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Agrarwetter: Bodenfeuchte

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Bodenfeuchte

Bodenfeuchte Deutschland 


























Der DWD berechnet über das ganze Jahr hinweg täglich die Bodenfeuchten für verschiedene Kulturen und Böden. Vergleichbar zu den Bodentemperaturen wird ein 14-tägiger Rückblick der Bodenfeuchten dargestellt. Da die Messung der Bodenfeuchten sehr aufwendig und dabei noch recht fehlerbehaftet ist, werden mittlerweile keine Bodenfeuchten mehr gemessen, sondern berechnet. Für die Berechnungen wird das an der Agrarmeteorologischen Forschungsstelle Braunschweig entwickelte Modell AMBAV verwendet.

Die Karte stellt die momentane Bodenfeuchte unter Gras bei sandigem Lehm in der Schicht 0 - 60 cm Tiefe in regionalisierter Form dar. Durch Anklicken der Stationsmarkierung öffnet sich rechts neben der Karte eine Grafik, in der mehrere Informationen als 14-tägiger Rückblick dargestellt sind. In dem unteren Teil ist das pflanzennutzbare Wasser (nFK) in % als Vertikalprofil über die obersten 60 cm dargestellt.

Die dargestellten Profile beziehen sich auf Gras und sandigen Lehm. In der oberen Grafik wird die dazugehörige tatsächliche Verdunstung über Gras und sandigem Lehm, der Tagesniederschlag sowie das pflanzennutzbare Wasser für zwei Standardböden angegeben. Bei den meisten Böden in Deutschland liegt das pflanzenverfügbare Wasser zwischen den in der Grafik angegebenen Böden, so dass die dargestellten Kurven in etwa die mögliche Spanne über die obersten 60 cm abdecken.


Definition der verwendeten Einheiten

Neben den festen Bestandteilen befindet sich auch Luft im Boden, dessen Anteil je nach Bodenart variieren kann. In der Regel haben grobkörnige Böden weniger Luft (ca. 40 Vol. %) als feinkörnige Böden (bis zu 60 Vol. %) eingeschlossen. Ist der Luftanteil beim Boden höher, so ist zum einen die Bodendichte geringer und zum anderen kann theoretisch die gesamte Luft durch Wasser ersetzt werden. Ist dieser Zustand erreicht, so spricht man von einem gesättigten Boden. Dieses ist häufig im Winter bei gefrorenen Böden zu beobachten, denn das Wasser kann aufgrund des gefrorenen Bodens nicht versickern.

Unter normalen Bedingungen ist der Boden allerdings nicht in der Lage, das gesamte Wasser zu halten, denn aufgrund der Erdanziehungskraft besteht immer das Bestreben, dass das Wasser versickert. Der Zustand, bei dem der Boden -vergleichbar zu einem Schwamm- Wasser halten kann wird Feldkapazität (FK in Vol %) genannt.

Leichte Böden vermögen das Wasser nicht so gut zu binden und die Feldkapazität liegt hier weit unter der Bodensättigung. Gegen die Wasserbindungskräfte des Bodens "saugen" die Pflanzen über ihre Wurzeln Wasser zur Verdunstung aus dem Boden. Die Saugspannung der Pflanzen ist allerdings begrenzt und vermag nicht das gesamte Wasser aus dem Boden zu entnehmen. Der Zustand, bis zu dem die Pflanzen Wasser entnehmen können, wird als Welkepunkt (WP in Vol. %) bezeichnet.

Die Pflanze kann somit nur Wasser zwischen den Zuständen Welkepunkt und Feldkapazität nutzen. Die Spanne entspricht somit 100 % des für die Pflanze nutzbaren Wassers oder auch 100 % nutzbare Feldkapazität (nFK). Der momentane Wasserversorgungsgrad (WM) der Pflanzen wird daher häufig in % nFK angegeben, welches sich wie folgt berechnet: 


            (WM - WP)
nFK = -------------------
            (FK -- WP)


Liegt der momentane Wassergehalt oberhalb der Feldkapazität, so ergeben sich richtige nFK Werte von über 100 %. Bei leichten Böden und selten zu beobachtender Bodensättigung können Werte bis zu 300 % erreicht werden. Dieses tritt allerdings nur in Kombination mit undurchlässigen Sperrschichten oder Bodenfrost auf, da leichte Böden oberhalb der Feldkapazität hohe Sickergeschwindigkeiten haben.

Obwohl die verschiedenen Pflanzen unterschiedliche Saugspannungsvermögen haben und die unterschiedlichen Böden das Wasser sehr unterschiedlich über den nutzbaren Feldkapazitätsbereich abgeben, lassen sich die in der nachfolgender Tabelle zusammengestellten vereinfachten Regeln angeben:
 
nFK in (%)    Pflanzenentwicklung

< 30              die Pflanze steht unter Wasserstress, mit 
                     Ertragseinbußen ist zu rechnen

30 - 50          noch ausreichende Wasserversorgung der 
                     Pflanzen

50 - 80          optimales Wasserangebot

80 - 100        Beginn der Überversorgung, Gefahr von
                     Sauerstoffmangel

> 100            Überversorgung und Sauerstoffmangel
 

Um aus dieser relativen Mengenangabe konkrete quantitative Mengen in mm zu bekommen, muss das Wasser über die gewünschte Bodenschicht (hier 60 cm) aufsummiert werden, wobei 10 Vol % über 10 cm Tiefe 10 mm Wasser ergibt.


Berechnung der Bodenfeuchte

Das Modell AMBAV ist ein Wasserbilanzmodell, wobei der Niederschlag und der kapillare Aufstieg als Wasserquellen und die Versickerung sowie die Verdunstung als Wassersenken auftreten können. Um exakt bilanzieren zu können, muss die Wechselwirkung Boden - Pflanze und Pflanze - Luft möglichst genau beschrieben werden.

Der jeweilige Boden mit seinen charakterisierenden Bodenkenngrößen wie Feldkapazität, Welkepunkt, Bodendichte sowie Pflanzenart sind fest vorzugebende Randbedingungen. Zum Startzeitpunkt des Modells muss die momentane Pflanzenentwicklung in Form von Höhe, Blattflächenindex, Durchwurzelungstiefe und -dichte sowie die Wasserverteilung im Boden angegeben werden.

Das Wachstum der Pflanzen wird mit Hilfe von phänologischen Phasen simuliert, die von ca. 500 Beobachtern zeitnah zugemeldet werden. Mit fünf über den Pflanzenzyklus verteilten Pflanzenphasen wird eine genormte Pflanzenentwicklung abgeleitet.

Als weitere variable Einflussgröße fließt das Wetter in Form von Strahlungs-, Niederschlags-, Wind-, relativer Feuchte- und Temperaturwerten in das Modell ein. Besonders schwierig sind die Wasserbewegungen im Boden zu simulieren, denn zum einen wird je nach Wurzeldichteverteilung und Bodenwassergehalte den 10 cm dicken Bodenschichten Wasser entzogen und zum anderen das Bodenwasser je nach Bodenart und Wassergehalt vertikal in den Bodenschichten verlagert.

Neben den äußeren meteorologischen Rahmenbedingungen ist auch das momentane Bodenwasser bzw. pflanzenverfügbare Wasser für die Höhe der (tatsächlichen) Verdunstung verantwortlich. Bei nahezu ausgetrockneten Böden geht die tatsächliche Verdunstung gegen Null und die Pflanzen können bei ungünstigen Witterungsbedingungen (hohe potenzielle Verdunstung) förmlich auf dem Acker verbrennen.


© Deutscher Wetterdienst, Offenbach
Alle aktuellen Wetterwerte und Wetterprognosen ohne Gewähr | Quelle: www.wetter.net