Größen des Wasserhaushaltes verschiedener Böden unter landwirtschaftlicher Nutzung im klimatischen Grenzraum des Mitteldeutschen Trockengebietes

Abstract

Die Wirkung bodenphysikalischer und -morphologischer Eigenschaften natürlicher landwirtschaftlich genutzter Böden auf den Wasserhaushalt wird durch die Witterung, das Wurzelwachstum, die Wasseraufnahme der Pflanzen und Bearbeitungsmaßnahmen beeinflusst. Um den Einfluss dieser Faktoren auf die Höhe der Verdunstung, die Bodenwasserentnahme durch die Pflanzen, die Erträge, die Sickerwasserbildung und den Stickstoffaustrag analysieren zu können, wurden acht typische Böden Mitteldeutschlands (mit jeweils drei Wiederholungen) unter gleichen Witterungsbedingungen und gleicher Bewirtschaftung hinsichtlich Fruchtart, Düngung, Bodenbearbeitung und Pflege mittels 24 wägbarer, 3 m tiefer Lysimeter untersucht. Die Auswahl der Böden beinhaltet sowohl Standorte mit Sandlöß über Schmelzwassersanden, Sandlöß über Geschiebelehm als auch Standorte mit Geschiebemergel und tiefgründigem Löß. Auf Grundlage der im Verlauf von 17 Beobachtungsjahren am Untersuchungsstandort Brandis unter den klimatischen Bedingungen am Rande des Mitteldeutschen Trockengebietes (hohe Variabilität von Wasser- und Energieangebot, hohes klimatologisches Wasserdefizit in den Sommermonaten, geringe Winterniederschläge) ermittelten Datenbasis, konnten sowohl Aussagen zum Schwankungsverhalten der untersuchten Größen infolge Witterung und Bewirtschaftung (angebaute Fruchtart) getroffen werden, als auch die Wirkung der verschiedenen Böden im Verlauf der einzelnen Anbaujahre auf die Wasserhaushaltsgrößen ermittelt werden. Einfluss auf die Sickerwassermenge haben die Höhe der sommerlichen Bodenwasserausschöpfung und die Höhe der Niederschläge in den darauffolgenden Herbst- und Wintermonaten. Daraus resultiert, in Abhängigkeit von der Kapazität der Bodenwasserspeicher: eine hohe Variabilität der vergleichsweise geringen Sickerwassermengen (im Mittel der Jahre 175 mm bei Böden mit geringem nutzbaren Wasservorrat und 50 mm bei Lößböden), ein geringer Zusammenhang zwischen Wasserverbrauch der Pflanzen und Sickerwassermenge sowie zwischen Jahresniederschlag und Sickerwassermenge. Die Böden mit geringer und mittlerer Wasserspeicherkapazität können trotz hoher jährlicher Inanspruchnahme der Vorräte den Wasserbedarf der Pflanzen in der überwiegenden Anzahl der Jahre nicht decken. Die limitierte Wasserversorgung führt zu geringeren Erträgen und einem unwirtschaftlichen Umgang der Pflanzen mit dem verfügbaren Bodenwasser. Nur auf den Lößböden mit einem nutzbaren Wasservorrat von mehr als 400 mm sind die Voraussetzungen für eine kulturartenspezifische maximale Verdunstung gegeben. Geringe Sickerwasserbildung in Trockenjahren führt zu einer Akkumulation von Stickstoffbilanzüberschüssen in den Böden, Feuchtjahre zu erhöhten Stickstoffausträgen mit dem Sickerwasser. Im Mittel einer Periode intensiver landwirtschaftlicher Bewirtschaftung zeigte sich bei den Böden mit geringer Wasserspeicherkapazität ein mittlerer Nitratgehalt von 100 mg/l im Sickerwasser. In den seltenen Perioden mit Sickerwasserbildung wird selbst bei den Lößböden mit 60 mg/l die lt. E.G.-Trinkwasserrichtlinie zulässige Höchstkonzentration überschritten. Am Beispiel dieser ausgewählten Ergebnisse wird deutlich - werden in der landwirtschaftlichen und ingenieurhydrologischen Praxis Mittelwerte verwendet - führt dies auf Grund der hohen witterungsbedingten Variabilität der Wasserhaushaltsgrößen, die sich auf allen Böden zeigte, zu erheblichen Fehleinschätzungen. In Abhängigkeit von der klimatologischen Repräsentanz des 17jährigen Untersuchungszeitraumes, beschreibt die Arbeit Zusammenhänge zwischen den Einflußfaktoren und den Wasserhaushaltsgrößen der verschiedenen Böden und liefert konkrete Angaben zu den möglichen Spannbreiten innerhalb derer sich die Wasserhaushaltsgrößen Verdunstung, Sickerwasserbildung und Bodenwasserausschöpfung im Untersuchungsgebiet bewegen. Weitere Untersuchungen führten zu der Erkenntnis, dass ähnliche Böden, trotz Abweichungen in der Horizontabfolge, in Bezug auf den Bodenwasserhaushalt keine Unterschiede aufweisen, die über die natürliche Variabilität der Standorte hinausgehen. Deshalb konnten die acht analysierten Böden zu vier Pedo-Hydrotopen zusammengefasst werden.