Hochwasserschutz in der Landwirtschaft Steffen Zacharias

Transkript

1 Hochwasserschutz in der Landwirtschaft Steffen Zacharias

2 Hochwasserschutz in der Landwirtschaft 1. Abflussprozesse in der Landschaft 2. Beeinflussung der Infiltration durch die Art der Bodenbearbeitung 3. Andere Maßnahmen 4. Fazit und Ausblick

3 Abflussprozesse Quelle:

4 Hochwasserganglinie - Abflusskomponenten Abfluss Direktabfluss Zwischenabfluss Basisabfluss Zeit

5 Potenzialflächen Potenzialflächen Vorbeugender Hochwasserschutz durch längerfristige Speicherung relevanter Wassermengen im Bodenkörper Hohes Potenzial Geringes Potenzial

6 Landnutzung im Einzugsgebiet der Vereinigten Mulde Landnutzung Ackerland Grünland Wald

7 Landnutzung der Potenzialflächen 17% 7% Acker Grünland Siedlung Wald 11% 65%

8 Konservierende Bodenbearbeitung und Infiltration Konservierende vs. Konventionelle Bodenbearbeitung, Messung Lößhügelland, Bodenart Ut4, Mai 2005, Beregnung 50 min, 1,2 mm/min 0 min 30 min Beregnung mit Abdeckung 1,40 1,20 1,00 Infiltrationsrate [mm/min] 0,80 0,60 0,40 0,20 0, Zeit [min]

9 Konservierende Bodenbearbeitung und Infiltration Konservierende vs. Konventionelle Bodenbearbeitung, Messung Lößhügelland, Bodenart Ut4, Mai 2005, Beregnung 50 min, 1,2 mm/min 0 min 30 min Beregnung mit Abdeckung 1,40 1,20 1,00 Infiltrationsrate [mm/min] 0,80 0,60 0,40 0,20 0, Zeit [min]

10 Konservierende Bodenbearbeitung und Infiltration Konservierende vs. Konventionelle Bodenbearbeitung, Messung Lößhügelland, Bodenart Ut4, Mai 2005, Beregnung 50 min, 1,2 mm/min 0 min 30 min Beregnung mit Abdeckung 1,40 1,20 1,00 Infiltrationsrate [mm/min] 0,80 0,60 0,40 0,20 0, Zeit [min]

11 Oberflächenverschlämmung Konservierende vs. Konventionelle Bodenbearbeitung, Oberfläche nach der Beregnung Pflug Mulch

12 Niederschlag und Verschlämmung 0,6 0,5 Seal Hydraulic conductivity [cm/h] 0,4 0,3 0,2 0, ,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 Cumulative kinetic energy [J/cm²] Quelle: Bosch, D.D. und C.A. Onstadt Surface seal hydraulic conductivity as affected by rainfall. Transactions of the ASAE, 31,

13 Verzögerung des Oberflächenabflusses Zunahme der Oberflächenrauigkeit mit zunehmender Mulchbedeckung Quelle: Auerswald, 2004

14 Mulch und Oberflächenabfluss Oberflächenabfluss/Niederschlag [%] unbedeckter Boden gemulchter Boden max. Oberflächenabflussrate [mm/h] unbedeckter Boden gemulchter Boden Niederschlagsrate [mm/h] Niederschlagsrate [mm/h] Quelle: Valentin, C. and Ruiz Figueroa, J.F., Effects of kinetic energy and water application rate on the development of crusts in a fine sandy loam soil using sprinkling irrigation and rainfall simulation. In: N. Fedoroff, L.M. Bresson and M.A. Courty (eds.), Soil Micromorphology. Paris: AFES, pp

15 Gemessene Wasserretentionskurven Konservierende vs. Konventionelle Bodenbearbeitung, Bodenart Ut4 Bodentiefe 20 cm 0,70 0,60 Pflug Mulch 0,50 rel. Bodenwassergehalt 0,40 0,30 0,20 0,10 0, log h [cm]

16 Mulch und Verdunstung 1.5 Kapillarsperr -Effekt der obersten unbedeckten Bodenschicht Relative Verdunstung gemulchte Fläche unbedeckter Boden Erhöhung der Albedo Geringere Bodentemperatur Geringerer Dampfdruck-Gradient Zeit Quelle: Jalota and Prihar Reducing soil water evaporation with tillage and straw mulching. Iowa State University Press

17 Konservierende vs. Konventionelle Bodenbearbeitung Messung Lößhügelland; Bodenart Ut4; Bodentiefe 20 cm; 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 Spezifischer Bodenwasserhaushalt Oktober 00 November 00 November 00 Dezember 00 Dezember 00 Januar 01 Januar 01 Januar 01 Februar 01 Februar 01 März 01 März 01 April 01 rel. Bodenwassergehalt April 01 Mai 01 Mai 01 Juni 01 Juni 01 Juli 01 Juli 01 Pflug 20 cm Konservierend 20 cm Datum Oberflächenabfluss

18 Bearbeitungsinduzierte Unterschiede im Bodenwasserhaushalt I Konservierende vs. Konventionelle Bodenbearbeitung Bodenart Ut4, Schnelldränendes Bodenwasser 0,4 0,35 0,3 rel. Wassergehalt 0,25 0,2 0,15 0,20 0,1 0,05 0,06 0,10 0,05 0,03 0,05 0 Pflug Mulch Pflug Mulch Pflug Mulch 40-45

19 Bearbeitungsinduzierte Unterschiede im Bodenwasserhaushalt II Konservierende vs. Konventionelle Bodenbearbeitung Bodenart Ut4, Feldkapazität 0,4 0,35 0,3 0,30 0,34 0,34 0,34 0,37 0,37 rel. Wassergehalt 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 Pflug Mulch Pflug Mulch Pflug Mulch 40-45

20 Bodenbedeckung Jahresgang I Mais WW Raps WW Sep Nov Jan Mrz Mai Jul Sep Nov Jan Mrz Mai Jul Sep Nov Jan Mrz Mai Monat Mai Mrz Jul Jan Bodenbedeckung [%]

21 Bodenbedeckung Jahresgang II Mais WW Raps WW Sep Nov Jan Mrz Mai Jul Sep Nov Jan Mrz Mai Jul Sep Nov Jan Mrz Mai Monat Mai Mrz Jul Jan Bodenbedeckung [%]

22 Bodenbedeckung Jahresgang III Mais WW Raps WW Sep Nov Jan Mrz Mai Jul Sep Nov Jan Mrz Mai Jul Sep Nov Jan Mrz Mai Monat Mai Mrz Jul Jan Bodenbedeckung [%]

23 Bodenbearbeitung und Infiltration

24 Bodenbearbeitung und Infiltration Pflanzenreste auf Bodenoberfläche und im Oberboden Biologische Aktivität im Oberboden Trockenrohdichte Makroporosität Gefügestabilität Porenvolumen Porengrößenverteilung Oberflächenverschlämmung Rauigkeit Wasserretention Hydraulische Leitfähigkeiten Infiltrationsrate und Oberflächenabfluss Infiltrationsrate und Oberflächenabfluss

25 Versickerungsmulden

26 Versickerungsmulden

27 Versickerungsmulden

28 Versickerungsmulden Zufluss/Abfluss Zeit

29 Wasserrückhaltende Maßnahmen in der Landwirtschaft Maßnahmenkatalog Wirkungskomplexe Schlagverkleinerung Abflusslinienverbau Schlaguntergliederung Gewässerrandstreifen Abflussmulden Umwandlung in Grünland Aufforstung Konservierende Bodenbearbeitung Geomorphologie (Oberflächenrauigkeit; Muldenspeicherung) Porenstruktur (Porenkontinuität; Porengrößen) Aggregatstabilität (Oberflächenverschlämmung)

30 Wasserückhaltende Maßnahmen Synergie-Effekte Wasserrückhaltende Maßnahmen in der Landwirtschaft: können wichtigen Beitrag zum vorbeugenden Hochwasserschutz leisten, reduzieren die Erosion und damit gleichzeitig Sediment- und Nährstoffeinträge in Gewässer, wirken sich positiv auf die Biodiversität aus.

31 Wasserückhaltende Maßnahmen Synergie-Effekte Hochwasserschutz Gewässerschutz Naturschutz Bodenschutz Finanzielle Förderung wasserrückhaltender Maßnahmen durch landwirtschaftliche Programme (UL-Programm, Cross Compliance)

32 Wasserückhaltende Maßnahmen Synergie-Effekte Hochwasserschutz Gewässerschutz Naturschutz Bodenschutz Finanzielle Förderung wasserrückhaltender Maßnahmen durch landwirtschaftliche Programme (UL-Programm, Cross Compliance) Und andere?