bodenfruchtbarkeit langfristig zu erhalten. Die Kalkdüngung reguliert den pH-Wert der Bodenlösung und liefert Calcium und Magnesium. Damit beeinflusst sie eine Vielzahl von physikalischen, chemischen und biologischen Prozessen im Boden. Kalk ist somit ein Dünger und Bodenverbesserer und trägt damit wesentlich zur Bodengesundheit bei (Schmidt, 2016). Die Kalkung ist eine Basismaßnahme, die allen anderen Düngungsmaßnahmen vorausgehen muss.

3.1 Physikalische Kalkwirkung im Boden

Kalk stabilisiert das Bodengefüge. Bei hinreichender Konzentration von Calcium-Ionen in der Bodenlösung bilden die Tonteilchen eine lockere Kartenhausstruktur. Daraus entstehen im Idealfall Aggregate in Form von Krümeln. Der als Flockung bezeichnete Vorgang nimmt mit steigender Calcium-Konzentration in der Bodenlösung zu. Die Winkel des Kartenhauses werden bei fortschreitender Austrocknung des Bodens durch Kalk (Calcium-Carbonat oder Calcium-Silikat) „vermörtelt“ und widerstehen durch diese Verfestigung nachhaltig dem Aggregatzerfall (Abbildung 1). Nur mit einer ausreichende Calciumsättigung an den Bodenaustauschern (60 – 80 %) werden in der Bodenlösung Calciumkonzentrationen erreicht, bei denen sich ein stabiles Bodengefüge ausbildet, so dass Gasaustausch, Wasserspeicherung (nutzbare Feldkapazität, nFK) und Wassertransport optimal sind. So können der oberflächige Wasserabfluss und auch die Verschlämmungs- und Erosionsgefahr reduziert werden. Bei einem Starkregen beispielsweise ist die Versickerungsrate eines Ackerbodens mit optimalem Kalkzustand deutlich erhöht im Vergleich zu einer suboptimalen Kalkversorgung. Auf sandigen Böden tritt dieser Effekt nicht ein, denn dafür ist der Anteil der Tonteilchen an der Bodensubstanz zu gering.

Die zweiwertigen Ca- und Mg-Ionen (aus dem Kalk) können sowohl an Tonmineralen als auch an der organischen Substanz (Humus) angelagert werden. So können stabile Ton-Humus-Komplexe („mit Calcium-Brücke“) gebildet werden (Abbildung 2). Durch eine stabile Bodenstruktur erhöht sich die Tragfähigkeit des Bodens und die Verdichtungsneigung nimmt ab. Gleichzeitig führt der verbesserte Lufthaushalt dazu, dass der Boden an der Oberfläche schneller abtrocknet und sich rascher erwärmt. So können diese Flächen nach Niederschlägen früher befahren werden als Flächen mit ungünstiger Bodenstruktur.

Abbildung 1: Schematische Darstellung der Lagerungsformen von Tonteilchen im Boden (Quelle: nach Meyer und Pollehn, 1990).

Abbildung 2: Schema eines Ton-Humus-Komplexes
mittels Calcium-Brücke (Quelle: Schmidt, 2016)

3.2 Chemische Kalkwirkung im Boden

Kalk reguliert den pH-Wert und schützt vor Säureschäden.
Die primäre Wirkung von Kalk ist die Neutralisierung von Säuren. Werden die in den Boden eingetragenen und dort gebildeten Säuren nicht neutralisiert, sinkt der pH-Wert der Bodenlösung ab. Dies führt neben den dargestellten Strukturschäden bei pH-Werten unter 5,0 zunächst zu Säureschäden an den Wurzeln, die sich nachfolgend auf das gesamte Pflanzenwachstum auswirken können. Unter pH 4,5 sind diese in erster Linie auf ein Überangebot an Aluminium und Mangan aus der irreversiblen Zerstörung von Tonmineralen und aus der Freisetzung aus oxidischen Bindungen zurückzuführen.

Kalk verbessert die Nährstoffverfügbarkeit.
Die meisten Pflanzennährstoffe sind – in Abhängigkeit von der Bodenart (s. Abbildung 3) – im Bereich von pH 5,5 bis 7,0 optimal pflanzenverfügbar. Mit steigendem pH-Wert nimmt die Verfügbarkeit von Stickstoff (N), Schwefel (S), Kalium (K), Calcium (Ca), Magnesium (Mg) und Molybdän (Mo) zu. Die Verfügbarkeiten der Mikronährstoffe Eisen (Fe), Mangan (Mn), Kupfer (Cu) und Zink (Zn) nehmen hingegen ab, so dass es bei pH-Werten oberhalb 7,0 für diese durch Festlegung im Boden zu Mangelerscheinungen kommen kann (Abbildung 3).

Abbildung 3: Nährstoffverfügbarkeit im Boden in Abhängigkeit vom pH-Wert des Bodens (Quelle: Yara, 2020)

Besonders die Phosphatverfügbarkeit reagiert deutlich auf zu geringe (kleiner 5,5) und zu hohe (größer 7,5) pH-Werte. Die optimale Verfügbarkeit der Bodenphosphate liegt im Bereich zwischen pH 6 und pH 7,5. In zahlreichen Feldversuchen wurde nachgewiesen, dass durch regelmäßige bedarfsgerechte Kalkdüngung die vorhandenen Nährstoffe besser genutzt werden und somit Düngungseffizienz gesteigert wird (Abbildung 4). Neue ökologische und rechtliche Anforderungen an die Düngung fordern besonders bei Stickstoff und Phosphor eine möglichst hohe Nährstoffnutzungseffizienz.

Der pH-Wert des Bodens beeinflusst auch die Mobilität und Pflanzenverfügbarkeit von Schwermetallen, die von Pflanzen entweder als Mikronährstoffe nur in sehr geringen Mengen benötigt werden und in großen Mengen oder sogar generell giftig sind. Eine standortgerechte Kalkung mindert oder verhindert die Freisetzung dieser giftigen Schwermetalle. Weitere Informationen hierzu gibt es im BZL Heft „Mit Kalk gegen Schwermetalle“ (BZL, 2020).

Abbildung 4: Einfluss des pH-Werts des Bodens auf die P-Verfügbarkeit (Quelle: Tucher, 2016)

3.3 Biologische Kalkwirkung im Boden

Kalk unterstützt das Leben – Bodenlebewesen wie Bakterien, Pilze, Milben, Tausendfüßler und vor allem Regenwürmer sind ein wichtiger Bestandteil des Bodens und beeinflussen zahlreiche Umsetzungsprozesse. Ihr Vermehrungs- und Wirkungsoptimum haben sie, mit Ausnahme der Pilze, meist im schwach sauren bis neutralen pH-Bereich (Abbildung 5).

Wenn bei zunächst unzureichend kalkversorgten Böden durch Kalkung die pH-Werte ansteigen, finden die nützlichen Helfer zunehmend optimale Bedingungen (Abbildung 6). Bei optimalen pH-Werten können sie sich rasch vermehren, die im Humus enthaltenen Nährstoffe pflanzenverfügbar machen und damit die Voraussetzungen zur Bildung von Dauerhumus schaffen. Ihre Ausscheidungen vernetzen und verkleben kleinste Bodenteilchen, was sich positiv auf die Zunahme und Stabilität der Bodenaggregate auswirkt.

Abbildung 5: Optimale pH-Bereiche verschiedener Bodenorganismen (Quelle: Stöven, 2002)

Abbildung 6: Entwicklung der Bakteriendichte im Boden in Abhängigkeit vom pH-Wert des Bodens (Quelle: Galler, 2013)

4. Bestimmung des Kalkbedarfs / Kalkempfehlung

4.1 Bestimmung nach dem pH-Wert (VDLUFA-Schema)

Das gebräuchlichste Verfahren zur Bestimmung des Kalkbedarfs in Deutschland ist die Messung des pH-Werts des Bodens im Labor.

Calcium-Chlorid-Lösung (0,01 mol/l) geschüttelt (suspendiert). Danach wird der pH-Wert in der Lösung mit einer Elektrode gemessen (VDLUFA, 2001). Dieses Verfahren hat sich bewährt, da es einfach, kostengünstig und hinreichend genau ist. Aufwendige Methoden wie die Messung des Calcium-Gehalts an den Austauschern des Bodens (Tonminerale, Metalloxide, Humus) sind nicht erforderlich, da zwischen dem pH-Wert des Bodens und der Calcium-Sättigung an den Austauschern eine enge Beziehung besteht (Abbildung 7).

Abbildung 7: Zwischen dem pH-Wert des Bodens und der Calcium-Sättigung am Austauscher besteht eine enge Beziehung (Quelle: Lorenz, 2016)

Im VDLUFA-Standpunkt (VDLUFA, 2000) werden die pH-Klassen für die Kalkversorgung des Bodens definiert und wie bei den Grundnährstoffen in fünf Versorgungsklassen eingeteilt; angestrebt wird die pH-Klasse C (s. Tabelle 2).

Tabelle 2: Definition der pH-Klassen für die Beurteilung der Kalkversorgung sowie des Kalkdüngebedarfs landwirtschaftlicher Böden (nach VDLUFA, 2000)

pH-Klasse / Kalkversorgung	Beschreibung von Zustand und Maßnahme	Kalkdüngungsbedarf
A sehr niedrig	Erhebliche Beeinträchtigung von Bodenstruktur und Nährstoffverfügbarkeit. Signifikante Ertragsverluste.	Gesundungskalkung
B Niedrig	Bodenstruktur und Nährstoffverfügbarkeit suboptimal. Signifikante Ertragsverluste bei kalkanspruchsvollen Kulturen.	Aufkalkung
C anzustreben	Optimale Bedingungen für Bodenstruktur und Nährstoffverfügbarkeit.	Erhaltungskalkung
D Hoch	Die Bodenreaktion ist höher als anzustreben.	keine Kalkung
E sehr hoch	Die Bodenreaktion ist wesentlich höher als anzustreben. Nährstoffverfügbarkeit, Ertrag und Qualität können negativ beeinflusst werden.	keine Kalkung, keine Anwendung alkalisch wirkender Düngemittel

4.2 Bestimmung mit dem Verfahren der Elektro-Ultrafiltration (EUF)

Während nach der VDLUFA-Methode der Kalkbedarf über die Messung des pH-Wertes unter Berücksichtigung der Bodentextur und des Humusgehaltes bestimmt wird, wird nach dem Verfahren der Elektro-Ultrafiltration (EUF) Calcium direkt gemessen. Dabei werden die Ionen in einem elektrischen Feld bei unterschiedlichen Temperaturen vom Boden getrennt und extrahiert.
Das EUF-Verfahren bestimmt zwei Nährstoff-Fraktionen bei unterschiedlichen Bedingungen (VDLUFA, 2002). Während die erste Fraktion bei milden Bedingungen (20 °C, 200 V, max. 15 mA, 0 – 30 min) die Calcium-Konzentration der Bodenlösung widerspiegelt, zeigt die zweite Fraktion bei starken Bedingungen (80 °C, 400 V, max. 150 mA, 30 – 35 min) die Calciumvorräte im Boden mit austauschbar gebundenem Calcium sowie einen Teil des Carbonats (Nemeth et al., 1989). EUF-Calcium-Gehalte der zweiten Fraktion, die größer als 40 mg/100 g Boden sind, finden sich auf carbonatreichen Böden mit hoher Kalkreaktivität (Horn und Becker, 2004). Hohe EUF-Calcium-Gehalte der zweiten Fraktion (größer 40 mg/100 g Boden) weisen auf eine hohe Beladung (70 – 80 %) der negativ geladenen Plätze am Austauscher mit Calcium hin, die Kalkreaktivität ist hoch.

4.3 Ableitung der Empfehlung

4.3.1 Kalkempfehlung mittels pH-Wert nach der VDLUFA-Methode

Der Kalkbedarf ist aus zahlreichen langjährigen Feldversuchen der Offizialberatung abgeleitet worden. Dabei handelte es sich in der Regel um Kalksteigerungsversuche (Abbildung 8), bei denen Parzellen ohne Kalk mit Varianten steigender Kalkgaben verglichen wurden.

Dadurch wurde ermittelt, welche pH-Werte bei den wesentlichen Ackerfrüchten auf den verschiedenen Bodenarten zu optimalen Erträgen führten und welche Kalkmengen zur Erhaltungskalkung bzw. zur Aufkalkung in klassischen drei- bis vierjährigen ackerbaulichen Fruchtfolgen erforderlich sind. Die Auswertung ergab den VDLUFA Standpunkt „Bestimmung des Kalkbedarfs von Acker- und Grünlandböden“ (VDLUFA, 2000), der hier zitiert wird. Die Bodenarten wurden in sechs Bodenartengruppen eingeteilt, die den Tabellen 3 und 4 zu entnehmen sind.

Abbildung 8: Kalksteigerungsversuch auf Sandboden mit langjährig ungekalkter Parzelle im Vordergrund (Quelle: Lorenz)

Der Kalkbedarf hängt von der Bodenart – insbesondere dem Tongehalt –, dem Humusgehalt und der Nutzung (Acker- oder Grünland) ab. Dabei gelten folgende Abhängigkeiten:

Je höher der Tongehalt ist, desto höher liegt der optimale pH-Wert
Je höher der Humusgehalt ist, desto niedriger liegt der optimale pH-Wert, da die organische Substanz des Bodens sowohl die Bodenstruktur als auch das Vermögen des Bodens, einen Säureeintrag abzupuffern, positiv beeinflusst
Aufgrund der intensiven Durchwurzelung auf Grünland insbesondere in den oberen 10 cm (die der Probenahmetiefe auf Grünland entsprechen) tritt der Einfluss des Kalkes auf physikalische und biologische Eigenschaften des Bodens im Vergleich zu Ackerland zurück. Deshalb liegt der optimale pH-Wert in der Regel um 0,5 Einheiten niedriger als auf Ackerland.

Zur groben Einschätzung der ermittelten pH-Werte sind in der Tabelle 3 (für Ackerland) und der Tabelle 4 (für Grünland) die anzustrebenden pH-Wert-Spannen für die angestrebte Klasse C angegeben. Eine detaillierte Übersicht finden Sie im Tabellenanhang. Aus diesen Tabellen kann auch der Kalkbedarf bei den jeweils gemessenen pH-Werten abgelesen werden. Der dort angegebene Kalkbedarf wurde aus vielen langjährigen Feldversuchen abgeleitet.

Tabelle 3: Rahmenschema für Ackerland zur Einstufung der pH-Werte des Bodens (CaCl2-Methode) in pH-Klasse C (anzustrebender/optimaler pH-Bereich) (VDLUFA, 2000)

Bodenarten- gruppe	Bodenart (Tongehalt in %)	Humusgehalt des Bodens (%)
		≤ 4	4,1 – 8,0	8,1 – 15,0	15,1 – 30	> 30
		pH-Werte der Klasse C
1	Sand (bis 5)	5,4 – 5,8	5,0 – 5,4	4,7 – 5,1	4,3 – 4,7
2	Schwach lehmiger Sand (5 – 12)	5,8 – 6,3	5,4 – 5,9	5,0 – 5,5	4,6 – 5,1
3	Stark lehmiger Sand (12 – 17)	6,1 – 6,7	5,6 – 6,2	5,2 – 5,8	4,8 – 5,4
4	Sandiger/schluffiger Lehm (17 – 25)	6,3 – 7,0¹⁾	5,8 – 6,5	5,4 – 6,1	5,0 – 5,7
5	Toniger Lehm bis Ton (über 25)	6,4 – 7,2¹⁾	5,9 – 6,7	5,5 – 6,3	5,1 – 5,9
6	Moorböden²⁾					4,3³⁾

1) auf carbonathaltigen Böden (freier Kalk): keine Erhaltungskalkung
2) bei vielen Niedermooren liegen die pH-Werte entstehungsbedingt > 6,5
3) keine Erhaltungskalkung

Tabelle 4: Rahmenschema für Grünland zur Einstufung der Kalkversorgung des Bodens in pH-Klasse C (anzustrebender/optimaler pH-Bereich) (VDLUFA, 2000)

Bodenarten -gruppe	Bodenart (Tongehalt in %)	Humusgehalt des Bodens (%)
		≤ 15	15,1 – 30	> 30
		pH-Werte der Klasse C
1	Sand (bis 5)	4,7 – 5,2	4,3 – 4,7
2	Schwach lehmiger Sand (5 – 12)	5,2 – 5,7	4,6 – 5,1
3	Stark lehmiger Sand (12 – 17)	5,4 – 6,0	4,8 – 5,4
4	Sandiger/schluffiger Lehm (17 – 25)	5,6 – 6,3	5,0 – 5,7
5	Toniger Lehm bis Ton (über 25)	5,7 – 6,5	5,1 – 5,9
6	Moorböden¹⁾			4,3²⁾

1) bei vielen Niedermooren liegen die pH-Werte entstehungsbedingt > 6,5
2) keine Erhaltungskalkung

4.3.2 Kalkempfehlung mit dem EUF-Verfahren

Beim EUF-Verfahren erfolgt die Ermittlung des Kalkbedarfs in Abhängigkeit der EUF-Calciumgehalte und der Bodenart. Kalkbedarf liegt vor, wenn EUF-Calcium der zweiten Fraktion kleiner 40 mg/100 g Boden gemessen wird. Je niedriger der EUF-Calcium-Wert ist, umso höher ist der Kalkbedarf. Tonreiche Böden erhalten bei gleichem EUF-Calciumgehalt höhere Kalkempfehlungen.

Die Mindestgabe für Sande und lehmige Sande (Bodenartengruppe 1, 2 gemäß VDLUFA-Standpunkt) beträgt bei Kalkbedarf 1.000 kg/ha CaO und Fruchtfolge. Bei besser gepufferten Böden (> 15 mg je 100 g Boden EUF-Calcium, zweite Fraktion) beträgt die Mindestgabe bei Kalkbedarf 1.500 kg/ha CaO und Fruchtfolge. Maximal werden beim EUF-Verfahren in Abhängigkeit der Bodenartengruppe (siehe Tabelle 3 und 4) zwischen 1.000 und 4.000 kg/ha CaO und Fruchtfolge empfohlen (Abbildung 9).

Abbildung 9: Kalkbedarf einer Fruchtfolge in Abhängigkeit von EUF-Calcium
und Bodenartengruppe gemäß VDLUFA (s. Tabellen 3 und 4)
(Quelle: Bodengesundheitsdienst)

1. Auflage, Stand: 07/2020

Autoren:

–   DLG-Fachausschuss Pflanzenernährung
–   DLG-Prüfungskommission Düngekalk
–   Dr. Dietmar Horn
–   Dr. Frank Lorenz
–   Dr. Reinhard Müller
–   Prof. Dr. Torsten Müller
–   Klaus Münchhoff
–   Dr. Uwe Pihl
–   Dr. Andreas Weber
–   Dr. Hans-Ulrich von Wulffen