Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen 8-jährige ...

Ingolstadt, 18. Mai 2004
Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen
Flächen
8-jährige Erfahrungen
aus dem FAM-Experiment
K. Auerswald
Lehrstuhl für Grünlandlehre
Wissenschaftszentrum Weihenstephan

Ingolstadt, 18. Mai 2004
Umsetzungsorientiertes
Ziel:
Praktische Erprobung einer
Landnutzung, die die
gegenwärtigen
Probleme der
Landbewirtschaftung
wesentlich vermindert
Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Erkenntnisorientiertes
Ziel:
Wie funktionieren
Agrarökosysteme?
Interaktion biotischer
und abiotischer
Komponenten unter
dem Einfluss des
wirtschaftenden
Menschen

Ingolstadt, 18. Mai 2004
Umsetzungsorientiertes
Ziel:
gegenwärtige
Probleme der
Landbewirtschaftung:
Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
• Ökonomie
• Biotische
Verarmung
• Erosion und
Abfluss
• Bodenverdichtung
• Belastung von
Nachbarkompartimenten
mit
Agrochemikalien

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Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
1mm 30 mm 40 mm 70 mm

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Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Die Folgen:
• Oberflächenabfluss
und
• „By-pass-flow“

Ingolstadt, 18. Mai 2004
Maximalretention (mm)
350
300
250
200
150
100
50
0
Mähdruschfrüchte
Hackfrüchte
Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
y = 2,7 x + 24
r 2 = 0,87
0 20 40 60 80 100
Bedeckung (%)
Wald ( Lehmböden )

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Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Möglichkeiten einer abflussmindernden Bewirtschaftung

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Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Möglichkeiten einer abflussmindernden Bewirtschaftung

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Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Möglichkeiten einer abflussmindernden Bewirtschaftung

Ingolstadt, 18. Mai 2004
Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Möglichkeiten einer abflussmindernden Bewirtschaftung
Wald

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Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Möglichkeiten einer abflussmindernden Bewirtschaftung
Zunahme des Rauigkeitsbeiwertes mit zunehmender
Mulchbedeckung (für Re=1000; für größere Reynoldszahlen sinken die
Werte)

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Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Möglichkeiten einer abflussmindernden Bewirtschaftung
% konventioneller Ackerflächen
200
150
100
50
Nachregen-
Infiltration
Scheitelabfluss
0,05 0,1 0,15 0,2
Manning's n
Berechnung mit dem Zeit und Raum hochauflösenden Modell TOPSIM für ein 7,8 ha großes, in
500 Teilflächen aufgelöstes Einzugsgebiet in Scheyern (Regen vom 27.5.1993, 30 mm, 1h;
berechneter Abfluss vor Nachfluss-Infiltration: 699 m³)

Ingolstadt, 18. Mai 2004
... durch Mulchsaat bei
Hackfrüchten
2. Sie senkt die Verschlämmung
und erhöht damit die
Infiltration
3. Sie erhöht die Rauigkeit und
verzögert den Abfluss
4. Sie fördert die Nachregen-
Infiltration
Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Möglichkeiten einer abflussmindernden Bewirtschaftung
Dies wirkt in dreifacher
Sicht abflussmindernd:

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Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Möglichkeiten einer abflussmindernden Bewirtschaftung

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Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Möglichkeiten einer abflussmindernden Bewirtschaftung
Möglichkeiten einer abflussmindernden Landschaftsstruktur
Kleinräumige Vielfalt der Landnutzung

Ingolstadt, 18. Mai 2004
Nutzung
Winterweizen
Wintergerste
Mais
Sonnenblume
Gemüse
Flächenstilllegung
Laubwald
Summe [m³]:
18
33
0
0
7710
Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Im Jahresverlauf wechseln die Flächen,
die Oberflächenabfluss
bilden
Anteil am Gesamtabfluss bis
Niederschlagsende [%]
27. 6. 94
1
1
46
12. 8. 1994
3
2
5
15
74
0
1
1322
Dynamische Berechnung mit TOPSIM für zwei Regen im Einzugsgebiet Neuenbürger Pfad,
Weiherbach (Rasterzellenweite: 12,5 m).

Ingolstadt, 18. Mai 2004
Nutzung
Winterweizen
Wintergerste
Mais
Sonnenblume
Gemüse
Flächenstilllegung
Laubwald
Summe [m³]:
0
7710
Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Im Jahresverlauf wechseln die Flächen,
die Oberflächenabfluss
bilden
Anteil am Gesamtabfluss bis
Niederschlagsende [%]
27. 6. 94
1
1
46
18
33
0
12. 8. 1994
3
2
5
15
74
0
1
1322
die zur Runon-
Infiltration beitragen.
Anteil an der gesamten
Runon-Infiltration [%]
27. 6. 1994
65
14
6
3
7
2
4
3048
= 40 %
12. 8. 1994
69
5
9
4
10
0
3
1089
= 82%
Dynamische Berechnung mit TOPSIM für zwei Regen im Einzugsgebiet Neuenbürger Pfad,
Weiherbach (Rasterzellenweite: 12,5 m).

Ingolstadt, 18. Mai 2004
Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Kleinräumige Vielfalt der Landnutzung
Retentionsräume in der
Landwirtschaftsflur

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Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Kleinräumige Vielfalt der Landnutzung
Retentionsräume in der
Landwirtschaftsflur
Begrünte Abflussmulden
Abfluss
(mm a –1 )
ohne mit
begrünte begrünter
Jahr Mulde Mulde
1994 40 6,3
1995 40 3,3
1996 10 0,3
1997 16 0,1
1998 20 0,9
1999 67 11,1
2000 44 2,2
Mittel 34 2,2
100% 10%

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Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Kleinräumige Vielfalt der Landnutzung
Retentionsräume in der
Landwirtschaftsflur
Begrünte Abflussmulden

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Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Kleinräumige Vielfalt der Landnutzung
Retentionsräume in der
Landwirtschaftsflur
Begrünte Abflussmulden

Ingolstadt, 18. Mai 2004
Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Kleinräumige Vielfalt der Landnutzung
Retentionsräume in der
Landwirtschaftsflur
Begrünte Abflussmulden

Ingolstadt, 18. Mai 2004
Bewertung und Fazit
Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Die dargestellten Maßnahmen mindern den Abfluss und
viel stärker noch den Sediment- und Phosphoraustrag.
Sie tragen damit zum Boden- und Gewässerschutz bei.

Ingolstadt, 18. Mai 2004
Bewertung und Fazit
Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Die dargestellten Maßnahmen mindern den Abfluss und
viel stärker noch den Sediment- und Phosphoraustrag.
Sie tragen damit zum Boden- und Gewässerschutz bei.
Sie sind über 10 Jahre durch den FAM getestet.

Ingolstadt, 18. Mai 2004
Bewertung und Fazit
Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Die dargestellten Maßnahmen mindern den Abfluss und
viel stärker noch den Sediment- und Phosphoraustrag.
Sie tragen damit zum Boden- und Gewässerschutz bei.
Sie sind über 10 Jahre durch den FAM getestet.
Sie vermindern auch die übrigen Probleme der Landwirtschaft
(biotische Verarmung, Verdichtung....)

Ingolstadt, 18. Mai 2004
Bewertung und Fazit
Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Die dargestellten Maßnahmen mindern den Abfluss und
viel stärker noch den Sediment- und Phosphoraustrag.
Sie tragen damit zum Boden- und Gewässerschutz bei.
Sie sind über 10 Jahre durch den FAM getestet.
Sie vermindern auch die übrigen Probleme der Landwirtschaft
(biotische Verarmung, Verdichtung....)
Insbesondere sind sie ökonomisch vorteilhaft
Deckungsbeitrag vorher: 596 €/ha
Jetzt (integrierter Betrieb): 1073 €/ha
+ 80 %
Landnutzungsaufgabe: 19 %
KULAP (gewässersensible Bereiche) + 500 €/ha

Ingolstadt, 18. Mai 2004
Bewertung und Fazit
Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
Die dargestellten Maßnahmen mindern den Abfluss und
viel stärker noch den Sediment- und Phosphoraustrag.
Sie tragen damit zum Boden- und Gewässerschutz bei.
Sie sind über 10 Jahre durch den FAM getestet.
Sie vermindern auch die übrigen Probleme der Landwirtschaft
(biotische Verarmung, Verdichtung....)
Insbesondere sind sie ökonomisch vorteilhaft
Es fehlt jedoch die Etablierung in der Praxis wegen
falscher Vorstellungen und der Skepsis hinsichtlich
ihrer Effektivität — sowohl auf hydrologischer wie
auf agronomischer Seite.

Ingolstadt, 18. Mai 2004
Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
auerswald@wzw.tum.de

Ingolstadt, 18. Mai 2004
Weiterführende Literatur
Wasserrückhalt auf landwirtschaftlichen Flächen
1. Auerswald, K. (2002): Landnutzung und Hochwasser. In: Rund­gespräche der
Kommission für Ökologie 24: „Katastrophe oder Chance? Hochwasser und Ökologie“.
Verlag Pfeil, München, 67-76
2. Auerswald, K.; Albrecht, H.; Kainz, M.; Pfadenhauer, J. (2000): Principles of sustainable
landuse systems developed and evaluated by the Munich Research Alliance on
Agroecosystems (FAM). Petermanns Geographische Mitteil. 144: 16-25
3. Auerswald, K.; Haider, J. (1996): Runoff curve numbers for small grain under German
cropping conditions. J. Environ. Managem. 47: 223-228
4. Auerswald, K.; Schröder , R. (2001): Simulation der Raum-Zeit-Interaktion von
verschlämmungsgesteuertem Oberflächenabfluß in kleinen heterogen genutzten
Einzugsgebieten. Wasser & Boden 53: 17-20
5. Fiener, P.; Auerswald, K. (2003): Concept and effects of a multi-purpose grassed
waterway. Soil Use and Management 19. 65-72
6. Fiener, P.; Auerswald, K. (2003): Effectiveness of grassed waterways in reducing
runoff and sediment delivery from agricultural watersheds. J. Environ. Qual. 32: 927-936
7. Fiener, P.; Auerswald, K. (2004): Measurement and modeling of concentrated runoff in
grassed waterways. J. Hydrology, im Druck
8. Schröder, R.; Auerswald, K. (2000): Modellierung des Jahresgangs der verschlämmungsinduzierten
Abflussbildung in kleinen landwirtschaftlich genutzten Einzugs-gebieten.
Z. Kulturtechnik Landentwicklung 41: 167-172.