Feld-Versuche

PortalTransfer, Universität Potsdam

Landwirtschaft zwischen Busch und Baum: Wie Benedikt Bösel mit Agroforst das Klima schützt

Potsdam TransferBericht von Wiebke Heiss in PortalTransfer – Wissen und Innovationen aus der Universität Potsdam, Heft 2021/2022, Seite 64–65 (ISSN 1618-6907) – 13-Dez-2021 – Download (PDF)

Der Mule legt sich galant in die Kurve, hoppelt über ein paar Traktorfurchen und kommt flott übers Kopfsteinpflaster des „Gut & Bösel“. Hier in Ostbrandenburg werden 1100 Hektar Acker- und Grünland nach den Regeln der regenerativen Landwirtschaft bestellt. Benedikt Bösel ist Inhaber des Guts, sitzt lässig am Lenkrad und ruft gut gelaunt gegen den Wind an: „Wir nennen ihn Brummi!“ Der junge Landwirt ist auf dem Weg zu Flächen, auf denen er Feldversuche betreibt. Am praktischsten geht das mit seinem kompakten Transport-Fahrzeug.

Landwirt Benedikt Bösel, Gf. Gesellschafter des Schlossguts Alt Madlitz in Briesen (Mark), Brandenburg

Unter dem Motto Beyond Farming experimentiert Bösel auf ausgesuchten Flächen, wie es gelingen könnte, trotz steigender Temperaturen und Wassermangels ertragreich, ökologisch und umweltverträglich die Ernte einzufahren. „Bei unserem Ansatz ist der Boden der Dreh- und Angelpunkt“, erklärt der 36-Jährige und lässt eine Handvoll sandiger Erde, die man so gut aus Brandenburg kennt, durch seine Finger rieseln. „Schlussendlich wollen wir das Land, das wir bewirtschaften, nicht nur in einem guten Zustand halten, sondern durch unsere Nutzung noch verbessern.“

Zu diesem Zweck durchziehen im ersten Feldversuch mit Bäumen und Sträuchern bewachsene Streifen in regelmäßigen Abständen den weiten Acker – ein sogenannter Agroforst. Die Pflanzen sollen quasi mechanisch die Winderosion verringern, das Mikroklima zwischen den Reihen verbessern und dem Boden helfen, Wasser maximal zu speichern. Weitere Feldversuche dienen der Auswahl der besten Baumarten für diese Systeme, die direkt auch beerntet werden können: Obst- und Nussbäume oder Edelholz.

„Je nach Breite der Baumstreifen auf dem Feld sind zwar zwischen fünf und zehn Prozent der landwirtschaftlichen Fläche bepflanzt“, erklärt der Zweimetermann. Die Vorteile der Schneisen machten den dadurch verlorenen Ertrag aber wieder wett, wenn dieser nicht sogar übertroffen werde – zum Beispiel indem wertvoller Humus aufgebaut werde und die Böden zusätzlich Kohlenstoff speicherten und somit der Atmosphäre entzögen. Soweit die Theorie. Ob das wirklich funktioniert? Dafür braucht es nun die Wissenschaft und gemessene Daten. Aus diesem Grund arbeiten der Landwirt und sein Team mit Forschern zusammen, die sich auf der Rückbank von Brummi mit durchschütteln lassen.

Professor Hubert Wiggering und Tarek Kemper, Begleitforschung KlimAgrar an der Universität Potsdam

„Nach dem Übereinkommen in Paris 2015 war die Euphorie groß“, ruft Professor Hubert Wiggering von hinten. Dass die Agrarindustrie besonders von den Beschlüssen betroffen sein würde, war allen klar – der Bereich gehört mit zu den Verursachern von Treibhausgasemissionen. Aber wie neue Maßnahmen auf den Feldern und in den Ställen effektiv umgesetzt werden, um klimaschützend zu wirtschaften – dazu sei in der Politik erst einmal Ernüchterung eingetreten. An der Lösung dieses Problems arbeitet der Landwissenschaftler von der Universität Potsdam nun mit einem Team auf unkonventionelle Weise: „Wir müssen raus aus dem üblichen Klein-Klein in der Agrarforschung und rein in einen orchestrierten Ansatz. Das haben wir der Politik gegenüber stets wiederholt“, erinnert sich Wiggering an die Vision, die inzwischen in das vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft geförderte Vernetzungs- und Transfervorhaben KlimAgrar einfließt. Zwei Aufgaben muss dieses Unterfangen nun so schnell wie möglich erfüllen. Zum einen soll Forschung quasi gecoacht werden: „Unterschiedlichste wissenschaftliche Projekte aus der Landwirtschaft werden von uns zielführend miteinander vernetzt“, erklärt Doktorand Tarek Kemper, der mit zum Team gehört. Auf diese Weise würde nicht mehr jeder vor sich hin forschen, sondern die Kräfte in der Agrarforschung würden gebündelt. Zum anderen sollen die Ergebnisse dieser Förderprojekte ausgewertet und die Erkenntnisse als Handlungsempfehlungen in Wissenschaft, Politik und Praxis einfließen.

„Dieser Prozess kann aber nicht nur in den Köpfen der Forschenden stattfinden. Er muss gleichzeitig auch bei den Anwendern auf den Höfen ablaufen“, meint Kemper. Es bringe nichts, den Landwirten theoretische Empfehlungen vorzusetzen, die diese nicht praktikabel umsetzen können. Und hier schließt sich der Kreis zwischen KlimAgrar und Benedikt Bösel. Wiggering beobachtet schon seit vielen Jahren, dass einige Bauern alternative Ansätze ausprobieren und damit auch „weit schneller sind als wir an den Unis“. Die Agrarbranche ist letztendlich nicht nur Mitverursacher des Klimawandels, sondern auch von den Auswirkungen direkt betroffen und daher gezwungen, sich anzupassen.

„Also ziehen wir los, gucken uns die Szene an und finden raus, wer wie unterwegs ist“, erzählt der Professor. Diese neuen Ansätze werden dann vor Ort forschend begleitet. „Die Erkenntnisse, die wir gemeinsam mit dem Bauer on farm gewinnen – daraus sollen zukunftsorientierte Vorgehensweisen abgeleitet werden.“ Das könnte zum Beispiel so aussehen, dass KlimAgrar mit Hilfe von Bendikt Bösel einen Klimarechner für eine Kohlenstoffsenkenfunktion von Agroforstsystemen entwickelt. Diesen könnte das Gut in Ostbrandenburg nutzen, um eine anrechenbare Größe in Sachen Umweltschutz vorweisen zu können. Wenn ein Landwirt also in naher Zukunft beweisen könnte, klimaneutral zu wirtschaften, würden andere dem erfolgreichen Beispiel folgen. Von der Politik zielgerichtet und durch finanzielle Anreize unterstützt.

(Photos: © Wiebke Heiss)

„Wir werden in Mitteleuropa keine Wüsten bekommen“

Portal, Universität Potsdam

Der Hydrologe Axel Bronstert über extreme Wetterereignisse, deren Ursachen und warum Bäume gießen eine große Aufgabe ist

Bericht von Matthias Zimmermann in Portal – dem Potsdamer Universitätsmagazin, Heft 2/2021 („Familie und Beruf“), Seite 30–31 (ISSN 1618-6893) – 20-Okt-2021 – Download (PDF)

Heiße Sommer, milde Winter, kahle Bäume im Welterbepark und austrocknende Seen im Umland – der Klimawandel ist in Brandenburg längst keine Floskel mehr. Gleichzeitig treten auch Starkregen und Überflutungen häufiger auf. Matthias Zimmermann sprach mit dem Hydrologen Prof. Dr. Axel Bronstert über Extremwetterereignisse rund ums Wasser, ihre Ursachen und wie mit ihnen umzugehen ist.

Dieses Expertengespräch sollte mit der Frage beginnen: „Extreme Trockenheit: Wird das Wasser knapp?“ Stattdessen gibt es Starkregen und Hochwasser. Anderes Problem oder zwei Seiten einer Medaille?

Beides sind hydrologische Extreme, sogenannte Abweichungen vom Mittelwert im Wasserhaushalt. Klar ist: Diese Extreme gehören zum Wasserkreislauf – und zwar grundsätzlich. Auch Hochwasser wie das im Juli in Westdeutschland wurden in der Vergangenheit schon dokumentiert. Allerdings gibt es in aktuellen Daten ernstzunehmende Hinweise darauf, dass diese Abweichungen zunehmen in beide Richtungen. Das hängt zusammen und lässt sich physikalisch nachvollziehen: Durch die Erderwärmung wird mehr Wasser im Wasserkreislauf umgesetzt. Das funktioniert, global gesehen, wie ein Kochtopf: Es verdampft mehr und regnet mehr ab. Allerdings verteilt es sich nicht gleichmäßig, sondern als lokale Extreme.

Werden durch die extreme Trockenheit auch Starkregen & Co. wahrscheinlicher?

Berechnungen sagen: Steigt die Durchschnittstemperatur um drei Grad, gibt es zehn Prozent mehr Wasserumsatz im Wasserkreislauf. Das wären global etwa 100 Millimeter mehr Niederschlag, die sich aber, wie gesagt, regional sehr unterschiedlich verteilen. Beispielsweise werden Dürren und Wassermangel im Mittelmeerraum zunehmen. Einen Großteil der zusätzlichen Niederschläge gibt es dagegen über dem Meer. Aber auch Nordeuropa, wo es ohnehin schon feuchter ist, bekommt mehr Niederschläge. In Deutschland wird der Winter niederschlagsreicher, der Sommer trockener. Außerdem wird Süddeutschland tendenziell eher feuchter, Brandenburg, das zwar viele Gewässer, aber wenig Niederschläge hat, dürfte sich auf noch mehr Trockenheit einstellen müssen.

Was passiert, wenn Trockenheit und Extremniederschläge „aufeinander prallen“?

Grundsätzlich gilt, dass trockene Landschaften mehr Regenwasser aufnehmen können als feuchtere. Sehr feuchte, sprich: bis an die Geländeoberfläche gesättigte Landschaften, wie nasse Moore, nehmen praktisch nichts mehr auf und transferieren den Regen direkt in Abfluss – und sind damit hochwasserfördernd. Dass in ausgetrocknete Böden gar kein Wasser eindringen kann, ist ein Irrtum, der ärgerlicherweise immer wieder verbreitet wird.

Natürlich verringert sich die Infiltrationskapazität, wenn Böden verdichtet werden, bei städtischer Bebauung, aber auch durch Traktorspuren auf dem Feld oder Feldweg. Bei ganz starken Niederschlagsintensitäten, von etwa 100 Millimeter pro Stunde, ist es aber weniger wichtig, auf welche Untergründe sie fallen. Das kann kein Boden vollständig aufnehmen.

In Potsdam gab es in vier der vergangenen fünf Jahre weniger Niederschläge als im langzeitlichen Durchschnitt. Geht uns tatsächlich das Wasser aus?

Es wird bei uns nicht soweit kommen, dass aus dem Hahn kein Wasser mehr kommt. Aber es ist durchaus möglich, dass Wasser knapper wird. Wie gesagt nimmt die durchschnittliche Niederschlagsmenge in Norddeutschland ab, während es im Mittel heißer wird. Das bedeutet, es verdunstet mehr, als es regnet. Das Ergebnis ist ein Absinken des Grundwasserspiegels. Seit 2018 sind das in Brandenburg ein bis zwei Meter. Das bekommen auch die Seen zu spüren, die keinen oberirdischen Zufluss haben, wie viele Seen in Nordostdeutschland, etwa der südlich von Potsdam gelegene Seddiner See. Diese Entwicklung ist auf jeden Fall beängstigend, denn sie betrifft schon jetzt und bald noch stärker die Natur. Irgendwann erreichen die Bäume mit ihren Wurzeln das Grundwasser nicht mehr.

In Potsdam schlagen Stadt und die Stiftung Preußische Schlösser und Gärten (SPSG) Alarm: Ein Großteil des Baumbestands der historischen Parks ist bedroht. Die Stadt ruft ihre Bürger zum Baumgießen auf. Was kann getan werden?

Gießen? Das ist optimistisch. An einem schönen Sommertag braucht ein Baum fünf Liter pro Quadratmeter „Grundfläche“ der Krone. Bei zehn Metern Durchmesser sind das 75 Quadratmeter und 400 Liter. Eine ausgewachsene Eiche mit 20 Metern Durchmesser braucht dann 1000 Liter – pro Tag! Aber natürlich hilft es zumindest in der größten Not ein bisschen … In Sanssouci lässt die Parkverwaltung mit kleinen Trucks bewässern. Die schaffen sicher auch nicht mehr als den berühmten Tropfen auf den heißen Stein. Langfristig dürfte man, und das hört die SPSG sicher nicht gern, nicht umhinkommen, sich über den Baumbestand Gedanken zu machen: Es gibt Bäume, die brauchen weniger Wasser. Vielleicht muss in diese Richtung gedacht werden.

Wie kann die Wissenschaft – global, aber auch lokal – helfen?

Langfristig dürfte es helfen, die Prozesse und deren Verbindung zu erforschen. Vor allem die Wechselwirkungen zwischen Hydrosphäre und Biosphäre sind noch zu wenig verstanden. Auch wenn wir in Mitteleuropa keine Wüsten bekommen, so wissen wir doch noch nicht, wie sich unsere Landschaften entwickeln werden. Wir wollen die verschiedenen Sphären der Forschung verbinden. Kurzfristiger und angewandter ist unsere Forschung zum Risikomanagement von Extremereignissen. Eine Frage, die uns antreibt, ist: Wie reduzieren wir das Risiko für Bevölkerung und Natur, etwa bei Hochwasser und extremer Trockenheit? Da kann man vieles richtig und falsch machen…

Brandenburg dürfte sich auf noch mehr Trockenheit einstellen müssen.

Neutronensonden im Park Sanssouci

Portal, Universität Potsdam

Potsdamer Umweltwissenschaftler messen Bodenfeuchte im Weltkulturerbepark

Bericht von Matthias Zimmermann in Portal – dem Potsdamer Universitätsmagazin, Heft 2/2020 („Digitalisierung“), Seite 42–43 (ISSN 1618-6893) – 19-Okt-2020 – Download (PDF)

Sascha Oswald ist Umweltwissenschaftler. Zu seinen Spezialgebieten zählt die Messung und Analyse der Bodenfeuchte mit Hilfe von kosmischer Strahlung (siehe dazu unseren Beitrag „Neutronen zählen für die Umweltforschung🕸). So leitet er derzeit die deutschlandweite DFG-Forschungsgruppe „Cosmic Sense“, deren Ziel es ist, herauszufinden, wie und wo sich Böden nach einem Niederschlag auffeuchten und danach wieder austrocknen – und zwar auch auf größeren Flächen. Die Technologie, die sie dafür entwickelt haben, ist seit Kurzem auch im Park Sanssouci zu finden, nur wenige Hundert Meter von den Gebäuden der Universität entfernt. Hier misst eine der von Oswald und seinem Team konstruierten Sonden die Bodenfeuchte, also das im Boden momentan gespeicherte Wasser. Das Modellprojekt könnte der Stiftung Preußische Schlösser und Gärten (SPSG) dabei helfen, mit den Folgen der großen Trockenheit, unter der viele Pflanzen des Parks seit Jahren leiden, besser umzugehen. Matthias Zimmermann sprach mit Prof. Dr. Sascha Oswald über das Vorhaben.

Sascha Oswald: „Die Stiftung sucht nach Lösungen zum Erhalt der Parks und Gärten, die unter der sommerlichen Trockenheit leiden.“ (Photo: Sandra Scholz)

Sie kooperieren seit Kurzem mit der Stiftung Preußische Schlösser und Gärten. Worum geht es dabei?

Die Stiftung sucht nach Lösungen zum Erhalt der Parks und Gärten, die unter der sommerlichen Trockenheit leiden. Wir möchten zu solchen Lösungen beitragen und wissenschaftliche Messmethoden und Konzepte transferieren, die bisher in anderen Landschaftseinheiten eingesetzt wurden. Diese müssen allerdings noch spezifisch auf die Fragestellungen in Parks und Gärten zugeschnitten werden.

Was ist das Ziel der Zusammenarbeit?

Im Moment gibt es eine Zusammenarbeit, die auslotet, ob unsere spezielle Messmethode im Park Sanssouci einsetzbar ist, ob und wie wir zusätzliche Daten erheben können und auch, was die Parkleitung davon erwarten kann und was nicht. Das eigentliche Ziel ist aber ein Projekt, um das ganze Wassermanagement im Park neu aufzustellen. Ausgehend von einer kontinuierlichen und nichtinvasiven Kartierung der Bodenfeuchte im Park Sanssouci sollen Schäden durch Wassermangel und der Nutzen des Einsatzes von Wasser bewertet werden, um dann eine Reihe von möglichen Maßnahmen zu priorisieren und zielgerichtet einsetzen zu können. Dazu haben wir als ein Konsortium, unter Leitung meiner Kollegin Professor Annegret Thieken, einen Forschungsantrag zusammen mit der Stiftung gestellt.

Wie kam es zu der Kooperation?

Dadurch, dass der Direktor der Stiftung einen Vortrag von mir zum Thema Trockenheit und Wassermangel nicht besuchen konnte, obwohl er dies wollte. Wir haben uns dann einfach später zu zweit zusammengesetzt, um die Thematik zu diskutieren, und haben festgestellt, dass wir hier gemeinsam etwas für die historischen Parkanlagen und Gärten bewirken könnten.

Was messen Sie im Park Sanssouci derzeit ganz konkret?

Jede Sonde misst die Änderung der Wassermenge, die sich in ihrer weiteren Umgebung befindet. Dabei gibt es drei Besonderheiten, die diese Messung einzigartig machen: Erstens deckt die Sonde einen kreisförmigen Bereich von 300 bis 400 Metern Durchmesser ab und eine Messung erfolgt vielfach jeden Tag – über Wochen, Monate und Jahre. Zweitens: Obwohl die Sonde oberhalb des Bodens angebracht ist, können wir Wasser bis in eine Tiefe von fast einem halben Meter erfassen, zumindest bei großer Trockenheit. Drittens lässt sich mit solch einer Messung der mittlere Gehalt an Wasser im Boden quantitativ bestimmen – etwas, wofür man sonst eine Vielzahl von einzelnen Messungen vor Ort bräuchte. Auf der Ebene eines ganzen Parks können wir durch ein Cluster von solchen Sonden dann auch wieder ein räumliches Bild bekommen.

Sascha Oswald: „Im Grunde zählen wir lediglich, wie viele Neutronen jeweils fehlen, weil das Wasser im Boden sie daran gehindert hat, wieder zurück in die Atmosphäre zu kommen.“ (Photo: Sandra Scholz)

Wie funktioniert das?

Das ist fast ein bisschen Science Fiction: Hochenergetische Teilchen aus dem Weltall durchdringen laufend das Magnetfeld der Erde und erzeugen letztlich einen natürlichen Hintergrund an Neutronen an der Landoberfläche. Da diese ungeladen sind, durchdringen sie den Boden vergleichsweise problemlos. Doch Wasser hält sie sehr gut zurück. Im Grunde zählen wir lediglich, wie viele Neutronen jeweils fehlen, weil das Wasser im Boden sie daran gehindert hat, wieder zurück in die Atmosphäre zu kommen.

Wann rechnen Sie mit ersten Ergebnissen?

Das Projekt soll im Sommer 2021 starten. Mit ersten Ergebnissen ist dann im Sommer 2022 zu rechnen – sofern wir eine Förderungszusage durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) bekommen.

Wie lassen sich die Ergebnisse in der Wasserbewirtschaftung des Parks berücksichtigen?

Dies ist auf verschiedenen Wegen möglich, etwa über die Identifikation von Bereichen, die auch in der Tiefe bereits zu trocken sind und bewässert werden müssten. Oder über Kurzzeitvorhersagen der weiteren Austrocknung oder die Erkenntnisse, welche Bereiche aufgrund der Bodeneigenschaften und der Bepflanzung besonders schnell austrocknen und welche nicht. Oder auch über den Erfolg von Maßnahmen, die Verdunstungsverluste zu verringern versuchen. Das sind aber erst einmal nur Ansätze, die wir dann zusammen mit den Partnern im Konsortium ausarbeiten und in die praktische Umsetzung bringen müssen.


Tagesthemen (ARD) RBB Fernsehen

Die Tagesthemen des Ersten Deutschen Fernsehens haben am 16. August 2020 über die Probemessungen berichtet, und die Aktion ist Bestandteil der Dokumentation „Gartenparadiese in Gefahr“, die das RBB-Fernsehen am 25. August 2020 ausgestrahlt hat. Wir haben Ausschnitte aus beiden Sendungen für Sie hier:

Tagesthemen (ARD, 2020) – (MP4, Ausschnitt 02:59 min, HD720, 77 MB)

Gartenparadiese in Gefahr (RBB, 2020) – (MP4, Ausschnitt 08:23 min, HD720, 174 MB)

Bodenfeuchte aktuell

Grünland

Die tagesaktuellen Messungen zur Bodenfeuchte an den Messtationen des Deutschen Wetterdienstes (DWD)

KlimAgrar.de

Die Bodenfeuchte – ein zentraler Indikator zur Bewertung des aktuellen Zustands landwirtschaftlich genutzter Böden

Wasserhaltevermögen und Feldkapazität sind wichtige Parameter in der hydrologischen Charakterisierung landwirtschaftlich genutzter Böden. Sie sind abhängig von der Bodenart, also davon, ob es sich etwa mehr um „sandigen Lehm“ (schweren Boden) oder mehr um „lehmigen Sand“ (leichten Boden) handelt – so die Terminologie des Deutschen Wetterdienstes (DWD). Sie bestimmen zum einen die ökologischen Eigenschaften des Bodens, zum anderen aber auch, wie gut sich ein Boden überhaupt ackerbaulich bewirtschaften und bearbeiten lässt.

Grundsätzlich weiß der Landwirt das alles, er kennt seinen Boden. Was er nicht von vornherein weiß, ist, ob sein Boden, der schon wieder staubtrocken aussieht, auch in diesem Jahr wieder auf eine Dürre zusteuert, die seine Ernte vernichten wird. Wenn er es mit einem sogenannten Minutenboden zu tun hat, könnte der auch so steinhart sein, dass er ihn gar nicht bearbeiten kann. Oder die Wasserlachen, die er in den Senken sieht, könnten ihm bedeuten, dass er mit seinem Trecker darin versinken wird, wenn er ihn zur Bearbeitung heute befahren will. Aber auch ohne solche Extreme wird der Bauer eine bis in die Tiefe reichende Bodenverdichtung durch eine Befahrung zum falschen Zeitpunkt vermeiden wollen.

Es wäre wünschenswert, um nicht zu sagen, äußerst nützlich für seine Arbeitsplanung, wenn der Bauer einen Indikator hätte, der ihm erlaubte, die Situation auf seinem Land und den Zustand seines Bodens aktuell einzuschätzen und im Tages- oder Wochentakt zu verfolgen.[1]


[1] Aus den Diskussionen zwischen Wissenschaftlern und Landwirten haben wir inzwischen gelernt, dass es dabei nicht um den Bodenzustand als solchen, sondern – etwa wie beim Bodenschutz – um den Erhalt der Bodenfunktionen geht.


Erst recht in Zeiten des Klimawandels, wo sich eine Verschiebung der Klimazonen oder Jahreszeiten immer deutlicher abzeichnet, gepaart mit immer stärkeren Extremwetterlagen wie anhaltenden Dürreperioden oder Extremwetterereignissen wie Starkregen und Gewitter, die an einem Tag – und das immer häufiger – den halben Acker fortspülen (Bodenerosion) oder das Erntegut verhageln (Ernteschäden), wird der Ruf nach hydrologischen Bodenparametern, die Indikatorcharakter haben, immer lauter.

Kurzum, der Bauer möchte wissen, wie es unter der Grasnarbe oder der Ackerkrume aussieht, wie hoch aktuell der Anteil der nutzbaren Feldkapazität seines Bodens ist, sprich der Vorrat an Bodenwasser, der dem Weidegras oder den Pflanzen, die er angebaut hat, in einer Tiefe von bis zu einem halben oder einem Meter, d. h. der Wurzeltiefe, zur Verfügung steht.

Die Bodenfeuchte ist ein Maß für das verfügbare Wasser (vW) im Boden und für die nutzbare Feldkapazität (nFK). Sie wird durch die Niederschlagsmenge (RR) und die reale Verdunstung (Verd) bestimmt und hat einen solchen Indikatorcharakter.

Die Schwierigkeit: Die Bodenfeuchte in der Tiefe ist klassisch nur durch Bodenproben oder Sonden messbar, die man vor Ort aus dem Bodenprofil zieht bzw. darin einbringt (invasive Messung). Und auch dann hat man nur eine Punktmessung. Großräumig, also per Fernerkundung zum Beispiel mit Hyperspektralsensoren und Satellitenbild, ist sie eine modellierte Größe und nur indirekt „messbar“, etwa durch Rückschluss aus der messbaren Bodentemperatur oder aus dem Wachstumsfortschritt der Pflanzen anhand des Vegetationsindexes. Ansonsten sieht man per Reflexion oder Rückstreuung nur das Wasser an der Oberfläche oder – etwa mit Radar – in nur wenigen Zentimetern Tiefe. Ein aktuelles Beispiel sind Satellitenbilder von den Sentinel-1-Satelliten mit C-Band-Synthese-Apertur-Radar-Sensoren bei 6 cm Wellenlänge (C-SAR) mit einer Eindringtiefe bis maximal 5 cm, welche selbst wieder mit dem Wassergehalt variiert.


Bodenfeuchte-Messungen des Deutschen Wetterdienstes (DWD)

Der Deutsche Wetterdienst (DWD) geht einen Mittelweg und versucht mit Hilfe seines landesweiten Netzes an Messtationen, die Lücke zwischen Punkt- und Flächenmessung zu schließen. Dazu verwendet er ein eigenes Wasserbilanzmodell für den Boden, das Niederschlag und reale Verdunstung verbindet, und berechnet auf zwei Standardbodenarten reduziert (die wir oben schon zitiert haben), unter Berücksichtigung des konkreten Pflanzenbewuchses sowie aller aktuellen Wetterdaten ein modellhaftes Bodenfeuchteprofil am Messort, das den verfügbaren Wassergehalt (vW) in Form der relativen nutzbaren Feldkapazität (% nFK) für eine Tiefe von 0–60 cm angibt. Die Profile für die beteiligten Messtationen werden tagesaktuell auf einer Webseite des DWD online gestellt. Sie sind jeweils als Zeitreihe über zehn Tage mit den dazugehörigen Daten in Form einer Graphik abrufbar. Darüber hinaus werden sie in Form zweier Landkarten interpoliert, die die aktuelle Bodenfeuchtesituation in Deutschland quasi flächendeckend wiedergeben:

www.dwd.de/DE/leistungen/bodenfeuchte/bodenfeuchte.html

Wir geben hier das aktuelle Beispiel für Potsdam wieder (© DWD):
Deutscher Wetterdienst (DWD)

aktuelle Bodenfeuchte Potsdam

Und dies ist die aktuelle Bodenfeuchtesituation in Deutschland (© DWD / Geobasisdaten: © BKG):

aktuelle Bodenfeuchtesituation in Deutschland (sL)aktuelle Bodenfeuchtesituation in Deutschland (lS)

Die aktuellen Daten zur Bodenfeuchte an den Messtationen des DWD

Um Ihnen einen Überblick zu ermöglichen, haben wir die in Sachen Bodenfeuchte aktiven Messtationen des DWD auf einer Übersichtskarte plaziert und dort für Sie erreichbar gemacht, und zwar zunächst für die Bundesländer Rheinland-Pfalz und Berlin/Brandenburg, weil wir dort im Rahmen von KlimAgrar in Zusammenarbeit mit Cosmic Sense🕸 auf Standorten der Projekte SoFI und BewAMo eigene Messungen vornehmen, um die bestehende Lücke zwischen Punkt- und Flächenmessungen auf einer weiteren Größenskala zu schließen.

© DSH, 2020
Klick auf ein Bundesland!
(zur Zeit Rheinland-Pfalz, Brandenburg
oder Schleswig-Holstein) und dann
auf eine DWD-Messtation (blau)!
Zurück von dort
mit „Browserfenster rückwärts“!

 Jahresverlauf der Bodenfeuchte in Deutschland

2019, 2020, 2021 – die letzten drei Jahre im Vergleich

Auflösung: 1 km2 · Stand: 31-Dez-2021 – © DSH, 2022 (MP4, 06:40 min, FullHD, 78 MB)

Verlauf der Bodenfeuchte im Kalenderjahr 2021

Inzwischen liegen die Daten für das gesamte Kalenderjahr 2021 vor. Mittelwert über die Fläche bei einer Auflösung von 1 km2 für ganz Deutschland (blaue Linie) mit Standardabweichung (Schraffur) und Minimum- und Maximumwerten pro Kalendertag. Die rote Punktlinie zeigt den geglätteten Verlauf durch das Jahr, die schwarze Punktlinie den über 31 Jahre gemittelten Jahresverlauf 1991–2021.

Danach lag die Bodenfeuchte in Deutschland bis Mitte Mai in diesem Jahr zumeist etwas unter dem langjährigen Mittel, den Sommer hindurch dafür dann beträchtlich darüber und ab dem Herbst wieder darunter. (Stand: 31-Dez-2021 – © DSH, 2022)

Zeitreihentrends für die Entwicklung der mittleren Bodenfeuchte in Deutschland von 1991 bis 2021

Deutschland gesamt (schwarz), Nordwestdeutschland (rot), Nordostdeutschland (gelb), Süddeutschland (blau)

Die Trends zeigen, dass die mittlere Bodenfeuchte in Deutschland in den letzten dreißig Jahren um 8,5 %-Punkte abgenommen hat. (Stand: 31-Dez-2021 – © DSH, 2022)

Wie sehen Satelliten unsere Böden?

Die Forschungsfrage in: Forschungsfelder – Magazin für Ernährung und Landwirtschaft, hrsg. v. BMEL, Heft 1/2020 (März), Seite 34 (PDF) – (Titel des Heftes: „Unter uns. Die komplizierte Beziehung zwischen Mensch und Boden“)

Das Gespräch führte Martin Sattler mit Matthias Trapp, dem Leiter des Konsortiums zum Forschungsvorhaben SoFI am Forschungsinstitut RLP AgroScience in Neustadt an der Weinstraße.

Matthias Trapp (SoFI). Ill.: Sarah Heiß

Das Forschungsvorhaben SoFI entwickelt in Rheinland-Pfalz sensorbasierte Kartendienste für die Landwirtschaft. Dafür setzt es auch auf Hilfe aus dem Weltall.

Herr Dr. Trapp, warum beobachten Sie den Boden so genau?

Gesunder Boden ist eines der wertvollsten Güter, das wir haben. Mit dem Projekt SoFI – Smart Soil Information for Farmers – wollen wir helfen, ihn zu schützen. Wir entwickeln einen sensorbasierten Kartendienst. Dieser liefert Daten, mit deren Hilfe Landwirtinnen und Landwirte ihre Flächen möglichst schonend und effizient bewirtschaften können. Dabei geht es vor allem darum, wie feucht die Böden sind.

Warum ist das so wichtig?

Werden Böden direkt nach einem Starkregen mit schwerem Gerät bearbeitet, kann das den Boden verdichten. Oder: Werden Mineraldünger und Gülle bei zu geringer Bodenfeuchte ausgebracht, können Pflanzen die Nährstoffe nicht effizient aufnehmen und verwerten. Dies kann zu erhöhter Nährstoffauswaschung in Gewässer und Grundwasser führen. Die Daten von SoFI helfen, den idealen Zeitpunkt für diese Arbeiten abzupassen.

Welche Daten verwenden Sie dafür?

Wir setzen auf drei verschiedene Quellen: Der erste Datensatz heißt Bodenschätzung. Er enthält Daten zu allen ackerbaulich genutzten Flächen. Davon nutzen wir besonders Informationen zur Wasserspeicherfähigkeit des Bodens. Unsere zweite Quelle sind exakte Höhendaten als Geländemodell. Dank des abgeleiteten Feuchtigkeitsindex wissen wir, wie das Wasser bei Regen oberflächennah abfließt. Zudem verwenden wir Wetterdaten wie Niederschlag, Verdunstung und Temperatur. Daraus ermitteln wir die Menge an Feuchtigkeit, die von Pflanzen oder durch offene Bodenporen verdunstet und dem Boden nicht zur Verfügung steht. Diese drei Quellen führen wir in einem Modell zusammen – und errechnen daraus eine tägliche Vorhersage über die potentielle pflanzenverfügbare Wassermenge im Boden.

Wie überprüfen Sie Ihre Annahmen?

Wir verwenden Daten, die mit festinstallierten und mobilen Messgeräten direkt im Boden erhoben werden. Hinzu kommen Daten zweier Satelliten aus dem Copernicus-Programm der Europäischen Union: Der radargestützte Sentinel-1 kann bis zu fünf Zentimeter in unbewachsene trockene Böden eindringen. Der optische Satellit Sentinel-2 misst unter anderem via Infrarot das Chlorophyll der Pflanzen. Somit haben wir eine tägliche Simulation, die wir anhand von Messwerten überprüfen und mit den Satellitendaten vergleichen. In Kürze erhalten wir zudem noch Daten, die direkt von einer Düngemaschine stammen, und wissen so, wie gut die Gülle in den Boden eingebracht wird. So erfahren wir auch direkt aus der Praxis, wie gut unsere Berechnungen waren – und können das Modell weiter verbessern.

Um am Ende welches Ziel zu erreichen?

Dass Landwirtinnen und Landwirte den Datensatz nutzen. Dabei ist Datenschutz sehr wichtig. Es ist ganz klar, dass die Daten den Betrieben gehören. Sie erhalten spezielle Soft- und Hardware, mit der sie ihre Daten geschützt bei sich haben. So können sie frei entscheiden, welche Informationen sie mit wem teilen. Kommen die Daten zum Einsatz, sollten seltener schädliche Bodenverdichtungen entstehen. Optimal wäre, wenn dadurch zum Beispiel Gülle seltener zu ungünstigen Zeiten ausgebracht würde und weniger Treibhausgase ausgestoßen würden. Das hieße dann auch weniger Folge- und Umweltschäden. Mich würde es freuen, wenn ein Ansatz wie SoFI auch für andere Bundesländer weiterentwickelt werden könnte – und in einigen Jahren bundesweit zum Boden- und Klimaschutz beitrüge.


Im selben Heft, Seite 29:

Punktgenau

Drunter oder drüber? Im Verbundprojekt GülleBest sucht das Thünen-Institut gemeinsam mit Projektpartnern nach einem Weg, um Gülle emissionsarm, stickstoffeffizient und gezielt in wachsende Pflanzenbestände auszubringen. Dazu experimentieren Forscherinnen und Forscher auf Feldern in ganz Deutschland mit verschiedener Technik, Gülle auszubringen: Bei der Schleppschlauchtechnik wird die Gülle streifenförmig nah an der Pflanzenwurzel ausgebracht. Im Grünland wird hierfür das Schleppschuhverfahren genutzt. Wird die Gülle zusätzlich angesäuert, können die Ammoniakemissionen sinken. Und mit der Schlitztechnik, bei der der Boden eingeschnitten wird, kann die Gülle tiefer in den Boden abgelegt werden.