Warum häufige Tropfbewässerung die Dürreresistenz von Nutzpflanzen verringert und wie man das Problem beheben kann

Warum kann eine häufige Tropfbewässerung die Dürretoleranz verringern?

Häufige Bewässerung in Tropfsystemen kann die Trockenheitstoleranz von Pflanzen verringern. Dieser Effekt wurde durch zahlreiche Studien und Praxisbeispiele renommierter landwirtschaftlicher Institutionen und Unternehmen bestätigt. Der Hauptgrund ist die Wechselwirkung zwischen Wasserverteilung, Wurzelwachstum, Bodenbedingungen und Pflanzenphysiologie. Durch häufige Bewässerung wird das Wasser tendenziell in den flachen Bodenschichten konzentriert, was dazu führt, dass die Wurzeln nahe der Oberfläche bleiben, anstatt tiefer zu wachsen, was schließlich zu einem Teufelskreis führt: Häufige Bewässerung führt zu einer flachen Wasserverteilung, die ein flaches Wurzelwachstum induziert und dann die Fähigkeit der Pflanze verringert, tiefes Bodenwasser aufzunehmen, wodurch sie anfälliger für Trockenstress wird.

IstHäufige Tropfbewässerung beeinträchtigt das Wurzelwachstum?

⒈ Flache Wasserverteilung begrenzt das Eindringen von Wurzeln

Erstens kann eine häufige Tropfbewässerung leicht dazu führen, dass die Bodenfeuchtigkeit in der flachen Schicht konzentriert bleibt, was das Eindringen der Wurzeln direkt einschränkt. Gemäß den Forschungsergebnissen im Artikel „Auswirkungen der Häufigkeit der Tropfbewässerung auf die Wurzelverteilung und die Dürreresistenz von Baumwolle“ (Zeitschrift für Baumwollforschung, 2023), wenn die Bewässerungshäufigkeit mehr als einmal täglich beträgt, bleibt die Bodenfeuchtigkeit in der 0-30-cm-Schicht lange Zeit in einem gesättigten Zustand, während der Feuchtigkeitsgehalt in der Bodenschicht unter 50 cm deutlich niedriger ist.

Aus der Sicht eines Tropfbewässerungssystems passen sich die Pflanzenwurzeln auf natürliche Weise an die Wasserverfügbarkeit an und konzentrieren sich in der benetzten flachen Bodenschicht, anstatt tiefer in das Bodenprofil hineinzuwachsen. Beispielsweise beträgt im Feldexperiment mit Baumwolle unter Filmtropfbewässerung die Wurzellängendichte in der täglich bewässerten Baumwollschicht von 0 bis 25 cm das 2,3-fache der von Baumwolle, die alle drei Tage bewässert wird, während die Wurzellängendichte in der 50 bis 80 cm dicken Schicht nur 45 % der letzteren beträgt. Diese flache Wurzelverteilung macht es für Pflanzen schwierig, Wasser aus tiefem Boden zu gewinnen, wenn die Bewässerung gestoppt wird, und es treten schnell Welkesymptome auf. In Fertigationssystemen kann dieser Effekt noch verstärkt werden, da sich Nährstoffe mit dem Wasser bewegen und so eine noch stärkere Wurzelkonzentration in der oberen Bodenschicht begünstigen.

⒊ Könnte zu viel Wasser Wurzelfäule verursachen?

Drittens bleiben die Bodenporen bei zu häufiger Bewässerung über einen längeren Zeitraum gesättigt, was die Sauerstoffverfügbarkeit in der Wurzelzone verringert. Dies schränkt die Wurzelatmung und die gesamte Wurzelaktivität ein und kann die Effizienz der Nährstoff- und Wasseraufnahme verringern. In schweren Fällen kann eine anhaltende Wurzelhypoxie zu Wurzelschäden, Wurzelfäule und einer erhöhten Anfälligkeit für durch den Boden übertragene Krankheiten führen. Mit abnehmender Wurzelaktivität verringert sich die Fähigkeit der Pflanze, Wasser und Nährstoffe aufzunehmen, was ihre Widerstandsfähigkeit in Dürreperioden weiter verringert. Wenn beispielsweise im kultivierten und bewässerten Gebiet mit grauem Wüstenboden die Mais-Tropfbewässerung zweimal täglich durchgeführt wird, verringert sich die Wurzelatmungsrate nach 15 Tagen um 28 % und das Wurzeltrockengewicht verringert sich um 19 % im Vergleich zu einer Bewässerung alle drei Tage. Wenn eine Dürre auftritt, welkt der Mais mit hypoxischen Wurzeln zwei bis drei Tage früher als der Mais mit normaler Wurzelaktivität.

⒋ Was ist die beste Tropflinientiefe für Nutzpflanzen?

Darüber hinaus wird die Dürreempfindlichkeit von Nutzpflanzen durch eine falsche Versenkungstiefe der Emitter in Kombination mit einer hohen Bewässerungshäufigkeit weiter verschärft. Wenn Tropfleitungen in einer geringen Tiefe von weniger als 30 cm verlegt werden, bleibt das Bewässerungswasser tendenziell in der oberen Bodenschicht konzentriert und kann nur begrenzt in tiefere Bodenprofile eindringen. Für Feldfrüchte wie Mais und Baumwolle beträgt die empfohlene Versenkungstiefe des Emitters 30–40 cm. Bei Obstbäumen ist in der Regel ein tieferer Einbau von 40–50 cm sinnvoller. Diese Tiefe kann sicherstellen, dass das Bewässerungswasser bis zu einem gewissen Grad in den tiefen Boden eindringen kann und das Wurzelsystem nach unten wachsen lässt. In der realen Landwirtschaftspraxis werden Tropfleitungen jedoch oft zu flach verlegt (15–25 cm), was in Kombination mit häufiger Bewässerung zu einer übermäßigen Wurzelkonzentration in der obersten Bodenschicht führt. Feldexperimente von Rivulis in Apfelplantagen zeigen, dass die Wurzeln in der 0–30 cm dicken Bodenschicht konzentriert bleiben, wenn die Tropfleitungen in einer Tiefe von 25 cm vergraben und täglich bewässert werden und der Fruchtabfall unter Dürrebedingungen 27 % erreicht. Wenn die Vergrabungstiefe auf 45 cm erhöht und die Bewässerung auf einmal alle 3 Tage reduziert wird, verbessert sich die Wurzeleindringtiefe um 52 % und die Fruchtfallrate sinkt auf 8 %.

Es sollte betont werden, dass das Prinzip „kleine Menge und häufige Zeiten“ nicht bedeutet, dass die Bewässerungshäufigkeit unbegrenzt erhöht werden kann. Nach Angaben des Agricultural Extension Service der North Dakota State University (NDSU) sollte die Bewässerungshäufigkeit je nach Bodenbeschaffenheit, Kulturart und Wachstumsstadium angepasst werden. Sandige Böden mit geringer Wasserspeicherung erfordern möglicherweise eine häufigere Bewässerung, normalerweise jedoch nicht mehr als einmal pro Tag. Im Gegensatz dazu sollten Lehm- und Tonböden mit höherer Wasserhaltekapazität seltener bewässert werden, im Allgemeinen alle 2–3 Tage. Da die Oberflächenfeuchtigkeit des Bodens leicht durch Verdunstung verloren geht, insbesondere bei häufiger flacher Bewässerung, ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass Pflanzen mit flachem Wurzelsystem nach einem Bewässerungsstopp schnell unter Wasserstress leiden. Daher sollte die Bewässerungsplanung mit Mulch- und Bodenfeuchtigkeitserhaltungsmaßnahmen kombiniert werden, um die Verdunstung zu reduzieren und die Abhängigkeit von häufiger Bewässerung zu verringern.