Vollflächige Bodenbearbeitung, wie sie in vielen Betrieben der intensiven Landwirtschaft eingesetzt wird, hat einen großen Einfluss auf die Produktivität der landwirtschaftlichen Kulturen, insbesondere unter den heutigen wechselhaften Wetterbedingungen.

Die Auswirkungen des Klimawandels in jüngster Zeit und in Zukunft werden die Landwirte zwingen, ihre Anbautechniken und -methoden von A bis Z zu überarbeiten, einschließlich der Bodenbearbeitung.

Um sicher von einer Technologie zur anderen wechseln zu können, ohne dass es zu erheblichen Verlusten in den Betrieben kommt, die durch hohe Investitionen in spezielle Bodenbearbeitungsgeräte verursacht werden, muss man verstehen, wie die Böden und letztlich die Pflanzenproduktion auf neue Technologien/Praktiken in Kombination mit sich ändernden mikroklimatischen Bedingungen reagieren, wie z. B:

• die Menge des jährlichen Niederschlags und seine jahreszeitliche Verteilungdie Veränderungen der Temperaturen, insbesondere der Bodentemperatur, in einem Kalenderjahr
• Bodenbeschaffenheit über das gesamte fruchtbare ProfilFeldkapazität (FC) und Grad der Bodenverdichtung

Da die Ausrüstung für die konservierenden Technologien "No-Till" und "Strip-Till" im Vergleich zur konventionellen Methode wesentlich höhere Investitionen erfordert, ist die Rendite in diesem Fall eine wichtige Priorität für den Landwirt, weshalb alle Wachstumsbedingungen, die die Ernte beeinflussen, berücksichtigt werden müssen.

STUDIEN UND ANALYSEN

Zwar haben vergleichende Untersuchungen verschiedener Bodenbearbeitungstechniken in den letzten Jahren viel Licht auf das Verständnis und die Anwendungstechniken geworfen, doch wurden zwar die globalen Parameter, der Ertrag, die Wirtschaftlichkeit, die qualitativen Auswirkungen auf den Boden usw. analysiert, nicht aber die diesen qualitativen Veränderungen zugrunde liegenden Ursachen, die sich unter verschiedenen Bedingungen negativ auf die Produktivität und die Effizienz der angewandten Bodenbearbeitungstechniken auswirken können.

Die Bodenfeuchte, insbesondere FC (siehe Abkürzung am Ende des Dokuments) und WP, sind die grundlegenden Bodenparameter, die zur Beurteilung der Fähigkeit des Bodens, Wasser zu speichern und an die Pflanzen abzugeben, benötigt werden.

Dies wird durch die Bodenbeschaffenheit bestimmt, die der Ausgangspunkt für die beste Wahl der Bodenbearbeitungsmethode ist.

Wie in Tabelle 1 beschrieben, wirkt sich die Beschaffenheit des Bodens auf die Fähigkeit zur Wasserrückhaltung und -erhaltung aus. Lockere Böden haben unabhängig von ihrer Beschaffenheit eine höhere FC als verdichtete Böden, was bedeutet, dass diese lockeren Böden ein größeres Wasservolumen pro Bodeneinheit speichern können.

Böden mit hohem Wasserrückhaltevermögen garantieren jedoch nicht immer eine ausreichende Wasserreserve während der gesamten Vegetationsperiode, da die zwischen den Bodenpartikeln gespeicherten Wasservolumina durch Evapotranspiration und Schwerkraftbewegung des Wassers in die unteren Bodenprofile schnell verloren gehen.

Abbildung 1 zeigt, dass die Wurzeln einiger Pflanzen bis in eine Tiefe von über 2,5 m vordringen können. Der größte Teil des Bodenwassers wird jedoch vom Hauptwurzelsystem verbraucht, das sich in der Schicht von 1 bis 1,5 m Tiefe befindet. Aus diesem Grund muss der Boden mindestens 0,6 m tief analysiert werden, damit die Pflanze die Voraussetzungen für ihr Wachstum und die Aufnahme von Nährstoffen und Wasser hat.

DAS EXPERIMENT

Zur Überprüfung der obigen Aussagen wurde für den Zeitraum vom 11.11.2020 bis 27.07.2021 ein Feldversuch zum Anbau von Winterweizen durchgeführt. Es wurden Sensoren für die Bodenfeuchte und -temperatur bis in 60 cm Tiefe sowie für die Evapotranspiration und den Niederschlag installiert. Zwei benachbarte Parzellen mit unterschiedlichen Bodenbearbeitungsmethoden wurden ebenfalls überwacht.

Die erste Parzelle wurde im Herbst (2020) in einer Tiefe von 28 cm gepflügt und vor der Aussaat bis zu einer Tiefe von 60 cm gelockert.

Die zweite Parzelle wurde nicht bewirtschaftet.

Bodentextur in beiden Parzellen: Lehm, mit Maisanbau in der vorangegangenen Anbauperiode.

Die Niederschlagsmenge (Grafik 1) während der Vegetationsperiode des Winterweizens in der Saison 2020/2021 betrug 482 mm. Das nachstehende Diagramm zeigt die monatliche Verteilung der Niederschläge.

Die oben genannten Umwelt- und Bodenparameter wurden kontinuierlich in einem Abstand von 5 Minuten gemessen. Die Bodentemperatur und die Bodenfeuchte wurden in verschiedenen Tiefen gemessen, nämlich: 10, 20, 30, 40, 50 und 60 cm.

Auf der Grundlage dieser Messungen wurden die Veränderungen der Bodenfeuchtigkeit und die Wasserbewegung in beiden Parzellen analysiert.

Die Hauptziel des Experiments war es, Informationen zu ermitteln:

• Die Fähigkeit des Bodens, Wasser zu speichern in beiden untersuchten Parzellen (Direktsaat und Bodenbearbeitung).
• Die Regenmenge, die erforderlich ist, um das optimale Niveau der FC zu erreichen in Parzellen mit unterschiedlichen Bodenbearbeitungstechniken.
• Die Geschwindigkeit der Wasserinfiltration in den Boden in beiden Fällen.
• Die Bedingungen und die Geschwindigkeit, mit denen der Boden Wasser verliert aufgrund der Evapotranspiration.

ERGEBNISSE

Die in diesem Experiment erzielten Ergebnisse die Vorteile der Direktsaattechnik gegenüber der konventionellen Bodenbearbeitung zu bestätigen, um dies zu veranschaulichen:

• Verringerung der Dieselkosten und der Arbeitszeit um bis zu 50%.
• Steigerung der Produktion um bis zu 10% in den ersten Jahren (mit kumulativer Wirkung auf die langfristige Produktion).
• Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit.
• Erhöhung der organischen Substanz im Boden.
• Wassererhaltung im Boden (mehr Wasser im Boden).

Die oben genannten Vorteile sind nicht das Maximum, das durch den Einsatz dieser Technologie erreicht werden kann. Durch die kontinuierliche Überwachung von Umwelt- und Bodenparametern, die sich direkt auf die Produktivität der landwirtschaftlichen Kulturen auswirken, kann sie den Landwirten und der Umwelt mehr Nutzen bringen.

Die Analyse der Bodenfeuchtigkeit im Profil von 0 bis 60 cm (Schaubild 2), in beiden Parzellen während der gesamten Vegetationsperiode, zeigt das Folgende:

• Das Wasservolumen, das vom Boden in der bearbeiteten Parzelle zurückgehalten wird, ist während der gesamten Vegetationsperiode höher.
• Der bearbeitete Boden reagiert schneller und speichert mehr Niederschlagswasser.
• Nicht bearbeitete Böden nehmen das Wasser der Schneeschmelze besser auf (Abb. 2).

Bleibt der Niederschlag aus, wird die Nicht gepflügter Boden speichert Wasser besser aufgrund der geringeren Gravitationsbewegung.

• Die Temperatur des nicht bearbeiteten Bodens ist während der warmen Jahreszeit niedriger, was zu einer geringeren Evapotranspiration im Vergleich zur Evapotranspiration im bearbeiteten Boden führt.
• Bei starken Regenfällen nimmt ein bearbeiteter Boden eine größere Wassermenge auf, verliert aber schneller Wasser als ein nicht bearbeiteter Boden, da die Verdunstung höher ist und der Boden tiefer versickert.
• Der Wassergehalt des Bodens muss immer qualitativ und quantitativ analysiert werden, und zwar in verschiedenen Tiefen, um sicherzustellen, dass die Bodenfeuchtigkeit innerhalb der optimalen Grenzen liegt, die sich aus der FC und WP des Bodens ergeben.

Analysieren Sie die Dynamik und den Wassergehalt des Bodens 0 bis 30 cm Tiefe (Schaubild 3) lässt sich Folgendes feststellen:

• Das Wasserrückhaltevermögen und die Wasserspeicherkapazität des bearbeiteten Bodens sind höher als die des nicht bearbeiteten Bodens.
• Bei Trockenheit haben die Böden in der bearbeiteten Parzelle höhere Evapotranspirationsverluste als unter Regenbedingungen.
• Die 30 cm dicke Schicht der nicht gepflügten Parzelle verliert während der Vegetationsperiode mehrmals Wasser bis zum Verwelkungspunkt (Stress).
• Die Böden in den nicht gepflügten Parzellen verlieren unter Trockenheitsbedingungen langsamer Wasser.

Die Verhalten des Bodenwassers in einer Tiefe von 40 bis 60 cm ist in beiden untersuchten Parzellen völlig anders als in der obersten Schicht (Schaubild 4).

Die Daten im Schaubild (Grafik 4) veranschaulichen Folgendes:

• Ein nicht bearbeiteter Boden speichert eine größere Wassermenge als ein bearbeiteter Boden in der gleichen Tiefe.
• Durch die Schwerkraftbewegung des Wassers sank der Wassergehalt in der bearbeiteten Parzelle mehrmals während des Beobachtungszeitraums bis zum Welkepunkt.
• Während der Trockenheit sinkt das Wasservolumen im bearbeiteten Boden auf ein kritisches Niveau (extremer Stress), was bei unbebautem Boden nicht der Fall ist.
• Selbst bei Trockenheit hielt der Boden in der nicht gepflügten Parzelle das Wasser mehrere Tage länger am Verwelkungspunkt als gepflügte Böden.

Aus den Erfahrungen und den oben genannten Erkenntnissen lassen sich wichtige Schlussfolgerungen und Vorschläge für die Anpassung der Direktsaat-Technologie und -Methoden ableiten.

SCHLUSSFOLGERUNG

Wassergehalt im Bodenprofil von 0 bis 30 cm

Die wichtigste Erkenntnis ist, dass der Boden in der bearbeiteten Parzelle die Pflanze während der gesamten Vegetationsperiode mit einer größeren Wassermenge versorgen kann, allerdings nur bei ausreichenden Niederschlägen.

Bei Trockenheit verlieren beide Parzellen durch die Schwerkraft und die Evapotranspiration mit der gleichen Geschwindigkeit Wasser, was zu einer extremen Belastung für die Pflanzen führt.

In diesem Fall kann man sagen, dass der nicht gepflügte Boden unter verschiedenen klimatischen Bedingungen qualitativ und quantitativ unterlegen ist.

Daher empfehlen wir für lehmige Böden die Anwendung der Mini-Till-Technologie, bei der nur die Oberflächenschicht bearbeitet wird, um die Feldkapazität des Bodens zu erhöhen, damit die Pflanzen in der Zeit unmittelbar nach der Aussaat und dem aktiven vegetativen Wachstum ausreichend mit Wasser versorgt werden.

Wassergehalt im Bodenprofil von 40 bis 60 cm

Der Wassergehalt in diesem Bodenprofil verhält sich völlig anders als in dem von 0 bis 30 cm.

Aus Schaubild 4 geht hervor, dass die Wassermenge, die in der Schicht von 40 bis 60 cm in der nicht gepflügten Parzelle zurückgehalten wird, während der gesamten Vegetationsperiode viel höher ist, auch während der Trockenheit.

Hier bestätigt sich die Überlegenheit der Direktsaat-Technologie/Methode gegenüber der konventionellen Bodenbearbeitungstechnik/Methode.

Die Erklärung für dieses Phänomen ist, dass der verdichtete Boden das Schwerkraftwasser besser zurückhält und seinen Abfluss in den unteren Schichten verringert.

Damit wird die Schicht von 40 bis 60 cm zu einer wichtigen Quelle für Wasser und Pflanzennährstoffe während der gesamten Vegetationsperiode für Winterweizen.

Betrachtet man die Morphologie der Wurzeln (Abbildung 1), so stellt man fest, dass die 40 bis 60 cm tiefe Schicht das Hauptwurzelsystem beherbergt und die Hauptrolle bei der Wasserversorgung in den Phasen des aktiven vegetativen Wachstums spielt.

In diesem Versuch erwies sich der nicht gepflügte Boden in einer Tiefe von 40 bis 60 cm als der Boden mit besonderen Wasserrückhalte- und Konservierungseigenschaften.

Dies bedeutet nicht zwangsläufig, dass das Phänomen auf anderen Feldern mit einer anderen Beschaffenheit oder anderen Kulturen und in anderen Regionen dasselbe ist.

Um sicherzustellen, dass der Boden über gute Wasserhalteeigenschaften verfügt, muss die Feuchtigkeit im Bodenprofil von 0 bis 100 cm zumindest während der landwirtschaftlichen Saison (vor der Aussaat bis zur Nachernte) überwacht werden. Um die Bodenfeuchtigkeit in verschiedenen Tiefen vollständig zu verstehen, müssen auch andere wichtige Umweltvariablen wie Niederschlag, Evapotranspiration, Lufttemperatur und Bodentemperaturen untersucht werden.

Textur und Bodenprofil

Weil FC durch Bodenverdichtung beeinflusst werden kann Wir empfehlen eine regelmäßige Kontrolle der FC-Werte, um eine übermäßige Verdichtung des Bodens zu vermeiden.um die Verringerung des Bodenwasservolumens zu minimieren.

Durch die Kenntnis der oben genannten Parameter ist es möglich, die Bodenbearbeitungstechnik so anzupassen, dass alle Ressourcen effizient genutzt werden.

Im Falle von lehmhaltigen Böden, Oberflächenbearbeitung wird empfohlen, um die Feldkapazität der Deckschicht zu erhöhen und eine Bodenschicht, die das langsame Eindringen von Wasser in die darunter liegenden Schichten ermöglicht.

Die unteren Bodenschichten müssen intakt bleiben, solange der Boden gute Wasserrückhalteeigenschaften hat, d. h. eine ausreichende Wassermenge innerhalb der optimalen Grenzen der Feldkapazität in Bezug auf seine Textur hält.

Verfügt der Boden nicht mehr über ein ausreichendes Wasserrückhalte- und -aufnahmevermögen, was mit Bodenfeuchtesensoren überprüft werden kann, wird eine Tiefenlockerung des Bodens empfohlen, um seine physikalischen Eigenschaften wiederherzustellen.

Zusammengefasst, wir können sagen, dass die Direktsaat-Technologie/Methode kein universelles Werkzeug ist, das überall angewendet werden kann um die dieser Technologie/Methode zugeschriebenen Vorteile zu nutzen.

Um ständig von der Anwendung dieser Technologie profitieren zu können, es ist notwendig, eine Reihe von Boden- und Umweltparametern kontinuierlich zu überwachendie grundlegende qualitative und quantitative Indikatoren für den Wasserkreislauf in diesem Ökosystem sind.

In Anbetracht all dieser Erkenntnisse wird deutlich, dass, wenn Bei der Wahl der Bodenbearbeitungstechnologie/-methode, ob Direktsaat oder Minimalbodenbearbeitung, müssen alle oben genannten Überlegungen berücksichtigt und mit den physikalischen Eigenschaften des Bodens in Einklang gebracht werden, die sogar innerhalb eines Betriebs variieren können. Dies kann zu Zonierungskarten für die Direktsaat oder die minimale Bodenbearbeitung führen.

Dies würde bedeuten, dass wir erst nach einer detaillierten Untersuchung der physikalischen Eigenschaften des Bodens und des gesamten Profils feststellen können, welche Bodenbearbeitungstechnik/Methode für den Betrieb am besten geeignet und wirtschaftlich ist.