Montag, 27. Mai 2019
Arbeitsgemeinschaft Landtechnik und Landwirtschaftliches Bauwesen in Bayern e.V.

Hilfemenü zur Einzelgaben-App

Wie hoch dürfen Einzelwassergaben maximal sein, damit nichts unter den durchwurzelten Bodenhorizont sickert? Als Orientierungshilfe wurde gemeinsam mit der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft in Freising ein Berechnungsmodell (Internet-Anwendung) entwickelt. Es berücksichtigt individuelle Bodeneigenschaften, kulturartspezifische Faktoren und Kennzahlen zu verwendeter Bewässerungstechnik.

Bei Tropfbewässerung werden nur die Teilbereiche unter den Tropfstellen durchfeuchtet. Der pflanzenverfügbare Bodenwasserspeicher ist wesentlich geringer als bei flächiger Überkopfberegnung. Deshalb ist bei der Anwendung von Tropfbewässerung besonders präzises Arbeiten erforderlich. Die Einzelgaben-App bietet hierzu praktische Entscheidungshilfen und zeigt im direkten Vergleich die Unterschiede zu Überkopfberegnung.

Bodeneigenschaften

Die Fähigkeit von Böden, Wasser pflanzenverfügbar zwischenzuspeichern, ist stark von der jeweiligen Bodenart abhängig. Grundsätzlich ist die Speicherfähigkeit von Lehmböden größer als von Sand- oder Tonböden. Das Maß für die Fähigkeit von Böden, Wasser pflanzenverfügbar zu speichern, ist die nutzbare Feldkapazität nFK. Die Angaben erfolgen üblicherweise in Vol.-%. Beispiel: Sandböden mit einer nFK von 11 Vol.-% können je 10 cm Bodenmächtigkeit 11 Liter Wasser je Quadratmeter (= 11 mm) pflanzenverfügbar zwischenspeichern. Reichen die Wurzeln, beispielsweise von Kartoffeln, bis in eine Tiefe von 60 cm, also 6 x 10 cm, dann beträgt die resultierende nFK 6 x 11 mm = 66 mm = 66 Liter je Quadratmeter.

Bei punktuellen Wassergaben (Tropfbewässerung) nehmen mit zunehmender Schwere der Böden seitlich wirkende Bodensaugkräfte zu. Die Durchfeuchtungszonen unter den Tropfstellen werden breiter. Die Fähigkeit der Böden an den einzelnen Tropfstellen Wasser pflanzenverfügbar zwischenzuspeichern, verbessert sich.

Mit der Einzelgaben-App lassen sich landwirtschaftlich genutzte Flächen in eine von 8 Bodenarten einstufen. Den unterschiedlichen Bodenarten sind in der Praxis häufig anzutreffende Eigenschaften zugeordnet:

Bodenart nFK / Vol.-% Durchfeuchtungszone / cm
leicht, Sand (S) 9 25
leicht, schwach lehmiger Sand (lS) 13 30
mittel, stark lehmiger Sand (llS) 16 35
mittel, sandiger Lehm (sL) 19 40
mittel, schluffiger Lehm (uL) 22 45
schwer, toniger Lehm (tL) 17 50
schwer, lehmiger Ton (lT) 14 55
schwer, Ton (T) 10 60

Es handelt sich um gängige Durchschnittswerte. Tatsächlich ist die nFK allerdings nicht alleine von der Bodenart, also der Konrgrößenverteilung abhängig. Vielmehr wird die nFK im Einzelfall gleichermaßen von der jeweiligen Lagerungsdichte und dem Gehalt an organischer Bodensubstanz beeinflusst.

Der Anwender hat die Möglichkeit den Oberboden (Bodenart bis 30 cm) und den Unterboden (Bodenart ab 30 cm) getrennt zu charakterisieren. Außerdem lassen sich die in der Tabelle beschriebenen Standard-nFKs dem Einzelfall entsprechend anpassen (nFK Oberboden (optional), nFK Unterboden (optional)).

Auf Problemstandorten wird die Pflanzenverfügbarkeit von Wasser möglicherweise durch wurzelundurchlässige Zonen begrenzt, etwa aufgrund von Unterbodenverdichtungen. Einschränkungen des Wurzeltiefenwachstums, die auf eine ungünstige Struktur des Unterbodens zurückzuführen sind, können bei den Modellberechnungen durch die Festlegung der Durchwurzelbarkeit des Bodens ebenfalls berücksichtigt werden.

Hilfemenü zur Einzelgaben-App

Kulturbestand

Der pflanzenverfügbare Bodenwasserspeicher (nFK) variiert je nach Fruchtart und Entwicklungsstadium in Abhängigkeit von der resultierenden Durchwurzelungstiefe. Der Einzelgaben-App liegen zur Wurzeltiefe für die jeweiligen Fruchtarten folgende Minimum-Werte (zu Auflauf-, Pflanztermin/ Vegetationsstart) bzw. Maximum-Werte (nach Abschluss der Jugendentwicklung) zugrunde:

Fruchtart Durchwurzelung
Blumenkohl 30 cm bis 60 cm
Brokkoli 30 cm bis 60 cm
Bundzwiebeln 20 cm bis 60 cm
Buschbohne 20 cm bis 60 cm
Erbsen 20 cm bis 60 cm
Erdbeeren 30 cm bis 60 cm
Fenchel (gepflanzt) 30 cm bis 60 cm
Gerste (WG) 30 cm bis 80 cm
Gurken (Einlegegurken) 20 cm bis 60 cm
Hopfen 40 cm bis 100 cm
Kartoffeln 20 cm bis 60 cm
Fruchtart Durchwurzelung
Kopfkohl 30 cm bis 90 cm
Mais 40 cm bis 80 cm
Möhre 20 cm bis 60 cm
Petersilie 30 cm bis 60 cm
Porree (Sommer) 30 cm bis 80 cm
Radies 10 cm bis 30 cm
Raps (WR) 40 cm bis 100 cm
Weizen (WW) 30 cm bis 80 cm
Zuckerrüben 20 cm bis 90 cm
Zwiebeln 20 cm bis 60 cm

Für Mineralisation und Wurzelwachstum ist jeweils ausreichend Bodenfeuchte erforderlich. Deshalb ist eine gewisse Feuchte des Oberbodens für alle Fruchtarten bereits ab der Saat bzw. dem Legen oder Setzen relevant. Im Modell wird ab Beginn mit einer Wurzeltiefe von mindestens 20 cm gerechnet, wenngleich das Wurzelwerk zunächst noch nicht (bis in diese Tiefe) ausgebildet ist.

Bei mehrjährigen Kulturen und Winterungen ist die im Modell berücksichtigte Wurzeltiefe zu Vegetationsbeginn grundsätzlich (deutlich) geringer als der maximale Wert des vergangengen Jahres, mit folgendem Grund: Biotische Aktivität, Mineralisation und Wurzelwachstum sind stark temeratur- und sauerstoffabhängig, und starten im Frühjahr immer ausgehend von der Bodenoberfläche. Erst mit Abtrocknung und Bodenerwärmung im Verlauf des Frühjahrs tragen tiefer gelegene Wurzelbereiche in steigendem Maße zum Wachstum der Pflanzenbestände bei.

Das Tiefenwachstum der Wurzeln erfolgt während der Jugendentwicklung der Kulturbestände. In dieser Zeit erschließen die Pflanzen über die Wurzeln zunehmend tiefe Bodenbereiche, und der pflanzenverfübare Bodenwasserspeicher (nFK) steigt. Die Dynamiken des Wurzelwachstums werden unter Berücksichtigung fruchtartspezifischer Faustzahlen und Erfahrungswerte berücksichtigt.

Hilfemenü zur Einzelgaben-App

Bewässerungssystem

Die verschiedenen Bewässerungssysteme verteilen das Wasser auf kleinem Raum unterschiedlich gleichmäßig. In Folgendem werden pflanzenbauliche Zusammenhänge und die davon abgeleiteten Handlungsempfehlungen am Beispiel "Kartoffelbewässerung" dargestellt. Da es sich um Grundlagen handelt, lassen sich die Erläuterungen auf andere Feldfrüchte übertragen. In der Einzelgaben-App erfolgt die Auswahl des gewünschten Bewässerungssystems über das Auswahlfenster Beregnung / Tropfschlauchposition.

Mit Beregnungsanlagen wird der gesamte Boden befeuchtet. Es steht der komplette durchwurzelte Bodenbereich als pflanzenverfügbarer Wasserspeicher zur Verfügung.

Beregnung
Überkopfberegnung zu Kartoffeln: (A) Maximale Durwurzelungstiefe: 60 cm, (B) Maximale Durchfeuchtungstiefe im durchwurzelten Bereich: 60 cm, (C) Gleichmäßige Durchfeuchtung des ganzen Damms: 75 cm

Im Gegensatz dazu werden bei Tropfbewässerung nur die Bereiche unter den Tropfstellen durchfeuchtet. Deshalb ist der pflanzenverfügbare Bodenwasserspeicher im Vergleich zu flächiger Überkopfberegnung wesentlich reduziert. Je nach Bodenart und Durchwurzelungstiefe beträgt die maximale Speicherkapazität 1 bis 4,5 Liter je Tropfstelle und Tag. Sinnvolle Einzelgaben variieren situationsabhängig zwischen 1 und 10 Liter je Quadratmeter (siehe Einzelgaben-App). Nur in seltenen Ausnahmefällen sind bei sehr tiefwurzelnden Kulturen höhere Einzelgaben gerechtfertigt.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Tropfschläuche zu plazieren:

  • Dammkronenverfahren: entlang der Dämme in die Dammkrone
  • Zwischendammverfahren: zwischen jeden zweiten Damm; das spart 50% Schlauchkosten und viel Arbeit

Tropfbewässerung im Dammkronenverfahren
Tropfbewässerung zu Kartoffeln im Dammkronenverfahren: (A) Maximale Durwurzelungstiefe: 60 cm, (B) Maximale Durchfeuchtungstiefe im durchwurzelten Bereich: 60 cm, (C) Durchmesser der Durchfeuchtungszone: 30 cm in leichten Böden (lS)

Beim Dammkronenverfahren wird der Hauptwurzel- und Knollenbildungsbereich unmittelbar durchfeuchtet und gekühlt. Das ist der wesentliche Vorteil dieser Schlauchposition. Aus pflanzenbaulicher Sicht ist dieses Verfahren allen anderen überlegen. Allerdings ist es besonders teuer und arbeitsaufwändig.

Hilfemenü zur Einzelgaben-App

Bewässerungssystem (2)

Mit zunehmender Schwere der Böden nehmen auf das tropfenweise verabreichte Wasser seitlich wirkende Bodensaugkräfte zu, sodass das Wasser sich zunehmend auf horizontaler Ebene ausbreitet: Die Durchfeuchtungszonen werden breiter und es können Schläuche mit größeren Tropferabständen zum Einsatz kommen.

Je breiter die Durchfeuchtungszonen, desto besser funktioniert das Zwischendammverfahren (ZDV). Die Schläuche liegen tiefer. Entsprechend geringer ist dann auch die durchwurzelte Bodensubstanz unter den Tropfern, die Wassergaben pflanzenverfügbar zwischenspeichern kann. Wegen dem doppelten Abstand der Schläuche zueinander hat das Verfahren nur die Hälfte an Tropfstellen pro Flächeneinheit. Dadurch verringert sich die Bodenpufferkapazität nochmals deutlich. Einzeltagesgaben von mehr als 4-5 mm sind selbst auf schweren Böden ohne Sickerwasserbildung nicht möglich.

Tropfbewässerung im Zwischendammverfahren
Tropfbewässerung zu Kartoffeln im Zwischendammverfahren: (A) Maximale Durwurzelungstiefe: 60 cm, (B) Maximale Durchfeuchtungstiefe im durchwurzelten Bereich: 45 cm, (C) Durchmesser der Durchfeuchtungszone: 50 cm in schweren Böden (lT)

Beim ZDV ist ein zeitiger Bewässerungsstart, etwa bei einem Bodenfeuchtegrenzwert von 70% der nFK (Tagesgaben 3 mm), von besonderer Bedeutung: Zum einen nimmt die Wasserleitfähigkeit von Böden mit zunehmendem Feuchtegrad überproportional zu. Das verabreichte Wasser wird dann zum Teil in die Dämme gesaugt, auch in geringem Maße entgegen der Schwerkraft nach oben. Andererseits bedeutet ein zeitiger Bewässerungsbeginn ein frühes Signal für die Kartoffeln, an welchen Stellen das Wasserangebot besteht. Die Pflanzen reagieren darauf zeitig mit gezieltem Wurzelwachstum in diese Durchfeuchtungszonen unter die Zwischendämme. Erst nachdem die Böden trotz regelmäßiger Wassergaben weiter abgetrocknet sind, kann die Gabenhöhe gesteigert werden, z.B. ab einem Feuchtegrenzwert von 50 % der nFK auf 5 mm täglich.

In der Einzelgaben-App lässt sich die Bodenfeuchte bei Bewässerungsstart im Auswahlfenster festlegen. Beispiel: Eine Bodenfeuchte von 60 % der nFK bedeutet, dass der pflanzenverfügbare Bodenwasserspeicher zu diesem Zeitpunkt zu 60 % gefüllt ist. 40 % der nFK kann es regnen bzw. kann flächig beregnet werden, ohne dass es zu Sickerwasserbildung kommt. Bei Tropfbewässerung beträgt die maximal möglich Gabenhöhe, ohne dass Sickerwasser entsteht, häufig nur einen Bruchteil davon weil nur nur die Bereiche direkt unter den Tropfern als Wasserspeicher genutzt werden können.

An ihre Grenzen stoßen Zwischendammverfahren bei Frühsommertrockenheit. Im ZDV gelingt es grundsätzlich nicht, den (ausgetrockneten) Dammkern zu durchfeuchten, der für einen Übergang der gedüngten Nährsalze in die Bodenlösung und für beginnendens Wurzelwachstum vor allem zu Wachstumsstart besondere Bedeutung hat. Aus dem selben Grund ist das Verfahren auf mit Kartoffelschorf gefährdeten Standorten problematisch: Das Knollennest wird im Dammkern ausgebildet, und nur im Falle einer durchgehenden und ausreichenden Bodenfeuchtigkeit im Kernbereich (siehe Dammkronenverfahren) ließe sich die Schorfbildung maßgeblich hemmen.

Um die pflanzenbaulichen Nachteile des ZDV abzumildern wird an der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschft zur Zeit ein neues Verfahren erprobt: Die Dammsohlen, in denen die Tropfschläuche verlegt werden, sind bei diesem Konzept erhöht (M-Dammverfahren):

Tropfbewässerung im M-Dammverfahren
Tropfbewässerung zu Kartoffeln im M-Dammverfahren: (A) Maximale Durwurzelungstiefe: 60 cm, (B) Maximale Durchfeuchtungstiefe im durchwurzelten Bereich: 55 cm, (C) Durchmesser der Durchfeuchtungszone: 50 cm in schweren Böden (tL)

Außerdem lässt sich für Tropfbewässerungsverfahren der Schlauchabstand, der Tropferabstand und die vom jeweils verwendeten Tropfschlauch abhängige Wassergabe pro Tropfer in Liter je Stunde auswählen.

Hilfemenü zur Einzelgaben-App

Ergebnisauswahl

Es wird angezeigt, wie hoch die Einzelwassergaben je Tag sein dürfen, ohne dass etwas versickert. Standardmäßig erfolgt bei flächiger Überkopfberegnung die Angabe der möglichen Höhe einzelner Wassergaben in Liter je Quadratmeter (l/m²), bei Tropfbewässerung außerdem in Liter je Tropfstelle.

Durch Anklicken des Menüpunkts Ergebnisauswahl lassen sich in Abhängigekeit des gewählten Bewässerungssystems weiter Ergebnisse anzeigen:

  • Wassergabe [l/m²]
  • Wassergabe [l/Tropstelle]
  • Wurzeltiefe [cm]
  • Bewässerungszeit [min]
  • Bewässerungszeit je 1 l/m² Wassergabe [min]