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Fragenkatalog Standortökologie GRAU: STUDOCU

Bewässerungslandbau 1. Erläutern Sie die Weltwassersituation und den Anteil der landwirtschaftlichen Bewässerung an der Nahrungsmittelproduktion in den ariden und semiariden Gebieten.

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(Niederschlag Arid ~150mm/Jahr?) Wasser ist nicht unerschöpflich, nur 0,014 % des weltweit vorhandenen Wassers ist Süßwasser 1,3 Mrd. Menschen haben keinen Zugang zu sauberen Trinkwasser und etwa doppelt soviel Menschen verfügen nicht über die einfachste Sanitärversorgung an vermeidbaren, durch schmutziges Wasser und mangelhafte Hygiene übertragenen Krankheiten sterben täglich 6000 Menschen, darunter viele Kinder 80 % aller Krankheiten in Entwicklungsländern sind wasserinduziert mehr als 30 Länder Afrikas, des Nahen Ostens und Asiens sind bereits von akuter Wasserknappheit bedroht. unzuverlässige Wasserversorgung bereitet Schwierigkeiten bei der industriellen Produktion und schreckt potenzielle Investoren ab die Landwirtschaft ist derzeit mit einem Verbrauch von 70 bis 90 % des verfügbaren Süßwassers der größte Verbraucher in Entwicklungsländern Umweltprobleme durch ineffiziente landwirtschaftliche Wassernutzung erreichen bedrohliche Ausmaße: 20 bis 30 % aller bewässerten Flächen sind bereits durch Versalzung und/oder Vernässung geschädigt

Der tägliche Haushaltswasserbedarf in Deutschland ist auf weniger als 130 l pro Person zurückgegangen. Doch ist dies nur ein sehr geringer Teil unseres tatsächlichen Wassergebrauchs. Der liegt um ein Vielfaches höher – bei mittlerweile 4.000 l pro Person und Tag! So viel "virtuelles Wasser" ist erforderlich, um all die Waren zu produzieren, die wir täglich brauchen, vom Mikrochip bis zur Tasse Kaffee. Als Folge des Klimawandels wird eine verstärkte Reduzierung der Frischwasserressourcen durch ganzjährig geringer ausfallende Niederschläge prognostiziert (für viele semi-aride und aride Regionen, z.B. MENA- Region, Westen der USA, Südafrika, Nordosten Brasiliens).

FAZIT: In vielen Regionen (insbesondere in semi-ariden und ariden Gebieten) wird die Notwendigkeit einer landwirtschaftlichen Bewässerung steigen! – Ungleichmäßige Verteilung von Wasser, aber auch ungleichmäßige Erschließung – bevorzugte Gebiete sind Europa, Südost-Asien, Süd-Mittel Amerika – → (semi) arides Klima: mehr potentielle Verdunstung als Niederschlag – tägl. Wasserverbrauch pro Kopf DE 125 Liter, Agypten 22 Liter, USA 300 Liter – 20% der weltweiten Acker werden bewässert, 70% davon in Asien – 80% der Bewässerungsanlagen sind Schwerkraftbewässerungen 2. Nennen und erläutern Sie die Gründe für den Einsatz der Bewässerung und die wesentlichen Vor- und Nachteile der Bewässerungsverfahren. ● ● ●

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Balance zwischen Ressourcennutzung und -schutz wird zunehmend aufwendiger und schwieriger deutlich wird ein weltweiter Trend zunehmender Verknappung der natürlichen Ressourcen und zunehmender Ressourcenkonkurrenz das zunehmend ungünstigere Verhältnis Ackerland / Kopf der Bevölkerung erfordert zur Ernährungssicherung langfristig die intensivere Nutzung der Agrarflächen bei gleichzeitig höherer Umweltverträglichkeit die Ressourcenkonkurrenz (Bewässerungswasser / Trinkwasser / Brauchwasser) geht zu Lasten der Landwirtschaft → erfordert höhere Effizienz des Bewässerungswassers Wasserexport in Mangelgebiete in Form von Nahrungsgütern?

Weltweit benötigt die Landwirtschaft für Bewässerungszwecke rund 75% des Wassers, dass der Mensch insgesamt verbraucht...auf über 90% der Weltbewässerungsfläche werden traditionelle Verfahren der Schwerkraftbewässerung eingesetzt, die infolge mangelhafter Planung, Ausführung und Bedienung einen durchschnittlichen

Wirkungsgrad von nur 40% aufweisen.

Entwicklungstendenzen in Europa für die landwirtschaftliche Bewässerung ● Entwicklung und Anwendung wassersparender Beregnungs-und Bewässerungstechnologien ● Zunahme der Abwasserverregnung aus Biogasanlagen und im kommunalen Bereich

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Weiterentwicklung der Beregnungssteuerung erforderlich, nicht nur aus der Sicht des Wasserbedarfes der Pflanzen, sondern der Steuerung aus Sicht des Grundwasserschutzes (Verlagerung von Nährstoffen) und des Nährstoffbedarfes Qualifikationsanforderungen für die Bewässerung steigen, Lehre und Ausbildung muss diesen Anforderungen gerecht werden Bewässerungsbedürftigkeit und Bewässerungswürdigkeit und damit die Fragen der Kosteneffizienz bei steigenden Wasserpreisen werden die landwirtschaftliche Praxis mehr prägen Wasserimport aus wasserarmen Entwicklungsländern über die Einfuhr von Nahrungsmitteln wird Gegenstand zukünftiger politischer Diskussionen

Gründe – Ertragssteigerung, Ertragsstabilisierung, Verbesserung der Qualität, überhaupt Landbau ermöglichen Schwerkraftbewässerungen: (Furchen, Becken...) – geringe Effizienz – benötigt ebene Flächen – hoher Aufwand – unempfindlich und leicht zu bedienen Druckbewässerung (Tropfschlauch, Kreisberegnung....) – teuer – know-how benötigt zur Bedienung – präzise einsetzbar – effizient 3. Erläutern Sie die für die Bewässerung wichtigen Kennwerte des Bodenwasserhaushaltes ●

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Körnungsart, Bodenart, Bodenform, Bodentyp ○ Korngrößenfraktionen – Sand bis >63 um – Schluff 63 – 0,2 um – Ton < 0,2 um Skelettanteil, Gründigkeit ○ Steingehalt, flach oder tiefgründig Humusart und Humusformen ○ Dauerhumus vs Nährhumus, Rohhumus Bodenreaktion und Nährstoffgehalt Bodenwasserhaushalt (FK, nFK, pF-Wert, kf-Wert, Hydromorphiemerkmale) ○ Hydromorphie: Oxidation oder Reduktion Aggregierung, Gefüge und Lagerung Luftgehalt, Risse, Poren, Röhren ○ Porenvolumen und -verteilung Durchwuzelungsintensität

Feldkapazität = Gesamtporenvolumen – Grobporenvolumen nutzbare Feldkapazität (nFK) = Feldkapazität – Feinporenvolumen (nur Mittelporen) nFK We = nutzbare Feldkapazität im effektiven Wurzelraum Saugspannung von pF 1,8 bei Grobporen bis pF 4,2 bei Ton = Permanenter Welkepunkt (Pwp) Kf-Wert: gesättigte Leitfähigkeit in m/d oder cm/s → Fließgeschwindigkeit Ku-Wert: ungesättigte Wasserleitfähigkeit (ca 10ner Potenz weniger als Kf-Wert) Infiltrationsrate: Wassermenge, welche senkrecht in den Boden eindringt (Porenkontinuität!) Evapotranspiration: Evaporation + Transpiration, im Schnitt 4,3 mm/d

4. Vergleichen Sie anhand der Bodenarten Sand und Lößlehm die unterschiedlichen Auswirkungen zweier Regengaben (15 und 50 mm/dm)

pflanzenverfügbare Bodenwassermenge in Abhängigkeit von der Bodenart: Bodenart We [dm] nFK [Vol.-%] nFKWe [mm] Mittelsand (mS, Ss)

6

9

55

lehmiger Sand (SI3)

8

15

120

sandiger Lehm

10

16

160

toniger Lehm (Lt2)

10

14

140

Ton (schluff. und lehm., (Tu2, TI)

10

12

129

Mittl. effekt. Wurzelraum (We) mitteleurop. Ackerböden, nutzbare Feldkapazität (nFK) u. nutzbare Feldkapazität im effektiven Wurzelraum (nFKWe) für häufig auftretende Bodenarten (mittlerer Lagerungsdichte)

Sand 6-12 Vol.% Lößlehm hat 25 Vol.%

bei Sand geringe Gaben (15mm), rauscht sonst durch bei Löß (50mm)

Sand: hohe Infiltrationsrate, wenig Speicherkapazität (geringe FK) → bis 1 m aufgefüllt, Wasser recht schnell weg → macht nur Sinn bei tief wurzelnden Pflanzen → bei Sandböden sollten geringere Gaben gegeben werden (15mm), da es kaum gespeichert wird, dafür öfters Lehm: speichert Wasser besser, auch in höheren Schichten (hohe FK) → höhere Gaben (50mm) möglich → Nährstoffe werden nicht so schnell ins Grundwasser gespült

5. Erläutern Sie die chemischen, physikalischen und hygienischen Anforderungen an Bewässerungswasser im Feldgemüsebau. Chemisch: ● pH-Wert (Grundwasser eher über 7 aufgrund gelöster Salze) ● EC-Wert in Millisiemen(mS) - elektrische Leitfähigkeit in Abhängigkeit von gelösten Salzen ● Härtegrad in Grad Deutscher Härte → Summe gelöster Salze ● Nährstoffgehalt (muss evtl. in Düngeberechnung mit zugerechnet werden) ● es dürfen keine (organischen) Schadstoffe enthalten sein Physikalisch: ● Temperatur → mind. 15°C bei Gemüse, optimal 25°C, Grundwasser hat so 5°C ● Feststoffe: Schwebstoffe (nicht größer 25 um), Schwimmstoffe (z.B. Staub) Hygienisch: ● Escheria Koli, Fäkalstreptokocken als Zeigerbakterium für Fäkalien → international wichtig noch Wurmweier ● Karrenzzeiten beachten (von 1 gut bis 4 schlecht)

Resumee: Wasserqualität nur bei Gemüse und technischen Anlagen wichtig, für landwirtschaftlichen Kulturen eher unbedeutend Hygienische Parameter von Bewässerungswasser Folgende Parameter (nach DIN 19650) entscheiden über die Verwendbarkeit von Klarwasser oder anderes hygienisch bedenkliches Oberflächenwasser: •Fäkalstreptokokken •E. Coli •Salmonellen •Potentiell infektiöse Stadien von Mensch-und Haustierparasiten Vier Eignungsklassen des Beregnungswassers sind in der Tabelle 1 der DIN 19650 ausgewiesen. Aus den hygienischen Parametern bei der Anwendung laut DIN 19650 ist der Einsatz von hygienisch bedenklichem Wasser erlaubt: •Bei der Anwendung von Unterflurbewässerungsverfahren grundsätzlich •Bei NaWaRo zur Energieerzeugung und Forstpflanzen •Speisekartoffel und Getreide bis zur Blüte •Futter-Zuckerrüben, Industriekartoffel, Ölfrüchte und Faserpflanzen bis 4 Wochen vor Ernte •Grünland und Grünfutterpflanzen bis 14 Tage vor Ernte oder Beweidung •Wein-und Obstkulturen in der Vegetationsruhe •Verboten ist der Einsatz bei Kulturen zum Direktverzehr (Obst, Gemüse)

6. Nennen Sie die Verfahren der Unterflurbewässerung und ihre Funktionsweise. Graben: Anstau (Wasser halten) - Einstau (Wasser einführen) Schläuche: Poröse Schläuche verlegen → bei Dauerkulturen, ist teuer und anfällig

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Verfahren: ○ Tropfrohr ○ Schwitzschläuche ○ Unterirdisch verlegt

Vorteile: ○ Direkte Versorgung des Wurzelraums ○ Keine Windverwehungen ○ Geringere Verdunstungsverluste

○

●

Geringere Drücke und Wassermengen

Nachteile: ○ Keine optische Kontrolle der Bodenfeuchte möglich ○ Verstopfungsgefahr ○ Arbeitsintensive Verlegung notwendig ○ Eingeschränkte Bodenbearbeitungsmöglichkeiten ○ Mögliche Verstopfungsgefahr ○ Hohe Wasserqualität erforderlich

7. Erläutern Sie Funktion und Betrieb der Furchenrieselung.

Benötigt wird: ● Vorflut (natürliche oder ein Kanal) ● Wasserzuleitung: Schieber oder Heber (Schlauch mit Unterdruck) ● Zugeführte Menge richtet sich nach Furchenquerschnitt und -länge (40 – 150m, max. 220m) – max. Neigung 3% → Sand kurze Furchen aufgrund Erosion = eins der weltweit am meisten verwendeten Systeme ·

auf

60-70 % aller Anbauflächen

·

meist

·

Infiltrationsrate

·

Saugspannungsunterdruck

·

bei

·

bei

Oberflächenwasser als Quelle, Grundwasser auch möglich → durch Schwerkraft vom Oberlauf des Flusses über Kanalsysteme zur Fläche gebracht → über Zuteilungskanal oben mithilfe von Schieber o. Heber in Furchen gebracht → bestimmtes Gefälle nötig, möglichst gering (2,5 % sehr gut, wenn zu hoch Erosionsgefahr) (Bodenart) bestimmt die Länge der Furche o je sandiger & steiler, desto kürzer die Furche o max. Furchenlänge 200-250 m (im Schnitt) → Wasser dringt zur Pflanze à Abstand der Furchen nicht zu groß

Reihenkulturen (Zuckerrübe, Mais, Gemüse, Baumwolle…)

den meisten Bodenarten anwendbar, Durchfeuchtungskegel aber größer bei schwereren Böden (Pflanzen werden besser erreicht)

8. Nennen und erklären Sie die maßgeblichen beregnungstechnologischen Grundbegriffe. (wird nicht abgefragt) Verbandsaufstellung der Regner: → dreiecks-Verband: versetzt, wenig Überlappung, bei Frostschutzberegnung → vierecks-Verband: Quadrat mit und ohne Überlappung Gleichzeitigkeitsfaktor: Beregnung ab 60% nFK (spätestens 40%), da wenn ich mit der Beregnung einer Fläche hinten angekommen bin, kann sie vorne schon wieder ausgetrocknet sein Wurfweite: Kurzstrahl bis 18m; Mittelstrahl 18-35m; Weitstrahl > 35m Beregnungsdichte: schwach bis 6mm/h; mittel 6-16mm/h , stark > 16mm/h Aufstelldauer: wie lange wird eine Fläche bewässert = Einzelgabe in mm durch Beregnungsdichte Regnerabstand: Abstand d. Regner auf der Leitung in Abhängigkeit von der Wurfweite Vorschub : Abstand einer Fläche zur anderen (abhängig von Wurfweite u. Überlappung) Betriebsdruck: 0,7 bar (Tropschlauch) bis 10 bar (Trommel 4-8 bar) Turnus: Abstand von Beregnungen einer Fläche in d Hydromodul: Wie viele Flächen kann ich mit einer Anlage bewässern → Hydromodul 1 = eine Fläche (z.B. Kreisberegnung) Tropfengröße: Sprühnebel bis Regentropfengröße

9. Erläutern Sie den Aufbau eines Tropfbewässerungssystems sowie die Vor- und Nachteile der Tropfbewässerung. Definition: Die Tröpfchenbewässerung ist eine Bewässerungstechnik, bei der an Schläuchen in regelmäßigen Abständen Auslässe angebracht sind, über die nur geringe, exakte Wassermengen weitgehend unabhängig vom Druck in der Rohrleitung abgegeben werden.

Aufbau: 1. Tropfer (emitter): - reduziert Wasserdruck, verteilt Wasser in konstanter Menge aus mehreren Punkten auf den Seitenschläuchen - versch. Typen: je nach Durchflussmenge, Art der Druckminderung, innerer Aufbau u. Befestigung am Auslassschlauch à abhängig von Boden 2. Seitenschläuche: - Zubringerschläuche, auf denen die Emitter sitzen/ in denen sie eingesetzt sind - meist aus PE o. PVC à flexibel u. UV-resistent - liegen meist auf dem Boden 3. Hauptleitungen (mains): meist aus hartem PVC, unterirdisch verlegt 4. Filter (verschiedene Varianten): - essentiell bei Bewässerungssystemen, soll Verstopfungen der Auslässe verhindern - physikalische + chemische Reinigung, Filterung von mineralischen Bodenbestandteilen u. org. Material - Zugabe von Säuren, um Ausfällung v. Kalziumcarbonat zu verhindern - chlorhaltige Präparate gegen Bakterien u. Algen 5. Druckregulierung & Rückflussstopp 6. Düngesysteme (fertigation)

Vorteile •Kontrollierte Bewässerung mit sehr geringen Verlusten durch Evaporation, Versickerung •Boden nur teilweise benässt •Blätter bleiben trocken •Wasser mit schlechter Qualität kann genutzt werden •Fertigation und chemigation •Nutzung schlechter Böden, unregelmäßiger, kleiner Flächen Nachteile •Verstopfung der Auslässe •Anreicherung von Salzen •Mechanische Schäden •Geringerer Einfluss auf Mikroklima •Hoher technischer, materieller und finanzieller Aufwand

– Wasserquelle – Leitung – Filter – Druckminderer Vorteile: Effizient, geringe Betriebskosten, kann in Wurzelraum gelegt werden Nachteile: hohe Beschaffungskosten, Störanfällig (Verstopfung etc.), Arbeitsintensive Verlegung → Bewässerung soll nicht sparsam sein, da Pflanzen Wasser brauchen, sonder effizient!

10. Erläutern Sie die Vor- und Nachteile der Beregnung sowie Grundsätze zu ihrer Planung. Planung:

Vorteile: – Geländeunabhängig bzw. Geländebegehbar – mobil – Fertigation bzw. Chemiegation möglich – guter Regulierung der Wassermenge – gute Nährstoffausnutzung → hoher Ertrag, bessere Qualität Nachteile: – hohe Anschaffungskosten und teilweise auch hohe Betriebskosten – hoher bedarf an Akh – Qualifikationen der AK vorausgesetzt Planung: 1. natürliche Standortverhältnisse (wo ist Wasser und wie viel, Bodenart etc.) 2. Wasserrechte, Energiepreise 3. Möglichkeiten d. Produktion, Absatz ohne und mit Beregnung 4. Berechnung der Beregnungwürdigkeit von Kulturen 5. technisches Verfahren → Wie kommt Wasser zur Fläche (Hydranten, Abstand etc.)

11. Nennen Sie die Hauptbestandteile von Beregnungsanlagen und ihre Funktion. 1. Wasserquelle (Oberflächenwasser, Brunnen ….) 2. Druckrohrsystem (möglichst parallel zu Boden oder Weg)

1. Wasserquelle (z.B. Grundwasser) 2. Pumpe 3. Filter (je nach Wasserqualität) 4. Zubringungsleitungen (z.B. Druckleitung unterirdisch) 5. Hydranten + Anschlüsse 6. Verteileinrichtung (z.B. Tropfschläuche, Regner…)

12. Erläutern Sie Grundlagen und Verfahren der Frostschutzberegnung.

Basiert auf Erstarrungswärme – ab ca. +2°C wird (möglichst fein) Wasser auf Blüten/Früchte gesprüht, beim gefrieren gibt

Wasser Wärme ab und Blüte/Frucht bleibt über -3°C – Wird von Abends bis morgens gemacht, erst bei +3°C wieder abgeschaltet wegen Verdunstungskälte → wenn zu lange dann Astbruch wegen Gewicht – Hilft nur bei Strahlungsfrösten, nicht bei Advektivfrösten → bei Strahlungsfrösten gibt’s kein Wind! – Aufstellen der Regner im Dreiecks-Verband, mit mittlerer Überlappung

13. Nennen und erklären Sie die verschiedenen Möglichkeiten zur Einsatzsteuerung der Bewässerung. – nutzen der Klimadaten des Wetterdienstes – eigene Klimastation und evtl. Bodensensoren – Daten müssen über Modellrechnung bewertet werden – Gemüse kann fast immer beregnet werden – Regengabe fängt bei 10mm an, sonst lohnt es sich nicht, im Schnitt alle 3-6 Tage

14. Was sind die Ursachen der Bodenversalzung und welche Möglichkeiten der Vorbeugung bzw. Melioration bestehen? höhere Temperaturen + höhere Wassermenge = Bodenversalzung Geschätzte Zunahme der Bodenversalzung ~jährlich > 1Mio ha!! Kein wissenschaftliches Problem (Prozesswissen ist vorhanden!), aber wegen der begrenzten Wasserressourcen ein großes Praktisches! – Wasser löst Salze im Boden, durch Evaporation steigen Salze auf (wenn mehr Evaporation als Niederschlag) – oder marine Sedimente → richtige Bewässerung ist entscheidend Vorbeugend: – (Untergrund-)Entwässerung (in die Vorflut, diese ist dann salzig) → 3 mS ist Grenze für Beregnungeignung → Elektro-Osmose-Verfahren zur Entsalzung, ist sehr teuer und energieaufwendig Melioration: – Leachen (Auswaschen/Spülen) und Entwässern → also mehr Wasser geben als Pflanze braucht, deshalb wird in (semi) Ariden auch Schwerkraftbewässerung betrieben – Na mit Ca und Mg austauschen → Na macht Tonteile kaputt (wirkt dispergierend)

15. Erläutern Sie die standortökologischen Wirkungen der Bewässerung. – Standortökologie dient der Ressourcen schonenden Nutzung von Land → Standort angepasste Bewässerung verhindert Degradierung von Böden (Versalzung, Erosion etc.) und hilft der Ausnutzung von Nährstoffen

Ökologische Aspekte der Entwässerung

Angewandte Bodenökologie 1. Nennen und erläutern Sie die bodenphysikalischen Grundbegriffe zum Bodenwasserhaushalt sowie ihren Bezug zur Standortökologie und Umweltschutz. (Einführung Bewässerung, Seite 35) ● ● ●

Struktureigenschaften eines Bodens(Körnung und Gefüge) Wasserverteilung und -bindung im Boden (Kapillarität und Absorption) Wassertransport im Boden (Infiltration und Perkolation) (Schwerkraft kapillaren Saugspannung)

Auswirkungen Standortökologie & Umwelt: - grobporige Böden halten Wasser nicht gut, können Pflanzen nicht dauerhaft Wasser anbieten - hohe Auswaschungsgefahr, Grundwasseranreicherung etc - sandige Böden erwärmen sich schneller

2. Was ist unter Bodenvernässung zu verstehen und welche ökologischen Auswirkungen sind damit verbunden? (Part VIII Entwässerung, Seite 6) ● ●

Bodenvernässung ist ein für den Pflanzenbau schädlicher dauerhafter Wassergehalt des Bodens aufgrund von Bodenparametern negativ in Bezug auf Pflanzenbau, Erosion, Eintrag ins Grundwasser…

Vernässung Definition: 1. Zustand hohen Bodenwassergehaltes oder Wasser auf dem Boden (Bodennässe), der zumeist intensiv und länger andauert und sich nachteilig auf wesentliche Bodenfunktionen auswirkt. Bei landwirtschaftlicher Bodennutzung werden das Pflanzenwachstum und/oder die Befahr- und Bearbeitbarkeit von Böden nachteilig beeinflußt. Vernässung kann durch Entwässerung oder Gefügemelioration eingeschränkt oder beseitigt werden. 2. im allgemeinen auch: Erhöhung/Förderung von Bodennässe eines Standortes durch natürliche Prozesse oder anthropogene Maßnahmen. Grundnässe → hoher Grundwasserstand Haftnässe → viele Feinporen Staunässe → aufgr...