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1 | XX. Monat 2016 | Name des Präsentators
Wasserentzug und Wassernutzungseffizienz landwirtschaftlicher Kulturen im Energiepflanzenanbau Dr. Kerstin Jäkel, Markus Theiß, Falk Böttcher und Martin Schmidt
14. Leipziger Tag der Agrarmeteorologie am 10. Januar 2018
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2 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Gliederung
(1) Einführung o Theoretische Grundlagen o Vorstellung des Standorts und methodische Hinweise
(2) Vergleich Zweitfruchtanbau mit Brache-Mais
(3) Vergleich von Sorghumarten mit Mais
(4) Vergleich mehrjähriger Energiepflanzen
(5) Zusammenfassung
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3 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Einführung Bodenphysikalische Kennwerte - Definitionen
Quelle: Diedrich Schroeder: Bodenkunde in Stichworten, Hirt Verlag, 1992, Abb.26, S. 49
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4 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Einführung Bodenphysikalische Kennwerte - Definitionen
Bodenart Feldkapazität FK Vol. - %
Welkepunkt, Totwasseranteil
Vol. - %
nutzbare Feldkapazität nFK
Vol. - %
Sand 10,5 2,5 8
anlehmiger Sand 19 6 13
Lehm 40 23 17
Ton 48 34 14
Schluff 35 11 24
Quelle: Merkblätter Baden-Württemberg Nr. 24 (August 2002)
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5 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Einführung Transpirationskoeffizient in kg H2O / kg TM
Kultur/Quelle Chmielewski, Geisler 1988, Boku Wien,
USA alt
TLL 2005
TLL 2008-10
TLL 2011-13
Sorghum 200-300 140-180 160-250
Mais, ZR 250-400 191/176-320 150-190
Getreide 220-500 330-370
Kartoffeln 300-600
Raps 600-700 296
Luzerne, Soja > 700
Wel. Weidelgras 360
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6 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Versuchsstandort Trossin Boden und Klima
Boden
o Fahlerdebodengesellschaft des südlichen Moränengebietes
o Bodentyp: Bänderparabraunerde o Ackerzahl: 28 bis 45
Klima o Mitteldeutsches Trockengebiet
Lj. Mittel (Klitzschen 1981 – 2010) Temperatur 9,5 °C Niederschlag 586 mm
Boden-Klima-Raum (nach Roßberg et al 2007)
o trocken-warme diluviale Böden des ostdeutschen Tieflandes
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7 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Versuchsstandort Trossin Bodenphysikalische Kennwerte*
Tiefe Bodenart Sand Schluff Ton FK PWP nFK TRD
cm % mm g/cm3
0 - 30 Su3 65 28 7 33 10 23 1,65
30 - 60 Su3 66 30 5 24 6 18 1,76
60 - 90 Su2/Ss 76/92 20/6 3/2 19 7 12 1,71
In 0 - 60 cm: ca. 69 (23x3) + 54 (18x3) = ca. 123 mm Wasser
* Erhebung durch ZALF nach KA5
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8 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Messmethoden der Bodenfeuchtebestimmung
Gravimetrische Bestimmung (0 – 60 cm) Bohrstock
TDR-Sonden (feste Messstellen in 15
und 45 cm Tiefe)
Lysimeter (TLL Thüringen)
• Zweitfruchtanbau/EVA-Projekt 2013 – 2016
• Vergleich Sorghum-Mais/EVA 2013 – 2016 und Sorghum 2017
• mehrjährige Pfl./EVA 2013 - 2017
• mehrjährige Pfl./EVA 2013 - 2017
• Sorghum-Projekt 2008 - 2013
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9 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Begleituntersuchungen zum Wasserhaushalt am Standort Trossin
Fläche Projekt EVA (AZ 28) o TDR-Sonden (2013 - 2017) o Gravimetrische Bodenfeuchte-
messungen (2013 - 2016)
Fläche Projekt Sorghum (AZ 45) o Gravimetrische Bodenfeuchte-
messungen (seit 2017)
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10 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Gliederung
(1) Einführung o Theoretische Grundlagen o Vorstellung des Standorts und methodische Hinweise
(2) Vergleich Zweitfruchtanbau mit Brache-Mais
(3) Vergleich von Sorghumarten mit Mais
(4) Vergleich mehrjähriger Energiepflanzen
(5) Zusammenfassung
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11 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Beprobte Fruchtarten und Anbausysteme (2013 bis 2017)
Bodenfeuchte Vol. % 2013 2014 2015 2016
Zweitfruchtanbau im Vergleich zu Brache-Mais*
(1) Brache – Mais (HF) x x x x
(2) Gelbsenf (abfr. ZwF) - Futterhirse x
(3) Grünroggen (ZwF) - Mais x x
(4) Grünroggen (ZwF) - Sudangrashybride x x x
(5) Wickroggen (ZwF) - Mais x
(6) Luzernegras (ZwF) - Mais x
* Gravimetrische Messungen
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12 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Niederschlagsverteilung in den Versuchsjahren 2013 - 2017
2013 - 2017: Station Roitzsch, Sachsen Forst 1981 - 2010: Station Klitzschen, DWD
Vegetationsperiode I = Apr – Juni II = Juli – Sep
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13 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
HF-Mais vs. HF Futterhirse Bodenfeuchte in Vol. % (0 – 60 cm), 2013
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14 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Erträge – Zweikulturnutzung Anbaujahr 2013
Futterhirse, Ende September
Kultur Ertrag dt TM/ha
absolut relativ
(1) Mais, nach Brache 108 100
(2) Futterhirse, nach abfr. ZF 126 117
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15 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Niederschlagsverteilung in den Versuchsjahren 2013 - 2017
2013 - 2017: Station Roitzsch, Sachsen Forst 1981 - 2010: Station Klitzschen, DWD
Vegetationsperiode I = Apr – Juni II = Juli – Sep
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16 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
HF-Mais vs. ZF-Mais vs. ZF-SGH Bodenfeuchte in Vol. % (0 – 60 cm), 2014
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17 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Erträge – Zweikulturnutzung Anbaujahr 2014 Kultur Ertrag dt TM/ha
absolut relativ
(1) Mais, nach Brache 194 100
(3) Mais nach Grünroggen 249 + 53 = 302 156
(5) Mais nach Wickroggen (WzF) 243 + 52 = 295 152
(4) Sudangrashybride nach Grünroggen 168 + 55 = 223 115
Wickroggenernte
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18 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Niederschlagsverteilung in den Versuchsjahren 2013 - 2017
2013 - 2017: Station Roitzsch, Sachsen Forst 1981 - 2010: Station Klitzschen, DWD
Vegetationsperiode I = Apr – Juni II = Juli – Sep
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19 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
HF-Mais vs. ZF-Mais vs. ZF-SGH Bodenfeuchte in Vol. % (0 – 60 cm), 2015
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20 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
HF-Mais vs. ZF-Mais Foto vom 17.06.2015
Mais nach Brache Aussaat am 29.04. 49 Tage nach Saat
Mais nach Grünroggen Aussaat am 26.05. 22 Tage nach Saat
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21 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Erträge – Zweikulturnutzung Anbaujahr 2015 Kultur Ertrag dt TM/ha
absolut relativ (1) Mais, nach Brache 99 100
(3) Mais nach Grünroggen 71 + 54 = 125 126
(6) Mais nach Luzernegras + 66* -
(4) Sudangrashybride nach Grünroggen 92 + 74 = 166 168
Mais nach Weidelgras Mais nach Grünroggen
* Mais vertrocknet
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22 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Niederschlagsverteilung in den Versuchsjahren 2013 - 2017
2013 - 2017: Station Roitzsch, Sachsen Forst 1981 - 2010: Station Klitzschen, DWD
Vegetationsperiode I = Apr – Juni II = Juli – Sep
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23 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
HF-Mais vs. Grünroggen/SGH Bodenfeuchte in Vol. % (0 – 60 cm), 2016
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24 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Erträge – Zweikulturnutzung Anbaujahr 2016
Mais
Kultur Ertrag dt TM/ha
absolut relativ
(1) Mais, nach Brache 85 100
(4) Sudangrashybride nach Grünroggen 88 + 67 = 155 182
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25 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Gliederung
(1) Einführung o Theoretische Grundlagen o Vorstellung des Standorts und methodische Hinweise
(2) Vergleich Zweitfruchtanbau mit Brache-Mais
(3) Vergleich von Sorghumarten mit Mais
(4) Vergleich mehrjähriger Energiepflanzen
(5) Zusammenfassung
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26 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Beprobte Fruchtarten und Anbausysteme (2017)
Bodenfeuchte Vol. % 2017 Einjährige Kulturen*
(1) Mais (HF) x
(2) Futterhirse (HF) x
(3) Sudangrashybride (HF) x
(4) Wintergerste (GPS) dann später Mais (So- ZwFr) x (5) Wintergerste (GPS) dann späte Sudangrashybride (So- ZwFr) x
TLL, Lysimeterversuche **
(6) Wassernutzung Mais - Futterhirse 2008-2010
(7) Wassernutzung Futterhirse - Sudangrashybride 2011-2013 * Gravimetrische Messungen ** Quelle: TLL: Knoblauch
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27 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Niederschlagsverteilung in den Versuchsjahren 2013 - 2017
2013 - 2017: Station Roitzsch, Sachsen Forst 1981 - 2010: Station Klitzschen, DWD
Vegetationsperiode I = Apr – Juni II = Juli – Sep
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28 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
HF-Mais vs. HF-Sorghum Bodenfeuchte in Vol. % (0 – 60 cm), 2017
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29 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Silomais vs. Futterhirse 5 Wochen nach Saat
Trossin, 20.06.2017
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30 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
HF-Mais vs. ZF-Mais und ZF-SGH Bodenfeuchte in Vol. % (0 – 60 cm), 2017
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31 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Trockenstress bei Wintergerste
Trossin, 29.05.2017
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32 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Trockenstress bei Silomais im Jugendstadium
Trossin, 20.06.2017
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33 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Erträge – Sorghum – Mais Anbaujahr 2017 Kultur Ertrag dt TM/ha
absolut relativ
(1) Mais, nach abfr. ZF 198* 100
(2) Futterhirse, nach abfr. ZF 218 110
(3) Sudangrashybride, nach abfr. ZF 174 88
(4) Wintergerste (GPS) dann später Mais (So-ZwFr) 118 + 56 = 174 88
(5) Wintergerste (GPS) dann späte Sudangrashybride (So- ZwFr) 99 + 56 = 155 78
* z.T. deutliche Ertragseinbußen durch Maiszünsler
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34 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Länge der Wachstums-zeit (Aufgang
bis Ernte) [d ]
Trocken-masse ertrag
[kg/m²]
Wasser verbrauch
[mm]
Transpirations-koeffizient
[kg H2O/kg TM]
Wasser nutzungs-effizienz [kg ha-1 mm-1]
unter potenziellen Verdunstungsbedingungen in der Hauptwachstumszeit
Futterhirse 134 3,04 568 184 54,3
Silomais (1993) 135 1,89 361 191 52,4
Winterweizen (1992) 262 1,58 545 345 29,0
unter aktuellen Verdunstungsbedingungen (natürlicher Niederschlag), tiefgründiger Braunerde-Tschernosem (Löss)
Futterhirse 134 2,01 480 229 43,7
unter aktuellen Verdunstungsbedingungen (natürlicher Niederschlag), Para-Rendzina (unterer Keuper)
Futterhirse 134 1,59 385 242 41,3
Transpirationskoeffizient und Wassernutzungseffizienz
Dr. Steffi Knoblauch, TLL
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35 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Ergebnisse
❙ Sorghum bicolor produziert unter potenziellen Verdunstungsbedingungen sehr hohe Erträge, z.T. höher als Mais. Das erfordert aber auch große Wassermengen.
❙ Die Wassernutzungseffizienz von Sorghum bicolor ist bei ausreichender Wasserversorgung besser als die von Energiemais.
❙ Mit abnehmenden Wasserangebot geht diese Vorzüglichkeit zurück. Unter den Niederschlagsverhältnissen im mitteldeutschen Trockengebiet ist die WNE von Energiemais günstiger im Vergleich zu Sorghum bicolor.
❙ Dafür hat Sorghum bicolor ein besseres Bodenwasseraneignungsvermögen.
❙ Der Transpirationskoeffizient (TK) von Sorghum bic. ist günstiger als der von Sudangrashybriden.
❙ Die N-Salden sind durchweg negativ und damit gewässerverträglich. Mit geringerem Wasserangebot wird der N-Saldo ungünstiger entsprechend der geringer werdenden Erträge.
Dr. Steffi Knoblauch, TLL
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36 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Gliederung
(1) Einführung o Theoretische Grundlagen o Vorstellung des Standorts und methodische Hinweise
(2) Vergleich Zweitfruchtanbau mit Brache-Mais
(3) Vergleich von Sorghumarten mit Mais
(4) Vergleich mehrjähriger Energiepflanzen
(5) Zusammenfassung
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37 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Beprobte Fruchtarten und Anbausysteme (2013 bis 2017)
Bodenfeuchte Vol. % 2013 2014 2015 2016 2017
Mehrjährige Kulturen/Dauerkulturen*
(1) Luzernegras x x
(2) Durchwachsene Silphie x x x x
(3) Szarvasi x x x x
(4) Brache ab Aug. x
* gravimetrische und zusätzlich TDR Messungen
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38 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
HF-Mais vs. Luzernegras Bodenfeuchte in Vol. % (0 – 60 cm), 2013
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39 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
HF-Mais vs. Dauerkulturen Bodenfeuchte in Vol. % (0 – 60 cm), 2014
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40 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
HF-Mais vs. Dauerkulturen Bodenfeuchte in Vol. % (0 – 60 cm), 2016
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41 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
TDR-Sonden (feste Messstellen in 15 und 45 cm Tiefe)
Szarvasi D. Silphie
Trossin, 12.06.2017
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42 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
TDR-Messungen in Szarvasi und D. Silphie (2014 – 2017)
05.05.2014 19.05.2015
19.05.2015
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43 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
TDR-Messungen in Szarvasi und D. Silphie 2014 - 2017
2014 19.05. - 31.12. 2015 01.01. - 31.12. 2016 01.01. - 24.08. 2017 02.03. - 31.12.
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44 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
TDR-Messungen in Szarvasi, D. Silphie und Brache, 2017
D. Silphie 188 dt TM/ha Szarvasi 061 dt TM/ha
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45 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Erträge – mehrjährige Kulturen
* z.T. deutliche Ertragseinbußen durch Maiszünsler
Jahr 2013 2014 2015 2016 2017
Kultur Ertrag dt TM/ha
Mais 108 194 99 85 198*
Luzernegras 48 (3) 137 (4) 68 - -
Durchwachsene Silphie 140 109 115 188
Riesenweizengras 176 (2) 69 38 62
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46 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Gliederung
(1) Einführung o Theoretische Grundlagen o Vorstellung des Standorts und methodische Hinweise
(2) Vergleich Zweitfruchtanbau mit Brache-Mais
(3) Vergleich von Sorghumarten mit Mais
(4) Vergleich mehrjähriger Energiepflanzen
(5) Zusammenfassung
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47 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Zusammenfassung
Kultur Ertrag TK Gesamt-H2O-verbrauch
WNE
Mais HF hoch niedrig sehr hoch +++
Futterhirse HF hoch niedrig sehr hoch +++
Mais ZF schwankend niedrig hoch +++
Sudangrashybride ZF mittel - hoch niedrig mittel-hoch +++
WZFr. GR,WR, LuzG niedrig mittel niedrig ++
WGer GPS spät (niedrig) mittel niedrig ++
Luz niedrig hoch mittel +
Durchw. Silphie mittel - hoch ? mittel ++ ?
Riesenweizengras niedrig - hoch ? mittel + ?
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48 | 10. Januar 2018 | Dr. Kerstin Jäkel
Zusammenfassung
(1) Böden weisen zu Beginn der Vegetationsperiode in der Regel gleiche Bodenwassergehalte, unabhängig vom Bewuchs, auf.
(2) Abfrierende Zwischenfrüchte haben kaum einen Einfluss auf die Wasserversorgung der Folgefrucht.
(3) Die Wasserversorgung von Zweitfrüchten ist stärker gefährdet nach genutzten Zwischenfrüchten, jedoch ist die Jahreswitterung entscheidend.
(4) Das Gesamtsystem von Zwischen- und Hauptfrüchten unterliegt stärkeren Ertragsschwankungen.
(5) Die Niederschlagsverteilung und die Hauptwasser-bedarfszeit der Kultur sind von großer Bedeutung.
(6) Mehrjährige Pflanzen können die Winterfeuchtigkeit gut nutzen, brauchen jedoch schon ab Anf. Mai viel Wasser.
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49 | XX. Monat 2016 | Name des Präsentators
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!