Optimierung des Bewässerungsmanagements im Hopfenanbau (Humulus lupulus)

ABSTRACT
Die Untersuchungen zur Bewässerung von Hopfen zeigen, dass in Deutschland nicht an allen Standorten und in allen Jahren eine Bewässerung nötig ist. Vor allem wasserhaltefähige Böden und ein weites Wurzelsystem tragen auch in Trockenjahren zu stabilen Erträgen bei. Dort wo eine Bewässerung notwendig ist, sollte eine Steuerung über klimatische Wasserbilanzen erfolgen. Allerdings ist hier weiterer Forschungsbedarf nötig, vor allem was die genauen Übergänge der verschiedenen Korrekturfaktoren angeht. Bodenfeuchtesensoren sollten aufgrund der punktuellen Messung und des im Vergleich zum gesamten Wurzelsystem nur geringen Messvolumens nicht direkt zur Steuerung, sondern zusätzlich zur Kontrolle und Evaluierung der Korrekturfaktoren eingesetzt werden. Bezüglich der Tropfschlauchverlegung sind bei einer Verlegung auf dem Bifang leichte Vorteile zu erkennen. Von Nachteil bei dieser Variante ist der zusätzliche Arbeitsbedarf da diese jedes Jahr neu verlegt werden müssen. Die untersuchte Sorte 'Herkules' hat sich im Bezug auf Wassermangel wesentlich toleranter als die sog. Aromasorten gezeigt, demnach ist hier auch zukünftig der Schwerpunkt der Bewässerung zu legen.


Frühere Studien zeigten, dass ausbleibende Niederschläge vor allem in den Monaten Juni bis August zu Ertrags- und Qualitätseinbußen im Hopfenanbau führen. Deutsche Hopfenpflanzer haben vor allem in niederschlagsarmen Jahren Nachteile durch die damit einhergehenden Ertragsschwankungen, was gegenüber dem Hauptkonkurrenten USA mit 100 % Bewässerung und nahezu stabilen Erträgen einen Wettbewerbsnachteil mit sich bringt. Lieferverträge mit den Vertragspartnern (Brauereien) können oft nicht sicher eingehalten werden und die Wirtschaftlichkeit der Arbeit ist nur sehr kurzfristig planbar. Mit zahlreichen Bewässerungsanlagen wurden im letzten Jahrzehnt Strukturen geschaffen, um einer befürchteten Klimaveränderung mit Trockenjahren entgegenwirken zu können. In Deutschland werden gegenwärtig ca. 20 % der Hopfenanbauflächen über Tropfbewässerungssysteme zusätzlich bewässert. Die sachgemäße Steuerung stellt eine große Herausforderung an die Landwirtschaft. Aufgrund dessen wurde das DBU-Projekt „Bewässerungsmanagement im Hopfenbau“ an der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft in Kooperation mit der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf durchgeführt. Ergebnisse von Teilversuchen werden im folgenden vorgestellt.

Bild1 Bild2
Hopfenanlage
Wurzelgrabungen an Hopfen

Ziel

Ziel des Projektes war es, anhand von objektiven Kriterien (Bodenfeuchtemessung, klimatische Modellrechnungen) die optimale Bewässerungsmenge zu ermitteln und eine Wasserversickerung und damit verbundene Nährstoffauswaschung auszuschließen. Hierzu waren folgende Arbeitsschritte notwendig:

- Definition der optimalen Lage des Tropfsystems zur Pflanzreihe
- Definition des optimalen Bewässerungszeitpunktes
- Definition der optimalen Wassermenge
- Definition der Steuerungsalgorithmen für die Hopfenbewässerung
- Quantifizierung des pflanzenverfügbaren Wassers

Bild4
Abb. 2: Morpholgie des Wurzelsystems einer 5 Jahre alten Hopfenpflanze (cv. ‚Herkules‘) auf Sandboden

Verfahren

Um den Wasserbedarf zu bestimmen und mögliche Steueralgorithmen abzuleiten, wurden an verschiedenen Standorten Feldversuche an der flächenmäßig stärksten Sorte ‚Herkules‘ (HS) durchgeführt. Zwei identisch angelegte Versuchsanlagen auf Sand- und Lehmboden dienten dazu, die unterschiedlichen Fragestellungen zur Steuerung, Positionierung und deren Einfluss auf Ertrag und Qualität zu untersuchen.
Der Tropfschlauch wurde oberirdisch auf dem Bifang (AB) und unterirdisch in 30 cm Tiefe seitlich neben dem Bifang (NB) und zwischen den Bifängen in der Fahrgassenmitte (ZB) verlegt. Als Einschaltpunkt der Bewässerung wurden 150 hPa, 300 hPa und 600 hPa gewählt. Die Bewässerungsmengen wurden erfasst und zu Kulturende der Ertrag und der Alphasäuregehalt ausgewertet. Die Bodenfeuchte wurde in allen Varianten in den Tiefen 30 cm und 60 cm über Watermarksensoren erfasst. Des Weiteren wurden Wurzelgrabungen zur Erforschung der Wurzelmorphologie und Quantifizierung des durchwurzelten Bodenvolumens durchgeführt.

Ergebnisse

In den Jahren 2012 – 2014, in denen die Bewässerung nach der Saugspannung gesteuert wurde, konnten keine statistisch gesicherten Ertragsunterschiede, weder auf Sand- noch auf Lehmboden festgestellt werden. Aufgrund eines gebietsweisen Hagelschadens konnte 2013 nur ein Teilbereich ausgewertet werden.

Im Jahr 2015, das sich ebenfalls als Trockenjahr entwickelte, wurde am Standort Karpfenstein nach einer klimatischen Modellrechnung bewässert und statistische Ertragsunterschiede von 35 % bei AB, 34 % bei NB und 29 % bei ZB festgestellt. Der wertgebende Inhaltsstoff Alphasäure war in 25 % der Versuche signifikant erhöht.

Abb. 1 (siehe rechte Spalte unter Weblinks) stellt dar: Mittelwerte des Ertrages [kg/ha] und der Alphasäure [ %] der einzelnen Versuchsvarianten (n=6) mit Standardabweichungen der Jahre 2012 – 2015 am Sandbodenstandort Karpfenstein. Die Jahre 2012 bis 2014 wurden mittels Saugspannung im Boden gesteuert. 2015 wurde eine Unterschreitung von 60 % des pflanzenverfügbaren Wassers in den intensiv bewässerten Varianten durch eine klimatische Wasserbilanzierung verhindert. Statistische Unterschiede wurden mittels ANOVA getestet. Wegen des Hagelschadens wurden 2013 lediglich 10 intakte Pflanzen der Variante AB150 und der unbewässerten Kontrolle geerntet und mittels eines t-Tests untersucht.

Abbildung 2 zeigt die Ergebnisse der Totalausgrabung einer fünfjährigen Hopfenpflanze der Sorte ‚Herkules‘ auf Sandboden. Dies war die erste durchgeführte Wurzelausgrabung, an der sich die grundsätzliche Morphologie, wie sie sich auch in späteren Grabungen wiederfand, wie folgt zeigte:

- Im angehäufelten Bifang befinden sich einjährige Wurzeln, die direkt aus der angeleiteten Sprossachse stammen.

- Einen weiteren Teil bilden horizontal verlaufende Wurzeln, welche um den Stock herum wachsen. Diese Wurzeln befinden sich meist relativ nah unter der Bodenoberfläche und sind lignifiziert. Aus diesen Wurzeln wurden auf der gesamten Länge und unabhängig von der Tiefe Stellen gefunden, aus denen sich junge weiße Wurzeln bildeten, welche wiederum neue Verzweigungen bildeten.

- Ein dritter Wurzelbereich wird durch nach unten gerichtete Wurzeln gebildet, die ebenfalls aus der Region des Stocks stammen und teilweise auch aus den horizontal verlaufenden Wurzeln gebildet werden. Auch diese Wurzeln sind lignifiziert und in der Lage, über die gesamte Länge neue Wurzelansätze mit frischen Trieben zu bilden.

Im Beispiel der Wurzel der Sorte ‚Herkules‘ auf Sandboden endeten die Wurzeln in einer Tiefe von ca. 1,6 m. Insgesamt wurde ein durchwurzeltes Bodenvolumen von ca. 4,1 m³ errechnet. Bei einer nutzbaren Feldkapazität von 13,5 % ist das eine Wasserverfügbarkeit von 553,5 Liter pro Pflanze. Im Schnitt zeigten die Grabungen ein durchschnittliches durchwurzeltes Bodenvolumen von ca. 5,0 m³, woraus sich bei 5,0 m² Fläche eine effektive Wurzeltiefe von 1,0 m ergibt.

Fazit

Aufgrund der Versuchsergebnisse, die nur in wenigen Fällen einen statistisch abgesicherten Mehrertrag der Bewässerung zeigten, ist der Einsatz einer Bewässerung nicht für alle Standorte und Sorten zu empfehlen und für einen weiteren Ausbau bzw. auch Förderung immer standortbezogen zu prüfen. Standorte mit einem weit auslaufenden Wurzelsystem und guter Wasserhaltefähigkeit der Böden sollten in der Hallertau in den seltensten Fällen Ertragseinbußen haben. Standorte mit unzureichender Wurzelbildung z. B. aufgrund von schlechten Bodeneigenschaften können mit einer Bewässerung Ertragssteigerungen erzielen. Es ist zu bedenken, dass hier die Bewässerung nicht als das „Allheilmittel“ angesehen werden kann. Andere Parameter wie die Boden­struktur und Nährstoffversorgung müssen im Vorfeld als mögliche Ursache für die geringeren Erträge ausgeschlossen werden.

Das unterirdische Verlegen der Tropfschläuche kann aus pflanzenphysiologischer Sicht nicht empfohlen werden. Zwar ist es arbeitswirtschaftlich die elegantere Methode, doch zeigten sich in allen Versuchsauswertungen geringere Erträge als bei einer ­oberirdischen Verlegung des Tropfschlauches auf dem künstlich im Frühjahr geackerten Bifang.

In Stichworten zusammengefasst kann folgendes Fazit gezogen werden.

- In Durchschnittsjahren konnte auf den ausgewählten Versuchs­flächen überwiegend bei der Sorte ‚Herkules‘ kein signifikanter Mehrertrag durch Bewässerung festgestellt werden.
- Eine ausschließliche Steuerung über Sensoren ist nicht empfehlenswert. Sie sind dann zur Kontrolle sinnvoll, wenn die Funktionsweise und mögliche Probleme (Standortwahl, Leerlaufen > 800 hPa, Versickerung entlang des Schaftes) bekannt sind und berücksichtigt werden.
- Verfahren der klimatischen Wasserbilanzierung müssen weiter evaluiert werden, FAO als Empfehlung zur Steuerung, aber weiterer Forschungsbedarf hinsichtlich Entwicklungsstadien und Verwendung der kc-Faktoren.
- Die Wurzeltiefe von 1 m stellt einen guten Durchschnitt zur Berechnung des pflanzenverfügbaren Wassers dar.
- Der Bewässerungsbedarf ist sortenabhängig, Aromasorten scheinen weniger trockenheitstolerant zu sein als die Bittersorten.
- In Extremjahren sind im Gegensatz zu den bisher genehmigten Wassermengen mehr als 1000 m³/ha notwendig.
- Aus ökonomischer Sicht sind für eine Bewässerung ca. 700 €/ha Jahr zu rechnen. Für das Beispiel der Sorte ‚Herkules‘ rechnet sich diese bei den derzeitigen Marktpreisen bei starken ­Trockenheiten alle fünf bis sieben Jahre.