MODELLIERUNG DES WASSERHAUSHALTES EINER REBANLAGE ... · Ansätzten des Irrigation and Drainage Paper No.56 der FAO, der CN-Methode des Soil Conservation Service des Landwirtschaftsdepartements

HOCHSCHULE WÄDENSWIL

ZÜRCHER FACHHOCHSCHULE

MODELLIERUNG DES WASSERHAUSHALTES EINER REBANLAGE

HINSICHTLICH KÜNSTLICHER BEWÄSSERUNG

DIPLOMARBEIT

von

Wellinger Roger

Diplomstudiengang 2000

Studienrichtung Hortikultur

Datum der Ausgabe: 16. Januar 2004

Fachkorrektoren:

Dr. Wolfgang Patzwahl

Fachhochschule Wädenswil, Wädenswil

Dr. Georg Hörmann

Universität Kiel, Kiel

Modellierung des Wasserhaushaltes einer Rebanlage

Dank

Als ers tes möchte ich meinem König und Er löser Jesus Chr is tus, dem Sohn Got tes ,

danken. Ohne Ihn hät te ich d ieses S tudium n icht absolv ieren können:

Mi t 17 Jahren Lehre abgebrochen und für mehr a ls 1 Jahr s ta t ionär

in e ine psychiat r ische Kl in ik e ingewiesen. Resul ta t : 6 ½ Jahre

stärks te psychopharmaka Abhängigkei t und 80 % Inval idenrente

Bezüger . Mi t 20 Jahren erkannt , dass Jesus Chr is tus d ie Antwor t

me ines Lebens is t . Tota le Fre ihe i t von Psychopharmaka mi t 23

Jahren. E in Jahr später Beginn der Landschaf tsgär tner Lehre mi t

Abschluss im Al ter von 28 Jahren . Besuch der

Berufsmatur i tä tsschule mi t 30 und anschl iessendes Studium an der

Fachhochschule Wädenswi l ; Fachr ichtung Hor t iku l tur .

Herrn Prof . Bur lando vom Hydro log ischen Inst i tu t der ETH-Zür ich. Für se ine Hi l fe und

einen Auszug aus se inem Skr ip t bezügl ich der SCS-CN-Methode.

Der F i rma Agro lab Swiss GmbH für d ie Analyse der Bodenproben zu e inem

symbol ischen Pre is .

MeteoSwiss für d ie kosten lose Abgabe der Niederschlagswer te über 15 Jahre für d ie

Stat ion Wädenswi l sowie d ie ef fekt iv gemessene Sonnenscheindauer .

Meiner Freundin, Annie, für ihre Hi l fe be im Ausheben des Bodenprof i ls , der

Vorkorrek tur d ieses Skr ip ts und ihrem Interesse an d ieser Arbei t .


Zusammenfassung

Nimmt d ie g lobale Kl imaerwärmung wei terh in zu, wi rd auch für e in ige Rebanlagen in

der Schweiz e in Bewässerungsmanagement notwendig. Waren b is anhin nur e in ige

wenige Rebanlagen im Zent ra l -Wal l is und Anlagen mi t jungen Reben auf e ine

künst l iche Bewässerung angewiesen, werden in Zukunf t vermehr t auch ä l tere

Rebanlagen in den anderen Tei len der Schweiz , auf e ine Bewässerung angewiesen

sein. Der Sommer 2003 hat d ies deut l ich vor Augen ge führ t .

D iese Arbei t hat te zum Zie l , e in e in faches Speichermodel l zum

Bodenwasserhaushal t zu va l id ieren und a ls Grundlage für e ine

Bewässerungsaus lösung zu verwenden. Das Model l SIMPEL von Dr . G. Hörmann

wurde dazu ausgewähl t . Im Laufe der Arbei t wurde jedoch k la r, dass SIMPEL für den

Einsatz in e inem Weinberg n icht ausre ichte. Im fo lgenden wurde das Model l mi t

Ansätz ten des I r r igat ion and Dra inage Paper No.56 der FAO, der CN-Methode des

Soi l Conservat ion Serv ice des Landwir tschaf tsdepar tements der USA und

weinbaul ichen Erkenntn issen , sowie der Referenz-Evapotransp i ra t ionsgle ichung der

FAO erwei ter t . Daraus Ents tanden is t V . I .T . I .S . , was e inerse i ts für V ineyard I r r igat ion

Through Improved SIMPEL, und anderse i ts für V i t is sp. , der la te in ische

Gat tungsname der Weinrebe, s teht .

V . I .T . I .S . benöt ig t d ie K l imadaten Temperatur (m in. und max. ) , N iederschlag,

ef fekt ive Sonnenscheindauer , re la t ive Luf t feuch te (min. und max. ) , Wind und d ie

Taupunk t temperatur , sowie den Leaf Area Index und d ie Bodenparameter

Fe ldkapazi tä t und nutzbare Feldkapaz i tä t , um den Wasserhaushal t des Bodens zu

berechnen, um dann bei Bedar f e ine Bewässerung auszulösen.

Die durch V. I .T . I .S. model l ier te Boden-Wasser-B i lanz wurde anhand von

Bodenfeuchtedaten, welche durch C-Probe Sonden erhoben wurden, kont ro l l ie r t .

Le ider t ra ten Unst immigkei ten be i der Datenausgabe der C-Probe Sonden auf , so

dass das Model l n icht e indeut ig k lass i f iz ier t werden konnte.

V . I .T . I .S . hat im Lauf der Versuchsphase vom 01.06.03 b is 31.10.03 sechs

Bewässerungen ausgelöst und e ine verh inder t , da d iese in e inem für d ie

Traubenqual i tä t ungünst igen Zei t raum stat tgefunden hät te .

Schlüsselwür ter : Boden-Wasser-B i lanz; Spe ichermodel l ; Bewässerung; Rebanlage


Abstract

I f the g lobal warming cont inues to inc rease i t w i l l be necessary to in t roduce an

ir r igat ion management for some v ineyards in Swi tzer land. Even i f so far on ly a few

vineyards in the Centra l Vala is and v ineyards wi th young v ines were depending on

ar t i f ic ia l i r r iga t ion, in fu ture more and more o lder v ineyards in the other par ts o f

Swi tzer land wi l l depend on i r r igat ion , too. The summer 2003 has shown th is qu i te

c lear ly .

This thes is a ims at va l idat ing a s imple s torage model for the so i l water

balance and us ing i t as bas is o f an i r r igat ion re lease. The model SIMPEL by Dr . G.

Hörmann has been chosen for th is purpose. However , in the course of the work i t

became c lear that S IMPEL does not suf f ice the appl icat ion in a v ineyard. In the

fo l lowing the model was enlarged wi th approaches of the I r r igat ion and Dra inage

Paper no. 56 of the FAO, the CN method of the Soi l Conservat ion Serv ice of the

Min is t ry o f Agr icu l ture in the USA and v in icu l tura l ins ights as wel l as wi th the

reference evapot ranspi ra t ion equat ion of the FAO. Out o f th is resu l ted V . I .T . I .S . ,

wh ich on the one hand s tands for “V ineyard I r r igat ion Through Improved SIMPEL” and

on the other hand for V i t is sp. , the Lat in gener ic name of the v ine.

V . I .T . I .S . needs the fo l lowing ambient data: temperature, prec ip i ta t ion,

ef fect ive sunshine hours , re la t ive humid i ty and the dew point temperature as wel l as

the Leaf Area Index and the so i l parameters f ie ld capac i t iy and usable f ie ld capaci ty

to ca lcu la te the water ba lance of the so i l and then - i f necessary - to act ivate the

ir r igat ion.

The so i l water ba lance which was shaped by V. I .T . I .S. has been cont ro l led

by means of so i l humid i ty data , which were co l lec ted wi th C tes t probes .

Unfor tunate ly there were d isc repanc ies in the data ou tput o f the C tes t p robes, so

that the model l could no t be c lass i f ied c lear ly .

In the course of the exper iment f rom 1s t June to 31 s t October 2003

V. I .T . I .S.has act ivated s ix i r r igat ions and prevented one, because th is one would

have taken p lace in a per iod which would have been d isadvantageous for the grape

qual i ty .

key words : so i l water ba lance; mode l l ing/shaping; i r r igat ion; v in icu l ture


Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung.............................................................................................................................................1

2. Therorieteil...........................................................................................................................................2

2.1 Wasserhaushalt einer Rebanlage........................................................................................................2

2.1.1 Niederschlag............................................................................................................................3

2.1.2 Interzeption..............................................................................................................................3

2.1.3 Bestandesniederschlag............................................................................................................4

2.1.4 Infiltration.................................................................................................................................5

2.1.5 Oberflächenabfluss..................................................................................................................6

2.1.6 Evaporation..............................................................................................................................6

2.1.7 Bodenwasser...........................................................................................................................8

2.2 Wasserverlust durch die Bepflanzung (Transpiration).........................................................................9

2.2.1 Wasserbedarf und Wasserverbrauch der Rebe.......................................................................9

2.2.2 Transpiration der Rebe..........................................................................................................10

2.2.3 Begrünung.............................................................................................................................12

2.3 Bewässerung.....................................................................................................................................13

2.3.1 Bewässerung von Rebanlagen in der Schweiz......................................................................13

2.3.2 Bewässerungstechniken im Rebbau......................................................................................14

2.4 Bestimmung des Zeitpunktes der Bewässerung...............................................................................15

2.4.1 CWSI – Crop Water Stress Index..........................................................................................15

2.4.2 Summierung der Globalstrahlung..........................................................................................15

2.4.3 Trocknung von Bodenproben.................................................................................................15

2.4.4 Einsatz von Bodenfeuchte-Messgeräten...............................................................................16

2.4.5 Modellierung der Wasserbilanz..............................................................................................16

2.4.6 Der optimale Zeitpunkt...........................................................................................................16

2.4.7 Einfaches Ablaufschema.......................................................................................................17

2.5 Quantität der Bewässerung...............................................................................................................18

2.6 Modellierungen..................................................................................................................................18

2.6.1 Evapotranspiration.................................................................................................................18

2.6.2 Evapotranspirations Konzepte...............................................................................................19

3 Material..............................................................................................................................................21

3.1 Versuchsstandort...............................................................................................................................21

3.2 Phänologie und Witterung.................................................................................................................21

4 Methoden...........................................................................................................................................23

4.1 Erhobene Klimadaten........................................................................................................................23

4.2 Berechnung des Blattflächenindex [LAI]............................................................................................23

4.3 Messung der Bodenfeuchte...............................................................................................................24

4.4 Bodenprofil.........................................................................................................................................25

4.5 Bodenproben.....................................................................................................................................25

4.6 Evapotranspirationsgleichung............................................................................................................26

4.6.1 Kc-Wert der Rebe..................................................................................................................27

4.6.2 Kc-Wert der Begrünung.........................................................................................................27

4.6.3 Einbindung der Begrünung....................................................................................................28

4.6.4 Wasserstress-Faktor (Ks) und bereinigter Kc-Wert...............................................................28

4.7 Oberflächenabfluss; SCS-CN Methode.............................................................................................29

4.8 Blatt-Interzeptionsmodell...................................................................................................................31

4.9 Bodenwasser-Bilanz; SIMPEL – ein einfaches Speicher-Modell.......................................................31

4.10 V.I.T.I.S.; resultierendes Modell aus SIMPEL, FAO-Empfehlungen, CN-Methode und

weinbaulichen Erkenntnissen............................................................................................................32

4.10.1 Klima_Boden_Daten..............................................................................................................33

4.10.2 LAI_Zeitreihe..........................................................................................................................34

4.10.3 FAO_Pmon............................................................................................................................35

4.10.4 V.I.T.I.S._Prog.......................................................................................................................37

4.10.5 Änderungen und Anpassungen im SIMPEL..........................................................................39

4.10.6 Auslösung der Bewässerung.................................................................................................39

5 Ergebnisse.........................................................................................................................................41

5.1 Erfassung LAI....................................................................................................................................41

5.2 Bodenprofil.........................................................................................................................................41

5.3 V.I.T.I.S..............................................................................................................................................42

5.3.1 Vergleich C-Probe-Werte mit den Ausgabewerten des Modells............................................43

5.3.2 Auslösung der Bewässerung.................................................................................................44

6 Diskussion.........................................................................................................................................45

6.1 Differenzen zwischen den Werten der C-Probe Sonden und denen des Modells.............................45

6.2 Eignung von V.I.T.I.S. für den Einsatz im Bewässerungsmanagement einer Rebanlage.................47

6.3 Weitere Schritte und Aussichten........................................................................................................48

Literaturverzeichnis............................................................................................................................49

Anhang1: Formeln des Arbeitsblattes V.I.T.I.S._Prog.......................................................................50

Anhang2: Kleines User Manual für V.I.T.I.S......................................................................................56

Modellierung des Wasserhaushaltes einer Rebanlage 1

1. Einleitung

40% der Wel twei t produz ier ten Nahrungsmi t te l bas ieren auf e iner künst l ichen

Bewässerung. Auch der Weinbau is t in v ie len Regionen der Wel t ohne e ine künst l iche

Bewässerung undenkbar . Für d ie Schweiz g i l t das vorers t nur für e in ige wenige

Regionen im Zentra l -Wal l is und für junge Reben auf f lachgründigem Boden. Die

g lobale Kl imaerwärmung wi rd jedoch dazu bei t ragen, dass der Ante i l an zu

bewässernden Rebanlagen in der Schweiz zunehmen wi rd. Der Sommer 2003 war da

ein per fek tes Beisp ie l .

Sol l e in Bewässerungsmanagement s innvol l geführ t werden, müssen

Kenntn isse über den Wasserhaushal t des Bodens vor l iegen. Das heiss t , es muss

bekannt se in , wiev ie l Wasser im Boden gespeicher t is t und wiev ie l davon für d ie

Pf lanze ver fügbar is t . Es g ib t verschiedene Methoden, d ie den Wassergehal t im

Boden messen. Die Genausten s ind Die jen igen, welche e lek t romagnet ische Wel len

durch den Boden senden und anhand der Laufze i t (Sender / Empfänger) den

Wassergehal t er rechnen. Daneben g ib t es auch Tensiometer , Gipsblöcke und wei tere

Ver fahren. A l le d iese Methoden haben den Nachte i l , dass s ie sehr loka l

funk t ion ieren. Das heisst , dass wenn d ie Bodencharakter is t iken in der se lben

Rebanlage unterschied l ich s ind, d iese auch mi t Messgeräten ausgestat te t werden

müssen. Dies is t e ine sehr kostsp ie l ige Angelegenhei t .

D ie Berechnung des Wassergehal ts anhand der Evapotranspi ra t ion und

einem e infachen Speichermodel l is t e ine in teressante Al ternat ive. Nebst dem, dass

nur K l ima- und e in ige Bodenkenndaten benöt ig t werden, hat es den Vor te i l be l ieb ig

erwei ter t zu werden, um wechselnden Bodentypen Rechnung zu Tragen. Ausserdem

is t es sehr günst ig . Und im Fal le von dem in d ieser Arbei t entwicke l ten , sogar f re i

ver fügbar .

Nebs t der Frage wiev ie l Wasser im Boden gespeicher t is t , beschäf t ig t den

Weinbauer , d ie Weinbäuer in auch d ie Frage, in welchem phänolog ischen Stadium der

Wassers t ress eventuel l s ta t t f indet . E in moderater Wasserst ress , 5 – 6 Wochen nach

der B lüte, wäre wünschenswer t . Aber auch kurz vor der Lese dar f n icht e in

Überschuss an Wasser im Boden vor l iegen, da sonst d ie osmot ischen Kräf te in den

Trauben das Wasser an s ich z iehen würden und evt l . d ie Beeren zum P latzen

br ingen. Somi t s ind Sperr f r is ten fü r d ie Bewässerung von Nöten.

Z ie l d ieser Arbei t war e in bes tehendes Speichermodel l zu va l id ieren und für

den E insatz e iner küns t l ichen Bewässerung e inzusetzen. Im laufe der

Auseinadersetzung mi t dem Model l und den Ansprüchen e iner Rebanlage wurde

jedoch bald k lar , dass das ausgewähl te Model l d iesen Ansprüchen n icht s tandhal ten

konnte. Dies führ te dazu , dass aus dem gewähl ten Model l e in neues, erwei ter tes

Model l hervor gegangen is t .


2. Theorieteil

2.1 Wasserhaushalt einer RebanlageBei e iner Bet rachtung und Zus tandsbeur te i lung des Wasserhaushal tes von

Landschaf ten und Landschaf ts te i len wi rd von F luss- oder Bach-Einzugsgebieten

ausgegangen (Wohl rab e t a l . , 1992) . Jedes Einzugsgebiet kann a ls e in ind iv iduel les

Sys tem (Abb.1) angesehen werden. Verschiedene F lüsse und Speicher wandeln den

Input (Niederschlag) in e inen Output (Evaporat ion und Abf luss) um (Ward und

Robinson, 2000) . D ies g i l t auch für d ie Bet rachtung e iner Rebanlage. In d ieser Arbei t

wurde das In teresse auf den Boden a ls Spe icher von pf lanz l ich ver fübarem Wasser

gelegt . Der kapi l lare Aufs t ieg des Grundwassers sowie der Zwischenabf luss und d ie

Einwirkung des Ober f lächengewässers wurden aus Gründen der Komplex i tä t

ausgegerenz t .

Abb.1: Hydrologisches System. Rot eingegrenzt sind die in dieser Arbeit einbezogenen Faktoren. (Abbildung übernommen aus Principles of Hydrology)

Niederschlag

Inte

rze

ptio

n

Tra

nsp

iratio

n

Bestandesniederschlag

Oberflächenabfluss

Zwischenabfluss

Infilttration

Ka

pila

rer

Au

fstie

g

Kapilarer Aufstieg

Absickerung

Vegetation

Oberfläche

Bdenwasser

Grundwasser

Evaporation

Gru

nd

wa

sse

ra

bflu

ss

Zufluss

Ob

erf

läc

hen

wa

sse

r

Abfluss

Verlust

Wurzelaufnahme


2.1.1 Niederschlag

Nach Wohl rab et a l . (1992) lässt s ich der Niederschlag wie fo lg t unterscheiden:

- fa l lende Niederschläge: Regen und Schnee (ausserdem Hagel und Graupel ) ;

-abgesetz te Niederschläge: Tau, Rei f und Nebeln iedersch läge;

-aufgewirbe l te Niederschläge: Windbedingte Umlagerung von zunächst

abgelager tem Schnee.

Der massgebende Input des Wasserhaushal tes e iner Rebanlage s te l l t der fa l lende

Niederschlag dar . D ieser kann in e ine f lüss ige und e ine fes te Form (Regen bzw.

Schnee) unter te i l t werden. Während e in Regenere ign is unmi t te lbar auf den

Wasserk re is lauf e inwi rk t , kann Schnee über e ine längere Zei t au f der Boden- und

Bestandesober f läche l iegen b le iben und ers t mi t s te igenden Temperaturen und dem

damit verbundenen Schmelzen auf den Wasserhaushal t e inwi rken. Hagel n immt e ine

Sonders te l lung e in , da er zwar a ls feste Phase fä l l t , aber durch d ie meis t deut l ich

über dem Nul lpunkt l iegenden Temperaturen unmi t te lbar schmi lz t und somi t wie e in

starkes Regenere ign is wi rken kann (Ward und Robinson, 2000) .

Für d ie Rebanlagen des Schweizer Mi t te l landes, zu welcher auch d ie

Versuchsanlage in der Au gehör t , s ind d ie Mengen an gefa l lenem Schnee bezügl ich

der Speicherung von Wasser im Boden n icht gross von Bedeutung. Die meis t

ausgieb igen Regenfä l le vom Herbs t b is zum Frühjahr re ichen meis t be i wei tem aus,

um d ie Böden mi t Wasser zu sät t igen.

Aus oben erwähnten Gründen wi rd fo lgend nur noch Regen a ls

Wasserzuf luss in d ie Rebanlage ver fo lg t . D ies weicht vom a l lgemeinen

hydro log ischen Vers tändnis ab, is t jedoch für d iese Arbei t s innvol l und beschränkt

s ich auch auf d iese.

2.1.2 Interzeption

Fä l l t Regen auf e ine Rebanlage, ge langt nur e in Tei l davon auf den unbewachsenen

Boden. Abhängend von der Dichte und Ar t der Vegetat ionsdecke wi rd e in Tei l des

Regenwassers auf den Blä t tern und dem Geäst abgefangen und temporär

gespeicher t . E in iges davon, ze i tweise auch a l les , unter l iegt der Evaporat ion und

gelangt zurück in d ie A tmosphäre.

Fo lgende Fak toren haben E inf luss auf den In terzept ionsver lus t e iner

Vegetat ion:

-Regendauer und - in tens i tä t

-Zus tand der Vegetat ion ( t rocken oder schon nass be i Regenbeginn)

-Blat t f läche (LAI)

-Windgeschwindigkei t


-Trop fgrösse des Regens

-Ar t und Morpholog ie der Vegetat ion

Der In terzept ionsver lust is t n icht zu vernachläss igen. Die Annahme, dass

durch d ie Benässung der B lät ter d ie Wasseraufnahme der Pf lanzen verminder t w i rd

oder gar unterb le ib t und deshalb d ie Wasserb i lanz neutra l b le ib t , konnte wider leg t

werden (Ward und Robinson, 2000) . Wohl rab et a l . (1992) ber ichten, dass für e ine

Maisku l tur m i t e inem LAI von 9 be i e inem Einzel regenere ign is von 10 mm der

In terzept ionsverduns tungs-Ver lust nahezu 40% betragen kann. Für e ine Rebanlage

wird s ich jedoch der Ver lust n icht in d ieser Höhe bewegen.

2.1.3 Bestandesniederschlag

Der durchfa l lende Regenante i l , und der somi t für d ie Wasserb i lanz wi rksame Tei l ,

wi rd Bes tandesniederschlag genannt . D ieser setz t s ich zusammen aus dem durch d ie

Vegetat ion fa l lenden Regen, dem Regen der ze i t l ich verzöger t von Pf lanzente i len

abtropf t und dem Stammabf luss ( in terzept ier tes Wasser , welches durch Überschuss

am Stamm oder Stengel ent lang zum Boden läuf t ) .

Abb.2: Bestandesniederschlag definiert als die Differenz zwischen Freilandniederschlag und Interzeptionsverlust. Der Bestandesniederschlag setzt sich aus Kronendurchlass und Stammablauf zusammen.

Freilandniederschlag

Kronendurchlass

InterzeptionsverlustInterzeptionsverlust

Stammablauf

Bestandesniederschlag


2.1.4 Infiltration

Mit In f i l t ra t ion wi rd das Eindr ingen von Wasser in den Boden bezeichnet . D ie

Intens i tä t der In f i l t ra t ion wi rd durch d ie In f i l t ra t ionsrate mi t der E inhei t mm pro

Ze i te inhei t gekennzeichnet (Wohl rab et a l . , 1992) . D ie maximale Rate, be i welcher

Wasser in den Boden in f i l t r ier t , w i rd a ls In f i l t ra t ionskapazi tä t bezeichnet . Wird d iese

durch d ie Regenintens i tä t überschr i t ten, kommt es zum Ober f lächenabf luss . Die

Inf i l t ra t ionskapaz i tä t e ines Bodens n immt im Laufe e ines Regenere ign isses genere l l

ab. Zuerst schnel l , anschl iessend langsamer b is s ie s ich auf e inem für den Boden

typ ischen Wert s tab i l is ier t . D iese Abnahme der In f i l t ra t ionskapazi tä t wi rd durch

fo lgende Faktoren best immt (Ward und Robinson, 2000) :

-Verschlämmung des Bodens (Verstopfung von Poren durch Feinpar t ike l ,

we lche durch d ie Regentrop fen gelöst und ver f rachtet werden) ;

-d ie abwär ts ger ichtete Wasserbewegung im Boden;

-Reduzierung des Wasserpotent ia ls

-und je nach Ar t d ie Kul t iv ierungs-Technik

Die Vegetat ion tendier t dazu, d ie In f i l t ra t ionskapazi tä t durch d ie Verzögerung der

Ober f lächenwasserbewegung zu erhöhen. Wei ter s tab i l is ier t d ie Vegetat ion lose

Bodenpar t ike l , reduz ier t d ie Verd ichtung durch auf fa l lende Regentropfen und

verbesser t d ie Bodenst ruktu r (Ward und Robinson, 2000) .

Für d ie In f i l t ra t ions fäh igkei t der Rebanlage s ind vor a l lem d ie Grösse und

Ver te i lung der Bodenporen von Bedeutung. Während in den Mikroporen (<2mm

Porendurchmesser) das Wasser durch Kapi l lark rä f te mi t S ickergeschwindigkei ten von

ca. 0 ,5mm/min bewegt wi rd , bewegt s ich das Wasser in den Makroporen (>2mm

Porendurchmesser) spannungsf re i und mi t S ickergeschwindigkei ten von b is zu

mehreren Zent imetern pro Sekunde (Wohl rab et a l . , 1992) . D ie In f i l t ra t ion im

Makroporensystem kann jedoch ers t dann e insetzen, wenn d ie In f i l t ra t ionskapazi tä t

überschr i t ten wi rd , das he isst , wenn s ich e in Wasser f i lm auf der Bodenober f läche

bi ldet . D ies geschieht hauptsächl ich während s tarker Niederschläge oder be i

künst l icher Bewässerung (Ward und Robinson, 2000) .

Tab.1: Einteilung von Infiltrationsraten in Klassen (aus Landschaftswasserhaushalt, 1992)

Infiltrationsrate sehrgering

gering gering bismittel

mittel mittel bishoch

hoch sehr hoch

in mm/min <0,017 0,0170,083 0,0830,35 0,351,04 1,042,1 2,14,2 >4,2

in cm/Tag <2,5 02.05.12 01.12.50 50150 150300 300600 >600


2.1.5 Oberflächenabfluss

Wasser f l iesst ober f läch l ich meis t in k le inen Rinnen oder auch a ls laminare Schicht

ab, und s teht somi t dem Boden a ls Speicher n icht zur Ver fügung. Der

Ober f lächenabf luss wi rd hauptsächl ich durch fo lgende Mechanismen gekennzeichnet :

(a) hor tonscher Ober f lächenabf luss, (b) Sät t igungs-Ober f lächenabf luss , und (c)

Ober f lächenzustand (Mishra und S ingh, 2003) .

Der hor tonsche Ober f lächenabf luss f indet dann s ta t t , wenn d ie In tens i tä t

e ines Regenere ign isses d ie In f i l t ra t ionskapazi tä t überste ig t . (Zu berücks icht igen is t

d ie in 2 .1.4 genannte In f l i t ra t ion durch d ie Makroporen, welche ers t be i der

Überschre i tung der In f i l t ra t ionskapaz i tä t e insetz t ) . Nomalerweise setz t d ieser Abf luss

am Anfang e ines s tarken Regens e in , wenn der Boden t rocken is t .

Is t der Boden durch e in vorangehendes oder e in aktue l les Regenere ign is

gesät t ig t , w i rd jeder zusätz l iche Regenfa l l in Ober f lächenabf luss umgewandel t .

Mechanismen wie e inerse i ts Verkrus tung der Ober f läche durch d ie

Aufpra l lenerg ie der Regent ropfen oder F lächeneros ion und andererse i ts gef rorener

Boden führen ebenfa l ls zu Ober f lächabf luss. Is t e ine Rebanlage begrünt , f indet ke ine

oder nur sehr ger inge Verkrus tung der Bodenober f läche s tat t . Somi t kann d ieser

Fak tor vernachläss ig t werden.

Der Ober f lächenabf luss wi rd wei ter beeinf luss t durch d ie Neigung und Form des

Hanges, d ie Bodenar t , den Grad der Vegetat ionsbedeckung, d ie S t reuauf lage der

Aggregatss tab i l i tä t , d ie Vor feuchte des Bodens , das Porenverhäl tn is und den

Humusgehal t des Oberbodens.

2.1.6 Evaporation

Genere l l beschre ib t d ie Evaporat ion den Prozess, be i der e ine F lüss igkei t in d ie

Gasform wechsel t . D ie Hydro log ie benutz t d iesen Begr i f f , um den Ver lust von Wasser

durch d ie Umwandlung in se ine Gasform auszudrücken. D iese Umwand lung f indet

immer an e iner Ober f läche s tat t . Sei d ies of fenes Wasser , o f fener Boden oder

Vegetat ion (Ward und Rob inson, 2000) . Vere in fach t ausgedrück t f indet d ie

Evaporat ion wie fo lg t s ta t t : D ie Moleküle im Wasser , se i d ies e in See oder e ine dünne

Schicht um e inen Bodenpar t ike l , s ind s tändig in Bewegung. Wird Wärme zum Wasser

dazugegeben, erhöht s ich der Engerg iegehal t der Moleküle und somi t

Geschwindigkei t , mi t der s ie s ich bewegen. Die Folge is t d ie Vergrösserung der

Dis tanz zwischen den e inzelnen Wassermolekülen und e ine Schwächung der

Bindungen zwischen ihnen. Bef indet s ich nun e ine Luf tsch icht über der

Wasserober f läche, welche n icht gesät t ig t is t , entweichen Wassermoleküle aus dem

Wasser in d ie Luf tsch icht (Ward und Robinson, 2000) . Der Par t ia ldruck von

Wassermolekülen in der Luf t w i rd a ls Wasserdampfdruck bezeichnet . D ie Höhe der

Evaporat ion hängt zu jeder Zei t von der Menge der verdampf ten Wassermoleküle in

d ie A tmosphäre und der Menge der kondensier ten Moleküle aus der A tmosphäre ab


(Abb.4) . Während d ie ers te von der Temperatur abhängt , is t d ie zwei te vom

Wasserdampfdruck über der Ober f läche abhängig. Dr ingen mehr Moleküle von der

Wasserober f läche in d ie Atmosphäre e in a ls Moleküle aus der A tmosphäre in d ie

Wasserober f läche e indr ingen, f indet d ie Evaporat ion s ta t t . Bei umgekehr tem

Verhäl tn is f indet demzufo lge d ie Kondensat ion s ta t t . Aus der oben s tehenden

Bet rachtung lässt s ich nachvol lz iehen, dass d ie Evaporat ion durch d ie zwei Faktoren

Thermodynamik und Aerodynamik kon t ro l l ie r t w i rd .

In Kap. 1 .2.1 wurde bere i ts auf d ie Evaporat ion von in terzept ier tem Wasser e iner

Vegetat ion h ingewiesen. Zusätz l ich f indet d ie Evaporat ion auch d i rekt über d ie

Pf lanze s tat t : D ie Transpi ra t ion, auf welche in Kap. 2 .2 .3 e ingegangen wi rd. Sol l d ie

gesamte Verdunstung von Wasser e ines Standor tes ausgedrückt werden, a lso von

Boden- und Wasserober f lächen und der Transpi ra t ion, wi rd o f t der Begr i f f

Evapotranspi ra t ion gebraucht .

Da d ie Rebanlage n icht im Zusammenhang mi t o f fenem Wasser s teht und auf

d ie Transpi ra t ion später e ingegangen wi rd, wi rd h ier nur d ie Evaporat ion von of fenem

Boden grob er läuter t . Obwohl d ie Verdampfung von Wasser auf Bodenpar t ike ln den

gle ichen Gesetzmäss igkei ten wie der für d ie Evaporat ion von f re ien

Wasserober f lächen unter l iegt , is t d ie Evaporat ionsrate von of fenem Boden un ter

ident ischen meteoro log ischen Kondi t ionen of t k le iner . Der Wassergehal t der obersten

Schicht des Bodens is t h ier ausschlaggebend. Die Evaporat ionsrate n immt nach

einem Regenere ign is schnel l ab, para l le l zum Abtrocknen der obersten Schicht des

Bodens. Dies kann bei s ta rkem Abtrocknen b is zum tota len Unterb le iben der

Evaporat ion führen (Ward und Robinson, 2000) . Is t ke ine Vegetat ion vorhanden, kann

Wasser nur durch kapi l lare Kräf te aus t ie fer l iegenden Hor izonten an d ie

Bodenober f läche ge langen und verdampfen.

Abb.3: Verdampfung und Kondensation. Die Evaporation ist das Nettoprodukt von Verdampfung minus Kondensation

Verdampfung Kondensation

Wasserdampf

Luftschicht

flüssiges Wasser


Für d ie Rebanlage im Schweizer M i t te l land, welche normalerweise begrünt

is t , is t d ie Evaporat ion von of fenem Boden nur e in k le iner Tei l der

Gesamtevaporat ion. Die Transpi ra t ion der Pf lanzen s teuer t h ier den gröss ten Tei l be i .

Kul turarbei ten, wie z .B. das Öf fnen der Böden, können das Gewicht e twas

verschieben, wobei d ie Gesamtevaporat ion jedoch k le iner wi rd (Gr iebel ,1995) .

2.1.8 Bodenwasser

Ein Bodenvolumen kann in e ine fes te Bodenmat r ix und das Bodenporensystem

gegl ieder t werden. Dar in werden Luf t und Wasser (genauer e ine Lösung, da immer

gelöste Stof fe dar in s ind) t ranspor t ier t . D ie Matr ix und d ie Poren belegen zusammen

je ca. 50% des Volumens. Der Wasser - und Luf thaushal t w i rd s tark durch den

Durchmesser der Poren gesteuer t . Wasser , welches nach Eindr ingen in den

Bodenkörper in d iesem verb le ib t , w i rd Haf twasser genannt . Genere l l kann gesagt

werden, dass der Wasserver lust durch d ie grav i ta t iven Kräf te am höchsten is t , je

grösser d ie Bodenporen s ind. Wasser , das gegen d ie Schwerk raf t im Boden verb le ib t ,

wi rd durch Adsorbt ion an der Ober f läche fes ter Bodenpar t ike l oder a ls Kapi l larwasser

in Kapi l laren und Poren festgehal ten (B lum, 1992) . Der Boden übt in fo lge d ieser

Adsorpt ions- und Kapi l larkräf te e ine bes t immte Saugspannung auf das Bodenwasser

aus. Dieses s teht somi t unter e iner Wasserspannung (Blum, 1992) . In e inem

trockenen Boden, welcher e inen nur noch ger ingen Wassergehal t in dünnen F i lmen

des Adsorpt ionswassers und fe inen Poren des Kap i l la rwassers aufweis t , is t d ie

Wasserspannung am höchsten. Bei e inem lu f t t rockenen Boden kann Wasser be i ca .

220 bar festgehal ten werden (Blum, 1992) . E ine P f lanzenwurzel kann dagegen nur ca.

e ine Saugspannung von 15 bar aufbauen, mi t der s ie der Wasserspannung

entgegenwirken kann.

Abb.4: Wasserspannungskurven eines Sandbodens; eines Lehmbodens und eines Tonbodens

10'000

1'000

100

10

1

0.1

0.01

10 20 30 40 50 60

Wassergehalt [Vol.%]

Wa

sser

spa

nnun

g [

ba

r]

WP

FK

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Sick

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ass

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nFK)Sand

Lehm Ton


Für d ie Qual i f iz ierung des Bodenwassergehal tes e ines Standor tes s ind fo lgende

Begr i f fe zent ra l :

-Fe ldkapazi tä t (FK) : D ie maximale Haf twassermenge, welche s ich nach ca. 2

Tagen bei vo l ler Wassersät t igung e inste l l t . Somi t is t das in Grobporen

vers ickernde Wasser n icht inbegr i f fen. Die Feldkapazi tä t is t von der

Körnung, dem Gefüge, der Ar t der Kol lo ide und des Kat ionenbelages

abhängig.

-Welkepunkt (WP): T r i t t d ie Wasserspannung des Bodenwassers über ca. 15

bar , is t es für d ie meis ten Pf lanzen n icht mehr mögl ich Wasser aus dem

Boden zu entz iehen. Die P f lanzen beginnen permanent zu welken.

-nutzbare Feldkapaz i tä t (nFK) : Das zwischen rund 0,3 und 15 bar ge-

speicher te Wasser wi rd a ls nutzbare Feldkapaz i tä t bezeichnet . Nur Wasser ,

was in d ieser Spanne gespeicher t is t , kann von der Pf lanze aufgenommen

werden. Die maximale Ausschöpfung der nFK hängt von der e f fekt iven

Durchwurzelung ab (Gasser , 1999) .

2.2 Wasserverlust durch die Bepflanzung (Transpiration)

2.2.1 Wasserbedarf und Wasserverbrauch der Rebe

Curr le e t a l . , 1983 grenzen den Wasserbedar f vom Wasserverbrauch dadurch ab,

dass d ie Pf lanze auf Grund ihrer Regulat ionsmögl ichkei ten den Verbrauch s tets nach

dem Wasserangebot ausr ichten . Das heisst , dass d ie Rebe unter Umständen den

Verbrauch so s tark reduz ieren kann, dass ke in Stof fgewinn mehr zustande kommt.

Andererse i ts kann e ine Überversorgung mi t Wasser während der Zel l te i lungsphase

(ers te 4-6 Wochen nach der B lü te) zur Anlage v ie ler Ze l len mi t zusätz l icher

Volumenreserve führen. Dies s te iger t wohl den Er t rag, is t aber der Qual i tä t

entgegenwirkend (Rupp, 2003) . Ebenso is t e in Überangebot von Wasser unmi t te lbar

vor der Rei fe sehr prob lemat isch. Durch d ie osmot ischen Kräf te z iehen d ie

zuckerhal t igen Beeren das Bodenwasser an. Dem Aufp la tzen der Beeren bei guter

Wasserversorgung s teht somi t n ichts mehr im Weg (Reuther , o . A . ) . D ie

entscheidende Frage lautet dementsprechend: Zu welchem Zei tpunkt is t der

Wasserbedar f wie hoch, um e ine Qual i tä tss te igerung und n icht e ine

Quant i tä tsste igerung zu erz ie len.

Der Wasserbedar f der Rebe hängt aber auch von der Sor te , der gewähl ten

Unter lage und der Kul tur technik ab. Ausserdem spie l t d ie Entwick lungsphase der

Rebe e ine Rol le . So wi rd nach Für i und Kozma (1977) vom Aus t r ieb b is zur B lüte 17 –


20% , von der B lüte b is zum Weichwerden der Beeren 31 – 49% , vom Weichwerden

der Beeren b is zur Lese 20 – 26% und von der Lese b is zum Ende der Vegetat ion 8 –

31% des Wassers benöt ig t . E ine abschl iessende, quant i ta t ive Angabe über den

Wasserverbrauch der Rebe is t demzufo lge nur grob mögl ich. In der L i teratur

schwanken d ie Mengen doch zum Tei l erhebl ich (Curr le e t . a l , 1983) . M i t e inem Mi t te l

von ca. 500 mm s ind d ie meis ten Angaben abgedeckt .

2.2.2 Transpiration der Rebe

Wasser , das d ie Pf lanze zuvor dem Boden entzogen hat , w i rd vorwiegend über d ie

Blät ter , zu e inem k le inen Tei l auch über d ie sonst igen g rünen Tei le und b is zu e inem

gewissen Stadium (Traubenschluss) über d ie Beeren verdampf t . Wie in Kap. 2 .1.6

bere i ts erwähnt , is t d ie Transpi ra t ion d ie Hauptursache für das Abtrocknen e ines

begrünten Bodens unter fernb le ibenden Niederschlägen. Das Dampfdruckgefä l le von

Pf lanze zur A tmosphäre h in is t verantwor t l ich für d ie Verdampfung von Wasser an

den Gewebeober f lächen. T r i t t Wasserdampf aus e iner Stomata, muss zuers t der

s tomatäre Grenzwiderstand und dann der Grenzschichtwiders tand überwunden

werden. Die Transpi ra t ion bedeutet zwar e inerse i ts e inen Wasserver lust für d ie Rebe,

andererse i ts aber is t s ie für d ie Funkt ion des Transpor tes und der

Temperatur regulat ion uner läss l ich. Durch d ie Verdunstung wi rd zum Be isp ie l e in

Grosste i l der Wärmest rah lung (b is zu 95%, Amirdzhanov 1975; in Curr le e t a l . , 1983)

in Form von Verduns tungskäl te unschädl ich gemacht . Ohne d iese El iminat ion würden

die Blät ter , vor a l lem aber auch d ie Beeren unter hoher E inst rah lung

Sonnenbrandschäden er le iden.

Die E f fekt iv i tä t der T ranspi ra t ion wi rd in der T ranspi ra t ionsrate mi t der

Einhei t [gH 2O/dm 2 /s td ] ausgedrück t und wi rd durch den Öf fnungsgrad der Stomatas

gesteuer t . D iese s tehen in Abhängigkei t zu fo lgenden Faktoren:

-Wassergehal t des Bodens

-Temperatur

-Luf t feucht igke i t

-Luf tbewegung (Wind)

-L icht in tens i tä t

-Kul turmassnahmen

-Unter lage und Sor te

Die Di f ferenz der Transpi ra t ionsrate be i unterschied l ichem Wassergehal t des

Bodens kann zum Tei l bet rächt l ich se in . Rühl (1981; in Cur r le e t a l . , 1983) ber ichtet


bei der Sor te Ries l ing von e iner k le ineren Transpr ia t ionsrate von 56% bei t rockenem

Boden gegenüber e iner guten Wasserversorgung. Genere l l l iegt d ie

Transpi ra t ionsrate von Reben bei feuchtem Boden zwischen 1,1 – 1,4 [gH2 O/dm 2 /s td ]

und bei t rockenen Böden zwischen 0,2 – 0,7 [gH2 O/dm 2 /s td ] .

Normalerwe ise öf fnen s ich d ie Stomatas mi t zunehmender Temperatur . E in

Schl iessen bei hohen Temperaturen wi rd nach Curr le e t a l . (1983) eher auf e inen

Wassermangelef fekt zurückzuführen se in . Im Zusammenhang mi t der Temperatur

sp ie l t auch d ie re la t ive Luf t feucht igke i t der Luf t e ine wicht ige Rol le bezügl ich der

Transpi ra t ionsrate. M i t dem Anst ieg der Temperatur s te ig t auch d ie

Wasseraufnahmekapazi tä t der Luf t s te i l an. Die re la t ive Lu f t feucht igke i t n immt somi t

ab. Dies hat zur Folge, dass das Dampfdruckgefä l le zwischen Pf lanze und

Atmosphäre grösser wi rd und demzufo lge mehr Wasser verdampf t wi rd .

Tr i t t Wasserdampf durch d ie Stomata aus, muss d ieser noch durch d ie

Grenzschicht h indurcht reten. Diese Grenzschicht is t e in dünner unbewegter Luf t f i lm

di rekt über der B lat tober f läche. Ihr Widerstand gegen den aus t re tenden Wasserdampf

is t propor t ional zu ihrer Mächt igke i t . D iese wiederum hängt pr imär von der

Windgeschwindigkei t ab (Taiz und Ze iger , 2000) . Bei Winds t i l le is t d ie Grenzschicht

of t so d ick , dass s ie d ie Transp i ra t ion s tark e inschränk t . E ine Zunahme der

Spal tö f fnungswei te ha t dann nur noch e ine ger inge Auswirkung auf d ie

Transpi ra t ionsrate. Is t jedoch Wind anwesend, verk le iner t s ich d ie Grenzschicht und

der Widers tand gegenüber dem aust retendem Wasserdampf verk le iner t s ich. Die

Spal tö f fnungswei te der Stomata kont ro l l ie r t dann pr imär d ie Wasserabgabe.

Auf d ie Faktoren L icht , Kul turmassnahmen, Unter lage und Sor te so l l nur kurz

e ingegangen werden. L icht bewirk t in der Regel e in Öf fnen der Stomata, is t aber den

oben genannten Fak toren untergeordnet . D ie Kul turmassnahmen sp ie len insofern e ine

Ro l le , a ls dass e ine Ent laubung den s tomatären Di f fus ionswiderstand ern iedr ig t . Da

der Di f fus ionswiderstand e in Tei l der Evapotranspi ra t ionsgle ichung (ET-Gle ichung)

nach Penman is t , g i l t es d ies be i der Auswahl der Daten zu berücks icht igen. Die

Unterschiede der Transpi ra t ionsrate zwischen verschiedenen Sor ten und Unter lagen

sind zum Tei l recht gross, wobei e ine Unter lage tendenz ie l l d ie Transpi ra t ion s te iger t

(Curr le e t a l . , 1983)

Wiev ie l e ine Rebanlage durch d ie Transpi ra t ion an Wasser dem Boden

entz ieht , hängt a lso von d iversen Faktoren und Kombinat ionen d ieser ab . Von

zent ra ler Bedeutung is t e in genaues Schätzen oder Ermi t te ln des Blat t f lächen-

Indexes (wi rd in d ieser Arbei t mi t der engl ischen Abkürzung LAI bezeichnet ; Leaf

Area Index) . D ie Fak toren wie Temperatur , Luf t feuchte, Widers tand und Wind werden

von der ET-Gle ichung berücks icht ig t .


2.2.3 Begrünung

Die Begrünung von Weinbergsböden is t e in wicht iger Bes tandte i l der

Bodenpf legemassnahmen. Neben den Vor te i len e iner Dauerbegrünung, wie z .B. der

Verbesserung der Bodenfruchtbarke i t , der Befahrbarke i t e iner besseren

Inf i l t ra t ions le is tung und des Eros ionsschutzes, is t der grosse Nachte i l der

Wasserkonkurrenz zu beachten. Für Gebiete mi t jähr l ich weniger a ls 500 mm, und

während der Vegetat ionsper iode von Mai b is Ok tober weniger a ls 300 mm

Niederschlag, kann d ie Rebe bei Dauerbegrünung Trockens t ress er le iden (Gr iebel ,

1995) . Dabei sp ie l t natür l ich der Boden mi t se iner Feldkapaz i tä t e ine grosse Rol le .

So kann auch bei höheren Niederschlagsmengen a ls den oben erwähnten 300 mm pro

Vegetat ionsper iode unter e iner n iedr igen Feldkapazi tä t Trockenst ress d ie Folge se in .

Gr iebel (1995) legt d ie Grenze bei e iner nutzbaren Feldkapaz i tä t von 100 mm an. Wie

Abb. 5 veranschaul icht , s ind d ie Niederschlagsmengen für das Schweizer Mi t te l land

für e ine Dauerbegrünung ausre ichend. Ausnahmen b i lden d ie oben erwähnte ger inge

lokale Feldkapazi tä t sowie Ausnahmejahre wie d ies das Jahr 2003 war . Das Wal l is

mi t se inen v ie len Weinbaugeb ie ten bef indet s ich dagegen zum Tei l deut l ich un ter den

geforder ten 300 mm Niederschlag während der Vegeta t ionsper iode. Begrünte

Rebanlagen s ind demzufo lge auch weniger angewandt .

Abb.4: Zwei ausgewählte Standorte für das Schweizer Mittelland (Zürich + Pully) verglichen mit Sion im Wallis. Die Niederschlag und Temperaturverteilung über das Jahr, gemittelt von 1961 bis 1990

Der höhere Wasserverbrauch durch d ie erhöhte Gesamt t ranspi ra t ion e iner

dauerhaf t begrünten Rebanlage l iegt nach Hoppmann und Hüs ter (1988) be i 20 –

25%. Hof fmann et a l . (1994) bestät igen d iesen Mehrverbrauch durch ihre Ermi t t lung

für e inen Standor t in Ge isenheim mi t 22%. Für den Standor t Au bedeutet das, dass


bei e iner Niederschlagssumme von Mai b is Oktober von 779 mm, 155 mm von der

Begrünung t ranspi r ier t werden. Trotz d ieser B i lanz kommt es in e inem Te i l der

Rebanlage Au zu Trockens t resserscheinungen. Die Gründe dafür werden in Kap. 5 .2

er läuter t . H ier anzufügen is t , dass e ine begrünte Anlage e ine höhere In f i l t ra t ionsrate

aufweis t und somi t vor a l lem bei Gewi t ter regen und bei geneigten F lächen Wasser

verminder t ober f läch l ich ab läuf t . Der höhere Wasserverbrauch kann dami t aber n icht

ausgegl ichen werden (Gr iebel , 1995) .

2.3 BewässerungZwischen 1950 und 1999 wurde d ie Nahrungsmi t te lproduk t ion, be i e iner

g le ichzei t igen Zuhnahme der Wel tbevölkerung von 140%, um 141% geste iger t . D ie

Expans ion der ku l t iv ier ten F läche nahm in d iesem Zei t raum nur um 17% zu. Dies war

neben dem E insatz von neuar t igem Saatgut sowie Agrochemikal ien nur durch d ie

Intens iv ierung der bewässer ten Landwir tschaf t mögl ich (S iegf r ied , 2001) . 40% der

Wel ternährung beruhen heute of f iz ie l l auf künst l icher Bewässerung (Lanz , 2002). Das

is t e ine gefähr l iche Abhängigkei t . Wird pess imis t ischen Voraussagen (e.g.

Wor ldwatch Inst i tu te) bezügl ich der we l twei ten Wasserver fügbarke i t geglaubt , w i rd

s ich in den nächsten 20 b is 30 Jahren e ine Wasserknapphei t e inste l len. Dies wi rd

auch den Rebbau in den warmen b is semi-ar iden Gebieten bet ref fen. Länder wie

Aegypten und Is rae l , be ides Länder mi t Weinbau, le iden heute schon unter

Wasserknapphei t . D ieser Mangel wi rd s ich ausdehnen und verschär fen.

In den le tz ten Jahren wurde in der Schweiz (und g lobal ) e ine

Kl imaerwärmung festgeste l l t (Def i la , 2001) . I s t d iese Entwick lung anhal tend, wi rd

auch für den Schweizer Weinbau d ie Frage der Bewässerung, wie d ies das Jahr 2003

zeigte, von grösserer Bedeutung.

2.3.1 Bewässerung von Rebanlagen in der Schweiz

Eine Bewässerung von Rebanlagen f indet in unseren k l imat ischen Bedingungen nur in

spez i f ischen Lagen s tat t . Grossf läch ig wi rd d ie Bewässerung nur in Lagen, wo d ie

Jahresniederschläge unte r 600 – 700 mm l iegen, angewandt (Spr ing,

unveröf fent l icht ) . Das is t in der Schweiz nur in Tei len des Wal l iser Rebberges der

Fa l l . Dor t w i rd regelmässig hauptsächl ich in Lagen, welche von Natur aus über e in

k le ines Wasserreservo i r ver fügen (ober f läch l iche , s te in ige Böden) , bewässer t . D ie

Bewässerung is t in d iesen Lagen e ine sehr a l te Trad i t ion. Jahrhunder te a l te B isses

und Suonen (Bisse du Si l lon in ; 1363, B isse de Claveau; 1443, e tc . ) , welche zum Tei l

a temberaubend an Fe lswänden ent lang geführ t werden, werden auch heute noch zum

Über f lu ten der Rebanlagen genutz t .

In anderen Gebieten is t d ie Bewässerungsnotwendigkei t der Rebe sehr

sporadisch und auf sehr spez i f ische Fäl le , w ie sehr ober f läch l iche Böden und

Junganlagen, begrenz t (Spr ing, unveröf fent l icht ) . In Ausnahmejahren, wie d ies 2003


eines war , kann s ich d ie Bewässerung auf wei tere Tei le der Schweiz ausdehnen.

2.3.2 Bewässerungstechniken im Rebbau

Weltwei t werden verschiedene Techn iken für d ie Bewässerung e ingesetz t . D ies s ind :

Furchen- , Mikrodrehst rah l und Tröpfchenbewässerung, Überk ronenberegnung,

Bass in- , Über f lu tungs- und un ter i rd ische Bewässerung. Ausschlaggebend für den

Entscheid, welches System e ingesetz t wi rd , s ind fo lgende Fak toren:

-Kapi ta l - , Arbei tsaufwand

-Automat is ierung

-Wasserver luste

-Hanglagen

-Minera ldüngung

Tab.2: Übersicht über die verschiedenen Bewässerungssysteme und ihre Vor und Nachteile

BewässerungsSystem

AutomatischeSteuerung

Hanglagen Mineraldüngung Wasserverlust Arbeits(a)Kapital(k)

aufwand

Furchen Hoch 1) a

Tröpfchen + + + gering k

Überkronenberegnung + + + hoch k

Mikrodrehstrahl 2) + + + gering k

Bassin 3) + gering a

Unterirdisch + ? + gering k

Überfluten 4) hoch a

1) Verminderung durch pulsartige Wassergaben; „ surge irrigation“ 2) MiniSprinkler an jeder Rebe 3) Um mehrereRebstöcke werden Wälle gezogen und so zu einem Bassin geformt 4) Nur bei absolut waagrechten Flächen:Reblausvernichtung

Eine spez ie l le Form der Bewässerung is t d ie PRD-Methode (Par t ia l -Rootzone-D ry ing) .

Dabei werden jewei ls wechselnde Zonen des Wurzelbere ichs t rocken gehal ten. Unter

Trockens t ress produz ier t d ie e ine Hä l f te der Wurzelmasse Absc is insäure, welche in

den B lät tern der Rebe zum te i lweisen Schl iessen der Spal tö f fnungen führ t . D ie

Transpi ra t ionsrate wi rd dadurch herabgesetz t , d ie CO2-Aufnahme und fo lgend d ie

Photosynthese jedoch nur schwach beeint rächt ig t .

Für d ie Schweiz (m i t Ausnahme der un ter Kap. 2 .3.1 beschr iebenen

trad i t ionel len Anwendung im Wal l is ) e ignet s ich d ie Tröpfchenbewässerung s icher am

Besten. Die v ie len Hanglagen und d ie of t sch lech t e inschätzbare Mögl ichkei t e ines

Regenere ign isses bedingt e in gut dos ierbares System. Für e ine Automat is ierung der

Bewässerung anhand e iner gerechneten Bodenwasserb i lanz is t e ine

Tröpfchenbewässerung unabdingbar , da sonst Fehler durch Windver f rachtung,

Blat t in terzept ion und unregelmässige Ver te i lung resul t ieren .


2.4 Bestimmung des Zeitpunktes der BewässerungWie in Kap. 2 .2.1 schon angedeutet , is t während der Vegetat ionsze i t e in

vo l ls tändiges Auf fü l len der Bodenwasservorräte n icht erwünscht . Vor a l lem in der Zei t

nach der B lüte und kurz vor der Lese is t d ies qual i tä tsentscheidend. Um dem

Rechnung zu t ragen, is t es unabdingbar , den Wassers tatus des Bodens zu ver fo lgen.

Es g ib t verschiedene Methoden um d ie Bodenfeuchte zu messen und somi t den

„opt imalen“ Zei tpunkts zur Bewässerung der Rebanlage, oder Tei len davon, zu

best immen.

Neben dem Model l ieren der Bodenwasserb i lanz , wie d ie vor l iegende Arbei t

e in Tei l davon is t , g ib t es auch den Crop Water St ress Index , den Einsatz von

Sensoren zur Best immung der Bodenfeuchte, d ie Trocknung von Bodenproben und d ie

e in fache Aufsummierung der gemessenen Globals t rah lung .

Für v ie le warme b is he isse Regionen der Weinbaugebiete auf der Wel t is t

jedoch d ie Ver fügbarke i t von Wasser und der vorgeschr iebene Turnus für d ie

Bewässerung ausschlaggebend.

2.4.1 CWSI – Crop Water Stress Index

Anfangs der 80er Jahre wurde d ieser Index für d ie Präz is ion ierung der Bewässerung

von Reben durch Idso e t a l . , 1977 und Jackson et a l . , 1981(aus Bio logy of the Grape,

1992)e ingeführ t . D ieser Index wi rd durch den Unterschied zwischen der

Umgebungstemperatur und der Temperatur in der Laubwand und dessen Abhängigkei t

mi t dem Sät t igungsdef iz i t gener ier t . D ieser Index wurde spez ie l l fü r Rebanlagen

entwicke l t . Der Index bas ier t au f der Annahme, dass d ie Temperatur in der Laubwand

in l inearem Zusammenhang mi t dem Bodenwassergehal t s teht (Van Zy l , 1986; in

Bio logy of the Grape, 1992) .

2.4.2 Summierung der Globalstrahlung

Die Globals t rah lung wi rd summier t und be i dem Erre ichen e ines best immten Wer tes

die Bewässerung ausgelöst . Es l iegt auf der Hand, dass d iese Methode sehr

rud imentär is t und für humide Regionen n icht anwendbar is t . Für semi-ar ide und ar ide

Zonen kann es jedoch durchaus vernünf t ig se in .

2.4.3 Trocknung von Bodenproben

Bei e iner Temperatur von ca. 105 °C wi rd das gesamte Bodenwasser ent fernt . Mi t

dem Bohrstock gewonnene Bodenproben werden unmi t te lbar nach der En tnahme

gewogen. E ine erneute Wägung nach der T rocknung erg ib t aus der Di f ferenz den

Bodenwassergehal t .


2.4.4 Einsatz von BodenfeuchteMessgeräten

Es stehen recht unterschied l iche Methoden zur Auswah l . S ie so l len h ier nur grob

beschr ieben werden.

-Radargeräte: TDR (T ime-Domain-Ref lectomet ry) und Thetasonden schicken

eine e lek t romagnet ische Wel le durch den Boden. Die gemessene Laufze i t

d ieser Wel le vom Sondenschaf t zur Sondenspi tze hängt vom

Bodenwassergehal t ab.

-Tensiometer : Misst d ie Bodenwasserspannung. Bei zunehmender Ab-

t rocknung des Bodens wi rd Wasser aus e iner keramischen Zel le m i t fe inster

Porengrösse gezogen. Im wassergefü l l ten Rohrschaf t des Tensiometers

ents teht zunehmend e in Unterdruck , welcher auf e iner Anzeige (d ig i ta l oder

mech. Manometer ) abgelesen werden kann.

-Gipsblöcke und Watermarksensoren: Wurde für

Wasserspannungsmessungen in t rockenen Böden entwicke l t . Im Inneren des

Gipsblockes, der d ie Grösse e ines Sek tkorkens hat , bef indet s ich e ine

Drahtspuhle. E ine Änderung der Le i t fäh igkei t im Inneren des Blockes, be i

ändernden Wassergehal ten der unmi t te lbaren Umgebung, ermögl icht d ie

Wasserspannung zu messen.

2.4.5 Modellierung der Wasserbilanz

Stat t d i rekt gemessen wi rd der Wassergehal t des Bodens er rechnet . Grundlage dafür

is t d ie Evapotranspi ra t ion, Kenntn is über den Boden des Standor tes (Fe ldkapazi tä t ,

Druchwurzelungst ie fe . . . ) und e in ige ku l turspez i f ische Parameter .

2.4.6 Der optimale Zeitpunkt

Wie schon oben erwähnt , so l l te während der Zel l te i lungsphase der

Beerenentwick lung, ca. 2-6 Wochen nach der B lüte, auf e ine Überversorgung mi t

Wasser verz ichtet werden. Dieses Stad ium is t jedoch g le ichzei t ig d ie Zei t , in der d ie

Rebe am meis ten Wasser benöt ig t (Curr le e t a l . , 1993) . Moderater Wasserst ress in

d iesen Wochen ver länger t d ie Entwick lungsphase, führ t zu ger ingerem Zel lvo lumen

und somi t zu ger ingeren Traubengewichten. Daneben wi rd auch d ie Laubf läche

begrenzt und es f inde t e ine ger ingere Holzproduk t ion s ta t t (Fox und Rupp, 2003) . Auf

d ie Qual i tä t der T rauben wi rken d iese Umste l lungen vor te i lhaf t . So wi rd Beere und

Blat t gut be l ichtet , es herrscht e in ger ingerer P i lzdruck und d ie Stof fprodukt ion wi rd

zugunsten der genera t iven Organe e ingesetz t . Es is t darauf zu achten , dass be i

Rotweinsor ten das St ressniveau wesent l ich höher anzust reben is t a ls be i

Weissweinsor ten. Bei be iden Sorten führ t jedoch e in zu s tarker Wasserst ress zu e iner

Schädigung der Qual i tä t der Traube und auch d ie Rebe le idet darunter , indem


deut l ich weniger Reserves tof fe e ingelager t werden (Fox und Rupp, 2003) .

In der Bewässerungsprax is wi rd a l lgemein be i e inem pF von ca. 2 .9

begonnen zu bewässern (Joz ic , unveröf fent l icht ) . D ie meis ten Pf lanzen beginnen ab

diesem Wert auf Wassermangel zu reag ie ren. Gerade d ies so l l jedoch bei der Rebe in

e inem gewissen Mass geförder t werden. Aus d iesem Grund schläg t Rupp (o.A . ) vor ,

ab e inem pF > 3.2 zu bewässern. Dies jedoch nur dann, wenn wie oben erwähnt das

Entwick lungsstad ium es zu lässt . Is t d ies n icht der Fal l , so so l l nach Fox und Rupp

(2003) d ie Rebe se lbst a ls Ind ikator genommen werden. Welkeerscheinungen an den

Blät tern während der Mi t tagsze i t , beginnende Laubver färbung und Laubfa l l in der

Traubenzone, St recken junger Ranken und deren Verg i lben sowie d ie Stagnat ion der

Beerenentwick lung kündigen e ine notwendige Bewässerung an.

Ebenfa l ls so l l d i rekt vor der Lese n icht mehr bewässer t werden. Der

Wasserverbrauch der Rebe is t in d ieser Phase schon sonst eher ger ing.

In Zei t ausgedrück t kann demzufo lge gesagt werden, dass von Ende Ju l i /

anfangs Augus t b is Mi t te Oktober be i e inem pF > 3 .2 bedenkenlos gewässer t werden

kann.

2.4.7 Einfaches Ablaufschema

Rupp (ohne Angabe) hat e in e in faches Schema entwicke l t , um d ie

Bewässerungsnotwendigkei t e iner Rebanlage, oder Tei len davon, zu ermi t te ln . Den

Bewässerungsbedar f legt e r wie oben besprochen bei 30 – 35% der nFK, oder

pF>3.2, fest . Zu erwar tender Niederschlag und das Rebs tadium s ind wei ter Kr i ter ien

für d ie Entscheidung.

Abb.6: Ablaufschema zur Ermittlung der Bewässerungsnotwendigkeit. Aus Rupp (o.A.) angepasst auf Fox und Rupp (2003)

Rebstadium geeignet? Nein

Bodenfeuchte < 3035% der nFK oder pF>3.2?

Niederschlag zu erwarten innerhalb der nächsten 3 Tage

Wassergabe (max 45 mm/m² bzw 1012 l/Tropfer)

Nein

Nein

Ja

Ja

Ja

Kein Wasser

Kein Wasser

Kein Wasser

Nach 34 Tagen wiederholen


2.5 Quantität der BewässerungLässt das Entwick lungsstad ium e ine Bewässerung zu, oder is t der Bedar f so s tark ,

dass n icht anders entsch ieden werden kann, is t es wicht ig , d ie r icht ige Menge an

Wasser zu verabre ichen. Fox und Rupp (2003) empfehlen häuf ig k le inere Gaben an

Wasser zu geben. Bei e iner Trop fbewässerung s ind das a l le 3-4 Tage je 10-12 l pro

Tropfer . Das entspr icht ca. 4-5 mm pro m- 2 . D ie Autoren verwenden h ie r andere

Angaben a ls d ies Rupp (o.A . ) in e iner anderen Quel le vorschlägt , aus welcher auch

die Abb. 6 entnommen is t . Im Gegensatz zu häuf igen, k le ineren Wassergaben schlägt

er Abs tände von mindestens e iner Woche vor und demzufo lge grössere Wassergaben

von 8-10 mm bzw. 20 l pro Tropfer . Wird jedoch d ieses Schema angewandt , is t d ie

Gefahr von Nachte i len durch Niederschläge, welche n icht e rwar te t wurden, wesent l ich

grösser . Fox und Rupp (2003) weisen auch darauf h in , dass d ie Wassergaben

verr inger t werden so l len, je länger in den Spätsommer h ine in bewässer t w i rd .

2.6 Modellierungen

2.6.1 Evapotranspiration

Es g ib t verschiedene Mögl ichkei ten, d ie Evapotranspi ra t ion zu ermi t te ln . Ausschlag

gebend, welche Methode gewähl t w i rd , is t d ie Zugängl ichkei t von Kl imadaten.

Kombin ier te Methode: Als K l imadaten werden Temperatu r, Feucht igke i t ,

St rah lung und Windgeschwindigkei t e ingesetz t . Jensen et a l . (aus Ward und

Robinson, 2003) verg l ichen 20 Evapot ranspi ra t ions-Gle ichungen an 11 verschiedenen

Orten mi t Lys imeter-Daten. S ie kamen zum Schluss, dass d ie Gle ichung nach

Penmann-Monte i th besser a ls d ie anderen G le ichungen abschloss . Im bekannten FAO

IRRIGATION AND DRAINAGE PAPER No. 24, we lches e in Mei lenste in in der Frage

des Bewässerungsmanagements war , wurde d ie G le ichung zum Standard erk lär t .

Strahlungsmethode: Als K l imadaten werden nur St rah lung und Temperatur

verwendet . D ie FAO hat das Model l von Makkink (1957) a ls S tandard gewähl t . Wind

und Feucht igke i t wurden zum Beisp ie l von Doorenbos und Pru i t (consul ta t ion of

exper ts , 28-31 May 1990 in Rome) a ls Korrek tur fak tor e ingebaut . Im humiden K l ima

kann d iese Methode zuver läss l ich e ingesetz t werden, wobei aber wei tere

Modi f ikat ionen getät ig t werden müssen, um d ie Qual i tä t der Ergebnisse zu s te igern.

Temperaturmethode: V ie le Benutzer haben nur zu Temperatur - und

Regenfa l ldaten Zugang. Diese Tatsache recht fer t ig t den Einsatz von Model len , d ie

nur d ie Temperatur a ls Fak tor e inse tzen. Es is t jedoch notwendig, d ie Gle ichung, z .B.

Thorntwai te (1948) , auf d ie ör t l ichen Gegebenhei ten zu ka l l ibr ieren. Zusätz l ich

sol l ten Kor rektur faktoren, bas ie rend auf Sonnenschein, Feucht igke i t und Wind,

e ingebaut werden. Die Te i lnehmer des consul ta t ion of eminent exper ts and

researchers , welches von der FAO vom 28 – 31 Mai 1990 in Rom abgehal ten wurde,


erk lä r ten, dass es notwend ig se i , d ie Temperaturmethode we i ter zu entwicke ln um

zuf r iedenste l lende Ergebnisse zu erhal ten. Dabei so l l d ie Temperatur a ls Max imum

und Min imum er fass t werden. Dies g ib t d ie Mögl ichkei t , Korre la t ionen mi t

Feucht igke i tswer ten und Net to St rah lung zu schaf fen.

2.6.2 Evapotranspirations Konzepte

Wie in Abb. 7 zu sehen is t , unterscheidet d ie FAO zwischen der Referenz-

Evapotranspi ra t ion (ETo ) , der Feldf rucht -Evapotranspi ra t ion unter Standard

Kondi t ionen (ET c ) und der Feldf rucht -Evapotranspi ra t ion unter Nicht -Standard-

Kondi t ionen (ET c a d j . ) . Während ETo e in k l imat ischer Parameter is t , welcher d ie

evaporat ive Kraf t der Atmosphäre ausdrückt , beschre ib t ETc die Evapot ranspi ra t ion

von e inwandfre i geführ ten, grossen, gut gewässer ten Feldern, welche e inen vo l len

Er t rag er re ichen. Werden Kul turen subopt imal geführ t oder suchen Krankhei ten und

Schädl inge d ie Kul tur he im, muss ETc kor r ig ier t werden. Daraus resul t ier t der ETc

adj . (A l len et a l . , 2000) .

Abb. 7: Referenz (ETo), Feldfrucht unter Standard (ETc) und NichtStandardBedingungen (Etc adj.)

ET0

ETC adj.

ETC

gut gewässerte Feldfruchtoptimale agronomische

Konditionen

gut gewässertes Gras

Klima

StrahlungTemperatur

Windgeschw.Feuchtigkeit

Wasser und sonstiger Stress

ET0

ET0

Ks x Kc adj.

Kc Faktor

Grasreferenz


Referenz-Evapotranspi ra t ion (ETo ) : D ie Evapot ranspi ra t ionsrate e iner

Referenz-Ober f läche, welche ke inen Wasserst ress aufweis t , w i rd Referenz-

Evapotranspi ra t ion genannt . D ie Referenz-Ober f läche is t e ine hypothet ische Gras-

Vegetat ion mi t e iner angenommenen Höhe von 12 cm, e inem f ixen

Ober f lächenwiderstand von 70 s m - 1 und e inem Albedo von 0.23. Die e inz igen

Fak toren, welche ETo beeinf lussen, s ind Kl imaparameter . Deshalb kann ETo

ausschl iess l ich aus Wet terdaten e r rechnet werden. ETo drück t d ie evaporat ive Kraf t

der Atmosphäre an e inem best immten Or t sowie zu e iner best immten Ze i t des Jahres

aus und is t n icht abhängig von Vegetat ions-Charak ter is t iken und

Bodeneigenschaf ten . Wie in Kap. 2 .1.6 erwähnt , is t d ie FAO Penman – Monte i th-

Gle ichung a ls a l le in ige Methode zur Ermi t t lung der ETo vorgeschlagen.

Feldf rucht -Evapot ranspi ra t ion unter Standard-Kondi t ionen (ETc ) : Dif ferenzen

in der B lat t -Anatomie, der s tomatären Eigenschaf ten, aerodynamischen

Gegebenhei ten und dem A lbedo von Feldf rüchten gegenüber der hypothet ischen

Grasvegetat ion verursachen Abweichungen zwischen der Referenz-

Evapotranspi ra t ion und der Feldf rucht -Evapotranspi ra t ion unter g le ichen k l imat ischen

Bedingungen. Es können d ie Fak toren aerodynamischer Widerstand, A lbedo sowie

stomatärer und Bes tandeswiderstand d i rekt in d ie Gle ichung von Penman – Monte i th

e ingegeben werden. Über v ie le Feldkul turen feh len jedoch d ie oben genannten Daten.

Dies macht es schwier ig zuver läss ige Ergebn isse zu erhal ten. E ine Lösung s ind d ie

K c (Crop coef f ic ients) -Werte, welche für v ie le Feldku l turen exper imente l l ermi t te l t

wurden. So erg ib t s ich: ETc = K c x ET o . Der K c weis t je nach Entwick lungsphase der

Kul tur und der Jahreszei t untersch ied l iche Wer te aus.

Feldf rucht -Evapot ranspi ra t ion unter Nicht -S tandard-Kondi t ionen (ETc a d j . ) :

Faktoren wie Wasserst ress , Unterversorgung mi t Nährstof fen, erhöhter Sa lzgehal t

des Bodens sowie Krankhe i ten und Schädl ingsbefa l l können zu e inem ger ingeren

Wachstum sowie e iner ger ingeren Dichte der Kul tur und zu Aus fä l len führen. Dies

kann d ie Evapot ranspi ra t ionsrate unter d ie ETc führen. Um dies zu berücks icht igen

wird e in Wassers t resskoef f iz ient Ks und / oder e in bere in ig ter Kc-Wert für a l le

anderen St ress fak toren e ingefügt .


3. Material

3.1 VersuchsstandortDie Model l ierung wurde auf d ie Parze l le F2 in der Rebanlage der Hochschule

Wädenswi l auf der Halb inse l Au (ZH) bezogen. Sämt l iche Erhebungen (ausgenommen

Windgeschwindigkei t und ef fekt ive Sonnenscheindauer ) wurden in d ieser Parze l le

durchgeführ t . D ie Reben der Parze l le F2 er le idet aufgrund der Bodencharakter is t ik

ze i tweise Tockenst ress . Um dies genauer zu untersuchen und e ine

Bewässerungss t rateg ie zu en twicke ln, wurde in d ieser Parze l le d ie Bodenmesssonde

insta l l ie r t .

Tab. 3: Kenndaten des Versuchsstandortes

Lage Halbinsel Au [F1]

StandortbedingungenExposition

SteigungBodenart

Wasserhaushalt (Boden)Bodenwasserbeurteilung

Südenkonvex 25%

Kalkbraunerdeziemlich flachgründig

mittel bis trocken

Aufbau der AnlageRebsorte

Klon

UnterlagePflanzjahr

ZeilenrichtungZeilenbreite [m]

Stockabstand [m]Standraum [m2]

BlauburgunderKlonengemisch der B.B.Klone SOW

5, A 68.14.23, M 1/17, A 68.21.07und 2/45

SO4 und 5C1990

Nord / Süd2

1.2

3.2 Phänologie und WitterungDas Jahr 2003 s te l l t s icher e in Ausnahmejahr dar . D ie durchschn i t t l iche Temperatur

lag so hoch wie lange n ich t mehr . Auch d ie Niederschlagsmenge lag e in iges unter

dem langjähr igen Mi t te l . D ies hat te e inen deut l ichen Ein f luss auf d ie Entwick lung der

Rebe. Durchschni t t l ich lagen d ie phänolog ischen Stadien, gemessen am Mi t te l , ca. 14

Tage im Voraus.


Tab. 4: Witterungsverlauf während der Vegetationsperiode

Temperatur(durchschn.)

[°C]

Niederschlag[mm]

März 68,2

April 79,9

Mai 16,45 117,3

Juni 25,2 78,8

Juli 22,4 171,8

August 19,98 75,1

September 17,92 62,8

Oktober 8,97 121,2

Tab. 5: Phänologische Entwickllung am Standort F2

Entwicklungsstadien BBCHCode Datum

Grünpunkt 07 17.04.03

Austrieb 09 20.04.03

Blüte 61 03.06.03(sehr früh!)

Ende Blüte 69 10./11.06.03

Farbumschlag 81 04.08.03

Lese 89 25.30.09.03(sehr früh!)

Ein s tarker Hagelzug, welcher am 8. Ma i über d ie Halb insel Au zog, zers tör te d ie

Blät ter und Tr iebe zum Tei l recht s ta rk . Da d ieses Ere ign is re la t iv kurz nach Beginn

des Aus t r iebes s ta t t fand , wurden a ls Kul turmassnahme v ie le Tr iebe angeschni t ten um

damit e in zusätz l iches Tre ibwachs tum zu fördern und dami t mehr B lat t f läche zu

erhal ten. E in erneuter Hagelzug am ende Mai beschädigte nochmals e inen Grosste i l

der B lat tmasse und auch d ie Gescheine. Diese Ere ign isse beeint rächt ig ten d ie

Erhebug des LAI und ebenso d ie s tomatäre Le i t fäh igkei t . In Kap. 4 .2 wi rd auf d ie

erschwer te Aufnahme des LAI e ingegangen. Es is t h ier festzuhal ten, dass n icht d ie

gesamte Rebanlage im se lben Ausmass bet rof fen wurde. Die Parze l le F2 gehör te zu

einem der am meis ten geschäd ig ten Sektoren.


4. Methoden

4.1 Erhobene KlimadatenFo lgende Kl imadaten wurden in unmi t te lbarer Nähe der Parze l le F2 erhoben:

-Niederschlag in [ l m - 2 ]

- re la t ive Luf t feuchte in [%]

-Taupunkt temperatur in [ °C]

-Temperatur in [ °C]

Die Messstat ion übermi t te l te a l le 10 Minuten e inen Datensa tz an den Computer an

der HsW-Wädenswi l . Das ergab 144 Datensätze pro Tag. Die Niederschlagsdaten

wurden summier t und konnten so in das Model l übernommen werden ( l m- 2 = mm).

Für d ie Temperaturdaten wurde für jeden Tag e ine Max imal -und e ine Min imal -

Temperatur ermi t te l t (Tm a x und T m i n ) . D ie re la t ive Luf t feuchte wurde über d ie 144

Messeinhei ten gemi t te l t .

D ie Windgeschwindigkei t wurde in 5 Metern Höhe über den Gewächshäusern

der Fachhochschule Wädenswi l in Meter pro Sekunde erhoben. Die gemessene

Windgeschwindigkei t wurde durch den in G le ichung ? ermi t te l ten Umwandlungsfaktor

von 0.838 auf d ie geforder ten 2 Meter über Boden geänder t .

Umwandlungsfaktor= 4.87ln 67.8z−5.42

Gleichung 1

Wobei z d ie Höhe in Metern der Messstat ion über dem Boden is t .

Der ef fekt ive Sonnensche in (Sonnenschein ohne Wolken zwischen Erde und

Sonne) wurde von der MeteoSwiss in Zür ich in Minuten erhoben. Dieser Messs tandor t

l iegt ca. 25 Ki lometer west l ich von Wädenswi l . Da d ie Nord-Süd Dis tanz zwischen

Zür ich und Wädenswi l weniger a ls 50 Ki lometer bet rägt und d ie Landschaf tss t ruktur

mehr oder weniger g le ich is t , muss nach Al len et a l . , (o .A . ) ke ine Korrektur

angebracht werden.

4.2 Berechnung des Blattfächenindex [LAI]Griebel (1995) beschre ib t in se iner Arbei t d ie Aufnahme des LAI von Rebenblät tern

anhand der Länge der Hauptader (S t ie lbucht b is B lat tsp i tze) . D iese Methode wurde

auch in d ieser Arbei t verwendet . Über d ie Monate Mai b is August wurden fünf Mal d ie

Längen der Hauptadern er fasst . Um d ie Gle ichung, mi t welcher d ie Längen der

Hauptadern in d ie B lat t f lächen über führ t werden, zu erhal ten, wurde bei der le tz ten

LAI -Aufnahme zusätz l ich an separat e ingesammel ten Blä t tern d ie B lat t f läche jedes

Blat tes anhand e ines Blat t f lächenscanners erhoben. Für jedes B lat t wurde d ie Länge

der Hauptader und d ie B lat t f läche erhoben. So konnte d ie Gle ichung in S tat is t ica


ermi t te l t werden (Abb. 8) . Durch d ie genannten Hagelzüge wurden d ie B lät ter s tark in

Mi t le idenschaf t gezogen. Of tmals waren nur noch Fragmente von Blät tern übr ig . Es

wurde entsch ieden, d ie e f fekt ive Länge der Hauptadern konsequent zu messen, in der

Annahme, dass d ie un terschied l ich zers tör ten B lat t f lächen s ich gegensei t ig

ausgle ichen.

4.3 Messung der BodenfeuchteDie ta tsächl iche Bodenfeuchte wurde anhand von Bodensensoren des Typs C-Probe

erhoben. C-Probe misst d ie Bodenfeuchte in verschiedenen T iefen des Bodens.

Ausgegeben werden d ie gemessenen Werte in Volumenprozenten. Die Sensoren s ind

ver t ika l in e iner Kunsts tof f röhre angeordnet . Jeder Sensor miss t e ine Hor izontsch icht

von 10 cm. In der Versuchsparze l le wurden 3 Sensoren in den T iefen von 20, 40 und

60 cm e ingesetz t . Durch UHF-Radios igna le wurde a l le 15 min. e in Datensatz an d ie

Fachhochschule übermi t te l t . Da für das Model l e ine durchwurzel te Bodent ie fe von

100 cm ausgewähl t wurde, wurden d ie Daten der dre i T ie fen gemi t te l t und mal 10

gerechnet . Das ergab Wasser-Vo lumenprozente pro 100 cm Bodent ie fe . Die Sof tware

der C-Probe-Sensoren kennt d iesen Durchschni t t swer t um d ie Frage „wann

bewässern“ zu beantwor ten.

Abb. 8: Blattfläche in cm2 in Abhängigkeit der Mittelrippe


4.4 BodenprofilAm 17.06.03 – 18.06.03 wurde in der Versuchsparze l le e in Bodenprof i l ausgehoben,

um d ie Bodenar t und -charakter is t ik zu bes t immen. Das Prof i l wurde nach den

Richt l in ien der FAL unter E inha l tung fo lgender Werte ers te l l t :

T ie fe : 1.30 m

Brei te : 0 .8 m

Prof i lwand: quer zum Hanggefä l le

Das Bodenprof i l wurde anhand der Anweisungen des FAL „Kar t ieren und Beur te i len

von Landwir tschaf tsböden“ (K löt i , 2001) beschr ieben und qual i f iz ier t . D ie Best immung

der Bodenar ten der jewe i l igen Hor izonte er fo lg te durch d ie Anwendung der

Fingerprobe. A ls Bes t immungsschlüssel dafür wurde das Schema von Nor tc l i f f und

Landon (Klöt i , 2001) verwendet .

4.5 BodenprobenFür d ie Best immung des Wasserspeichervermögens des Bodens wurden in den T iefen

20 cm, 40 cm und 60 cm Bodenproben erhoben und im Labor ausgewer te t . D ie

Auswahl der T ie fen er fo lg te analog der T ie fen, in welchen d ie Bodensensoren lagen.

Es er fo lg ten je dre i Entnahmen pro T ie fe um e inen Mi t te lwer t zu erhal ten. Die

Analysewer te lauteten wie fo lg t :

Tab. 6: Die pFWerte der Bodenproben und die daraus erhobenen Mittelwerte

ProbentiefePorenvolumen bei pF von:

0 – 2.0 2.0 – 2.9 > 2.9 Total

20 cm 18,00 3,36 23,85 45,21

20 cm 14,00 3,63 28,78 46,41

20 cm 17,00 3,52 24,34 44,86

Durchschnitt 16,30 3,50 25,66 45,49

40 cm 18,00 3,29 22,29 43,58

40 cm 19,00 3,57 24,96 47,53

40 cm 16,00 3,43 23,80 43,23

Durchschnitt 17,60 3,43 23,68 44,78

60 cm 10,00 3,26 25,52 38,78

60 cm 17,00 3,87 23,39 44,26

60 cm 18,00 3,38 22,80 44,18

Durchschnitt 15,00 3,50 23,90 42,41

Gesammt Durchschnitt 16,30 3,48 24,41 44.23

Die Porenver te i lung der in den T iefen 30, 40 und 60 cm erhobenen Bodenproben is t

innerhalb e iner T ie fe sehr homogen. Dies l ies es zu, m i t e inem gesamten

Durchschni t t zu Arbei ten. Das Tota l drück t d ie Kapazi tä t an Wasser aus, d ie der

Boden aufnehmen kann. B is pF 2.0 wi rd das Wasser n icht gegen d ie

Grav i ta t ionskräf te festgeha l ten. Das heiss t , es is t für d ie P f lanzen nur sehr ger ing


ver fügbar und wi rd n icht zu der Feldkapaz i tä t (nach Konvent ion s ind es 3 Tage nach

Wassersät t igung) zugerechnet . Der pF 2.0 b is 2 .9 drückt fü r d ie meis ten Kul turen

eine opt imale Wasserversorgung aus . Über pF 2.9 beginnen v ie le Kul turpf lanzen

bere i ts auf Wassermangel zu reag ieren (Verg le iche Kap. 2 .4 .5) .

Aus d iesen Analysewer ten und dem genere l len Grundwer t für d ie nFK von

Sandig-Tonigem Lehm wurde d ie Feldkapazi tä t , d ie nutzbare Feldkapazi tä t und der

permanente Welkepunkt fü r d iese Arbei t w ie fo lg t best immt:

Feldkapaz i tä t : 28% (44.23 %– 16.30%)

nutzbare Feldkapazi tä t : 14% (L i teraturwer t für Sandig-Toniger Lehm)

permanenter Welkepunkt : 14% (28% - 14%)

4.6 EvapotranspirationsgleichungFür d ie Ermi t t lung der potent ie l len Evapotranspi ra t ion wurde d ie modi f iz ier te

Gle ichung von Penman – Monthei t verwendet . D ie FAO schlägt d iese G le ichung a ls

a l le in ige Methode im Bewässerungsmanagement vor .

ETo=0.408Rn−G 900

T273u2es−ea

10.34u2

Gle ichung 2

wobei : ETo Referenz-Evapot ranspi ra t ion [mm tag- 1 ]

Rn Net tost rah lung über der Vegetat ion [MJ m- 2 tag - 1 ]

G Boden-Wärme-F luss Dichte [MJ m- 2 tag - 1 ]

T durchschni t t l iche Tagestemp. Auf 2 m Höhe [ °C]

u2 Windgeschwindigkei t auf 2 m Höhe [m s- 1 ]

es Sät t igungsdampfdruck [kPa]

ea aktuel ler Dampfdruck [kPa]

es-ea Sät t igungsdampfdruckdef iz i t [kPa]

kdkdkd [kPa °C - 1 ]

psychrometr ische Konstante [kPa °C- 1 ]


4.6.1 KcWert der Rebe

Fo lgende Tabel le wurde aus der WWW Vir tua l L ibrary ; I r r igat ion: -Crop Coef f i ic ients

entnommen. Die Werte ge l ten für t rockene Bodenober f läche über d ie meis te Zei t ,

ke ine Begrünung, saubere Kul tur führung und unregelmässige Bewässerung.

Konditionen März Apr. Mai Jun. Jul. Aug. Sept. Okt. Nov.

1 0.50 0.65 0.75 0.80 0.75 0.65

2 0.50 0.70 0.80 0.85 0.80 0.70

3 0.45 0.70 0.85 0.90 0.80 0.70

4 0.50 0.75 0.90 0.95 0.90 0.75

Ausgewachsene Reben in Regionen mi t s ta rkem Fros t , Aus tr ieb an fangs Mai , Ern t e mi t te

September , bedeck t er Boden40 b is 50 Prozent mi t te Sa i son .

Kondi t ionen : 1 humid , l e ich t er b i s modera te r Wind

2 humid , s t a rker Wind

3 t rocken , l e ich t er b i s modera te r Wind

4 t rocken , s t arker Wind

4.6.2 KcWert der Begrünung

Der K c -Wert der Begrünung wurde au f d ie Richt l in ien der FAO, welche im I r r igat ion

and Dra inage Paper No. 56 dokument ier t , abges tütz t . A ls Ausgangs lage wurde d ie

extens iv bewir tschaf te te Weide gewähl t . Das Model l der FAO kennt nur 3

Anhal tswer te für den K c -Wert . In d ieser Arbei t wurde jedoch mi t e inem monat l ichen

Ansatz gearbei te t . So wurde entsch ieden, d ie 3 Kc -Werte des FAO-Ansatzes zu

mi t te ln , den so erhal tenen Wert a ls Beginn für den Monat Mai zu nehmen und ihn

innerhalb von zwei Monaten auf den Endwer t , welcher das Mi t te l zwischen dem

berechneten Mi t te lwer t und Endwer t der FAO l iegt , anzuheben. Der Grund für d iese

Vorgehensweise l iegt dar in , dass der ers te Wert der FAO, der Kc i n i , für e inen

Ze i t raum vor dem Mai s teht . E in ger ingerer maximaler Kc -Wer t wurde deshalb

gewähl t , da d ie Begrünung e inen höheren Ante i l an Kräutern und vegetat ions losen

Ste l len aufweis t , a ls d ies e ine extens iv bewir tschaf te te Weide tu t .

Tab. 7: Die KcWerte des FAOAnsatzes und die für jeden Monat angepassten Werte

Kc ini Kc mid Kc end

FAO Ansatz 0,3 0,7 0,7

Mai Jun. Jul. Aug. Sep. Okt.

berechnet 0,5 0,55 0,6 0,6 0,6 0,6


4.6.3 Einbindung der Begrünung

Da d ie Versuchsparze l le begrünt is t und d ies auch fü r d ie meis ten Rebanlagen der

Schweiz zut r i f f t , wurde d ie Begrünung in d ie Evapotranspi ra t ions le is tung

eingebunden. Dies geschah anhand der G le ichung 3.

Kccombined=Kcsinglecrop∗[1−exp−0.7∗LAIcombined1−exp−0.7∗LAIsinglecrop

] Gle ichung 3

wobei : K c ( c o m b i n e d ) K c -Wert der Reben und der Begrünung zusammen

K c ( s i n g l e c r o p ) K c -Wert der höheren Kul tur (h ier d ie Reben)

LAI c o m b i n e d LAI der be iden Kul turen (h ier Reben und Begrünung)

LAI s i n g l e c r o p LAI der höheren Kul tu r (h ier Reben)

Die oben s tehende Gle ichung weis t a l lerd ings e inen Fehler aus, sobald der LAI der

höheren Kul tur k le iner is t a ls der jen ige der k le ineren. Das Prob lem wurde so ge löst ,

dass so lange der LAI der Begrünung (n iedr igere Kul tur ) grösser war a ls der der

Reben (höhere Kul tur ) , d ie Begrünung a ls s ing le crop e ingesetz t wurde. Soba ld der

LAI der Reben den der Begrünung übers t ieg , wurde d ie Rebe wieder a ls s ingel c rop

gesetz t . D ies is t e in re la t iv rud imentärer Ansatz , macht aber durchwegs Sinn, da d ie

Reben zu Beginn des Aust r iebes noch ke ine grosse Windbrecher -Funkt ion aufweisen .

4.6.4 Wasserstress Faktor (Ks)und bereinigter KcWert

Wassers t ress führ t be i der Pf lanze zu e iner Redukt ion der Transpi ra t ion. Dies hat

Aswirkungen auf d ie Wasserb i lanz des Bodens . Wird be i E in t re ten e ines

Wassers t ressere ign isses mi t dem „normalen“ Kc-Wert wei tergerechnet , w i rd d ie

Evapotranspi ra t ion zu hoch aus fa l len und deshalb d ie Wasserb i lanz des Bodens

ver fä lschen. Um dem Rechnung zu t ragen, wurde der Wassers t ress-Fak to r (Ks)

e ingefügt (Gle ichung 4) . D ieser resu l t ier t aus den Faktoren nutzbare Feldkapazi tä t ,

Wasserver lust des Bodens durch d ie ETc und der Ante i l Wasser des Bodens , welcher

d ie Vegetat ion, ohne Er le iden e ines Wasserst resses, d iesem entnehmen kann.

Ks= TAW−Dr TAW−RAW

= TAW−Dr 1−p∗TAW Gle ichung 4

wobei : Ks dimens ions loser Faktor welcher d ie Transpi ra t ion

reduz ier t ; abhängend von nutzbarer Feldkapaz i tä t [0-1]

Dr Wasserver lus t im bewurzel ten Hor izont durch ETc [mm]

TAW nutzbare Feldkapazi tä t

RAW ver fügbares Wasser ; ohne Wasserst resserscheinungen

p Ante i l des TAW, welche d ie Vegetat ion ohne

Wasserst ress zu er le iden dem bewurzel ten Hor izont

entnehmen kann


Der Faktor p wurde aus der Dokumentat ion des FAO Model les nach FAO I r r igat ion

and Dra inage Paper No. 56; Crop Evapot ranspi ra t ion (A l len et a l . , 2000) entnommen

(Tab. 8) . p is t e ine Funkt ion der evaporat iven Kraf t der Atmosphäre. Es is t zu

beachten, dass der Wert aus der Tabel le auf 5 mm Evapotranspi ra t ion pro Tag

fes tge legt wurde. Anhand der G le ichung 5 wurde der Wert auf d ie aktue l le ETc

(Tageswer te) bere in ig t .

Tab. 8: pWerte der Reben und der Begrünung

Vegetation p – Wert(bei einer ET =

5mm/Tag)

Reben 0.45

Begrünung 0.60

Wobei für d ie Begrünung der Wer t von extens ivem Weideland genommen wurde.

Da

padj.=pTabelle0.04∗5−ETc Gle ichung 5

Wobei p a ls d imensions loser Ante i l und ETc in mm/Tag ausgedrückt wi rd .

Die bere in ig te ET c (ET c a d j . ) wurde somi t durch d ie G le ichung 6 täg l ich ermi t te l t .

ETcadj.=Ks∗Kc∗ETo Gle ichung 6

4.7 Oberflächenabfluss; SCSCN MethodeUm den Ober f lächenabf luss zu beschre iben, g ib t es versch iedene Mögl ichkei ten. Es

wird zwischen phys ika l ischen- , und konzept ionel len Model len unterschieden. Die

konzept ionel len Methoden haben den Vor te i l , dass s ie n icht so komplex s ind wie d ie

phys ika l ischen Model le .

Das Curve Number Model l (CN-Methode) vom Soi l Conservat ion Serv ice

(SCS) des Landwir tschaf tsdepar tements der USA, welches in d ieser Arbei t angewandt

wurde, is t e ine konzept ione l le Methode welche, a ls Funkt ion der Bodencharakte r is t ik

und -nutzung d ie In f i l t ra t ion paramet r is ier t und den Di rektabf luss anste l le der

In f i l t ra t ion abschätz t (Bur lando, 2003) .

D ie fo lgende Er läuterung der Her le i tung des Ober f lächenabf lusses nach der

CN-Methode is t e in Auszug des Skr ip tes von Prof . Bur lando, P. (2003) : Hydro log ische

Model l ierungen von Einzugsgebieten, Kap. 2 .3 .4.1.

In der CN-Methode werden fo lgende Annahmen gemacht :

- das Verhäl tn is von in f i l t r ier ter Wassermenge F( t ) zur maximal mögl ich

in f i l t r ie rbaren Menge Š best immt das Verhäl tn is von Net ton iedersch lag zum

Gesamtniederschlag nach fo lgender Gle ichung:


PetPt−Ia

=Ft

Š Gle ichung 7

wobei : F( t ) kumul ier te in f i l t r ier te Wassermenge se i t Beginn des

Niederschlags b is zum Zei tpunk t t

Š maxima l mögl ich in f i l t r ierbare Wassermenge

P e ( t ) kumul ier te Menge des Net ton iederschlags (=Ef fek t iv -

N.) b is zum Zei tpunkt t

P( t ) kumul ier te Menge des Gesamtniederschlags b is zum

Ze i tpunkt t

I a Anfangsver luste

- d ie Wasserb i lanzgle ichung:

Pt=PetFtIa Gle ichung 8

Aus d iesen beiden Gle ichungen fo lg t :

Pet=[Pt−Ia]

2

[Pt−IaŠ] G le ichung 9

Pet=0

P e ( t ) kann auch a ls kumul ier ter Niederschlagüberschuss ( „ ra in fa l l excess“) bezeichnet

werden und wi rd normalerweise a ls Ober f lächenabf luss in d ie wei tere Niederschlag-

Abf luss-Model l ierung e ingebet te t . Ia s ind d ie Anfangsver lus te aufgrund der

In terzept ion und der Ober f lächenspeicherung. Š is t von der Durch läss igkei t und

Landnutzung abhängig und wi rd fo lgendermassen best immt:

Š=So100CN

−1 G le ichung 10

wobei : So =254, wenn Š in (mm) is t .

CN Parameter , welcher abhängig von der

Bodencharakter is t ik und -nutzung is t . Zur Bes t immung

des CN-Wertes werden Tabel len benutz t (Anhang) .

Das Model l hängt nur von der Schätzung des CN-Wertes ab. Solche Tabel len wurden

aufgrund umfangre icher Analysen vom Soi l Conservat ion Serv ice der USA

herausgegeben.

Die Schätzung des CN-Wertes er forder t e in zweis tu f iges Vorgehen. Zunächst

muss d ie Hydro log ische Bodengruppe ident i f iz ier t werden, welche das Einzugsgebiet

charak ter is ier t . Es wi rd zwischen 4 Gruppen unterschieden:


Tab. 9: Einteilung der hydrologischen Bodentypen

Hydrologischer Bodentyp Beschreibung

A Böden mit grossem Versickerungsvermögen, auch nach starker Vorbefeuchtungz.B.: tiefe Sand und Kiesböden

B Böden mit mittlerem Versickerungsvermögen, tiefe bis mässig tiefe Böden mitmässig feiner bis mässig grober Textur

z.B.: mitteltiefe Sandböden, Löss

C Böden mit geringem Versickerungsvermögen, Boden mit feiner bis mässig feinerTextur oder mit wasserstauender Schicht

z.B.: flache Sandböden, sandiger Lehm

D Böden mit sehr geringem Versickerungsvermögenz.B.: Tonböden

Der CN-Wer t muss dann aus den Tabe l len, durch das Verschneiden der Spal te der

hydro log ischen Bodengruppe (A – D) mi t der Zei le der ident i f iz ier ten Landnutzung,

geschätz t werden.

Tab. 10: Einstufung des CNWertes einer Rebanlage

Class Category Hydrologic Soil Group

A AB B BC C CD D

606 Rotation (summer); cereals 51 60 68 73 77 80 82

701 Vineyard 64 69 73 76 79 81 82

4.8 BlattInterzeptionsmodellDas Blat t - In terzept ionsmodel l wurde aus dem Speichermodel l SIMPEL übernommen.

Es is t a ls e in facher Über lauf -Speicher ausgelegt und wi rd nach fo lgendem Schema

berechnet : Zu dem aktue l len Speicher inhal t w i rd der Niedersch lag addier t , d ie

Verduns tung subt rah ier t . Wenn der Inhal t grösser a ls d ie Speicherkapazi tä t wi rd ,

f l iesst der Überschuss in den nächsten Speicher (Bodenwasser nach Abzug des

Ober f lächenabf lusses) (Hörmann, 1998) . Auf der Grundlage des aktue l len LAI und der

maxima len In terzept ions-Kapaz i tä t wi rd d ie ak tue l le In terzept ions-Kapaz i tä t

berechnet . D ie unregelmässigen Eingaben des gemessenen LAI werden im Sub-

Model l „LAI_Zei t re ihe“ (Kap. 4 .10 .2) anhand von e iner In terpo lat ion auf Tageswer te

berechnet .

Das Model l wurde so ausgelegt , dass be i e inem Niederschlagere ign is d ie

In terzept ionsverduns tung d ie ETc n icht übers te ig t .

4.9 BodenwasserBilanz; SIMPEL – ein einfaches SpeicherModellDas Speichermodel l zum Bodenwasserhaushal t , S IMPEL, wurde von Dr . Georg

Hörmann, welcher am Ökolog iezentrum der Univers i tä t K ie l tä t ig is t , entwicke l t . Das

Zie l war e in mögl ichs t e in faches , jedoch t ro tzdem erns tzunehmendes Model l zu

entwicke ln.


Speichermodel le s ind im Gegensatz zu Model len, welche auf der Darcy bzw.

Richards-Gle ichung aufbauen und phys ika l isch bas ier te Methoden zur Berechnung

der Verduns tug benutzen, re la t iv e in fach anzuwenden (Hörmann, 1998) . Wie ihr Name

schon sagt , berechnen Speichermodel le den Wasserhaushal t mi t versch.

Wasserspeichern. Diese können se in: In terzept ionsspeicher (B lat t bzw. Pf lanze,

St reuschicht in Wäldern) , Bodenspeicher und e inem Grundwasserspeicher . D ie

Abbi ldung 9 v isual is ier t den Aufbau des Speichermodel ls SIMPEL. Die E ingabedaten

Niederschlag, potent ie l le Verduns tung, LAI und bodenphys ika l ische Parameter

best immen d ie Abläufe in den dre i Speichern B lat t , S t reu und Boden. Das Model l g ib t

d ie F lüsse zwischen den Spe ichern, d ie aktue l le Verduns tung und d ie S ickerung in

das Grundwasser aus. Um zu verh indern, dass nur dann e ine T ie fens ickerung in das

Grundwasser vorkommt, wenn d ie Feldkapazi tä t überschr i t ten is t , wurde e ine n icht -

l ineare Funkt ion in tegr ier t , welche es mögl ich macht , dass auch bei n icht gesät t ig tem

Boden e in Abf luss aus der durchwurzel ten Zone s ta t t f indet . Dazu wurde e in Ansatz

nach Glugla verwendet .

S IMPEL wurde mi t dem Programm Excel von Microso f t erste l l t und is t in

mehrere Arbei tsb lä t ter unter te i l t .

4.10 V.I.T.I.S.; resultierendes Modell aus SIMPEL, FAOEmpfehlungen, CNMethode und weinbaulichen Erkenntnissen

V. I .T . I .S. is t e ine Wortsp ie lere i und bedeutet ausgeschr ieben V i t is I r r igat ion Through

Improved SIMPEL (Weinbergbewässerung durch aufgebesser tes SIMPEL).

Gle ichzei t ig is t V i t is der la te in ische Gat tungs-Name der Weinrebe. V. I .T . I .S . is t im

Laufe d ieser Arbei t ents tanden und setz t s ich aus Tei len von SIMPEL, Empfehlungen

und Model len der FAO, der CN-Methode für d ie Gener ierung des

Ober f lächenabf lusses und weinbaul ichen Erkenntn issen zusammen. V . I .T . I .S . I s t

analog dem Model l SIMPEL auf Excel geschr ieben und in d ie v ier Arbei tsb lä t ter

Kl ima_Boden_Daten, LAI_Zei t re ihe, FAO_Pmon und V. I .T . I .S ._Prog, welche wei te r

unten beschr ieben s ind , unter te i l t . Vom ursprüngl ichen Model l S IMPEL wurden d ie

Abb. 9: Aufbau des Speichermodells

Blatt

Boden

Interzeption

Transpiration

Tiefensickerung ins Grundwasser

Evaporation

NS ETp Eta (Summe I, E, T)

Streu

Interzeption


Arbei tsb lä t ter LAI_Zei t re ihe, we lches um d ie Funkt ion Begrünung erwei ter t wurde,

sowie Tei le des Arbei tsb la t tes „Spe ichermodel l ; SIMPEL2“ , übernommen.

Im Anhang 1 s ind sämt l iche Spal ten des Arbei tsb la t tes V. I .T . I .S._Prog mi t

ih ren Funk t ionen (Formeln) und den in das Arbei tsb la t t in tegr ier ten Submodel len

aufgel is te t . Für d ie Arbei tsb lä t ter K l ima_Boden_Daten und LAI_Zei t re ihe is t d ies n ich t

notwendig. Für das Arbei tsb la t t FAO_Pmon is t d ie Dokumenta t ion der FAO sowie d ie

Kommentare in den Kopfze l len zu berücks icht igen.

Ausserdem l iegt im Anhang 2 e in k le ines User Manual vor , welches den

Umgang mi t dem Model l er le ichter t .

4.10.1 Klima_Boden_Daten

Dieses Arbei tsb la t t enthä l t sämt l iche E ingabedaten, we lche für d ie Model l ierung

notwendig s ind (zusätz l ich d ie Daten der Bodensensoren. Fa l len im e igent l ichen

Model l weg) .

Abb. 10: Bildschirmphoto des Arbeitsblattes Klima_Boden_Daten. Es fehlen auf diesem Bild: Wind, Taupunkt und effektive Sonnenscheindauer


In d ieses Arbei tsb la t t e ingegeben werden fo lgende Werte:

-Datum

-Monat

- ju l ian ische Tage (wi rd gener ier t )

-Daten der Bodensensoren (nur für d iese Arbei t )

-maximale Temperatur [C° ]

-min imale Temperatur [C°]

-maximale Luf t feuchte [%]

-min imale Luf t feuchte [%]

-durchchni t t l iche Luf t feuchte (wi rd gener ier t ) [%]

-Niederschlag [mm]

-Windgeschwindigkei t [ms - 1 ]

-Taupunk t -Temperatur [C°]

-e f fekt ive Sonnenscheindauer [s td ]

4.10.2 LAI_Zeitreihe

Dieses Arbei tsb la t t berechnet den LAI der Reben und der Begrünung. Anhand e iner

In terpolat ion wi rd der LAI-Tageswer t aus unregelmässig erhobenen Messungen,

we lche in d ieses Arbei tsb la t t e ingegeben werden (Abb. 11) , ermi t te l t .

Abb. 11: Bildschirmphoto des Arbeitsblattes LAI_Zeitreihe. Generierte Tageswerte für die Reben und die Begrünung.


4.10.3 FAO_Pmon

Die Berechnung der Referenz-Evapotranspi ra t ion anhand des von der FAO

modi f iz ier ten Ansatzes von Penman – Monte i th f indet in d iesem Arbei tsb la t t s ta t t . Es

wird von der FAO im In ternet zur Verfügung ges te l l t . A l lerd ings in e iner anderen

Form, da es für Monatswer te und n icht Tageswer te aufgeste l l t weurde. Durch

Transponieren konnte es so e ingesetz t werden, dass d ie Tagesskala ver t ika l ver l ie f ,

und kompat ibe l zu den anderen Arbei tsb lä t tern wurde. Ausserdem wurden e in ige

Formeln geänder t .

Abb. 12: Bildschirmphoto des Arbeitsblattes LAI_Zeitreihe. Eingabefeld für die Generierung der Tageswerte sowie für das Interzeptionsmodell (oben rechts). Die Eingabefelder sind rot hinterlegt.

Abb. 13: Bildschirmphoto des Arbeitsblattes FAO_PMON. Die Spalten CH entnehmen die Klimadaten dem Arbeitsblatt Klima_Boden_Daten.


Sämt l iche Änderungen (mi t Que l lenangabe) wurden a ls Kommentare in d ie

Ti te l -Ze l len e ingefügt .

Es s ind d ies:

Ze l le N [Wind m/s ] : Es wurde e in Min imalwer t von 0.0001 e ingefügt ,

da sonst an absolut windst i l len Tagen e ine

Div is ion durch Nul l er fo lgen würde.

Ze l le AF [Soldec l in ] : D ie ju l ian ischen Tage werden neu aus dem

E ingabe-Blat t K l ima_Boden_Daten entnommen.

Ze l le AN [RS] : Die Berechnung der von der Vegetat ion

ausgehenden Net to -Langwel len-St rah lung

wurde in 2 anste l le von 4 G le ichungen

zusammengefasst (Ze l len AN b is AP) . RS

berechnet Sonnenst rah lung anhand der Formel

von Angst röm.

Ze l le AO [Rso] : Berechnet d ie Sonnenst rah lung bei

wo lkenlosem Himmel .

Ze l le AP [LWR] : Es wurde d ie Gle ichung 39 aus dem FAO Paper

No. 56 übernommen. Diese gre i f t unter

anderem auf d ie Sonnenst rah lung sowie d ie

Sonnenst rah lung be i unbedeck tem Himmel zu.

Im Or ig ina l -Excel -Arbei tsb la t t der FAO wird

d ies jedoch über s ta t isch e ingegebene Wer te

der Langwel lens t rah lung er re ich t .

Abb. 14: Bildschirmphoto des Arbeitsblattes FAO_PMON: Eingabefelder (rot unterlegt) und statische Parameter (gelb unterlegt) für die ReferenzVegetation Gras


4.10.4 V.I.T.I.S._Prog

Das Arbei tsb la t t V. I .T . I .S._Prog s te l l t das e igent l iche Kernstück des Model ls dar . In

ihm wi rd d ie Bodenwasserb i lanz ausgerechnet und bei Notwendigkei t d ie

Bewässerung ausgelöst (wi rd vorers t durch e in erscheinen des Textes „ !Bewässerung

nöt ig ! “ in e iner Zel le des Bewässerungsmoduls s imul ier t ) .

D ie in dem Arbei tsb la t t FAO_PMON errechnete Referenz-Evaporat ion

durch läuf t in d iesem Arbei tsb la t t fo lgende Schr i t te :

1 . Die Referenz-Evapotranspi ra t ion wi rd mi t dem kombin ier ten Kc -Wer t der

Reben und der Begrünung mul t ip l iz ier t .

2 . Die berechnete Evapot ranspi ra t ion der Rebanlage wi rd mi t dem

Wassers t ress-Fak tor Ks mul t ip l iz ie r t .

3 . Bei e inem Regenere ign is wi rd d ie In terzept ionskapazi tä t von der

korr ig ie r ten Evapot ranspi ra t ion abgezogen.

A ls Produk t wi rd d ie aktue l le Evapot ranspi ra t ion der Rebanlage ausgegeben.

Der Ent leerung des Bodens durch d ie Evapotranspi ra t ion s teht d ie Auf fü l lung

dessen durch den Niedersch lag gegenüber . Nach dem Abzug des

Interzept ionsver lus tes wi rd der Ober f lächenabf luss, wie in Kap. 4 .7 beschr ieben,

berechnet und vom auf d ie Erde fa l lenden Niederschlag entzogen. Der bere in ig te

Niederschlag sowie d ie kor r ig ier te Evapot ranspi ra t ion werden anschl iessend über d ie

dre i Spal ten ET / NS Bi lanz , G lug la und Deep perco lat ion in d ie er rechnete

Bodenwasserb i lanz, in der Spal te Soi l -Balance, über führ t .

Abb. 15: Bildschirmphoto des Arbeitsblattes V.I.T.I.S._Prog. Spalten CM enthalten die drei Submodelle: Bereinigung KcWert, Bereinigung Wasserstress und Berechnung der Interzeption.


Die Bi lanz ierung des Boden-Wasser-Gehal ts funkt ion ier t nach fo lgendem

Schema: Vom Star twer t des Bodenwassergehal tes ( ro t unter legt ) und fo lgend der

vor ige Tag wi rd in der Spal te ET / NS-Bi lanz (aktue l ler Tag) d ie ET-Net to abgezogen

und der bere in ig te Niedersch lag dazu gerechnet . Das Ergebnis is t der

Bodenwassergehal t des aktue l len Tages. Von d iesem Wert wi rd , wenn er k le iner a ls

d ie Feldkapazi tä t is t , d ie T ie fenvers ickerung nach Glugla abgezogen und in d ie

Spal te Soi l -Balance geschr ieben. Für den fo lgenden Tag wiederhol t s ich das Schema.

Is t der Wert der ET / NS Bi lanz grösser a ls d ie Feldkapazi tä t , w i rd d ie in der Spal te

D-Perc (deep perco lat ion) er rechnete Summe abgezogen und das Ergebnis dann

ebenfa l ls in d ie Spal te Soi l -Balance geschr ieben.

Die Einb indung der Bewässerung wi rd unter dem Kapi te l 4 .10.6, Aus lösung

der Bewässerung, er läuter t .

Abb. 16: Bildschirmphoto des Arbeitsblattes V.I.T.I.S._Prog. Spalten NO: Submodell Bereinigung Oberflächenabfluss; Spalten QT; Submodell BodenWasserBilanzierung; Spalte U: Bewässerung

Abb. 17: Bildschirmphoto des Arbeitsblattes V.I.T.I.S_Prog. Die Funktion der Bilanzierung des Bodenwassergehaltes: 1: Der Wert des Vortages wird in der ET/NS Bilanz mit dem aktuellen Niederschlag und der aktuellen Etc verrechnet (Schritte 2+3). Schritte 47: Je nach dem eine Tiefensickerung durch Glugla oder durch überschreiten der Feldkapazität erreicht wurde, wird diese abgezogen. Der neue Tageswert wird in die Spalte „ SoilBalance“ ge schrieben. Hat eine Bewässerung stattgefunden, wird diese zum neuen Bodenwassergehalt dazu gerechnet.

2 6

5

1

3 4

7


4.10.5 Änderungen und Anpassungen im SIMPEL

Wie schon im Kap. 4 .10 beschr ieben, verb l ieben von SIMPEL nur wenige Tei le . Es

s ind d ies das Arbei tsb la t t LAI_Zei t re ihe, welches um d ie Begrünung erwei ter t wurde,

und Tei le vom Speichermodel l . Es s ind d ies das In terzept ionsmodel l , d ie Funkt ion der

Tie fenvers ickerung nach Glugla und d ie deep perco lat ion (Abf luss aus dem Boden in

das Grundwasser) . D ie Verdunstungs l imi te wurde durch d ie in der FAO-

Dokumentat ion empfohlene Methode des Wassers t resskoef f iz ienten ersetz t .

Ausserdem wurde d ie Berechnung der Wasserb i lanz wie oben beschr ieben

abgeänder t . Auf e ine S t reu interzept ion wurde verz ich tet , da es s ich n icht um e inen

Walds tandor t handel t . Neu h inzugekommen s ind: Die Berechnung der aktue l len

Evapotranspi ra t ion durch den Kc- und Ks-Wer t und d ie Gener ierung des

Ober f lächenabf lusses nach der CN-Methode. Ausserdem wurde d ie E ingabe von

Bodencharakter is t ik -Parametern au f d ie Werte Feldkapazi tä t , nutzbare Feldkapazi tä t

und den permanenten Welkepunkt beschränkt . D ies wurde durch d ie Anwendung der

Kc- und Ks-Werte mögl ich.

4.10.6 Auslösung der Bewässerung

Wie in Kap. 2 .4.6 beschr ieben, dar f e ine Bewässerung ers t ausgelöst werden, wenn

die nutzbare Feldkapazi tä t unter 35% fä l l t . Das Submodel l „Bewässerungsmodul “

er rechnet d iesen Wert anhand fo lgender Formel :

Beginn Bewässerung=Feldkap−permanenter Welkepunkt0.35∗nFeldkapazität Zudem gibt es Sperr f r is ten, in welchen ke ine Bewässerung ausgelös t werden dar f (4

– 6 Wochen nach der B lü te und unmi t te lbar vor der Lese) . Im Model l wurde das so

gelöst , dass das Datum des Blüh-Endes a ls ju l ian ische Tage e ingegeben werden

muss . Das Submodel l „Bewässerungsmodul “ gener ier t dann d ie Dauer der Sperr f r is t

nach Ende der B lüte. Die Sperr f r is t vor der Lese wurde per defau l t auf den le tz ten

Tag im August ( ju l ian ischer Tag No. 243) festge legt . Nach Reuther (2002) is t d ies der

le tz te Zei tpunk t , um e ine Bewässerung auszuführen. Dies vor a l lem darum, da be i

uns d ie Monate September und Oktober doch recht n iederschlagre ich se in können.

Die Bewässerungsgaben wurden anhand der Empfehlungen von Rupp und

Fox (o.A . ) auf 8mm/mm- 2 fes tge legt .

Abb. 18: Das Bewässerungsmodul innerhalb des Arbeitsblattes V.I.T.I.S._Prog


Die Spal te „Bewässerung in i t ia l . “ , welche anschl iessend an d ie Model l ierung

der Bodenwasserb i lanz e inge fügt is t , sucht jeden Tag nach Eingabe der K l imadaten

die Spal te „ET / NS Bi lanz“ nach dem ak tue l len Bodenwasser-Gehal t ab.

Unterschre i te t e in Wert d ie 35% nutzbare nFK-Marke, wi rd d ie Bewässerung

ausgeführ t , insofern d ie Sperr f r is ten d ies zu lassen. Die bewässer te Menge Wasser

wi rd der Boden-Wasserb i lanz dazugerechnet .

Vorers t muss d ie Bewässerung noch manuel l getät ig t werden. Das Model l

g ib t vorers t nur e in Warns ignal (erscheinender Tex t „ !Bewässerung nöt ig ! “ innerhalb

des Bewässerungsmoduls) aus.

Abb. 19: Bildschirmphoto des Arbeitsblattes V.I.T.I.S._Prog


5. Ergebnisse

5.1 Erfassung LAI

Der LAI der Reben wurde, wie in Kap. 4 .2 beschr ieben, anhand e iner

Regress ionsformel ausgerechnet . Der Deckungsgrad der Begrünung wurde geschätz t

und ebenfa l ls durch e ine In terpolat ion auf Tageswer te berechnet . Der maximale LAI

für Reben und Begrünung bel ie f s ich auf 2 .0 m- 2 / m - 2 . Der Mimimalwer t bet rug 0.4 m - 2

/ m - 2 .

5.2 BodenprofilFür d ie Best immung der Bodenar t wurde das Schema von Nor tc l i f f und Landon (Klöt i ,

2001) , welches auf Fühlverhal ten bas ier t , verwendet . D ie Bodenar t wurde grob a ls

Sandig-Toniger Lehm k lass ier t . D ie fe inere Gl iederung wi rd anhand der

untens tehenden Gra f ik (Abb. 21)er läuter t :

wobei : Ahp-Hor izont : Oberboden mi t weniger a ls 30% organischer Substanz

in der Feinerde. Humusstof fe ; sehr s tark abgebaute

org. Substanz. Humi f iz ierung fo rtgeschr i t ten und

we i tgehend im Gle ichgewicht . Bearbei te ter Oberboden.

AB-Hor izont : Übergangshor izont zwischen Ober- und

Unterbodenhor izont

B-Hor izont : Unterbodenhor izont . Hohe Wurzelakt iv i tä t , jedoch v ie le

to t . → Sandig-Toniger Lehm

Abb. 20: Der Verlauf des durch eine Interpolation berechneten LAI von Rebe und Begrünung [in cm2/cm2]. Der Knick um den 20. Juni ist auf die Wipfelung der Reben zurück zu führen.

25.04.03

15.05.03

04.06.03

24.06.03

14.07.03

03.08.03

23.08.03

12.09.03

02.10.03

22.10.03

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

LAI


Bx-Horizont : Unterbodenhor izont . Hohe Wurzelakt iv i tä t , jedoch v ie le

to t . Kompakte, d ichte, aber n icht zement ier te Zone.

→ Schluf f ig-Toniger Lehm

(C)-Hor izont : Untergrund (Ausgangsmater ia l ) . → Flussk ies

Die Tatsache, dass der C-Hor izont aus e iner F lussk iesschicht besteht , läss t erahnen,

dass d ie A und B Hor izonte re la t iv s tark , aber nur während e iner kurzen Zei tspanne

entwässer t werden. Da d ie Kiessch icht in e inem Gefä l le is t , führ t s ie das Wasser ,

was in s ie von oben h ine invers icker t w i rd , rasch ab. Im Gegenzug dafür t re ten schon

nach kurzer Zei t ke ine Kapi l larkräf te mehr auf , welche den schon etwas

abgetrockneten Boden wei ter entwässern. Ausserdem wird ke in kapi l larer Aufs t ieg

aus dem Grundwasser zu verze ichnen se in. Zusätz l ich führ t d ie re la t iv ger inge

nutzbare Feldkapazi tä t von 13,5% dazu, dass d iese Parze l le d ie Reben schon bald

veranlasst , Anzeichen von Wassers t ress zu s ignal is ieren.

5.3 V.I.T.I.S.Als Ergebnisse werden h ier led ig l ich d ie Ausgaben des Model ls und deren Verg le ich

mi t den Daten der Bodensensoren präsent ier t . Das Programm V. I .T. I .S . , wie es

unter Kap. 4 .10 beschrieben wurde, ist in sich selbst e igent l ich schon das

Ergebniss dieser Arbei t .

Das Model l wurde mi t Daten ab dem 06.03 b is 31.10.03 gespiesen. A ls

Kont ro l le d ienten d ie Daten der Bodensensoren (C-Probe) . Da d ie Kurve des Model ls

an der Kurve der Bodensensoren überprüf t wurde, re iz te d ie Versuchung, da und dor t

e in Parameter zu ändern, um e ine mögl ichst ident ische Kurve zu erhal ten. Dies wäre

jedoch n icht der S inn der Arbei t und würde d ie Arbe i t anderer erschweren, welche mi t

d iesem Programm wei terarbei ten. So wurden sämt l iche Parameter or ig ina lget reu nach

den Empfehlungen der FAO, der CN-Methode und der Vorgaben von SIMPEL

Abb. 21: Ansicht des Bodenprofils mit schematischer Zuordnung der Horizonte

Ahp Horizont

AB Horizont

B Horizont

Bx Horizont

(C) Horizont

0 cm (Grasnarbe)

16 cm

33 cm

65 cm

104 cm

130 cm (Profilsohle)


verwendet .

5.3.1 Vergleich CProbe Werte mit den Ausgabewerten des Modells

Das Model l V. I .T . I .S. war in der Lage, a l le e ingegebenen Werte zu berechnen. In der

untens tehenden Gra f ik is t d ie Kurve der C-Probe Sensoren und d ie Kurve des Model ls

gegenübergeste l l t . Der e rs te Bl ick überrascht , s ind doch Unterschiede von b is zu 80

mm Wassergehal t (24.07.03) vorhanden. An d ieser Ste l le wi rd auf d ie Diskuss ion

verwiesen, wo versucht wi rd , Gründe für d iese Unterschiede herzu le i ten.

Abb. 22: Gegenüberstellung der beiden Kurven des Modells sowie der BodenSensoren während des Zeitraumes vom 01.06.03 bis 31.10.03

25.05.03

14.06.03

04.07.03

24.07.03

13.08.03

02.09.03

22.09.03

12.10.03

01.11.03

140

150160

170180

190200

210

220230

240250

260270

280

290300

Modell V.I.T.I.S.

CProbe

Datum

Spe

iche

r (m

m)


5.3.2 Auslösung der Bewässerung

Die automat ische Aus lösung der Bewässerung hat im gewünschten Zei t raum

stat tgefunden. Es wurden 6 Wassergaben von jewei ls 8 mm verabre icht ( theoret isch) .

Am 29.06.03 t ra t zum ers ten mal e in Wassergehal t im Boden auf , welcher unterhalb

der geforder ten 35% nFK lag. Dabei wäre ohne Sper r f r is t 1 Bewässerung ausgelös t

worden. Das Model l hat d ies jedoch n icht zugelassen. Die Abbi ldung 23

veranschaul icht d ie Aus lösungen der Bewässerung.

Abb. 23: Überblick über die Bewässerungen während der untersuchten Zeitspanne. Die blauen Säulen weisen auf die ausgelösten Bewässerungen hin. Die rote Säule auf die verhinderte.

Bewässerung o.k. SperrfristSperrfrist

25.05.03

14.06.03

04.07.03

24.07.03

13.08.03

02.09.03

22.09.03

12.10.03

01.11.03

140150160170180190200210220230240250260270280290300

Modell V.I.T.I.S.

CProbe

Datum

Spe

iche

r (m

m)

Sperrfrist SperrfristBewässerung o.k.


6. Diskussion

Der Ursprung d ieser Arbei t war , e in Bodenwasserhaushal t -Model l für e inen Weinberg

zu va l id ieren, um Grundlagen für das Bewässerungsmanagement zu schaf fen.

Ausgewähl t wurde das Spe ichermodel l SIMPEL, von Dr . G. Hörmann, da es auf der

Basis der GNU Lizenz läuf t und in Excel geschr ieben is t . D ies ha t den Vor te i l , dass

jeder Schr i t t nachvol lz iehbar is t und ke ine Programmierkenntn isse no twendig s ind.

Schon f rüh wurde a l lerd ings k la r , dass d ieses Model l um den Anforderungen, welche

der Bodenwasserhaushal t e iner Rebanlage s te l l t , gerecht zu werden, wei tgehende

Modi f ikat ionen nöt ig hat . Daraus ents tanden is t das Programm V. I .T . I .S. .

D iskut ier t werden h ier d ie Unterschiede zwischen den beiden Kurven C-

Probe und Model l V. I .T . I .S . . Zudem die E ignung für den E insatz von V. I .T. I .S . im

Bewässerungsmanagement e iner Rebanlage sowie wei tere Schr i t te und Auss ichten.

6.1 Differenzen zwischen den Werten der CProbe Sonden und denen des Modells

Werden d ie Beiden Kurven der Kontro l le und des Model ls (Abb. 25) m i te inander

Verg l ichen, können zum Tei l g rosse Di f ferenzen ausgemacht werden. Der Unterschied

betrug b is zu 80 mm am 24.07.03.

Es fä l l t auf , dass in der Zei tspanne b is am 30.06.03 e ine zu s tarke Abtrocknung

stat tgefunden hat . Ab d iesem Datum hat s ich d ie Abtrocknungsrate verminder t und is t

sogar unter den Wer t der C-Probe gefa l len. Andererse i ts haben d ie C-Probe

Sensoren vom 30.06.03 b is zum 30.07.03 e ine dre i fach so hohe Zunahme am

Wassergehal t im Boden reg is t r ier t , a ls d ies das Model l ta t . Wird nur der Zei t raum

Abb. 25: Gegenüberstellung der beiden Kurven des Modells sowie der BodenSensoren während des Zeitraumes vom 01.06.03 bis 31.10.03

25.05.03

04.06.03

14.06.03

24.06.03

04.07.03

14.07.03

24.07.03

03.08.03

13.08.03

23.08.03

02.09.03

12.09.03

22.09.03

02.10.03

12.10.03

22.10.03

01.11.03

140150160170180190200210220230240250260270280290300

Modell V.I.T.I.S.

CProbe

Datum

Spe

iche

r (m

m)


vom 30.06.03 b is 06.07.03 bet rachtet (Tab. 11) und mi t dem Niederschlag, welcher in

d ieser Zei t gefa l len is t verg l ichen, wi rd ers icht l ich, dass d ie C-Probe Sensoren e ine

zu hohe Wasserzunahme verze ichnen. Es wi rd mehr Wasser gespeicher t a ls

überhaupt in Form von Niedersch lag gespendet wurde. E ine Anre icherung aus dem

Grundwasser kann aus den Gründen d ie in Kap. 5 .2 er läuter t wurden vernachläss ig t

werden.

Tab. 11: Gegenüberstellung von Freilandniederschlag und Bestandesniederschlag mit dem registrierten Zuwachs am Wassergehalt des Bodens durch CProbe und V.I.T.I.S.

Datum Niederschlag(ohne

Interzeption)

Niederschlag(mit

Interzeption +Runoff)

Wassergehalt(CProbe)

Wassergehalt(V.I.T.I.S.)

30.06.03 0,0 0,0 208,4 148,4

01.07.03 34,4 23,9 245,6 170,3

02.07.03 0,0 0,0 250,7 167,1

03.07.03 10,8 8,7 259,3 173,7

04.07.03 6,6 5,2 261,8 177,3

05.07.03 1,8 0,8 267,8 176,1

06.07.03 0,0 0,0 261,8 171,8

Total 53,6 38,6 59,4 28,9

Es wi rd vermutet , dass durch den Einbau der Sonden, welcher am 07.05.03

stat tgefunden ha t , d ie Bodenst ruk tur veränder t wurde. E in grösserer Poorenante i l

könnte zu e iner grösseren Feldkapazi tä t geführ t haben. Dies wi rd anhand der

fo lgenden Graf ik bestät ig t .

Abb. 25: Verlauf der BodenwassergehaltKurve in Gegenüberstellung mit der Feldkapazität

29.04.03

19.05.03

08.06.03

28.06.03

18.07.03

07.08.03

27.08.03

16.09.03

06.10.03

26.10.03

180

190

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

310

320

CProbe

Datum

Spe

iche

r (m

m) Feldkapazität


Die im Labor ermi t te l te Feldkapaz i tä t bet rug 28%. Zu beginn der Messungen

wurden durch d ie C-Probe Sensoren jedoch über längere Zei t , sehr v ie l höhere

Wassergehal t -Werte verze ichnet . Gegen Ende des Versuches Pendel te s ich der

Wassergehal t be i 28% FK e in .

E in anderer Grund oder zusätz l ich zum oben benannten, könnten d ie in Kap.

3.2 erwähnten Hagelere ign isse gewesen se in. E inerse i ts wi rd Hagel sch lecht von den

Regenmessern verwer te t , und andererse i ts war eventuel l der Kc-Wer t der Reben für

den Mai und Juni zu hoch, da e in erhebl icher An te i l der B lat t f lächen zers tör t wurde .

Ausserdem kam gegen Ende der Arbei t aus, dass d ie C-Probe Sonden n ie

kal l ibr ie r t wurden. Das heiss t d ie Daten d ie h ier verwendet wurden, waren „Defaul t -

Daten“ . Der Versuch andere Daten zu gener ieren k lappte n icht . D iese Tatsache zerr te

etwas an der Mot ivat ion. Es wi rd jedoch angenommen, dass d ie Werte d ie das Model l

ausgibt zuver läss ig s ind, da verz ich tet wurde Parameter abzuändern, um e ine

deckungsgle ichere Kurve zu erhal ten.

6.2 Eignung von V.I.T.I.S. für den Einsatz im Bewässerungsmanagement einer Rebanlage

Mit V . I .T . I .S. is t e in e in faches Werkzeug für d ie Bewässerungss t rateg ie in e iner

Rebanlage ents tanden. Es hat den Vorte i l , dass be i unterschied l ichen

Bodencharakter is t iken oder Bewir tschaf tungsmassnahmen, e in fach zusätz l iche

Arbei tsb lä t ter des V . I .T . I .S ._Prog angehängt werden können und so für jede Parze l le

d ie Bodenwasser-B i lanz model l ier t werden kann. Da nur re la t iv wenig Parameter

e ingegeben werden müssen und d ie Schr i t te nachvol lz iehbar s ind, kann n icht v ie l

sch ief gemacht werden. Das b ie tet dem Anwender auch den Vor te i l , das Model l nach

seinen e igenen Wünschen anzupassen.

Wicht ig is t , dass wenn e ine Bewässerung durch Tröpfchenbewässerung

stat t f indet , d ie Bewässerungsmenge welche im Model l e ingegeben is t , e ingehal ten

wird, da ke ine Messung im Feld s ta t t f indet .

V . I .T . I .S . kommt f re i ins Haus, das he iss t , es is t e ine Open Source Sof tware.

Da SIMPEL auf der Bas is von GNU zur Ver fügung s tand, s teht auch V. I .T . I .S. unter

d ieser L izenzvere inbarung fü r Jedermann und Jedefrau f re i zur Ver fügung. Es s teht

auch a l len f re i , d ieses Programm wei te r zu Entwicke ln oder zu Verändern. Dafür

muss es aber wieder ö f fent l ich, unkommerz ie l l und dokument ier t zur Ver fügung

geste l l t werden.


6.3 Weitere Schritte und AussichtenV. I .T . I .S. is t mehr oder weniger auf 195 x 80 cm ents tanden. Das s ind d ie Masse

meines Schre ib t isches. Das heisst , es wurde noch n ie im Fre i land getestet . H inzu

kommen d ie in Kap. 6 .1 beschr iebenen Uns t immigkei ten der C-Probe Sensoren. Das

Model l muss s ich nun im Fre i land bewähren und dazu s ind prakt ische Versuche und

Val id ierungen nöt ig . Das kann im Rahmen e iner Semesterarbe i t geschehen oder auch

einfach „ jus t for fun“ . Ausserdem steht d ie Ansteuerung e ines Vent i ls v ia COM-Por t

an, um d ie Automat is ierung der Bewässerung zu verwi rk l ichen.


Literaturverzeichnis

- Mu l l ins et a l . , (1992) : B io logy of the Grapev ine. Cambr idge Univers i ty Press,

Cambr idge

- Schröder , D; rev. durch B lum, K. (1992) : Bodenkunde in St ichwor ten. Gebrüder

Bornt räger , Ber l in S tut tgar t

- Curr le e t a l . , (1983) : B io log ie der Rebe. D. Mein inger Ver lag, Neustadt an der

Weins t rasse

- Ward , R.C. , Robinson, M. (2000) : Pr inc ip les of Hydro logy. Mc Grw-Hi l l Publ ish ing

Company, London

- Wohl rab et a l . , (1992) : Landschaf tswasserhaushal t . Ver lag Paul Parey, Hamburg

Ber l in

- Gr iebel , T . (1996) : Untersuchung über d ie Ante i le der T ranspi ra t ion der Rebe und

der Evaporat ion in begrünten Rebbeständen an der Gesamtverdunstung.

Geisenheimer Ber ichte, Geisenheim

- Gasser , U. (1999) : Bodenkunde. Unter r ichtsunter lagen HSW, Kapi te l 6

(unveröf fent l icht )

- Hörmann, G. (1989) : S IMPEL Speichermodel le zum Bodenwasserhaushal t .

Dokumentat ion zu S IMPEL, www.pz-oekosys.un i -k ie l .de/ ~ schorsch

- A l len et a l . , (2003) : FAO I r r igat ion and Dra inage Paper No. 56; Crop

Evapotranspi ra t ion. FAO - Food and Agr icu l ture Organizat ion of the Uni ted

Nat ions , Rome

- Spr ing, J .L . (2003) : Mi tarbe i ter Forschungsans ta l l t Changines (e -mai l )

- Fox , R. , Rupp, D. (2003) : Phys io log ische Reak t ionen der Rebe auf e in

d i f ferenz ier tes Wasserangebot .

www. in fod ienst -mlr .bwl .de/ la / lvwo/veroef f /veroef f_ .h tm

- Rupp, D. (2003) : D ie Tropfbewässerung im Weinbau gez ie l t e insetzen.

www. in fod ienst -mlr .bwl .de/ la / lvwo/veroef f /veroef f_ .h tm

- Rupp, D. (2003) : Bodenfeuchtemessung im Weinbau; Die Tropfbewässerung gez ie l t

e insetzen. www. in fod ienst -mlr .bwl .de/ la / lvwo/veroef f / veroef f_ .h tm

- Ta iz , L . , Ze iger ,E . (2000) : Phys io log ie der P f lanzen. Spekt rum Akademischer

Ver lag, Heide lberg Ber l in

- Bur lando, P. (2003) : Hydro log ische Model l ierung von Einzugsgebieten. Hydro log ie

– Skr ip t Sommersemester 2003. Kapi te l 2 .3 .4.1 ETH – Zür ich (unveröf fent l icht )

- Reuther , H. (2002) : Bewässerung aus Weinbaul icher S icht : Erzeugung qual i ta t iv

hochwer t iger T rauben. SLFA Neustadt /Weinst rasse


Anhang1

Formeln des Arbeitsblattes V.I.T.I.S._Prog (für Excel Arbeitsblätter; Version 2000 undspäter)

Achtung! ! Da d iese Arbei t mi t OpenOff ice 1.1.0 geschr ieben wurde , weisen d ie h ier

abgedruck ten Formelausdrücke gegenüber den Formelausdrücken von Excel , in

we lchem das Programm geschr ieben wurde und zur Ver fügung s teht , zum Tei l k le ine

Di f ferenzen auf . Zum Beisp ie l sch l iesst Excel nach e inem Tabel lenb lat t -Wechsel

innerhalb der Formel d iesen mi t e inem „ ! “ ab ( 'K l ima_Boden_Daten ' ! ) . OpenOf f ice

benutz t nur e inen „ . “ ( 'K l ima_Boden_Daten ' . ) . D ie Formeln s ind sonst jedoch

ident isch.

Formeln für die Reihen 1 bis 22 Unters t r ichene Werte kennzeichnen Eingabewer te durch den Benutzer

Zelle Text, Wert, oder Formel

A1: Boden-Wasser -Bi lanz : Model l ierung au f Bas is ETo und Kc

Wert für e ine Rebanlage

A3: Aust r ieb:

E3: Bere ich des Wachstums [ t ]

F3 : Summe ju l ian ische Tage (+Lx x x )

I3 : Kc Grundwer te s ing le c rop Rebe

J3: Kc Grundwer te s ing le c rop Begrünung

K3: Tabel lenwer t Rebe p

A4: Monat

B4: 4

C4: Korrek tur ju l ian ische Tage

D4: L m a i

E4: 31

F4: =B5+C5+E4

H4: Kc m a i

I4 : 0 .5

J4: 0.5

K4: 0.45

L4: S tar twer t Boden

M4: 285

N4: in mm

A5: Tag ( ju l ian. )

B5: 110

C5: =120-B5


Fortsetzung Formeln für die Reihen 1bis 22

D5: L j u n

E5: 30

F5: =F4+E5

H5: Kc j u n

I5 : 0 .60

J5: 0.55

L5: Feldkap.

M5: 283

N5: in mm

D6: L j u l

E6: 31

F6: =F5+E6

H6: Kc j u l

I6 : 0 .75

J6: 0.60

L6: perm. Welkepunk t

M6: =$M$5-$M$7

N6: im mm

A7: B lüte:

D7: L a u g

E7: 31

F7: =F6+E7

H7: Kc a u g

I7 : 0 .80

J7: 0.60

L7: nFK

M7: 140

N7: im mm

A8: Monat

B8: 5

C8: 5 Wochen ( t ju l ian. )

D8: L s e p

E8: 30

F8: =F7+E8

H8: Kc s e p

I8 : 0 .75

J8: 0.60

L8: Lambda

M8: 0.00015

A9: Tag ( ju l ian. )

B9: 152



C9: 35

D9: L o k t

E9: 31

F9: =F8+E9

H9: Kc o k t

I9 : 0 .65

J9: 0.60

L9: Untersuchter Bodenhor izont

M9: 100

N9: in cm

D11: Bewässerungsmodul

F11: Sperr f r is t Bewässerung b is : ( t ju l ian. )

G11: %nFK bei Bewässerungsbeg inn

H11: Beginn der Bewässerung [mm]

I11: Quant i tä t der Wassergabe (mm)

J11: Wassergehal t Boden ak tue l ler Tag (mm)

D12: Bewässerung nöt ig ! (e rscheint wenn aktue l l ! )

F12: =B9+C9

G13: 35

H14: =$M$6-$M$7+($M$8*$G$13%)

I15: 8

D16: Sperr f r is t Bewässerung ab:

F16: 242

J16: {=INDEX(Q1:Q1000;MAX(ZEILE(Q1:Q1000)*(WECHSELN

(Q1:Q1000;" " ; " " )<>"" ) * (Q1:Q1000<>0)) )}

C18: Bere in igung Kc-Wer t Rebe/Begrünung

F18: Bere in igung Wassers t ress

K18: In terzept ion Berechnung

N18: Bere in igung Niederschlag

P18: Boden-Wasser -Bi lanz ierung

W19: Datum

X19: Model l V . I .T . I .S .

A20: Datum

B20: ETo FAO [mm]

C20: Kc s i n g l e c r o p Rebe [d imless]

D20: Kc s i n g e l c r o p Begrünung [d im less]

E20: Kc c o m b [d imless ]

F20: Dr ent leerung [mm]

G20: Ks Wassers t ress [d imless ]

H20: Ks bere in ig t [d imless]

I20: p ad j . [d imless]



J20: ETc Fao corr Kc [mm]

K20: In terzep. Kapazi tä t [mm]

L20: In terzep. Verduns tung [mm]

M20: In terzep. B i lanz [mm]

N20: Runof f B i lanz [mm]

O20: Niederschl . -Runof f [mm]

P20: ET-Net to [mm]

Q20: ET Bi lanz [mm]

R20: Glugla [mm]

S20: D-Perc . [mm]

T20: Soi l -Balance

U20: Bewässerung in i t ia l . [mm]

T21: s tar t

T22: 280

AusnahmeFormel für die Reihe 23F23: =$M$6-$T$22

Formeln für die Reihe 23 und folgende (mit Ausnahme F23; erst ab F24 sind alle folgenden gleich!)

A23: (Datumsformat)

B23: =$FAO_PMON.$J2

C23: =(WENN($Klima_Boden_Werte.$C3>$V.I.T.I.S._Prog.

$F$9;$V.I.T.I .S._Prog.$I$9;WENN

$Klima_Boden_Werte.$C3>$V.I.T. I.S_Prog.$F$8;

$V.I.T. I.S._Prog.$I$9;WENN($Klima_Boden_Werte.

$C3>$V.I.T. I.S._Prog.$F$7;$V.I.T. I.S._Prog.

$I$8;WENN($Klima_Boden_Werte.$C3>

$V.I.T. I.S._Prog.$F$6;$V.I.T. I.S._Prog.$I$7;WENN

($Klima_Boden_Werte.$C3>$V.I.T. I.S._Prog.





$B$5;$V.I.T.I.S._Prog.$I$4;0,3))))))))


Fortsetzung Formeln für die Reihen 23 und folgende

D23: =(WENN($Kl ima_Boden_Wer te.$C3>$V. I .T . I .S._Prog.

$F$9;$V. I .T . I .S._Prog.$J$9;WENN

($Kl ima_Boden_Wer te.$C3>$V. I .T . I .S._Prog.











$B$5;$V. I .T . I .S ._Prog.$J$4;0,3) ) ) ) ) ) ) )

E23: =WENN($ 'LAI Zei t re ihe ' .G3>$'LAI Zei t re ihe ' .P3;

$V. I .T . I .S ._Prog.$C23*( (1-EXP(-0 ,7*$ 'LAI Zei t re ihe ' . I3) ) /

(1 -EXP(-0,7*$ 'LAI Zei t re ihe ' .G3) ) ) ;$V. I .T . I .S._Prog.

$D23*( (1-EXP( -0,7*$ 'LAI Zei t re ihe ' . I3) ) / (1-EXP

(-0,7*$ 'LAI Zei t re ihe ' .H3)) ) )

G23: =($M$8-(F23) ) / ( (1- I23) *$M$8)

H23: =MIN(1;G23)

I23: =$K$4+0,04*(5-B23)

J23: =H23*E23*B23

K23: =MIN_LAI+$ 'LAI Ze i t re ihe ' .$ I3*$ 'LAI Zei t re ihe ' .$X$6

L23: =MINA(J23;$K23)

M23: =$Kl ima_Boden_Werte.$O3-L23

N23: =WENN($Kl ima_Boden_Werte.$O3>0;

( ($Kl ima_Boden_Wer te.$O3-$V. I .T. I .S._Prog.K23)^2) /

( ($Kl ima_Boden_Wer te.$O3-$V. I .T. I .S._Prog.K23)

+254*( (100/79)-1) ) ;0)

O23: =(MAXA(0;M23) ) -N23

P23: =-MINA(0;M23)+$J23-L23

Q23: =T22-P23+O23

R23: =WENN(Q23<=$M$6;$M$9*(Q23-$M$7)^2;0)

S23: =WENN(Q23>$M$6;Q23-$M$6;R23)

T23: =WENN(Q23>$M$6;Q23-S23;Q23-R23+U23)

U23: =(WENN($Kl ima_Boden_Wer te.$C3<$V_I_T_I_S__Prog.

$F$12;0;WENN($Kl ima_Boden_Wer te.$C3>

$V_I_T_I_S__Prog.$F$16;0;WENN($Kl ima_Boden_Wer te.

$C3>$V_I_T_I_S__Prog.$F$12; (WENN($V_I_T_I_S__Prog.

Q23<$V_I_T_I_S__Prog. $H$14;$I$15;0) ) ) ) ) )


Formel fü r die Reihe 24 und folgende

F24: =F23+R23+P23-O23


Anhang2

Kleines User Manual für V.I.T.I.S.

Sämt l iche Zel len welche e ine Eingabe er fordern s ind ro t h in ter legt .

Schritt 1

Fo lgende Bodencharak ter is t ik -Daten müssen bekannt se in : Fe ldkapaz i tä t und

nutzbare Feldkapazi tä t . Anhand d ieser zwei wi rd der permanente Welkepunkt

best immt.

Diese Daten werden in d ie fo lgende Maske im Arbei tsb la t t V. I .T . I .S._Prog

einget ragen:

Wicht ig , weicht der untersuchte Bodenhor izont von 100 cm ab, müssen d ie

Daten angepass t werden.

Schritt 2

Im Arbei tsb la t t FAO_Pmon müssen d ie Daten der Rebanlage für d ie Höhe über Meer

und der Bre i tengrad in d ie fo lgende Maske e inge t ragen werden:


Schritt 3

Der LAI muss erhoben werden. Es müssen mindestens zwei Messungen vor l iegen,

dami t das Model l d ie Daten in terpo l ieren kann. Die Daten werden in d ie fo lgende

Maske des Arbei tsb la t tes LAI_Zei t re ihe e inget ragen:

Zudem muss d ie Kapazi tä t B la t t in terzept ion und d ie min imale Kapazi tä t e inget ragen

werden.

Schritt 4

Die Kl imadaten Temperatur (min. und max.) , re la t ive Luf t feuchte (min. und max.) ,

Niederschlag, Taupunk t temperatur , Wind und d ie ef fekt ive Sonnenscheindauer

müssen für jeden Tag in das Arbei tsb la t t K l ima_Boden_Werte e inget ragen werden.

Das Datum muss eventuel l be i bedar f angepass t werden (Monat und ju l ian ische Tage

sind Funkt ionen!) . D ie Spal ten Wind [km/d] , Rhmean [%] sowie Sonnenscheindauer

ef fekt . [s td . ] s ind Funkt ionen. Diese Daten werden für d ie

Evapotranspi ra t ionsgle ichung benöt ig t .


Schritt 5

Bei Beginn der Model l ierung muss der Wassergehal t im Boden bes t immt werden. Dies

geschieht am e infachs ten durch e ine Entnahme von 3 Bodenproben in

unterschied l ichen T iefen. Die Proben müssen sofor t lu f td ich t verpack t werden,

gewogen werden und anschl iessend bei 105°C fü r 2 b is 3 Tage get rocknet werden.

Anschl iessend werden d ie Proben wieder gewogen. Die Di f fe renz is t dann der

Wassergehal t des Bodens bei Ze i tpunkt der Entnahme. Die 3 Werte werden gemi t te l t .

Wicht ig is t , dass d ie K l imadaten schon bei der Entnahme der Bodenproben unter

e iner groben Annahme des Wassergehal ts des Bodens e ingegeben werden. E in

späteres e insetz ten des korrekten S tar twer tes des Bodens is t ke in Problem.

Der Star twer t des Bodens wi rd ebenfa l ls in d ie Maske der Bodenparameter

im Arbei tsb la t t V . I .T . I .S ._Prog e ingegeben:

Schritt 6

Der Beginn (Monat und ju l ian ischer Tag) des Aus t r iebes der Reben muss in d ie

fo lgende Maske im Arbei tsb la t t V . I .T . I .S ._Prog e ingegeben werden:

Bei Ende Blüte muss ebenfa l ls h ier der Monat sowie der ju l ian ische Tag e ingegeben

werden.


Ausgabe des Modells

V. I .T . I .S. g ib t im Arbei tsb la t t V. I .T . I .S._prog unter anderem e in XY-Diagramm aus , in

we lchem der Wassergehal tver lauf im Boden v isuel l ver fo lg t werden kann. Ausserdem

erscheint im Bewässerungsmodul jeder Tag der aktue l le Wassergeha l t in der Zel le

J16. Gerät der Wassergehal t unterhalb d ie geforder ten 35% der nutzbaren

Fe ldkapazi tä t , erscheint der Tex t : „ !Bewässerung nöt ig ! “ in der Zel le D12 auf ge lbem

Hin tergrund auf . D ies jedoch nur , wenn d ie Bewässerung ausserhalb der Sper r f r is ten

stat t f inden würde. In d iesem Fal l lös t das Model l e ine Bewässerung aus und

regis t r ier t d ie 8mm als Zuwachs des Bodenwassergehal ts .

Im Moment muss d ie Bewässerung noch manuel l ausgelöst werden.

Documents

MODELLIERUNG DES WASSERHAUSHALTES EINER REBANLAGE ... · Ansätzten des Irrigation and Drainage Paper No.56 der FAO, der CN-Methode des Soil Conservation Service des Landwirtschaftsdepartements