DE2706584B2 - Pflanzenbegasung - Google Patents

Description

Aus der US-PS 32 74 730 ist die Begasung von Pflanzen aus Tonrohren bekannt, die mit Schlitzen versehen sind. Begast wird hierbei mit CO₂ oder anderen Gasen, darunter auch mit Wasserdampf. Dieser Literaturstelle war der erfindungsgemäße Vorschlag der Begasung mit methanhaltigen Gasen sowie der Einsparung an Methangas durch Verwendung bestimmter Leitungen und Anwendung eines vorgegebenen Begasungsrhythmus nicht zu entnehmen.

Belüftungseinrichtungen verschiedenster Art sind bekannt, beispielsweise aus der DE-AS 24 55 455, genauso wie diverse Verteilersysteme aus der DD-PS 23 774. Der erfindungsgemäß einzusetzende Strömungsteiler arbeitet in einer vollständig verschiedenen Weise.

Bekannt ist ferner aus W. Ernst »Die Naturwissenschaften«, Heft 12, Seite 620, 1971, daß mittels Erdgaseinwirkung auf Pflanzen ein schnelleres Wachstum und ein etwa doppelt so hoher Ertrag bei bestimmten Pflanzen erzielt werden kann. Bei den Versuchen wurde im Treibhaus die Wirkung von Erdgasbegasung auf das Wachstum und den Ertrag von Gurken und Kresse sowie von Futterrüben, Mais, Hafer und Gerste im Freiland untersucht.

Die im Gewächshaus (Klinikgärtnerei Tübingen)

begasten Gurken und Kresse zeigten bei zwei über 44 Tage anhaltenden Versuchen gegenüber nicht begasten Vergleichspflanzen ein schnelleres Wachstum und einen höheren Ertrag. Begast wurde mit 15 Litern Erdölgas pro Tag zu verschiedenen Tageszeiten. Das Gas ist jeweils 15 Minuten lang aus Druckflaschen über perforierte Stahlrohre direkt in die Böden der Versuchsfläche eingespeist worden. Die Verrohrung war 0,2 m tief im Boden verlegt

ίο Bei den Freilandversuchen (Erdölbetrieb Tannheim der Wintershall AG) ergaben sich ähnliche Wachstumsbeschleunigungen und Ertragssteigerungen wie beim Gewächshausversuch, die jedoch bei Futterrüben und Mais auffälliger als bei Hafer und Gerste waren. Die

η Pflanzen wurden über eine gleichmäßig perforierte Stahlleitung aus 1 Meter Tiefe mit einem methanhaltigen Erdölgas aus dem ölfeld Tannheim permanent begast Bei beiden Versuchen erfolgte die Begasung über die gesamte Wachstumsperiode.

Die Nachteile des bekannten Verfahrens bestanden in einem erheblichen Druckgefälle in der perforierten Leitung und in einer ungleichmäßigen Gasausbreitung. Dadurch kam es zu einem sehr ungleichmäßigen Pflanzenwiichs. Weitere Nachteile ergaben sich durch die unregelmäßigen Begasungszeiten beim Gewächshausversuch wie auch durch die Permanentbegasung beim Freilandversuch. Dadurch wurde die eigentliche Assimilationstätigkeit der Pflanzen und die gleichmäßige Nährstoffaufnahme erheblich gestört Außerdem ist

jo die Tätigkeit wühlender Organismen im permanent begasten Freilandgebiet infolge der Verdrängung der normalen Bodenluft durch die künstlich eingeleiteten

Gase erheblich behindert worden. Ausgehend von dem im geltenden Gattungsbegriff

r> beschriebenen Verfahren lag dem Anmeldungsvorschlag die Aufgabe zugrunde, dieses Verfahren so weiterzubilden, daß eine bessere Ausnutzung des Gases erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs beschriebenen Maßnahmen gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Erfindungsgemäß werden also methanhaltige Gase, Herbizide, gasförmige Düngemittel und Wasserdampf

Γι in Böden eingeleitet und bezwecken eine Wachstumsbeschleunigung und Ertragssteigerung von Nutzpflanzen sowie eine wirkungsvolle Unkrautvernichtung unter besonders umwelfreundlichen Bedingungen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis hat jedoch auch noch einen Nebeneffekt; die Wachstumsveränderung durch Methanbegasung kann genützt werden bei künstlichen und natürlichen Gasaustritten an der Oberfläche über Verwerfungen, öl-, Gas- und Kohlenlagerstätten als Methode der Fernerkundung mit Luftbildern sowie für die Früherkennung von seismischen und vulkanischen Spannungsherden. Außerdem selbstverständlich auch Rohrleitungsbruch und dergleichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Praxis

so ausgeführt, daß bei Gewächs- und/oder Freilandbegasung nach einer Verfahrensvariante eine oder mehrere parallel verlegte perforierte Leitungen vorgesehen sind. Der Abstand bei mehreren Leitungen beträgt zweckmäßig 1 Meter. Die Gesamtzahl der

b^r> Leitungen hängt von der Breite der zu begasenden Fläche ab. Die Tiefe, in der die Leitungen verlegt sind, beträgt 0,3 bis 1,0 m, bei tonigen und stark verdichteten Böden und kleiner Beet- bzw. Begasungsbreite kann die

Verlegungstiefe auch nur 03 bis 0,6 m betragen, während sie bei sandigen und weniger feuchten Böden zweckmäßig 0,5 bis 1,0 m Tiefe beträgt Als bevorzugter Bereich Ist 035 bis 0,65 m anzugeben.

Die Leitungen sind so perforiert, daß auf der Eingangsseite kleinere Austrittsöffnungen mit größeren Abständen und an der Endseite größere Austrittsöffnungen in kleineren Abständen angebracht sind. Dazu ein Beispiel: Ab der Eingangsseite bis Mitte Leitung werden alle 20 cm kleinere Löcher von 1 bis 2 ;nm Querschnitt auf den ganzen Leitungsumfang mit 5 mm Abstand verteilt Zwischen Leitungsmitte und Leitungsende sind alle 10 cm Löcher von 3 mm Querschnitt verteilt über den ganzen Umfang im Abstand von 5 mm angebracht Die Länge der Leitungen hängt im wesentlichen vom Durchmesser und vom Gasdruck ab, also vom Durchmesser zwischen 10 und 30 mm und von einem Gasdruck zwischen 0,5 bis 20 bar. Bei kleineren Durchmessern beträgt die Länge maximal 20 m, bei größerem Durchschnitt 15 m bis 50 m.

Üblicherweise verwendet man als Material für die Leitungen einen bruchsicheren Hartkunststoff wie PVC, was jedoch nicht ausschließt, daß auch andere Kunststoffe wie Polyäthylen sowie Ton mit dem gleichen technischen Effekt eingesetzt werden können. Die Wahl des Rohrmaterials hängt vom Einsatz und eventuell auch von den gesetzlichen Voraussetzungen wegen Umweltverschmutzung usw. ab.

Wie oben angegeben, gibt es eine zweite Alternative zu der Begasung mittels Kunststoffleitungen, und zwar ist es die Begasung über einen Strömungsteiler. Diener Strömungsteiler soll anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wobei

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht des Strömungsteilers;

Fig.2 die Seitenansicht, allerdings auf dem Kopf stehend;

F i g. 3 die Draufsicht und

F i g. 4 die Vorderansicht
darstellt

Der Strömungsteiler 1 besitzt ein Gaseinleitungsrohr 3 und Austrittsöffnungen 2 am trichterförmigen Ende des Gehäuses.

Das Gehäuse kann aus verzinktem Weißblech ausgeführt sein, während die Leitbleche im Inneren aus Aluminium gefertigt sind. Von diesen Gasströmungsteilern können mehrere an den abgeflachten Seitenflächen aneinandergesetzt werden oder aber sie können mit in einem Feld kreisförmig angeordnet werden.

Die Strömungsteiler werden zweckmäßig in einer Tiefe von 0,6 bis 1,0 verlegt und besitzen eine Breite von 2 m. Die Strömungskanäle sind, wie die F i g. 1 zeigt, fächerartig angeordnet und können beispielsweise 0,8 m lang sein.

Das methanhaltige Erdgas wird hierbei unnr Druck in der. Teiler eingeleitet und verteilt sich in einem bis zu 15 m langen und 6 m breiten Kriechgasstrom gleichmäßig in den Böden. Diese Gaseinspeisung ist besonders für bepflanzte Hanglagen und Baumkulturen sowie für die Rekultivierung von Aufschüttungsgebieten und Abraumhalden geeignet

Ein dritter wichtiger Parameter des Verfahrens ist die Begasungszeit, die sich unter anderem auch nach dem Methanantei! richtet Bei einem Methananteil von höher als 80% ist sie kürzer und es werden längere Begasungspausen vorgenommen, wobei das Verhältnis Begasung zu Ruhepause 1 :3 beträgt. Bei schwach methanischem Gas mit einem Gehalt von 5 — 40% ist eine längere Begasung und eine kürzere Ruhezeit notwendig, also bis etwa 2:1.

Die Behandlung kann während der Nachtstunden allgemein, also ohne Lichteinwirkung, entsprechend den örtlichen Verhältnissen der Dunkelheit vorgenommen werden oder auch tagsüber im oben angegebenen Rhythmus, während der Assimilationszeit der behandelten Pflanzen.
Mit der Einführung der modifizierten Perforierung

ίο sind gleichzeitig auch die Gasmengen reduziert worden. Sie betrugen ursprünglich 7,443 m³ für die Räche 1 und 6308 m³ für die Fläche 2 der Gewächshausbegasungsanlage Hohenlinden bei achtstündiger Begasung pro Tag und beziffern sich jetzt für die gleichen Flächen und

is Zeiten auf

5,600 m³ auf 16 m² Fläche für Rettiche
4,000 m³ auf 16 m² Räche für Nelken
3,200 m³ auf 16 m² Räche für Salat
2,400 m³ auf 16 m² Räche für Gurken
2,400 m³ auf 16 m² Räche für Tomaten

Durch die Änderung der Perforierung und durch die Reduzierung der Gasmenge ist in der Gärtnerei Weinberger (Hohenlinden) für 1973 ein Mehrenrag

verkaufsfähiger Rettiche von 33% gegenüber den unbegasten gleichen Rettichsorten erzielt worden.

Eine weitere sehr wesentliche technische Verbesserung ist die Einführung der Intervallbegasung. Damit sollen die Nachteile einer verringerten Assimilationstätigkeit der Pflanzen und einer Unterdrückung des biologischen Bodeniebens teilweise beseitigt werden. Erste derartige Intervallbegasungen sind 1974 ebenfalls mit Rettichen vorgenommen worden. Die Gaseinspeisung erfolgte dabei drei Stunden am Morgen (7—10

Uhr) und drei Stunden am Abend (19-22 Uhr). Bei

gleichen Gasmengen wie beim Vorjahresversuch sind nochmals erhebliche Längen- und Gewichtszunahmen bei den begasten Pflanzen festzustellen gewesen.

Auch im Freilandversuch führte eine Intervallbega-

sung, die auf die Zeit von 6 bis 12 Uhr beschränkt war, zu einer schnelleren und größeren Knollenbildung bei Kartoffeln, deren Anzahl und Gewicht 15,5 bis 18% über den Ertragszahlen der unbegasten Kartoffeln lagen.

5 Die neueste darauf basierende Entwicklung besteht in einer stündlichen Begasung mit anschließender zweistündiger Ruhepause über eine Zeit von 6 bis 18 Uhr oder in einem dementsprechenden Intervallbetrieb nur für die Nacht Durch diese Schaltanordnung werden die

so Pflanzen nicht mehr einem ständigen Gasnachschub ausgesetzt Die Böden nehmen dabei mehr Gas auf als bakteriell verarbeitet oder von den Pflanzen aufgenommen werden kana Das überschüssige Gas wird, wie viele Bodengasmessungen ergeben haben, im Laufe der

Ruhepause langsam an die Pflanzen abgegeben oder

bakteriell verarbeitet Damit kann die Gasmenge auch gestreckt werden, was die Wirtschaftlichkeit des

Verfahrens erhöht Bei diesen neuen Techniken der Pflanzeiibegasung

wurde allgemein auch eine Erhöhung der Bodentemperatur und des Kohlendioxid-Gehaltes in Abhängigkeit von der Methankonzentration in den Böden festgestellt Die Temperaturen lagen je nach den Bodenverhältnissen 2 —4,5⁰C über den Temperaturen der unbegasten

b5 Vergieichsbeete. Die CCVAufnahme der Böden erreichte bei einem durchschnittlichen Bodengrundwert von 0,5% und einem Ausgangsgehalt von 0,18% CO2 für Erdölgas Werte von 3 — 7,4%. Bei Verwendung von

Erdgas aus dem Versorgungsnetz mit einem Anteil von 0,9% CO2 steigen die Kohlendioxid-Gehalte der begasten Böden bis auf 2%. Im geschützten Gewächshaus tragen diese Temperaturerhöhungen und die erhöhten Kohlendioxid-Gehalte ebenfalls zur Beschleunigung von Pflanzenwachstum bei. Diese Effekte sind somit ebenfalls Bestandteil der beschriebenen neuen Verfahrenstechnik. Wesentlich sind auch die methanverarbeitenden Bakterien in den Böden wie Pseudomonas methanica, deren Aktivität durch die Erhöhung der Bodentemperaturen und der Kohlendioxid-Gehalte in den begasten Böden zu erkennen ist. Ps. methanica synthesiert dabei dreiwertiges Phosphor bzw. speichert Polyphosphate in granulären Zelleinschlüssen. Dementsprechend weisen begaste Böden mit durchschnittlich 23,66% mg/100 g und 28% höhere PA-Gehalte als unbcgasic Böden auf. Noch stärker erhöhten sich die K2O-Gehalte begaster Böden (durchschnittlich 70 mg/ 100 g) gegenüber unbegasten Böden (durchschnittlich 40 mg/100 g) bei gleichen Bodenverhältnissen.

Diese Anreicherung von wichtigen Pflanzennährstoffen, die sonst nur fiber eine künstliche Düngung erzielt wird, bildet den eigentlichen Effekt des gesteigerten Pflanzenwachstums mit Hilfe methanhaltiger Gase. Sie führt dazu, daß im Gegensatz zu der bereits veröffentlichten Methode nur noch eine Initialbegasung vor der Einsaat und in den ersten Wochen notwendig ist Darauf aufbauend können handelsübliche Torfe, Humus- und Blumenerden mit ihrer großen Absorptionsfähigkeit gegenüber methanhaltigen und sonstigen Gasen mit Phosphor- und Kaliumverbindungen angereichert werden.

Das installierte Gaszuleitungssystem ist außerdem für eine Be- und Entwässerung der Böden, für die Einleitung von Herbiziden, gasförmigen Düngemitteln und Wasserdampf geeignet Damit wird die Wirtschaftlichkeit des Begasungsverfahrens zusätzlich verbessert und eine umweltfreundliche Düngung und Unkrautvernichtung erreicht. Die für die Zwecke der Begasung und der Einleitung von Herbiziden, Düngemitteln und Wasserdampf (speziell in Gärtnereien) erforderliche Verroh- ^r, rung kann mit einem Schlepper in die erforderliche Tiefe eingepflügt werden.

Das Gas für die Pflanzenbegasung steht im reichen Maße aus den verschiedensten Quellen zur Verfügung, z. B. aus den öffentlichen Versorgungsnetzen, aus reaktivierten Restgaslagerstätten, aus sekundären Untertagegasspeichern, aus Absauggasen von Kohlenbergwerken, aus Ölraffinerien und chemischen Werken, aus Mülldeponien und Kläranlagen sowie aus den vulkanischen Exhalationen. Die Vielseitigkeit des Gasbezuges für die Pflanzenbegasung macht das Verfahren auch für tropische und subtropische Entwicklungsländer interessant, die sonst nur unter großem Dür.geir.itteieir.saiz ein für die Versorgung ausreichendes Ernährungsangebot produzieren können.

Die bei Begasungsversuchen festgestellten Veränderungen des Größenwachstums, der Pflanzenfarben und Blattgrößen konnten auch in Gebieten mit natürlichen Erdgasaustritten an der Erdoberfläche gefunden werden. Es zeichnen sich hierbei vor allen Dingen im Luftbild tektonische Verwerfungen durch eine kräftigere Grünverfärbung und optimale Pflanzenhöhen ab. Tektonische Verwerfungen sind meistens gasführend und haben Methan-Gehalte von 0,5 bis 3%, wenn sie mit gasführenden Muttergesteinen in Verbindung stehen.

Damit ist es möglich, in besonders dicht bewachsenen Gebieten (tropischer Urwald) für die Lagerstättenerkundung besonders wichtigen Verwerfungen aus der Luft zu erkunden. Ebenso ist es möglich, seismotektonische und vulkanische Spannungsherde langfristig an den

j5 Wuchsveränderungen der Pflanzen zu erkennen, da solche Vorgänge zu einer starken Desorption von methan- und kohlendioxidhaltigen Tiefengasen führt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung des Wachstums von Pflanzen mittels Begasung des Erdreiches mit methanhaltigem Gas innerhalb bestimmter Zeiträume aus mehreren, im Boden angeordneten Austrittsöffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen in einem 0,6 bis 1,0 m tief angeordneten Strömungsteiler oder in mehreren 03 bis 1,0 m tief parallel verlegten Leitungen angeordnet sind, die auf der Eingangsseite kleinere Austrittsöffnungen mit größeren Abständen und auf der Endseite größere Austrittsöffnungen mit kleineren Abständen aufweisen, wobei die Begasung innerhalb von 8 bis 14 Stunden in einem Rhythmus von Begasungszeit zu Ruhezeit von 1:3 bis 2:1 ,erfolgt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen in einer Tiefe von 035 bis 0,65 m verlegt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen aus Kunststoff bestehen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungszeitraum sich auf 10 bis 12 Stunden erstreckt

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsrhythmus eine Stunde Begasung und zwei Stunden Ruhepause beträgt

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß während der Ruhepause bewässert wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß während der Ruhepause mit Herbiziden behandelt wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß während der Ruhepause entwässert wird.