Agrarmeteorologie

Historie

In Mitteleuropa begann der Mensch vor etwa 5000 Jahren sein Jäger- und Sammlerdasein aufzugeben, sich als Bauer und Viehzüchter niederzulassen und zur produzierenden Wirtschaftsweise überzugehen. Er begnügte sich nicht mehr mit den Wildformen der Pflanzen, sondern wandelte diese durch Selektion, allmähliche Züchtungserfolge und zielgerichteten Anbau zu immer leistungsfähigeren Kulturpflanzen. Allerdings waren die Ertragserfolge dem direkten Einfluss des Wetters unterworfen, so dass bereits die frühen Bauernkulturen nach Hinweisen und Regeln suchten, um aus Naturbeobachtungen auf den weiteren Wetterablauf, die Wachstumsbedingungen und die Ernte zu schließen. Das von Generation zu Generation weitergegebene, zunächst noch sehr spekulative Wissen fand während des Mittelalters seinen Ausdruck in der Formulierung von Bauernregeln.

Das 18. Jahrhundert war durch eine deutlich zunehmende Wissenschaftsbezogenheit gekennzeichnet. Im Jahr 1777 erschien die deutsche Ausgabe des Lehrbuches ‘Witterungslehre für die Landwirtschaft’ von G. Toaldo, eines Professors in Padua. Ein erstes agrarmeteorologisches Messnetz wurde 1827 in Böhmen errichtet, während in den Jahren 1862 – 1864 ein erster telegraphischer Wetterwarndienst für die Landwirtschaft in Mecklenburg erprobt wurde. Im Jahr 1878 forderte der Deutsche Landwirtschaftsrat von der Deutschen Seewarte, dem Wetterdienst des damaligen Deutschen Reiches, der Landwirtschaft eintägige Prognosen der Nachtfrostgefahr, der Niederschlagsart und -menge sowie des Windes zur Verfügung zu stellen.

“Heuernte”, Miniatur von Simon Bening (1483-1551) im flämischen Festtagskalender (Bayrische Staatsbibliothek, München)

Im Jahr 1880 fand in Wien die erste internationale Konferenz für land- und forstwirtschaftliche Meteorologie mit dem Ziel statt, zur Hebung der land- und forstwissenschaftlichen Meteorologie folgende Gegenstände näher zu sondieren:

Einfluss der meteorologischen Elemente auf die Pflanzenwelt,
Rückwirkung der Pflanzenwelt auf meteorologische Elemente,
landwirtschaftliche Wetterwarnungen.

Diese Zielsetzungen markieren den Einstieg in die moderne Agrarmeteorologie, die sich allerdings erst in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts erfolgreich etablieren konnte.

Gegenwart

Auch heute gehört die Landwirtschaft zu den am stärksten vom Wetter abhängigen Wirtschaftszweigen und ist deshalb auf die meteorologische Unterstützung angewiesen. Aufgrund des engen Praxisbezuges ist die Agrarmeteorologie im Bereich der angewandten Meteorologie angesiedelt.

Sie ist einerseits eng mit der Mikrometeorologie verbunden, andererseits bestehen Berührungspunkte zu den Agrar- und Forstwissenschaften, deren meteorologische Aspekte aufgegriffen werden.
Die Agrarmeteorologie befasst sich vorrangig mit den zwischen Boden, Pflanze und Atmosphäre auftretenden Wechselwirkungen. Kernthema ist die Überwachung des Mikroklimas von Böden und Beständen und damit die Kontrolle der jeweiligen Energiebilanzen und Wasserhaushalte.

Beregnete und unberegnete Zuckerrüben (Braunschweig, August 2003)

Zusätzlich widmet sich die Agrarmeteorologie den Stofftransporten zwischen der Landoberfläche und der angrenzenden Atmosphäre. Neben den Stoffflüssen gasförmiger Beimengungen (z.B. Ozon, Kohlenstoffdioxid, Ammoniak, Pflanzen-schutzmittel) spielen auch Transporte fester, sedimentierbarer Bestandteile eine Rolle, wie etwa Sporen- oder Sandtransporte (Erosion).

Zur Klärung der Auswirkung anthropogener Klimaänderungen auf die landwirtschaftliche Produktion wird vorrangig der Einfluss erhöhter Kohlenstoffdioxidkonzentrationen auf den Wasserverbrauch von Pflanzen und auf das Pflanzenwachstum untersucht. Als Bioindikator für die sich vollziehende Klimaänderung erfährt gegenwärtig die Pflanzenphänologie eine Renaissance. Die Phänologie beschreibt die Abhängigkeit der Pflanzenentwicklung vom Witterungsgeschehen und dient seit jeher der Anbauplanung von Kulturen und der zeiträumlichen Fixierung von Feldarbeiten (Beregnung, Pflanzenschutzmittelausbringung, Ernte). Zudem gehen phänologische Daten als Steuergrößen in agrarmeteorologische SVAT (Surface-Vegetation-Atmosphere-Transfer)-Modelle und in Pflanzenertragsmodelle ein.

Ein weiteres Teilgebiet der Agrarmeteorologie befasst sich mit der Steuerung des Mikroklimas, um den Einfluss von Witterungswidrigkeiten auf angebaute Kulturen zu mildern, das Pflanzenwachstum zu fördern und um frühere und ertragreichere Ernten zu erzielen. Beispielhaft seien genannt die Bestimmung optimaler Beregnungszeiten und -mengen zur Vermeidung von Trockenstresssituationen, die Terminierung von Frostschutzberegnungen zur Abwehr vegetativer Zerstörungen durch Spätfröste und die Optimierung des Mikroklimas durch moderne Anbauverfahren (Anbau unter Folie, Vlies und Glas).

In Kooperation mit landwirtschaftlichen und biologischen Forschungseinrichtungen erfolgen gemeinsame Untersuchungen zur Ertragsprognose und Qualität der Ernteprodukte. Ein weiteres gemeinsames Thema behandelt das witterungsabhängige Auftreten pilzlicher und tierischer Schaderreger. Das Verständnis der Witterungseinflüsse auf Infektionsverläufe und Populationsdynamiken ist eine wesentliche Voraussetzung für die Entwicklung von Warnsystemen, mit deren Hilfe rechtzeitige Bekämpfungsentscheidungen getroffen werden können.

Alle Fragestellungen werden sowohl experimentell als auch theoretisch behandelt: Die experimentelle Agrarmeteorologie bedient sich einerseits traditioneller Messmethoden, andererseits moderner Flussmessverfahren und der Fernerkundungstechnologie. Die theoretische Agrarmeteorologie befasst sich dagegen mit der deterministischen, physikalisch-mathematischen Modellierung von komplexen boden- und bestandsklimatischen Prozessen sowie mit der Simulation von Stofftransporten.

Modellhafte Beschreibungen des witterungsabhängigen Schaderregerverhaltens und der phänologischen Entwicklung verschließen sich allerdings in vielen Fällen einem deterministischen Zugang, weshalb ersatzweise auf empirische bzw. statistische Ansätze zurückgegriffen wird.