DE2830688A1 - System fuer die kuenstliche bewaesserung von pflanzen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System für die Bewässerung von Pflanzen.

Viele verschiedene Systeme werden für Bewässerung oder kurzfristige Bewässerung benutzt, angefangen mit Oberflächenbewässerung mittels verschiedener Methoden der Ueberflutung des Bodens bis zu verschiedenen Formen von Sprinklersystemem in fester oder beweglicher Ausführung. Darüberhinaus sind viele Typen von unterirdischen Bewässerungssystemen in Gebrauch.

Bei der Bewässerung entstehen viele Probleme bei unterschiedlichen Bedingungen. Unter gewissen Umständen kann Wasserersparnis das vordringliche Interesse sein, in anderen Fällen kann reichlich Wasser zur Verfügung stehen, z.B. von einem Fluss, örtliche Bedingungen können dann einen entscheidenden Faktor darstellen bei der Wahl zwischen verschiedenen Systemen. Unter allen Umständen ist eine optimierte Wahl anzustreben, nicht zuletzt deshalb, weil der wirtschaftliche Faktor auf Sicht gesehen von grosser Bedeutung ist. Es ist dann von vitaler Bedeutung, solche Faktoren wie Funktionszuverlässigkeit, Unterhalt, Energieverbrauch, Materialwahl, die Bedeutung von äusseren Einflüssen auf das System, eventuelle Behinderung der Bearbeitung des Bodens etc. in Berechnung zu ziehen. In allen diesen Fragen hinsichtlich Bewässerung ist der zentrale Punkt der Diskussion immer das Wurzelsystem der einzelnen Pflanzen und dessen Funktion in der Erde. Der Zweck des Wurzelsystems ist die Absorption von Wasser und Mineralien von der umgebenden Erde, was zusammen mit dem Sonnenlicht die Voraussetzungen für das pflanzliche Leben bildet. Wasser und gelöste Mineralien werden innerhalb der Pflanze durch Kapillärkräft befördert, wie auch die Verteilung des Wassers im Boden im Prinzip durch Kapillärkräft erfolgt. Das von einer Pflanze verbrauchte Wasser wird in Photosynthese wieder abgegeben, und diese Verdunstung, und diese Verdunstung nennt sich Evapotranspiration. Wenn dann ein Boden mit so viel Wasser versorgt wird wie die Pflanze durch Evapotranspiration abgibt, kann man sagen, dass die Bewässerung 100 % effektiv ist. Analog hierzu, wenn Dünger zugesetzt und vollkommen verbraucht wird, ist der Düngeprozess 100 % effektiv. Jede weitere Zufuhr von Wasser oder Dünger ist daher ineffektiv. ■

Einige Phänomene;· physikalischer Natur, die in diesem Zusammenhang von Interesse sind, sollen hier kurz berührt werden. Vorausgesetzt dass die umgebende Luft nicht mit Feuchtigkeit gesättigt ist, erfolgt die Verdunstung von einer nassen Oberfläche, da wärmere Luft eine weit grössere Fähigkeit hat, einen höheren absbluten Feuchtigkeits-

8 0 9886/0711

gehalt zu haben, was möglicherweise eine höhere Verdunstung zur Folge hat. Weiter wird bei der Verdunstung Verdunstungswärme abgegeben, die die Pflanzen kühlt und beansprucht, wenn die Verdunstung von ihrer Oberfläche erfolgt.

In der Erde wird die Feuchtigkeit durch Kapillärkrafte verteilt bis zu dem Punkt, wo der Boden gesättigt ist. Je kleiner die Partikelgrösse.des Bodens, um so grosser ist die Feuchtigkeitsmenge die er halten kann, und aus diesem Gründen erfolgt mit derselben zugeführten Wassermenge eine abwärtsgerichtete Drainage viel leichter in sandigem Boden als beispielsweise in tonhaltigen Böden." Wie schon eingangs erwähnt, stehen je nach Bedingungen und Zielen verschiedene Bewässerungsalternativen zur Verfügung. So ist die Ueberflutung von Feldern eine zeitsparende und zuverlässige Methode. Der grosse Nachteil dieser Methode ist jedoch der enorme Wasserverlust durch Verdunstung und Drainage, besonders bie lockeren Bodentypen. Darüberhinaus wird die maschinelle Bearbeitung der Felder verhindert, da die Felder eingewallt werden müssen. Nichtsdestoweniger ist diese Methode als Erstinvestition ausserordentlich wirtschaftlich und praktisch unterhaltsfrei. Ein Beispiel einer sophistikierten Form der Entwicklung des Flutungsprinzip dürfte das sogenannte Tropfenbewässerungssystem sein, was darin besteht, dass kleine - ■ Rohre von grösseren Rohren direkt zu den Pflanzen abgezweigt werden und den Boden langsam befeuchten. Diese Methode ist jedoch teuer und arbeitsintensiv, da diese Rohrsysteme bei jeder Bearbeitung des Bodens wieder neu verlegt werden müssen.

Die verschiedenen Typen von Sprinklersystemen und besonders in mobiler Form können eine wertvolle Ergänzung natürlicher Niederschläge sein und werden so beispielsweise in Schweden verwendet. Sprinklersysteme sind jedoch technisch verfeinert und daher hohem Verschleiss ausgesetzt. Sie erfordern auch sorgfältigen Unterhalt. Darüberhinaus haben sie einen hohen Energieverbrauch wegen des für das Versprühen des Wassers zu erzeugenden Drucks. Weiter behindern sie die Bearbeitung des Bodens. Nichtsdestoweniger muss als ihr grösster Nachteil angesehen werden, dass die Verdunstungsverluste höher sind als bei allen anderen System, da das Wasser auf seinem Weg durch die Luft, von der Oberfläche der Pflanzen und von der Erdoberfläche verdunstet. Zwangsläufig ist es nicht zu empfehlen, dem Wasser Dünger zuzusetzen, da die Pflanzen durch Dünger auf ihren Blättern beschädigt werden können. Die grossen Vorteile mit unterirdischen Systemen liegen in erster Linie darin, dass der Wasserverbrauch minimiert wird und gleichzeitig DUngesubstanzen mit Vorteil direkt im Wasser aufgelöst werden können,

809886/071 1

was grosse Ersparnisse bedeutet.

Vor einer ausführlichen Beschreibung des Systems nach der vorliegenden Erfindung sei ein kurzer Vergleich mit vorhandenen unterirdischen System erlaubt. Diese Systeme sind entwickelt aus erdverlegten Leitungen mit Löchern, durch die das Wasser in den Boden abfliesst. Da Pflanzenwurzeln von Wasser angezogen werden, wachsen Wurzeln in die Löcher hinein und verstopfen sie früher oder später. Weiter könnten Erdpartikel durch die Löcher eindringen und schliesslich das gesamte System verstopfen. Infolgedessen hat sich die Entwicklung auf diesem Gebiet auf poröse, wasserdurchlässige Materialien eingerichtet, da die gemeinsame Eigenschaft aller unterirdischen Systeme darin liegt, dass der Wasserdurchgang unter den Drücken verschiedener Höhen erfolgt. Natürlich wird bei der Erzeugung dieses Drucks Energie verbraucht, abgesehen von der Tatsache, dass der Wasserdruck sorgfältig gesteuert werden muss, um das Risiko eines zu starken oder zu schwachen Wasserflusses zu vermeiden, und dies erfordert Technologie und Sachkenntnis. In diesen Systemen ist die Porosität des Materials so angepasst, dass durch natürlichen Gegendruck ein zu starker Wasseraustritt vermieden wird. Somit ist der Porositätsgrad relativ gering, und natürlich ist kein Versuch unternommen worden, eine Wasserlagerungsfähigkeit im Material zu erzielen.

Das System gemäss der Erfindung für die Bewässerung von Pflanzen ist ein unterirdisches System und charakterisiert durch Stränge von porösen Körpern angeordnet nebeneinander und permanent begraben unter Boden. Die Stränge sind wenigstens an einem Ende mit wassergefüllten Gräben oder Kanälen für die Versorgung der Stränge mit Wasser verbunden, und die Bewässerungskörper werden durch Kapillar- kräfte gezwungen, eine kontrollierte Wassermenge an die den Strängen benachbarte Bodenschicht in Abhängigkeit von dem Feuehtigkeitsbedarf der Pflanzen abzugeben.

Daher ist das System gemäss der Erfindung strikt auf herrschenden Naturgesetzen basiert und setzt auf keine Weise eine Druckanwendung voraus. Stattdessen macht man sich die Kapillärkräfte und deren Eigenschaft, variierende Feuchtigkeitskonzentrationen auszugleichen, zunutze. Die wasserabgebenden porösen Körper sind rohrförmig, und das Verwendete poröse Material hat ein sehr hohes Absorptionsvermögen und hierdurch die Fähigkeit Wasser zu lagern. Die Kapillärkräfte als eolehe sind dann mehr als genügend, das in den Bewässerungskörpern gelagerte Wasser von hier in den Erdboden zu fördern. Somit kann ein kontinuierlicher Transport von Wasser erfolgen, auch wenn die Rohre nicht mit Wasser gefüllt sind. Dieser Faktor ist von ausserordentlich

809886/0711

grossem Vorteil, da die Rohre dann stattdessen mit Luft gefüllt sind, was für die die Saüerstoffversorgung des Bodens von Vorteil ist. Die rohrförmigen Körper sind miteinander beweglich zu Strängen verbunden, die alle mit was sergefüllten Gräben oder Kanälen in Verbindung stehen und von wo das Wasser durch Erhöhung des Wasserspiegels zugeführt wird.

Die Erfindung wird in der Folge ausführlicher beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, die eine besonders bevorzugte Ausführung des Systems für die Bewässerung von Pflanzen gemäss der Erfindung zeigt.

Fig. 1 ist ein Querschnitt durch die Erde und illustriert die nebeneinander angeordneten Stränge (2), die unter Erde permanent eingegraben sind. Die Stränge bestehen aus porösen Körpern (3). Fig. 1 zeigt auch, wie diese Körper in ihrer unmittelbaren Nähe eine feuchte Zone (5) bilden, in deren Richtung die Wurzeln (6) der Pflanzen (1) wachsen. Nach oben erfolgt kein Wasserverlust durch Verdunstung, auch nicht durch Drainage nach unten, vorausgesetzt die Wasserzufuhr erfolgt proportioneil zum Verbrauch der Pflanzen (1). Auf diese Weise hat sich ein künstlicher Grundwasserspiegel gebildet. Es ist offenbar, dass, wenn die Ernte fortschreitet und die Wurzeln (6) um· die Körper (3) herum in der Erde verbleiben, sich später eine Humusschicht mit aufgenommenen Stickstoff bildet, der vom pflanzenpsychilogischen Gesichtspunkt gesehen günstig ist. In diesem Zusammenhang sollen einige Worte gesagt werden über ein beharrliches Problem in Verbindung mit Bewässerung, nämlich das Problem der Aufsalzung. Dieses bedeutet, dass wenn ein leicht salzhaltiges Wasser benutzt wird, der Boden so mit Salz angereichert wird, dass er mit der Zeit unbrauchbar wird. Eine teilweise Erklärung hierfür ist, dass, wenn mehr Wasser zugeführt wird als die Pflanzen verbrauchen, ein Teil des Wassers verdunstet und die darin enthaltenen Salze im Boden bleiben, eine weitere Erklärung, dass bei den Verbrauch übersteigenden Wasserzufuhr das Wasser mit dem oft salzhaltigen Grundwasser in Berührung kommt. In Gegenden, wo dieses Problem auftritt, erfolgt eine aufwärtsgerichtete Salzwanderung durch Osmose. Da in dem System gemäss der Erfindung die Wassermenge direkt an den Bedarf der Pflanzen (1) angepasst ist, wird alles Wasser verbraucht, und eine Salzanreicherung des Bodens dürfte hierdurch nicht erfolgen. Fig. 2 zeigt die Konstruktion der Körper (3), die aus dickwandigen Rohren porösen Materials hergestellt sind. Die Rohre sollten ungefähr die folgenden Abmessungen haben: Länge 30-50 cm, Aussendurchmesser 1-6 cm und lichter Durchmesser 2-3 cm. Der lichte Durchmesser sollte also

809886/0711

die Hälfte des Aussendurchmessers betragen.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind die Rohre auf ca. 5 mm Abstand mittels ' Verbindungsstücke (7), die eine gewisse Beweglichkeit in den Rohrsträngen (2) gestatten, miteinander verbunden. Diese Beweglichkeit ist erforderlich, um Erdbewegungen oder Druck von oben zu gestatten, ohne dass die 'Stränge brechen. Der Abstand zwischen den Rohren sollte ca. 5 mm betragen, um freie Bewegung zu gestatten. Gleichzeitig ist der Abstand zu klein als dass z.B. Ratten die Verbindungsstücke angreifen können.

Das Verbindungsstück (7) links in Fig. 2 besteht aus einem Sockel oder einer Manschette (8), die über die benachbarten Enden zweier Rohre (3) gezogen wird.

Das Verbindungsstück (7) rechts in Fig. 2 wird in die Rohre (3) gesteckt und ist rohrförmig mit einer leichten Ausbauchung, die als Distanzring dient. Das Verbindungstück (7) hat die Aufgabe, eine

' höhere Bruchwiderstandsfähigkeit zu erzielen, aber auch die Aufgabe der Verminderung der feuchtigkeitsabgebenden Oberfläche der Rohre. Die Materialstärke der Verbindungstücke (7) sollte weniger als 2 mm betragen und daher aus einem relativ starken Rohr mit weicherer Beschichtung zwecks Erzielung einer einwandfreien Abdichtung und eines gewissen Reibungswiderstandes hergestellt sein.

• Die rohrförmigen Körper (3) sind mit Vorteil aus Ton mit einem hohen Gehalt eingemischten, feinverteilten, organischem Material, z.B. Sägemehl, herzustellen. Wenn die Rohre (3) dann gebrannt werden, verbleiben nach dem verbrannten organischen Material öffnungen.

,Bei* Extrudieren der Rohre von einem Mundstück wird die Oberfläche glatt mit weniger Porosität als das übrige Material, und hierdurch wird die Funktion der Rohre als Wassermagazin mit gleichmässiger Wasser abgabe gefördert.

Da kein Druck auf die Stränge (2) appliziert wird, entstehen keine Probleme mit Verstopfung durch Filtervorgang oder durch Adhäsion als Ergebnis von Eintrittserscheinungen die auftreten, wenn das Wasser mittels Druck durch die Rohrwände geht.

Fig. 3 zeigt, wie die Rohrstränge (2) mit den Versorgungsgräben oder Kanälen verbunden sind, wo der Wasserspiegel zum Füllen oder Entleeren der Rohre (3) erhöht oder gesenkt wird. Die Gräben oder. Kanäle (¹O sollten tiefer als ihre Breite sein, da in diesem Falle eine kleinere Waseermenge für das Einlaufen des Wassers in die Rohre (3) erforderlich ißt. Die Gräben oder Kanäle (1») sind mit Vorteil vollkommen unter Boden anzulegen und sind dann natürlich vollkommen abgedeckt.

80988670711

OpIGlNAL INSPECTED

Es ist nicht erforderlich, dass die Gräben oder Kanäle (¹I) auf derselben Höhe liegen, z.B., wenn das System auf einer schrägen Fläche installiert ist. Wenn dies der Fall ist, lagert das Rohrmaterial das am oberen Ende des Feldes eingetretene Wasser und gibt das Ueberschusswasser an den am unteren Ende des Feldes gelegenen Graben oder Kanal ab, der es an das nächste Feld weitergibt, etc. Ein Abstand von bis zu 100 m zwischen den Gräben oder Kanälen ist akzeptierbar.

809886/0711

Leerseite

Claims (6)

1. PATENTANWALT

   DIPL.-ING. A. BÄRNREUTHER

   D-8000 MÜNCHEN 15 POSTFACH (P. O. B.) 15 03 08

   MÜNCHEN 2,

   KAISER-LUDWIG-PLATZ 6

   TELEFON (0 89) 53 0211

   TELEGRAMM: PATMARKLAW MUENCHEN

   TELEX: 5 24303 XPERT-D

   MEIN ZEICHEN: Juf/S/1-78 P

   datum: 12.JuIi 1978

   Bo Jufors, Malmö/Schweden System für die künstliche Bewässerung von Pflanzen

   PATENTANSPRÜCHE

   fly System für die künstliche Bewässerung von Pflanzen, gekennzeichnet durch Stränge (2) aus porösen Körpern (3)» die parallel zueinander unter der Erdoberfläche verlegt sind, wobei diese Stränge (2) an mindestens einem Ende mit wassergefüllten Gräben oder Kanälen (4) für die Versorgung der Stränge mit Wasser in Verbindung stehen, so daß die Körper (3) durch Kapillarkräfte veranlaßt stets eine geregelte Wassermenge an die die Stränge (2) umgebende Bodenschicht (5) in Abhängigkeit von dem Peuchtigkeitsbedarf der Pflanzen (1) abgeben.
2. 2. System gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Strang (2) aus relativ kurzen, flexibel miteinander verbundenen Körpern (3) besteht.

   809886/0711
3. 3. System nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
   Körper (3) mittels Manschetten oder Schläuchen (7) aus nachgiebigem Material, das gegen die Körper (3) abdichtet, miteinander verbunden sind, wobei diese Manschetten oder Schläuche über die Enden der Körper (3) gezogen oder in diese eingesteckt sind.
4. 4. System gemäß den vorhergehenden Patentansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (3) aus dickwandigen Rohren aus porösem Material hergestellt sind, welche aufgrund ihrer Porosität wasserspeicherungsfähig sind.
5. 5. System gemäß Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
   Körper (3) aus gebranntem Ton hergestellt sind, wobei die Poren dadurch erhalten sind, daß dem Ton vor dem Ausformen und Brennen eine Substanz zugemischt worden ist, welche durch den Brennvorgang zur Bildung von Poren zerstörbar ist.
6. 6. System gemäß Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
   äußeren Oberflächen der Körper (3) keine Poren aufweisen.

   809886/0711