Optimierung der Bewässerungssteuerung für den Freilandgemüseanbau

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1 Die Ergebnisse kurzgefasst Die Demonstrationsversuche zur Optimierung der Bewässerungssteuerung im Freilandgemüseanbau der bayerischen Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau haben im Zeitraum von gezeigt, dass sowohl mit Modellrechnungen, als auch mit einer Überwachung der Bodenfeuchte durch Sensoren praxisgerechte Möglichkeiten zur Optimierung der Bewässerung vorhanden sind. Trotz einzelner Schwächen in der Bedienbarkeit ist es möglich, den aktuellen Bewässerungszustand der Felder via Mobilfunkübertragung bequem aus der Ferne zu überwachen. Die wichtigsten Ergebnisse der Versuchsstandorte in Niederbayern werden im Folgenden kurz zusammengefasst. Versuchsfrage und Versuchshintergrund Um qualitativ hochwertiges Gemüse zu erzeugen, ist nicht nur eine optimale Versorgung der Pflanzen mit Nährstoffen und der Schutz vor Schädlingen wichtig, sondern auch eine möglichst bedarfsgerechte Bewässerung der Kulturen. Durch eine oftmals ungünstige Verteilung der natürlichen Niederschläge während der Sommermonate, hat eine zusätzliche Bewässerung vielerorts eine essentielle Bedeutung für den Anbauerfolg. Wer sein Gemüse nicht ideal mit zusätzlichem Wasser versorgt, riskiert Schäden an der Ware die einen Verkauf unmöglich machen können. In vielen deutschen Gemüseanbaugebieten stellt die Verfügbarkeit von Beregnungswasser weniger ein Problem dar, lediglich die Optimierung der zumeist nach Erfahrung gesteuerten Bewässerung ist auf den meisten Betrieben noch nicht ideal gelöst. Durch den Einsatz von Bodenfeuchtesensoren, sowie die Nutzung von Modellrechnungen zur Berechnung der täglichen Verdunstung, soll in Zukunft das Beregnungswasser deutlich effizienter eingesetzt werden. Dazu wurden in den Jahren von 2009 bis 2013 mehrere Betriebe in Bayern mit modernen Geräten zur Überwachung des Bewässerungszustandes ausgestattet, die teilwiese auch in der Lage sind ihre Daten über das Mobilfunknetz an das Internet weiterzuleiten. Durch eine intensive fachliche Betreuung soll so das Bewusstsein der Anbauer gegenüber der optimalen Bewässerungssteuerung weiter geschärft werden. Ergebnisse im Detail Auf dem Markt befinden sich momentan viele unterschiedliche Systeme und Sensoren zur Erfassung der Bodenfeuchte. Der wohl bekannteste und gleichzeitig am einfachsten aufgebaute Sensor ist das Tensiometer. Es funktioniert wie eine künstliche Wurzel und misst die Kraft die Pflanze benötigt um das im Boden gebundene Wasser aufzunehmen. Je höher der in Hektopascal (100 hpa = 0.1 Bar) angezeigte Wert ist, desto trockener ist auch der Boden. Kombiniert mit einem manuellen Drucksensor ermöglicht dieses Messinstrument auch dem Einsteiger die Erfassung präziser Messwerte direkt auf dem Feld. Die Kosten belaufen sich auf etwa 50 pro Stück. Der Messbereich von 0 bis hpa ist für den ideal. Lediglich bei dauerhaft hohen Saugspanungswerten ab -600 hpa kann das im Sensorrohr befindliche Wasser verloren gehen und der Messwert wird verfälscht. Daher muss der Wasserstand im Tensiometerrohr etwa wöchentlich überprüft und eventuell nachgefüllt werden. Sollen permanent Werte erfasst und gespeichert werden, so ist ein elektronischer 1 Dipl.-Ing.(FH) Florian Hageneder Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau An der Steige 15

2 Druckkopf am Tensiometer nötig. An diesen kann dann sowohl ein Auslesegerät, als auch ein Warnmelder angeschlossen werden, der eine Alarm-SMS an ein Mobiltelefon senden kann. Die Einstellung des Schwellenwertes und des Nachrichtentextes kann individuell durch den Nutzer vorgenommen werden. Einige neuere Geräte verfügen über ein Mobilfunkmodem mit dem sie die Messwerte an das Internet übertragen können. Diese Variante ist für Anbauer interessant, die beispielsweise weite Strecken zur Bewässerungskontrolle ihrer Felder zurücklegen müssen. Wichtig ist hierbei eine ausreichende Netzabdeckung des Mobilfunkbetreibers vor Ort. Eine weitere Möglichkeit punktuelle Messungen der Bodenfeuchte auf dem Feld zu betreiben sind Geräte, die Saugspannungswerte oder die prozentualen Feuchtegrade per versenden. Der Anschaffungspreis dieser technisch weitgehend ausgereiften Mittel liegt allerdings bei mehreren hundert Euro, bis in den vierstelligen Bereich, je nach Konfiguration und Anzahl der eingesetzten Sensoren. Die folgenden Abbildungen zeigen exemplarisch Geräte, die während des Projektes zum Einsatz kamen. Es kommen auch immer wieder neue Messlösungen auf den Markt, wodurch es sinnvoll ist sich laufend über mögliche Varianten für den eigenen Betrieb zu informieren. Abbildung 1: SMS-Warner bei Einlegegurken Abbildung 2: Tensiomailer Wer seine Felder auch im Hinblick auf das Bestandsklima überwachen will, der kann dies mit einer internetfähigen Wetterstation erreichen. Sie kann mit einem selbstentleerenden Regenmesser und zusätzlich mit den unterschiedlichen Bodenfeuchtesensoren ausgestattet werden. Dies erlaubt einen umfassenden Einblick auf Versickerungsvorgänge nach Niederschlägen und Beregnungs-phasen und dient zur objektiven Beobachtung und Korrektur der Beregnungsmengen. Dadurch kann wiederum wertvoller Stickstoff und Energie für die Wasserförderung eingespart werden. 2 Dipl.-Ing.(FH) Florian Hageneder Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau An der Steige 15

3 Abbildung 3: Wetterstation mit Klimasensoren und Bodenfeuchtefühlern Abbildung 4: Automatischer Regenmesser mit Bodenfeuchtesensoren Die Messungen laufen hierbei permanent ab und bleiben dem Nutzer verborgen. Für ihn ist lediglich das bereits grafisch aufbereitete Ergebnis auf der Homepage des Geräteherstellers sichtbar. Mit einer entsprechenden Sensorausstattung können die Stationen zudem automatische Berechnungen zur klimatischen Wasserbilanz durchführen. Die nötige Konfiguration hierfür, wie auch die dafür anfallenden Kosten, können beim Hersteller in Erfahrung gebracht werden. Folgende Abbildung zeigt einen kleinen Ausschnitt der Bodenfeuchtedaten in einem Einlegegurkenbestand. Die roten Säulen stellen Bewässerungsvorgänge dar die mit einem einfachen Druckschalter in einer Tropfleitung aufgezeichnet wurden. An den Ausschlägen des Tensiometers in 20 cm Bodentiefe, erkenntlich an der orangefarbenen Linie, ist deutlich zu sehen, dass das Wasser schnell in diese Bodenschicht eindringt und die Dauer der Bewässerungsvorgänge ausreichend lang gewählt wurde. Wäre zu wenig Wasser ausgebracht worden, so wäre auch die Saugspannung in 50 cm weiter angestiegen (braune Linie). Diese pendelte sich jedoch bis zum auf etwa -400 bis -500 hpa ein. Erst nach starken Niederschlägen zwischen dem 26. und sinken auch in dieser Bodentiefe die Werte auf etwa hpa. Es fand also eine deutliche Versickerung des Niederschlages in diese Tiefe statt. Abbildung 5: Veränderung der Saugspannung (hpa) nach Bewässerungsgaben über den Tropfschlauch 3 Dipl.-Ing.(FH) Florian Hageneder Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau An der Steige 15

4 Ohne diese technischen Hilfsmittel wäre der Anbauer nicht in der Lage eine Aussage über die Wassersättigung in tieferen Bodenschichten zu erhalten. Und auch nahe der Oberfläche können Schätzungen mittels Spaten und Fingerprobe niemals den tatsächlichen Zustand exakt wiedergeben. Weitere und zudem wartungsfreie Varianten der Bodenfeuchtemessung bieten neuere Sensoren, die ohne eine Wasserfüllung auskommen und in der Lage sind den prozentualen Bodenwasseranteil zu messen. Um diesen Wert für eine Steuerung der Bewässerung einzusetzen, muss allerdings bekannt sein in welchem Bereich eine optimale Wasserversorgung vorliegt. Die einzelnen Bodenarten sind hier völlig verschieden. Ein Labor kann diese Kennwerte ermitteln. Abbildung 6 zeigt einen dieser neueren Sensoren während der Installation unterhalb einer Tropfstelle. Die aufgezeichneten Werte sind auf der rechten Seite dargestellt. Je heller die Farbe der blauen Linien, desto tiefer ist die Messschicht (15, 30 und 50 cm). Die beiden Ausschläge am 17. und sind Reaktionen auf Bewässerungsvorgänge. Die Mengen waren dabei richtig gewählt, weil das Wasser zwar in 50 cm Tiefe vordringt, jedoch nur in einer geringen Menge. Erst nach einem starken Niederschlag, sichtbar an den blauen Säulen in der unteren Grafik, versickert das Wasser bis unter 50 cm. Dies kann man an der Reaktion des Sensors in 50 cm deutlich erkennen (hellblaue Linie). Abbildung 6: Sensor zur Bestimmung des Wassergehaltes unterhalb einer Tropfleitung Abbildung 7: Sensorwerte in verschiedenen Bodentiefen nach kräftigem Regen Kultur- und Versuchshinweise Bei den Versuchen handelte es sich um Schauversuche auf Praxisflächen. Aufgrund der laufenden Betriebsabläufe, Ernten und der technischen Ausstattung war es nicht möglich Exaktversuche anzulegen. Dies war zudem nicht zielführend, da die Vorteile und Auswirkungen verschiedener Bewässerungsstrategien auf unterschiedliche Kulturen bereits in der Vergangenheit zur Genüge erforscht wurden. Die Demonstrationsanlagen sollten den Anbauern die Machbarkeit und Vorteile moderner Messmethoden aufzeigen und somit deren Ausbreitung weiter fördern. 4 Dipl.-Ing.(FH) Florian Hageneder Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau An der Steige 15

5 Kritische Anmerkungen In weiten Teilen Deutschlands herrscht kein Mangel an Beregnungswasser und die Technik zur Förderung und Verteilung ist ausgereift. Es ist daher oftmals schwierig den Landwirten und Gärtnern die Vorteile einer doch arbeitsintensiveren, optimierten Bewässerungssteuerung näher zu bringen. Auch die Technik zur Überwachung und Berechnung der Wassergaben ist manchmal verbesserungsbedürftig und könnte noch mehr auf die Bedürfnisse der Anwender abgestimmt werden. Robustere Bauteile, einfach an den Geräten einzustellende Parameter, sowie schnell abtrennbare Verlängerungskabel sind Beispiele für Probleme, die teilweise noch behoben werden müssen. In Anbetracht der Gefahr von Nitrateinträgen in das Grundwasser durch falsche Bewässerung und Düngung und der notwendigen Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie, muss die Beregnung im Ackerbau in Zukunft noch mehr auf den tatsächlichen Bedarf der Pflanzen ausgelegt werden. Eine Bewässerungssteuerung im Freiland kann und muss dabei nicht vollkommen exakt sein, eine objektivere Beurteilung wäre schon ein wichtiger Schritt in Richtung ressourcenschonender Landwirtschaft. Dieses Projekt sollte den Landwirten bei Entscheidung helfen, wie und mit welchen technischen Mitteln die Bewässerungssteuerung weiter verbessert werden kann. Zweifelsfrei dürfen hierbei aber nicht die praktischen Erfahrungen der Betriebsleiter außer Acht gelassen werden. 5 Dipl.-Ing.(FH) Florian Hageneder Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau An der Steige 15