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Steuerung der Bewässerung
Eine exakte Steuerung der Bewässerung ist aus folgenden Gründen wichtig:
- Zu niedrige wie zu hohe Bewässerungsgaben haben negative Effekte auf Ertrag, Pflanzengesundheit und auf die Umwelt.
- Bodenfeuchte, sowie Nährstoffverfügbarkeit und -aufnahme beeinflussen einander stark.
- Jede Beregnungsmaßnahme verursacht Kosten.
Gewinnen kann man daher durch eine Steuerung der Bewässerung:
- höhere Erträge
- bessere Qualität
- Einsparungen an Kosten und Ressourcen.
Voraussetzungen hierfür sind:
- Genaue Ermittlung des
Bewässerungszeitpunktes - Genaue Ermittlung der Wassermenge
Beispiel: Ertragseffekt der Saugspannung auf Himbeeren
Dabei gibt es verschiedene Ansätze, die im Anschluß an einige Hintergrundinformationen kurz vorgestellt werden.
Der Boden und das Bodenwasser
Boden besteht aus festen mineralischen und organischen Bodenpartikeln und den Bodenporen, die entweder mit Wasser oder Luft gefüllt sind. Abhängig von Bodenart, Körnung, Gefüge, Lagerungsdichte und dem Gehalt an organischer Substanz schwankt das Gesamtvolumen der Bodenporen und damit das Vermögen eines Bodens Wasser zu speichern, stark. Das gesamte Volumen der Bodenporen schwankt bei mineralischen Böden zwischen ca. 40 und 60%, bei Substraten kann das Porenvolumen bis zu 90% betragen.
Wasser wird um so fester im Boden zurückgehalten, je enger der Durchmesser der wasserführenden Poren ist. Die Spannung oder "Kraft" mit der Wasser im Boden gebunden ist, bezeichnet man als Saugspannung.
Als Feldkapazität bezeichnet man die Wassermenge, die ein Boden maximal gegen die Schwerkraft halten kann (der Wassergehalt bei einer Saugspannung von 60 hPa oder pF 1,8). Als nutzbare Feldkapazität bezeichnet man die Feldkapazität abzüglich des Wassers, das so fest im Boden gebunden ist, daß es nicht mehr von Kulturpflanzen aufgenommen werden kann (Totwasser). Die nutzbare Feldkapazität (nFK) ist als der Wasseranteil definiert, der mit einer Saugspannung zwischen 60 hPa (pF 1,8) und 15000 hPa (pF4,2) im Boden gebunden ist.
Aufgrund der oben beschriebenen Zusammenhänge ist die nFK von Boden zu Boden sehr unterschiedlich. Die nFK eines Sandbodens liegt z.B. zwischen etwa 5 und 15% absolutem Bodenwassergehalt, während die nFK eines Tonbodens etwa zwischen 30 und 50% absolutem Bodenwassergehalt liegt.
Methoden der Bewässerungssteuerung
A - Messung der Saugspannung
Diese Herangehensweise misst die Spannung mit der Wasser im Boden zurückgehalten wird, die Saugspannung. Dieser Ansatz liefert Informationen zur „Kraft" die eine Pflanze aufwenden muß, um Wasser aus dem Boden zu entnehmen, jedoch keine Aussage zum absoluten Gehalt an Bodenwasser. Übliche Maßeinheiten für Saugspannung sind Hektopascal (1 hPa = 1 mbar) und Centibar (1 Centibar = 10 hPa / mbar).
Die Messung der Saugspannung ist eine klassische Methode der Bewässerungssteuerung. Die Messwerte der Saugspannung sind übertragbar, d.h. die Bodenart auf der gemessen wird, spielt bei dieser Herangehensweise keine Rolle. Eine Saugspannung von z.B. 150 hPa ergibt bei Sand-, wie bei Tonboden die gleiche Information. Für die einzelnen Kulturen existieren klar definierte Optimalbereiche, die auf allen Bodenarten gültig sind. Empfehlenswert sind 3 Mess-Stellen à 2 Tiefen.
Tensiometer und Watermark Senor sind Messinstrumente zur Messung der Saugspannung, wobei sich Tensiometer eher im feuchteren Bereich bewährt haben. Geeignet ist diese Methode für jeglichen Anbau in gewachsenem Boden und in Substraten für jede Bewässerungsmethode, insbesondere bei Tropfbewässerungsanlagen.
Optimale Steuerung der Bewässerung bedeutet optimale Bodenfeuchte und Nähststoffverfügbarkeit im gesamten Hauptwurzelraum ohne Verluste durch Auswaschung.
Zu den Abbildungen:
blau: zu nass; grün: optimale Feuchte; gelbrot: zu trocken
B - Messung des volumetrischen Wassergehaltes
Bei dieser Herangehensweise wird der volumetrische Gehalt an Bodenwasser gemessen. Dieser Ansatz liefert Informationen zum absoluten Wassergehalt einer Volumeneinheit Boden (inklusive dem nicht pflanzenverfügbaren Totwasser), jedoch keine Aussage zur Saugspannung des Bodenwassers. Übliche Maßeinheiten bei der volumetrischen Messung sind Vol. % oder mm Wasser pro Liter oder m³ Boden.
Volumetrische Messwerte zu Bodenwassergehalt sind nicht von Bodenart zu Bodenart übertragbar. So ist ein Sandboden bei 30% Wassergehalt bereits bis über seine nutzbare Feldkapazität mit Wasser gefüllt (Saugspannung ca. 10 hPa oder pF 1,0), während ein Schluffboden bei 30% Wassergehalt eine Saugspannung von ca. 300 hPa oder pF 2,5 aufweisen würde. Ein Tonboden würde sich hingegen bei 30% Wassergehalt bereits nahe des permanenten Welkepunktes befinden (Saugspannung ca. 15000 hPa oder pF 4,2).
TDR Fieldscout und FDR ECH2O sind Sensoren zur Messung des volumetrischen Bodenwassergehaltes. Ideal ist diese Methode vor allem bei der Fragestellung, wieviel mm Wasser gegeben werden soll.
C - Messung des Blatt- und Stammwasserpotentials
Bei dieser Herangehensweise wird das Blatt- oder Stammwasserpotential, d.h. die Spannung, unter der der Xylemsaft in einer Pflanze steht, mit einer Scholanderkammer gemessen. Daher entscheidet die Pflanze, nicht der Boden, über die Bewässerungswürdigkeit.
Aufgrund dieser direkten Information zum Wasserversorgungsstatus einer Pflanze kann auf die Wasserverfügbarkeit im gesamten Wurzelraum geschlossen werden. Übliche Maßeinheiten sind MPa und Bar.
Die Messwerte einer Scholanderkammer sind bei ordnungsgemäßer Messung von Standort zu Standort übertragbar, und es existieren allgemein gültige Richtwerte, insbesondere für holzige Pflanzen. Allerdings ist der Messvorgang selbst relativ arbeitsaufwändig, und kann nicht automatisiert werden.
- Das Xylemwasser in einer Planze steht immer unter Spannung.
- Beim Schnitt wird die Wassersäule unterbrochen und zieht sich zurück.
D - Die klimatische Wasserbilanz
Die klimatische Wasserbilanz oder Geisenheimer Methode ist eine indirekte Herangehensweise. Bei dieser Methode wird die potentielle Evapotranspiration (= Summe der Verdunstung aus Pflanze und Boden) durch Rechenmodelle (Penman-Monteith, Haude, u.a.) ermittelt, anschließend mit einem Korrekturfaktor Kc (abhängig von der Kultur und ihrem Entwicklungsstadium) korrigiert und schließlich mit den auf der Fläche gemessenen Niederschlägen bilanziert.
Die klimatische Wasserbilanz liefert Informationen zum Wasserverlust einer Flächeneinheit in mm über einen bestimmten Zeitraum, und muß jeweils auf eine bestimmte Fläche bezogen berechnet werden. Es existieren für zahlreiche Kulturen klar definierte Korrekturfaktoren für die einzelnen Entwicklungsstadien. Einige Typen der iMetos Wetterstation stellen eine klimatische Wasserbilanz zur Verfügung.
Beispiel: 