Lysimeter – Informationen zum Wasser- und Stoffhaushalt eines Bodens
Lysimeter sind mit Boden befüllte Behälter mit einer am unteren Ende befindlichen Vorrichtung für die Sammlung des Sickerwassers. Sie befinden sich in einem Lysimeterkeller, so dass ihre Oberfläche mit der Geländeoberkante abschließt.
Lysimeter sind Messeinrichtungen, mit denen die Wasser- und Stoffhaushaltsgrößen eines Bodens in Abhängigkeit von der jeweiligen Nutzung und den klimatischen Verhältnissen bestimmt werden können (Abb. 1). Messgrößen sind die Sickerwasserspende, die Stoffkonzentration des Sickerwassers und die Stofffracht, die ein definiertes Bodenvolumen verlässt. Der Nährstoffsaldo und die Art der Bewirtschaftung sind eindeutig der Nährstofffracht und der Qualität des Sickerwassers zuordenbar.
In der Regel geht es um die Betrachtung unterschiedlicher Arten der Bodennutzung (Pflanzenbestände, Brache, Düngung, konventioneller oder ökologischer Landbau, Pflanzenschutzmittel etc.) auf die Nähr- und Schadstoffauswaschung aus der Wurzelzone und die Nähr- und Schadstoffkonzentration des Sickerwassers. Schlussfolgernd daraus können Maßnahmen zur Minderung der Auswaschung abgeleitet und die Frage nach der unvermeidbaren Auswaschung beantwortet werden. Lysimeter enthalten deshalb meist einen ungestörten Ausschnitt eines Bodens, weil das Bodengefüge den Stoffumsatz und -transport sowie die Durchwurzelung eines Bodens stark beeinflusst (Abb. 2).
Die Grundfläche eines Lysimeters sollte groß genug sein, um alle wichtigen Strukturelemente eines Bodens genügend oft zu erfassen und eine typische Bestandesstruktur eines Pflanzenbewuchses zu erlauben. In Experimenten mit landwirtschaftlichen Kulturen bewegt sie sich etwa zwischen 1 und 2 Quadratmeter. Die Tiefe eines Lysimeters sollte die Durchwurzelungstiefe und die Tiefe des kapillaren Aufstiegsraumes umfassen. Wenn es um die Untersuchung einzelner Bodenhorizonte geht, kann die Tiefe eines Lysimeters auch geringer ausfallen.
Ein weiteres wichtiges Aufgabenfeld von Lysimetern ist die exakte Bestimmung der Verdunstung von Pflanzenbeständen und von unbewachsenem Boden. Dafür sind Lysimeter mit Wägesystemen ausgerüstet (Abb. 2). Aus der Gewichtszunahme ergibt sich der Niederschlag und aus der Gewichtsabnahme die Verdunstung. Um Messfehler aufgrund von Oaseneffekten zu vermeiden, ist es wichtig, dass sich die Lysimeter inmitten eines ebenso bewachsenen Feldes befinden.
Die Messung der Verdunstung von Pflanzenbeständen dient der Bestimmung des Wasserbedarfes von Kulturpflanzen in den einzelnen Entwicklungsabschnitten für die Ableitung von Richtwerten und Steuerungsgrößen der Beregnung. Durch Bezug auf die gebildete Pflanzentrockenmasse können Aussagen getroffen werden, wie effizient eine Pflanzenart oder eine Pflanzensorte das aufgenommene Wasser in Biomasse umsetzt. Daneben ist es von Bedeutung, wieviel Wasser eine Pflanzenart von Aufgang bis zur Ernte verbraucht und wieviel Wasser sie in der Lage ist, aus den einzelnen Bodenschichten aufzunehmen. Insbesondere in Trockengebieten, wo der Bodenwasserspeicher nicht in jedem Jahr vollständig wieder aufgefüllt wird, werden diese Informationen benötigt, um bei weiter knapper werdenden Niederschlägen das pflanzenverfügbare Bodenwasser in der Fruchtfolge effizient zum Einsatz zu bringen. Da wägbare Lysimeter die Verdunstung zeitlich hoch aufgelöst über das gesamte Jahr erfassen, lassen sich mit ihnen auch Ursachen für unproduktive Verdunstungsverluste sichtbar machen.
Lysimeteruntersuchungen sind in der Regel langfristig angelegt und können in Abhängigkeit von der zeitlichen Abfolge der geprüften Bewirtschaftungsvarianten auch zeitliche Trends der Entwicklung des Wasser- und Stoffhaushaltes eines Bodens zu erkennen geben.
Ein Beitrag von Dr. Steffi Knoblauch, Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft, Jena
Literatur:
Kooperation Lysimeter, 2013: Wirkung landwirtschaftlicher Nutzung auf die N-Auswaschung anhand langjähriger Lysimetermessungen in Mittel- und Nordostdeutschland und Schlussfolgerungen für die Minimierung der N-Befrachtung der Gewässer. In Schriftenreihe der TLL. Heft 6/ 2013. https://publikationen.sachsen.de/bdb/artikel/20214/documents/27341
Kooperation Lysimeter, 2018: Langjährige Untersuchungen zur P-, K-, Mg- und S-Auswaschung aus landwirtschaftlich genutzten Böden in Deutschland. In: Neues aus Unter-suchung und Angewandter Forschung. Berichte der TLL. Heft 1/2018, in Vorbereitung
