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Pflanzenverfügbares Wasser:  Wie wird die Feldkapazität und der permanente Welkepunkt ermittelt?

Pflanzenverfügbares Wasser: Wie wird die Feldkapazität und der permanente Welkepunkt ermittelt?

Zusammenfassung

Um die Erträge in der Landwirtschaft zu verbessern, ist das Wissen um die Menge und die Verfügbarkeit von Wasser im Boden essentiell. Wassergehalt und Wasserpotential sind deshalb die vielleicht wichtigsten Kenngrößen, um den Zustand des Wassers im Boden und in den Pflanzen korrekt zu beschreiben.

Dr. Gaylon S. Campbell geht seiner Abhandlung konkret auf Entwicklung eines Modells der Bodenwasserprozesse und die dafür notwendigen Parameter ein. Dazu gehören neben den bereits erwähnten auch die hydraulische Leitfähigkeit, die Schüttdichte, Bodenbeschaffenheit oder der permanenter Welkepunkt. Erfahren Sie jetzt, wie Sie anhand dieser Parameter das verfügbare Wasser modellieren.

ARTIKLE VON DR. GAYLON S. CAMPBELL

Das pflanzenverfügbare Wasser liegt zwischen Feldkapazität und permanentem Welkepunkt (PWP) – in Erdböden oder Pflanzsubstraaten. Je trockener Böden sind umso größer ist der Wasserstress bis hin zum permanenten Welkepunkt, ab dem die meisten Nutzpflanzen irreversible Schäden aufweisen.

Bodenfeuchte-Sensoren maximieren die Ernteerträge

Um den Ernteertrag zu maximieren soll der Bodenwassergehalt zwischen Feldkapazität und permanentem Welkepunkt liegen. Der Bodenwassergehalt kann mit einigen Grundkenntnissen über den Bodentyp, die Feldkapazität und den permanenten Welkepunkt abgeschätzt werden. Diese Messgrößen sollten mit Bodenfeuchtesensoren vor Ort ermittelt werden.

Verfügen Sie über valide und kontinuierliche Bodenwassergehalts-Daten, steuern Sie das Bewässerungsmanagement effizienter und erhöhen den Wassernutzungseffekt und damit den Ernteertrag.

Die Feldkapazität entspricht nicht der Sättigung

Die Feldkapazität ist der Wassergehalt des Bodens zwei bis drei Tage nach einem Regen- oder Bewässerungsereignis. Hier ist das überschüssige Wasser durch die nach unten gerichteten Kräfte der Schwerkraft abgeflossen. Voraussetzung hier ist, dass das aus dem Bodenprofil entfernte Wasser nur durch die Schwerkraft, jedoch nicht durch die Pflanzen oder durch Verdunstung verloren gegangen ist. Messungen der Feldkapazität werden aus diesem Grund vor der Vegetationsperiode durchgeführt. In den USA und einigen anderen Ländern wird die Feldkapazität bei einem Matrixpotential von -33 kPa definiert.

Die Feldkapazität entspricht dabei jedoch nicht der Sättigung. Ist der Boden gesättigt, sind die meisten Poren mit Wasser gefüllt. Porenräume bei Feldkapazität enthalten sowohl Luft als auch Wasser. Die Struktur und Textur des Bodens bestimmt dabei stets wie viel Wasser im Boden gehalten werden kann. Sand zum Beispiel hält nicht viel Wasser – ganz einfach deshalb, weil die großen Körner keine große Oberfläche haben. Die Feldkapazität eines sandigen Bodens kann daher bis zu 10% des volumetrischen Wassergehalts betragen. Ein anderes Beispiel sind tonige Böden. Tonteilchen sind wie auf dem Kopf stehende Teller geformt, die zufällig übereinandergestapelt sind. Dadurch haben sie eine enorme Oberfläche. Lehmböden haben dank dieser Strukturen Feldkapazitäten, die 40% des volumetrischen Wassergehaltes überschreiten können.

Böden am permanenten Welkepunkt müssen nicht “trocken” sein

Pflanzen welken, wenn der volumetrische Wassergehalt im Boden zu niedrig ist und die Wurzeln der Pflanze kein Wasser ansaugen können. Ungefähr die Hälfte des Wassers im Boden wird bei Feldkapazität zu fest gehalten, um für Pflanzen zugänglich zu sein. Man sagt, dass ein Boden am permanenten Welkepunkt liegt, wenn das Wasserpotenzial bei oder unter einem Wert von -1,5 MPa liegt. Der permanente Welkepunkt ist also der Wassergehalt des Bodens bei -1,5 MPa Wasserpotenzial.

Ein Boden am permanenten Welkepunkt ist aber nicht unbedingt “trocken”. Liegt der Wassergehalt eines Bodens unter dem permanenten Welkepunkt, ist immer noch Wasser im Boden vorhanden – Pflanzen können jedoch nicht darauf zugreifen.

So einfach geht’s: Feldkapazität und permanente Welkepunkt schätzen

Hinreichend genaue Schätzungen der Feldkapazität und des permanenten Welkepunktes können einfach durch die Kenntnis der Textur des Bodens erzielt werden. In diesem Video zeigen wir Ihnen, wie die Bodentextur ganz einfach bestimmt werden kann.

 

Sie können die Feldkapazität auch mithilfe von METER Bodenfeuchtesensoren im Feld bestimmen. Die untenstehende Methodik ist eine grobe Anpassung der „Methoden der Bodenanalyse “, Vol. 4 Methodik (Dane und Topp, 2002).

Führen Sie diese Tests am besten vor der Vegetationszeit durch, da eine der Annahmen dieser Schätzung darin besteht, dass Wasser nur durch Drainage aufgrund der Schwerkraft aus dem Bodenprofil entfernt wird.

An einem repräsentativen Punkt des Feldes, wie beschrieben vor dem Beginn der Vegetationszeit, installieren Sie METER Bodenfeuchtesensoren – und zwar in all den Bodentiefen, in denen Sie das pflanzenverfügbares Wasser bestimmen möchten. Wir empfehlen mindestens drei Tiefen, die sowohl die frühe und mittlere Wurzelzone als auch eine Tiefe unter der Wurzelzone abdecken.

Überwachen Sie die Bodenfeuchte unmittelbar nach einem Bewässerungsereignis oder einem Regenereignis. Nach drei Tagen verändert sich der Wassergehalt in den meisten Böden nicht mehr signifikant. Ein Hinweis darauf, dass der verbleibende Wassergehalt (ohne Verdunstung oder Transpiration) als Feldkapazität betrachtet werden kann. In etwas feineren Böden dauert es 4-10 Tage, bis sich der Wassergehalt nicht mehr signifikant verändert.

Bodenfeuchte-Daten vereinfachen den Prozess

Beispiel 1

In Abbildung 1 sind Bodenfeuchtesensoren im Schlicklehm eines Weinbergs bei 0,5 m und 1 m installiert. Am 13. und 17. November erhöhten zwei signifikante Niederschlagsereignisse den Wassergehalt in beiden Tiefen. Nach dem zweiten Ereignis am 17.11. kann man beobachten, wie das Bodenwasser abnimmt und schließlich abflacht. Ungefähr am 25.11. hört der Wassergehalt auf, sich schnell zu ändern, was darauf hindeutet, dass das Wasser aus dem Bodenprofil aufgrund der Schwerkraft noch sehr langsam entfernt wird. Wir können zudem davon ausgehen, dass die Evapotranspiration minimal ist, da an diesem Standort Winterzeit ist.

 

 

 

Abbildung 1:  : Bodenwassergehalt des Weinbergs in 0,5 m (dunkle blau) und 1 m (hell blau) vor und nach zwei Regenfällen.

Wir schließen daraus, dass die Feldkapazität bei 0,5 m 0,25 m3/m3 und die Feldkapazität bei 1 m 0,20 m3/m3 ist.

Beispiel 2

In Abbildung 2 sind Bodenfeuchtigkeitssensoren im Sand eines Obstgartens in 15 cm, 30 cm, 45 cm und 90 cm Tiefe installiert. Zwei große Niederschlagsereignisse erhöhten am 28. Juli den Wassergehalt im gesamten Bodenprofil. Wir werden uns auf den 45 cm tiefen Sensor konzentrieren. Es dauerte fast einen ganzen Tag, bis das Wasser vom Regenschauer den Sensor in 45 cm Tiefe erreichte. Unser Peak ist also am 29. Juli statt am 28. Juli. In der Grafik sehen sie, wie das Bodenwasser schnell absinkt und schließlich zwischen dem 30.07. und dem 31.07. (also zwei bis drei Tagen nach dem großen Niederschlagsereignis) abflacht. Dies deutet darauf hin, dass der Wasserabfluss aus dem Bodenprofil aufgrund der Schwerkraft verlangsamt wurde. Der Juli ist nicht die beste Zeit, um die Feldkapazität zu bestimmen. Wir können also nicht annehmen, dass die Evapotranspiration minimal ist. Da man aber oftmals vergisst, diese Tests im Frühling durchzuführen, haben wir das realistischere Juli-Beispiel gewählt.

Abbildung 2. Bodenwassergehalt in vier Tiefen (15, 30, 45 und 90 cm) in einem Orangenhain mit lehmigem Sandboden. Bewässerungs- oder Regenereignisse werden mit grau bangezeigt. Wir schließen, dass die Feldkapazität bei 45 cm 10% VWC ist.

Wir schließen, dass die Feldkapazität bei 45 cm 10% VWC ist.

Das WP4C Potentiameter ermittelt den permanenten Welkepunkt

Während die Feldkapazität anhand der obigen Arbeiten leicht geschätzt werden kann, ist die Schätzung des permanenten Welkepunktes etwas schwieriger. Spezielle Instrumente wie das WP4C Potentiameter werden für genaue Messungen benötigt. Für die meisten Studien empfehlen wir, entweder den permanenten Welkepunkt aus der Bodentextur zu bestimmen oder einen WP4C zur Bestimmung dieses Messwertes zu verwenden. Wenn Sie kein WP4C haben, können die Bodenfeuchtigkeitskurven der METER Group Ihnen helfen, die Feldkapazität und den permanenten Welkepunkt Ihres Bodens zu bestimmen.

Referenz

Dane J, Topp C. 2002. Methoden der Bodenanalyse Vol. 4. Madison (WI): Bodenkunde-Gesellschaft von Amerika, Inc.

Doppelmessungen von Wasserpotential und Wassergehalt.

Erfahren Sie mehr über die Doppelmessung von Wasserpotential und gehen Sie allen Wassergeheimnissen auf den Grund.

In den Boden und fertig.

Sie wollen zugleich die volumetrischen Wassergehalt, die elektrische Leitfähigkeit und die Temperatur eines Bodens bestimmen? Dann entscheiden Sie sich statt für drei einzelne Sensoren für einen einzigen: die …

Ein Messgerät, viele Möglichkeiten.

Das Wasserpotential ist die wichtigste Kenngröße eines Bodens. Mit dem WP4C können Sie Proben aus porösen Böden, aus der Saatzone, der Wurzelzone, aus Kompost, Mulch und viel mehr messen.