Fallstudie zur Bedeutung erhöhter Salzkonzentrationen im Beregnungswasser unter den humiden Bedingungen Mitteleuropas

Neumann, K.-H. und B. Pauler
Institut für Pflanzenernährung der Justus-Liebig-Universität Gießen

Nach allem, was bisher zur Qualität von Beregnungswasser bekannt ist, sind bei der Verregnung von Rheinwasser vier Risikobereiche zu berücksichtigen, die in Übersicht 1 zusammengefaßt sind. In dieser Zusammenstellung sind nur die aus der Sicht der pflanzlichen Produktion relevanten Bereiche aufgeführt:

• Es handelt sich dabei erstens um organische Komponenten, die entweder im Sinne von Wuchsstoffen oder Herbiziden einen Einfluß auf die Entwicklung und Ertragsbildung der Pflanzen ausüben, oder um pflanzenphysiologisch irrelevante organische Substanzen mit humantoxischer Wirkung, die nach Akkumulation in den Ernteorganen der Pflanzen eine Beeinträchtigung der Qualität des Erntegutes nach sich ziehen. Ein Beispiel dafür ist das HCH. Obwohl durch den Prozeß der Wasseraufbereitung der Gehalt an organischen Komponenten im Rheinwasser zu über 90% entfernt werden kann, ergibt jedoch eine Berechnung des Konzentrations-/Wirkungsbereichs von Wuchsstoffen und Herbiziden, daß diese Restmenge in Form der einen oder anderen Substanz ausreichen würde, einen den Ertrag senkenden Einfluß auf die pflanzliche Entwicklung auszuüben. Dies gilt insbesondere dann, wenn solche Substanzen im Boden nur verzögert abgebaut würden und damit akkumulieren könnten. Die in einigen Jahren beobachtete Halmverkürzung bei Sommerweizen nach Rheinwasserverregnung könnte für das Vorkommen solcher Substanzen sprechen. Erinnert sei hier an die halmverkürzende Wirkung von CCC (Chlorcholinchlorid), das in der landwirtschaftlichen Praxis in großen Umfang im Weizenanbau eingesetzt wird.

• Ein zweiter Risikobereich sind die Schwermetalle, die zwar in z.T. sehr geringen Konzentrationen in der Bodenlösung auch toxische Wirkungen auf Pflanzen haben und damit eine Ertragsbeeinträchtigung bewirken können. Als mehrwertige Kationen werden sie jedoch sehr schnell von den Bodenkolloiden gebunden und damit aus der Bodenlösung entfernt. Bevor in den Pflanzen phytotoxische Konzentrationen erreicht werden, liegt der Gehalt der Ernteprodukte für einige dieser Elemente bereits im humantoxischen Bereich, woraus sich dann auch hier eine Beeinträchtigung der Qualität des Erntegutes und damit dessen Vermarktungsfähigkeit ergibt. Als Beispiel sei hier das Cadmium angeführt.

• Ähnlich verhält es sich mit dem Gehalt an Radionukliden im Rheinwasser. Die in allen Versuchsjahren ermittelten Radioaktivitätswerte (b- und g-Strahlung) im Rheinwasser liegen weit unter den Mengen, die auf die meist einjährigen Kulturpflanzen und deren Entwicklung einen Einfluß ausüben könnten. Kritisch könnte jedoch auch hier bei höheren Werten im Beregnungswasser eine Akkumulation in den Ernteprodukten sein, mit den sich daraus ergebenden Konsequenzen für deren Qualität. Für beide Strahlungsbereiche lagen die Meßergebnisse während der Untersuchungsdauer jedoch in der Größenordnung der Hintergrundstrahlung.

• Schließlich bleibt der Salzgehalt des Rheinwassers, dem unter den Gesichtspunkten der Bodenfruchtbarkeit und der pflanzlichen Ertragsbildung die größte Bedeutung zukommt. Grundsätzlich gilt, daß alles Beregnungswasser, sei es Grund- oder Oberflächenwasser, bei der Beregnung dem Boden Salze zuführt. Es hängt dann von der Drainfähigkeit des Standortes und vom Umfang und der Verteilung der natürlichen Niederschläge ab, wie weit eine Salzakkumulation im Boden mit den sich daraus ergebenden negativen Konsequenzen für die Bodenstruktur und die pflanzliche Ertragsbildung eintritt. In den niederschlagsarmen subtropischen Gebieten, wie z.B. in Ägypten, gilt die Faustregel: ohne Drainage ca. 1-1,50 m unterflur, keine Bewässerung. Ein sehr wichtiger Faktor ist schließlich noch die anorganische Zusammensetzung des Beregnungswassers, wobei insbesondere dem Konzentrationsverhältnis von Natrium zu Magnesium und besonders zu Calcium eine wichtige Rolle zukommt (s. Kap. 12).

Der generell unter humiden Bedingungen als noch wenig bedenklich zu betrachtende Salzgehalt des Rheinwassers könnte erst unter den klimatischen Bedingungen des mittleren Hessischen Rieds mit geringen Niederschlägen und daraus sich ergebender geringer Salzauswaschung bei relativ hoher Jahresdurchschnittstemperatur zum Risikofaktor werden. Die Bedeutung des Salzgehaltes im Rheinwasser für die Bodenfruchtbarkeit und die pflanzliche Ertragsbildung wird demnach vom Verlauf der jeweiligen Jahreswitterung abhängen, und negative Wirkungen der Zufuhr überhöhter Na-Konzentrationen sollten, wenn überhaupt, dann vor allem auf langfristigen Akkumulationseffekten beruhen. Die Bedeutung der Zufuhr überhöhter Konzentrationen des im Boden leicht beweglichen Chlorids wären dagegen in erster Linie unter pflanzenphysiologischen Gesichtspunkten im Ausbringungsjahr zu sehen (s.a. Tabelle 2 u. Abbildung 1). In Gefäßversuchen unter Verwendung eines mittleren Sandbodens traten nach Applikation der jeweiligen Na-Salze Schäden durch überhöhte Cl-Konzentrationen im Gießwasser stärker in Erscheinung als bei überhöhten Sulfat-Konzentrationen.

Zur Bearbeitung dieser Fragestellungen wurde im Jahre 1980 in Gernsheim-Allmendfeld ein Versuchsbetrieb eingerichtet. Ausgehend von diesem Betrieb, "Riedfeld" genannt, wurden Untersuchungen durchgeführt, die sich in zwei Teile gliederten. Im ersten Teil (Parzellenprogramm) wurden zunächst 23 Parzellen auf acht zwischen Gernsheim und Eschollbrücken gelegenen Standorten (I–X, s. Abbildung 2), so weit unter praktischen Gesichtspunkten möglich, von uns selbst einheitlich bewirtschaftet (Bodenbearbeitung, Düngung, angebaute Sorten, Fruchtfolge, Pflege, Herbizid-, Insektizid- und Fungizideinsatz, Beregnungsumfang und -verfahren usw.), wobei drei Versuchsglieder angelegt wurden. Neben einem unberegneten Versuchsglied wurde eines als mit Grundwasser und eines als mit aufbereitetem Rheinwasser zu beregnendes Versuchsglied vorgesehen (s. Abbildung 3). Da durch die Verzögerung der Fertigstellung des Wasseraufbereitungswerkes in Biebesheim erst im Versuchsjahr 1990 aufbereitetes Rheinwasser in einer Ringleitung zur Verfügung stand, wurde die Variante mit Rheinwasserverregnung der Parzellen I - IX zunächst ebenfalls mit Grundwasser, das über eine Ringleitung bis dahin zur Verfügung stand, beregnet. Erst von diesem Jahr an konnte aufbereitetes Rheinwasser ausgebracht werden. Im Jahre 1990 standen dagegen nun in den meisten Fällen Grundwasserbrunnen noch nicht zur Verfügung, so daß der bei den Untersuchungen vorgesehene Vergleich zwischen aufbereitetem Rheinwasser und Grundwasser nur in den bis zum Ende der Untersuchungen verbliebenen Jahren 1991 und 1992 auf allen Standorten durchgeführt werden konnte. Danach wurden die Untersuchungen eingestellt.

Im zweiten Teil der Untersuchungen (Rasterprogramm) wurden auf rasterartig über den Raum zwischen Biebesheim und Hahn gelegenen Kontrollpunkten (ursprünglich 31 Standorte, s. Abbildung 2) sowohl Ertragsermittlungen als auch Untersuchungen zur Charakterisierung der Standort-Bodenfruchtbarkeit (Bodenstruktur, Nährstoffdynamik etc., s. Kap. 11) durchgeführt. Hier erfolgte die Bewirtschaftung durch die Landwirte in der ortsüblichen Form. Da bis 1990 auch hier aufbereitetes Rheinwasser nicht zur Verfügung stand, wurde auch auf diesen Flächen nur Grundwasser aus der Ringleitung als Beregnungswasser ausgebracht. Durch diese Untersuchungen wurde ein sehr viel breiteres Spektrum von Bodenarten und Bewirtschaftungsformen erfaßt, als dies bei den von uns selbst bewirtschafteten Flächen im ersten Untersuchungsteil der Fall war, was insbesondere zur Beurteilung der Wirkung des aufbereiteten Rheinwassers nach dem später zu besprechenden, von uns im Laufe der Untersuchungen erstellten Beweissicherungsverfahren von Bedeutung sein wird (s. Kap. 14). Der ursprünglichen Versuchsanstellung nach sollten dann durch einen Vergleich eventuell gegenüber dem Rasterprogramm nachweisbare Veränderungen der Bodenstruktur oder beispielsweise des Wasserpotentials nach der Verwendung des aufbereiteten Rheinwassers mit den Daten aus dem Parzellenprogramm bewertet werden.