Informationen zur Bodenfeuchte
Aktuelle Informationen zur Entwicklung von Bodenfeuchte und pflanzenverfügbarem Wasservorrat
Dargestellt sind die Auswertungen der Messungen an vier Boden-Dauerbeobachtungsflächen (BDF II) des LfULG:
- BDF II Hilbersdorf: Braunerde aus Lösslehm über Gneis (Östlicher Erzgebirgsnordrand)
- BDF II Köllitsch: Vega aus Auensediment (Elbaue Nordsachsen)
- BDF II Schmorren: Parabraunerde-Tschernosem aus Lösslehm (Mittelsächsisches Lösshügelland)
- BDF II Lippen: Regosol aus Kippsand (Senftenberger Heide- und Seengebiet)
Die Bodenfeuchte beschreibt den Wassergehalt des Bodens und damit die gegen die Schwerkraft im Boden verbleibende Wassermenge (auch Haftwasser). Die Messung der Bodenfeuchte erfolgt an den vier BDF II kontinuierlich mittels Bodenfeuchtesensoren, die in verschiedenen Tiefenstufen installiert wurden (Aufbau BDF-II-Messstation).
Pflanzen können 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. Der pflanzenverfügbare Wasservorrat wird für die BDF II tagaktuell aus den gemessenen Bodenfeuchten und bodenphysikalischen Kennwerten abgeleitet. Das Verhältnis aus aktuellem zu maximal möglichem Wasservorrat eines Bodens repräsentiert den Auffüllstand des pflanzenverfügbaren Wasserspeichers (in %) an einem Standort.
Der Auffüllstand des Bodenwasserspeichers erreicht seinen höchsten Punkt üblicherweise zu Beginn des Frühjahrs nach der Schneeschmelze. Liegen die Werte über 100 %, wird die Feldkapazität des Bodens überschritten und es kommt zur Sickerwasserbildung bzw. Abfluss überschüssigen Bodenwassers. Die geringsten Auffüllstände treten in der Regel in den Sommermonaten auf. Sinken sie unter 40 % ist mit beginnendem Wasserstress zu rechnen; Werte unter 20 % führen zu Trockenstress und deutlichen Einschränkungen des Pflanzenwachstums. Nähert sich die verfügbare Wassermenge 0 % des maximal möglichen Wasserspeichers an, ist für Pflanzen keine Wasseraufnahme aus dem Boden mehr möglich („permanenter Welkepunkt“).
Aktuelle Messwerte zur Bodenfeuchte
Die Messwerte der vier BDF-II-Stationen werden monatlich aktualisiert und die Entwicklung der Bodenfeuchten im Vergleich zum jeweiligen Vormonat dargestellt (Tab. 1). In den oberen Bodenschichten wurden im letzten Monat konstante bis ansteigende Bodenfeuchten gemessen. Auch in tiefen Bodenschichten zeigt sich aktuell ein konstanter bis leicht ansteigender Trend der Bodenfeuchten.
| BDF II | Messtiefe (cm) | Bodenfeuchte (Vol.%) | Veränderungen im Vergleich zum Vormonat |
| Hilbersdorf | 40 | -* | - |
| 80 | - | - | |
| Köllitsch | 40 | 31 | ansteigend |
| 55 | 31 | konstant | |
| 100 | 17 | ansteigend | |
| 140 | 24 | konstant | |
| Schmorren | 65 | 33 | konstant |
| 145 | 32 | konstant | |
| 165 | 25 | ansteigend | |
| Lippen | 40 | 16 | ansteigend |
| 110 | 7 | konstant | |
| 150 | 11 | ansteigend |
* Aufgrund von Umbauarbeiten an der Station konnten im November 2022 bis Februar 2023 keine Bodenfeuchten gemessen werden.
Der Verlauf der Bodenfeuchten in den letzten 12 Monaten zeigte an den vier Intensivmessflächen sehr unterschiedliche Entwicklungen:
An der BDF II Hilbersdorf sank die Bodenfeuchte aufgrund geringer Niederschläge in den ersten Monaten des Jahres 2022 deutlich ab, insbesondere in den oberen Bodenschichten (Abb. 1). Durch erhöhte Niederschläge im Juli und August 2022 fiel die Austrocknungsphase im Sommer jedoch kürzer aus als in den Trockenjahren 2018 bis 2020 und die Bodenfeuchten stiegen bereits Ende August wieder merklich an. Aufgrund von Umbauarbeiten an der Station konnten von November 2022 bis Februar 2023 keine Bodenfeuchten gemessen werden.
Der Jahresverlauf der Bodenfeuchten an der BDF II Köllitsch zeigt für 2022 eine ausgeprägte Phase der Austrocknung (Abb. 2). Die Niederschläge im Sommer und Herbst waren nicht ausreichend um den im Herbst typischen Wiederanstieg der Bodenfeuchten zu bewirken. Erst Mitte Dezember stiegen die Werte in den oberen Bodenschichten infolge eines mehrtägigen Regenereignisses wieder an. Weitere Niederschläge im Januar 2023 setzen den Trend ansteigender Bodenfeuchten im Oberboden fort, der im Februar auch in tieferen Bodenschichten zu beobachten war.
Im Lössboden der BDF II Schmorren wiesen die Bodenfeuchten deutlich geringere Schwankungen auf als an den anderen Stationen (Abb. 3). Nutzungsbedingt (Spargelanbau) beginnen die Messungen der Bodenfeuchten in Schmorren in einem tieferen Bereich (ab 65 cm Bodentiefe), so dass Aussagen zum Feuchtezustand des Oberbodens nicht möglich sind. Für tiefere Schichten dieses Lössbodens mit sehr hoher Wasserspeicherkapazität ist ein gedämpfter Verlauf der Bodenfeuchten zu erwarten. Demzufolge wurde im Winter/Frühjahr 2022 ein lediglich leichter Anstieg erfasst. Über den Sommer und Herbst, bis in den Winter hineinsanken die Bodenfeuchten geringfügig aber gleichmäßig ab. Im Januar und Februar 2023 war in allen Messtiefen ein leichter Anstieg der Bodenfeuchten zu beobachten.
Die Bodenfeuchten an der BDF II Lippen liegen, bedingt durch das sandige Substrat, generell auf einem niedrigeren Niveau als in lehmigen und schluffigen Böden (Abb. 4). Der Sandboden ist charakterisiert durch schnelle Anstiege der Bodenfeuchten bei auftretenden Niederschlägen und starkes Absinken auf sehr geringe Werte im Bereich des permanenten Welkepunktes in Trockenphasen. Auch an dieser Station fand im Frühjahr und Sommer 2022 aufgrund der geringen Niederschläge eine deutliche Austrocknung der oberen Bodenschichten statt. Erhöhte Regenmengen im August und September hatten aber einen schnellen Wiederanstieg der Bodenfeuchten im Oberboden zur Folge, der bis in den Winter hinein anhielt. Aktuell (Stand März 2023) ist der Oberboden sehr gut durchfeuchtet. Auch im Unterboden bis 1,5 m Tiefe ist ein Anstieg der Bodenfeuchten zu verzeichnen.
Aktuelle Werte des pflanzenverfügbaren Wasservorrats
Die aktuellen pflanzenverfügbaren Wasservorräte an den vier BDF-II-Stationen werden basierend auf den gemessenen Bodenfeuchten und unter Einbezug bodenphysikalischer Kennwerte der Böden monatlich berechnet und aktualisiert (Tab. 2). Die Entwicklung der Bodenwasservorräte im Verlauf der letzten 12 Monate wird in Abbildung 5 dargestellt.
Aktuell (Stand Anfang März 2023) liegen alle vier BDF II im Bereich eines normal feuchten bis nassen Bodenzustandes mit tendenziell ansteigenden Bodenwasservorräten im effektiven Wurzelraum (WE).
Tab.2: Aktueller pflanzenverfügbarer Wasservorrat und Auffüllstand (= aktueller Wasservorrat / maximal möglicher Wasservorrat * 100) im effektiven Wurzelraum (WE) an den vier BDF-II-Stationen; Stand: Anfang März 2023.
| BDF II | Messtiefe (WE in cm) | Wasser-vorrat (l/m) | Auffüll-stand (%) | Trockenstress-risiko | Veränderungen im Vergleich zum Vormonat |
| Hilbersdorf | 0-80 | -* | -* | -* | -* |
| Köllitsch | 0-120 | 147 | 66 | kein Stress (normal feucht) | ansteigend |
| Schmorren | 0-110 | 164 | 64 | kein Stress (normal feucht) | ansteigend |
| Lippen | 0-60 | 57 | 100 | kein Stress (nass) | ansteigend |
* Aufgrund von Umbauarbeiten an der Station konnten im November 2022 bis Februar 2023 keine Bodenfeuchten gemessen werden.
Im Verlauf der letzten 12 Monate (Abb. 5) sank der Bodenwasservorrat lediglich an der Station Lippen in den Trockenstressbereich von < 20 % des maximal möglichen Wasservorrats. Auch an der BDF II Hilbersdorf kam es in den Sommermonaten 2022 zu einer deutlichen Austrocknung mit Auffüllständen < 40 % (Abb. 5). Insgesamt waren die Perioden geringer Bodenwasservorräte an beiden Stationen jedoch weniger langanhaltend als in den Trockenjahren 2018 bis 2020. Wie bei der Entwicklung der Bodenfeuchten beschrieben, führten die Niederschläge Ende des Sommers zu einer schnellen Auffüllung des Bodenwasserspeichers, der Anfang März 2023 zu 100 % (Lippen) aufgefüllt war.
An der BDF II Schmorren lag der Auffüllstand in den letzten 12 Monaten kontinuierlich bei 60 % und damit nicht in einem kritischen Bereich für das Pflanzenwachstum.
Sehr deutlich zeigte sich der Einfluss sehr geringer Niederschläge an der BDF II Köllitsch. Der Auffüllstand des Bodenwasserspeichers fiel mit Beginn des Sommers 2022 unter 40 % und erreichte in der zweiten Hälfte des Jahres ein Minimum von 22 %. An diesem Standort lag die Jahressumme der Niederschläge deutlich unter dem langjährigen Mittel, was zu einer langanhaltenden Austrocknungsphase führte. Erst Ende des Jahres 2022 wurde der Bodenwasserspeicher wieder teilweise aufgefüllt und liegt derzeit bei einem Auffüllstand von 66 %.
Aufgrund der sich sehr stark unterscheidenden Wasserspeicherkapazitäten verschiedener Bodenarten sowie der verschiedenen Wurzelräume an den vier Standorten muss zur Beurteilung der aktuellen Wasserversorgung neben den relativ verfügbaren Wasservorräten (Auffüllstände in %) auch die absolut pflanzenverfügbare Wassermenge (in l/m²) herangezogen werden. So entsprechen 40 % Auffüllstand des Bodenwasserspeichers im Wurzelraum von lehmig-sandigen Böden einer absoluten Wassermenge von 62 l/m² (Hilbersdorf, WE = 80 cm) und 89 l/m² (Köllitsch, WE = 120 cm), im tiefgründigen Lössboden (Schmorren, WE = 110 cm) immerhin noch 102 l/m², dagegen in reinen Sandböden (Lippen, WE = 60 cm) lediglich 22 l/m².
Bei Betrachtung der letzten 12 Monate (Abb. 6) wies der Lössboden der BDF II Schmorren trotz kontinuierlicher Reduzierung der Werte im letzten Jahr noch immer sehr hohe absolute verfügbare Wasservorräte auf und lag Anfang März 2023 bei 164 l/m² im effektiven Wurzelraum. An den anderen BDF-II-Stationen sanken die absoluten Wasservorräte in den Sommermonaten deutlich ab. Während aber an den BDF II Hilbersdorf und Köllitsch in dieser Trockenphase noch etwa 50 l/m² an pflanzenverfügbarem Wasser vorhanden waren, sank der Wasservorrat an der BDF II Lippen auf nur noch 2 l/m² ab. In diesem Sandboden war demnach nahezu kein Wasser mehr für Pflanzen verfügbar. Aktuell (Stand März 2023) enthält der absolute Wasservorrat an der BDF II Lippen trotz vollständig aufgefüllten Wasserspeichers mit 57 l/m² weniger als die Hälfte der absoluten Bodenwassermenge der BDF II Hilbersdorf und Köllitsch, während im tiefgründigen Lössboden der BDF II Schmorren aktuell fast die dreifache Wassermenge pflanzenverfügbar im Profil gespeichert ist.
Langfristige Entwicklung der Bodenfeuchte
Der Verlauf der Bodenfeuchten der letzten 10 Jahre zeigt für alle BDF-II-Stationen, dass die oberen Bodenhorizonte größeren Schwankungen unterliegen als die tiefer gelegenen Horizonte. Die Oberböden reagieren deutlich stärker auf Niederschläge und trocknen bei ausbleibendem Regen schneller aus. Die tiefen Bodenschichten weisen dagegen in der Regel einen gedämpften und zeitversetzten Verlauf auf und reagieren eher auf langfristige Veränderungen.
An der BDF II Hilbersdorf (Abb. 7) ist der typische Jahresverlauf der Bodenfeuchten deutlich zu erkennen: Im Sommer treten Austrocknungsphasen auf, die in Intensität und Dauer variieren. Im Herbst und Winter kommt es zur Wiederbefeuchtung bis in den Unterboden hinein. Sehr starke und kurze Regenereignisse wie im Juni 2013 haben fast keine Auswirkung auf die Bodenfeuchte, da die hohen Niederschlagsmengen in kurzer Zeit nicht im Boden aufgenommen werden können und überwiegend oberflächlich abfließen. Deutlich erkennbar sind die drei aufeinander folgenden trockenen Jahre 2018 bis 2020 sowie das Jahr 2022, in denen die Bodenfeuchten sehr stark und bis in tiefe Bodenschichten absanken.
An der BDF II Köllitsch (Abb. 8) wurde seit Messbeginn im Jahr 2016 ein kontinuierlich abnehmender Trend der Bodenfeuchten in allen Tiefenstufen erfasst, der die jahreszeitlichen Schwankungen überlagert. Die Hauptursache dieser starken Abnahme liegt in den geringen Niederschlagsmengen der letzten Jahre. Im Mittel der bisherigen Messperiode (2016 bis 2022) lag die Jahressumme der Niederschläge an der Station bei 363 mm. Dieser Wert liegt deutlich unter den für die Region typischen Jahresniederschlägen von 527 mm im langjährigen Mittel (Agrarmeteorologische Station Köllitsch, Zeitraum 1994 bis 2022). Diese langanhaltend zu trockenen Bedingungen wirken sich besonders stark in den tieferen Bodenschichten aus. In 100 cm Bodentiefe sank die mittlere jährliche Bodenfeuchte von 2016 bis 2022 um etwa 45 %, in 140 cm Tiefe um 33 %.
Der Schwankungsbereich der Bodenfeuchten ist an der BDF II Schmorren geringer als an den anderen Messflächen (Abb. 9). Zum einen wird dies durch die tiefere Installation der Bodenfeuchtesensoren bedingt; zum anderen besitzt der tiefgründige Lössboden eine sehr hohe Wasserspeicherkapazität. Daher wirken sich kurzfristige Änderungen weniger stark und oftmals zeitverzögert aus.
Der Sandboden der BDF II Lippen weist im Vergleich zu lehmigen und schluffigen Böden eine geringe Wasserspeicherkapazität auf. Daher liegen die gemessenen Bodenfeuchten hier generell in einem geringeren Wertebereich (Abb. 10). In den trockenen Jahren 2018 bis 2020 sowie 2022 näherten sich die Bodenfeuchten bis 110 cm Tiefe mit Werten von nur noch 6 Vol.-% dem permanenten Welkepunkt an. In diesem Zustand können Pflanzen die im Boden verbliebene Restfeuchte nicht mehr aufnehmen und zeigen merkliche Wachstumsschäden.
Langfristige Entwicklung der pflanzenverfügbaren Wasservorräte
Die langfristige Entwicklung der pflanzenverfügbaren Wasservorräte an den vier BDF-II-Stationen zeigt den typischen Wechsel von Austrocknungsphasen in den Sommermonaten und der Wiederauffüllung des Bodenwasserspeichers in den Herbst- und Wintermonaten. Die Trockenjahre 2018 bis 2020 haben in den pflanzenverfügbaren Wasservorräten hohe sommerliche Defizite verursacht. Im deutlich feuchteren Sommer 2021 sank der Bodenwasserspeicher in einem deutlich geringeren Ausmaß. Im Jahr 2022 fiel die sommerliche Absenkung dagegen wieder stärker aus, hielt jedoch meist nur kurzfristig an. Im Herbst und Winter 2022/23 wurden die pflanzenverfügbaren Wasservorräte durch Niederschläge wieder aufgefüllt.
Der Bodenwasserspeicher der BDF II Hilbersdorf lag in den letzten 10 Jahren fast durchgängig im Bereich normal feuchter Bedingungen (Abb. 11). In den trockenen Jahren seit 2018 wurde der Bereich < 40 %, der durch beginnenden Wasserstress gekennzeichnet ist, mehrfach deutlich unterschritten. Im feuchten Jahr 2021 waren fast durchgängig ausreichend Wasservorräte für das Pflanzenwachstum vorhanden. Im langjährigen Vergleich war die sommerliche Austrocknung im Jahr 2022 an dieser Station zwar deutlich, jedoch weniger stark ausgeprägt als in den Jahren 2018 bis 2020.
An der BDF II Köllitsch ist ein stark abnehmender Trend der pflanzenverfügbaren Bodenwasservorräte seit Beginn der Messungen zu verzeichnen (Abb. 12). Dieser tiefgründige, sandig-lehmige Boden besitzt zwar eine hohe Wasserspeicherkapazität, die zu geringen Niederschläge waren jedoch nicht ausreichend, um den Bodenwasserspeicher nachhaltig wiederaufzufüllen. Im Jahr 2022 war das Bodenwasserdefizit besonders stark und langanhaltend ausgeprägt. Der Auffüllstand lag von Juli bis Dezember durchgängig im Bereich 20–25 % und damit im Trockenstressbereich für das Pflanzenwachstum.
Der Lössboden der BDF II Schmorren ist durch eine tiefgründige Durchwurzelbarkeit (bis ca. 110 cm) und eine sehr hohe Wasserspeicherkapazität gekennzeichnet. Die pflanzenverfügbaren Wasservorräte bewegen sich meist im normal feuchten Bereich von 50–80 % (Abb. 13). Die Auswirkungen der Trockenjahre 2018 bis 2020 waren auch an dieser Station messbar, jedoch weniger stark ausgeprägt im Vergleich zu den anderen BDF-II-Standorten.
An der BDF II Lippen sind generell stark schwankende Auffüllstände des Bodenwasserspeichers typisch (Abb. 14). Der Sandboden besitzt eine vergleichsweise geringe Wasserspeicherkapazität und leitet Wasser schnell in Form von Sickerwasser in tiefere Bodenschichten, die durch Wurzeln nicht mehr erreicht werden können (Durchwurzelungstiefe ca. 60 cm). In sehr trockenen Phasen, wie in den Jahren 2018 bis 2020 und 2022, nimmt der Bodenwasserspeichers dadurch sehr schnell ab. Der Boden ist dann in einem sehr trockenen Zustand und die Restfeuchte kann kaum noch durch Pflanzen aufgenommen werden. Dagegen erreichen die Wasservorräte in feuchten Phasen schnell Auffüllstände > 100 %. Der Sandboden kann das überschüssige Wasser nicht speichern, was unter nassen Bedingungen eine erhöhte Sickerwasserbildung zur Folge hat.
