F a c h b i b l i o t h e k

g r ü n

Stephan Roth-Kleyer (Hrsg.)

Bewässerung im Garten- und Landschaftsbau

Stephan Roth-Kleyer (Hrsg.) Bewässerung im Garten- und Landschaftsbau

Zu den Autoren des Buches Prof. Dr.-Ing. Stephan Roth-Kleyer (Hrsg.), Professor für das Lehr- und Forschungsgebiet „Vegetationstechnik“ im Studiengang „Landschaftsarchitektur“ der Hochschule Geisenheim University. Gründungsmitglied und ­Leitung des Arbeitskreises sowie des Regelwerksausschusses „Bewässerung“ der FLL e. V. Dipl.-Ing. (FH) Reiner Götz M. Eng., Architekturstudium Masterstudiengang „Stadtplanung“ an der FH Stuttgart und Masterstudiengang „Wasser und Umwelt“ an der Leibniz Universität Hannover. Seit 1999 eigenes Planungsbüro mit Schwerpunkt „Wassertechnische Anlagen im Außenbereich“. Dipl.-Ing. Nikolai Kendzia, Landschaftsgärtner mit Hochschulabschluss „Landschaftsarchitektur und Landschaftspflege“ an der TU München. Lehre und Forschung in „Bau- und Vegetationstechnik“ an der Bayerischen Landesanstalt für Wein- und Gartenbau (LWG). Dipl.-Ing. agr. Andreas Klapproth, Beratender Ingenieur der Ingenieurkammer Hessen, Planer und Bauleiter im Fachbereich „Landschaft, Freianlagen, Golf- und Sportplatz“, Leiter des Arbeitskreises „Bewässerung“ des DGV e. V. Prof. Dr. rer. nat. Andreas Thon, Professor für das Lehrgebiet Bautechnik in der Landschaftsarchitektur an der Hochschule Geisenheim University. Ehrenamtliche Mitarbeit im Regelwerksausschuss (RWA) „Bewässerung“ der Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau e. V. (FLL), Mitglied der Fachvereinigung Betriebs- und Regenwassernutzung e. V. (FBR). Kernkompetenz in den Fachgebieten Wassermanagement, Schwimmteiche, Bewässerungsanlagen.

Dieses Buch ist Bestandteil der Reihe „Fachbibliothek grün“, die von Prof. Dipl.-Ing. Alfred NieseI begründet wurde. In dieser Reihe erscheinen Fach- und Lehrbücher für den Garten- und Landschaftsbau, für Landschaftsarchitekten sowie Garten- und Umweltämter. Herausgeber dieser Reihe sind Prof. Dipl.-Ing. Bjørn-Holger Lay, Prof. Dr.-Ing. Mehdi Mahabadi, Prof. Dipl.-Ing. (FH) Martin Thieme-Hack. Prof. em. Dipl.-Ing. Alfred Niesel Hochschule Osnabrück Fakultät Agrarwissenschaften und Landschaftsarchitektur Lehrgebiet Landschaftsbau/Baubetrieb Hesselkamp 79 49088 Osnabrück Prof. Dipl.-Ing. Bjørn-Holger Lay Hochschule Osnabrück Fakultät Agrarwissenschaften und Landschaftsarchitektur Lehrgebiet Baukonstruktion und Bautechnik Am Krümpel 31 49090 Osnabrück Prof. em. Dr.-Ing. Mehdi Mahabadi Hochschule Ostwestfalen-Lippe Lehr- und Forschungsgebiet Technik des Garten- und Landschaftsbaus Hellerkamp 26 42555 Velbert Prof. Dipl.-Ing. (FH) Martin Thieme-Hack Hochschule Osnabrück Fakultät Agrarwissenschaften und Landschaftsarchitektur Lehrgebiet Baubetrieb im Landschaftsbau Am Krümpel 31 49090 Osnabrück

Stephan Roth-Kleyer (Hrsg.)

Bewässerung im ­Garten- und ­Landschaftsbau 152 Abbildungen 27 Tabellen

4

Inhalt

Vorwort 7

1

Pflanzen ressourcenschonend ­bewässern (Roth-Kleyer) 9

1.1

Die Ressource Wasser – Vorkommen und Verteilung 10 Zum Wasserhaushalt von Vegetations­ flächen 12 Kennwerte des Wasserhaushaltes in ­Böden  13 Kennwerte des Wasserhaushaltes in ­Substraten  15 Allgemeine Hinweise zur ressourcen­ schonenden Bewässerung  16 Der Klimawandel und seine Folgen  17 Der globale Klimawandel  17 Folgen des Klimawandels für Deutsch­ land 21

1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.3 1.3.1 1.3.2

2 2.1

Bewässern – womit? Wasserqualität, Wasserbereitstellung (Thon) 25

Inhaltsstoffe von Bewässerungs­ wasser 26 2.2 Anforderungen an das Bewässerungs­ wasser …  26 2.2.1 … aus technischer Sicht  26 2.2.2 … aus pflanzenphysiologischer Sicht  26 2.2.3 … aus hygienischer Sicht  28 2.3 Wasserqualität im Detail  28 2.3.1 Allgemein 28 2.3.2 Eisen 28 2.3.3 Mangan 28 2.3.4 Härte 29 2.3.5 Salzgehalt 29 2.4 Herkunft des Bewässerungswassers  30 2.4.1 Brunnenwasser 30 2.4.2 Trinkwasser 31

3 3.1 3.2 3.3 3.3.1

Komponenten einer ­Bewässerungs­anlage (Götz) 32

Wasserversorgung 34 Wasserzähler 43 Pumpen 44 Trocken aufgestellte Pumpen und Druck­ erhöhungsanlagen 45 3.3.2 Selbstansaugende Kreiselpumpen  45 3.3.3 Nomalsaugende Kreiselpumpen  46 3.3.4 Unterwasserpumpen 47 3.3.5 Brunnen- und Behälterpumpen  47 3.3.6 Zubehör für Pumpen  48 3.3.7 Pumpensteuerung 49 3.3.8 Stromanschluss 50 3.4 Leitungen und Fittings  50 3.4.1 Rohrleitungen 50 3.4.2 Fittings und Verbinder  51 3.5 Filter 54 3.5.1 Regenwasserfilter 55 3.5.2 Filterung von Oberflächenwasser  55 3.5.3 Siebfilter 56 3.5.4 Scheibenfilter 56 3.5.5 Sandseparatoren (Zentrifugalfilter, ­Hydrozyklonfilter)  57 3.6 Steuergeräte 58 3.6.1 Batteriebetriebene Steuergeräte  60 3.6.2 Steuergeräte mit Netzstromanschluss 230 V  60 3.6.3 Zentralsteuersysteme 62 3.7 Regensensor 63 3.7.1 Bodenfeuchtesensoren 63 3.7.2 Tensiometer 64 3.7.3 Messung über elektrische Leitfähig­ keit 64 3.8 Ventile 65 3.8.1 Manuelle Ventile  65 3.8.2 Automatische Ventile  66 3.8.3 Ventilschächte 68 3.9 Druckminderer 68 3.10 Regner 69 3.10.1 Drehstrahlregner  69

Inhalt

3.10.2 Multistrahlregner  70 3.10.3 Sprühregner  71 3.10.4 Mikroregner  74 3.11 Tropfbewässerung 74 3.11.1 Einzeltropfer  75 3.11.2 Tropfrohr  75 3.11.3 Wurzelzonenbewässerung  76

4

Grundlagen der Bewässerungsplanung (Götz) 78

4.1 4.2

Erheben der Planungsgrundlagen  79 Ermitteln der zur Verfügung stehenden Wassermenge 80 4.2.1 Tiefbrunnen 81 4.2.2 Sickerbrunnen 82 4.2.3 Regenwasser 82 4.2.4 Trinkwasser 82 4.2.5 Ermitteln des Bewässerungsbedarfs  82 4.3 Festlegen der Bewässerungskreise  85 4.4 Anordnung der Ventile, der Hauptleitung, des Steuergerätes und der Steuerkabel  89 4.5 Auswahl der Regner, Tropfrohre und des Zubehörs 90 4.5.1 Auswahlkriterien für Regner  90 4.5.2 Auswahlkriterien für Tropfrohrsys­ teme 95 4.5.3 Auswahlkriterien für Steuergeräte und Sensoren 95 4.6 Montageplan erstellen  96 4.7 Hydraulische Berechnung einer Bewässerungs­anlage  97 4.7.1 Druckverlust durch Rohrreibungsver­ luste 100 4.7.2 Berechnung der Fließgeschwindig­ keit 101

5

Grundlagen der Bewässerungssteuerung (Thon) 105

5.1 5.2

Ziele der Bewässerungssteuerung  105 Berechnung des Bewässerungsbe­ darfs 106

5.2.1 Wasserkreislauf und Wasserhaushalts­ gleichung 106 5.2.2 Niederschlag und Evapotranspiration als relevante Größen zur Ermittlung des ­Bewässerungsbedarfs  107 5.2.3 Ermittlung des Bewässerungs­ bedarfs 110 5.3 Berechnung der Bewässerungsgabe  110 5.3.1 Wasserspeicherfähigkeit des Bodens und Pflanzenverfügbarkeit des Boden­ wassers 110 5.3.2 Pflanzenansprüche und Durchwurzelungs­tiefe  113 5.3.3 Ermittlung der Bewässerungsgabe  114 5.3.4 Anpassung der Bewässerungsrate/Bewäs­ serungsintensität 115 5.3.5 Wind 117 5.4 Düngung 118

6

Installation einer automatischen Bewässerungsanlage (­Kendzia) 119

6.1 Material 119 6.1.1 Vorbereitung des Einbaus  119 6.1.2 Werkzeug 121 6.2 Erdarbeiten 124 6.3 Leitungsverlegung 125 6.3.1 Handhabung von Kunststoffrohren  125 6.3.2 Installation von Rohrverschraubun­ gen 126 6.4 Installation der Komponenten  127 6.4.1 Magnetventile und Ventilboxen  127 6.4.2 Montage der Regner und Sprüh­ düsen 129 6.4.3 Einstellen der Versenkdüsen  130 6.4.4 Einstellen der Getrieberegner  131 6.4.5 Montage von Tropfrohren und Mikro­ bewässerung 131 6.4.6 Montage von Steuergerät und Senso­ ren 133

5

6

Inhalt

7

Überprüfung und Übergabe der Bewässerungsanlage, ­Abnahme (Götz) 136

7.1

Kontrolle der hydraulischen Bedingun­ gen 136 7.2 Dichtigkeit der Rohrleitungen  137 7.3 Grabenverfüllungen 138 7.4 Gleichförmigkeit 138 7.4.1 Regner 138 7.4.2 Tropfrohr 139 7.5 Ventilschächte 140 7.6 Steuerung 141 7.7 Einführung, Probelauf und Schlüssel­ übergabe 141 7.8 Anlagendokumentation 141

8

Instandhaltung, Wartung (­Kendzia) 143

8.1

Automatisch, aber nicht wartungs­ frei 143 8.1.1 Inspektion 143 8.1.2 Wartung 143 8.1.3 Pflege 144 8.1.4 Instandsetzung 144 8.2 Einwinterung, Inbetriebnahme im Früh­ jahr 145 8.2.1 Einwinterung 145 8.2.2 Inbetriebnahme im Frühjahr  148

9 9.1

Sonderstandorte bzw. -bauweisen   149

Sportplätze und deren Bewässerungsnot­ wendigkeit (Roth-Kleyer) 149 9.1.1 Arten der Sportplatzbewässerung  151 9.1.2 Wasserherkünfte und -entnahmestellen sowie Wasser­qualität  155 9.1.3 Förderungs- und Druckerhöhungsanla­ gen sowie Rohr­leitungen  155 9.1.4 Rasensportflächen 156 9.1.5 Kunststoffrasenflächen 161 9.1.6 Tennenflächen 162 9.2 Golfplätze (Klapproth) 164

9.2.1 Aufbau einer Golfplatzbewässerungsan­ lage 165 9.2.2 Wasserbedarf und Wasserbereitstellung zur Golfplatz­bewässerung  165 9.2.3 Beregnungswasserqualität bei der Grä­ serbewässerung 167 9.2.4 Wasserbevorratung zur Golfplatzbewäs­ serung/Wassers­peicherung  169 9.2.5 Pumpen- und Druckerhöhungsanlage zur Beregnungswasserförderung 171 9.2.6 Rohrleitung und Regner  172 9.2.7 Regner, Regneranordnung und optimale Wasserausbringung 173 9.2.8 Steuerung 175 9.2.9 Wartung, Pflege und Instandhaltung von Bewässerungs­anlagen  176 9.2.10 Beregnungsmanagement und optimale Wasserversorgung der Gräser   178 9.3 Bauwerksbegrünungen (RothKleyer) 181 9.3.1 Dachbegrünungen   183 9.3.2 Fassadenbegrünungen 196 9.3.3 Innenraumbegrünungen 203 9.4 Gehölze im urbanen Raum (RothKleyer) 214 9.4.1 Standortvorbereitung 216 9.4.2 Bewässerung von Gehölzen  218 9.4.3 Bewässerungsmethoden   222 9.5 Bewässerung von Böschungen (RothKleyer) 230 9.6 Mobiles Grün (Roth-Kleyer) 234 9.7 Urban Gardening (Roth-Kleyer) 240 9.7.1 Drei urbane Gärten  241 9.7.2 Bewässerungseinrichtungen in den ­benannten Projekten und Schluss­ folgerungen 244

Serviceteil 246 Internationale Fachbegriffe  247 Bezugsquellen für Regelwerke  257 Literaturverzeichnis 258 Register 265

7

Vorwort „Das Wasser ist ein freundliches Element für den, der damit bekannt ist und es zu behandeln weiß.“  Johann Wolfgang von Goethe

Unter den weltweiten Veränderungen des Klimas wird das Grün im privaten wie auch im öffentlichen Bereich zunehmend auch für den Klimaschutz an Bedeutung gewinnen. Erhebliche Anstrengungen werden notwendig werden, um eine gesicherte, nachhaltige wie ökologisch sinnvolle Wasserversorgung für Vegetation im weitesten Sinne zu gewährleisten. Gefährdungen für Vegetationsbestände gehen insbesondere von häufiger und intensiver werdenden Witterungsextremen aus. Zu den Witterungsextremen gehören sommerliche Hitzeund Trockenperioden, Starkwind- und Starkregenereignisse. Die Winter werden in Deutschland regenreicher ausfallen, die Sommer niederschlagsärmer, die Länge der Trockenperioden wird zunehmen. Anhaltende Trockenperioden verringern die Vitalität der Vegetationsbestände, gleichzeitig häuft sich der Schädlingsdruck. Zudem wächst die Erkenntnis, dass Wasser auch in der Bundesrepublik nicht mehr überall ganzjährig problemlos für die Bewässerung von Vegetationsflächen im Garten- und Landschaftsbau zur Verfügung steht. Die Landschaftsarchitektur kennt das Thema „Wasser“ überwiegend als Gestaltungselement. Wasser ist in Grünanlagen und Gärten in der Regel ein Ruhepol. Wasseranlagen können einen hohen ästhetischen Wert haben, im Sommer geht von Wasser eine kühlende Wirkung aus. Für den Berufsstand der Landschaftsarchitektur wie auch für den des Garten-, Landschafts- und Sportplatzbaus wird es künftig entscheidend sein, im Hinblick auf das Etablieren, Entwickeln und Pflegen von Vegetation Bewässerungsformen vorzuhalten, die die Nachhaltigkeit der Planungen, Ausführungen und Pflegemaßnahmen und damit den Werterhalt der Pflanzungen sichern. Mit der Planung, Installation und Wartung von Bewässerungsanlagen werden die Anforderungen an den Garten-, Landschafts- und Sportplatzbau zunehmen. Professionelle Bewässerung im Garten- und Landschaftsbau bedeutet mehr als das Verteilen von Wasser auf Grünflächen. Die technischen Möglichkeiten sind vorhanden. Es wäre sehr wünschenswert, wenn sich hier der Landschaftsbau, so die Planenden und Ausführenden auch im Bereich der professionellen automatischen Bewässerung künftig durch kompetentes Beraten und Handeln weiterhin profilieren. Durch sachgerechte Bewässerungsmaßnahmen, eine entspre-

8

Vorwort

chende Qualität in der Pflanzenauswahl sowie eine insgesamt vegetationstechnisch fachgerechte Ausführung nach guter gärtnerischer Praxis kann die Qualität unserer landschaftsgärtnerisch angelegten, gepflegten und betreuten Vegetationsflächen nachhaltig gesichert werden. Gleichzeitig ermöglichen automatische Bewässerungssysteme einen ressourcenschonenden Umgang mit dem nicht vermehrbaren Rohstoff Wasser. Die Bewässerungstechnik, die eine gleichmäßigere und damit sparsamere Verteilung des Wassers auf der Fläche ermöglicht, konnte in den letzten Jahren erheblich weiter entwickelt werden. Auch im Hausgartenbereich, im öffentlichen oder halböffentlichen Grün geht heute der Trend eindeutig zu vollautomatischen und unsichtbaren Beregnungsanlagen. Marktbeobachtungen dokumentieren diesen Trend. Dennoch ist im Allgemeinen sowohl bei den Planern wie auch bei den Ausführenden noch immer Unsicherheit beim Einsatz stationärer Bewässerungssysteme feststellbar. Und das, obwohl sich durch deren Einsatz nicht nur die künftigen Pflegekosten deutlich reduzieren ließen. Bislang liegt zum Thema „Professionelle Bewässerung von Vegetationsflächen im Garten- und Landschaftsbau“ kaum firmenübergreifende Fachliteratur vor. In den Normen finden sich nur vereinzelt zielführende Hinweise. Auch internationale Regelwerke müssten erst, soweit sie denn vorlägen, auf die hiesige u. a. klimatische Situation übertragen werden. Grundsätzlich ist es konsequent, dass das vorliegende Fachbuch für den Garten- und Landschaftsbau erarbeitet wurde, das auf den effizienten, vegetationstechnisch sinnvollen und richtigen Einsatz von Bewässerungen im Landschaftsbau abzielt. Mit der Herausgabe dieses Fachbuches wird der Grünen Branche und denen, die mit der Bewässerung im Garten-, Landschafts- und Sportplatzbau befasst sind, so den Planern, den Beratern und den Ausführenden, ein Kompendium für die Planung, Installation und Wartung von Bewässerungsanlagen im Landschaftsbau an die Hand gegeben. Damit wird eine bislang bestehende Lücke in der landschaftsbaulichen und vegetationstechnischen Literatur geschlossen. An dieser Stelle ist den Mitautoren sowie all denen, die unterstützend bei der Bearbeitung mitgewirkt haben, ohne die die Veröffentlichung des für unseren Berufsstand so wichtigen Fachbuchs sicher nicht möglich gewesen wäre, für ihr hohes Engagement verbindlich zu danken. Mein besonderer Dank gilt an dieser Stelle Frau B. Eng. Susanne Gunkel für die redaktionelle Mitbetreuung und für das Anfertigen zahlreicher Zeichnungen sowie Frau Anette Sixter für das Korrekturlesen. Nicht zuletzt danke ich dem Verlag Eugen Ulmer für das ausgezeichnete Lektorat. Geisenheim, im Frühjahr 2016

Prof. Dr.-Ing. Stephan Roth-Kleyer



1 Pflanzen ressourcenschonend bewässern Wasser gilt als Quelle allen Lebens. Wasser bestimmt unsere Lebensbedingungen. Wasser ist nicht nur Lebensmittel. Es ist mehr, es ist ein „Überlebensmittel“. Ohne Wasser gäbe es auf der Erde kein Leben. Der erwachsene Mensch besteht zu etwa 55 % aus Wasser. Es heißt: Ohne Wasser kann der Mensch drei Tage überleben, ohne Nahrung etwa einen Monat. Wasser ist auch für Pflanzen essentiell. Innerhalb der Pflanze ist das Wasser für zahlreiche chemische Prozesse von grundlegender Bedeutung, es ist das Transportmedium für Salze und Assimilate in der Pflanze. Wasser und ein entsprechendes gesichertes Wasserdargebot sind für die nachhaltige Entwicklung von Pflanzen und Vegetationsbeständen entscheidend. Die künftige Entwicklung des Bewässerungsbedarfs und der Einsatz von Bewässerungsanlagen für Vegetationsflächen durch den Garten-, Landschafts- und Sportplatzbau in Deutschland stehen in engem Zusammenhang mit dem globalen Klimawandel sowie dem Fortschritt der technischen Möglichkeiten. Diese Entwicklung setzt eine entsprechende Wasserverfügbarkeit voraus, die selbst in der mit der Ressource Wasser gut versorgten Bundesrepublik nicht in allen Regionen ganzjährig unlimitiert gegeben ist. Somit ist mit der Ressource Wasser auch in unseren Regionen schonend und effizient umzugehen. Das ist durch den Einsatz von bedarfsorientierter Steuerungs- und Verteiltechnik zu erreichen. Die Prognosen zum Klimawandel und die damit verbundenen Projektionen (IPCC 2013) lassen bereits für die nahe Zukunft eine rasch wachsende Bedeutung der Bewässerung für den Garten-, Landschaftsund Sportplatzbau deutlich erkennbar werden. Die Jahresniederschläge sollen sich im Durchschnitt in Deutschland zwar nicht verringern, jedoch wird eine für die Vegetation und deren Entwicklung ungünstigere Verteilung vorausgesagt. Es werden hohe Niederschlagsereignisse in den Wintermonaten und ausgedehntere Trockenperioden in den Sommermonaten erwartet. Das kann ein Zuviel an ­Wasser im Winter und Trockenheit im Sommer bedeuten. Überdies werden die Temperaturen ansteigen, was zu höherer Evapotranspiration führen wird. In der Summe wird in der Vegetationszeit der Wasserbedarf der Vegetationsbestände und damit verbunden der Bewässerungsbedarf zunehmen. In Deutschland werden von dem jährlich zur Verfügung stehenden Wasserdargebot zurzeit nur ca. 17 % durch die verschiedenen Nutzer

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10

Pflanzen ressourcenschonend bewässern

(Landwirtschaft, Industrie, öffentliche Wasserversorgung u. a.) genutzt (BDEW 2015). Für die Zukunft ist jedoch absehbar, dass regional und saisonal die Ressource Wasser der limitierende Faktor für eine nachhaltige Entwicklung der Vegetationsbestände in unseren öffentlichen, halböffentlichen und privaten Grünanlagen, Parks und Gärten sein wird. Noch immer werden Bewässerungsmaßnahmen im Garten-, Landschafts- und Sportplatzbau ökologisch irrtümlich negativ bewertet. In der Hauptsache wird dahingehend argumentiert, dass Bewässerungsmaßnahmen die „natürlichen Verhältnisse“ und damit ganze Biotope und Ökosysteme verändern würden. Es ist festzustellen, dass vegetationstechnische Maßnahmen, und damit jegliche gärtnerischen und pflanzenbaulichen Maßnahmen im Landschaftsbau nur nachhaltig wirksam werden, wenn eine hinreichende Wasserversorgung der Pflanzen sichergestellt ist.

1.1 Die Ressource Wasser – Vorkommen und Verteilung Auf der Erde ist Wasser die Grundlage allen Lebens. Wasser ist die einzige chemische Verbindung, die als Flüssigkeit, als Festkörper und als Gas auftritt. Die Bezeichnung „Wasser“ wird für den flüssigen Aggregatzustand verwendet. Wasser ist als Flüssigkeit durchsichtig, weitgehend farb-, geruch- und geschmacklos. Der Gefrierpunkt von Wasser liegt bei 1 bar bei 0,0 °C. In fester Form liegt Wasser als Eis vor. Beim Siedepunkt (100,0 °C) geht Wasser von der flüssigen Phase in die gasförmige Phase, in Dampf über. Wasser besteht aus einzelnen Molekülen, deren Summenformel H2O ist. Zwei Atome Wasserstoff (H) und ein Atom Sauerstoff (O) bilden das Molekül Wasser H-O-H (Lecher et al. 2015). Wasser hat bei Normaldruck bei 3,98 °C die größte Dichte und weist damit eine Dichteanomalie auf. Diese besteht darin, dass sich Wasser unterhalb von 3,98 °C bei weiterer Temperaturverringerung, auch beim Wechsel zum festen Aggregatzustand, beim Frieren, wieder ausdehnt, was nur auf wenige Stoffe zutrifft. Damit verbunden schwimmt Eis auf Wasser und schichtet sich bei ca. 4 °C sowohl unter wärmerem als auch unter kälterem Wasser (Mulisch und Winter 2014). Wasser bedeckt mit ca. 71 % (ca. 361 Millionen km²) den größten Teil der Erdoberfläche. Insbesondere auf der Südhalbkugel sind weite Flächen von Wasser bedeckt. Das gesamte Wasservorkommen des „Blauen Planeten“ Erde beträgt ca. 1,4 Milliarden km³, das entspricht dem Volumen eines Würfels mit 1120 km Kantenlänge (Grohmann et al. 2011). Der mit Abstand größte Anteil des Wassers unserer Erde entfällt mit ca. 97,2 % auf das Salzwasser der Ozeane. Nur ca. 2,8 % (39,2 Millionen km³) des gesamten Wassers auf der Erde sind als

Die Ressource Wasser – Vorkommen und Verteilung

Süßwasser vorhanden. Das meiste Süßwasser ist als Eis an den Polen, den Gletschern und in Dauerfrostböden (30,1 Millionen km³/ca. 2,15 %) gebunden. Somit ist dieses Wasser für eine unmittelbare Nutzung nicht verfügbar. Das Grundwasser macht mit 0,62 % (8,7 Millionen km³) einen weiteren wichtigen Anteil des Trinkwassers aus. Das Wasser der Fließgewässer und Binnenseen entspricht ca. 0,0091 % (0,128 Millionen km³) des Gesamtwasservorkommens der Erde. 0,005 % (0,07 Millionen km³) liegen als Bodenfeuchtigkeit (Porenwasser) vor und 0,0001 % (14 000 km³) in der Atmosphäre als Wasserdampf (Pfeiffner et al. 2012). In Abbildung 1 ist der Wasserkreislauf der Erde wiedergegeben. Nach Pfeiffner et al. (2012) werden pro Jahr insgesamt 434 000 km³ Wasser über den Ozeanen und 71 000 km³ über den Landflächen verdunstet. Davon fallen über den Ozeanen 398 000 km³ und über den Landflächen 107 000 km³ als Niederschlag. 38 000 km³ der Niederschläge fließen mit den Flüssen ins Meer oder versickern in den Böden und tragen somit zur Grundwasserneubildung bei. Die etwa 149 Millionen km² Festland erhalten im Durchschnitt 745 mm Niederschlag pro Jahr. Im langjährigen Mittel stehen pro Jahr in der Bundesrepublik ca. 188 Milliarden m³ Süßwasser aus dem Wasserkreislauf zwischen Atmosphäre und Erdoberfläche zur Verfügung. In Deutschland fallen im Durchschnitt ca. 850 mm Niederschlag im Jahr. Davon verdunsten ca.

Abb. 1: Der Wasserkreis­ lauf (Pfeiffner et al. 2012)

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Pflanzen ressourcenschonend bewässern

62 %, die verbleibenden 38 % fließen ober- oder unterirdisch ab. Die Wasserentnahme aller Nutzer beträgt im Jahr ca. 33,1 Milliarden m³. Damit bleiben ca. 82,4 % des jährlich zur Verfügung stehenden Wassers ungenutzt. Der durchschnittliche Wasserverbrauch je Einwohner und Tag wird mit 122 Litern angegeben (BDEW 2015). Von den jährlich im Durchschnitt zur Verfügung stehenden ca. 188 Milliarden m³ Wasser werden in Deutschland nur ca. 1 % durch die Landwirtschaft, 4 % durch die öffentliche Wasserversorgung, 7 % durch die Industrie und 18 %, und damit der größte Anteil, durch Wärmekraftwerke als Kühlwasser für die Energiegewinnung genutzt (DWA 2012).

1.2 Zum Wasserhaushalt von Vegetationsflächen Wasser ist neben der fotosynthetisch aktiven Strahlung und einem hinreichenden Nährstoffangebot die wesentliche Voraussetzung für das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen. Für terrestrische Pflanzen wird das lebensnotwendige Wasser in den Böden bzw. Sub­ straten gespeichert und von dort über die Wurzeln aufgenommen. Der Wasserhaushalt der Böden bzw. Substrate und der der in ihm wachsenden Pflanzen sind eng miteinander verbunden. Boden und Pflanze bilden hier ein System. Böden und Substrate sind in der Lage, in den Poren Wasser zu speichern und pflanzenverfügbar vorzuhalten. Die Pflanzen entnehmen über ihre Wurzeln Bodenwasser aus dem Porensystem. Über das Porensystem nehmen Böden und Substrate auch Einfluss auf die Beweglichkeit des Wassers im Boden. Böden und Substrate haben somit einen unmittelbaren Einfluss auf den Landschaftswasserhaushalt wie auch auf die Wasserversorgung der Pflanzen (Ehlers 1996). Die wichtigsten Formen des Bodenwassers sind schnell benannt und lassen sich übersichtlich wie folgt darstellen: Auf den Boden auftreffende Niederschläge versickern in die Böden oder laufen in Form von Oberflächenwasser ab. Im Boden wird in Abhängigkeit von seinem Porensystem ein Teil des Sickerwassers gegen die Schwerkraft in den Kapillaren als Kapillarwasser gespeichert. Ein weiterer Teil des Sickerwassers umhüllt einen Teil der Körnungen als mikroskopisch dünne Hülle (Hydrathülle). Das ist das Adsorptionswasser. Sickerwasser kann zudem in porösen Körnungen (z. B. Lava oder Bims) eingelagert werden, es ist das Absorptionswasser. Derjenige Anteil an Sickerwasser, den der Boden nicht gegen die Schwerkraft in den Kapillaren, an oder in den Körnungen zurückhalten kann, trägt zur Grundwasserneubildung bei oder bildet auf oberflächennahen wasserundurchlässigen Bodenschichten Stauwasser. Bodenwassergehalte werden entweder in Volumenprozent [Vol.-%] oder Masseprozent [Masse-%] angegeben. Um einen Wassergehalt von Masse-% in Volumen-% umzurechnen, ist der Wassergehalt in Masse-% mit der Rohdichte (Lagerungsdichte) trocken des Bodens zu

Zum Wasserhaushalt von Vegetationsflächen

multiplizieren. Weiterhin entspricht 1 mm Niederschlag, der in den Boden eindringt, einer Volumenzunahme von 1 Vol.-% je Quadratmeter Boden bezogen auf 1 Dezimeter (1 mm N/dm Boden = 1 Vol.-%/m² × 1 dm).

1.2.1 Kennwerte des Wasserhaushaltes in Böden Böden bestehen aus drei Phasen (gasförmig, flüssig, fest). Es sind dies die feste Phase (mineralische und organische Stoffe), die gasförmige Phase (Bodenluft) und die flüssige Phase (Bodenwasser). Die feste Phase bildet den Porenraum. Der Porenraum ist überwiegend von der Bodenart und der Verdichtung abhängig. Die Porengrößenverteilung hat entscheidende Bedeutung für den Luft- und Wasserhaushalt der Böden. Boden kann Wasser gegen die Schwerkraft zurückhalten. Hierbei wirken besonders zwei Kräfte: Es sind dies die Kapillarkräfte des Bodens, auch als Matrixpotential bezeichnet, sowie die Schwerkraft, das sogenannte Gravitationspotential (Scheffer et al. 2010). Die Kapillarkräfte des Bodens sind hauptsächlich von seinem Porensystem, den vorliegenden Porendurchmessern und dem Porenvolumen (Gesamtporenvolumen – GPV) abhängig. Je enger die Kapillaren bzw. die Poren sind, desto stärker können sie Wasser gegen die Schwerkraft zurückhalten. Je enger die Kapillaren sind, desto höhere Saugspannungen müssen die Wurzeln der Pflanzen aufwenden, um Wasser aus den Kapillaren zu entnehmen. Demnach wird Wasser bei abnehmendem Porendurchmesser zunehmend gebunden und kann nur mit entsprechend hohen Saugspannungen daraus entfernt werden. Saugspannungen werden in cm Wassersäule, hPa oder dem dekadischen Logarithmus (lg) der cm Wassersäule (WS), dem dimensionslosen pF-Wert (p von Potenz, F von freier Energie des Wassers) angegeben. Der pF-Wert kennzeichnet die Energie, mit der das Boden­ wasser entgegen der Schwerkraft in den Kapillaren gehalten wird. Je höher der pF-Wert, desto trockener der Boden bzw. desto geringer sein Wassergehalt. Eine Saugspannung von 100 cm WS entspricht damit pF 2, eine Saugspannung von 1000 cm WS einem pF von 3. Die Bodenwasserspannung der Kapillaren (Saugspannung oder Matrix­ potential) ist bei niedrigen Wassergehalten am höchsten. Sie nimmt mit zunehmendem Wassergehalt ab. Der Zusammenhang zwischen dem Wasserhaltevermögen der Kapillaren in Abhängigkeit von ihrem Durchmesser, und damit vom pF-Wert bzw. cm WS, wird in Tabelle 1 wiedergegeben. Als schnell dränende Grobporen werden Kapillaren von 0,05 mm Durchmesser und größer bezeichnet. Kapillaren mit 0,05 bis 0,01 mm Durchmesser (pF 1,8 bis 2,5 = 60 bis 350 cm WS) gelten als langsam dränende Grobporen. Das Wasser in den Mittel­ poren (pF 2,5 bis 4,2 = 350 bis 15 000 cm WS) gilt als pflanzen­ verfügbar. Wasser, das im Boden mit mehr als 15 000 cm WS bzw.

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