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Absichten einer gezielten Bewässerung
Die wichtigsten betriebsbezogenen Ziele die mit einer präzisen Bewässerung erreicht werden sollen sind im Wesentlichen diese Punkte:
- Gesteuerte Zusatzbewässerung
- Nährstoffausnutzung
- Qualität und Ertrag der Ernteprodukte
- Wassergaben an Bedarf des zu bewässernden Pflanzenbestandes anpassen
- Wassermenge an Wasserspeichervermögen des Bodens ausrichten
- Gaben und Zeitpunkt an Wetterprognose ausrichten
- Verdunstungsverluste soweit möglich vermeiden
- Nährstoffauswaschung verhindern
- Qualität des Bewässerungswasser beachten
- Konzessionsauflagen beachten
- Kultur
- Boden
- Witterung
- Entwicklungsstadium und Kondition der Pflanze
- Durchwurzelung und Stressgrad der Pflanze
Bodenfeuchtemessung
Ein Boden ist wassergesättigt, wenn alle Poren des Bodens mit Wasser gefüllt sind. Ein Teil dieses Bodenwassers dringt als Sickerwasser in tiefere Zonen, während ein anderer Anteil, das Haftwasser, das gegen die Schwerkraft im Boden gehalten wird, die eigentliche Bodenfeuchte bildet. Die Wasserleitfähigkeit des Bodens ist beim permanenten Welkepunkt so gering, dass die Transpirationsverluste der Pflanze nicht mehr ausgeglichen werden können. Das Porenvolumen des Bodens ist im Bereich der Grobporen und Mittelporen entwässert. Der verbleibende Anteil der Bodenfeuchte, der für die Pflanzen nicht mehr nutzbar ist, wird auch als Totwasser bezeichnet.(Wikipedia)
Was messen Bodenfeuchtesensoren?
Bodenfeuchtesensoren bestimmen den Wassergehalt (auch Feuchtegehalt) des Bodens, also die Wassermenge, die zu einem spezifischen Zeitpunkt in einem Boden enthalten ist. Der Wassergehalt kann sowohl als gravimetrischer Wassergehalt als auch volumetrischer Wassergehalt angegeben werden, wobei üblicherweise der Bezug auf das Bodenvolumen (volumetrisch) bevorzugt verwendet wird. Die Angabe erfolgt entweder anteilsmässig (zwischen 0 … 1) oder in Volumen %.
Wozu dient die Bestimmung der Bodenfeuchte?
- Verständnis für das Verhalten von Böden und ablaufende bodeninterne Prozesse
- Bewertung von Bodenfruchtbarkeit
- Einschätzung von Pflanzenwachstum, Pflanzenwasserbedarf und -verbrauch
- Steuerung von Bewässerungsmassnahmen
- Einschätzung der Wasserspeicherkapazität von Böden
- Bewertung des Infiltrationsvermögens, der Tiefenversickerung und Auswaschung von Chemikalien ins Grundwasser
- Erkenntnisse über sonstige physikalische Eigenschaften von Böden (Plastizität, Konsistenz, Tragfähigkeit etc.)
- Messdaten für Wasserhaushaltsstudien
Aktuelle Messmethoden Bodenfeuchte
Das Messergebnis ist ein Unterdruck. Dieser kommt dadurch zustande, dass aus einem porösen, in der Erde eingebetteten Keramikkörper, der mit einem wassergefüllten und gasdicht abgeschlossenen Rohr verbunden ist, durch Kapillarkräfte Wasser herausgesaugt wird. Ist die Erde trocken, so sind die Kapillarkräfte grösser und entsprechend wird ein höherer Unterdruck erzeugt. Auch bei einer sehr feinporigen Erde ist die Saugkraft grösser.
Messung der Veränderung der elektrischen Kapazität durch die Erzeugung eines hochfrequenten elektrischen Feldes um den Sensor herum. Sensoren erfassen die Änderungen der dielektrischen Durchlässigkeit (Permittivität) des Bodens.
(FDR - Frequency-Domain-Reflectometry) - Elektrische Ladungen können in einer nassen Erde leichter fliessen, als in einer trockenen. Die elektrische Leitfähigkeit ist aber auch stark vom Salzgehalt und von der Bodentemperatur abhängig. Um eine Aussage bezüglich der Bodenfeuchte in einer mit Tensiometern vergleichbaren Einheit anzugeben, wird die Leitfähigkeit unter verschiedenen Annahmen in einen Unterdruck umgerechnet.
Dabei wird eine kleine Spitze durch einen Heizwiderstand einige Sekunden lang um ca. 1°C erwärmt. Nach dieser Heizphase wird die Abkühlkurve sehr genau elektronisch erfasst und die Zeit bis zum Erreichen eines bestimmten Schwellwertes gemessen [Abkühlzeit nach Aufheizung des Sensors (Wärmeleitfähigkeit)]
Wasserbilanz-Methode
Die Hochschule Geisenheim arbeitet mit der Wasserbilanzmethode. Anhand von Wetterdaten und kulturspeziﬁschen Faktoren wird die Verdunstung berechnet und daraus eine Bewässerungsempfehlung abgeleitet. Mit dieser Methode können grossﬂächige Bewässerungsempfehlungen für verschiedenste Kulturen mit verhältnismässig geringen Materialinvestitionen gemacht werden. In der Schweiz wurden die Empfehlungen noch nicht im Feld validiert und die Berechnungen sind noch nicht speziﬁsch an Schweizer Klimabedingungen angepasst.
Der Verlauf vom Bodenwassergehalt wird berechnet mithilfe von Wetterdaten, kultur- und stadienspeziﬁschen Faktoren, einem Wurzelwachstumsmodell, einem Bodenwassermodell und einem Einzelgabenmodell. Aus den Wetterdaten und den Faktoren wird die tägliche Evapotranspiration berechnet nach der Formel von Penman-Monteith und den Anleitungen aus dem FAO Irrigation and Drainage Paper No. 56. Aus dem Wurzel- und Bodenwassermodell werden bodenphysikalische Grundlagen abgeleitet wie Feldkapazität, Bewässerungsschwelle und nutzbare Feldkapazität. Aus dem Einzelgabenmodell werden sinnvolle Mengen für die Bewässerungsgaben abgeleitet. Die Empfehlungen wurden mit Versuchen der LWK-Niedersachsen validiert.
Geissenheimer Methode:
1. Objektive Bestimmung der Bewässerungsmenge/Termin
- Kenntnisse der bodenphysikalische Eigenschaften des Schlages
- Durchwurzelungstiefe/ Entwicklungsstadium
2. Errechnen der täglichen Wasserbilanz
Tägliche Wasserbilanz = (Verdunstung nach PENMAN x kc) – Niederschlag
3. Errechnen des Bewässerungszeitpunktes
Bewässern, wenn die Summe der täglichen Wasserdefizite die vorgegebene Bewässerungsmenge erreicht hat.
Bewässerungsmanagement
Für die Bewertung von Bewässerungsmassnahmen muss zwischen den Begriffen Beregnungsbedürftigkeit und Beregnungswürdigkeit differenziert werden (Seis et al., 2016, pp. 135) (Abb. 1). So ist Beregnungsbedürftigkeit gegeben, wenn die Erzeugung von ausreichenden Erträgen und Qualitäten bei bestimmten Kulturarten ohne Beregnung nicht ermöglicht wird. Bei der Beregnungswürdigkeit wird die ökonomische Komponente der Beregnung betrachtet. Sie bewertet die Wirtschaftlichkeit der Beregnung unter Berücksichtigung von Erzeugerpreisen, Kosten für die Beregnung sowie vertraglichen Verpflichtungen (FRICKE, 2015).
Das Ziel ist es die Kulturpflanzen optimal zu bewässern und gleichzeitig die Umwelt zu schonen. Somit ist es wichtig die richtige Menge zum richtigen Zeitpunkt zu verabreichen. Ein intelligenter Bewässerungsautomat führt die Bewässerung vollautomatisch aus. Basis der Steuerung sind die Erfassung von Bodenfeuchte und ggfs. weitere Faktoren wie Bodentemperatur, Niederschlag, Lufttemperatur, Luftfeuchte usw. und übermittelt die Messwerte an eine Steuerzentrale. Dieser steuert den Bewässerungsvorgang auf Basis der gemessenen Werte im Feld. Er setzt die Bewässerung in Gang, regelt die Mengen und stimmt sie regelmässig auf die Zielsituation ab.
Beispiel eines Herstellers für einen selbstlernenden Bewässerungscomputer, der die Messwerte von Bodenfeuchtesensoren intelligent auswertet und neben dem richtigen Zeitpunkt für die Bewässerung auch den effektiven Wasserbedarf der Pflanzen errechnet und die Bewässerungsdauer entsprechend den Wachstumsphasen, wie auch den saisonalen Temperaturänderungen, automatisch nachregelt (Plantcare PlantControl CX).
Bewässerungsnetz Schweiz
Die Hochschule für Agrar- Forst- und Lebensmittelwissenschaften (HAFL) in Zollikofen (BE) hat ein Bodensonden-Messnetzes aufgesetzt.Dabei werden Sonden bei Landwirten in deren Kartoffel- und Gemüseparzellen schweizweit installiert. Dadurch können wichtige Erfahrungen gesammelt werden für eine gezielte Bewässerung unter Berücksichtigung der Wasserspeicherkapazität der Parzellen.
Die daten sind frei zugänglich auf der Seite: www.bewaesserungsnetz.ch
Spezialwissen für Bodenfeuchtigkeit
Unter Feldkapazität versteht man die Wassermenge, die ein zunächst wassergesättigter Boden gegen die Schwerkraft nach 2 bis 3 Tagen noch halten kann. Die Feldkapazität hat eine hohe praxisorientierte Bedeutung zur Wasserversorgung der Pflanzen, der Pflanzenverfügbarkeit von wasserlöslichen Nährstoffen, der Auswaschung wasserlöslicher Stoffe sowie der Bewässerung. Auch das im Boden gespeicherte Haftwasser ist nicht vollständig für Pflanzen verfügbar. Der Teil der Feldkapazität (FK), der von den Pflanzen durch die Wurzel aufgenommen werden kann, ist die nutzbare Feldkapazität (nFK). Totwasser (TOT) wird in Poren unter 0,2 µm durch die Adhäsionskräfte so stark festgehalten, dass Pflanzen es nicht mehr daraus lösen können. (Wikipedia)
Der Pflanzenkoeffizient (Kc-Wert) wird in der Landwirtschaft genutzt um den Wasserverbrauch einer Pflanze zu berechnen. Erstmals ermittelt wurde der Pflanzenkoeffizient an der Forschungsanstalt Geisenheim mit Hilfe von Lysimetern. Der Kc-Wert unterscheidet sich von Pflanze zu Pflanze und ändert sich während der Wachstumsphase einer Pflanze, wobei der Wert meist zunimmt, die Pflanze also mehr Wasser benötigt.
Der Kc-Wert stellt somit einen Korrekturfaktor dar, der zusammen mit der Referenzverdunstung über einer idealen Grasfläche (ETo, nach Penman) den Wasserverbrauch einer bestimmten Pflanze ermittelt. Zieht man davon den Niederschlag ab, erhält man ausserdem einen Anhaltswert, wie viel Wasser von der Pflanze für ein optimales Wachstum noch benötigt wird. (Wikipedia)
Pflanzenkoeffizient (kc) * Referenzverdunstung (ETo) = Wasserverbrauch der Pflanze
Wasserverbrauch der Pflanze - Niederschlag = Wasserbilanz