I ngenieurbüro f ür Ö kologie und L andwirtschaft (IfÖL) Dr. Richard Beisecker Theresa Seith

1. 2. Informationsveranstaltung 2013im WRRL-Maßnahmenraum Guxhagen und UmgebungBodenwasserhaushalt, Versickerung und Nitratauswaschung IfÖL 2013 Ingenieurbüro für Ökologie und Landwirtschaft (IfÖL) Dr. Richard Beisecker Theresa Seith 28.11.2013, 20 Uhr Gasthaus Zur Krone, Körle

2. Programm IfÖL 2013 • Kennwerte des BodenwasserhaushaltsDr. Beisecker (IfÖL) • Bodenwasserhaushalt von drei typischen Böden im MaßnahmenraumFr. Seith (IfÖL) • Versickerung und NitratauswaschungFr. Seith (IfÖL) • Wasserbedarf der wichtigsten KulturpflanzenDr. Beisecker (IFÖL) • Ergebnisse der Demonstrationsflächen zum ZwischenfruchtanbauFr. Seith (IfÖL)

3. IfÖL 2013 Ein Ackerbauer, der in der Lage ist, Wasser dem Boden nach Bedarf zu entnehmen und zu geben, hat den größten Grad der Vollkommenheit erreicht. Albrecht D. Thaer

4. Kennwerte des Bodenwasserhaushalts IfÖL 2013 Dr. Richard Beisecker (IfÖL) 2. Informationsveranstaltung 2013im WRRL-Maßnahmenraum Guxhagen und Umgebung

5. Gliederung IfÖL 2013 • Bedeutung des Bodenwasserhaushalts • Textur (Korngrößenklassen / Bodenart) • Vergleich Bodenschätzung mit bodenkundlicher Kartieranleitung • Porengrößenverteilung • Kennwerte des Bodenwasserhaushalts • Bodenwasserhaushalt im Maßnahmenraum - Klimatische Daten - Wasserspeicherkapazität

6. Bedeutung des Bodenwasserhaushalts IfÖL 2013 Uni Münster • Wasserversorgung der Pflanzen • Speicherung des Niederschlagswassers • Sickerwasserbildung • Auswaschung von Nähr- und Schadstoffen(z.B. Nitratauswaschung)

7. Bodenwasserhaushalt IfÖL 2013 • Einflussgrößen auf das Wasserspeichervermögen des Bodens • Bodenart • Lagerungsdichte (Trockenrohdichte) • Humusgehalt

8. Textur IfÖL 2013 • Texturkennzeichnet die Größenverhältnisse der Bodenpartikelder mineralischen Festsubstanz • man unterscheidet • Grobboden = Skelettanteil (Steine, Kies, Grus) Ø > 2 mm • Feinboden = Mischung der 3 Korngrößen Sand, Schluff, Ton (Äquivalentdurchmesser Ø < 2 mm) • In der Natur kommen Gemenge mit unterschiedlichen Anteilen an S, U, T vor!! • Kornform(rund, eckig, kantig) wird nur bei der Benennung des Bodenskeletts berücksichtigt

9. Textur IfÖL 2013 • Kornfraktionen nach Bodenkundlicher Kartieranleitung (KA 5)

10. Bodenart – Bodenkundliche Kartieranleitung IfÖL 2013 Quelle: Bodenkundliche Kartieranleitung (2005) • Bodenarten des Feinbodens: Körnungsdreick

11. Bodenart IfÖL 2013 Quelle: Pfeiffer et al. (2003) • Vergleich der Korngrößen-einteilungnach Boden-kundlicherKartieranleitungund nach Bodenschätzung(Angaben im Katasterauszug)

12. Bodenart – Bodenschätzung IfÖL 2013 • Ackerschätzungsrahmen • Bodenart • Zustandsstufe • Entstehung • Grünlandschätzungsrahmen • Bodenart • Bodenstufe • Klima • Wasserverhältnisse

13. Lagerungsdichte IfÖL 2013 • Die Dichtlagerung des Bodens wird als • Trockenrohdichte (auch Trockenraumgewicht TRG) oder nach Schätzung im Felde als • Lagerungsdichte bezeichnet

14. Humusgehalt IfÖL 2013 Humus = Gesamtheit der abgestorbenen organischen Substanz (Pflanzen- und Tierreste) Mittlerer C-Gehalt der organischen Masse ca. 58%  Humusgehalt in % = C-Gehalt x 1,724

15. Humusfunktionen IfÖL 2013 • Heuteerfolgt Nährstoffersatz überwiegend über die Mineraldüngung • Bedeutung des Humus für die Nährstoffversorgung der Pflanzen spielt daher eine untergeordnete Rolle • aber: hohe Bedeutung für die Bodenfruchtbarkeit • erhöht die Wasserspeicherkapazität • Humus speichert das 3- bis 4-fache des Eigengewichtes an Wasser, das heißt die WK der OBS beträgt ca. 40-50 Vol.-% • besondere Bedeutung für Sandböden ! • verbessert die Bodenstruktur und erhöht die Stabilität des Bodengefüges • Schutz vor Wind- oder Wassererosion • Erhöhung der Niederschlagsinfiltration

16. Wassershaushalt IfÖL 2013 Zwischen den Partikeln der Bodenmatrix (feste Phase) bilden sich unterschiedliche Porenräume, die mit Wasser oder Luft gefüllt sein können (flüssige Phase, Gasphase) Porenraumgliederung des Bodens

17. Wasserhaushalt IfÖL 2013 • Porengrößenverteilung • Poren haben in Abhängigkeit des Durchmessers unterschiedliche Bindungskräfte (Kapillarität) • Lagerung der Primärpartikel bzw. Aggregate bestimmt den Wasser- und Lufthaushalt eines Bodens

18. Porengrößenverteilung IfÖL 2013 • Unterscheidung

19. Porengrößenverteilung IfÖL 2013 • Kapillare Steighöhe= Druckhöhe = Saugspannung = Wasserspannung Steighöhengleichung: h [cm] = 3000/d [µm] 1000 cm WS ≈ 1 bar ≈ pF 3

20. pF-Kurve IfÖL 2013 • typische Beziehungen zwischen Wasserspannung und dem Wassergehalt eines Sand-, Schluff- und Tonbodens(n. Hartge und Horn, 1992)

21. Kennwerte des Bodenwasserhaushalts IfÖL 2013 • Feldkapazität (FK)= Menge an Haftwasser, die ein Boden gegen die Schwerkraft zu speichern vermag – als Konvention der Wassergehalt [Vol.-%], welcher bei pF≥ 1,8 gebunden ist • Luftkapazität (LK)= Porenraum des Boden, der bei Feldkapazität mit Luft erfüllt ist • Totwasser (TW)= permanenter Welkepunkt– Wassergehalt bei pF 4,2 [Vol.-%] • nutzbare Feldkapazität (nFK)= Wassergehalt [Vol.-%], der in Poren zwischen 50 μm - 0,2 μm gebunden ist; entspricht dem Wassergehalt zwischen pF 1,8 und 4,2

22. Kennwerte des Bodenwasserhaushalts IfÖL 2013

23. Kennwerte des Bodenwasserhaushalts im WRRL-Maßnahmenraum Guxhagen und Umgebung IfÖL 2013 Theresa Seith (IfÖL) 2. Informationsveranstaltung 2013im WRRL-Maßnahmenraum Guxhagen und Umgebung

24. Bodenkarte WRRL-Maßnahmenraum IfÖL 2013

25. Kennwerte des Bodenwasserhaushalts IfÖL 2013 • Von drei typische Böden im Maßnahmenraum

26. Bodenarten WRRL-Maßnahmenraum IfÖL 2013 • Lehm (L) dominierend (3235 ha) • sandiger Lehm (sL) auch verbreitet (635 ha) • Lehmiger Sand (lS) und anlehmigernSand (Sl) in den Auengebieten an Fulda und Eder ( jeweils 225 ha)

27. IfÖL 2013

28. IfÖL 2013

29. Klimadaten im Maßnahmenraum IfÖL 2013 Quelle: DWD, 2013  für weitere Berechnungen verwendet: • Raum Gudensberg: 610 mm/a • Raum Guxhagen: 740 mm/a Niederschlag30-jähriger mittlerer Jahresniederschlag [mm/a]1981 - 2010

30. Klimadaten im Maßnahmenraum IfÖL 2013 •  für weitere Berechnungen verwendet: 600 mm/a • Verdunstung30-jährige mittlere Grasreferenzverdunstung [mm/a]1981 – 2010 Quelle: Umweltatlas Hessen, 2013

31. Klimatische Wasserbilanz KWB berechnet: Raum Gudensberg:  KWB 10 mm Raum Guxhagen:  KWB 140 mm IfÖL 2013 Fazit: positive Wasserbilanz Differenz innerhalb des MR aufgrund Jahresniederschlagsmenge Quelle: Umweltatlas Hessen, 2013 • Differenz aus Niederschlag und Verdunstung

32. Kennwerte des Bodenwasserhaushalts im MR IfÖL 2013

33. Kennwerte des Bodenwasserhaushalts im MR IfÖL 2013

34. Wasserspeicherkapazität im Maßnahmenraum Höchste FK 480 mm in Albshausen IfÖL 2013 Fazit: generell hohe Wasserspeicher-kapazität der Böden im Maßnahmenraum Geringste FK 106 mm in Haldorf • Feldkapazität in den Gemarkungen

35. Wasserspeicherkapazität im Maßnahmenraum IfÖL 2013 Nach AD-hoc AG Boden, 2005 Ableitung der nFKWe im effektiven Wurzelraum nach Vorderbrügge et al., 2004 • Nutzbare Feldkapazität des Bodens (nFKWe)Annahmen: grundwasserfern mittlere Durchwurzelungstiefe sL, L von 10 dm; lS von 8 dm

36. Versickerung und Nitratauswaschung IfÖL 2013 Theresa Seith (IfÖL) 2. Informationsveranstaltung 2013im WRRL-Maßnahmenraum Guxhagen und Umgebung

37. Jährliche Sickerwasserrate im Maßnahmenraum berechnet: Fritzlar: hohe Verdunstung 600 mm  KWB 10 mm Geringe Verdunstung 550 mm  KWB 60 mm Albshausen: hohe Verdunstung 600 mm  KWB 140 mm Geringe Verdunstung 550 mm  KWB 190 IfÖL 2013 Quelle: Umweltatlas Hessen, 2013 • Mittlere jährliche Sickerwasserrate anhand der Klimatische Wasserbilanz KWB

38. Jährliche Sickerwasserrate im Maßnahmenraum IfÖL 2013 Fazit: Lehmböden: SWR ca. 100 mm a-1 leichtere Böden: SWR über 200 mm a-1 • Mittlere jährliche Sickerwasserrate (nach TUB-BGR-Verfahren; Wessolek et al., 2009) • Für Nutzungsart Acker und WVPfl < 700 mm:

39. Austauschhäufigkeit des Bodenwassers IfÖL 2013 Fazit: im ganzen Maßnahmenraum geringe Austauschhäufigkeit des Bodenwassers: Lehmböden: alle 4 Jahre Sandiger Lehm: alle 3 Jahre Lehmiger Sand: ca. 1 mal pro Jahr Aus Feldkapazität und SWRAH = (SWR / FKWe) * 100 [% a-1]

40. Nitratverlagerung IfÖL 2013 1 Einfluss auf die Grundwasserneubildung 2 Einfluss auf die Nitratkonzentration im Sickerwasser Quelle: Bouwer, 1995

41. Maximal zulässige Nitratkonzentration im Sickerwasser IfÖL 2013 N-Überschuss Bodenart L: 40 kg N/ha N-Überschuss Bodenart sL: 35 kg N/ha N-Überschuss Bodenart lS: 25 kg N/ha • Ziel: Einhaltung des Grenzwertes der TrinkwV (2001) von 50 mgl-1 im Rohwasser

42. Handlungsoptionen IfÖL 2013 • Was können Sie tun, um den Nitrataustrag möglichst gering zu halten? • Angepasste Düngung auf Grundlage der Nmin-Gehalte • Stickstoff-Gehalte Ihres Wirtschaftsdüngers kennen • Stickstoff-Nachlieferung aus dem Bodenvorrat berücksichtigen • Zwischenfrüchte zur Stickstoff-Speicherung über Winter anbauen

43. Wasserbedarf der wichtigsten Kulturpflanzen IfÖL 2013 Dr. Richard Beisecker (IfÖL) 2. Informationsveranstaltung 2013im WRRL-Maßnahmenraum Guxhagen und Umgebung

44. Wasserbedarf von Kulturpflanzen IfÖL 2013 • Daten der Lysimeterstation Buttelstedt in Thüringen:(Roth et al., 2005) • Östlicher Rand des Thüringer Beckens, 230 m ü. NN; mittlerer Jahresniederschlag Ø 550 mm; Jahresmitteltemperatur 8,2 °CBoden: tiefgründiger Braunerde-Tschernosem aus Löß • Evapotranspiration 1983-2001 ohne Bewässerung Ø 553 mm; Versickerung 38 mm (unberegnet) bis 55 mm (beregnet) • Langjähriges Defizit der klimatischen Wasserbilanz (KWB) im Zeitraum von April bis September ca. 140 mm

45. Wasserbedarf von Kulturpflanzen IfÖL 2013 • Gesamtwasserverbrauch des Pflanzenbestandes ist abhängig von • Furchtart • Durchwurzelung • Boden (Bodenart, Humusgehalt, Wasserspeicherkapazität) • Witterung • Nährstoffversorgung • Bis zu welcher Tiefe nutzen die Kulturpflanzen das Bodenwasser?

46. Wasserbedarf von Kulturpflanzen IfÖL 2013 • Pflanzenverfügbare Wassermenge im SommerhalbjahrWPfl = nFKWe + KA + NSSo[mm]

47. Wasserverbrauch von Kulturpflanzen IfÖL 2013 Wasserverbrauch ausgewählter Kulturpflanzen (bei weitgehend potenziellen Verdunstungsbedingungen in der Hauptwachstumszeit = Bestandesschluss und Reifebeginn/Ernte; Roth et al., 2005)

48. Wasserverbrauch von Kulturpflanzen IfÖL 2013 WV = 159 + (1,495 · Länge [d] B = 0,913 Beziehung zwischen der Wachstumslänge (L) und dem Wasserverbrauch (WV) zwischen Aufgang und Ernte bei weitgehend potenziellen Verdunstungsbedingungen in der Hauptwachstumszeit (Roth et al. 2005)

49. Wasserverbrauch von Kulturpflanzen IfÖL 2013 • Einflussfaktoren auf Verdunstung (Evapotranspiration) von Pflanzenbeständen • Strahlungsenergie (intensive Sonneneinstrahlung, Advektion) • Wind • Bedeckungsgrad (Blattflächenindex BFI) • Funktionsfähigkeit des Blattapparates (Blattflächendauer BFD) • Wuchshöhe (Bestandesklima) • Durchwurzelung (Wurzellängendichte, Gesamtwurzellänge)

50. Wasserverbrauch von Kulturpflanzen IfÖL 2013 • Tageswasserverbrauch in Hauptwachstumsperiode • Unterschiede zwischen den Fruchtarten relativ gering • bei voll transpirationsfähigen Beständen Zeitraum Mai-Sept. 3,7 – 4,3 mm/d(Spanne 1,3-7,9 mm/d)Minimum 0,1 - 0,9 mm/d (z. B. Raps, Silomais, W. Weidelgras)Maximum 9 – 10 mm/d (z. B. ZR, W. Weidelgras, Phacelia)  Faustzahlen ØSchönwettertage 4-6 mm/d Ø Vegetationsperiode 2 mm/d Ø Winter 0,1-0,2 mm/d • Mittlere Tagesniederschläge Hauptwachstumsperiodeim deutschen Binnenland (Mai-Sept.) ca. 1,5 – 2 mm/d  Ausreichende Versorgung aus Bodenwasservorrat entscheidend für Ertrag und Qualität der Kulturen !!