Tropfbewässerung zu Kartoffeln
Dr. Martin Müller, ALB Bayern e.V.
Dr. Markus Demmel, Adolf Kellermann, Florian Ebertseder, Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft
Freising, Januar 2019
Das Wasser direkt an die Kartoffelwurzeln bringen und die Verluste so gering wie möglich halten: Mithilfe von Ein- oder Mehrwegschläuchen auf oder zwischen den Dämmen ist das machbar. Sechsjährige Versuchserfahrungen an der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft zeigen, wie sich die Technik sinnvoll einsetzen lässt. Beachtet werden müssen aber der Arbeitsaufwand und die Kosten des Verfahrens.
Tropfbewässerung unterscheidet sich von der weit verbreiteten Trommelberegnung mit Einzelkreisregner in wesentlichen Punkten: Das Verfahren ist besonders wassereffizient, Energie sparend, kulturverträglich und zugleich bodenschonend.
Das Wasser wird mit max. 2,5 bar Eingangsdruck in die Tropfschläuche gepumpt. Der Energieaufwand hierfür ist vergleichsweise gering. Entlang der Schläuche fällt der Druck auf bis zu 0,4 bar ab. Die Tropfer sind in regelmäßigen Abständen von 30 bis 80 cm an die Innenwände der Schläuche geschweißt. Das gewährleistet gleichmäßig verteilte Wassergaben bis 750 Meter Schlauchlänge.
Bei Tropfbewässerung werden nur die Bereiche unter den Tropfstellen durchfeuchtet. Mit zunehmender Schwere der Böden nehmen seitlich wirkende Saugkräfte zu, sodass das Wasser sich zunehmend auf horizontaler Ebene ausbreitet: Die Durchfeuchtungszonen werden breiter und es können Schläuche mit größeren Tropferabständen zum Einsatz kommen. Nur ein Teil der Bodenoberfläche wird befeuchtet, das Kraut bleibt trocken. Deshalb ist nach Tropfbewässerung die direkte Verdunstung über die Boden- und Krautoberfläche geringer als nach flächendeckender Beregnung oder nach natürlichen Niederschlägen. Voraussetzung hierfür ist allerdings, dass die Pflanzenbestände noch kein geschlossenes Blattdach ausgebildet haben. Die eingestrahlte Energie wird in diesem Fall nicht vollständig über verdunstendes Wasser abgeführt, sondern zum Teil an der trockenen Bodenoberfläche reflektiert. Es verdunsten dann etwa 20 bis 30 Prozent weniger; diese Wassermenge lässt sich einsparen.
Bei geschlossenem Blattdach sind weitere Einsparungen möglich, weil nach einer Trockenperiode mit laufender Tropfbewässerung die Böden Starkniederschläge jederzeit besonders gut aufnehmen können. Dies vermindert Oberflächenabfluss und Sickerwasserbildung.
Auf dem Damm oder dazwischen
Es gibt mehrere Verfahren, um die Tropfschläuche zu platzieren:
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Dammkronenverfahren (DKV): Die Schläuche werden entlang der Dämme in die Dammkrone gelegt.
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Zwischendammverfahren: Die Schläuche liegen jeweils zwischen den Dämmen. Das ist aber unüblich - wegen hoher Schlauchkosten und geringer Effizienz.
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Reduziertes Zwischendammverfahren (ZDV): Hier wird jeder zweite Schlauch eingespart, sodass nur zwischen jedem zweiten Damm ein Schlauch platziert wird.
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M-Dammverfahren (ZMDV): Die Dammform ist kompakt und die Position der Tropfschläuche zwischen jedem zweiten Damm ist erhöht.
Einsickern des Zusatzwassers in die Böden - Überkopfberegnung und Tropfbewässerungsverfahren im Vergleich
Die Durchfeuchtung des Bodens hängt vom Bewässerungsverfahren ab. Bei der Positionierung des Tropfschlauches in der Dammkrone ist der durchwurzelte Teil des Bodens, der durch Tropfbewässerung durchfeuchtet wird, vergleichsweise groß. Deshalb bietet diese Schlauchposition bei der Terminierung und Dimensionierung der Einzelwassergaben den größten Spielraum. Beim Dammkronenverfahren wird der Hauptwurzel- und Knollenbildungsbereich unmittelbar durchfeuchtet und gekühlt. Das sind die wesentlichen Vorteile dieser Schlauchposition.
Größe des pflanzenverfügbaren Bodenwasserspeichers in Abhängigkeit des Bewässerungsverfahrens für Sandböden (nFK = 10 Vol.-%, Durchmesser der Durchfeuchtungszonen unter Tropfer = 30 cm, Bewässerungsschwelle = 50% nFK, Tropferabstand entlang der Schläuche bei Tropfbewässerung = 30 cm)
| Kenngröße | Beregnung | DKV | ZDV | ZMDV |
|---|---|---|---|---|
| Anzahl Tropfstellen / m² | - | 4,4 | 2,2 | 2,2 |
| Wurzeltiefenwachstum in Durcheutungszone / cm | 60 | 60 | 45 | 52 |
| Anteil durcheuteten Bodens / % | 100 | 31 | 12 | 14 |
| Höhe möglicher Einzelwassergaben / mm | 30 | 9 | 3,5 | 4,3 |
Beim Zwischendammverfahren liegen die Schläuche um ca. 25 cm tiefer. Entsprechend geringer ist dann auch die durchwurzelte Bodensubstanz unter den Tropfern, die Wassergaben pflanzenverfügbar zwischenspeichern kann. Bei schweren Böden werden die Wassergaben zum Teil in die Dämme gesaugt. Zudem hat das ZDV im Vergleich zum DKV nur die Hälfte an Tropfstellen pro Flächeneinheit. Dadurch wird die Bodenspeicherkapazität für Wassergaben nochmals halbiert. Einzeltagesgaben von mehr als 4-5 mm sind dann auf leichteren Böden ohne Sickerwasserbildung nicht möglich. Allerdings war das Zwischendammverfahren in den Versuchen auf Sandböden und bei trockener Ausgangssituation zu Beginn der Bewässerungsperiode (Frühsommertrockenheit!) wenig effizient. Unter diesen Bedingungen konnte das verabreichte Zusatzwasser wegen der tiefen Schlauchposition nur unzureichend in die Kartoffeldämme geleitet werden und war daher für die Pflanzen nicht verfügbar.
Die in der Projektphase erprobte Bewässerung im M-Damm-Verfahren macht es möglich, die positiven Eigenschaften des Dammkronenverfahrens mit den Vorteilen des Zwischendammverfahrens zu verbinden. Die kompakte Dammform und die erhöhte Position der Tropfschläuche zwischen jedem zweiten Damm führen in diesem Fall zu einer Teildurchfeuchtung des Dammkernes und verbessern damit für die Kartoffelpflanzen im Jugendwachstum die Möglichkeit, die verabreichten Bewässerungsgaben zu erschließen. Durch eine größere Wurzeltiefe in der Feuchtezone erhöht sich des weiteren der Anteil des durchfeuchteten Bodens und es ist möglich, um etwa 25% höhere Einzelwassergaben als im reduzierten Zwischendammverfahren zu verabreichen.
Bei ausgeprägter Frühsommertrockenheit gibt nur das Dammkronenverfahren ausreichend Sicherheit.
Böden nicht austrocknen lassen
Trocken Böden aus, sinkt die Menge an pflanzenverfügbarem Bodenwasser. Dann steigt die Saugspannung überproportional an - entsprechend nehmen die Kräfte zu, mit denen die Böden das verbleibende Wasser festhalten. In diesem Maße steigt auch der Energieaufwand, den die Kartoffelbestände haben, um sich das Wasser anzueignen. Die Verfügbarkeit für die Pflanzen sinkt.
Deshalb ist es nicht sinnvoll, mit der Bewässerung zu warten, bis sich der Bodenwasserspeicher zu stark entleert hat. An heißen Sommertagen wäre die Wasserversorgung der Pflanzen sonst nur noch eingeschränkt möglich. Die Folge wären trockenstressbedingte Wachstumsstörungen mit Ertrags- und Qualitätsverlusten.
Bei den Zwischendammverfahren sprechen weitere Gründe für einen zeitigen Bewässerungsstart: Zum einen nimmt die Wasserleitfähigkeit von Böden mit zunehmendem Feuchtegrad überproportional zu. Das verbessert die horizontale Querverteilung der Wassergaben. Zum anderen bedeutet ein zeitiger Bewässerungsbeginn ein frühes Signal für die Kartoffelbestände, an welchen Stellen das Wasserangebot besteht. Die Pflanzen reagieren darauf zeitig mit gezieltem Wurzelwachstum in diese Durchfeuchtungszonen unter die Zwischendämme.
Strategisch wässern
Für hohe Erträge und Qualitäten ist es erforderlich, während der Hauptwachstumsphase ein gleichmäßiges und stressfreies Knollenwachstum zu gewährleisten. Das gilt ab dem Beginn der Knollenbildung. Hierzu ist der Dammkern durch Tropfbewässerung dauerhaft feucht und kühl zu halten. Da die Anlage stationär ist, verursacht die Inbetriebnahme von Tropfbewässerungstechnik nach erfolgter Installation verhältnismäßig wenig Aufwand. Daher beginnt man mit der Bewässerung zeitig ab einer Saugspannung von etwa 300 hPa. Das entspricht einer Bewässerungsschwelle (Bodenfeuchteschwelle) von etwa 70 % der nutzbaren Feldkapazität (nFK) auf Sandböden im DKV. Beim reduzierten ZDV auf Tonböden liegt die Schwelle bei 80 % der nFK; die Wassergaben saugen sich dann zum Teil in den Dammkern.
Das bedeutet aber nicht, dass die genannten Bodenfeuchtewerte während der anschließenden Bewässerungsperiode nicht unterschritten werden dürfen. Ganz im Gegenteil: Zum Start sollen die Wassergaben nur ungefähr 50 % des Bedarfs der Pflanzenbestände abdecken. Im Sommer etwa sind das 5 mm jeden zweiten Tag. Erst nachdem die Böden bis 60 cm Wurzeltiefe auf 50% der nFK abgetrocknet sind, ist nach laufendem Bedarf zu bewässern - beispielsweise mit 10 mm jeden jeden zweiten Tag im DKV (Sandböden) oder reduziertem ZDV (tonige Böden).
Das hat mehrere Vorteile:
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Die Wasserversorgung der Pflanzenbestände ist optimal auf deren Bedarf abgestimmt.
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Sie ist Wasser sparend, da sich der natürliche pflanzenverfügbare Bodenwasserspeicher bei anhaltender Trockenheit mit der Zeit bis zu 50 Prozent entleert.
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Eine Zielbodenfeuchte von 50 % der nFK bedeutet für die Pflanzen bereits moderaten Trockenstress. Die Aufnahme über die Wurzeln ist im Vergleich zu Verhältnissen mit höheren Bodenfeuchten vermindert und die Pflanzen reagieren darauf mit einer sparsamen, effizienten Wasserverwertung. Das spart in bedeutendem Umfang Wasser.
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Die Höhe der Einzelgaben ist situationsspezifisch so ausgelegt, dass Zusatzwasser bis 60 cm Tiefe in die Böden eindringt. Das hält das Wurzelsystem auch bei lange anhaltenden Trockenphasen bis in diese Tiefe leistungsfähig.
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Dadurch verringert sich die Gefahr von Sickerwasserbildung und Nährstoffauswaschung. Die Böden können auf eine Bewässerungsmaßnahme folgende (Stark-)Niederschläge jederzeit pflanzenverfügbar aufnehmen: Sandböden bis 30 mm Niederschlag, Tonböden bis 45 mm, Lehmböden bis 60 mm.
Ertragseffekte
In den Versuchen 2010-2014 am Standort Dürrenmungenau (schwachlehmiger Sand) wurden Mehrerträge durch Tropfbewässerung von bis zu +130 % im Vergleich zur unbewässerten Kontrolle erzielt. Die Platzierung der Bewässerungsschläuche in der Dammkrone brachte im Mittel der Jahre einen Mehrertrag von 50 % gegenüber der Kontrolle. Mit den Zwischendammverfahren wurden relative Ertragseffekte von +35 % erzielt.
Ertragseffekte durch Tropfbewässerung bei Speisekartoffeln (Standort Dürrenmungenau, schwach lehmiger Sand)
| Jahr | Trockenheit | Schlauchposition | Ertrag / dt/ha | + Ertrag / dt/ha | + Ertrag / % |
|---|---|---|---|---|---|
| 2010 | Ab Mitte Juni (Blüte) 40 Tage | unbewässert | 470 | ||
| Dammkrone | 680 | +210 | +45 | ||
| Zwischendamm | 605 | +135 | +28 | ||
| 2011 | Bis Mitte Juni (Blüte) 60 Tage | unbewässert | 730 | ||
| Dammkrone | 820 | +90 | +12 | ||
| Zwischendamm | 740 | +10 | +1 | ||
| 2012 | Ab Mitte Mai bis Ende Juni 70 Tage | unbewässert | 500 | ||
| Dammkrone | 970 | +470 | +95 | ||
| Zwischendamm | 845 | +345 | +70 | ||
| 2013 | Ab 10. Juni (Blüte) 50 Tage | unbewässert | 230 | ||
| Dammkrone | 520 | +290 | +130 | ||
| Zwischendamm | 440 | +210 | +90 | ||
| 2014 | Ab Ende Mai 40 Tage | unbewässert | 625 | ||
| Dammkrone | 825 | +200 | +30 | ||
| Zwischendamm | 790 | +165 | +25 | ||
| 2010-2014 | unbewässert | 510 | |||
| 2010-2014 | Dammkrone | 760 | +250 | +50 | |
| 2010-2014 | Zwischendamm | 685 | +175 | +35 |
Tropfgenaues Düngen lohnt nicht
In Kombination mit Tropfbewässerung bietet es sich an, auch flüssig zu düngen – die so genannte Fertigation. Das Verfahren brachte in den Versuchen aber keine höheren Erträge und Qualitäten. Das hatte folgende Ursachen:
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Während Nässeperioden besteht die Gefahr, dass der über Wassergaben verabreichte Flüssigdünger unmittelbar versickert, und nicht pflanzenverfügbar ist.
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Späte (Stickstoff-)Gaben nach der Blüte behindern bei Karoffeln das Einlagern von Assimilaten in die Knollen.
Weitere Gesichtspunkte, die gegen Fertigation sprechen:
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Hochlösliche Fertigationsdünger sind wesentlich teurer als bewährte und physiologisch sauer wirkende konventionelle Dünger.
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Erforderliche Techniken zum Lösen und Einspeisen der Dünger verursachen Zusatzkosten und sind zeitaufwendig.
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Beim Einsatz von Flüssigdüngern steigt die Gefahr, dass die Tropfer der Schläuche verstopfen.
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Fertigation benötigt technisch aufwendige und teure druckkompensierte Tropfschläuche für eine gleichmäßige Verteilung. Für Tropfbewässerung reichen einfache und preiswerte Tropfschläuche.
Bildschirmpräsentation mit weiterführenden Informationen
Einweg oder Mehrweg?
Neben produktionstechnischen Aspekten sind die Kosten entscheidend. Die Verfahrensrisiken sind vertretbar gering zu halten. Ziel ist das Vermarkten der tropfbewässerten Ware zu attraktiven Preisen, etwa über 15 €/dt Speiseware.
Daher erscheinen bei kleinen und uneinheitlichen Schlagformen auch dünnwandige einjährige Tropfschläuche interessant. Das hält die Investitionskosten zum Zeitpunkt des Einstiegs in diese neue Technik in Grenzen. Die Schlauchkosten betragen hier beim Dammkronenverfahren rund 750 €/ha und Jahr statt 5.500 €/ha bei mittlerer Schlauchqualität für - laut Hersteller - sechsjährigen Einsatz. Theoretisch ist dann zwar im Vergleich zu druckkompensierten mehrjährigen Schläuchen eine weniger optimale Verteilgenauigkeit entlang der Schläuche in Kauf zu nehmen. Praktisch, und dass ist entscheidender, ist die Technik zu Saisonstart Jahr für Jahr neu und funktioniert deshalb störungsfrei: Schläuche sind nicht zerstückelt, Schlauchwände unbeschädigt, Tropfer nicht verstopft. Zudem sind der Zeitaufwand und der Arbeitsanspruch für die abschließende Bergung der Schläuche deutlich geringer. Auch aus ökologscher Sicht erscheint die Verwendung von nicht wiederverwendbaren Einwegschläuchen vertretbar - sie bringen nur einen Bruchteil der mehrmals verwendbaren Schläuche an Kunststoff auf die Waage.
Je nach Schlaglänge empfehlen sich:
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bis 300 m: dünnwandige einjährige Schläuche, mit einfachen, nicht druckkompensierten Tropfern.
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300 bis 500 m: dickwandigere dreijährige Schläuche, ebenfalls einfache Tropfer.
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500 bis 750 m: dickwandige, teure Mehrwegschläuche, druckkompensierte Tropfer.
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oder man verlegt die Zuleitung nicht am Rand des Feldes, sondern in der Feldmitte. Die Bewässerungsschläuche zweigen dann nach links und rechts ab. Dadurch verdoppeln sich die maximal zu bewässernden Schlaglängen.
Trotz Mehrerträgen rechnet sich der Einsatz einer Tropfbewässerung aber nicht grundsätzlich: Nur wenn keine anderen Techniken in Frage kommen. Ein geringes Wasserangebot, zugesichertermaßen gute Erzeugerpreise und bessere Chancen auf positive Bescheide bei Antragsstellungen zur Wasserentnahme sind solche Fälle.
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