AgroKlima Bayern - Technik für effiziente Bewässerung von Kartoffeln

Zur Sicherstellung hoher Kartoffelerträge gewinnt die Bewässerung von Speisekartoffeln in Bayern und anderen Teilen Deutschlands an Bedeutung. Neben der Ertragssicherung kann durch Bewässerung auch positiv Einfluss auf die Qualität der Speisekartoffeln genommen werden. Neben der weit verbreiten Überkopfberegnung gibt es auch die Tropfbewässerung, bei der Tropfschläuche entlang der Dämme verlegt werden. Dieses Verfahren verspricht hohe Wassereffizienz und geringen Arbeitsbedarf während der Bewässerungsperiode. Bei der Handhabung - speziell Verlegung und Bergung - ist es jedoch deutlich aufwändiger als die bekannten Trommelregner. Hier gibt es bereits ein Folgeprojekt.

Zielsetzung

Personen beim Aufbau von Versuchsparzellen zur TropfbewässerungZoombild vorhanden

Parzellenversuch mit Tropfschläuchen

Tropfbewässerung ist teuer in der Anschaffung und aufwändig in der Handhabung. Deshalb ist es für einen erfolgreichen Einsatz entscheidend, diese Technik möglichst effizient zu nutzen. Hierfür wurden die Feldversuche gezielt in einem weiten Bereich variiert, der anschließend für die landwirtschaftliche Praxis von Nutzen sein wird. Der gewählte Versuchsaufbau macht es zudem möglich, den Nutzen von Fertigation (Flüssigdüngung über Tropfschläuche) zu bewerten. Mit dieser Zielsetzung wurden in Bayern mehrjährige Versuche bei Speisekartoffeln durchgeführt. Die zu untersuchenden Fragestellungen sind produktionstechnischer Art.

Sie beinhalten:

  • Die Prüfung der geeigneten Schlauchposition (Dammkrone - DKV, Zwischendamm - ZDV, M Damm - ZMDV)
  • Die Ermittlung des sinnvollen Bodenfeuchtegrenzwertes, ab dem bewässert werden muss
  • Die Feststellung der darauf abgestimmten Höhe der Einzelwassergaben

Methode

Darstellung maximale Wassergabe abhängig von BewässerungsartZoombild vorhanden

Wassergaben abhängig vom Bewässerungsverfahren

Getestet wurde in bedeutenden Kartoffelanbauregionen Bayerns, sowohl auf Sand-, Lehm- und Tonböden. Die Tropfschläuche wurden entweder in der Dammkrone (DKV) oder zwischen den Dämmen verlegt (ZDV). Auf schweren Böden bietet sich an, nur zwischen jeden zweiten Damm einen Schlauch zu verlegen (red. ZDV), um Kosten und Arbeit zu sparen. Je nach Bewässerungsart unterscheiden sich die möglichen Einzelwassergaben auf Grund des Anteils des durchfeuchteten Bodens stark, wie neben stehende Abbildung zeigt.
Bewässert wurde mit Hilfe eines Modells. Es basiert auf der täglichen Bilanzierung des Bodenwassers: Verdunstung und Versickerung werden vom vorhandenen Bodenwasser abgezogen, Niederschlag und Wassergaben hinzu addiert.
Die Verdunstung wird mit der Gras-Referenz-Methode abgeschätzt (Allen et al. 1998), wobei die Anpassung der Referenzverdunstung durch kulturart- und stadienspezifische Korrekturfaktoren und weitere Faktoren erfolgt. Die weiteren Faktoren sind variabel und wurden im Rahmen des Projektes ermittelt. Sie berücksichtigen die variable Feuchte des Bodens und der Bodenoberfläche.
Zur fortlaufenden Dokumentation und Kontrolle der Vorgehensweise wurde die Bodensaugspannung, die Rückschlüsse auf den Bodenwassergehalt zulässt, in ausgewählten Varianten mit Tensiometern gemessen.

Ergebnisse

Im Jahr 2014 wurden in Abenberg (Lks. Roth) und Schrobenhausen (Lks. Neuburg-Schrobenhausen) Untersuchungen zur Tropfbewässerung in Form von Streifenversuchen durchgeführt
Der Schwerpunkt der Untersuchung im letzten Versuchsjahr des Projektes wurde in Abenberg vor allem auf der umfassenden Erprobung der Tropfbewässerung im M-Damm-Verfahren (ZMDV) gelegt. Für diesen Versuch wurde ein weiterer Dammformer umgebaut und zum Einsatz gebracht. Die Flanken des Kartoffeldammes waren in diesen Varianten weiniger steil und sollten dadurch besser gegen eine mögliche Abschwemmung durch Starkniederschläge geschützt werden.
Am Standort Schrobenhausen wurden im Jahr 2014 zwei Versuche im Ökologischen Landbau bei Frühkartoffeln (Sorte Anais) und Kartoffeln mit normalem Legetermin (Sorte Regina) durchgeführt. Zum besseren Schutz vor mechanischen Verletzungen durch die mechanische Beikrautregulierung kamen stabile Tropfschläuche in der Dammkrone bzw. zwischen jedem zweiten Damm zum Einsatz.
Bewässerung ab Juni
Die Tropfschläuche konnten im Frühkartoffelversuch erst in der zweiten Aprilhälfte nach dem Abräumen des Schutzvlieses mit einer vorangegangenen Beikrautregulierung verlegt werden. Kühle Temperaturen und deutliche Niederschläge versorgten die Kartoffelbestände bis zu diesem Termin ausreichend mit Wasser und machten Bewässerungsmaßnahmen nicht notwendig. Erst die steigenden Temperaturen ab Anfang Juni erschöpften durch verstärktes Wachstum der Kartoffelpflanzen die Bodenwasservorräte und es wurde mit der Bewässerung begonnen (2. Juni bis 8. Juli). Einem sehr heißen Juni mit nur vereinzelten Niederschlägen folgte ab der zweiten Julidekade ein Wetterabschnitt, der von warmen Temperaturen und gleichverteilt hohen Niederschlägen gekennzeichnet war. Dieser Witterungsverlauf beeinflusste das Wachstum der Kartoffelpflanzen positiv und machte dadurch keine weiteren Bewässerungsgaben mehr notwendig.
Konsequenzen bewässerter Kartoffelbestände
Beobachtungen und Aufgrabungen im Juni zeigten, dass die bewässerten Kartoffelbestände auf die tägliche Zufuhr von Zusatzwasser positiv reagierten. Es wurde jedoch auch deutlich, dass Tropfbewässerung das Keimen und Wachstum der begleitenden Flora anregt und fördert, und vor allem im ökologischen Kartoffelanbau weitere frühzeitige Regulierungsmaßnahmen bei der Bekämpfung der Ackerbeikräuter zwingend notwendig machen.
Durch Bewässerung konnte der Ertrag in den Frühkartoffeln (Erntetermin 7. Juli) von 215 dt/ha in der unbewässerten Kontrollvariante auf 350 dt/ha gesteigert werden (+ 63%). Der Ertrag im anderen Versuch des ökologischen Kartoffelanbau fiel durch starke Nährstoffkonkurrenz der begleitenden Beikräuter niedrig aus. Hier wurden in der nicht mit Zusatzwasser versorgten Variante 185 dt/ha geerntet. Dieser Ertrag konnte durch die angewendeten Bewässerungsmaßnahmen im Dammkronenverfahren auf 375 dt/ha (+ 103%) gesteigert werden.
Ein für den Pflanzenbau in Bayern optimales Vegetationsjahr war dafür verantwortlich, dass in Abenberg (konventioneller Landbau) ohne Bewässerung ein Kartoffelertrag von 625 dt/ha erreicht werden konnte. Die verabreichten Bewässerungsgaben im Dammkronenverfahren steigerten diesen bereits hohen Ertrag noch einmal um 200 auf 825 dt/ha (+ 32%). Im M-Damm-Verfahren wurde in der Spitze ein Ertrag von 810 dt/ha (+ 30%) erreicht.
Ertragseffekte durch Tropfbewässerung bei Speisekartoffeln (Standort Dürrenmungenau, schwach lehmiger Sand)
Jahr Schlauchposition Ertrag
dt/ha
Ertragseffekt
dt/ha
Ertragseffekt
%
2010 unbewässerte Kontrolle 470
2010 Dammkrone 680 +210 +45
2011 unbewässerte Kontrolle 730
2011 Dammkrone 820 +90 +12
2012 unbewässerte Kontrolle 500
2012 Dammkrone 970 +470 +94
2013 unbewässerte Kontrolle 230
2013 Dammkrone 520 +290 +126
2014 unbewässerte Kontrolle 625
2014 Dammkrone 825 +200 +32
2010-2014 unbewässerte Kontrolle 511
2010-2014 Dammkrone 763 +252 +49
Schaubild

Darstellung Durchfeuchtungszonen bei Tropfbewässerung

Schaubild

Darstellung Witterungsverlauf und Verlauf Bodenwasser

Zusammenfassung und Ausblick

Tropfbewässerung ist ein sehr wasser- und energiesparendes Bewässerungsverfahren, aber teuer in der Anschaffung und aufwendig in der Handhabung. Deshalb ist es für einen erfolgreichen Einsatz entscheidend, diese Technik effizient zu nutzen. Die Ergebnisse aus den Versuchen haben gezeigt, dass die Höhe der Einzelwassergaben auf die jeweilige Boden- und Verfahrensart abgestimmt werden muss. Bei der Positionierung des Tropfschlauches in der Dammkrone ist der durchwurzelte Teil des Bodens, der durch Tropfbewässerung durchfeuchtet wird, besonders groß. Deshalb bietet diese Schlauchposition bei der Terminierung und Dimensionierung der Einzelwassergaben den größten Spielraum. In den Jahren 2010 bis 2014 wurden bei dieser Vorgehensweise auf Sand-, Lehm- und Tonboden die größten Bewässerungseffekte erzielt.
Die aus der Sicht des Arbeitsaufwandes und der Kosten als günstiger eingeschätzten Zwischendammverfahren waren vor allem auf Sandboden und bei trockener Ausgangssituation zu Beginn der Bewässerungsperiode deutlich weniger effizient. Diese Böden waren wegen der tieferen Schlauchposition nicht in der Lage, das verabreichte Zusatzwasser in die Kartoffeldämme zu leiten und in ausreichendem Maße pflanzenverfügbar zu speichern. Grundsätzlich konnten die Zusatzwassergaben nach dem Verlegen der Schläuche in die Zwischendämme bei frühem Bewässerungsstart mit hohem Bodenfeuchtegrenzwert am besten aufgenommen werden.
Die in der Projektphase erfolgreich erprobte Bewässerung im M-Damm-Verfahren macht es möglich, die positiven Eigenschaften des Dammkronenverfahrens mit den Vorteilen des reduzierten Zwischendammverfahren zu verbinden. Die kompakte Dammform und die erhöhte Position der Tropfschläuche zwischen jedem zweiten Damm führen in diesem Fall zu einer Teildurchfeuchtung des Dammkernes und geben damit den Kartoffelpflanzen bereits im frühen Jugendwachstum die Möglichkeit, die verabreichten Bewässerungsgaben zu erschließen. Durch eine größere Wurzeltiefe in der Feuchtezone erhöht sich des weiteren der Anteil des durchfeuchteten Bodens und es ist z. B. auf einem Sandboden mit einer nFK von 10-Vol.-% möglich, 25% höhere Einzelwassergaben als im reduzierten Zwischendammverfahren zu verabreichen.
Bodenwassermodell - Online-Anwendung
Auf Basis der Versuchsergebnisse wurde ein Bodenwassermodell entwickelt, validiert und in einem Internet basierten Computerprogramm zur Bewässerungssteuerung umgesetzt. Mit einem erstmalig integrierten Modul zur Berechnung der maximalen „Einzelwassergaben“ lassen sich standortabhängige Sickerwasserverluste vermeiden. Das Programm wird von der Arbeitsgemeinschaft Landtechnik und landwirtschaftliches Bauwesen ALB e.V. weiter gepflegt.

Beregnen nach Maß - Bodenwasser Modell Externer Link

Projektinformation
Projektleitung: Dr. Markus Demmel (ILT), Robert Brandhuber (IAB)
Projektbearbeitung: Dr. Martin Müller (ALB), Swen Kupke, Arbeitsgruppe Ackerbau und Prozesstechnik (ILT), Benjamin Blumenthal, Arbeitsgruppe Bodenphysik, Bodenmonitoring (IAB),
Laufzeit: 2008 - 2014
Finanzierung: Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (StMELF)
Projektpartner: Institut für Ökologischen Landbau, Bodenkultur und Ressourcenschutz (IAB), Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung (IPZ), Arbeitsgemeinschaft Landtechnik und landwirtschaftliches Bauwesen in Bayern e.V. (ALB), Forschungsanstalt für Gartenbau Weihenstephan, Deutscher Wetterdienst (DWD)