Inhalt - Hochschule Anhalt
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20.11.2014 Hochschule Anhalt Fachbereich Landwirtschaft, Ökotrophologie und Landschaftsentwicklung Spezielle Pflanzenproduktion Bewässerungslandbau 2 Klimatische, pflanzenphysiologische und bodenkundliche Grundlagen der Bewässerung Lehrbeauftragter: Dr. Michael Schenk Inhalt System Boden – Klima - Pflanze Boden 1. 2. 1. 2. Speichervermögen Kapillarwirkungen Klima 3. 1. 2. Niederschlag Verdunstung Pflanze 4. 1. 2. 3. Wasserbedarf Interzeption Evapotranspiration Wirksamkeit der Bewässerung (Beispiele) Probleme durch Bewässerung 5. 6. 1. 2. 2 Versalzung Ionenzufuhr Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 1 20.11.2014 System Boden – Klima – Pflanze Ziel der Bewässerung: Ausgleich fehlender Niederschlagsmengen im System – Entstehen von Bewässerungsbedürftigkeit Angestrebte Effekte: Erhöhung der Erträge Stabilisierung der Erträge Sicherung und Verbesserung der Qualität Mögliche Nebenwirkungen: Versalzung des Bodens Verschiebung des Ionengleichgewichts Risiko der Auswaschung von Nährstoffen (vor allem N, K und Mikronährstoffe) Erhöhte Anfälligkeit für Krankheiten und Schädlinge Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 3 20.11.2014 Bewässerungsbedürftigkeit Ergibt sich aus dem System Boden: Speicherung des Wassers (Puffer) - Speichervermögen Zufluss Abfluss Von oben (Niederschlag) Von unten (kapillarer Aufstieg aus dem Grundwasser) Nach oben (Evaporation) In die Pflanzen (Transpiration) Nach unten (Versickerung) Nicht-Aufnahme: oberflächlicher Abfluss Klima: Niederschläge Verdunstung Pflanze: Entzug aus dem Boden (Biomassemenge, Wurzeltiefe, spezifischer Wasserbedarf, Saugspannung) Zwischenspeicherung in der Biomasse Verdunstung aus den Spaltöffnungen (Transpiration) Verdunstung von Niederschlagswasser (Interzeption) Wasserhaushaltsgleichung und Modelle zur Darstellung des Systems 4 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 2 20.11.2014 Notwendigkeit und Erfolg der Bewässerung Notwendigkeit und Erfolg der Bewässerung müssen ständig überprüft werden Aspekte: 1. 2. 3. 5 Bewässerungsbedürftigkeit Bewässerungswürdigkeit Wirtschaftlicher Erfolg der Bewässerung Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Quelle: Uni Kiel, Fachabteilung Hydrologie und Wasserwirtschaft Wasserhaushaltsgleichung 6 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 3 20.11.2014 7 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Inhalt System Boden – Klima- Pflanze Boden 1. 2. 1. 2. Speichervermögen Kapillarwirkungen Klima 3. 1. 2. Niederschlag Verdunstung Pflanze 4. 1. 2. 3. Wasserbedarf Interzeption Evapotranspiration Wirksamkeit der Bewässerung (Beispiele) Probleme durch Bewässerung 5. 6. 1. 2. 8 Versalzung Ionenzufuhr Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 4 20.11.2014 Speichervermögen des Bodens Speichervermögen des Bodens nutzbare Feldkapazität: der den Pflanzen verfügbare Teil des Haftwassers im Boden (Rest: Totwasser), in Vol.% oder mm Permanenter Welkepunkt: Punkt, an dem die nutzbare Feldkapazität von den Pflanzen aufgebraucht ist Abhängig von: Körnung des Bodens (Tongehalt, Schluffgehalt) Bodengefüge (Größe der Kapillaren im Boden) Gehalt an organischer Substanz (Humus) Nutzbares Wasser für die Pflanze: nutzbare Feldkapazität nFK in der Durchwurzelungstiefe Vereinfachte Formel: nFK = 9 + (2,4 * BWZ) 9 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Nutzbare Feldkapazität Nutzbare Feldkapazität und Bodenart Bodenart Bodenwertzahl nutzbare Feldkapazität Vol. % mm Waser für 60 cm Bodentiefe Sand 20 .. 30 8 32 ..54 lehmiger Sand sandiger Lehm 35 .. 50 55 .. 70 16 19 66 .. 104 90 .. 180 Lehm 75 .. 85 17 160 .. 300 Quelle: Leitfaden zur Beregnung landw irtschaftlicher Kulturen; Potsdam 2005 Wurzeltiefe einiger Kulturarten Wurzeltiefe 20 - 30 cm 30 bis 60 cm 60 bis 90 cm über 90 cm 10 Kulturen Kopfsalat, Erdbeeren Kartoffeln, Gurken, Zwiebeln, Tomaten, Bohnen Wintergetreide, Mais Zuckerrüben, Spargel Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 5 20.11.2014 Langfristige Änderungen 11 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Mittlere Bodenfeuchte Wintergetreide 12 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 6 20.11.2014 Bodentemperatur Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 13 20.11.2014 Saugspannung (pF-Wert) Maßeinheit für den Bodenwasserdruck – Druckhöhe in cm Wassersäule Enorme Schwankungsbreite, deshalb Vereinfachung auf den dekadischen Logarithmus = Saugspannung in pF Wichtige Punkte: Bei pF 1,8 befinden sich Saugspannung und Schwerkraft im Gleichgewicht, maximales Wasserspeichervermögen erreicht Pflanzenwurzeln können bis zu 4,2 pF Wasser dem Boden entnehmen Kann direkt gemessen werden 14 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 7 20.11.2014 Inhalt System Boden – Klima- Pflanze Boden 1. 2. Speichervermögen Kapillarwirkungen 1. 2. Klima 3. Niederschlag Verdunstung 1. 2. Pflanze 4. Wasserbedarf Interzeption Evapotranspiration 1. 2. 3. Wirksamkeit der Bewässerung (Beispiele) Probleme durch Bewässerung 5. 6. 1. 2. 15 Versalzung Ionenzufuhr Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Kapillarwirkungen Durch Kapillaren im Boden kann Wasser aufsteigen Aufstiegshöhe und -geschwindigkeit ist abhängig von der Größe der Kapillaren (Poren), diese ist abhängig von: Korngrößenzusammensetzung Lagerungsdichte Krümelstruktur Dabei keine „glatte“ Grenzschicht, sondern Übergang aus gesättigter Grundwasserzone zur Sickerwasserzone über geschlossenem und offenem Kapillarraum Möglicher Kapillarhub: Pseudogleye bis 1,0 m Gleye 1,0 bis 1,4 m je nach Schichtaufbau Auen- und Marschböden 1,4 m 16 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 8 20.11.2014 Zusammenhang zwischen Wasserpotential und Porensystem eines Bodens 17 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen Kapillarraum im Boden 18 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Quelle: Westfälische Wilhelms-Universität Münster Institut für Geologie und Paläontologie 20.11.2014 9 20.11.2014 Quelle: Westfälische Wilhelms-Universität Münster Institut für Geologie und Paläontologie Kapillarhub in verschiedenen Böden 19 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Inhalt System Boden – Klima- Pflanze Boden 1. 2. Speichervermögen Kapillarwirkungen 1. 2. Klima 3. Niederschlag Verdunstung 1. 2. Pflanze 4. Wasserbedarf Interzeption Evapotranspiration 1. 2. 3. Wirksamkeit der Bewässerung (Beispiele) Probleme durch Bewässerung 5. 6. 1. 2. 20 Versalzung Ionenzufuhr Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 10 20.11.2014 Niederschlagshöhe in Deutschland im Winterhalbjahr 21 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Niederschlagshöhe in Deutschland im Sommerhalbjahr 22 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 11 20.11.2014 Mittlere Sonnenscheindauer in Deutschland im Sommerhalbjahr 23 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Mittlere Lufttemperatur in Deutschland im Sommerhalbjahr 24 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 12 20.11.2014 Inhalt System Boden – Klima- Pflanze Boden 1. 2. Speichervermögen Kapillarwirkungen 1. 2. Klima 3. Niederschlag Verdunstung 1. 2. Pflanze 4. Wasserbedarf Interzeption Evapotranspiration 1. 2. 3. Wirksamkeit der Bewässerung (Beispiele) Probleme durch Bewässerung 5. 6. Versalzung Ionenzufuhr 1. 2. 25 20.11.2014 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen Messung der Verdunstung 1. 2. 3. Direkte Messverfahren Indirekte Messverfahren Berechnungsverfahren 1. 2. 4. Für Pflanzenbestände Als 26 Für freie Wasseroberflächen Für unbewachsene Landoberflächen Potentielle Verdunstung Aktuelle Verdunstung Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 13 20.11.2014 Potentielle und aktuelle Verdunstung Potentielle Verdunstung Mögliche Verdunstung Maximal mögliche Verdunstung bei freier Wassernachlieferung 27 Aktuelle Verdunstung Tatsächliche Verdunstung tatsächliche Verdunstung bei gegebenem Wasservorrat des Bodens und tatsächlichen meteorologischen Bedingungen Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Tatsächliche (aktuelle) und potentielle Verdunstung (10.04.2014) 28 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 14 20.11.2014 Tatsächliche (aktuelle) und potentielle Verdunstung (04.04.2013) 29 20.11.2014 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen Tageswerte Verdunstung 08.04.2011 30 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 15 20.11.2014 Faktoren der Verdunstung Differenz zwischen dem Dampfdruck an der Oberfläche und dem der oberflächennahen Luft 2. An der Oberfläche zur Verfügung stehende Energie 3. Menge des in der Luft abtransportierten Wasserdampfes 4. Menge des an der Oberfläche vorhandenen oder dorthin transportierten Wassers Die Verdunstung ist ein Teil der Wasser- und Energiebilanz Verbindung der Umwandlung von Energie aus Strahlung oder Wärme mit einer Aggregatzustandsänderung von Wasser aus flüssiger oder fester Form in die Gasform 1. 31 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 BOYLE´sches Gesetz Die Wasserdampfmenge, die ein Luftpaket aufnehmen kann hängt von der Temperatur und dem Luftdruck ab. Für eine definierte Temperatur und einen definierten Luftdruck ist es möglich, die maximale Wasserdampfaufnahme eines Luftpaketes zu berechnen. Die relative Luftfeuchte U ist der aktuelle Dampfdruck der Luft in % des Sättigungsdampfdruckes 32 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 16 20.11.2014 33 20.11.2014 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen Sättigungsdefizit Die Differenz zwischen dem aktuellem Dampfdruck der Luft und dem Sättigungsdampfdruck nennt man Sättigungsdefizit. = „Dampfhunger“ der Luft 34 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 17 20.11.2014 Direkte Methoden zur Messung der Verdunstung Verdunstungsgefäße Messgeräte (Atmometer) 35 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Direkte Messung der Verdunstung Verdunstungsgefäße Verdunstungskessel/ ClassA-Pan/ Evaporimeter Formel: E = ΔS – P E= Evaporation S = Speichervolumen P = Niederschlagshöhe 36 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Quelle: Uni Kiel, Fachabteilung Hydrologie und Wasserwirtschaft 18 20.11.2014 Direkte Messung der Verdunstung (Atmometer) Czeratzki-Scheibe (mit Kermamikscheibe) 37 Piche-Evaporimeter (mit Filterpapier) Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Quelle: Uni Kiel, Fachabteilung Hydrologie und Wasserwirtschaft Atmometer Problem: liefern nicht exakt die potenzielle oder aktuelle Verdunstung gelten nur für das jeweilige örtliche Klima Über Korrekturformeln (-faktoren) muss der Messwert rechnerisch bereinigt werden 38 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 19 20.11.2014 Komplexe Methoden Bestimmung der latenten Wärme aus der Strahlungsbilanz - latente Wärme als Restgröße Bestimmung aus der Wasserbilanz 39 Lysimeter Messung des Bodenwassergehalts Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Lysimeter Lysimeter: Gerät zur Ermittlung von Bodenwasserhaushaltsgrößen (Versickerungsrate, Verdunstung) und zur Beprobung von Bodensickerwasser (Quantität und Qualität) Aufbau: Messgrößen: oben offene Zylinder mit einem Bodenkern gefüllt und in den Boden eingelassen unten abgeschlossen mit Meßeinrichtung Oben bewachsen oder Brache Sickerwassermenge (Infiltration) Differenz zwischen Niederschlagsmenge und Sickerwassermenge = Verdunstung (Evaporation bzw. Evapotranspiration) chemische Analyse des Sickerwassers Ca. 500 Lysimeter an 80 Lysimeterstationen in Deutschland, u.a. bei Buttelstedt (100 x 100m) 40 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 20 20.11.2014 Verdunstungsmessung mit dem Lysimeter Ermittlung der Verdunstung basiert auf der Wasserhaushaltsgleichung V = N – A ± DS für wägbare Lysimeter V = N – A für nicht wägbare Lysimeter, DS wird vernachlässigt 41 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Aufbau Lysimeter 42 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Quelle: Uni Kiel, Fachabteilung Hydrologie und Wasserwirtschaft 21 20.11.2014 Lysimeter Bilder 43 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Blattsensoren Blattsensor (Beispiel NASA-Projekt): •Messung der aktuellen Verdunstung direkt am Blatt •Datenübertragung per Kabel oder RFID 44 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 22 20.11.2014 Mikro-Meterologische Messungen Aerodynamische Methode Bowen Ratio Turbulenz-Korrelations-Methode (Eddy Flux) 45 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Aerodynamische Methode Verdunstungsberechnung aus Profilmessungen der Feuchte und der Windgeschwindigkeit Problem: gilt nur bei stabilen meteorologischen Bedingungen hauptsächlich i.d. Forschung angewandt keine Standard-Daten vom DWD verfügbar 46 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 23 20.11.2014 Bowen Ratio Berechnung der Verdunstung aus der Strahlungsbilanz Zielgröße: LE: Latente Energie (Verdunstung) Eingangsgrößen: 47 Rn: Netto-Strahlung G: Bodenwärmestrom H: Fühlbare Wärme (H=Heat) T: Temperatur (in zwei Höhen) e: Dampfdruck (in zwei Höhen) b: Bowen-Ratio g: Psychrometer-Konstante Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Vorteile und Nachteile Vorteile direkte Messung der Verdunstung (ETa) keine Windmessung erforderlich 48 Nachteile höchste Anforderungen an die Genauigkeit der Sensoren (v.a. Feuchte) Austauschkoeffizienten sind nicht immer gleich teilw. nicht definierte Gleichung Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 24 20.11.2014 Turbulenz-Korrelations-Methode (Eddy Flux) Gemessen wird Wasserdampf über einer Oberfläche als Funktion von vertikaler Windgeschwindigkeit und Temperatur Hochfrequente (>10Hz) Messungen der CO2 und Wasserdampf-Konzentration entlang eines Gradienten 49 teuer (>500.000 Euro/Station) aufwändige Technik und Datenauswertung Netze: EUROFLUX, Carboflux, Fluxnet Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Berechnungsverfahren für Verdunstung Empirische Verfahren Semi-empirische Verfahren Physikalisch basierte Verfahren 50 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 25 20.11.2014 Probleme bei der Berechnung Strahlungsbilanz schwierig zu erfassen, kein Standardparameter der Wetterdienste Umrechnung von der Referenzverdunstung (ETp, Rasen oder Wasserfläche) auf Pflanzenbestände Phänologie, Sorten, Weidezustand, Boden, Management…. Berechnung der aktuellen Verdunstung Funktion von Pflanze, Boden, Exposition 51 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Verwendbare Daten Die Verdunstung korreliert mit: Lufttemperatur Windgeschwindigkeit Sonnenscheindauer Nettostrahlung Sättigungsdefizit 52 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 26 20.11.2014 Verdunstung einer freien Wasseroberfläche nach Dalton 1802 (Aerodynamisches Verfahren) Die Verdunstung einer freien Wasseroberfläche wächst mit dem Sättigungsdefizit und der Windgeschwindigkeit: E = Verdunstung, Evaporation es = Sättigungsdampfdruck bei der Temperatur der Wasseroberfläche ea = aktueller Dampfdruck der Luft (es – ea) = Sättigungsdefizit der Luft f(v) = Funktion, die den Wasserdampfaustausch in Abh. von der Windgeschwindigkeit repräsentiert 53 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Methode nach HAUDE ET = f * (es – ea) [mm/d] f = “Haude-Faktor“ (monatspezifisch) es = Sättigungsdampfdruck [Pa] ea = aktueller Dampfdruck [Pa] 54 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 27 20.11.2014 Haude-Funktion Vorteile Schnell Daten gut verfügbar in Deutschland gut bewährt und eingeführt 55 Nachteile international unbekannt Haude-Faktor sehr schlecht definiert: enthält Klima und Pflanze! Unzahl von Varianten Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Berechnung aus Lufttemperatur und Solarstrahlung Methode nach TURC Verdunstung nach PENMAN Makking 1957 Penman Monteith 56 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 28 20.11.2014 TURC Notwendige Daten: 57 t = mittlere Tagestemperatur [°C] R = täglich einfallende Strahlung [langley = cal * cm -2 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Verdunstung nach PENMAN Faktoren/Ausgangsdaten: 58 Rn = Strahlungsbilanz G = Bodenwärmestrom L* = spezielle Verdunstungswärme für 1 mm Verdunstungshöhe f(v) = von der Windgeschwindigkeit und der Bewuchshöhe abhängige Funktion es-ea = Sättigungsdefizit s = Steigung der Sättigungsdampfdruckkurve g = Psychrometerkonstante Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 29 20.11.2014 Entwicklungen unzählige Varianten „FAO-Penman“ von 1977 ersetzt durch Penman-Monteith Vorteile Berechnung des Strahlungsterms andere Vereinfachungen weltweit verbreitet (alle Klimazonen) gute physikalische Basis Problem: Einbindung der Pflanzen („Crop-Faktoren) 59 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Makking 1957 Vereinfachung der Penman-Beziehung: Anstelle der Nettostrahlung wird die Messgröße Globalstrahlung Rg verwendet: Notwendige Daten: 60 S = Steigung der Sättigungsdampfdruckkurve g = Psychrometerkonstante c1, c2 = empirische Konstanten Rg = Globalstrahlung L = spezielle Verdunstungswärme für 1 mm Verdunstungshöhe Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 30 20.11.2014 Penman Monteith Weiterentwicklung des klassischen PenmanAnsatzes reale ETa wird aus den jeweiligen meteorologischen Bedingungen berechnet: 61 effektive Strahlungsbilanz (Rn - G), das Sättigungsdefizit der Luft (es - ea) die temperaturabhängige Steigung s der Sättigungsdampfdruckkurve Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Weitere Möglichkeiten Wasserhaushaltsgleichung Ansatz nach Sponagel Wessolek und Renger Simulationsmodelle 62 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 31 20.11.2014 Wasserhaushaltsgleichung ETa = N – Ao - DSt + Ak - As N = Niederschlag Ao = Oberflächenabfluss DSt = Bodenfeuchteänderung Ak = kapillarer Aufstieg As = Absickerung aus dem Wurzelraum Vereinfacht: ETa = N-A +/- DS 63 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 ETa nach Sponagel, 1980 ETp (Haude) · Rs = ETa Rs = f(Pflanzenbestand, Bodenfeuchte, Bodenart) Rs für Kartoffeln 0.80 Mais 0.60 Schätzung für Monatsmittelwerte der ETa 64 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 32 20.11.2014 Verfahren nach Renger & Wessolek ETa = a · PSo + b · PWi + c · log WPfl + d · ETp + e Pso = Sommerniederschlag in mm, Summe 01.04. bis 30.09. Pwi = Winterniederschläge in mm, Summe 01.10. bis 31.03. des Folgejahres WPfl = pflanzenverfügbare Wassermenge im Boden in mm: WPfl = nFK (nutzbare Feldkapazität) + kapillarer Aufstieg ETp = potentielle Evapotranspiration nach Haude (Gras) in mm, Summe 01.04. bis 31.03. des Folgejahres a, b, c, d, e = Konstanten, abhängig von klimatischen und standörtlichen Bedingungen Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 65 20.11.2014 Inhalt System Boden – Klima- Pflanze Boden 1. 2. Speichervermögen Kapillarwirkungen 1. 2. Klima 3. Niederschlag Verdunstung 1. 2. Pflanze 4. Wasserbedarf Interzeption Evapotranspiration 1. 2. 3. Wirksamkeit der Bewässerung (Beispiele) Probleme durch Bewässerung 5. 6. 1. 2. 66 Versalzung Ionenzufuhr Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 33 20.11.2014 physiologische Bedürfnisse der Pflanze Wasserbedarf der Kulturpflanzen in den Wachstumsphasen (kritische Phasen) Wurzeltiefe und damit Erschließung des Bodenwasservorrates Nutzung des Bodenwassers (permanenter Welkepunkt als prozentualer Betrag der nutzbaren Feldkapazität) Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 67 20.11.2014 nFK und Pflanzenentwicklung nFK in % Pflanzenentwicklung unter 30 Pflanze steht unter Trockenstress, Ertragseinbußen 30 bis 50 noch ausreichende Wasserversorgung 50 bis 80 optimales Wasserangebot 80 bis 100 Beginn der Überversorgung, Gefahr von Sauerstoffmangel über 100 Überversorgung und Sauerstoffmangel Beginn der Bewässerung bei unter 50% nFK 68 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen Quelle: DEMMEL 2007 20.11.2014 34 20.11.2014 Wasserbedarf der Pflanzen Ergibt sich als Produkt aus dem Verdunstungswert * kc-Wert der Pflanze Verdunstungswert: mittlere Verdunstung eines gut mit Wasser versorgtem Grasbestandes Wird vom DWD normiert ermittelt (Penman-Wert) Abhängig von Lufttemperatur, Sonnenscheindauer, Windgeschwindigkeit Kc-Wert: Korrekturwerte für die Pflanzenarten, nach PASCHOLD (1992) 69 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Kc-werte Kultur Kartoffel früh Kartoffeln spät Körnermais Sommergetreide Wintergetreide Zuckerrüben 70 Stadium nach dem Legen ab Blatt- und Stängelausbildung Längenwachstum Bestandesschluß nach dem Legen Triebe über 10 cm Längenwachstum Bestandesschluß ab Auflaufen ab 7-Blatt-Stadium Rispenschieben bis Ende Blüte Kornausbildung bis Teigreife ab Auflaufen Bestandesschluß Schossen bis Milchreife ab Auflaufen Bestandesschluß Schossen bis Milchreife ab Auflaufen ab 5-Blatt-Stadium Bestandesschluß Rübe über 12 cm Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen kc-Wert 0,5 0,8 1,0 1,2 0,4 0,6 0,9 1,1 0,4 0,7 - 1,1 1,2 0,8 - 1,0 0,3 0,4 - 0,6 1,0 0,2 0,4 - 0,6 1,0 0,3 0,4 1,0 0,5-0,8 20.11.2014 35 20.11.2014 Transpirationskoeffizient Notwendige (transpirierte) Wassermenge für die Produktion eines kg Trocken-Biomasse Abhängig von der Wassernutzungseffizienz der Pflanzen Grundsätzlich: CAM-Pflanzen besser als C4Pflanzen besser als C3-Pflanzen 71 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Transpirationskoeffizienten Transpirationskoeffizienten landwirtschaftlicher Kulturen in l Wasser/kg TS Kultur Kartoffel Zuckerrübe Luzerne Hafer Mais Weizen Roggen 72 Transpirationskoeffizient von bis 250 300 350 450 800 1.000 400 600 300 400 250 550 400 700 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 36 20.11.2014 Nutzung zur Bewässerungssteuerung Beginn mit einem gemessenen Bodenwasserwert oder pauschal (Annahme wassergesättigter Boden) im Frühjahr Aufstellen einer täglichen Wasserbilanz: Verdunstung * Kc-Wert – Niederschlag Kumulatives Weiterrechnen der Bodenwasserwerte Start der Beregnung, wenn die kumulative Wasserbilanz -25 mm erreicht hat, Wassergabe von 25 mm Auch als Service vom DWD für 30 Kulturen (16 Kulturen oder Schläge je Lizenz) bestellbar, ca. 75 €/Jahr Kosten Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 73 20.11.2014 Fruchtarten mit hoher Beregnungsbedürftigkeit Wasser besonders wichtig für Anpflanz- und Auflaufsicherung Ertragssicherung Qualitätssicherung Obst (allgemein) x x x Erdbeeren x x x Gemüse zum Frischverzehr x x x Gemüse zur Verarbeitung x x Fruchtart Baumschulen Arznei- und Gewürzpflanzen (x) x x Hopfen x Kartoffeln x Zuckerrüben 74 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen Quelle: ALBRECHT 2000 (x) x (x) 20.11.2014 37 20.11.2014 Inhalt System Boden – Klima- Pflanze Boden 1. 2. Speichervermögen Kapillarwirkungen 1. 2. Klima 3. Niederschlag Verdunstung 1. 2. Pflanze 4. Wasserbedarf Interzeption Evapotranspiration 1. 2. 3. Wirksamkeit der Bewässerung (Beispiele) Probleme durch Bewässerung 5. 6. 1. 2. 75 Versalzung Ionenzufuhr 20.11.2014 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen Interzeption Zwischenspeicherung des Niederschlages auf Vegetationsoberflächen und Verdunstung von dort 76 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 38 20.11.2014 Teilprozesse der Interzeption Benetzung und Aufsättigung der Pflanzenoberflächen mit Niederschlag bis zum Erreichen ihrer Speicherkapazität (Benetzungsund Aufsättigungsphase) mit Überschreitung der Speicherkapazität Leerung des Speichers durch Abtropfen und Abrinnen von Niederschlagswasser (gesättigte Phase) Evaporation von Niederschlagswasser in Abhängigkeit von den meteorologischen Bedingungen Abtrocknung der Pflanzenoberflächen nach Niederschlagsende (Trocknungsphase) 1. 2. 3. 4. 77 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Interzeptionsverlust Die Höhe des Interzeptionsverlustes ist gleich der Differenz von Freiland- und Bestandsniederschlagshöhe. Sie ist nicht direkt messbar. Sie ist abhängig von: 78 der Größe und Beschaffenheit der benetzbaren Oberfläche (Art der Vegetationsdecke) den chemischen und physikalischen Eigenschaften des Niederschlagswassers, der Dauer und Intensität des Niederschlagsereignisses (Benetzungsmenge), den meteorologischen Größen (Eingangsgrößen für die Verdunstungsberechnung) Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 39 20.11.2014 Interzeptionsverluste landwirtschaftlicher Kulturen Interzeptionsverluste landwirtschaftlicher Kulturen maximale Interzeptionskapazität Kultur Jährlicher Interzeptionsverlust % des Niederschlages bei mm 614 mm mm Zuckerrübe 2,5 Hafer 3,0 Weizen 2,1 Kartoffeln 3,4 Mais 4,0 9,6 80,4 13,1 50,9-79,4 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 79 58,7 8,3-12,9 20.11.2014 Quelle: Uni Kiel, Fachabteilung Hydrologie und Wasserwirtschaft Inhalt System Boden – Klima- Pflanze Boden 1. 2. Speichervermögen Kapillarwirkungen 1. 2. Klima 3. Niederschlag Verdunstung 1. 2. Pflanze 4. Wasserbedarf Interzeption Evapotranspiration 1. 2. 3. Wirksamkeit der Bewässerung (Beispiele) Probleme durch Bewässerung 5. 6. 1. 2. 80 Versalzung Ionenzufuhr Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 40 20.11.2014 Evapotranspiration Evapotranspiration als Summe aus Höhe abhängig von: Transpiration (Verdunstung durch Tier- und Pflanzenwelt) und Evaporation (Verdunstung der Bodenoberfläche) Interzeption (Verdunstung von Pflanzenoberflächen) Wassergehalt des Bodens Vegetation (Bedeckung des Bodens, Arten) Sonneneinstrahlung Luftfeuchtigkeit Temperatur der Erd- bzw. Wasseroberfläche und der bodennahen Luftschichten Windgeschwindigkeit an der Erdoberfläche Angabe als 81 Potentielle Evapotranspiration (PET) Aktuelle Evapotranspiration (AET) Quotient aus PET und AET gibt den Wasserstreß der Pflanze an Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Transpiration Verdunstung durch die Pflanze (durch die Spaltöffnungen und durch die Epidermis der Blätter) Regulierung durch Öffnen/Schließen der Spaltöffnungen (Stomata) in den Blättern Potenzielle Transpiration = maximal mögliche Transpiration Aktuelle Transpiration (Wasserdargebot, Wasserspannung im Boden, Pflanzentyp, Luftfeuchte usw.) 82 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 41 20.11.2014 Quelle: Uni Kiel, Fachabteilung Hydrologie und Wasserwirtschaft Prozess der Transpiration 1. Wasseraufnahme über die Wurzelhaare durch Osmose 2. Wassertransport von Wurzel zum Blatt durch das Xylem durch Potenzialgefälle und Kapillarkräfte 3. Steuerung des Transpirationsstroms über die Stomata 4. Durch die Transpiration entsteht eine Saugspannung im Xylem. Sie ermöglicht den kontinuierlichen Wasserstrom in der Pflanze 83 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Regulierung der Stomata Faktoren: Faktoren, die zur Öffnung führen: Luftfeuchte Licht CO2 Kalium Phytohormone (Abscisinsäure) Licht Niedrige CO2-Konzentration Faktoren, die zum Schließen führen 84 Dunkelheit Hohe CO2-Konzentration Hohe Temperaturen (>30°C) Wasserstress Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 42 20.11.2014 Quelle: Uni Kiel, Fachabteilung Hydrologie und Wasserwirtschaft Verdunstung durch die Stomata 85 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Messung der Transpiration Messung des Wasserstroms in den Blättern/Stomata Porometer: messen den Blattwiderstand bzw. die elektrische Leitfähigkeit Gaswechselmessungen 86 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 43 20.11.2014 Quelle: http://www.fal.de/nn_794736/SharedDocs/02__AOE/EN/Bilder/forschung/vs/bild__bender__otc__vollbild__en.htm Gaswechselmessungen 87 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Messung der Transpiration Messung des Wasserstroms in den Blättern/Stomata Porometer: messen den Blattwiderstand bzw. die elektrische Leitfähigkeit Gaswechselmessungen Saftflussmessungen: Berechnung des Wasserflusses im Stamm aus Temperaturdifferenz zwischen einem beheizten und einem unbeheizten Sensor im Wasser/Saftstrom 88 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 44 20.11.2014 Niederschläge und Verdunstung Standort Langenlipsdorf, 2000-2004 Quelle: Leitfaden zur Beregnung landwirtschaftlicher Kulturen; Potsdam 2005 89 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 SPI-Verlauf SPI = Standardized Precipitation Index gebräuchlicher klimatologischer Niederschlagsindizes zur Identifikation von Dürren und Niederschlagsüberschüssen • •Bewertung: 2.3 ≥ 2.0 Extrem zu feucht 1.5 bis 2.0 Deutlich zu feucht 1.0 bis 1.5 Mäßig zu feucht 0.0 bis 1.0 Fast normal-etwas zu feucht 1.0 bis 0.0 Fast normal-leichte Dürre -1.5 bis -1.0 Mäßige Dürre -2.0 bis -1.5 Schwere Dürre 2.3 ≤ - 2.0 Extreme Dürre 90 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 45 20.11.2014 Klimatische Wasserbilanz Sommer 2008 91 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Klimatische Wasserbilanz Sommer 2009 92 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 46 20.11.2014 Klimatische Wasserbilanz Herbst 2008 93 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Klimatische Wasserbilanz Herbst 2009 94 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 47 20.11.2014 Klimatische Wasserbilanz Winter 2008/09 95 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Klimatische Wasserbilanz Winter 2009/10 96 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 48 20.11.2014 Klimatische Wasserbilanz Frühjahr 2009 97 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Klimatische Wasserbilanz Frühjahr 2010 98 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 49 20.11.2014 Klimatische Wasserbilanz Sommer 2010 99 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Klimatische Wasserbilanz Herbst 2010 100 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 50 20.11.2014 Klimatische Wasserbilanz Winter 2010/11 101 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Klimatische Wasserbilanz Frühjahr 2011 102 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 51 20.11.2014 Klimatische Wasserbilanz Sommer 2011 103 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Klimatische Wasserbilanz Herbst 2011 104 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 52 20.11.2014 Klimatische Wasserbilanz Winter 2011/12 105 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Klimatische Wasserbilanz Frühjahr 2012 106 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 53 20.11.2014 Klimatische Wasserbilanz Sommer 2012 107 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Klimatische Wasserbilanz Herbst 2012 108 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 54 20.11.2014 Klimatische Wasserbilanz Winter 2012/13 109 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Klimatische Wasserbilanz Frühjahr 2013 Bis 03.04. 110 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 55 20.11.2014 Inhalt System Boden – Klima- Pflanze Boden 1. 2. Speichervermögen Kapillarwirkungen 1. 2. Klima 3. Niederschlag Verdunstung 1. 2. Pflanze 4. Wasserbedarf Interzeption Evapotranspiration 1. 2. 3. Wirksamkeit der Bewässerung (Beispiele) Probleme durch Bewässerung 5. 6. 1. 2. 111 Versalzung Ionenzufuhr 20.11.2014 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen Auswirkungen der Beregnung 112 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen Quelle: DEMMEL 2007 20.11.2014 56 20.11.2014 Beispiel: Bodenfeuchte unter Getreide auf Sand Gebiet Ost Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 113 20.11.2014 Inhalt System Boden – Klima- Pflanze Boden 1. 2. Speichervermögen Kapillarwirkungen 1. 2. Klima 3. Niederschlag Verdunstung 1. 2. Pflanze 4. Wasserbedarf Interzeption Evapotranspiration 1. 2. 3. Wirksamkeit der Bewässerung (Beispiele) Probleme durch Bewässerung 5. 6. 1. 2. 114 Versalzung Ionenzufuhr Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 57 20.11.2014 Versalzung: Umfang und Folgen Versalzung ist Hauptursache der Desertifikation von Böden weltweit sind 6% der LN von Versalzung bedroht, bei bewässerten Flächen 30% natürliche Faktoren: Niederschlagversalzung (Salzzufuhr durch Niederschläge) Grundwasserversalzung in ariden Klimaten (Verdunstung kapillar aufsteigenden Wassers bei Zurücklassung von Mineralien). Wichtiger: Versalzung durch großflächig betriebene künstliche Bewässerung Einsatz fehlerhafter Bewässerungstechniken nicht standortangepasste Bewässerungstechniken Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 115 20.11.2014 Versalzung: Reaktion der Pflanzen Schädigungen der Kulturpflanzen ab etwa 0,3% Salzgehalt (salzarmes Wasser: 0,1% Salzgehalt) Reaktion (salzempfindlicher) Pflanzen: ausgeprägten Wachstumsreduktion extremer Rückgang in der Biomasse und dem Kornertrag Probleme durch zu hohe Salzgehalte: ionentoxische Stressphase: osmotischen Stressphase: 116 durch hohe Salzkonzentration wird die Enzymaktivität eingeschränkt und bricht schlimmstenfalls zusammen Zellwände können nicht wie im Normalfall wachsen: dazu müssen die Zellwände gelockert werden, Proteine (Expansine) steuern den Prozess, werden durch Salze gestört Anstieg der löslichen Salze in der Bodenlösung Sinken des osmotischen Wasserpotentials Pflanze nimmt weniger Wasser - Salzstress wirkt wie Trockenheit Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 58 20.11.2014 Bodendesertifikation Anreicherung von wasserlöslichen Salzen im Boden irreversible Bodendegradation über 50% der Flächen in den zentralasiatischen Staaten sind von Versalzungsprozessen betroffen gesundheitliche Folgen für die Bevölkerung: Salz und giftige Stäube aus Düngemitteln und PSM werden vom Wind in die Städte getragen (Smog) 117 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Problemlösung Desertifikation Wiederherstellung der Regenerationsfähigkeit des Ökosystems Boden Umstellung und Anpassung der Anbauverfahren an die Bodenverhältnisse Änderungen der Fruchtfolge Verkürzung der Brachzeiten sachgemäße Bodenbearbeitung Bodenmelioration wie Zugabe von Sand in tonhaltige Böden Erhaltung der Bodenfeuchtigkeit (Einstellung eines optimalen Grundwasserstandes, abgestimmte Bewässerung und Entwässerung) Austausch veralteter Bewässerungssysteme Maßnahmen gegen Versalzung Entfernung der obersten, stark mit Salz angereicherten Bodenschicht Absenkung des Grundwasserspiegels Auswaschung des Bodens durch diverse Entwässerungsmaßnahmen 118 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 59 20.11.2014 Versalzung: Verminderung/Verhinderung Bewässerung über den Pflanzenbedarf hinaus und Abfuhr des überschüssigen Wassers (leaching) Bei wasserstauenden und zur Vernässung neigenden Böden: Drainage des Bodens zur Vermeidung von Vernässungen Ausmaß der dazu notwendigen überschüssigen Bewässerung Salzgehalt des Wassers zu bewässernde Pflanzenart insbesondere der Na+-Gehalt (negative Auswirkung auf die Pflanzen, Schädigung des Korngefüges des Bodens) Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 119 20.11.2014 Effizienzsteigerung bei der Wasserverwendung: Wasserwiederverwendung Wasserwiederverwertung bereits gebrauchten Wassers Problem: Salzkonzentration im Boden und im abfließenden Wasser steigt stark an Lösung: Entsalzung des Beregnungswassers (hohe Kosten) Verwendung von Klarwasser Reinigung von Abwasser in Kläranlagen und Wiederverwertung Probleme: 120 Kosten (aber: Einsparung von Wassereinleitungsgebühren) gesundheitliche Gefahren Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 60 20.11.2014 Effizienzsteigerung bei der Wasserverwendung: Verwendung moderner Bewässerungstechnologien Ablösung der der Oberflächenbewässerung: Einzelbewässerungsgaben über 75 mm systembedingt möglich Wassergaben von maximal 30 mm völlig ausreichend Anwendung modernerer Bewässerungstechnologien, z.B. Tröpfchenbewässerung Voraussetzungen: Reihenkulturen mit relativ weitem Abstand Hohe Kosten – nur wirtschaftlich bei hohem Marktwert der Produkte kontinuierliche Wasserbereitstellung – keine RotationsBewässerungssysteme 121 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Effizienzsteigerung bei der Wasserverwendung: Wasserpreis Einführung eines Preissystems – Einbeziehung der externen Kosten der Bewässerung in die Preisfindung Stimulation einer effizienten Wassernutzung Bei kostenlosem Wasser: anderen Betriebsmöglichkeiten sind für Landwirte unvorteilhaft Kosten der Bereitstellung von Wasser: Quantifizierbar: Einsatz öffentlicher Mittel (Stauseen, Kanalanlagen) Nicht-quantifizierbare Kosten: Probleme: Verlust von Biodiversität Bodenversalzung und –degeneration Soziale Probleme Einkommensverluste in der Landwirtschaft bei großen Preissteigerungen Umwidmung finanzieller Mittel von neuen Stauanlagen in Entsalzungs-, Entwässerungs- und Kläranlagen Theorie des „virtuellen oder Produktionswasser“ Einpreisung im internationalen Handel 122 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 61 20.11.2014 Effizienzsteigerung bei der Wasserverwendung: Verringerung der Wasserverluste Vermeidung von Verdunstung- und Versickerungsverlusten, z.B. durch offen liegende und leicht verschmutzbare Zuleitungs- und Verteilerkanälen – Ersatz durch Halbschalenleitungen oder geschlossene Röhren Erneuerung und Abdichtung von Kanälen 123 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 Effizienzsteigerung bei der Wasserverwendung: Reliefmelioration Reliefmelioration: Aus- und Abgleichen der Bodenoberfläche bei ungünstigem Mikrorelief Folge: Wasserverteilung auf der Bewässerungsfläche wird verbessert Verhinderung von Unterbewässerung auf Hochlagen Verhinderung von Erosion in Hanglagen Verhinderung der Bodenvernässung in Senken Probleme: Tiefgründige Böden notwendig Hohe Kosten durch Bodenbewegungen Störung des Biotops 124 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 62 20.11.2014 Inhalt System Boden – Klima- Pflanze Boden 1. 2. Speichervermögen Kapillarwirkungen 1. 2. Klima 3. Niederschlag Verdunstung 1. 2. Pflanze 4. Wasserbedarf Interzeption Evapotranspiration 1. 2. 3. Wirksamkeit der Bewässerung (Beispiele) Probleme durch Bewässerung 5. 6. Versalzung Ionenzufuhr 1. 2. 125 20.11.2014 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen Ionenzufuhr Mit 80mm Beregnung pro Jahr werden ca. 100kg/ha Kalzium zugeführt Bei pufferschwachen Böden (niedrige Kationenaustauscher- Kapazität) Verschiebung der Gleichgewichte: Kalzium – Magnesium Kalzium – Kalium Wird durch künstliche Bewässerung verschärft Unbedingt bei der Düngeplanung berücksichtigen 126 Grundlagen Bewässerungslandbau - 2 Naturwissenschaftliche Grundlagen 20.11.2014 63
