Bewässerung von Hopfen

Transkript

1 Bewässerung von Hopfen Während Deutschland global betrachtet neben dem Hauptkonkurrenten USA mit ca ha Anbaufläche, davon allein ha in der Hallertau, das stärkste Hopfenanbauland der Welt darstellt, hat die USA einen entscheidenden Vorteil. In niederschlagsarmen Jahren gleichen amerikanische Hopfenbauer Wassermangel durch Zusatzbewässerung des Hopfens aus und vermeiden damit Ertragsschwankungen. Somit können Abmachungen mit Vertragspartnern wie z.b. Brauereien sicherer eingehalten werden und amerikanische Hopfenpflanzer können die Wirtschaftlichkeit ihrer Arbeit besser planen. Dies hat die Landwirtschaft auch schon vor einigen Jahren in Deutschland erkannt und mit zahlreichen Bewässerungsanlagen ähnliche Strukturen geschaffen um Trockenjahren entgegenwirken zu können. Zwischenzeitig werden in Deutschland ca. 20 % der Hopfenanbauflächen zusätzlich bewässert. Dabei nimmt die moderne Tröpfchenbewässerung die Hauptrolle der Bewässerungsform ein, während in den USA auch noch die eher veralteten und ineffektiven Sprinkler- und Furchenbewässerungen angewendet werden. In der Natur ursprünglich als typische Auenpflanze, also immer in Einzugsgebieten von Flüssen vorkommend, erträgt Hopfen einen Überschuss an Wasser gut. Aber aus demselben Grund benötigt die Pflanze auch ausreichend an Nährstoffen. Diese Nährstoffe wie Stickstoff, Phosphat oder Spurenelemente müssen allerdings in den über teilweise 25 Jahren kultivierten Flächen über zusätzliche Düngung zugefügt werden. Bei übermäßiger Bewässerung, also bei einer Wasserzufuhr die den Pflanzenbedarf übersteigt, werden diese Nährstoffe häufig mit dem versickernden Wasser aus den Böden ausgewaschen und belasten einerseits das Grundwasser und stehen anderseits den Pflanzen für optimales Wachstum nicht zur Verfügung. Tröpfchenbewässerung ist hierfür die effektivste Form um die Pflanze mit genügend Wasser zu versorgen, da es in Bodennähe ausgebracht werden kann und somit schnell die Wurzeln erreicht ohne dabei zu verdunsten. Verabreicht man nur so viel Wasser wie auch wirklich benötigt wird waschen sich keine Nährstoffe in tiefere Schichten aus. Wie viel Wasser Hopfen benötigt und wie dieses die Wurzeln am besten erreicht ist bisher höchstens einzelbetrieblich optimiert und es gibt keine grundsätzlichen Empfehlungen. Die Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL) hat diese Frage deshalb in Kooperation mit dem Wissenschaftszentrum Weihenstephan zum Gegenstand aktueller Forschung gemacht und bearbeitet dieses Thema mit Unterstützung von der DBU (Deutsche Bundesstiftung für Umwelt).

2 Physiologie des Hopfens Wasser stellt den Hauptbestandteil von Pflanzen dar (70-95 %). Dabei dient es neben vielen weiteren Aufgaben als Transportmittel von Nährstoffen, zum Aufbau vom sog. Turgordruck welcher verbunden mit Wachstum und Stabilität der Pflanze ist, aber auch als Reaktionsmittel diverser biochemischer Reaktionen in der Pflanze. So dient Wasser zum Beispiel während der Photosynthese als Reaktionspartner und hilft in der sog. Lichtreaktion beim Aufbau von interner Energie, welche daraufhin beim Aufbau von Zucker verwendet wird. Hat eine Pflanze nicht mehr ausreichend Wasser zur Verfügung so bremst sie indirekt durch das Abfallen der inneren Spannung ihr Wachstum und kann darüber hinaus keine Energie mehr über die Photosynthese herstellen. Um diese Reaktionen vor allem auf Hinblick der Bewässerung besser zu verstehen soll neben der Protokollierung der soil matric potential ~ 100 hpa soil matric potential ~ 800 hpa Saugspannungen im Boden ebenso die Photosyntheseleistung und die herrschenden Turgordrücke der Blätter von Hopfen experimentell untersucht werden. In Voruntersuchungen an Jungpflanzen im Gewächshaus konnte bisher gezeigt werden, dass Hopfen bei geringer Wasserversorgung also bei hoher Saugspannung im Boden die Photosynthese minimiert bzw. diese gänzlich zu, Erliegen kommt. Der Grund hierfür ist ein Schluss der Spaltöffnungen an den Blättern, durch die einerseits Wasser hinaus transpiriert wird und anderseits CO 2 für den Aufbau von Zucker aufgenommen wird. Somit wird zwar Wasser gespart aber es kann gleichzeitig kein weiterer Zucker produziert werden und das Wachstum steht mehr oder weniger still. Da Wasser eine hohe Wärmekapazität besitzt können gut mit Wasser versorgte Pflanzen einer Überhitzung durch die Sonne über ihre Transpiration entgegenwirken. Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass wassergestresste Pflanzen eine höhere Blatttemperatur aufweisen als wasserversorgte Pflanzen. Im Rahmen des Versuchs soll abhängig von der Wasserversorgung 0 500sowohl die 1000Photosynthese 1500 als auch die 0 Blatttemperatur 500 und 1000 der Wasserstatus 1500 in den Blättern untersucht werden. soil matric potential ~ 200 hpa soil matric potential ~ 800 hpa Abbildung 1: Einfluss soil matric von Strahlung potential und ~ Wasserpotential 100 hpa auf die Photosyntheserate soil matric von jungen potential Hopfenpflanzen ~ 650 hpa

3 Bodenarten und ihre Auswirkung auf Bewässerung Abbildung 2: Zusammenhang zwischen Wasserspannung und Wassergehalt bei verschiedenen Bodenarten Das Wurzelwachstum von Pflanzen und vor allem die Wasserverfügbarkeit hängt ganz entscheidend von der bewirtschafteten Bodenart eines Standortes ab. Grundsätzlich werden unabhängig von dem Gehalt an Humusanteil drei Bodenarten unterschieden. Sand-, Schluff- und Tonböden. Diese unterscheiden sich in der Größe, also im Verwitterungsstadium ihrer einzelnen Partikel und im Gehalt an Luftanteil, was unterschiedliche Wasserspeicherfähigkeit zur Folge hat. Für alle Bodenarten allgemein gültig ist dabei die Beschreibung über die Saugspannung welche ein Maß für die Kraft ist wie stark die Wassermoleküle an die Bodenpartikel gebunden sind, oder anders ausgedrückt wie viel Zugkraft eine Pflanze aufbringen muss um dieses Wasser aufnehmen zu können. Die sog. Feldkapazität (150 hpa) beschreibt die Menge an Wasser die ein wassergesättigter Boden, nach 2 Tagen gegen die Schwerkraft hält. Das Gegenstück bildet der permanente Welkepunkt ( hpa). Dies ist der Punkt bei dem bei jeder Bodenart nur noch so wenig Wasser zur Verfügung steht dass Pflanzen irreversibel geschädigt werden und welken. Bei gleichen Saugspannungswerten sind allerdings in den verschiedenen Bodenarten ganz unterschiedliche Mengen an Wasser vorhanden (s. Abb. 2). Ausgehend davon ist eine Bewässerung in der Landwirtschaft, also immer individuell an die jeweilige Bodenart anzupassen um das genetische Ertragspotential ausschöpfen zu können, welches sich so vermutet die LfL auch von Sorte zu Sorte unterscheidet. In der Hallertau wird der Großteil (über 60 %) des Hopfens auf lehmigen Böden kultiviert. Knapp 20 % der Hopfengärten sind auf Sandböden angelegt. Die restlichen 20 % sind Mischböden. Der hier beschriebene Versuch wird sowohl auf einem Sand- (Karpfenstein nahe Neustadt a.d. Donau) als auch auf einem Lehmboden (Attenhofen) durchgeführt. Im Zusammenhang mit der Tropfbewässerung hat die Bodenart einen entscheidenden Einfluss auf die Verteilung des Wassers im Boden. Während das Wasser in Sandböden eher senkrecht gerade nach unten sickert bildet es bei schwereren Böden eher in die Breite verlaufende Befeuchtungszwiebeln. Je nach Bodenart kann sich die Position der Tropfschläuche also unterschiedlich gut auf das Erreichen der Wurzeln auswirken (s. Abb. 3). Abbildung 3: Einfluss der Bodenart auf die Wasserverteilung bei Tropfbewässerung

4 Versuchsdurchführung Aufbauend auf den pflanzenökologischen Experimenten sollen im hier angelegten Versuchsfeld genaue Definitionen erarbeitet werden ab welchen Saugspannungswerten Hopfen einen ertragsmindernden Wasserstress erleidet und wie viel Wasser wie und an welcher Position gegeben werden muss um das optimale Ertragspotential zu erreichen. Zur Evaluierung dieser Fragen wurde die Hopfensorte Herkules ausgewählt, da diese Sorte mit einem hohen Anteil an Blattwerk mit den höchsten Wasserverbrauch aller Hopfensorten hat und man somit Reaktionen der Pflanze schneller detektieren kann. Im Anschluss an das Projekt soll aufbauend auf den erhaltenen Ergebnissen eine automatisierte Bewässerungssteuerung konzipiert werden die der Landwirtschaft eine objektive Bewässerungsentscheidung gibt und automatisch die Bewässerung vom Hopfen auslösen kann. Zur Beantwortung wurden verschiedene Versuchsansätze konzipiert: Dabei geht es zum Einen um die optimale Positionierung der Tropfschläuche. In der Praxis werden drei Varianten durchgeführt die wie in Abb. 4 dargestellt hier im Versuch hinsichtlich der Menge und der Qualität des Ertrages ausgewertet werden sollen und nachstehend erklärt werden. 9,6 m ~ 80 m Anordnung im Hopfengarten Gerüstsäule Hopfenpflanze auf Bifang mit V - Aufleitung Versuche: Pflanzen für morphound physiologische Untersuchungen zum Einschaltzeitpunkt zur Positionierung ~ 90 m : unbewässert 10 m pro Variante: - 3 Wiederholungen je 20 Pflanzen (28-8 Randpflanzen) - Säulenbifänge werden ausgelassen und bilden Pufferzone zwischen den Varianten Reihenabstand: 3,2 m Pflanzenabstand: 1,6 m Weg

5 AB - der Tropfschlauch verläuft oberirdisch auf dem sog. Bifang: optimale Bewässerungszwiebel und Erreichen der Hauptwurzelzone mit den jährlich neu gebildeten Adventivwurzeln im Bifangbereich, aber erhöhter Arbeitsaufwand in der Praxis durch Aus- und Abrollen jeweils zu Beginn und Beendigung der Vegetationsperiode NB - der Tropfschlauch wird in Bifangnähe in ca. 30 cm Tiefe vergraben: erreicht Wurzelzone mit Wasser, Schwierigkeit über genaue Aussage von der jeweiligen Menge, außerdem Steuerung sehr schwierig da bei einer saugspannungsabhängigen Bewässerungsanlage der Sensor immer in Nähe des Tropfschlauches liegen sollte, aber erhebliche Arbeitsersparnis in der Praxis, da kein saisonales Aufund Abrollen erforderlich. ZB - der Tropfschlauch wird in der Mitte der Fahrgasse ebenfalls in ca. 30 cm Tiefe vergraben: Am weitesten von den Pflanzenwurzeln entfernt, dennoch ist eine mögliche Entnahme aus tieferen Bodenschichten nicht ganz aus zu schliessen und deshalb ebenfalls Bestandteil der Untersuchung, da ebenfalls durch dauerhafte Ausbringung hohe Zeitersparnis im Vergleich zu der Variante AB. Eine weitere Grauzone bildet die Frage der optimalen Bewässerungsmenge: Dies soll über die visuell kontrollierbare und die Wurzeln sicher erreichende Applikationsvariante AB bei drei unterschiedlichen Saugspannungswerten (150, 300 und 600 hpa) ebenfalls anhand des Ertrages untersucht werden. Die applizierten Wassermengen unterscheiden sich dabei nicht, wohl aber die darauffolgende Austrocknung des Bodens bis zur nächsten Bewässerung. Randomisierte und wiederholte Anordnung der Varianten gewährleistet dabei repräsentative und statistisch sichere Ergebnisse. BAYERISCHE LANDESANSTALT FÜR LANDWIRTSCHAFT Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung Tobias M. Graf (Dipl.- Biologe) Kellerstr Wolnzach Tel.: 08442/ HOCHSCHULE WEIHENSTEPHAN-TRIESDORF University of Applied Sciences Gartenbau Dr. Michael Beck Am Staudengarten Freising Tel: 08161/