Forschungs- und Innovationsprojekt
Erosion and Runoff Laboratory (EARL), Erosions- und Abflussmessfeld, Monitoring der Versuchsflächen

Logo: EARL

Logo des "Erosion and Runoff Laboratory", zu Deutsch: "Erosions- und Ober­flächen­abfluss-Labor".

Das Erosion and Runoff Laboratory (EARL) in der Zukunftswerkstatt Ruhstorf: Erosions- und Abflussmessfeld zur Bewertung umweltverträglicher Landbewirtschaftung

Erosion tritt in vielen fruchtbaren und landwirtschaftlich intensiv genutzten Regionen weltweit, aber auch in großen Teilen Bayerns auf. Gleichzeitig werden durch den Klimawandel ein Anstieg der Erosivität von Starkregenereignissen wie auch vermehrte und intensivierte Dürrephasen erwartet. Während die Wirkungsweise einzelner erosions- und abflussmindernder Maßnahmen und Anbaumethoden bereits hinreichend untersucht ist und die Erkenntnisse darüber auch in der Beratung eingesetzt werden (siehe z. B. die ABAG interaktiv oder auch Erosionsschutz Mais), ist über deren Kombinationswirkung sowie den Einfluss von Oberflächenabfluss wenig bekannt. Weiterhin stellen veränderte klimatische Rahmenbedingungen sowie die beabsichtigte Reduktion des Einsatzes von Herbiziden klassische Erosionsschutzmaßnahmen vor neue Herausforderungen, womit ein Interessensausgleich zwischen Lebensmittelproduktion, Energiegewinnung und Umwelt- bzw. Ressourcenschutz (z. B. Boden oder Wasser) erschwert wird.

Ziele

Am Standort Ruhstorf der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL) entsteht derzeit ein weltweit einzigartiges Versuchsgelände, um die physikalischen, sozialen und wirtschaftlichen Faktoren zu untersuchen, welche die Erosion antreiben: Das EARL – Erosion and Runoff Laboratory. Dort werden in langjährigen Versuchen (>10 Jahre) Maßnahmen zum Erosionsschutz und Wasserrückhalt im Hügelland in Kombination mit neuen Anbauverfahren (Sortenwahl, Pflanzenschutz- und Düngungsregime, Bodenbearbeitung) und unterschiedlichen Fruchtfolgen untersucht. Einen wichtigen Teil des Erosionsmessfeldes EARL soll auch der Wissenstransfer und die Sensibilisierung zum Thema Erosion auf landwirtschaftlichen Flächen einnehmen.

Methodik

Aufbauend auf den Erfahrungen anderer langjähriger Versuchsanlagen der Erosionsforschung werden auf einem Feldstück mit ca. 6 ha Fläche und einer relativ homogenen Neigung von 9 % bis 11 % in der verschiedene Anbauverfahren unter kontrollierten Bedingungen auf ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Witterungsextremen und ihre Risiken auf unerwünschte abflussgebundene Stoffausträge geprüft.

Landwirtschaftlicher Hof, im Hintergrund das ausgewählte Feldstück als Messfläche mit Neigungsgrad 7%

Landwirtschaftlicher Hof, im Hintergrund das für das EARL ausgewählte Feldstück, das eine weitgehend homogene Neigung von 7 % aufweist.
Auf der Fläche werden 36 Versuchsparzellen angelegt mit je 55m Länge und 6m Breite. Darauf sollen drei verschieden Versuchsvarianten mit bewirtschaftungsangepassten Fruchtfolgen angebaut werden. Die drei zu untersuchenden Fruchtfolgen sind eine dreigliedrige konventionelle, für die Region typische Fruchtfolge, eine viergliedrige Fruchtfolge mit halbiertem Pflanzenschutzaufwand sowie einer fünfgliedrigen ökologischen Fruchtfolge. Jedes Fruchtfolgeglied soll jedes Jahr mit drei Wiederholungen angebaut werden, um möglichst viele Vergleichsdaten bei den nicht wiederholbaren, natürlichen Niederschlagsereignissen zu sammeln.

Überblick-Skizze des geplanten Versuchsaufbaus mit den 36 Versuchsstreifen

Skizze des geplanten Versuchsaufbaus: In der Mitte das operationelle Dauermessfeld mit den 14 jeweils 150 m langen Ackerstreifen, wovon 100 m für die wissenschaftliche Auswertung verwendet werden. Seitlich befinden sich die 50 m langen Parzellen für künstliche Beregnungsversuche mit im Vergleich zum operationellen Messfeld identischen Fruchtfolgen.
Cochoctenrad im Testlauf: Durch die Umdrehungen wird die Menge an Oberflächenabfluss bestimmt.Zoombild vorhanden

Cochoctenrad im Testlauf
Das Monitoring der Versuchsflächen umfasst räumlich wie zeitlich eine sehr hohe Datendichte, autonome, digital vernetzte Sensorfelder (Stichwort: "Internet of Things"), exakte Daten zur Meteorologie, zum Bodenzustand, agronomische Parameter, Bodenbedeckungsgrad und Topografie. Die Daten werden z. B. in Kombination mit künstlicher Intelligenz und deep learning, aber auch modellbasiert ausgewertet, um die Ergebnisse auf größere Einzugsgebiete zu übertragen. Um die Stoffausträge der Versuchsstreifen analysieren zu können, werden am Ende jedes Streifens Auffangvorrichtungen installiert, welche den Oberflächenabfluss sammeln und über KG-Rohre zu den Messeinrichtungen weiterleiten. Für die Analyse der Stoffausträge werden aus dem Abfluss in regelmäßigen Abständen automatisiert Proben gezogen sowie die Menge des Abflusses durch ein Cochoctenrad und eine Kippwaage gemessen.

Ergebnis

Zusammen mit dem Lehrstuhl für Hydrologie und Flussgebietsmanagement und unterstützt durch das Institut für Messsysteme und Sensortechnik der Technischen Universität München (TUM) sowie den Lehrstuhl für Wasser- und Bodenressourcenforschung der Universität Augsburg erstellen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Landesanstalt für Landwirtschaft das Design und das Messkonzept der Versuche, planen die Einrichtung der Anlagen sowie die Schritte der Feldbearbeitung. Das Versuchsfeld wird bis 2024 einsatzbereit sein und dann mehr als 10 Jahre Daten liefern. Um diese bestmöglich zu nutzen, liegt zum einen ein besonderer Fokus auf dem Aufbau eines internationalen Forschungs-Netzwerks, um vielseitiges Interesse und damit Multiplikatoreffekte zu erzielen. Zum anderen werden vor Ort Gespräche, Führungen und Workshops durchgeführt, um die Erkenntnisse nahtlos in die Praxis zu überführen.

Kontakt
Tel.: 08161-8640-3640
E-Mail: boden@lfl.bayern.de

Wissenschaftliche Konzeption: Johannes Mitterer

Versuchsdurchführung: Eva Resl

Projektleitung: Florian Ebertseder

Weiterführende Informationen

Das EARL im Web

Weitere Forschungsaktivitäten der Arbeitsgruppe Bodenerosion, Bodenverdichtung, Bodenwasserhaushalt

Inhaltlich verknüpfte Forschungsprojekte

Weitere Informationen zu den Forschungspartnern

Literatur
  • [1] Auerswald, K., Fischer, F. K., Winterrath, T., Elhaus D., Maier H., Brandhuber R. (2019): Klimabedingte Veränderung der Regenerosivität seit 1960 und Konsequenzen für Bodenabtragsschätzungen. In: Bachmann G., König W., Utermann J. (Hrsg.) Bodenschutz, Ergänzbares Handbuch der Maßnahmen und Empfehlungen für Schutz, Pflege und Sanierung von Böden, Landschaft und Grundwasser (Loseblattsammlung), Berlin, Erich Schmidt Verlag.
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  • [14] Kistler, M, Brandhuber, R, Maier, H, (2013): Wirksamkeit von Erosionsschutzmaßnahmen – Ergebnisse einer Feldstudie, LfL-Schriftenreihe 8/2013
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  • [19] Schwertmann U., Vogl W., Kainz M. (1990) Bodenerosion durch Wasser: Vorhersage des Abtrags und Bewertung von Gegenmaßnahmen, 2. Auflage. Ulmer: Stuttgart.
  • [20] Seibert S und Auerswald K (2019) Hochwasserminderung im ländlichen Raum – Förderung des Wasserrückhalts und Bremsen des Abflusses in der Flur mit quantitativen Planungsbeispielen. Vortrag am 25.11.2019 beim "Erosionsgespräch 2019" in Langquaid.
  • [21] TOPPS-Prowadis (2014). Gute fachliche Praxis zur Verringerung der Gewässerbelastung mit Pflanzenschutzmitteln durch Run-off und Erosion. Handbuch, 81 S., Zugang: http://www.topps-life.org/key-documents.html [22.01.2020].

Projektinformationen
Projektleitung: Florian Ebertseder
Projektbearbeiter: Eva Resl, Johannes Mitterer, Karl Auerswald
Laufzeit: 01.11.2021 bis 31.10.2024
Finanzierung: Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten
Projektpartner: Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Technische Universität München
Förderkennzeichen: A/20/14