BO-I-1: Bodenwasservorrat in landwirtschaftlich genutzen Böden

Ausgetrockneter Boden mit Trockenrissen, spärlich mit Gräsern und Getreide bewachsen.zum Vergrößern anklicken
Trockene Böden beeinträchtigen das Wachstum von Kultur- und Wildpflanzen.
Quelle: Verena N. / pixelio.de

Monitoringbericht 2019 zur Deutschen Anpassungsstrategie an den Klimawandel

Inhaltsverzeichnis

 

BO-I-1: Bodenwasservorrat in landwirtschaftlich genutzen Böden

Ein ausreichender Bodenwasservorrat ist eine entscheidende Einflussgröße für die Pflanzenentwicklung. Bei landwirtschaftlichen Kulturen können sowohl Unter- als auch Übersättigung in kritischen Entwicklungsphasen die Erträge negativ beeinflussen. Sowohl auf leichten als auch auf schweren Böden haben in den letzten knapp 50 Jahren die Bodenwasservorräte während der Vegetationsperiode mit signifikantem Trend abgenommen.

Die Linien-Grafik zeigt ab 1970 die Entwicklung des Bodenwasservorrat in landwirtschaftlich genutzten Böden in Prozent der nutzbaren Feldkapazität. Dargestellt sind die Entwicklungen des Bodenwasservorrats in leichten Böden unter Wintergetreide im Mai und im Juli sowie in schweren Böden unter Zuckerrüben im Juli und September. Mit Ausnahme der Zeitreihe zum Wintergetreide im Juli, die einen quadratisch steigenden Trend zeigt, sind die Trends der Zeitreihen signifikant steigend.
BO-I-1: Bodenwasservorrat in landwirtschaftlich genutzen Böden

Die Linien-Grafik zeigt ab 1970 die Entwicklung des Bodenwasservorrat in landwirtschaftlich genutzten Böden in Prozent der nutzbaren Feldkapazität. Dargestellt sind die Entwicklungen des Bodenwasservorrats in leichten Böden unter Wintergetreide im Mai und im Juli sowie in schweren Böden unter Zuckerrüben im Juli und September. Mit Ausnahme der Zeitreihe zum Wintergetreide im Juli, die einen quadratisch steigenden Trend zeigt, sind die Trends der Zeitreihen signifikant steigend.

Quelle: DWD (Deutscher Klimaatlas - Landwirtschaft)
 

Bodenwasserversorgung – es kann zu Engpässen kommen

Niederschlag und Temperatur sind bedeutende Einflussfaktoren der Bodenbildung und beeinflussen unmittelbar den Wasser- und Stoffhaushalt des Bodens. Verändern sich mit dem Klimawandel die Niederschlags- und Temperaturverhältnisse, so wird dies Folgen für die Böden haben, und zwar unabhängig davon, ob es sich um land- oder forstwirtschaftlich genutzte Böden, um Böden in Städten oder um solche mit naturnaher Vegetation handelt. Eine Zunahme der Bodentemperatur hat Folgen für den Pflanzenbau (Keimung und Wachstum der Pflanzen), das Leben im Boden (Aktivität der unzähligen Bodenorganismen) und die Bodenstruktur. Bodenentwicklungsprozesse wie Verwitterung, Zersetzung und Humifizierung werden beschleunigt. Ein Anstieg der Bodenatmung kann zu einer zusätzlichen CO2-Freisetzung aus den Böden und damit zu einer positiven Rückkopplung bei der Erderwärmung führen.

In Abhängigkeit von den Bodeneigenschaften wird erwartet, dass Sickerwassermengen im Sommer durch höhere Verdunstung ab- und im Winter durch mehr Niederschlag zunehmen werden. Dies hat einerseits Folgen für die Grundwasserneubildung. Zum anderen entscheidet die Höhe der Sickerwassermenge über die Verlagerung von Stoffen wie beispielsweise Nitrat im Boden. Hohe Niederschläge im Winter, die vor allem bei landwirtschaftlicher Nutzung auf nur gering mit Vegetation bedeckte Böden treffen, können zu vermehrten Stoffausträgen führen. Trocknen vor allem tonhaltige Böden in den Sommermonaten stärker aus, verhärtet sich die Bodenoberfläche, und Niederschlagswasser kann nur noch schwer einsickern. Vermehrter Oberflächenabfluss erhöht dann das Erosionsrisiko.

Für das Pflanzenwachstum ist die Wasserverfügbarkeit im Boden eine hoch relevante Einflussgröße. Wenn in den Frühjahrs- und Sommermonaten Perioden mit hohen Temperaturen und geringen Niederschlägen mit einem erhöhten Wasserbedarf der Vegetation zusammenfallen, kann das pflanzenverfügbare Bodenwasser rasch ausgeschöpft sein, und es kann zu Trockenstress kommen. Für einjährige Pflanzen, die wie viele landwirtschaftliche Kulturpflanzen (vor allem Getreidearten) überwiegend in den Monaten April bis Juni ihre Blüten anlegen und dann besonders starkes Wachstum zeigen, sind Einschränkungen der Wasserversorgung in dieser Phase besonders kritisch. Aber auch die natürliche Vegetation z. B. in Feuchtgebieten kann durch unzureichende Bodenwasserverfügbarkeit geschädigt werden. Besonders gefährdet sind sandige Böden, die nur in begrenztem Umfang Wasser aus den Winter- und Frühjahrsniederschlägen speichern können. Später in der Vegetationsperiode erschöpfen sich dann oftmals die Wasservorräte. Trockene Böden sind auch im städtischen Bereich in ihren Funktionen eingeschränkt. Der sommerliche Wärmeinseleffekt in Städten kann verstärkt werden, wenn ausgetrocknete Böden keine kühlende Wirkung mehr entfalten können.

Der DWD modelliert die Bodenwassergehalte. Ausgehend von den meteorologischen Verhältnissen (Daten des bundesweiten Stationsmessnetzes) und des Entwicklungszustands der Pflanzen wird die aktuelle Verdunstung ausgewählter landwirtschaftlicher Kulturen berechnet und diese Wassermenge dem Boden rechnerisch entzogen.

Die Bodenfeuchte wird als Prozentanteil der nutzbaren Feldkapazität (nFK) angegeben und kennzeichnet so den Wasservorrat eines Bodens, der von den Pflanzen genutzt werden kann. In Abhängigkeit von den Bodeneigenschaften ist die nutzbare Feldkapazität unterschiedlich hoch. Durch Angabe der Bodenfeuchte in % nFK können verschiedene Böden miteinander verglichen werden. Sinkt die Wassersättigung aufgrund geringer Niederschläge unter einen Wert von 50 % nFK, muss bei vielen Pflanzenarten bereits mit Wasserstress gerechnet werden. Werte über 100 % nFK bedeuten, dass die Böden mit Wasser gesättigt sind und Versickerung in tiefere Schichten erfolgt.

Bundesweite Mittelwertbetrachtungen sind zwar mit Vorsicht zu interpretieren, denn Bodeneigenschaften und Niederschlagsverhältnisse sind regional und lokal sehr unterschiedlich. Dennoch erlauben sie Rückschlüsse auf längerfristige Entwicklungstrends. Betrachtet man beispielsweise für leichte Böden mit hohen Sandanteilen, die mit Wintergetreide kultviert werden, den Bodenwasservorrat in den Monaten Mai und Juli, so wird deutlich, dass es während der letzten rund 40 Jahre im bundesdeutschen Mittel einen rückläufigen Trend gab. Für das Wintergetreide liegt der Mai mitten in der Aufwuchsphase, in der der Wasserbedarf besonders hoch und damit eine ausreichende Wasserversorgung für die Pflanzenentwicklung entscheidend ist. Im Juli dagegen ist eine schlechtere Wasserversorgung weniger gravierend, denn dann vollzieht sich der Abreifungsprozess des Getreides. Zu hohe Wassergehalte können in dieser Phase die Erträge sogar nachteilig beeinflussen, z. B. weil die Befahrbarkeit bei der Ernte durch zu hohe Wassergehalte eingeschränkt sein kann.

Trends zu niedrigeren Bodenwasservorräten zeigen teilweise auch die Beobachtungen auf den schweren, d. h. ton- und lehmhaltigen Böden. Analysiert man für diese Böden beispielhaft die Bedingungen für die Zuckerrübe (stellvertretend für die Hackfrüchte), so ergeben sich auch hier für den Juli, als mittleren Zeitpunkt der ertragsbestimmenden Aufwuchsphase, rückläufige Werte. Auch für den September zeigt sich ein Trend zu niedrigeren Werten. Dies kann sich nachteilig auswirken, weil die Zuckerrübe auf ausreichende Wasserversorgung angewiesen ist, um auch noch kurz vor der Ernte Biomasse zuzulegen.

Auch wenn die Bodenwasserversorgung primär durch die Niederschlagsverhältnisse bestimmt ist, haben Landwirtinnen und Landwirte grundsätzlich die Möglichkeit, auf niedrigere Wassergehalte der Böden während kritischer Phasen der Pflanzenentwicklung zu reagieren. Hierzu gehören der Anbau weniger wasserbedürftiger Kulturen und Sorten, eine angepasste Bodenbearbeitung wie beispielsweise die pfluglose Bewirtschaftung oder die Bewässerung.

 

Schnittstellen

BO-I-2: Regenerosivität

LW-I-2: Ertragsschwankungen

LW-I-1: Verschiebung agrarphänologischer Phasen

LW-R-6: Landwirtschaftliche Beregnung

 

 

Ziele

Schutz der Bodenfunktionen (DAS, Kap. 3.2.4)