Bewässerungssteuerung

Effizient mit Sensoren Insbesondere in Ländern mit langjähriger Bewässerungstradition wie z.B. Israel oder Kalifornien ist man sich darüber einig, dass fehlende Bewässerungssteuerung oft zu Verschwendung und monetären Einbußen führt. Nur in seltenen Fällen wird ein mögliches Optimum getroffen, viel häufiger wird zu viel und/oder Wasser zum falschen Zeitpunkt gegeben. Einer fachgerechten Steuerung der Wassergaben kommt also zum Erreichen einer optimalen Produktion besondere Bedeutung zu, nicht zuletzt, da immer häufiger Fertigation (Bewässerungsdüngung) durchgeführt wird. Und gerade für derartige sehr intensive Systeme sind Sensoren so gut wie unverzichtbar, da nicht nur der optimale Bewässerungszeitpunkt, sondern auch die optimale Gabenhöhe exakt gemessen werden kann. Bei Fertigation kommt diesem Punkt aus Gründen des Schutzes des Grundwassers besondere Bedeutung zu. Nicht nach Schema „F“ Eine Steuerung nach „Schema F“ wie z.B. an jedem zweiten Tag für zwei Stunden bewässern führt mit Sicherheit nicht zum Ziel. In diesem Zusammenhang muss man sich vor Augen halten, dass der Wasserverbrauch z.B. eines Erdbeerbestandes je nach Witterung, Sorte und Entwicklungsstadium zwischen ca. 0,5 und 6 mm schwanken kann. Und es muss betont werden, dass diese Schwankungen von einem Tag zum nächsten auftreten. Erschwerend kommt hinzu, dass Fehler bei der Bewässerung nur in wirklich extremen Fällen am Bestand sichtbar werden (einsetzende Welke bei großer Trockenheit oder das Gelbwerden bei dauerhafter Überflutung). Doch schon weit früher, bevor erste Anzeichen sichtbar sind, geht dem Betrieb bei falscher Steuerung Ertrag verloren. Grundsätzlich sind zwei Vorgehensweisen möglich: Die Steuerung mit Sensoren, oder die Steuerung über Rechenmodelle wie die klimatische Wasserbilanz, auch Geisenheimer Steuerung genannt. Beide Herangehensweisen haben Vor- und Nachteile, dieser Beitrag beschäftigt sich jedoch mit der Steuerung über Sensoren. Komplexes System mit vielen Komponenten Ein Bewässerungs- und Fertigationssystem, wie es mittlerweile fast schon Standard in der Produktion von vielen Sonderkulturen ist, besteht aus einer Vielzahl einzelner Komponenten, die voneinander abhängen. Folglich kann die Verringerung des Aufwands für eine bestimmte Komponente die Wirksamkeit des gesamten Systems einschränken oder einen höheren Aufwand andernorts verursachen. Es entstehen also Wechselwirkungen, die nicht zuletzt auch ökonomische Auswirkungen haben. Welches Messsystem nun das richtige für den einzelnen Betrieb ist, hängt wiederum von zahlreichen Faktoren ab: · Welche Kultur wird bewässert? · Welches Bewässerungssystem findet Verwendung (Tropf, Regner, Beregnungsmaschine…)? · Wie viele Schläge sind zu überwachen und zu steuern? · Wird im gewachsenen Boden oder auf Substrat kultiviert? · Welche Bodenart ist vorherrschend? · Wie hoch ist der Wert der Produktion? · Ist Druckwasser am Standort vorhanden? · Ist elektrischer Strom am Standort vorhanden? · Wie viel Zeit steht für das Management der Wassergaben zur Verfügung? · Wie ist der Kenntnis- oder Ausbildungsstand der Mitarbeiter, die die Steuerung durchführen? Betriebsabhängige Faktoren Einige der oben genannten Fragen können relativ einfach beantwortet werden: Klar sollte zum Beispiel sein, dass Kulturen mit hohem Wert höhere Investitionen in eine professionelle Steuerung rechtfertigen, als solche mit relativ geringem Wert. Auch ist offensichtlich, dass für Betriebe, die viele kleine Schläge bewirtschaften, oder eine sehr breite Palette Kulturen anbauen, mobile Messgeräte viele Vorteile bieten. Die Fragen ob Druckwasser und Strom am Standort vorhanden sind, sind wiederum wichtig um die Möglichkeiten einer sensorbasierten, automatisierten Bewässerung auszuloten. Das eingesetzte Bewässerungssystem wiederum kann wertvolle Hinweise zu dem am Besten zu diesem System passenden Sensortyp geben. Die Fragen nach verfügbarer Zeit für das Management der Bewässerung und nach dem Ausbildungs- oder Kenntnisstand der damit befassten Mitarbeiter ist wiederum wichtig für die Wahl des besten Messprinzips, Messung der Saugspannung (gemessen mit Tensiometer oder Watermark o.ä.) oder Messung des Bodenwassergehalts (gemessen mit FDR oder TDR Sensoren) und für die Wahl des geeigneten Sensormodells. In jedem Fall gilt es, die Bodenfeuchte bzw. die Wasserverfügbarkeit für die Pflanzen objektiv zu erfassen. Doch der Teufel steckt, wie so oft, im Detail: Als erstes muss man sich klar machen, dass die Messung der Bodenfeuchte viele Analogien zur Bodenprobenahme für die Nährstoffanalyse hat. Kein ernsthafter Anbauer würde seinen Schlag nur basierend auf dem Analyseergebnis von einem einzigen Einstich düngen. Ähnliches gilt für die Messung der Bodenfeuchte, da Wasser nicht uniform im Boden versickert. Also muss die Messung an mehreren Stellen erfolgen, man braucht einige Wiederholungen. Wie viele Sensoren oder Messstellen braucht man also? Grundsätzlich gilt, dass mit steigender Anzahl an Messstellen und Messtiefen, die Bewässerungsentscheidung auf eine zunehmend solidere Grundlage gestellt wird. Andererseits muss natürlich auch Aufwand für die Messungen und die daraus resultierenden Kosten in einem vernünftigen Rahmen bleiben. Als tragfähiger Kompromiss hat sich hier der Einsatz von drei Messstellen mit jeweils zwei Sensoren erwiesen. An jeder der drei Messstellen sollte ein Sensor im Hauptwurzelraum und ein Sensor unter dem Hauptwurzelraum eingebaut werden. Bei Erdbeeren sind das zum Beispiel 20 und 50 cm unter Boden. Bei drei Messstellen sind insgesamt also sechs Bodenfeuchtesensoren zur Steuerung einer Bewässerungseinheit notwendig. Die Messwerte der Sensoren in einer Bodenschicht werden zur Steuerung gemittelt, aufgrund des Mittelwertes wird dann die Bewässerungsentscheidung getroffen. Offensichtliche Ausreißer werden ausgeschlossen. Zeigt einer der drei Sensoren dauerhaft stark abweichende Werte, sollte die Messstelle verlegt werden. Größere Bewässerungsflächen sind häufig in mehrere Blöcke unterteilt, die nacheinander bewässert werden. Vorausgesetzt, dass die Bodenverhältnisse einer solchen Fläche einigermaßen einheitlich sind, und die darauf stehenden Pflanzen ein einheitliches Alter aufweisen, und von der gleichen Sorte sind, wählt man in diesem Fall einen der Bewässerungsblöcke als Steuerblock aus, auf dem gemessen wird. Das Ergebnis kann dann auf die restlichen Bewässerungsblöcke übertragen werden. Fachgerechte Wahl der Messstellen wichtig Die Messstellen sollen für die Bodenfeuchteverhältnisse der gesamten Fläche repräsentativ sein, also scheiden die Randbereiche aus. Der Boden an den Messstellen sollte den auf der Fläche vorherrschenden Bodenverhältnissen entsprechen. Ferner sollten die Pflanzen in unmittelbarer Nachbarschaft der Messstelle einer "durchschnittlichen" Pflanze entsprechen, also weder zu schwach noch zu stark sein. Die drei Messstellen sollten über die Fläche verteilt sein, unterschiedliche Reihen erfassen, und in wechselnder Entfernung von der Wasserzufuhr angelegt werden. Weiterhin ist es bei Tropfbewässerung wichtig, die Messstellen jeweils in der Feuchtezwiebel (ca. 5 bis 10 cm neben einem Tropfer) anzulegen, da so sichergestellt ist, dass der Boden an dieser Stelle gut durchwurzelt, und die Bodenfeuchte recht einheitlich ist. Fachgerechte Interpretation der Sensorwerte Der Sensor im Hauptwurzelraum (= Mittelwert der Sensoren im Hauptwurzelraum) liefert die Information, wann die Bewässerung eingeschaltet werden muss. Dieser Sensor sollte im kultur- und entwicklungsspezifischen optimalen Bereich der Bodenfeuchtigkeit schwanken. Der optimale Bereich ist entweder durch obere und untere Saugspannungswerte, z.B. 80-300 hPa oder durch Prozent Wassergehalt z.B. 21-26 % bestimmt. Wenn bei Sensoren für Saugspannung die Messwerte an dieser Stelle nach einer Wassergabe kurzfristig auf Werte unter 80 hPa Saugspannung absinken, ist das normal, soweit gleichzeitig der untere Sensor keine Reaktion auf die Wassergabe erkennen lässt. Der Sensor unter dem Hauptwurzelraum (= Mittelwert der Sensoren unter dem Hauptwurzelraum) liefert die Information, wie lange die Bewässerung laufen gelassen, oder wie viel Wasser pro Einzelgabe gegeben werden soll. Wird die Bewässerung gut gesteuert, sollte der Messwert dieses Sensors nicht auf einzelne Wassergaben reagieren. Im Normalfall stellt sich nach den Winterniederschlägen ein Wert nahe der Feldkapazität ein und ändert sich während der Saison nicht nennenswert. Ist nach einer Wassergabe an diesem Sensor eine deutliche Änderung (Abnahme der Saugspannung oder Zunahme des volumetrischen Wassergehaltes) festzustellen, ist die Höhe der einzelnen Wassergabe zu hoch, und der Boden wird bis unter den Hauptwurzelraum befeuchtet. In diesem Fall werden auch Nährstoffe - insbesondere Nitrat - nach unten verlagert und landen letztendlich im Grundwasser. Steigt hingegen die Saugspannung im Verlauf der Vegetationsperiode beim unteren Sensor kontinuierlich an (bei volumetrischen Sensoren kontinuierliche Abnahme des Wassergehaltes), ist die Höhe der einzelnen Wassergabe etwas zu gering. In jedem Fall sollte der Boden an allen Messtiefen durch die Wassergaben nicht dauerhaft auf über 100 % Feldkapazität (entspricht Saugspannungswerten unter ca. 80 hPa) befeuchtet werden, da sonst mit Nährstoffauswaschungen und Luftmangel durch Vernässung zu rechnen ist. Wann soll gemessen werden? Manuell abzulesende Feuchtesensoren sollten täglich etwa um dieselbe Uhrzeit kontrolliert werden. Nach einem Bewässerungsgang dauert es einige Zeit, bis sich das Wasser im Boden verteilt hat. Daher sollte bei Messsystemen ohne Datalogger die Bodenfeuchte auch einige Stunden nach einer Wassergabe überprüft werden, um festzustellen, wie tief die Gabe den Boden durchfeuchtet hat, oder anders ausgedrückt, ob die Gabenhöhe stimmt. Wie mit den so gewonnenen Daten umgehen? Selbstverständlich sollten die täglichen Messwerte der Bodenfeuchte und die Höhe der Wassergaben schriftlich festgehalten und elektronisch erfasste Daten dauerhaft archiviert werden. Durch den Vergleich mit zurückliegenden Monaten oder Jahren kann die Bewässerung immer feiner abgestimmt und zunehmend optimiert werden. Mit einer gut gesteuerten Bewässerung und Fertigation erhöht der einzelne Betrieb seine Ernteerträge, optimiert die Qualität des Erntegutes und spart unnötige Kosten bei der Produktion. Gleichzeitig werden die natürlichen Ressourcen geschützt und erhalten. Abschließend soll nicht unerwähnt bleiben, dass, falls die Entscheidung für den Einstieg in die Bewässerungssteuerung gefallen ist, diese Entscheidung auch konsequent umgesetzt werden sollte. Jeder weiß, dass Vorhaben, die nicht konsequent durchgeführt werden, häufig nicht zum gewünschten Ergebnis führen. Wenn also nach einer hohen Investition in eine Tropfbewässerungsanlage mit Fertigation kein Geld mehr für eine professionelle Steuerung übrig ist, wurde am falschen Ende gespart. Nicht zuletzt deswegen, ist gerade für Neueinsteiger eine fundierte Beratung durch den ausgewiesenen Fachmann von besonderer Wichtigkeit, um sicher zum Erfolg zu kommen. Dr. Tino Mosler

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