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Informationen zur Bodenfeuchte

Entwicklung von Bodenfeuchte und pflanzenverfügbarem Wasservorrat von der Trockenperiode 2018-2020 bis Anfang Juli 2022

Dargestellt sind die Auswertungen der Messungen an vier Boden-Dauerbeobachtungsflächen (BDF II) des LfULG:

  • BDF Köllitsch: Vega aus Auensediment (Elbaue Nordsachsen)
  • BDF Hilbersdorf: Braunerde aus Lösslehm über Gneis (Östlicher Erzgebirgsnordrand)
  • BDF Schmorren: Parabraunerde-Tschernosem aus Lösslehm (Mittelsächsisches Lösshügelland)
  • BDF Lippen: Regosol aus Kippsand (Senftenberger Heide- und Seengebiet)
Das Bild zeigt die Lage der vier BDF im Freistaat Sachsen

Die Trockenjahre 2018/2019 haben in den pflanzenverfügbaren Wasservorräten der Böden Sachsens bis zum Winter 2019/2020 ein großes Defizit verursacht. Der absinkende Trend der Bodenfeuchten war, vor allem in tieferen Bodenschichten, bis in das Jahr 2021 hinein sichtbar. Im deutlich feuchteren Sommer 2021 hatten die Defizitphasen der pflanzenverfügbaren Wasservorräte ein deutlich geringeres Ausmaß. Die Bodenwasservorräte waren 2021 vergleichsweise stabil über die Vegetationsperiode verfügbar, wenn auch auf niedrigerem Niveau als in der Messperiode vor den Trockenjahren 2018/2019.

Der Auffüllstand des Wasserspeichers im Boden erreicht seinen höchsten Punkt üblicherweise zu Beginn des Frühjahrs nach der Schneeschmelze. Bleiben Winterniederschläge und Schnee aus, starten die Böden mit einem deutlich niedrigeren Wasservorrat in das Frühjahr. So stiegen auch in den Wintern seit 2018 die Bodenwasservorräte an, konnten jedoch nicht das große Defizit der Sommermonate ausgleichen.

Die Auffüllung des Wasservorrats im Boden erfordert entweder eine langsame Schneeschmelze oder aber einen Landregen, weil nur dann das Wasser in den Boden einsickern kann. Starkregen führt fast ausschließlich zu Oberflächenabfluss und Bodenerosion.

Entwicklung der Bodenfeuchte

Im August bis Oktober der Jahre 2018/2019/2020 erreichte die Bodenfeuchte aufgrund der langanhaltenden Trockenheit ein absolutes Minimum (Abb.1, 3, 5, 7) und sank an den BDF II – Stationen in Hilbersdorf, Köllitsch und Lippen fast bis auf den permanenten Welkepunkt. In dieser Situation kann die Pflanze die im Boden immer noch verbliebene Restfeuchte nicht mehr aufnehmen. Ohne zeitnahen Regen verdorrt sie.

Die Niederschläge im Winter 2020/2021 sowie Frühjahr und Sommer 2021 führten zum Wiederanstieg der Bodenfeuchten in allen Bodentiefen. Das sommerliche Defizit der Wasservorräte fiel im Jahr 2021 an allen Messstationen deutlich geringer aus und wurde teilweise bereits im Spätsommer wieder aufgefüllt.

An der BDF-II Hilbersdorf war der Jahresverlauf der Bodenfeuchte im Jahr 2021 vergleichsweise ausgeglichen (Abb. 2). Die Bodenfeuchten erreichten im Herbst 2021 wieder das Niveau der üblichen Werte, wie sie vor der Trockenperiode gemessen wurden (Abb. 1). In den ersten Monaten des Jahres 2022 sank die Bodenfeuchte im Oberboden aufgrund geringer Niederschläge jedoch wieder deutlich ab.

Abb. 1: BDF II-Hilbersdorf – Verlauf der Bodenfeuchten [Vol.-%, Monatsdurchschnitte] und der Niederschläge [mm, Monatssummen] 2016 bis Anfang Juli 2022  
Abb. 2: BDF II-Hilbersdorf – Verlauf der Bodenfeuchten [Vol.-%, Tagesdurchschnitte] und der Niederschläge [mm, Tagessummen] in den letzten 12 Monaten  

An der BDF-II Köllitsch hat sich der Trend sinkender Bodenfeuchten während der Trockenjahre auch im Jahr 2021 fortgesetzt (Abb. 3). Vor allem in tieferen Bodenschichten lagen die Bodenfeuchten noch deutlich unterhalb des Niveaus der Werte von vor 2018. Der Jahresverlauf der Bodenfeuchten 2021 (Abb.4) zeigt, dass sich Niederschläge vor allem in den oberen Bodenschichten auswirkten und meist zu einem kurzzeitigen Anstieg der Werte führten. Im Frühjahr 2022 sanken die Werte in 40 cm und 55 cm Bodentiefe wieder deutlich ab.

Abb. 3: BDF II-Köllitsch – Verlauf der Bodenfeuchten [Vol.-%, Monatsdurchschnitte] und der Niederschläge [mm, Monatssummen] 2016 bis Anfang Juli 2022  
Abb. 4: BDF II-Köllitsch – Verlauf der Bodenfeuchten [Vol.-%, Tagesdurchschnitte] und der Niederschläge [mm, Tagessummen] in den letzten 12 Monaten  

Im Lössboden an der BDF-II Schmorren zeigen die Bodenfeuchten sowohl im langjährigen Verlauf (Abb. 5) als auch im Jahr 2021 (Abb. 6) deutlich geringere Schwankungen als an den anderen Stationen. Die Absenkungen der Bodenfeuchten in den Trockenjahren 2018-2020 waren aber auch hier messbar. Im Jahr 2021 war der Lössböden gleichmäßig durchfeuchtet.

Abb. 5: BDF II-Schmorren – Verlauf der Bodenfeuchten [Vol.-%, Monatsdurchschnitte] und der Niederschläge [mm, Monatssummen] 2016 bis Anfang Juli 2022  
Abb. 6: BDF II-Schmorren – Verlauf der Bodenfeuchten [Vol.-%, Tagesdurchschnitte] und der Niederschläge [mm, Tagessummen] in den letzten 12 Monaten  

Die Bodenfeuchten an der BDF-II Lippen zeigen, bedingt durch das sandige Substrat, generell geringere Werte als in lehmigen und schluffigen Böden. Trockenheit führt zu einer schnellen und starken Absenkung der Bodenfeuchten, insbesondere im Oberboden (Abb. 7 und 8). Die Niederschläge im Sommer 2021 führten zu einer deutlich schwächeren Absenkung der Bodenfeuchten im Vergleich zu den Vorjahren. Auch an dieser Station zeigen die Bodenfeuchten im Oberboden aktuell einen absinkenden Trend aufgrund der geringen Niederschläge im Frühjahr 2022.

Abb. 7: BDF II-Lippen – Verlauf der Bodenfeuchten [Vol.-%, Monatsdurchschnitte] und der Niederschläge [mm, Monatssummen] 2016 bis Anfang Juli 2022  
Abb. 8: BDF II-Lippen – Verlauf der Bodenfeuchten [Vol.-%, Tagesdurchschnitte] und der Niederschläge [mm, Tagessummen] in den letzten 12 Monaten 

Pflanzenverfügbarer Wasservorrat

Das pflanzenverfügbare Bodenwasser ist die Wassermenge, die der Boden in mittelgroßen Poren halten und der Pflanze zur Verfügung stellen kann (sogenannte „nutzbare Feldkapazität“). Pflanzen können dieses Bodenwasser je nach Bodenart und Dichte des Bodens aus ihrem Wurzelraum aufnehmen. Dabei bezieht sich der effektive Wurzelraum auf die Bodenzone, in der die Wurzeln einjähriger landwirtschaftlicher Nutzpflanzen den verfügbaren Wasservorrat voll ausschöpfen können.

In normal feuchten Jahren liegt der Auffüllstand des verfügbaren Wasserspeichers im effektiven Wurzelraum je nach Jahreszeit und Bodenart zwischen 40 und 80 % und kann in extremen Trockenzeiten (meist zum Ende des Sommers) bis unter 10 % absinken (Sandböden). In den Sommern 2018-2020 sank dieser Auffüllstand deutlich ab: im Lössboden (Schmorren) auf 50 %, in den lehmig-sandigen bzw. lehmig-schluffigen Böden (Köllitsch/Hilbersdorf) auf 20-30 % und im Sandboden (Lippen) auf nur noch 5 % des maximal verfügbaren Wasserspeichers (Abb. 9). Zwar wurde das bisherige Minimum der Messungen an den BDF-II aus dem Dürrejahre 2003 nicht erreicht, die Dauer der sommerlichen Wasserdefizite über jeweils mehrere Monate war jedoch deutlich ausgeprägter. Im feuchteren Sommer 2021 lag der Auffüllstand im Lössboden wieder konsistent über 60 %, in den sandigen und lehmigen Substraten kurzzeitig bei 35 %, aber überwiegend über 50 %. Das trockene Frühjahr 2022 führte an diesen Standorten jedoch wieder zu einer deutlichen Absenkung des verfügbaren Wasserspeichers.

Abb. 9: Auffüllstand des pflanzenverfügbaren Wasservorrates (= aktueller pfl. Wasservorrat / maximal möglicher pfl. Wasservorrat * 100) im effektiven Wurzelraum an den BDF II-Stationen Hilbersdorf, Schmorren, Köllitsch und Lippen; 2016 bis Anfang Juli 2022 

Aufgrund der sich sehr stark unterscheidenden Wasserspeicherkapazitäten verschiedener Bodenarten ist die Kenntnis des relativen verfügbaren Wasservorrats (in %, siehe Abb. 9) nur sehr bedingt für die realistische Beurteilung der Wasserversorgung der Böden geeignet. So entsprechen 40 % pflanzenverfügbarer Wasservorrat im Wurzelraum von lehmig-sandigen Böden einer Wassermenge von 35 l/m² (Köllitsch), in Lössböden (Schmorren) sind das aber immerhin noch 51 l/m², dagegen in reinen Sandböden (Lippen) lediglich 11 l/m². Aus diesem Grund ist dieser absolute (und real) verfügbare Wasservorrat in l/m² (= mm) für ein definiertes Bodenvolumen (z.B. die effektive Wurzeltiefe) viel besser zur Beurteilung des jeweiligen erreichten Status der Trockenheit geeignet.

Entsprechend dieser unterschiedlichen Wasserspeicherkapazitäten wies der Lössboden (Schmorren) trotz kontinuierlicher Reduzierung der Werte in den letzten Jahren noch immer sehr hohe absolute verfügbare Wasservorräte auf (Abb. 10). In sandigen und lehmigen Böden mit geringerem Wasserspeichervermögen haben sich die Wasservorräte im Jahr 2021 im Vergleich zum negativen Trend der Vorjahre stabilisiert. Der absolute Vorrat an pflanzenverfügbarem Wasser lag dennoch, vor allem in sandigen Böden, auf einem geringeren Niveau als im langjährigen Vergleich vor 2018 und sank im Frühjahr 2022 bereits wieder deutlich ab.

Abb. 10: Absoluter pflanzenverfügbarer Wasservorrates in l/m² (= mm) im effektiven Wurzelraum an den BDF II-Stationen Hilbersdorf, Schmorren, Köllitsch und Lippen; 2016 bis Anfang Juli 2022  

Aktuell (Stand: Anfang Juli) befinden sich ca. 162 l/m² an pflanzenverfügbarem Wasser im effektiven Wurzelraum (bis 150 cm Tiefe) der Lössböden (Schmorren). In den sandigen Substraten sind Anfang Juli ca. 58 l/m² (Köllitsch) bzw. 13 l/m² (Lippen) an pflanzenverfügbarem Wasser vorhanden (eff. Wurzelraum 110 bzw. 60 cm tief). In lehmig-schluffigen Substraten (Hilbersdorf) sind Anfang Juli ca. 58 l/m² an pflanzenverfügbarem Wasser im effektiven Wurzelraum (bis 80 cm Tiefe) vorhanden. An der BDF II Schmorren liegt der aktuelle Auffüllstand des Wasservorrates weiterhin über 60 %; hier ist daher gegenwärtig von einem geringen Trockenstressrisiko auszugehen. An den anderen BDF hat der verfügbare Wasservorrat im letzten Monat stark abgenommen. Mit einem Auffüllstand von unter 40 % des maximal verfügbaren Wasserspeichers in Hilbersdorf und unter 30 % in Lippen und Köllitsch ist hier von einem trockenen Bodenzustand mit erhöhtem Trockenstressrisiko und damit ungünstigen Wachstumsbedingungen auszugehen.

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