Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft, Bearbeiterin: Ellen Müller (Stand: 08.05.2006)
Quelle:
www.boden.sachsen.de
Zum Einfluss der Bodenbearbeitung auf ausgewählte Elemente
des Bodenlebens
1. Einleitung
Ein erklärtes Ziel der neuen Agrarpolitik besteht darin, Bedingungen zu schaffen, unter denen
Umweltbelange eine eigene Dimension bei der Entwicklung von Landwirtschaft und
ländlichem Raum darstellen. Im Rahmen der entsprechenden Agrarreform gehört auch die
biologische Vielfalt (= Biodiversität) zu den Agrarumweltindikatoren, an denen die
Nachhaltigkeit der landwirtschaftlichen Produktion gemessen werden soll (OECD 2001).
Ungeachtet der offensichtlichen Probleme, dieses Kriterium überhaupt bewerten zu können,
ist zu erwarten, dass der ökologische Zustand ackerbaulich genutzter Flächen für die
betriebliche Förderung in Zukunft eine größere Bedeutung haben wird als bisher.
Der ökologische Wert eines Schlages kann natürlich nicht an einzelnen Tier- oder
Pflanzenarten festgemacht werden. Eine Alternative stellt die Bewertung verschiedener
Anbau- und Bewirtschaftungssysteme anhand einer breiten Palette von Bioindikatoren dar.
Durch eine entsprechende agrarökologische Begleitforschung können mit hoher
Wahrscheinlichkeit bestimmte Produktionsverfahren herausgestellt werden, die sich
vergleichsweise günstig auf die Nachhaltigkeit des Acker- und Pflanzenbaus und auf die
Mannigfaltigkeit des agrarischen Lebensraumes auswirken. Der Landwirt hätte dann die
Möglichkeit, derartige Verfahren bevorzugt (z.B. auf einem definierten Teil der
landwirtschaftlichen Nutzfläche) einzusetzen, um bestimmte Förderkriterien zu erfüllen.
Nachfolgend werden Untersuchungen zu diesem Themenkomplex am Beispiel von drei
verschiedenen Bodenbearbeitungssystemen und drei potenziellen Bioindikatoren für einen
typischen sächsischen Ackerbaustandort demonstriert. Die hier vorgestellte Arbeit bezieht
sich ausschließlich auf den Boden, der als wichtigstes Produktionsmittel der Landwirtschaft
gilt und auch als Lebensraum in agrarischen Ökosystemen eine überragende Bedeutung hat.
Mehr Ökologie auf den Ackerflächen wird oft mit einem höheren phytopathologischen Risiko
gleichgesetzt. Eine solche Situation ist überall dort, wo auch in Zukunft die
Pflanzenproduktion und nicht der Vertragsnaturschutz im Vordergrund steht, nicht zu
akzeptieren. Deshalb werden neben Fragen der strukturellen Vielfalt auch potenzielle
Regulationsleistungen der betrachteten Organismen diskutiert, da offensichtlich gerade diese
Zusammenhänge für die Etablierung nachhaltiger Ackerbausysteme von zentraler Bedeutung
sind.
2. Material und Methoden
Das Untersuchungsgebiet liegt zwischen Döbeln und Ostrau und repräsentiert die intensiv
ackerbaulich genutzten Lößgebiete im nördlichen Erzgebirgsvorland (Mittelsächsisches
Lößhügelland).
Auf der Untersuchungsfläche wird eine 3-gliedrige Zuckerrübenfruchtfolge (Zuckerrübe-
Winterweizen-Wintergetreide) angebaut. Zuckerrüben standen zuletzt im Jahr 2002 auf der
Fläche.
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Folgende, im Jahr 1992 eingerichteten Bodenbearbeitungssysteme werden unterschieden:
Pflugeinsatz (jährliche Pflugfurche)
Mulchsaat (konservierende Bodenbearbeitung, Grubber, ca. 10 cm Arbeitstiefe)
Direktsaat (Verzicht auf Bodenbearbeitung, flache Saatbettbereitung zu Zuckerrüben)
Tabelle 1 enthält eine Übersicht über die untersuchten Bioindikatoren sowie über die
Methoden ihrer Erfassung und Auswertung.
Tab. 1: Indikatoren, Parameter und Feldmethoden zur Untersuchung der Biodiversität auf
sächsischen Ackerflächen
Indikator
untersuchte Parameter
Methode / erfasster
Bodenhorizont
Bodenmikroben
Mikrobielle Biomasse und
Basalatmung
Bodenproben mit Pürckhauer-
Bohrstock / 0-30 cm
Bodenfauna
Fraßaktivität
Köderstreifentest nach v.
Törne / 0-8 cm
Epigäische
Raubarthropoden
Arten- und Dominanzstruktur sowie
Aktivitätsdichte von Laufkäfern
Fallenfänge nach Barber /
Bodenoberfläche
Die Bodenproben zur Bestimmung der mikrobiellen Biomasse und Aktivität erfolgten im
Frühjahr und Herbst des Jahres 2002. Der Köderstreifentest wurde im Oktober 2003
durchgeführt. Zur Auswertung kamen ferner Fallenfänge aus den Monaten April und Mai der
Jahre 2002 und 2003. Allen Auswertungen liegen vergleichbare bzw. identische
Aufnahmezeiten und Erhebungsumfänge zu Grunde. Statistische Aussagen im Ergebnisteil
beruhen auf dem parameterfreien Mann-Whitney-(U-)Test.
3. Ergebnisse
Mikrobielle Biomasse und Atmungsaktivität:
Im Vergleich der drei Bodenbearbeitungsverfahren ließen sich hinsichtlich beider Parameter
typische Unterschiede erkennen. Besonders deutlich traten diese im Rahmen der
Herbstuntersuchungen zutage (Abb. 1); allerdings wurden im Frühjahr prinzipiell die gleichen
Tendenzen sichtbar. Unter der Pflugeinwirkung kommt es offensichtlich zu einer relativ
gleichmäßigen Durchmischung der oberen Bodenschichten (0-30cm) und damit auch der dort
vorhandenen mikrobiellen Biomasse (Abb 1. Oberes Diagramm). Diese Durchmischung
spiegelt sich auch in der Atmungsaktivität der Mikroben wider (Abb. 1, unteres Diagramm).
Mulch- und Direktsaat führen dagegen zu einer typischen Zonierung sowohl der mikrobiellen
Biomasse als auch der Atmungsaktivität.
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Abb. 1: Auswirkungen unterschiedlicher Bodenbearbeitungsverfahren auf Masse und Aktivität der
Bodenmikroben im Herbst 2003
In der oberflächennahen Bodenschicht wurden die signifikant höchsten Werte gemessen, mit
zunehmender Bodentiefe ließ sich ein schrittweiser Rückgang von Biomasse und Aktivität der
Mikroben konstatieren. Lediglich im Frühjahr 2003 wurden auf der Mulchsaatfläche
unterhalb der mechanisch gelockerten Bodenschicht keine Aktivitätsdifferenzen festgestellt.
In der Summe aller drei separat untersuchten Bodenschichten (Abb. 1, gestrichelte Säulen)
erreichte die Mulchsaatvariante zu beiden Zeitpunkten die absolut höchsten mikrobiellen
Biomassen, gefolgt von der Direktsaatfläche. Auch hinsichtlich der Basalatmung wurden auf
dem gepflügten Teilschlag die niedrigsten Werte festgestellt, wobei die Unterschiede vor
allem im Frühjahr nur sehr gering waren.
Fraßaktivität der Bodenfauna:
Auch der Köderstreifentest ergab deutliche Differenzen zwischen den drei
Bearbeitungsverfahren (Abb. 2). In nahezu allen untersuchten Bodentiefen (0-8 cm) wurden
auf den konservierend bearbeiteten Flächen signifikant höhere Fraßraten festgestellt. Die
Direktsaatfläche wies die größten Fraßaktivitäten auf, wobei die Unterschiede zur gemulchten
Variante mit dem Tiefengradienten zunahmen und in Tiefen unter 4cm auch statistisch
gesichert werden konnten.
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Abb. 2: Auswirkungen unterschiedlicher Bodenbearbeitunsverfahren auf die Fraßaktivität der Bodenfauna
(Köderstreifentest nach v.Törne)
Artenzahlen und Aktivitätsdichten von Laufkäfern:
In beiden Untersuchungsperioden wurden auf der gepflügten Variante die meisten
Laufkäferarten nachgewiesen (Tab. 2). Innerhalb der konservierend bearbeiteten Flächen
bestanden hinsichtlich der Artenzahlen keine Verteilungstendenzen.
Während im Jahr 2002 mit abnehmender Bodenbearbeitungsintensität eine signifikante
Zunahme der Aktivitätsdichten nachzuweisen war, blieben die Differenzen im Folgejahr
insgesamt geringer. Die höchsten Fangzahlen wurden zwar wiederum auf der Direktsaatfläche
erzielt; ein klarer Zusammenhang analog zum Vorjahr ließ sich aber nicht feststellen.
Tab. 2: Laufkäferfänge auf unterschiedlich bearbeiteten Ackerparzellen
Pflugeinsatz
Mulcheinsatz
Direktsaat
Artenzahl 2002
20
16
18
Artenzahl 2003
23
21
15
Individuenzahl 2002
187
452
522
Inividuenzahl 2003
333
273
411
Die sowohl faunistisch als auch hinsichtlich ihrer Funktion im Ökosystem bemerkenswerte
Art Carabus auratus (Goldlaufkäfer) erreichte dagegen in beiden Versuchsjahren auf der
Mulch- und Direktsaatparzelle signifikant höhere Aktivitätsdichten im Vergleich zur
gepflügten Variante (Abb. 3). Während im Frühjahr 2002 beide konservierenden Varianten
ähnlich hohe Fangzahlen aufwiesen, waren die Werte im Folgejahr bei Direktsaat noch einmal
signifikant höher als auf der gemulchten Fläche.
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Abb. 3: Auswirkungen unterschiedlicher Bodenbearbeitungsverfahren auf die Aktivitätsdichten des
Goldlaufkäfers (Bodenfallenfänge nach Barber)
4. Diskussion
Die Beeinflussung der Bodenfauna durch verschiedene abiotische und biotische
Umweltfaktoren war in der jüngeren Vergangenheit bereits Gegenstand zahlreicher
wissenschaftlicher Studien. Dabei standen anfangs in erster Linie allgemeine Auswirkungen
des Bewuchses bzw. der Oberflächenstruktur auf die Bodenfauna (Pfiffner et al. 1993,
Schreiter 2001, Jossi et al. 2004) sowie Effekte des ökologischen Landbaus (Papaja &
Hülsbergen 2000, Tischer 2000) im Mittelpunkt des Interesses.
Mit der Einführung pflugloser Ackerbauverfahren erfolgten auch vergleichende
Untersuchungen zu diesem Thema, wobei vor allem Auswirkungen bestimmter
Organismengruppen auf die Qualität des Bodens als Produktionsmittel von Interesse waren
(z.B. Krück et al. 2001, Hofmann et al. 2003).
Derzeit erlangt die Vielfalt des Bodenlebens als Teil der biologischen Diversität der
Kulturlandschaft im Rahmen der Umgestaltung der Agrarpolitik eine wachsende Bedeutung
(OECD 2001).
Aus den vorgestellten Ergebnissen geht hervor, dass durch die Wahl des
Bodenbearbeitungsverfahrens alle untersuchten Lebensgemeinschaften im und am
Ackerboden entscheidend beeinflusst werden.
Für die Mikroben konnte auf beiden pfluglos bearbeiteten Teilschlägen die typische
Zonierung von Biomasse und Atmungsaktivität mit einer Akkumulation in den oberen 10cm
der Bodenauflage belegt werden (vgl. Krück et al. 2001). Auch insgesamt (in 0 bis 30cm
Tiefe) wiesen die Mulch- und Direktsaatflächen ein etwas größeres Potenzial an mikrobieller
Masse und Aktivität auf.
Hinsichtlich des Köderstreifentests kam es sowohl bei Mulchsaat- als auch auf der
Direktsaatfläche zu signifikant höheren Fraßaktivitäten. Dieses Ergebnis entspricht den
Aussagen von Heisler & Brunotte (1998). Eine höhere Aktivität der Primärzersetzer kann aus
Sicht des Pflanzenschutzes vor allem im Maisanbau, der im Rahmen pflugloser
Anbauverfahren als besonders problematisch gilt, eine entscheidende Rolle spielen. So ist
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nach Friebe & Henke (1991) die Mesofauna am Abbau von Maisstroh wesentlich stärker
beteiligt, als an der Umsetzung von gemulchten Weizenstoppeln.
Generell ist –bei geeigneten Rahmenbedingungen – durch das aktivere Bodenleben auf allen
Mulch- und Direktsaatflächen ein verstärkter Abbau von Pflanzenrückständen zu erwarten.
Dies gilt besonders für die obersten Bodenschichten. Friebe & Henke (1991) wiesen für
verschiedene pfluglose Bearbeitungssysteme im Vergleich zur gepflügten Fläche eine
mindestens doppelt so hohe Strohabbaurate nach. Auch Heiber & Eisenbeis (1999) stellten
einen verstärkten Streuabbau bei nicht wendender Bodenbearbeitung fest.
Inwieweit solche Effekte im Rahmen der Eindämmung problematischer Krankheitserreger
(Fusarium spp., DTR/HTR, Maiszünsler, Maiswurzelbohrer) quantifiziert werden können,
muss in weiterführenden Forschungsarbeiten geklärt werden. Gerade diese Thematik ist von
hohem wirtschaftlichem Interesse.
Das signifikant stärkere Auftreten großer Laufkäfern der Gattung Carabus in Folge der
pfluglosen Bodenbearbeitung gehört zu den herausragenden Ergebnissen der vorliegenden
Untersuchungsreihe, da derart starke positive Effekte der Mulchsaat bislang nicht bekannt
waren. Offensichtlich führt bereits der Verzicht auf die Bodenwendung sowohl direkt (kaum
Verschüttung, weniger mechanische Verletzungen größerer Bodenorganismen) als auch
indirekt (Humusakkumulation im obersten Bodenhorizont) zu einer Förderung zahlreicher
Bodentiere, die als potenzielle Nahrung der räuberischen Laufkäfer in Frage kommen. Der
Befund spiegelt einen eindeutig positiven Effekt der pfluglosen Bodenbearbeitung auf die
faunistische Artenvielfalt wider. Darüber hinaus erhöht sich auch das natürliche regulative
Potenzial und damit die funktionale Diversität der betreffenden Schläge beträchtlich, da
gerade solche Schädlinge zur bevorzugten Beute der Carabus-Arten gehören, die durch
pfluglose Bodenbearbeitung gefördert werden (z.B. Ackerschnecken oder Drahtwürmer).
Das tatsächliche Regulationspotenzial dieser Art und der Feldlaufkäfer insgesamt könnte auf
konservierend bearbeiteten Feldern sogar noch größer sein, als allein aus höheren Fangzahlen
zu schließen wäre. Einige typische Beutetiere, z.B. Diplopoden (Doppelfüßer), Dipluren
(Doppelschwänze) oder Fliegenlarven, erreichen dort nämlich deutlich geringere
Individuenzahlen als auf gepflügten Äckern (Friebe & Henke, 1991). Folglich dürften all jene
Bodentiere, die durch pfluglose Bodenbearbeitung gefördert werden, entsprechend größere
Anteile am Nahrungsspektrum der Carabiden einnehmen.
In Auswertung vorliegender Arbeit und mündlicher Mitteilungen aus dem
Untersuchungsbetrieb kann vermutet werden, dass durch die konservierende
Bodenbearbeitung offensichtlich auch die wichtigsten Prädatoren einiger problematischer
Schädlinge (Bsp.: Schnecken) derart gefördert wurden, dass regulierende Eingriffe durch den
Bewirtschafter nicht nötig waren. Zumindest gab es auf den untersuchten Flächen seit Jahren
keine entsprechenden Probleme, wogegen z.B. benachbarte herkömmlich bearbeitete Flächen
teilweise einen starken Schneckenbesatz aufweisen sollen. Konkrete Untersuchungen dazu
sind geplant und wären ein wichtiger Beitrag zur Etablierung umweltgerechter
Ackerbausysteme.
Neben dem Goldlaufkäfer erreichten weitere Spezies, die auf mitteldeutschen Ackerflächen i.
d. R. eher sporadisch anzutreffen sind (z.B. Nebria brevicollis oder Notiophilus biguttatus), in
den Mulch- und Direktsaatvarianten wesentlich höhere Aktivitätsdichten (vgl. Volkmar et
al.). Die jeweils höchsten Artenzahlen auf der Pflugvariante verdeutlichen aber auch, dass
gerade diese über Jahrhunderte landschaftsprägende Form der Bodenbearbeitung zu typischen
und auch verhältnismäßig artenreichen Lebensgemeinschaften führen kann.
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Im Sinne einer mannigfaltigen Agrarlandschaft sollte deshalb das Nebeneinander
verschiedener acker- und pflanzenbaulicher Methoden einem radikalen Austausch
herkömmlicher durch modernere Praktiken vorgezogen werden. Diese Sicht entspricht auch
dem ökologischen Grundprinzip, dass die biologische Vielfalt einer Landschaft nicht allein
durch Wertzahlen für einen konkreten Lebensraum (a-Diversität) bestimmt wird, sondern
auch durch Ausprägungsvarianten dieses Lebensraumes entlang bestimmter
Umweltgradienten (ß-Diversität) sowie durch die Vielfalt verschiedener Lebensräume in der
Landschaft (#-Diversität).
Über die untersuchten Elemente der Bodenfauna hinaus finden sich in der Fachliteratur
weitere Hinweise auf die positiven Auswirkungen pflugloser Bearbeitungsverfahren. Seit
längerem bekannt ist z.B. der fördernde Einfluss konservierender Bodenbearbeitungssysteme
auf die Siedlungsdichte und teilweise auch auf die Artendiversität von Regenwürmern
(Lumbricidae). Entsprechende Effekte wurden bereits von Friebe & Henke (1991)
beschrieben. Besonders günstig wirkt sich der Pflugverzicht offensichtlich auf die
tiefgrabende Art Lumbricus terrestris aus, deren Aktivitäten sowohl für die Verbesserung der
Bodenstruktur als auch für die Erosionsminderung von besonderer Bedeutung sind (Krück et
al. 2001). Neben den Laufkäfern gehören Spinnen (Araneae) zu den wichtigsten
Gegenspielern potenzieller Schädlinge auf unseren Ackerflächen. Auch dieses natürliche
Regulationspotenzial kann durch konservierende Bodenbearbeitung eine signifikante
Förderung erfahren (Zahirovic et al. 2001; Volkmar et al. 2003).
Insgesamt zeigt sich, dass von konservierenden Bodenbearbeitungssystemen eindeutig
positive Impulse auf die Biodiversität der Agrarflächen und auf die Selbstregulation der
Ackerökosysteme ausgehen. Sowohl die mikrobielle Biomasse als auch die Fraßaktivität der
Bodenfauna sowie die Aktivitätsdichten einiger bemerkenswerter Laufkäferarten erreichten
bereits auf der gemulchten Fläche teilweise signifikant höhere Werte als auf dem gepflügten
Teilschlag.
Besonders hervorzuheben ist die Tatsache, dass Direkt- und Mulchsaatverfahren große
Potenziale zur Eindämmung gerade solcher Schaderreger enthalten, deren verstärktes
Auftreten erst durch die Umstellung auf pfluglose Bearbeitung induziert wurde. Die optimale
Ausschöpfung dieser Potenziale dürfte eine wichtige Voraussetzung für die dauerhafte
Etablierung konservierender Verfahren darstellen. Hinsichtlich der prinzipiellen
Durchführbarkeit und Praxisreife kommt dabei sicher den verschiedenen Mulchsaatverfahren
die größte Bedeutung zu. Die vorliegende Arbeit, aber auch weitere Studien zu diesem Thema
(z.B. von Krück et al. 2001 oder Hofmann et al. 2003), verdeutlichen, dass die Mulchsaat
ähnlich positive oder sogar stärkere Auswirkungen auf die Artenvielfalt und das regulative
Potenzial der betreffenden Ackerflächen haben kann als die derzeit nur eingeschränkt
anwendbare Direktsaat.
Einmal mehr haben die Ergebnisse unserer Untersuchungen aufgezeigt, dass zwischen der
strukturellen und funktionalen Mannigfaltigkeit der Bodenorganismen einerseits und ihre
wirtschaftliche Bedeutung andererseits teilweise sehr enge Zusammenhänge bestehen. Der
Komplex Bodenbearbeitung - Bodenleben verdeutlicht damit beispielhaft die Notwendigkeit
und die Chancen des angestrebten Brückenschlages zwischen ökologischen und
ökonomischen Zielvorstellungen im Rahmen nachhaltiger Landbewirtschaftungssysteme.
Unser Dank gilt der Südzucker AG, GB Landwirtschaft für die Bereitstellung der
Versuchsfläche
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5. Literatur.
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Bodenbearbeitung. – Z. Kulturtechnik u. Landentwicklung 32, 121-126.
Heiber, T. & Eisenbeis, G. (1999): Vergleich wendender und nichtwendender
Bodenbearbeitung im ökologischen Landbau: Messungen zum Strohabbau mit
Minicontainern bei Vertikalexposition. – Mitt. Dtsch. Bodenkundl. Ges. 91: 621-624.
Heisler, C. & Brunotte, J. (1998): Beurteilung der Bodenbearbeitung mit Pflug und der
konservierenden Bodenbearbeitung hinsichtlich der biologischen Aktivität mittels des
Köderstreifen-Tests nach von Törne sowie der Populationsdichten von Collembolen und
Raubmilben. Landbauforschung Volkenrode 48, 78-85.
Hofmann, B.; Tischer, S. & Christen, O. (2003): Auswirkungen langjährig unterschiedlicher
Bodenbearbeitungsintensität auf Humushaushalt, mikrobielle Aktivität und
Lumbricidenfauna. – VDLUFA-Schriftenreihe.
Jossi, W.; Bruderer, R.; Valenta, A.; Schweizer, C.; Scherrer, C.; Keller, S. & Dubois, D.
(2004): Einfluss der Bewirtschaftung auf die Nützlingsfauna. – Agrarforschung 11(3), 98-
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Papaja, S. & Hülsbergen, K.-J. (2000): Die Entwicklung der Regenwurmpopulationen unter
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(2000): Die Entwicklung von Fauna, Flora und Boden nach Umstellung auf ökologischen
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Schriftenreihe, Sonderband, 108-122.
Pfiffner, L.; Mäder, P.; Besson, J.-M. & Niggli, U. (1993): DOK-Versuch: Vergleichende
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Schreiter, T. (2001): Auswirkungen von Landnutzungssystemen auf die Zusammensetzung
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Tischer, S. (2000): Veränderungen der mikrobiologischen Aktivität nach
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Volkmar, C.; Lübke-Al Hussein, M. & Kreuter, T. (2003): Effekte moderner verfahren der
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Quelle:
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Zahirovic, S; Heimbach, U. & Sommer, R. (2001): Einfluss verschiedener Mulchsaatsysteme
auf Spinnen in Ackerbohnen-Beständen. – Mitt. Dtsch. Ges. allg. angew. Entomologie 13,
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