Räumliche und zeitliche Wasserverteilung unter Bewässerungsmaschinen (4D-Rain)

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Förderplakat ESF-EFRE

Forschung trifft Bewässerungslandwirtschaft

Mit dem Beginn des Jahres 2025 hat das Forschungsprojekt „4DRain“ begonnen. Ziel des Projektes ist es, einen effizienteren Einsatz des Bewässerungswassers zu schaffen, unter Verwendung von mobilen und autonomen Bewässerungsmaschinen. Das Projekt ist für den Zeitraum vom 01.01.2025 bis zum 31.12.2026 angesetzt.

Entwicklung des Wasserverbrauches

Wasser wird immer kostbarer. Das Niedersächsische Wasserversorgungskonzept geht davon aus, dass bis zum Jahr 2050 der Wasserbedarf um knapp 30% ansteigen wird. Der größte Zuwachs ergibt sich dabei durch die Feldberegnung. Dies spielt in Niedersachsen eine besondere Rolle, da hier Stand 2019 rund 14% der Ackerflächen bewässert werden, während es im Bundesdurchschnitt nur 5% sind. Insgesamt ist die bewässerte Fläche in Deutschland von 2009 bis 2019 um 36% gestiegen. Dieser Trend wird auch in der Zukunft weiter anhalten und sich verstärken. Dabei wird sich nicht nur die bewässerte Fläche vergrößern sondern auch der Wasserbedarf auf den bewässerten Flächen durch die klimatischen Veränderungen steigen. Für den effizienten Einsatz des Bewässerungswassers ist entscheidend, dass die Pflanze zum richtigen Zeitpunkt eine ausreichende Menge an Wasser erhält.

Daraus ergeben sich zwei Fragen:

1.) Was ist für die jeweilige Kultur die ausreichende Wassermenge und der richtige Bewässerungszeitpunkt?

2.) Wie kann technisch gewährleistet werden, dass die Pflanze die erforderliche Wassermenge möglichst präzise und mit geringem technischem Aufwand erhält?

Während es zum Wasserbedarf der verschiedenen Kulturpflanzen in unterschiedlichen Wachstumsphasen eine Reihe von wissenschaftlichen Untersuchungen gibt, haben bisher nur sehr wenige Untersuchungen geprüft, wie das Wasser bedarfsgerecht und flächenspezifisch verteilt werden kann, beziehungsweise, welche Genauigkeitsanforderungen dabei zu stellen sind. Bisherige Möglichkeiten der teilflächenspezifischen Beregnung haben sich als vergleichsweise aufwändig herausgestellt, und diese Möglichkeiten sind an bestimmte Bewässerungssysteme gebunden, die nur unter bestimmten Randbedingungen eingesetzt werden können, zum Beispiel der Kreisberegner.

Projektfokus

Im Rahmen des Projektes wird die flächige Verteilung des Wassers, durch Beregnung in
verschiedenen Kulturen z.B. der Kartoffel untersucht. Dabei werden verschiedene mobilen Beregnungsmöglichkeiten betrachtet. Weitere Untersuchungen umfassen den Einfluss von Beregnungssteuerung und neuen technischen Möglichkeiten, die Auswirkung der Wasserverteilung auf das Einsickern in den Boden und die Bodenfeuchteverteilung in den untersuchten Kulturen. Dabei stellt sich auch die Frage, wie lange das Bewässerungswasser benötigt, um die Tiefe zu erreichen, aus der die Pflanze in ihrem jeweiligen Wachstumsstadium das Wasser entnimmt. Unmittelbar mit dem vorherigen Punkt verbunden ist die Frage der zeitlichen Entwicklung der Wasserverteilung im Boden. Dabei ist zu untersuchen, welche Vorteile häufigere, aber kleinere Bewässerungsgaben bringen können, insbesondere wenn sie beispielsweise mit autonomen Beregnungsmaschinen leichter umsetzbar sind.

Daraus ergibt sich 4DRain, flächige Wasserverteilung, erweitert um die Ausbreitung im Boden und beobachtet über die Zeit. Aus den Ergebnissen sollen Optimierungen abgeleitet werden, sowohl für die bestehende ungesteuerte Beregnung mit einer Beregnungskanone wie auch mit einer gesteuerten Beregnungskanone.

In vorangegangenen Forschungsprojekten gab es bereits Versuche zur Untersuchung von Bewässerungstechnik. Im Projekt 4DRain werden Untersuchungen in einem ähnlichen Schema durchgeführt, technisch ist eine Umsetzung der Versuchsmethodik gewährleistet.

Zeitraffer des Beregnungsversuches:

Neuigkeiten aus dem Projekt – Stand 2025

Mai 2025 – Vom Konzept zur Anwendung: Erste Feldversuche gestartet

Nach einer intensiven Phase der Konzeption und Entwicklung eines Messsystems zur Bewertung landwirtschaftlicher Bewässerungsmaschinen starten nun die ersten praktischen Erhebungen auf dem Feld. Mit großem Engagement wird daran gearbeitet, die theoretisch entwickelten Ansätze unter realen Bedingungen zu erproben und weiterzuentwickeln. Am 22. Mai 2025 stellte Felix Schmidt das Projekt im Rahmen eines Fachvortrags auf dem Projekttag Wasser an der Ostfalia Hochschule in Suderburg vor.
→Link zum Vortrag

Untersuchung unterschiedlicher Bewässerungsgaben bei verschiedenen Intensitäten unter Praxisbedingungen
Da landwirtschaftliche Betriebe ihre Bewässerungszeitpunkte oftmals nicht frei wählen können, untersucht das Projektteam die Auswirkungen verschiedener Wetterlagen mit unterschiedlichen Intensitäten. Ziel ist es, ein besseres Verständnis dafür zu entwickeln, wie sich unterschiedliche Temperaturen und Windintensitäten auf die reale Wasserverteilung und den Wasserhaushalt in einer Fläche auswirken. Zusätzlich werden die zeitlichen Veränderungen von Wasserverlusten durch Evaporation und Transpiration untersucht

Versuchsaufbau: Von optimal bis herausfordernd – eine Systemanalyse

Im Rahmen der ersten Projektbesprechungen wurde ein umfangreicher Versuchsaufbau konzipiert, um zentrale Einflussfaktoren der landwirtschaftlichen Bewässerung differenziert zu erfassen. Die Systemskizze zeigt die Einbindung verschiedener Messkomponenten entlang der Bewässerungskette – beginnend bei der Zuleitung des Wassers über das Ausbringungssystem bis hin zu den Kulturpflanzen und dem Boden. Messgrößen wie Durchfluss an der Zuleitung des Systems, Bodenfeuchte, Wetterdaten (z. B. relative Luftfeuchtigkeit, Niederschlagsverlauf) und Bilddaten aus Drohnenüberfliegungen bilden die Grundlage für eine detaillierte Analyse der Ausgangsbedingungen

Einfache Mittel – große Aussagekraft: Der Hellmann-Regenmesser im Einsatz

Ein zentrales Element der Messkampagne ist der Einsatz klassischer Hellmann-Regenmesser. Dieses vergleichsweise einfache, aber bewährte Instrument ermöglichen die Erfassung der tatsächlichen Wassermenge auf der Zielfläche sowie die Bewertung der Querverteilung der Bewässerung. Die Regenmesser werden direkt auf der landwirtschaftlichen Fläche positioniert und nach den Bewässerungsgaben durch ablesen und wiegen ausgewertet.

Die Auswertung erfolgt für verschiedene Flächentypen:

1.) Winddriftbereich
2.) Zielfläche
3.) Überlappungsbereich

Feldbeispiel: Versuch mit Zuckerrübenkultur

Die folgende schematische Darstellung des realen Versuchsaufbaus zeigt die Anordnung der Hellmann-Regenmesser innerhalb eines Zuckerrübenbestands. Die Abbildung verdeutlicht die Anstrengungen im Bereich der Versuchsplanung und -durchführung unter Praxisbedingungen an denen gearbeitet wird.

Ausblick: Querverteilung und Datenauswertung bis Jahresende

Bis Ende 2025 werden die Auswertung der Querverteilung und erste Ergebnisse zur zeitlichen Wasserverteilung im Boden erwartet. Ziel ist es, erste belastbare Aussagen zur Wirksamkeit der unterschiedlichen Bewässerungsszenarien unter realen Bedingungen treffen zu können.

Für weitere Informationen sind wir gerne für Sie da;

Projektmanager

Projektmitarbeiter

Projektleiter