Mittwoch, 8. Dezember 2021
Arbeitsgemeinschaft Landtechnik und Landwirtschaftliches Bauwesen in Bayern e.V.

1. Online-Seminar der sechsteiligen Seminarreihe "Bewässerungsmanagement" am 21. Januar 2021

BERICHT TEIL II TEIL I - technische Aspekte

Bewässerungsverfahren - pflanzenbauliche Aspekte

Referent: Dr. Martin Müller - Arbeitsgemeinschaft Landtechnik und Landwirtschaftliches Bauwesen in Bayern e.V. (ALB), Freising

Martin Müller
Martin Müller

Im zweiten Teil des Seminars "Mobile Beregnungsmaschine mit Großflächenregner oder Düsenwagen, Rohrberegnung, Kreisberegnung und Tropfbewässerung - Einsatzbereiche und Grenzen" referierte Dr. Martin Müller, ALB. Zunächst ging er auf mögliche unproduktive Verdunstungsverluste bei der Beregnung ein. Diese ergeben sich vor allem bei hochsommerlichem Wetter und Wind und variierien in ihrem Ausmaß stark in Abhängigkeit von technischen Eigenheiten der verschiedenen Verfahren und den vorgenommenen Maschineneinstellungen.

Was ist Interceptionsverdunstung?

Pflanzen nehmen über Verdunstung abgeführtes Wasser (= Transpiration) über ihre Wurzeln aus dem Boden unmittelbar wieder auf. An der Übergangsstelle des Wassers vom Boden zur Pflanzenwurzel und an der Übergangstelle vom Pflanzengewebe in die Umgebungsluft wirken starke Widerstände, welche die Verdunstung hemmen. Darüber hinaus kostet die Wasseraufnahme den Pflanzen um so mehr Kraft, je trockener die Böden sind. Das alles reduziert die Wasseraufnahme und den Verbrauch der Pflanzen durch Verdunstung erheblich.

Ist hingegen tropfbar flüssiges Wasser der Umgebungsluft und der Sonneneinstrahlung direkt ausgesetzt (befindet es sich auf der Blattfläche von Pflanzen spricht man von "Interception"), fallen diese Verdunstungswiderstände weg. Es verdunstet dann deutlich mehr. Wird bei der Beregnung die Blattfläche direkt benässt, erhöht das also die Verdunstung, ohne dass es dem Pflanzenwachstum zu Gute kommt: Es entstehen Verdunstungsverluste. Anmerkung Redaktion: Nur in Ausnahmefällen, bei sehr hitzeempfindlichen Kulturen wie Salat, provoziert man durch Beregung während Hitzezeiten am Tag bewüßt Interceptionsverdunstung, um den Blattaparat in dieser Zeit besonders wirksam zu kühlen.

Wie genau entstehen Verdunstungsverluste und wie lassen sich diese begrenzen?

In der Nacht und den Morgenstunden sind Verdunstungsverluste beim Einsatz von Beregnungsmaschinen mit Starkregner oder Mittelstarkregner gering - vorausgesetzt es herrscht Windstille.
In der Nacht und den Morgenstunden sind Verdunstungsverluste beim Einsatz von Beregnungsmaschinen mit Starkregner oder Mittelstarkregner gering - vorausgesetzt es herrscht Windstille.

Findet Beregnung am Abend, in der Nacht und am Morgen statt, entstehen kaum Verluste. Denn zu diesen Zeiten fehlt weitgehend die (Sonnen-)Energie für die Verdunstung und die Aufnahmekapazität abgekühlter Luft ist - Windstille vorausgesetzt - deutlich geringer.

An heißen Tagen bei Sonne und deutlicher Windbewegung ist erstens die Interceptions-Verdunstung (Verluste) besonders hoch, wenn mit Starkregnern bewässert wird, weil über den Wind feuchte (mit Wasser gesättigte) Luftpakete an der nassen Blattfläche sofort abtransportiert und durch trockenere ersetzt werden. Zweitens landet durch Windabdrift die Wassergabe teilweise nicht an den beabsichtigten Stellen. Als dritter wichtiger Punkt kommt die Tropfenwolke ins Spiel. Wird tagsüber bewässert, findet Verdunstung nicht nur auf der aktiven Blattfläche, sondern zusätzlich an der Oberfläche aller Tropfen einer Tropfenwolke statt.

Bei Wind während Sommerhitze wird fortlaufend warme energiereiche, ungesättigte Luft von der einen Seite in die Tropfenwolke hineingeblasen. Warme Luft nimmt viel Feuchtigkeit auf, was zu starker Verdunstung führt. Weil durch den Wind fortlaufen neue Luft nachströmt verlässt die mit Wasserdanpf angereicherte Luft auf der anderen Seite fortlauften die Tropfenwolke, was stetig zu Verlusten führt.

An heißen Sommmertagen und Wind sind beim Einsatz vo Starkregnern besonders hohe Wasserverluste in Kauf zu nehmen.
An heißen Sommmertagen und Wind sind beim Einsatz vo Starkregnern besonders hohe Wasserverluste in Kauf zu nehmen.

Windabdrift und Verdunstung an der Tropfenoberfläche in Tropfenwolken nehmen mit steigendem Düsendruck zu: Es sinkt die durchschnittliche Tropfengröße und die spezifische Oberfläche, die Angriffsfläche für Wind und Verdunstung, nimmt zu.

Um die Verluste beim Beregnen gering zu halten, sollte man deshalb auf Beregnungsmaßnamen an heißen Sommertagen (10.00 bis 18.00 Uhr) oder an windigen Tagen wenn möglich verzichten und unnötigen Betriebsdruck vermeiden. Alles kostet unnötig Wasser und auch Energie.

Düsenwagen: Geringe Windanfälligkeit, geringe Verdunstungsverluste

Während beim Starkregner ein Pflanzenbestand rund zwei Stunden durchnässt wird, bewirken Düsenwagen nur für ungefähr zwanzig Minuten eine dauerhafte Durchnässung des oberirdischen Blattapparats und die Verluste durch Interceptions-Verdunstung sind deutlich geringer. Außerdem ist die Tropfenwolke volumenmäßig deutlich kleiner und die Tropfen sind - aufgrund des deutlich geringeren Düsendrucks - größer und bieten weniger Angriffsfläche. All das vermindert die Verdunstungsverluste bei gleicher Witterung gegenüber Starkregnern erheblich.

Beim Düsenwagen kommt man an andere Grenzen, denn es wird mit einer deutlich höheren Beregnungsintensität in mm/h gearbeitet. Pro Zeiteinheit kommt mehr Wasser auf die Fläche und der Boden muss dieses viele Wasser in kurzer Zeit aufnehmen können. Anmerkung Redaktion: Das funktioniert auf leichten Böden mit vielen Grobporen und generell auf fruchtbaren Böden mit einer gesunden Struktur und Makroporen (z.B. vertikale Regenwurmkanäle) deutlich besser als auf schweren oder schadverdichteten Böden mit geringem Gesamtporenvolumen und überwiegend Mittel- und Feinporen.

Kreisberegnung: Geringe Windanfälligkeit, geringe Verdunstungsverluste

Kreisberegungsanlagen sind automatisierbar und bei der Wasserentahme (Brunnen) am Zentralturm besonders energiesparend
Kreisberegungsanlagen sind automatisierbar und bei der Wasserentahme (Brunnen) am Zentralturm besonders energiesparend

In Bayern gibt es keine Kreisberegung und Müller hatte sich hierzu im Rahmen einer Lehrfahrt bei Herrn Ekkehard Fricke, Landwirtschaftskammer Niedersachsen, im Vorfeld kundig gemacht. Bei der Kreisberegnung wird mit Niederdruckdüsen gearbeitet, das bedeutet große Tropfen, die wenig windanfällig sind. Tropfenwolken sind sehr viel kleiner als beim Einsatz von Starkregnern. All dies hält die Verdunstungsverluste am Tag vergleichsweise gering.

Die Automatisierbarkeit und die hohe Energieeffizienz macht Kreisberegnungsanlagen besonders interessant. Eine besonders hohe Energieeffizienz wird erreicht, wenn sich der Brunnen / Wassereinspeisung, direkt am Zentralturm befindet. Dann muss das Wasser nur über geringe Strecken gepumpt werden. Der Energieverbrauch liegt dann bei etwa 20 % des Energieverbrauchs von Beregnungsmaschinen mit Starkregnern.

Diese Technik lohnt in der Praxis kostenmäßig ab einer Fläche von etwa 15 ha unter der Kreisberegnung. Die Fläche passt ungefähr in ein Quadrat mit 450 x 450 m Kantenlänge. Kreisberegnung ist nur auf großen zusammenhängenden Flächen möglich. Es werden nur kreisförmige Flächen beregnet. Werden sie auf quadratischen Flächen eingesetzt, werden nur 79 % des Schlags bewässert. Eckenausgleichssysteme sind teuer.

Ein massiver Anstieg der Rohstoffpreise könnte bevorstehen. Das Umfeld spricht dafür. Die Vergangenheit gibt ggf. Hinweise auf den zeitlichen Ablauf: häufig steigen zuerst die Ölpreise, dann Basismetalle, Edelmetalle und als letztes die Agrarrohstoffe. Im Rahmen eines solchen Rohstoffzyklus kann es dann schnell zu einer Verfünffachung oder Verachtfachung der Energiepreise kommen (Weltmarktpreise) - auch das zeigt die Vergangenheit. Betreibt man unter diesen Gesichtspunkten eine derart energieeffiziente Anlage, gibt das Sicherheit.

Windschutzstreifen sparen Wasser

Aus Sicht der Energieeffizienz kann sich Müller kleine Kreisberegnungsanlagen auch in Bayern vorstellen. Eine bayerische Expertenkommission "Wasserversorgung" macht sich seit 2020 Gedanken über eine nachhaltige Wasserversorgung in den nächsten Jahrzehnten, allerdings nicht speziell auf die Landwirtschaft bezogen. Im Bereich der Landwirtschaft geht es mehr darum, sie robuster gegenüber Trockenheit und Hitze zu machen, auch ohne dass bewässert wird. Ein Teilnehmer dieser Kommission sagte im Vorfeld einer ersten Zusammenkunft, dass Wind auch ein Problem ist, wenn nicht bewässert wird. Sobald Wind über Pflanzenbestände weht, wird verstärkt feuchte Luft an der Pflanzenoberfläche abtransportiert, durch trockenere Luft ersetzt und dies erhöht stark die Verdunstung und damit den Wasserverbrauch der Bestände. Würde man konzeptionell mehr mit Windschutzstreifen arbeiten, dann ließe sich nach Meinung dieses Experten über ein Jahr für einen Pflanzenbestand der Wasserverbrauch um etwa 100 mm reduzieren. Das wären 100 mm mehr Wasser, dass dem Bestand zur Verfügung steht, ohne zu bewässern. Aus Müllers Sicht ist diese Größenordnung plausibel und es stellt sich die Frage, ob sich Windschutzstreifen und Kreisberegnung sinnvoll miteinander koppeln lassen. Es schließen die Fragen an: Wären Kreisberegungsanlagen in Bayern überhaupt politisch und gesellschaftlich akzeptiert?

Tropfbewässerungsanlagen: Wassersparender Standard bei Dauerkulturen

Tropfbewässerung zu Zuccini inkl. Düngeeinspeisung (= Fertigation)
Tropfbewässerung zu Zuccini inkl. Düngeeinspeisung (= Fertigation)

Tropfbewässerung ist bereits seit Längerem ein Standardverfahren in Dauerkulturen mit großem Reihenabstand. Es gibt nichts Besseres. Die wesentliche Technik, die Schläuche, werden einmal für mehrere Jahre installiert. Das Wasser wird genau im Hauptwurzelbereich entlang der Reihen zugeteilt. Den Zwischenbereich, indem keine Pflanze produktiv wächst, erreicht kein Wasser. Dies macht die Tropfbewässerung so wassersparend.

Eine Tropfbewässerungsanlage besteht aus Kopfeinheit, Zuleitung und Tropferleitung. In den Schläuchen befinden sich in gleichmäßigen Abständen an die Innenwände geschweißt sogenannte Tropfer. Aus diesen Tropfern tröpfelt das Wasser gleichmäßig heraus.

Druckkompensierte Schläuche haben zusätzlich zum Strömungswiderstand vor dem Tropfer eine pulsierende Silikonmembran, die den Ausfluss regelt. Hierdurch wird die Wassergabe in weiten Bereichen druckunabhängig und besonders exakt. Diese Schläuche sind aber auch teuer.

Über Tropfbewässerung lässt sich auch düngen (Fertigation). Durch Einbau einer guten Filteranlage nach der Düngeeinspeisung wird Ablagerungen und der Verstopfung der Tropfer vorgebeugt. Es bestehen hohe Ansprüche an die Wasserqualität.

Tropfbewässerungsanlagen sind ähnlich energieeffizient wie Kreisberegungsanlagen, weil auch bei dieser Technik mit geringem Druck gearbeitet wird. Tropfbewässerungsanlagen lassen sich mit Solarstrom betreiben, wenn der Wasserspeicher an erhöhter Stelle positioniert ist.

Tropfbewässerungsanlagen: Auch bei einjährigen Reihenkulturen steigt die Bedeutung

Seit einigen Jahren erhöht sich die Bedeutung der Tropfbewässerung auch bei einjährigen Kulturen wie Einlegegurken, Zucchini und Kartoffeln. Anmerkung Redaktion: Die nachfolgenden Ausführungen zu Tropfbewässerung bei Kartoffeln beziehen sich überwiegend auf Versuchsergebnisse der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft.

Tropfbewässerung zu Kartoffeln im Dammkronenverfahren; bei leichtem Boden mit geringer horizontaler Ausbreitung der Durchfeuchtungszonen
Tropfbewässerung zu Kartoffeln im Dammkronenverfahren; bei leichtem Boden mit geringer horizontaler Ausbreitung der Durchfeuchtungszonen

Werden die Tropfschläuche in der Dammkrone verlegt, lassen sich die Wassergaben direkt im Hauptwurzelbereich verabreichen. Aus pflanzenbaulicher Sicht ist das optimal. Auf einen Hektar braucht man dann 14 km Schlauch. Rund 60 Arbeitsstunden und 2.000 Euro Kosten pro ha und Jahr schlagen beim Dammkronenverfahren mit druckkompensierten, mehrjährig verwendbaren Schläuchen zu Buche.

Dünnwandige, einjährige, drucksensitive Schläuche sind alternativ einsetzbar. Nachteil: Entlang der Schläuche geht der Ausfluss mit abnehmendem Druck stärker zurück. Kostenmäßig ist das günstiger. Arbeitsmäßig ist diese Variante interessant, weil nur ein Bruchteil der Schlauchmasse installiert werden muss. Wenn man mit einer mittleren Intensität produziert, gleicht der Pflanzenbestand aus. Wo 15 % mehr Wasser hinkommt (nahe der Zuleitungen), liegt der Ertrag auch höher. Der Vorteil außerdem: Man hat Jahr für Jahr eine neue Technik. Man kann die Schläuche so auslegen, dass alle Tropfer nach oben schauen. Wenn es zu Ablagerungen kommt, dann nicht auf den Tropfern. Das sichert die Funktionalität zusätzlich.

Tropfbewässerung zu Kartoffeln im Zwischendammverfahren; schwererer Boden mit größerer horizontaler Ausbreitung der Durchfeuchtungszonen
Tropfbewässerung zu Kartoffeln im Zwischendammverfahren; schwererer Boden mit größerer horizontaler Ausbreitung der Durchfeuchtungszonen

Reduzierungen sind bei der Tropfbewässerung zu Kartoffeln auch möglich, in dem man nicht auf jeden Damm, sondern zwischen jeden zweiten Kartoffeldamm Schläuche verlegt (Zwischendammverfahren). So kann man zeitlich flexibler arbeiten, man kann verlegen, solange der Bestand noch nicht geschlossen ist. Man kommt mit der Hälfte der Schläuche zurecht und spart Zeit beim Verlegen und Bergen. Beim Zwischendammverfahren reduzieren sich der Arbeitsaufwand und die Kosten für die Tropfschläuche erheblich.

Nachteilig beim Zwischendammverfahren ist, dass Wasser nicht im Hauptwurzelbereich appliziert wird, sondern in maximaler Distanz dazu, unter den Zwischendämmen. Damit das Wasser für die Pflanzen dennoch verfügbar ist, gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder wird das Wasser in den Damm hineingesaugt oder die Pflanzenwurzeln wachsen unter die Zwischendämme. Bei schwerem, feuchtem Boden funktioniert das. Bei Frühsommertrockenheit klappt das nicht, außer auf schweren Böden: Man lässt das Wasser laufen, im Damsohlenbereich staut es sich dann allmählich und wird ab einem gewissen Punkt, zumindest teilweise, seitlich in die Dämme geleitet. Dieses Vorgehen ist allerdings alles andere als wassereffizient, weil ein erheblicher Teil versickert.

Damit eine Technik gut eingesetzt wird, muss der Anwender überzeugt sein und sich motivieren können, diese Technik auch sinnvoll anzuwenden.

Zusammenfassung

Bei sachgerechtem Einsatz der Beregnungsverfahren sind die Verdunstungsverluste begrenzt. Bei Tropfbewässerungsverfahren wird nur ein Teil des Bodens durchfeuchtet. Dies erfordert ein besonders präzises Arbeiten. In erster Linie besteht hier die Gefahr von Sickerwasserbildung. Der große Vorteil der Tropfbewässerung ist, dass es fast keine Verdunstungsverluste gibt. Bei Dauerkulturen mit großem Reihenabstand bietet Tropfbewässerung eindeutig Vorteile. Hier hat sich diese Technik durchgesetzt. Bei einjährigen Reihenkulturen mit einem geringen Abstand < 1 m ist Tropfbewässerung besonders teurer und arbeitsaufwändig. Der Einsatz empfiehlt sich hier nur bei sehr guten Erzeugerpreisen und wenn keine anderen Techniken in Frage kommen, zum Beispiel bei geringem Wasserdargebot, bei geringer Brunnenleistung, bei Beregnungsverboten am Tag wegen Verdunstungsverlusten oder in der Nacht wegen Ruhestörung.

Berichterstattung:

Elke Hormes - Freie Fachjournalistin und
Dr. Martin Müller - Geschäftsführer ALB

ZUM FACHVORTRAG

Mobile Beregnungsmaschinen mit Großflächenregner oder Düsenwagen, Rohrberegnung, Kreisberegnung und Tropfbewässerung - Einsatzbereiche und Grenzen (Teil II)

Referent: Dr. Martin Müller - Arbeitsgemeinschaft Landtechnik und Landwirtschaftliches Bauwesen in Bayern e.V. (ALB), Freising


VERANSTALTER

  • Arbeitsgemeinschaft Landtechnik und Landwirtschaftliches Bauwesen in Bayern e.V. (ALB)
  • Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT)
  • Bayerische Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau (LWG)

Kooperationspartner

  • Bayerische Ämter für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (ÄELF), stellvertretend AELF Landshut mit Gartenbauzentrum Bayern Süd-Ost
  • Landeskuratorium für pflanzliche Erzeugung in Bayern e.V. (LKP)

Finanzielle Förderung

Die Online-Seminare erfolgen mit finanzieller Unterstützung des Bayerischen Staatministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (StMELF).