Trockenheitsindikatoren und Erträge in der österreichischen Nutzpflanzenproduktion. Was sagen uns die Felder der Landwirte?

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1 Trockenheitsindikatoren und Erträge in der österreichischen Nutzpflanzenproduktion Was sagen uns die Felder der Landwirte? AgroDrought Austria Symposium Gernot Bodner 1, Peggy Macaigne 1,4, Josef Eitzinger 2, Vojko Daneu 3, Willibald Loiskandl 4 1 Department für Nutzpflanzenwissenschaften, BOKU Wien, 2 Institut für Meteorologie, BOKU Wien, 3 LFZ Raumberg Gumpenstein, 4 Institut für Hydraulik und Landeskulturelle Wasserwirtschaft, BOKU Wien 1 Dipl.-Ing Dr. Gernot Bodner Department für Nutpflanzenwissenschaften Abteilung Pflanzenbau Universitäts- und Forschungszentrum Tulln (UFT) Universität für Bodenkultur Wien

2 Übersicht Inhalt Teil 1. Trockenheit und Ertragsreaktion Hydrologie gemäßigter Trockengebiete Trockenheits- und Hitzestressindikatoren Untersuchungsstandorte Ertragsreaktion und Stressresistenz Teil 2. Management-Optionen im Trockengebiet Zwischenfruchtbau Bodenbearbeitung Saattermin 2/17

3 Standorthydrologie allgemein Ökohydrologischer Beurteilungsraster der Standorthydrologie Speicherabhängigkeit Starke Fruchtfolge-Wirkung (z.b. Zwischenfrucht) Wurzeltiefe besonders effizient (Versickerung) Synchronisierung vegetativer und generativer Wasserverbrauch Leichter zu planen. Inputabhängigkeit Vorfruchtwirkung gering Bodenabdeckung sehr effizient (Evaporation) Bodenspeicherfähigkeit verbessern Höhere Unsicherheit 3/17

4 Standorthydrologie allgemein Precipitation, ET (mm) Soil depth (cm) Hydrologie gut speicherbarer Böden Winter 73 mm Plant available water: 171 mm Main crop 276 mm Day of year Method: Simulation of site hydrology using HYDRUS 1D (Simunek et al., 213) for site Groß Enzersdorf, Austria (48.2 N, 16.5 E, 156 m.a.a.; Soil: Silt loam; Crop: spring barley (8 cm rooting depth); Upper boundary: 25 years of weather data; Lower boundary: free drainage Plant available water: 81 mm Cover crop 21 mm Water content (cm 3 cm -3 ) Field capacity:.32 cm 3 cm -3 Wiliting point:.12 cm 3 cm -3 Charakteristika 1. Vorherrschend Niederschlag in der Vegetationsperiode (Standortmittel Abb. links: 65 ± 4 %). 2. Zusammenfallen der Niederschlags- und ET Verteilung. 3. > 4 Monate Vegetationszeit zwischen Getreideernte und Winter (Abb. links: Σ verfügbare Wassermenge: 282 mm). 4. Bodenart-abhängige Bedeutung der gespeicherten Winterniederschläge für die Hauptfrucht (Abb. links: 62 % Niederschlag, 38 % Bodenspeicher). Bodner, G., Nakhforoosh, A., Kaul., H.-P. (215) Management of crop water under drought a review. Agr. Sust. Develop. 35,

5 Standorthydrologie allgemein Hydrologie schlecht speicherbarer Böden Precipitation, ET (mm) Soil depth (cm) Winter 73 mm Plant available water: 127 mm Main crop 276 mm Day of year Plant available water: 56 mm Cover crop 21 mm Water content (cm 3 cm -3 ) Field capacity:.25 cm 3 cm -3 Wiliting point:.8 cm 3 cm -3 Charakteristika 1. Vorherrschend Niederschlag in der Vegetationsperiode (Standortmittel Abb. links: 65 ± 4 %). 2. Zusammenfallen der Niederschlags- und ET Verteilung. 3. Verfügbare Wassermenge nach Getreideernte 257 mm. 4. Verhältnis der gespeicherten Winterniederschläge zu Niederschlägen in der Vegetationszeit: 69 % Niederschlag, 31 % Bodenspeicher (absolut weniger Wasserverfügbarkeit). Method: Simulation of site hydrology using HYDRUS 1D (Simunek et al., 213) for site Groß Enzersdorf, Austria (48.2 N, 16.5 E, 156 m.a.a.; Soil: Sandy loam; Crop: spring barley (8 cm rooting depth); Upper boundary: 25 years of weather data; Lower boundary: free drainage

6 Indikatoren Meteorologische Indikatoren Ziel: Untersuchung der Ertragssensitivität auf meteorologische Indikatoren für Trockenheit und Hitzeals Grundlage der Ertragsprognose Kurzfristige Indikatoren (aktuelle Situation) Niederschlag Referenzevapotranspiration Temperatur Hitze+Trockenheit Höhe (Jahr, kritische Perioden, Monat), Verteilung (In- vs. off-season) Höhe und Verteilung (s.o.), Verhältnis zu Niederschlagshöhe Hitzetage und kumulierte Temperatur über 27 C Multiplikativer Indikator aus Hitzetagen und Wasserdefizit (FAO56) Langfristige Indikatoren (Abeichung vom Normalwert) Palmer Drought Severity Index Crop Moisture Index Niederschlag, Temperatur, Bodenspeicher s. PDSI, aber wöchentlich 6/17

7 Untersuchungsstandorte Rainfall (mm) Annual rainfall a b ac bc b ac p=.7** Rainfall distribution a bc bc c ab abc p=.7** Rain Apr-Sept /Rain annual (-) 2 Annual ET Distribution ET.4 ET (mm) a a c b a b p<.1*** a ac c bc abc abc p<.1** ET Apr-Sept /ET annual (-) 4 Baden Hollabrunn Horn Krems Mistelbach Wiener Neustadt Baden Hollabrunn Horn Krems Mistelbach Wiener Neustadt.5 7/17

8 Untersuchungsstandorte Days > 27 C (n) Heat days a ab b a ab a p<.5* Heat degree hours not significant HDH > 27 C (h) Palmer Drought Severity Index not significant Crop Moisture Index not significant 1 PDSI (-) CMI (-) Baden Hollabrunn Horn Krems Mistelbach Wiener Neustadt Baden Hollabrunn Horn Krems Mistelbach Wiener Neustadt -2 8/17

9 Bodenverhältnisse Baden (Schwarzerde, Feuchtschwarzerde, Auböden) Hollabrunn (Schwarzerde, Rohböden, Kolluvien) Horn (Lockersediment-, Felsbraunerden) Krems (Schwarzerde, LS-Braunerde, Auboden, Rigol) Mistelbach (Schwarzerde, Rohböden, Kolluvien) Wr. Neustadt (Schwarzerde, Pararenzina) Nutzbare Feldkapazität (BAW) 9/17

10 Zwischenfazit Standorthydrologie Niederschlag Drei Standorte (Mistelbach, Hollabrunn, Krems) um 5 mm Jahresniederschlag, drei Standorte (Horn, Baden, Wiener Neustadt) um 6 mm. Niederschlagsverteilung zwischen 6-7 % in der Vegetationszeit mit teils starker jährlicher Schwankung (Hollabrunn, Baden). Temperatur Horn als Standort mit kühleren Temperaturen. Weniger Differenzierung in den Hitzetagen (Ausnahme Horn) und den Hitzestunden. Boden Differenzierte Böden aus der Schwarzerdegruppe an den trockeneren und wärmeren Standorten, überprägt von Topographie. Übergang zu den Braunerden in den feuchteren und kühleren Gebieten. Wasserspeicherkapazität vorherrschend hoch bis mittel, bei wichtigen Ausnahmen (z.b. Rohböden, Paratschernoseme, Felsbraunerden). Indikatoren zeigen keine signifikante Differenzierung zwischen den Standorten. 1/17

11 Frucharten-Verhältnisse Fruchtartenverhältnis Ist-Zustand Prozent der Ackerfläche (%) Niederösterreich Quelle: Grüner Bericht 213, Lebensministerium Österreich www. gruenerbericht.at Ø Niederschlag 78 ± 214 mm Körnerleguminosen Kartoffel Wintergerste Silomais Winterraps Zuckerrübe Sommergerste Körnermais Winterweizen 11/17

12 Ertragsreaktion Stressfaktoren 7 WINTER WHEAT 7 SPRING BARLEY 6 6 Yield (t ha -1 ) 5 4 Yield (t ha -1 ) R 2 =.38, p <.1 95% Confidence Band R 2 =.25, p < Heat degree hours > 27 C (h) Heat degree hours > 27 C (h) R 2 =.21, p <.1 MAIZE 1 9 SUGAR BEET Yield (t ha -1 ) Yield (t ha -1 ) Rain Apr-Sep /Rain annual (-) 5 4 R 2 =.41, p < Heat-Drought Index (-) 12/17

13 Stressresistenz Stressresistente Fruchtfolgeglieder Datengrundlage: Ackerbauarbeitskreis Mistelbach der LLWK Niederösterreich Mittlere Jahresniederschlagssumme 58 mm, Mittlere Jahrestemperatur 9,1 C ** * ++ Ertragsstabilität Stressresistenz ++ *Berechnung aus jährlichem Ertragsmittel und Standardabweichung der Erträge aller aufgezeichneten Schläge der Jahre **Berechnung aus jährlichem Maximalertrag und jährlichem Ertragsmittel aller aufgezeichneten Schläge der Jahre /17

14 Stressresistenz Stressresistente Fruchtfolgeglieder Wurzelzone Sprosssystem Vegetationszeit vegetativ Blüte generativ RESISTENZ DURCH: Trockenheit entkommen z.b. Blütezeit, Reifezeit, Winterfestigkeit, Frosttoleranz Wasser sparen z.b. Blattfläche, Blattzahl, Stomataregulierung, Xylemstruktur Wasser holen z.b. Wurzeltiefe, Wurzeldichte, osmotische Anpassung Nach Levitt, J. (1972) Response of plants to environmental stresses. Academic Press 14/17

15 Zwischenfazit Ertragsreaktion Getreide Sowohl Sommer- als auch Wintergetreide zeigt die stärkste Reaktion auf Hitzestress. Sommergerste und Winterweizen haben eingeschränkte Ertragstabilität und Stressresistenz. Wintergerste (und Winterroggen) sind stabiler im Ertrag. Zuckerrübe Der stärkste Zusammenhang zwischen Ertrag und Stress wurde mit einem kombinierten Wasser- und Hitzestressindikator erzielt. Zuckerrübe ist sowohl durch ihre Standorte als auch ihr Wurzelsystem (und andere Anpassungsmechanismen) ertragsstabil und stressresistent. Körnermais Körnermais reagiert sensibel auf ungünstige Niederschlagsverteilung. Je höher die Niederschläge in der Vegetationszeit, desto höher die Erträge. Dies zeigt gemeinsam mit der mittleren bis geringen Ertragsstabilität eine stärkere Stressanfälligkeit als Zuckerrübe (Blüte, Standorte) Sonstigen Weniger genutzte Kulturen sind hinsichtlich Stressresistenz etablierten Arten überlegen (Sonnenblume, Wintergerste, Winterroggen). 15/17

16 Managementanpassung Fruchtfolge Managementanpassung Vorkultur Sicherung der Bodenwasserspeicherung (Zwischenfrucht?) Verdichtungen bei Ernte vermeiden Bodenbearbeitung Konservierende Grundbodenbearbeitung Erhalt der Mulchdecke bei Grundbodenbearbeitung und Saat (Mulchsaat) Bestandesetablierung Früher Sätermin Winterungen Reduzierte Bestandesdichte (Getreide) Zwischenfruchtbau ++/-- Konservierende Bodenbearbeitung ++/-- Risiko bei Bestandesetablierung ++/--

17 Zwischenfruchtbau Zuckerrübe Körnermais Sommergerste Winterweizen 17/17

18 Bodenbearbeitung Frequency (%) Conventional tillage Reduced tillage Yield (t ha -1 ) Environments (Site x Year = 3) with: g significant yield advantage:. % g significant yield disadvantage: 16.7 % g no significant yield effect: 83.3 % Zuckerrübe Yield tillage (t ha -1 ) Körnermais Slope CT vs. Slope RT : p=.219* 5 Conventional tillage Reduced tillage Yield mean (t ha -1 ) 2 Conventional tillage Reduced tillage Environments (Site x Year = 25) with: g significant yield advantage: 16. % g significant yield disadvantage: 8. % g no significant yield effect: 76. % 14 Slope CT vs. Slope RT : p=.8469 ns. Frequency (%) Yield Type (t ha -1 ) Conventional Tillage Reduced Tillage Yield (t ha -1 ) Yield mean (t ha -1 ) 18/17

19 Bodenbearbeitung Frequency (%) Conventional tillage Reduced tillage X Data Environments (Site x Year = 2) with: g significant yield advantage: 1. % g significant yield disadvantage: 4. % g no significant yield effect: 5. % Sommergerste Winterweizen Yield tillage (t ha -1 ) Slope CT vs. Slope RT : p=.825 ns Yield mean (t ha -1 ) Conventional Tillage Reduced Tillage Frequency (%) Conventional tillage Reduced tillage Environments (Site x Year = 3) with: g significant yield advantage: 46.7 % g significant yield disadvantage: 3.3 % g no significant yield effect: 5. % Yield tillage (t ha -1 ) Slope CT vs. Slope RT : p=.3255 ns Yield mean (t ha -1 ) Conventional tillage Reduced tillage Yield (t ha -1 ) 19/17

20 Saatzeit Körnermais Yield (t ha -1 ) Baden early < 14.4 a b c n=56 n=123 n=5 Baden normal Baden late > Hollabrunn early < 9.4. a b c n=119 n=249 n=111 Hollabrunn normal Hollabrunn late > Horn early < 1.4. ab b a a a b n=61 n=12 n=51 Horn normal Horn late > Krems early < 1.4. n=223 n=447 n=189 Krems normal Krems late > 2.4. Mistelbach normal Mistelbach early < 9.4. a b c Mistelbach late > Wr. Neustadt normal Wr. Neustadt early < a a b n=122 n=282 n=19 n=91 n=232 n=76 Wr. Neustadt late > /17

21 Saatzeit Zuckerrübe 12 a b c a b b a b ab a b b a a a a a b 1 Yield (t ha -1 ) Baden early < n=123 n=286 n=148 n=13 n=214 n=18 n=22 n=42 n=19 n=28 n=93 n=37 Baden normal Baden late > 6.4. Hollabrunn normal Hollabrunn early < Hollabrunn late > 4.4. Horn early < Horn normal Horn late > 8.4. Krems early < n=95 n=283 n=121 n=39 n=16 n=43 Krems normal Krems late > 8.4. Mistelbach early < Mistelbach normal Mistelbach late > 5.4. Wr. Neustadt normal Wr. Neustadt early < Wr. Neustadt late > /17

22 Saatzeit Sommergerste 1 a a a a b b a b b a b b a a a 8 Yield (t ha -1 ) Baden early < 7.3. n=98 n=28 n=118 n=138 n=284 n=137 n=89 n=2 n=94 n=233 n=51 n=284 n=2 n=46 n=24 Baden normal Baden late > Hollabrunn normal Hollabrunn early < Hollabrunn late > Horn early < Horn normal Horn late > 9.4. Mistelbach normal Mistelbach early < Mistelbach late > Wr. Neustadt normal Wr. Neustadt early < 4.3. Wr. Neustadt late > /17

23 Saatzeit Winterweizen 1 a b a a b b a b c a b c a b c a a b 8 Yield (t ha -1 ) Baden early < n=432 n=937 n=451 n=413 n=138 n=482 n=312 n=691 n=36 n=264 n=572 n=277 n=429 n=1257 n=553 n=22 n=422 n=225 Baden normal Baden late > Hollabrunn normal Hollabrunn early < Hollabrunn late > Horn early < 8.1 Horn normal Horn late > Krems early < Krems normal Krems late > Mistelbach normal Mistelbach early < Mistelbach late > 2.1. Wr. Neustadt normal Wr. Neustadt early < Wr. Neustadt late > /17

24 Schlussfolgerung Management Management Zwischenfruchtbau Begrünung von Ackerflächen ist auch im Trockengebiet ohne erhöhtes Ertragsrisiko möglich. Die Praxisdaten entsprechen Versuchsergebnissen und theoretischen Überlegungen zur Wassereffizienz von Zwischenfrüchten. Bodenbearbeitung Reduzierte Grundbodenbearbeitung hat unter trockenen Bedingungen einen Vorteil (Zuckerrübe, Körnermais) und zeigt bei Winterweizen im allgemeinen bessere, bei Sommergerste häufiger geringere Erträge. Zu bedenken ist die Saattechnik (Mulchsaat, Mulchmenge), die nicht erfasst ist. Saatzeitpunkt An den meisten Standorten und für die untersuchten Kulturen führt frühere Saat innerhalb des optimalen Zeitfensters zu höheren Erträgen. Versuchsergebnisse zeigen jedoch, dass extreme Frühsaaten das Risiko erhöhen, wenngleich sie in Trockenjahren bessere Erträge bringen. 24/17

25 Schlussfolgerungen Anpassungen im Ackerbau Anforderungen Fruchtfolgeglieder müssen 1. Stressfreie Vegetationszeit (Herbst, Frühjahr) nutzen (Winterungen) 2. Hohe Aufnahmeeffizienz (Wurzel) aufweisen (Zuckerrübe) 3. Unter Mangelbedingungen ausreichend stabile Erträge liefern (Sonnenblume) Lösungen Angepasste Nutzpflanzenproduktion kombiniert 1. Stressresistente Arten (Wintergetreide, Zuckerrübe, Sonnenblume) 2. Angepasstes Bestandesmanagement (Saattermin, Bestandesdichte) 3. Reduzierte Bodenbearbeitung (Wasserverlustminimierung) 25/17

26 Universität für Bodenkultur Wien Department für Nutzpflanzenwissenschaften Abteilung Pflanzenbau AG Pflanzliche Produktionsökologie Priv.-Doz. DI Dr. Gernot Bodner Konrad Lorenzstraße 24, A-343 Tulln an der Donau Tel.: , Fax: gernot.bodner@boku.ac.at,