AT502035A4

AT502035A4 - Bewässerungssystem

Info

Publication number: AT502035A4
Application number: AT0182405A
Authority: AT
Inventors: Markus Staudinger
Original assignee: Bios4 Systemic Sustainability
Priority date: 2005-11-08
Filing date: 2005-11-08
Publication date: 2007-01-15
Also published as: WO2007053862A1; AT502035B1

Description

P 9944
BEWÄSSERUNGSSYSTEM
Die Erfindung betrifft ein Bewässerungssystem für Pflanzen mit einer Bewässerungsanlage, das über ein Pumpsystem mit Wasser versorgt wird.
Jedes Bewässerungssystem in ariden und semiariden Gebieten sieht sich dem Problem der Bodenversalzung gegenüber, vor aüem im Randbereich bewässerter Bereiche. Infolge fehlender Auswaschung der an der Bodenoberfläche durch kapillaren Aufstieg akkumuHerenden Salze des Bewässerungswassers ist die Tendenz zur Bodenversalzung bei unterirdisch verlegten Bewässerungssystemen häufig grösser als die Bodenversalzung bei Oberflächenbewässerung. Eine deutliche Ertragsverringerung ist die Folge. Oftmals haben sich schon nach kurzer Zeit die Salze zu einer für Nutzpflanzen toxischen Konzentration angereichert.

Rekultivierungen versalzter Nutzflächen sind kostenintensiv und beinhalten Bodenaustausch, Ausbringen grosser Mengen von Gips oder Ausschwemmen von Salzen durch grosse Wassermengen gepaart mit einem effektiven Drainagesystem. Auch Unterflur-TröpfchenBewässerungssysteme können die Salzakkumulation nur für kürzere Zeit verringern.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Bewässerungssystem zu Hefern, wobei der Effekt der Bodenversalzung i Vergleich zu herkömmHchen Bewässerungssystemen signifikant verringert wird und gleichzeitig die eingesetzten Wassermengen ebenfalls reduziert werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Bewässerungssystem der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass zumindest ein Teü des in dem Wurzelbereich der Pflanzen befindHchen Erdreiches zumindest ein Hydrogel aufweist,

wobei das zumindest eine Hydrogel als Speichermittel für das über die Bewässerungsanlage zuführbare Wasser dient.
Als Hydrogele werden wasserspeichernde, wasserunlösHche, organische oder anorganische Polymere bezeichnet, deren Moleküle chemisch oder physikalisch zu einem dreidimensionalen Netzwerk verknüpft sind. Somit sind Hydrogele Substanzen, die Wasser bis zur 400fachen Menge ihres Gewichts aufnehmen können. Hydrogele werden unter anderem für hygienische Zwecke, beispielsweise in Windeln eingesetzt. Die Vorteüe des Einsatzes von Hydrogelen in Kombination mit einem wassersparenden Bewässerungssystem Hegen in der Büdung eines Bodenfeuchte-Reservoirs mit hoher Wasserhaltekapazität im Wurzelbereich der Pflanzen.

Das Hydrogel besitzt zudem die Fähigkeit der Salzfixierung und minimiert den kapülaren Aufstieg des Wassers, wodurch die oberflächennahe Bodenversalzung entscheidend reduziert wird. In einer bevorzugten Variante der Erfindung wird das Hydrogel in Pulverform dem Erdreich zugemischt. Aufgrund der intensiven Vermischung von Pflanzerde und Hydrogel ist eine besonders effiziente Speicherung des Wassers im Erdreich gewährleistet und der Pflanze steht über einen längeren Zeitraum ausreichend Feuchtigkeit zur Verfügung.
H einer alternativen Variante der Erfindung sind im Wurzelbereich der Pflanze wasserdurchlässige Aufnahmemittel für Aufnahme des Hydrogels oder eines Hydrogel/ Pflanzerde-Gemisches vorgesehen. Da die Wasseraufnahmekapazität des Hydrogels sich aufgrund des Salzfixierungsvermögens mit der Zeit verringert, muss das Hydrogel nach einigen Jahren ausgetauscht werden.

Bei mehrjährigen Pflanzen bedeutet dies ein aufwendiges Abgraben der oberen Erdschicht im Bereich der Pflanze. Ist jedoch das Hydrogel in geeigneten Aufhahmemitteln aus beispielsweise Jute oder anderen wasserdurchlässigen MateriaHen verwahrt und diese Aufnahmemittel im Erdreich versenkt, so kann auf einfachem Weg das Hydrogel ausgewechselt werden.
Als besonders geeignet haben sich Hydrogele aus TonmineraHen mit dem Hauptbestandteü Süiziumoxid erwiesen. Diese Hydrogele weisen ein hohes Salzfixierungsvermögen auf. In Kombination des Hydrogels mit einer Unterflur-Tröpfchen-Bewässerungsanlage ist dieses Bewässerungssystem aufgrund seiner Fähigkeit der Salzfb[alpha]erung und seiner erhöhten Wassereinsparung besonders für aride und semiaride Gebiete geeignet.

Des Weiteren bestehen diese TonmineraHen aus anorganischen Verbindungen, sodass diese keine Belastung für den Boden darsteüen, sobald sie ihre wasserspeichernde Wirkung eingebüsst haben. Im Gegensatz hierzu müssen Hydrogele, die beispielsweise auf Polyacrylaten basieren, sorgfältig entsorgt werden, weÜ sie nicht biologisch abbaubar sind und auch nicht in den Boden integrierbar sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Unterflur- Tröpfchen-Bewässerungsanlage aus einer Vielzahl von Schläuchen aus elastischem Material gebüdet ist, wobei die Schläuche sichelförmige WasseraustrittssteUen aufweisen. Diese Form der Bewässerungsanlage ist besonders flexibel und kann leicht an die Bedürfnisse der Pflanzungen angepasst werden. Aufgrund der sichelförmigen Einschnitte der WasseraustrittsteUen öffnen sich diese erst, wenn Wasser in die Schläuche gepumpt wird.

So kann Wasser erst in das Erdreich gelangen, wenn der Wasserdruck innerhalb der Schläuche etwa 0,5 bar erreicht; bei diesem Druck gibt das elastische Material der Bewässerungsschläuche nach und die Wasseraustrittstellen öffnen sich ähnHch Poren. Auf diese Weise wird das Eindringen von Erdreich bzw. Pflanzenwurzeln, - ein häufiges Problem bei unterirdischen Bewässerungssystemen -, verhindert. Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit zugehöriger Figur näher erläutert:
In einer bevorzugten Ausführung wird das erfindungsgemässe Bewässerungssystem bei der Bepflanzung von semiariden und ariden Gebieten mit einjährigen Pflanzen wie beispielsweise Tomaten, Bohnen und dergleichen eingesetzt. Hierzu wird zunächst in das Erdreich eine Bewässerungsanlage verlegt.

Als besonders geeignet hat sich dabei eine UnterflurTröpfchen-Bewässerungsanlage 1 erwiesen.
Die Unterflur-Tröpfchen-Bewässerungsanlage 1 besteht aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Schläuchen 2. Vorzugsweise werden die Schläuche in rund 40 cm Tiefe in den Boden eingebracht und über eine oder mehrere Pumpen mit Wasser versorgt. Die Wassereinspeisung in das Schlauchsystem kann beispielsweise über ein zentrales Rohr erfolgen, von welchem die Schläuche in paraUeler Ausrichtung zueinander in einer Ebene zur Bodenoberfläche wegführen (nicht gezeigt).
Die aus elastischem Material gefertigten Schläuche 2 weisen Einschnitte auf, die als Wasseraustrittslöcher 5 fungieren.

Die Wasseraustrittslöcher 5 sind sichelförmig geformt; diese Ausgestaltung der Wasseraustrittslöcher 5 hat den Vorteü, dass die Einschnitte sich erst ab einem, in den Schläuchen 2 herrschenden Wasserdruck von 0,5 bar öffnen; bei Druckwerten unter 0,5 bar bleiben die Wasseraustrittsöf mungen 5 aufgrund des elastischen Materials der Schläuche 2 verschlossen. Auf diese Weise wird das Emdringen von Erde oder das Einwachsen von Pflanzenwurzeln in die Bewässerungsschläuche 2 im drucklosen Zustand verhindert und damit ein Verstopfen der Wasseraustrittslöcher 5 vermieden. Aufgrund des veränderHchen Querschnitts der Öffnungen in Abhängigkeit von dem Wasserdruck ist die Wasseraustrittsrate von 120 ml/h bis 2500 ml/h variierbar.

Somit wird über die Wasseraustrittslöcher 5 dosiert Wasser an den Boden im Bereich 3 der Pflanzenwurzeln abgegeben.
Die Verlegtiefe der Schläuche 2 ist idealerweise derart gewählt, dass der Abstand zu dem Wurzelbereich 3 der einzupflanzenden Pflanzen 4 etwa 5 bis 10 cm beträgt, um ein übermässiges Versickern des Wassers zu vermeiden. Des Weiteren ist es besonders vorteilhaft, wenn der Abstand der Wasseraustrittslöcher 5 dem Abstand der Pflanzlöcher entspricht, wodurch ein Wasserverlust durch Versickern weiter verringert wird.
Nach Verlegung des Bewässerungssystems im Erdreich erfolgt das Ausheben von Pflanzlöchern, deren Grösse von der Art der Pflanzung abhängig ist.

In einer bevorzugten Variante der Erfindung wird das Pflanzloch mit einem wasserdurchlässigen Gewebe 6 wie beispielsweise Jute ausgekleidet Nach Einsetzen der Pflanze 4 wird das Pflanzloch mit Substrat 7 aufgef üt, wobei beispielsweise herkömmHcher Pflanzerde ein Hydrogel bevorzugt in Pulverform, d.h. in trockener, feinkörniger Form beigemengt wurde. Typische Einsatzmengen sind hierbei 1 - 2 kg Hydrogel / m<3>Pflanzsubstrat.
Abschliessend wird die Bodenoberfläche im Bereich der Pflanze 4 mit grobkörnigem Material 8, beispielsweise grobem Sand, einer Kieselschicht oder ähnHchem bedeckt. Diese Abdeckung verhindert durch Unterbrechung des Kapillarstroms die Verdunstung von Wasser an der Bodenoberfläche.
Erfindungsgemäss weist der Boden im Bereich 3 der Pflanzenwurzeln superabsorbierende Hydrogele auf.

Als superabsorbierende Hydrogele werden jene Hydrogele bezeichnet, deren Wassergehalt in der hydratisierten Phase bei über 20% bezogen auf die eingesetzte Masse des Hydrogels Hegt. Das Hydrogel weist eine hohe Wasseraufnahmekapazität auf, wobei das aus den Bewässerungsschläuchen 2 austretende Wasser in dem Substrat 7 gebunden wird und den Pflanzenwurzeln bei Bedarf zur Verfügung steht. Des Weiteren wird der kapillare Wasseranstieg an die Bodenoberfläche und damit die Verdunstung reduziert.
Durch die Kombination einer Unterflur-Tröpfchen-Bewässerungsanlage 1 mit der Verwendung von Hydrogelen als Wasserspeichermedium im Erdreich, wird der Wasserverlust der Bewässerungsanlage signifikant verringert, und den Pflanzenwurzeln steht über einen längeren Zeitraum Wasser zur Verfügung.

Insbesondere von Vorteü ist hier, dass die Bewässerung des mit Hydrogel angereicherten Bodens in den Nachtstunden erfolgen kann, wenn die Evaporationsraten besonders niedrig sind. Während der evaporationsreichen Tagesstunden deckt die Pflanze 4 ihren Feuchtigkeitsbedarf aus dem Substrat 7. Somit werden die eingesetzten Bewässerungsmengen auf ein Minimum reduziert.
Jedes Bewässerungssystem, insbesondere in ariden und semiariden Gebieten, sieht sich mit dem Problem der Bodenversalzung konfrontiert.

Aufgrund der Evaporation akkumuHeren die im Bewässerungswasser enthaltenen Salze an der Bodenoberfläche; dieser Effekt tritt bei .wassersparenden Systemen einschUessHch der Unterflur-Tröpfchen-Bewässerungs-anlage 1 noch verstärkt auf, weü die Salze während der Bewässerung nicht ausgewaschen werden.
Im Gegensatz hierzu kann - insbesondere bei einjährigen Pflanzungen - auch Wasser mit hohem Salzgehalt verwendet werden,

weü das Substrat 7 auf rund des Hydrogels einen gewissen Entsalzungseffekt aufweist Durch die Verwendung von beispielsweise Jutegewebe 6 als Auskleidung des Pflanzloches kann nach Ablauf der Vegetationsperiode der einjährigen Pflanze 4 das Erdreich/Hydrogel-Gemisch gemeinsam mit der abgestorbe nen/ abgeernteten Pflanze 4 einfach entnommen und durch unverbrauchtes Substrat ersetzt werden.
H einer weiteren Ausführung der Erfindung wird das Hydrogel nicht direkt mit der Pflanzerde vermengt; stattdessen wird das Hydrogel oder eine Hydrogel/ Pflanzenerde-Mischung in beispielsweise beutel- oder röhrenförmige Aufnahmemittel aus wasserdurchlässigen Material wie z.B.: Jute gefüllt und diese in das Erdreich in unmittelbarer Umgebung der Pflanze versenkt.

Ist das Hydrogel verbraucht und weist nur noch eine geringe Wasseraufnahmekapazität auf, so kann das Aufnahmemittel auf einfache Weise wieder entnommen und das verbrauchte Hydrogel durch unverbrauchtes Hydrogel ersetzt werden. Diese Variante der Erfindung ist insbesondere für mehrjährige Pflanzungen von beispielsweise Zitrusfrüchten von VorteÜ, weü dabei nicht das komplette Erdreich im Bereich der Pflanzenwurzeln ausgetauscht werden muss.
Bei der Verwendung von ungeeigneten Hydrogelen kann die Bodenversalzung noch verstärkt werden. So besitzen beispielsweise auf Polyacrylat basierende Polymerhydrogele eine sehr hohe Wasserhaltekapazität, weisen aber im Gegenzug eine höhere Konzentration an KaHum- (z.B. Stockosorb(R) von STOCKHAUSEN/ DEGUSSA) oder Natrium-Ionen (z.B.: Hydrosorb(R) von BASF) auf.

Beim Einsatz derartiger Hydrogele insbesondere in sauren Böden (pHWert < 7) kommt es zum Austausch von Natriumkationen des Hydrogels gegen Wasserstoffkationen des Bodens. Dadurch wird die Versalzung des Bodens verstärkt. Als Folge der Versalzung sinkt der Ernteertrag deutlich, bis nach oft kurzer Zeit die Salzkonzentration im Boden einen für die Nutzpflanzen toxischen Bereich erreicht hat.

Um versalzte Nutzflächen zu rekultivieren, sind kostenmtensive Vorgangsweisen wie Bodenaustausch, Ausbringen grosser Mengen von Gips oder Ausschwemmen von Salzen durch grosse Wassermengen in Verbindung mit einem effektiven Drainagesystem notwendig.
Des Weiteren ist im AHgemeinen das Bewässerungsmanagement von PolyacrylatHydrogelen schwieriger zu steuern, weü aufgrund einer hohen Wasserrückhaltekapazität der Polyacrylat-Hydrogele die Pflanze das zur Verfügung stehende Wasser nur zu geringem Teü dem Hydrogel entziehen kann.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung kommen daher Hydrogele zum Einsatz, die auf TonmineraHen basieren und als Hauptbestandteü Siliziumoxid aufweisen.

Eine typische Zusammensetzung eines derartigen Hydrogels, beispielsweise Betasoü(TM) kann der nachstehenden TabeUe entnommen werden: TabeUe 1:
SiO250,0-53,0%
AI2O3 14,7-18,5%
Fe2[theta]33,0 - 6,5%
MgO 1,6-3,3%
CaO 1,4 - 3,4%
Na2O 0,5 - 0,8%
K2O 0^3-2,2%
CO33,00%
<EMI ID=6.1>
S (total) < 0,005%
Der Vorteü von auf TonmineraHen basierenden Hydrogelen Hegt in ihrer erhöhten Fähigkeit der Salzfixierung und der Minimierung des kapillaren Aufstiegs von Bewässerungswasser. Dadurch kann die oberflächennahe Bodenversalzung, ein wesentiiches Problem bei der Bewässerung in ariden und semiariden Gebieten, entscheidend verringert werden.
Das oben angeführte Ausführungsbeispiel ist in nicht einschränkende Weise zu sehen. Insbesondere kann die Art der Bewässerung auf jede dem Fachmann bekannte Art oberoder unterirdisch erfolgen.

Des Weiteren ist die Anwendung von Hydrogel nicht auf Einzelpflanzen beschränkt; ebenso ist die Anwendung bei Rasenflächen erprobt. Hierbei werden rund 50 g Hydrogel / m<2>Rasenfläche 5-10 cm unterhalb der Oberfläche verteÜt. Diese Art der Bewässerung ist vor aüem für hochwertige Rasenflächen wie beispielsweise Golfrasen geeignet. Untersuchungen haben des Weiteren gezeigt, dass die Keimfähigkeit von Samen um 25% erhöht wird, wenn etwa feinkörniges Hydrogel mit dem Samen vermengt und dieses Gemisch eingesät wird.
Wien, den
_ 8. Nov. 2005

Claims

ANSPRÜCHE

1. Bewässerungssystem für Pflanzen (4) mit einer Bewässerungsanlage (1), das über ein Pumpsystem mit Wasser versorgt wird, wobei zumindest ein Teü des in dem Wurzelbereich (3) der Pflanzen (4) befindHchen Erdreiches (7) zumindest ein Hydrogel aufweist, und das zumindest eine Hydrogel als Speichermittel für das über die Bewässerungsanlage zuführbare Wasser dient, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrogel aus der Gruppe der TonmineraHen ausgewählt ist.

1. Bewässerungssystem für Pflanzen (4) mit einer Bewässerungsanlage (1), das über ein Pumpsystem mit Wasser versorgt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass

zumindest ein Teü des in dem Wurzelbereich (3) der Pflanzen (4) befindHchen Erdreiches (7) zumindest ein Hydrogel aufweist, wobei das zumindest eine Hydrogel als Speichermittel für das über die Bewässerungsanlage zuführbare Wasser dient.

2. Bewässerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrogel in Pulverform dem Erdreich (7) zugemischt ist.

3. Bewässerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Wurzelbereich (3) der Pflanze wasserdurchlässige Aufnahmemittel zur Aufnahme des Hydrogels oder eines Hydrogel/Pflanzerde-Gemisches vorgesehen sind.

3. Bewässerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Wurzelbereich (3) der Pflanze wasserdurchlässige Aufnahmemittel zur Aufnahme des Hydrogels oder eines Hydrogel/ Pflanzerde-Gemisches vorgesehen sind.

4. Bewässerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewässerungssystem eine Unterflur-Tröpfchen-Bewässerungsanlage (1) ist.

4. Bewässerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrogel aus der Gruppe der TonmineraHen ausgewählt ist.

5. Bewässerungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die UnterflurTröpfchen-Bewässerungsanlage (1) aus einer Vielzahl von Schläuchen (2) aus elastischem Material gebÜdet ist, wobei die Schläuche (2) sichelförmige WasseraustrittssteÜen (5) aufweisen.

5. Bewässerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewässerungssystem eine Unterflur-Tröpfchen-Bewässerungsanlage (1) ist.

6. Bewässerungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die UnterflurTröpfchen-Bewässerungsanlage (1) aus einer Vielzahl von Schläuchen (2) aus elastischem Material gebüdet ist, wobei die Schläuche (2) sichelförmige WasseraustrittssteUen (5) aufweisen.

7. Bewässerungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die WasseraustrittssteUen (5) sich bei einem in den Schläuchen (2) herrschenden, vordefinierten Wasserdruck öffnen.

Wien, den _ g, N[theta]V. 2005 -1-

ANSPRÜCHE

6. Bewässerungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die WasseraustrittssteÜen (5) sich bei einem in den Schläuchen (2) herrschenden, vordefinierten Wasserdruck öffnen.

Wien, den 2 8. Juni 2006

NACHGEREICHT