Forschungs- und Innovationsprojekt
Erosion and Runoff Laboratory (EARL), Erosions- und Abflussmessfeld, Monitoring der Versuchsflächen

Logo: EARL

Logo des "Erosion and Runoff Laboratory", zu Deutsch: "Erosions- und Ober­flächen­abfluss-Labor".

Das Erosion and Runoff Laboratory (EARL) in der Zukunftswerkstatt Ruhstorf: Erosions- und Abflussmessfeld zur Bewertung umweltverträglicher Landbewirtschaftung

Erosion tritt in vielen fruchtbaren und landwirtschaftlich intensiv genutzten Regionen weltweit, aber auch in großen Teilen Bayerns auf. Gleichzeitig werden durch den Klimawandel ein Anstieg der Erosivität von Starkregenereignissen wie auch vermehrte und intensivierte Dürrephasen erwartet [1, 12, 13, 15, 20]. Während die Wirkungsweise einzelner erosions- und abflussmindernder Maßnahmen und Anbaumethoden bereits hinreichend untersucht ist [u. a. 2, 4, 10, 14, 19] und die Erkenntnisse darüber auch in der Beratung eingesetzt werden (siehe z. B. die ABAG interaktiv oder auch Erosionsschutz Mais), ist über deren Kombinationswirkung sowie den Einfluss von Oberflächenabfluss wenig bekannt [16]. Weiterhin stellen veränderte klimatische Rahmenbedingungen sowie die beabsichtigte Reduktion des Einsatzes von Herbiziden klassische Erosionsschutzmaßnahmen vor neue Herausforderungen [2, 21], womit ein Interessensausgleich zwischen Lebensmittelproduktion, Energiegewinnung und Umwelt- bzw. Ressourcenschutz (z. B. Boden oder Wasser) erschwert wird.

Ziele

Am Standort Ruhstorf der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL) entsteht derzeit ein weltweit einzigartiges Versuchsgelände, um die physikalischen, sozialen und wirtschaftlichen Faktoren zu untersuchen, welche die Erosion antreiben: Das EARL – Erosion and Runoff Laboratory. Dort werden in langjährigen Versuchen (>10 Jahre) Maßnahmen zum Erosionsschutz und Wasserrückhalt im Hügelland in Kombination mit neuen Anbauverfahren (Sortenwahl, Pflanzenschutz- und Düngungsregime, Bodenbearbeitung, Robotik, Precision Farming) und unterschiedlichen Fruchtfolgen untersucht.

Methodik

Aufbauend auf den Erfahrungen anderer langjähriger Versuchsanlagen in England [5, 7-9], der Schweiz [17, 18] und Österreich sowie weiteren Publikationen [3, 6, 10, 11] werden auf einem Feldstück mit ca. 4 ha Fläche und einer homogenen Neigung von 7 % in der Praxis bewährte (konventionelle) sowie ökologisch vielversprechende Anbauverfahren unter kontrollierten Bedingungen auf ihre Resilienz gegenüber Witterungsextremen und ihre Risiken auf unerwünschte abflussgebundene Stoffausträge geprüft.

Landwirtschaftlicher Hof, im Hintergrund das ausgewählte Feldstück als Messfläche.

Ursprünglicher Zustand des für das EARL ausgewählten Feldstücks, das eine weitgehend homogene Neigung von 7 % aufweist.
Jedes langjährige, 150 m lange Versuchsfeld unter natürlichem Witterungseinfluss wird mit zwei weiteren, vergleichbaren, 50 m langen Versuchsfeldern mit künstlicher Beregnung ergänzt, um wetterunabhängig auch kausal orientierte Erkenntnisse zu gewinnen. Mit zwei vier- und einer sechsjährigen Fruchtfolge ergeben sich damit 42 sechs Meter breite Versuchsstreifen, welche senkrecht zum Hang angelegt werden (schlechtestes Szenario).

Skizze des geplanten Versuchsaufbaus

Skizze des geplanten Versuchsaufbaus: In der Mitte das operationelle Dauermessfeld mit den 14 jeweils 150 m langen Ackerstreifen, wovon 100 m für die wissenschaftliche Auswertung verwendet werden. Seitlich befinden sich die 50 m langen Parzellen für künstliche Beregnungsversuche mit im Vergleich zum operationellen Messfeld identischen Fruchtfolgen.

Planungsskizze Querschnitt

Schnitt durch zwei je 6 m breite Ackerstreifen mit den zugehörigen Begrenzungen zur Vermeidung von seitlichem Zu- oder Abfluss.
Das Monitoring der Versuchsflächen umfasst räumlich wie zeitlich eine sehr hohe Datendichte, autonome, digital vernetzte Sensorfelder (Stichwort: "Internet of Things"), exakte Daten zur Meteorologie, zum Bodenzustand, agronomische Parameter, Bodenbedeckungsgrad und Topografie. Die Daten werden z. B. in Kombination mit künstlicher Intelligenz und deep learning, aber auch modellbasiert ausgewertet, um die Ergebnisse auf größere Einzugsgebiete zu übertragen.

Ergebnis

Zusammen mit dem Lehrstuhl für Hydrologie und Flussgebietsmanagement und unterstützt durch das Institut für Messsysteme und Sensortechnik der Technischen Universität München (TUM) sowie den Lehrstuhl für Wasser- und Boden­ressourcen­forschung der Universität Augsburg erstellen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Landesanstalt für Landwirtschaft das Design und das Messkonzept der Versuche, planen die Einrichtung der Anlagen sowie die Schritte der Feldbearbeitung. Das Versuchsfeld wird bis 2024 einsatzbereit sein und dann mehr als 10 Jahre Daten liefern. Um diese bestmöglich zu nutzen, liegt zum einen ein besonderer Fokus auf dem Aufbau eines internationalen Forschungs-Netzwerks, um vielseitiges Interesse und damit Multiplikatoreffekte zu erzielen. Zum anderen werden vor Ort Gespräche, Führungen und Workshops durchgeführt, um die Erkenntnisse nahtlos in die Praxis zu überführen.

Ansprechpartner: Johannes Mitterer
E-Mail: johannes.mitterer@lfl.bayern.de

Porträtfoto: Johannes Mitterer

Johannes Mitterer

Weiterführende Informationen

Literatur
  • [1] Auerswald, K., Fischer, F. K., Winterrath, T., Elhaus D., Maier H., Brandhuber R. (2019): Klimabedingte Veränderung der Regenerosivität seit 1960 und Konsequenzen für Bodenabtragsschätzungen. In: Bachmann G., König W., Utermann J. (Hrsg.) Bodenschutz, Ergänzbares Handbuch der Maßnahmen und Empfehlungen für Schutz, Pflege und Sanierung von Böden, Landschaft und Grundwasser (Loseblattsammlung), Berlin, Erich Schmidt Verlag.
  • [2] Auerswald K, Fischer FK, Kistler M, Treisch M, Maier H, Brandhuber R (2018): Behavior of farmers in regard to erosion by water as reflected by their farming practices. Science of the Total Environment 613–614: 1–9
  • [3] Auerswald, K., Fiener, P., and Dikau, R. (2009) Rates of sheet and rill erosion in Germany – A meta-analysis, Geomorphology, 111, 182–193, 2009.
  • [4] Brandhuber R, Treisch M, Fischer F, Kister M, Maier H, Auerswald K (2017) Starkregen, Bodenerosion, Sturzfluten - Beobachtungen und Analysen im Mai/Juni 2016. Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, LfL-Schriftenreihe 2/2017
  • [5] Boardman, J. (2003) Soil erosion and flooding on the eastern South Downs, southern England, 1976-2001. Transactions Institute of British Geographers New Series, 28, 176–196.
  • [6] Evans R. (2013) Assessment and monitoring of accelerated water erosion of cultivated land – when will reality be acknowledged?. Soil Use and Management, March 2013, 29, 105–118.
  • [7] Evans, R. (2010) Land use and accelerated soil erosion by water in a small catchment on the South Downs, West Sussex, England – past and present. In: Landscapes through the Lens (eds D.C. Cowley, R.A. Standring & M.J. Abicht), pp. 129–142, Occasional Publication of the Aerial Archaeology Research Group No. 2, Oxbow Books, Oxford.
  • [8] Evans, R. (2006) Runoff, Soil Erosion and Sediment Sources in Central Norfolk, England. Final Report, AMEWAM Project, Hohenheim University, Stuttgart.
  • [9] Evans, R. & Boardman, J. (2003) Curtailment of muddy floods in the Sompting catchment, West Sussex, southern England. Soil Use and Management, 19, 223–231.
  • [10] Fiener P., Wilken F., Auerswald K (2019) Filling the gap between plot and landscape scale – eight years of soil erosion monitoring in 14 adjacent watersheds under soil conservation at Scheyern, Southern Germany. Advances in Geosciences, 48, 31–48, 2019.
  • [11] Fiener, P., Seibert, S. P., and Auerswald, K. (2011) A compilation and meta-analysis of rainfall simulation data on arable soils, J. Hydrol., 409, 395–406, 2011.
  • [12] Fischer F. K., Auerswald K, Maier H, Brandhuber R (2019) Erosionsschutz Bayern Radargestützte Erosionsprognose Teil I – Methodenentwicklung und Validierung der ABAG. Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, LfL-Schriftenreihe 3/2019
  • [13] IPCC-Report Chapert 4 (2019):Olsson, L., H. Barbosa, S. Bhadwal, A. Cowie, K. Delusca, D. Flores-Renteria, K. Hermans, E. Jobbagy, W. Kurz, D. Li, D.J. Sonwa, L. Stringer, 2019: Land Degradation. In: Climate Change and Land: an IPCC special report on climate change, desertification, land degradation, sustainable land management, food security, and greenhouse gas fluxes interrestrial ecosystems.
  • [14] Kistler, M, Brandhuber, R, Maier, H, (2013): Wirksamkeit von Erosionsschutzmaßnahmen – Ergebnisse einer Feldstudie, LfL-Schriftenreihe 8/2013
  • [15] Munich Re (2017): Naturkatastrophen 2016 Analysen, Bewertungen, Positionen. TOPICS GEO 2017
  • [16] Prasuhn V, Doppler T, Spycher S, Stamm Ch (2018) Pflanzenschutzmitteleinträge durch Erosion und Abschwemmung reduzieren. Agrarforschung Schweiz 9 (2): 44–51, 2018
  • [17] Prasuhn, V. (2012) On-farm effects of tillage and crops on soil erosion measured over 10 years in Switzerland. Soil and Tillage Research, 120, 137–146.
  • [18] Prasuhn, V. (2011) Soil erosion in the Swiss midlands: results of a 10 year field survey. Geomorphology, 126, 32–41.
  • [19] Schwertmann U., Vogl W., Kainz M. (1990) Bodenerosion durch Wasser: Vorhersage des Abtrags und Bewertung von Gegenmaßnahmen, 2. Auflage. Ulmer: Stuttgart.
  • [20] Seibert S und Auerswald K (2019) Hochwasserminderung im ländlichen Raum – Förderung des Wasserrückhalts und Bremsen des Abflusses in der Flur mit quantitativen Planungsbeispielen. Vortrag am 25.11.2019 beim "Erosionsgespräch 2019" in Langquaid.
  • [21] TOPPS-Prowadis (2014). Gute fachliche Praxis zur Verringerung der Gewässerbelastung mit Pflanzenschutzmitteln durch Run-off und Erosion. Handbuch, 81 S., Zugang: http://www.topps-life.org/key-documents.html [22.01.2020].

Projektinformationen
Projektleitung: Florian Ebertseder
Projektbearbeiter: Eva Resl, Johannes Mitterer, Karl Auerswald
Laufzeit: 01.11.2021 bis 31.10.2024
Finanzierung: Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten
Projektpartner: Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Technische Universität München
Förderkennzeichen: A/20/14