Keyline Design: Wasser in der Landschaft speichern

Keyline Design

Das Keyline Design (auch Schlüssellinienkultur oder Hauptliniensystem) ist eine Methode der regenerativen Landwirtschaft, mit der Niederschläge besser genutzt werden können. Hauptbestandteil dieser Methode sind die Schlüssellinien, die im Design dazu genutzt werden, Niederschläge über Gräben mit einem Gefälle von 1-5% (je nach Gelände) von tieferen Lagen in höhere Lagen zu bekommen. Außerdem soll durch die Gräben der Abfluss von Wasser und damit auch Bodenerosion gestoppt werden und die Bewässerung der Landschaft im Allgemeinen verbessert werden. Der Großteil der Informationen stammt vom Vortrag von Dipl. Forstwirt Philipp Gerhardt beim Webinar aufbauende Landwirtschaft.

Wie funktioniert Keyline Design?

  • Zuerst werden die Höhenlinien im Gelände sichtbar gemacht. Das geht zum Beispiel über ein Geoinformationssystem.
  • Im nächsten Schritt beobachtet man, an welchen Stellen im Gelände Täler und an welchen Stellen Kuppen oder Kämme liegen.
  • Da sich der Niederschlag in den Tälern sammelt, möchte man den Niederschlag möglichst aus den Tälern auf die Kämme befördern.
  • Nun definiert man die Keyline oder Schlüssellinie: Diese transportiert das Wasser seitlich mit am Berghang entlang und zwar mit einem Gefälle von 1-5% auf die Kämme des Geländes.

Die Keyline kann dann in parallelen Linien im Gelände eingezeichnet werden, sodass sich der Effekt des Wassertransports potenziert. Die Abstandsbreite richtet sich nach der Bewirtschaftung und Befahrung des Geländes. Je nach Niederschlagsmenge und Klima können die Keylines mit verschiedenen Maßnahmen im Gelände verankert werden;

  1. Tiefenlockerung mittels Tiefenmeißel oder Yeomans-Pflug
  2. Zusätzliche Gräben, um Starkniederschläge auffangen zu können und Bodenerosion zu vermeiden
  3. Anlage von Wasserretentionsbecken, um transportiertes Wasser zu speichern und von dort aus mittels weiteren Gräben oder Rohren weiterzuleiten.
Keyline Design
Rodquiros / CC BY-SA

Welche Vorteile bringt Keyline Design?

Status Quo: Die künstliche Steppe

Zunächst ist es sinnvoll, das Problem beim Namen zu nennen: So wie wir unsere Landschaft derzeit gestalten gleicht sie einer künstlichen Steppe. Das kann man gut in Bild (a) sehen. In unserer Land(wirt)schaft gibt es kaum Gehölze oder andere Strukturen, die heiße Winde aufhalten können. Gleichzeitig verdunsten die Niederschläge sofort oder werden weggespült, da sie nicht versickern können. Die Folge: Die Landschaft ist auf regelmäßige Niederschläge angewiesen, um Erträge produzieren zu können. Leider wird es in den Vegetationsphasen immer weniger regelmäßige Niederschläge geben. Durch den Klimawandel werden sich die Niederschlagsmuster stärker zu periodischen Dürren, unterbrochen von Starkregen verändern. Nur ist unsere Landschaftsgestaltung nicht darauf eingestellt.

Keyline Design
Ryan et al. (2010)

Eine an den Klimawandel angepasste Landschaft

In Beispiel (b) sehen wir eine Landschaft, die besser an die Herausforderungen des Klimawandels angepasst ist. Die Landschaftsgestaltung ist an die Höhenlinien der Landschaft angepasst worden. Entsprechende Gehölzpflanzungen unterstützen die Wasseraufnahmekapazität des Bodens und die zusätzliche Humusbildung tut ein übriges.

Die blauen Pfeile stellen kühlere Winde dar, die durch die Gehölzgürtel immer wieder unterbrochen und nach oben abgeleitet werden. Das hat zwei Effekte: Zum einen trocknet die Landschaft weniger aus. Zum anderen wird die Feuchtigkeit immer wieder in die oberen Atmosphärenschichten getragen, was häufige Niederschläge im Umfeld der Landschaft bringt. Es werden also mehr kleinräumige Wasserkreisläufe geschaffen. Dadurch gibt es häufigere Niederschläge in der direkten Umgebung der Landschaft.

Bessere Niederschlagsaufnahme auch bei Starkregen

Wenn die Landschaft mit Keyline-Design geplant und mit zusätzlichen Gehölzgürteln bepflanzt wird, kann sie große Niederschlagsmengen in der Landschaft besser verteilen. Dadurch wird die Gesamtmenge der in der Landschaft versickernden Niederschläge erhöht.

Im Modell unten sieht man den Unterschied der Wasserverteilung links ohne und rechts mit Keyline Design und zusätzlichen Gehölzpflanzungen. Die Farben zeigt die Bodentiefen an, in die das Niederschlagswasser vordringt (siehe Legende unten). Es wird deutlich, dass das Wasser in der rechten Abbildung großflächiger im Gelände verteilt wird und nach mehreren Tagen (von oben nach unten zu betrachten) mehr Wasser in der Landschaft und in den unteren Bodenschichten verbleibt. Deshalb sind Landschaften, die mit Keyline Design gestaltet und mit Gehölzen bepflanzt sind reslienter und besser an den Klimawandel angepasst.

Keyline Design
Niederschlagsverlauf bei Starkregen. Links: Ohne Keyline Design, Rechts mit Keyline Design. Aus: Ryan et al. (2015)

Zwischenfazit: Keyline Design und Gehölze für Klimaanpassung unverzichtbar

Mit Keyline-Design kann unsere Landschaft wieder zu einer Struktur zurück-gestaltet werden, die der hier ursprünglichen Wald-Weidelandschaft näher kommt. Großflächig angewandt ist zu erwarten, dass die entstehenden kleinräumigen Wasserkreisläufe durch die Verdunstung der Bäume wieder häufiger Niederschläge in die Landschaft bringen. Zusätzlich kühlen die Bäume durch ihre Verdunstungstätigkeit die Landschaft und spenden Schatten. In den nächsten 10 Jahren wird kein Landwirt mehr darum herum kommen, sich diese Methoden genauer anzusehen, wenn er keine Ernteeinbußen hinnehmen will. Denn Getreidefelder mit Trinkwasser zu gießen ist ökonomisch nicht abbildbar und ökologisch nicht tragbar.

Das hat auch das IPCC erkannt. Im 1,5°C Sonderbericht des Weltklimarats heißt es:

„Where the slope is less severe, erosion can be controlled by contour banks, and the keyline approach […] to soil and water conservation.“ – IPCC

Und auch die EU-Kommission hat diese Auffassung übernommen, wie aus einem Bericht der Kommission zur Klimawandelanpassung zu entnehmen ist:

„Many adaptation responses consisted in implementing good practice to improve general sustainability and farm resilience. Some examples include conservation tilling ([…]keyline, contour, etc.)“ – EU Kommission

Die Planung und Gestaltung des Keyline Designs


Keyline Design
3D Modell eines Keyline Designs. Copyright Philipp Gerhardt, www.baumfeldwirtschaft.de

Wie funktioniert die Planung des Keyline Designs?

  1. Zunächst besorgt man sich entsprechende Luftbilder mit Höhenlinien zum Beispiel aus einem Geoinformationssystem
  2. Zusätzliche Erstellung von Luftbildern mit einer Drohne gibt einem aktuellere Aufnahmen der Landschaft
  3. Festlegung der Keypoints und Keylines
  4. Linienziehung im Plan anhand der Keylines aber auch der Bewirtschaftsungsbreite (Befahrungsstil, Traktorbreite usw.)
  5. Gegebenenfalls Auswahl und Einplanung von Gehölzen, Gräben und Wasser-Retentionsbecken


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Keyline Design
Copyright Philipp Gerhardt, www.baumfeldwirtschaft.de

Die Umsetzung des Keyline Designs in der Landschaft


Keyline Design
Copyright Philipp Gerhardt, www.baumfeldwirtschaft.de

Nach der Planung geht es an die Umsetzung. Hierfür werden Landmaschinen eingesetzt. Dafür müssen natürlich auch fossile Brennstoffe eingesetzt werden. Der positive Effekt zahlt sich aber auf Dauer aus: denn die Tiefenwurzeln der Bäume und der Humusaufbau binden auf Dauer ein vielfaches an CO2, als für die erste Anlage des Keyline Systems ausgestoßen wird. Auch ohne die Bepflanzung mit Gehölzen lohnt sich bereits eine Tiefenlockerung, denn diese sorgt wie eine Art „Drainage“ für eine bessere Wasseraufnahme und beugt somit Dürren vor. So hat es auch Bauer Hans Pfeffer von der Bannmühle für seine Weidelandschaften gemacht (Praxisbericht).


Keyline Design
Anlage von Keyline Gräben mittels Profilschaufel. Copyright Philipp Gerhardt, www.baumfeldwirtschaft.de

Je nach Umsetzungsplan gibt es verschiedene Landmaschinen, die eingesetzt werden können.

  • Für die Tiefenlockerung und Drainage des Bodens eignet sich ein Tiefenmeißel oder Yeomans-Pflug
  • Für die Anlage von Gräben können variable Profilschaufeln und flache Bankettschaufeln (Bild oben) zum Einsatz kommen. Zum Andrücken von Gräben kommt eine Grabenwalze zum Einsatz.
  • Für die Anlage von Wasser-Retentionsbecken und Verbindungen zwischen mehreren Gräben und Becken mittels Rohren werden Bagger benötigt.

Die Pflege des Keyline Systems


Keyline Design
Copyright Philipp Gerhardt, www.baumfeldwirtschaft.de

Nach der Erstanlage kommt dann die Pflege des Keyline Systems. Wer sich für die einfachste Variante mit der Tiefenlockerung entscheidet, sollte diese alle paar Jahre wiederholen, da sich die „Drainage“ mit Wurzeln oder einer Pflugsohle zusetzen kann. Baumpflanzungen müssen natürlich entsprechend den Anforderungen der Pflanzung gepflegt werden. Gegebenenfalls ist in der Anfangsphase Bewässerung notwendig und die Bäume müssen fachgerecht beschnitten werden.

Bei Baumpflanzungen im Ackerbaubereich sorgt das Pflügen der Zwischenreihen dafür, dass die jungen Bäume ihre Wurzeln in tieferen Schichten ausbilden. Dieser Effekt sorgt dann für bessere Befeuchtung der Felder, lockert den Boden und führt durch absterbende Wurzeln zu Humusbildung in tieferen Bodenschichten.

Fazit zum Keyline Design

Das ist nun der zweite, etwas theoretischer angesiedelte Blogartikel zum Thema Keyline Design. Ich hoffe die Funktionsweise der Methode im oberen Teil ist klar geworden. Anfangs habe ich etwas länger gebraucht bis ich das Prinzip verstanden hatte, weil es etwas kontraintuitiv ist. Für’s bessere Verständnis kann ich jedenfalls das oben eingebundene Video empfehlen, weil darin eine gute Animation enthalten ist.

Trotz der intensiven Auseinandersetzung mit dem Thema (das war für mich bisher die aufwändigste Recherche bei einem Blogartikel) habe ich das Gefühl, dass ich noch tiefer einsteigen könnte, vor allem wenn ich noch alle unten vorgestellten Bücher lesen würde.

Wassermanagement in der Landwirtschaft wird eins der wichtigsten Themen der nächsten zehn Jahre und darüber hinaus sein. Deshalb werde ich mich für meinen Teil noch tiefer damit auseinandersetzen und verschiedene Nuancen zum Thema Keyline Design mit euch teilen. Wenn Du auch weiterlesen möchtest, kann ich dir die Bücher unten empfehlen. Fragen, Anmerkungen und gerne auch konstruktive Kritik kannst du wie immer unten in den Kommentaren äußern. Ich freue mich auf den Austausch!

Titelbild: Pablo Ruiz Lavalle / CC BY-SA

Buchempfehlungen*:

Water for Every Farm – Yeomans Keyline Plan. Sprache: Englisch, 336 Seiten. 4. Auflage von 2008.

Restoration Agriculture von Mark Shepard. Sprache: Englisch, 344 Seiten. 1. Auflage von 2013.

Buch über die praktische Anwendung von Keyline Design (Kapitel 13)  in Kombination mit Gehölzpflanzungen auf Shepards Gelände in Nordamerika.

The Drought Resilient Farm von Dave Strickler. Sprache Englisch, 192 Seiten. 1. Auflage von 2018.

Mit vielen Tipps und Abbildungen zur Anlage von Gräben und Überlaufbecken, sowie weiteren Informationen zur Speicherung von Wasser auf dem Bauernhof.

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Quellen aus Philipp Gerhardts Vortrag zum Keyline Design

  1. Intergovernmental Panel on Climate Change, 2018. Global warming of 1.5°C. (SR 1.5)
  2. Deutsches Klimarechenzentrum: Globale Mitteltemperatur, geändert Lizenz: CC BY-NC-ND 4.0
  3. DWD (2017): Nationaler Klimareport. Dritte korrigierte Auflage.
  4. EASAC (2018): Policy Report 35.  Negative emission technologies: What role in meeting Paris Agreement targets?
  5. Rogelj, J., Popp, A., Calvin, K. V., Luderer, G., Emmerling, J., Gernaat, D., … Tavoni, M. (2018). Scenarios towards limiting global mean temperature increase below 1.5 °C. Nature Climate Change, 8(4), 325–332. doi:10.1038/s41558-018-0091-3
  6. Bastin, J.-F., Fet al. 2019. The global tree restoration potential. Science 365, 76–79. https://doi.org/10.1126/science.aax0848
  7. Zomer 2016: Global Tree Cover and Biomass Carbon on Agricultural Land: The contribution of agroforestry to global and national carbon budgets.
  8. Schwarzer, S., 2019. The potental of carbon sequestraton in the soil (No. 013), Foresight Brief – Early Warning, Emerging Issues and Futures. UN Environment Science Division, Geneva, Switzerland.
  9. Ryan, J., Mcalpine, C., Ludwig, J., 2010. Integrated vegetation designs for enhancing water retention and recycling in agroecosystems. Landsc. Ecol. 25. https://doi.org/10.1007/s10980-010-9509-7
  10. Ryan, J., McAlpine, C., Ludwig, J., Callow, J., 2015. Modelling the Potential of Integrated Vegetation Bands (IVB) to Retain Stormwater Runoff on Steep Hillslopes of Southeast Queensland, Australia. Land 4, 711–736. https://doi.org/10.3390/land4030711
  11. Fischer, H.S., Michler, B., Fischer, A., n.d. Die zukünftige pnV Bayerns. LWF Aktuell 2018, 46–49.
    12: Kumar 2009: Agroforestry and grass buffers for improving soil hydraulic properties and reducing runoff and sediment losses from grazed pastures.
  12. Seserman et al. 2018. Benefits of Agroforestry Systems for Land Equivalent Ratio – Case Studies in Brandenburg and Lower Saxony, Germany.
  13. Rogelj et al. 2018: Scenarios towards limiting global mean temperature increase below 1.5 °C
  14. Udawatta et al. 2002: Agroforestry Practices, Runoff, and Nutrient Loss: A Paired Watershed Comparison.
  15. Anderson et al. 2008: Soil water content and infiltration in agroforestry buffer strips.

Über den Autor

ReneFranzRené Franz beschäftigt sich im Rahmen seiner Weiterbildung zum Dipl. Permakultur – Gestalter an der Permakultur Akademie intensiv mit allen Formen der Permakultur. Sein derzeitiger Schwerpunkt liegt auf regenerativen Anbauformen, Wassermanagement und Klimaanpassung mit Permakultur sowie Online-Kursen.

Zusammen mit der Hamburger Organisation PermaStart hat er erfolgreich ein Crowdfunding für den ersten Online Einführungskurs in die Permakultur durchgeführt. Außerdem ist er im Permakultur Institut e.V. im Verbindungskreis, im IT-Team und dem Kreis Öffentlichkeitsarbeit aktiv.

Kontakt: [email protected]