Bodenfeuchtigkeitsmessung - Grundlage für die Bewässerung im Weinbau Günther PERTOLL, Versuchszentrum Laimburg

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1 Bodenfeuchtigkeitsmessung - Grundlage für die Bewässerung im Weinbau Günther PERTOLL, Versuchszentrum Laimburg Zurzeit wird in Südtirol nach Beobachtungen, nach Gefühl oder nach fest zugeteilten Turnussen bewässert. Laut Prognosen von Klimaforschern werden die Witterungsbedingungen immer extremer: Die Intensität von Niederschlägen und die Dauer von Trockenheitsperioden nehmen zu und auch die Temperaturen schwanken stärker. Diese Veränderungen wirken sich auf den Wasserhaushalt der Rebe aus, sodass die Steuerung der Bewässerung im Weinbau für die Ertrags- und Qualitätssicherung zunehmend an Bedeutung gewinnen wird. Für eine gezielte Wassergabe können verschiedene Arten von en zur Bodenfeuchtemessung hilfreich sein. WASSER - TREIBSTOFF VIELER LEBENSVORGÄNGE Bei anhaltender Trockenheit im Boden wird in den Wurzeln verstärkt das Pflanzenhormon Abscisinsäure gebildet, das über den Holzteil (Xylem), also im aufsteigenden Saftstrom, in die Blätter gelangt und die Schließung der Spaltöffnungen veranlasst. Diese Wurzelsignale nötigen die Rebe zu einem sparsamen Umgang mit Wasser. Bei zunehmendem Trockenstress wird die Assimilationsleistung (Photosynthese) ein- 145

2 geschränkt, was eine Verringerung des Triebwachstums zur Folge hat und darauf folgend wird die Beerenentwicklung und damit der Ertrag eingeschränkt. Durch Wassermangel wird auch die Zusammensetzung der Inhaltsstoffe beeinflusst. So haben verschiedene Versuche gezeigt, dass sich ein moderater Wasserstress bei Rotweinsorten (z.b. Cabernet Sauvignon) qualitätsfördernd auswirkt, da eine Anreicherung phenolischer Substanzen einsetzt (Tannine, Farbe) und auch die Qualität der Inhaltsstoffe (z.b. Gerbstoff- und Aromagehalt) verbessert wird. Bei Weißweinsorten hat starker Wasserstress in der Reifephase einen negativen Einfluss auf die Weinqualität, da dieser zu einem verstärkten Säureabbau führt und die Aufnahme weiterer Inhaltsstoffe (z.b. Stickstoffverbindungen) vermindert. WIEVIEL WASSER KANN DER BODEN SPEICHERN? Das maximale Wasserhaltevermögen eines Bodens ist die so genannte Feldkapazität (FK). Darunter versteht man jene Wassermenge eines Bodens, die bei Wassersättigung nicht Das Tensiometer ist ein kostengünstiges Instrument, um die Bodenfeuchte im Obstbau zu überwachen, für den Weinbau ist es ungeeignet. versickert, sondern entgegen der Schwerkraft gehalten wird. Dieses Wasser ist jedoch nicht vollständig pflanzenverfügbar, da die Wurzeln das so genannte Totwasser (TW) den Feinporen des Bodens nicht entziehen können. Aus der Differenz zwischen Feldkapazität und Totwasseranteil wird die nutzbare Feldkapazität (nfk) errechnet. Diese entspricht dem maximalen pflanzenverfügbaren Wassergehalt des Bodens. Diese Kennwerte werden in Prozent des Bodengewichts (Gew.-%), in Prozent des Bodenvolumens (Vol.- %) oder in mm Wasser im durchwurzelten Boden gemessen. Dabei entspricht ein Volumenprozent Wasser einem mm Wasser in 10 cm Bodentiefe (1 Vol.-% = 1 mm/dm = 1 l/m² je dm). Leichte Böden (viel Sand und/oder hoher Steingehalt) haben eine geringe Wasserspeicherfähigkeit, während schwere Böden mit einem hohen Tonanteil mehr Wasser speichern können. Je enger der Durchmesser der wasserführenden Poren ist, desto fester wird das Wasser im Boden gebunden und desto mehr Energie braucht die Rebe, um dieses Wasser zu entziehen. Die Spannung, mit der das Wasser im Boden festgehalten wird, bezeichnet man als. Die dafür üblichen Maßeinheiten sind Megapascal (MPa), Hektopascal (hpa), Kilopascal (kpa), Bar (bar), Centibar (cbar) und Millibar (mbar). Die Entscheidung, wann und wie lange bewässert werden soll, wird in der Praxis vorwiegend anhand von Beobachtungen der Reben getroffen. Dabei fällt auf, dass in der Praxis häufig zu früh mit dem Bewässern der Rebe begonnen wird. Die Rebe hat ein weitläufiges Wurzelsystem und kann daher einen großen Bodenraum erschließen. Die Rebwurzeln entwickeln sich dabei immer vom trockenen Boden hin zu feuchteren. Erst wenn der durchwurzelte Boden auszutrocknen beginnt, wächst die Wurzel weiter in das angrenzende feuchtere Erdreich. Wird aber vorher bereits mit der regelmäßigen Tropfbewässerung begonnen, so findet die weitere Wurzelentwicklung vor allem innerhalb dieses regelmäßig durchfeuchteten Bodenbereichs statt. Die räumliche Wurzelentwicklung bleibt auf den Tropfbereich begrenzt. Diese Entwicklung ist vor allem in Junganlagen problematisch, da sie zu einer nachhaltig eingeschränkten Wurzelentwicklung führen kann. Zudem wird bei dieser Vorgangsweise Wasser verbraucht, obwohl die Rebe sich noch selbst versorgen könnte. Bei anhaltender Trockenheit werden Wasserreserven verbraucht, die unter Umständen später, in der Reifephase, fehlen und dann zu Qualitätsverlusten führen. Andererseits ist jedoch der optimale Zeitpunkt für die Bewässerung nach Auftreten von Welkeerscheinungen der Blätter um die Mittagszeit, bei vorzeitigem Wachstumsabschluss oder bei Laubfall in der Traubenzone zu spät. Daher stellt die Messung der Bodenfeuchtigkeit zur Beurteilung des Bewässerungsbedarfs eine Hilfe dar. Zur Bestimmung des Wassergehalts oder dessen Verfügbarkeit im Boden 146 Watermark mit Handlesegerät; mit ihm wird die Bodenfeuchte indirekt durch die Messung des elektrischen Widerstandes gemessen.

3 5/2008 können verschiedene Methoden angewandt werden (siehe Tabelle). GRAVIMETRISCHE BODENWAS- SERGEHALTSBESTIMMUNG Eine direkte Messmethode besteht in der gravimetrischen Bodenwassergehaltsbestimmung. Dabei wird mittels eines Stechzylinders eine Bodenprobe in gewünschter Tiefe entnommen und das Gewicht zuerst im frischen Zustand und dann nach Trocknung im Ofen bei 105 C bestimmt. Die Differenz drückt den Wassergehalt in Gew.-% aus. Zur Umrechnung in den volumetrischen Wassergehalt wird die Trockendichte des Bodens herangezogen. Diese nicht zerstörungsfreie Methode liefert zwar genaue Werte, ist jedoch sehr arbeitsaufwändig und daher für die Steuerung der Bewässerung nicht geeignet. Dieses Verfahren kann jedoch als Referenzmethode dienen, d.h. es können andere Methoden verglichen oder indirekte Methoden kalibriert werden. SAUGSPANNUNGSMESSUNG Die Saugspannug ist jene Kraft, mit der das Wasser im Boden festgehalten wird und die von den Wurzeln aufgewendet wird, um Wasser aufzunehmen. Sie wird mit dem Tensiometer gemessen, welches aus einem mit Wasser gefüllten Plexiglasrohr, einer porösen Keramik- oder Tonzelle und einem Unterdruckmanometer besteht. Mit zunehmender Trockenheit des Bodens wird das Wasser der porösen Tonzelle entzogen, wodurch der Unterdruck ansteigt. Beim Einbau ist auf einen guten Bodenschluss zu achten und der Wasserstand im Plexiglasrohr muss regelmäßig kontrolliert und gegebenenfalls aufgefüllt werden. Das Tensiometer hat jedoch einen begrenzten Messbereich von bis zu - 0,85 bar (- 85 kpa) und ist daher im Freiland nur für Kulturen mit geringem Wasseraneignungsvermögen, wie z.b. Erdbeeren und Frischgemüse geeignet. Im Obstbau werden Tensiometer verbreitet für die Bewässerungssteuerung eingesetzt. Weinreben haben bei diesem Schwellenwert noch keinen Bewässerungsbedarf und daher ist das Tensiometer bei dieser Kultur nicht einsetzbar. MESSUNG DER LEITFÄHIGKEIT Das Innenleben einer EnviroSCAN- Sonde. Von den elektrischen Methoden eignen sich im Weinbau der Gipsblock und der Watermark. Diese werden vom Versuchszentrum Laimburg schon seit mehreren Jahren in Bewässerungsversuchen zur Messung der Bodenfeuchte eingesetzt. Der Gipsblock ist ein einfaches Messverfahren, das in den Jahren entwickelt wurde. Im Fühler sind Elektroden wendelförmig in Gips eingebettet. Über Kabel werden die Elektroden an ein Messgerät angeschlossen, das den elektrischen Widerstand im innern (Fühler) misst und auf einer Datenanzeige (Display) anzeigt. Diese Messwerte sind vom Feuchtezustand des Gipsblockes und daher vom umliegenden Boden abhängig. An Hand einer Hilfstabelle des Herstellers können die Messwerte in swerte umgerechnet werden. Der Messbereich dieses s erreicht Werte von bis zu -15 bar ( kpa). Der Watermark ist eine Weiterentwicklung des Gipsblocks. Im Gegensatz zum Gipsblock sind die Elektroden in ein spezielles Matrix-Material eingebettet und mit einem Edelstahlmantel geschützt. Das Funktionsprinzip ist dasselbe: Über ein Kabel wird der am Messgerät angeschlossen und der elektrische Widerstand gemessen. Die swerte werden direkt auf dem Display angezeigt. Der Messbereich reicht bis zu einem Unterdruck von -2 bar (-200 kpa). Beide en vereinen die Vorteile einer einfachen Datenauslegung mit einem geringen Wartungsaufwand. Zudem sind sie nicht frostempfindlich und können daher auch über den Winter im Boden bleiben. Während der Gipsblock eine Lebensdauer von Fühler des Watermark s. In einem Gipsblock sind Elektroden eingebettet. 147

4 Grafik 1 und 2: Bodenfeuchteverlauf in 10, 20, 30, 40, 60 und 80 cm Bodentiefe in einer nicht bewässerten Parzelle (links) und in einer bewässerten (rechts). Wenn die Kurven ansteigen, wird die jeweilige Bodenschicht mit Wasser angereichert. maximal zwei Jahren hat, kann der Watermark bis zu fünf Jahre lang benutzt werden. Der Anschaffungspreis ist im Vergleich zu anderen entypen für die Bodenfeuchtebestimmung niedrig. Etwas aufwändig ist das regelmäßige Ablesen der Bodenfeuchtewerte mit dem speziellen Handlesegerät, besonders wenn mehrere Messungen in verschiedenen Parzellen durchgeführt werden. Die Aufzeichnungen können auch durch einen Datalogger (Datensammler) erfolgen (auch in Kombination mit einer Wetterstation) und damit zu Hause am Computer abgerufen und beobachtet werden. Vor dem Einbau des s sollte eine repräsentative Messstelle in der Rebanlage ausfindig gemacht werden. Da der im Wurzelbereich installiert werden soll, ist es auch sehr wichtig, dass die Reben in unmittelbarer Nähe einer durchschnittlichen Pflanze entsprechen, also weder zu schwach noch zu stark sind. Zudem sollte der vor dem Einbau über Nacht ins Wasser gelegt werden und anschließend vollständig austrocknen. Beim Einbau in den Boden muss der jedoch vollständig feucht sein, d.h. er muss vor dem Einbau wieder für mehrere Stunden gewässert werden. Ausschlaggebend für eine gute Funktionstauglichkeit und Genauigkeit dieser Messmethode ist der gute Bodenschluss zwischen dem 148 und dem umgebenden Erdreich. Da die Feuchtigkeit im ungestörten Boden gemessen werden soll, ist es am besten mit einem Bodenbohrer bis in die gewünschte Tiefe vorzubohren. Der wird dann eingesetzt und sollte mit dem gleichen Bodenmaterial eingeschlämmt werden. Es sollte dabei unbedingt beachtet werden, dass zwischen dem und dem Erdreich keine Luftspalten entstehen. Nachteile dieser en sind der Einfluss der Bodentemperatur auf die Messgenauigkeit (bei kontinuierlicher Datenerfassung mittels Datalogger wird meistens eine Bodentemperatursonde zur automatischen Korrektur eingebaut) und eine etwas trägere Reaktion auf die Änderung der Bodenfeuchte im Verhältnis zu anderen Messmethoden. KAPAZITIVE MESSUNG Diese indirekte Methode zur Bodenfeuchtebestimmung misst die Dielektrizitätszahl (-konstante) des Bodens. Diese ist eine dimensionslose Zahl, welche die Materialeigenschaft bezüglich Abschwächung elektrischer Felder beschreibt. Es gibt zwei Arten von en, die den volumetrischen Wassergehalt anhand der dielektrischen Eigenschaften des Bodens messen. Die TDR-en (Time Domain Reflectometry) bestehen aus der Elektronik und zwei bis vier parallel verlaufenden Metallstäben, die im Boden versenkt werden. Gemessen wird die Zeit, die ein elektromagnetischer Puls hoher Frequenz (GHz, 1 Gigahertz = 1 Milliarde Schwingungen pro Sekunde) benötigt, um die im Boden vergrabenen Metallstäbe zu durchlaufen. Genaue Messergebnisse erfordern bei diesem Verfahren eine bündige Anlagerung des Bodens an die Messstäbe. Diese en sind für steinige Böden nicht sehr geeignet, außerdem sind sie sehr teuer. Die FDR-en (Frequency Domain Reflectometry) messen die Dielektrizitätskonstante des Bodens, die zwischen zwei Elektroden gemessen wird. Wasser hat eine Dielektrizitätskonstante von etwa 80, während dieser Wert für mineralische Böden zwischen 2 und 5, und für Luft bei 1 liegt. Anhand dieser Werte wird der volumetrische Wassergehalt des Bodens in Volumenprozent erfasst. Um keine Messfehler zu erhalten, ist auf einen sachgerechten Einbau mit gutem Bodenkontakt zu achten. Verschiedene Störungen der Bodenmatrix (insbesondere Luftspalten) können die Messwerte fälschen. Auch der Salzgehalt und die Temperatur des Bodens haben einen Einfluss auf die Messgenauigkeit, wobei FDR-en eine geringere Temperaturabhängigkeit haben. Für genaue, absolute Werte des Wasser-

5 5/2008 gehaltes wäre eine bodenspezifische Kalibrierung (Eichung) der en notwendig. Diese wird hauptsächlich für wissenschaftliche Untersuchungen durchgeführt. Im Handel werden unterschiedliche en von verschiedenen Herstellern angeboten. Seit mehreren Jahren wird in einem Bewässerungsversuch des Versuchszentrums Laimburg in Schreckbichl (Girlan) das Bodenfeuchte-Mess-System EnviroSCAN der Firma Sentek Pty Ltd aus Australien benutzt. Dieses besteht aus einem Datenaufzeichnungsgerät (Datalogger), Stromversorgung, Solarpaneel und vier Bodenfeuchtesonden mit jeweils sechs FDR-en in 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, 60 cm und 80 cm Bodentiefe. Das Messintervall ist auf 30 Minuten eingestellt. Mittels PC und einer eigenen von der Firma Sentek entwickelten Software kann die Bodenwasserdynamik, ausgedrückt in mm pro dm Bodenschicht oder Vol.-%, von jeder gewünschten Bodentiefe oder auch von der Gesamttiefe in Form von einer Grafik dargestellt werden. halt in 10 cm Bodentiefe bei jedem Niederschlagsereignis angestiegen, während bis in 60 cm und 80 cm Bodentiefe nur wenige Niederschläge vorgedrungen sind. Andererseits ist auch ersichtlich, aus welcher Bodentiefe die Rebwurzeln Feuchtigkeit entnehmen. In Grafik 2 ist der Bodenfeuchteverlauf der bewässerten Parzelle dargestellt. Diese wurde vom 8. Juni 2007 bis 13. August 2007 dreimal pro Woche für jeweils 2,5 Stunden bewässert. Mit Zwei-Liter-Tropfer pro Stunde pro Rebe wurde dabei eine Wassermenge von 15 Liter Wasser pro Rebe in der Woche ausgebracht. Trotz dieser intensiven Bewässerung kann von Ende Juli bis Anfang August, in 80 cm Bodentiefe, ein starker Rückgang des Wassergehaltes festgestellt werden. Die Erklärung dafür ist folgende: Da diese Reben schon seit mehreren Jahren mit einem Überangebot an Wasser versorgt und verwöhnt wurden, haben sich die Wurzeln hauptsächlich im Tropfbereich entwickelt. Bei extremer werdenden Witterungsverhältnissen (Sommerhitze, sehr hohe Verdunstung) wurde daher das verfügbare Wasser rascher aufgenommen. SCHLUSS Für eine optimale Steuerung der Bewässerung stellt die Messung der Bodenfeuchtigkeit ein wichtiges Hilfsmittel dar. Die Nährstoffverfügbarkeit und -aufnahme hängt sehr stark von der Bodenfeuchte ab. Zu niedrige wie auch zu hohe Wassergaben können sich negativ auf den Ertrag und auf die Traubengesundheit auswirken. Zudem können mit einer gezielten Steuerung der Bewässerung Kosten eingespart werden. Zur Messung der Bodenfeuchte stehen verschiedene en zur Verfügung, die den Wassergehalt (Vol.- %) oder die Wasserverfügbarkeit () messen. Im Weinbau haben sich der Watermark und der kapazitive (FDR) als geeignet erwiesen. Der Watermark misst den elektrischen Widerstand eines Stromflusses und wird anhand eines Handlesegerätes oder eines Dataloggers in umgerechnet. Die Dateninterpretation dieses s ist relativ einfach und der Anschaffungspreis ist angemessen. Der kapazitive (FDR) stellt eine genaue Messmethode dar. Mittels elektrischer Kapazität wird der volumetrische Wassergehalt des Bodens (Vol.-%) gemessen. Über eine Rohrsonde können mehrere en in der gewünschten Tiefe angebracht werden. Somit kann der Wassergehalt in den verschiedenen Bodenhorizonten beobachtet werden. Für eine kontinuierliche Aufzeichnung ist ein Datalogger notwendig und die Dateninterpretation verlangt einen gewissen Sachverstand. Tabelle: Beschreibung der en (Fühler) für die Bodenfeuchtemessung. Messwert Tensiometer TDR Wassergehalt in Vol.-% FDR Wassergehalt in Vol.-% Gipsblock Watermark In Grafik 1 ist der Bodenfeuchteverlauf im Jahr 2007 in den verschiedenen Bodentiefen der nicht bewässerten Parzelle dargestellt. Einerseits kann deutlich erkannt werden, bis in welche Tiefe die natürlichen Niederschläge eingedrungen sind (Spitzen nach oben). Somit ist der Wasserge- Messbereich bis zu -0,85 bar bis 100% bis 100% bis zu -15 bar bis zu -2 bar Einbau gewünschte Profisonde, gewünschte gewünschte Tiefe, gewünschte Tiefe, Tiefe, mehrere Tiefen, Tiefe, Bodenschluss Bodenschluss Bodenschluss Bodenschluss Bodenschluss Haltbarkeit mehrere Jahre mehrere Jahre mehrere Jahre 1-2 Jahre 3-5 Jahre Genauigkeit sehr gut sehr gut sehr gut mittel mittel gut Kosten ca. 130 Selbstbau möglich sehr teuer teuer ca. 20 je ca. 400 für das Messgerät ca. 45 je ca. 350 für das Messgerät 149

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