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"Verfahren zum Gießensvon Pflanzenkulturen mit
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kohlendioxydimprägniertem Wasser" ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Gießen von Pflanzenkulturen
mit kohlendioxydimprägniertem Wasser, bei dem das Wasser unter einem vorbestimmten
Speisedruck mit reinem Kohlendioxydunterdruck und bei Temperaturen im Bereich der
Raumtemperatur imprägniert und den Kulturen als Gießwasser zugeführt wird. Das Verfahren
und die Anordnung eignen sich besonders zum Einsatz in Gartenbaubetrieben und Gewächshäusern.
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Es ist erwiesen, daß durch Einleiten von Kohlendioxyd in die Atmosphäre
von Pflanzenkulturen der Pflanzenwuchs erheblich gefördert werden kann.
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Zu diesem Zweck ist es bekannt, das Gießwasser (reines Gießwasser
oder der Atmosphäre der Kulturen entzogenes Kondenswasser) in einer Anordnung mit
Kohlendioxydgas zu imprägnieren und -so das Kohlendioxyd den Kulturen über das Gießwasser
zuzuführen, wobei in dem Augenblick, in dem das Gießwasser mit der Ober-L
fläche
des Kulturbodens in Kontakt gelangt, das in dem Gießwasser physikalisch gebundene
Kohlendioxyd gasförmig frei wird, so daß das Gaß von unten her von den Blättern
der Pflanzen der Anatomie der Pflanze entsprechend über die Spaltöffnungen (Stomatas)
aufgenommen werden kann. Das freiwerdende Kohlendioxydgas bildet eine bodennahe,
relativ stabile Schicht.
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Dennoch ist eine ökonomisch vertretbare Düngung mit chemisch reinem
Kohlendioxydgas auf diese Weise nur in Kulturbereichen vertretbar, bei denen die
Kulturatmosphäre auf möglichst kleine Volumina begrenzt und abgedichtet ist, Hinzu
kommt, daß häufig die Kulturen in fest eingestellten Zeitabständen von mehreren
Tagen gegossen werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die Möglichkeit einer Düngung mit Kohlendioxydgas
bei Kulturen in Gärtnereien oder Gartenbaubetrieben zu verbessern und zu erweitern
und eine wirksame Düngung bei sparsamem Verbrauch an chemisch reinem Kohlendioxyd~
gas zu gewährleisten, und zwar auch für Freilandkulturen und in möglichst enger
Anpassung an die entsprechenden Vorgänge in der Natur.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß das eingangs
näher bezeichnete Verfahren so weitergebildet wird, daß das Kohlendioxyd mit dem
Gießwasser in Bereiche des Kulturbodens unterhalb der Bodenoberfläche eingebracht,
im Kulturboden gespeichert und nach Art bodenbürtigen Kohlendioxyds allmählich vom
Erdboden freigesetzt wird,
Hierbei wird das Speicherungsvermögen
des Erdreiches für Kohlendioxydgas ausgenützt. Wie in der Natur wird auch hier das
im Boden befindliche Kohlendioxydgas nur allmählich und entsprechend dem Bedarf
der Pflanzen freigegeben, wobei das an der Oberläche des Bodens austretende Gas
leicht von den hauptsächlich an der Unterseite der Blätter befindlichen Spaltöffnungen
aufgenommen werden kann. Die Freisetzung des Kohlendioxydgases kann dabei wenigstens
zum Teil durch die Pflanzen in Abhängigkeit von deren Wasserbedarf selbsttätig beeinflußt
erden, indem durch die Aufnahme von Wasser durch die Wurzeln ein Teil des mit dem
Wasser im Erdboden gespeicherten Kohlendioxydgases freigesetzt wird. Man erhält
auf diese Weise eine außerordentlich sparsame und dennoch sehr wirksame, den natürlichen
Verhältnissen sehr nahekommende Düngungsmethode mit Kohlendioxydgas, die eine ausreichende
Versorgung der Pflanzen auch über längere Zeit und bei größeren Gießabständen sicherstellt.
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Dieses Verfahren kann auf zweierlei Weise verwirklicht werden.
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In einem Fall wird gemäß der Erfindung das Waser mit einem so hohen
Druck mit Kohlendioxyd imprägniert, daß ein wesentlicher Anteil des Kohlendioxydgases
in so feinst verteilter und dichter Form in dem Wasser physikalisch gebunden ist,
daß beim Vergießen unter Druck mit Hilfe eines üblichen Bewässerungs- und Berieselungssystems
das Kohlendioxyd indirekt, und zwar mit dem Gießwasser,in das Innere des Kulturbodens
eingebracht, in diesem gespeichert und allmählich freigesetzt wird.
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Ein zweiter besonders vorteilhafter Weg besteht darin, daß man das
mit Kohlendioxyd imprägnierte Gießwasser annähernd auf Atmosphärendruck entspannt
und in schwacher ruhiger Strömung direkt in Bereiche des Kulturbodens unterhalb
der Bodenoberfläche einleitet oder einfließen läßt. Dabei kann das imprägnierte
Gießwasser in Bereiche zwischen 2 und 20 cm unter der Bodenoberfläche an im gegenseitigen
Abstand liegenden Stellen eingeleitet werden.
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In beiden Fällen kann man ein Gießwasser verwenden, daß mit einem
Druck im Bereich von 5 bar bis 30 bar, insb. zwischen 10 bar und 20 bar bei Raumtemperatur
mit reinem Kohlendioxyd imprägniert wird.
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Dabei wird davon ausgegangen, daß die Imprägnierung von Wasser mit
Kohlendioxyd von der Temperatur des Wassers einerseits und dem Imprägnierungsdruck
andererseits abhängig ist. Der Imprägnierung von Gießwasser sind in aller Regel
von der Temperaturseite her Grenzen gesetzt, da die Temperatur des Gießwassers in
Abhängigkeit von der Art der Kulturpflanzen nicht unter bestimmte Werte abgesenkt
werden kann bzw. der Aufwand das Gießwasser zum Imprägnieren abzukühlen und vor
dem Gießen wieder zu erwärmen, zu groß ist. Für eine Hochdruckimprägnierung üblicher
Art stehen in Gärtnereien und Gartenbaubetrieben keine geeigneten Vorrichtungen
zur Verfügung. Bekannte Vorrichtungen dafür sind auf industrielle Prozesse abgestellt
und für die Gartenbauzwecke viel zu aufwendig. Hinzu kommt, daß mit Kohlendioxyd
imprägniertes Wasser sehr agressiv ist und die meisten aus
Metall
bestehenden Behälter und Systeme angreift.
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Um nun auch für Gartenbaubetriebe die für die beiden oben aufgezeigten
Möglichkeiten nach der Erfindung erforderliche Feinstimprägnierung ohne großen Aufwand
zu ermöglichen, sieht die Erfindung weiterhin vor, daß jeweils bei Bedarf an kohlendioxydimprägniertem
Wasser das Gießwasser mit einem vorbestimmten Speisedruck durch eine im Vergleich
zum Durchmesser langgestreckte Imprägnierungszone geleitet wird und gleichzeitig
einer Mehrzahl von über die Länge der Imprägnierungszone verteilten Stellen Kohlendioxyd
mit einem den Speisedruck des Wassers weit übersteigenden Druck impulsförmig und
mit vorbestimmter Impulsfrequenz und vorbestimmter Impulsdauer zugeleitet wird,
und daß das imprägnierte Wasser aus der Imprägnierungszone unter gleichzeitiger
Strömungsdrosselung kontinuierlich abgeleitet wird.
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Bei der praktischen Ausführung der Verfahren ist zu berücksichtigen,
daß in modernen Gärtnereibetrieben dann, wenn keine kontinuierliche Tröpfchenbewässerung
angewendet wird, häufig nur einmal wöchentlich bewässert wird. In diesem Fall ist
es in der Praxis nicht möglich, einen ausreichend großen Vorrat an feinst imprägniertem
Wasser über längere Zeit in Behältern bereitzuhalten. Die bisher bekannten Imprägnierungsverfahren
zum Imprägnieren von Gießwasser arbeiten chargenweise, was für moderne Betriebe
mit hohem Gießwasserbedarf zu einem enormen Aufwand und einer enormen zeitlichen
Ausdehnung des Gießvorganges führt.
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Um diesem Problem entgegenzuwirken, sieht die Erfindung zum Ausführen
des Verfahrens eine Anordnung vor, die in bekannter Weise von einem Gießwasserverteilungssystem,
einem Druckbehälter, einer Gießwasserspeisevorrichtung zum Einspeisen des Gießwassers
in den Druckbehälter mit vorbestimmtem Druck, einer Kohlendioxydgaslagerflasche
oder dgl. und Einrichtungen zum Einleiten des unter Druck stehenden Kohlendioxydgases
unter gleichzeitiger Entspannung auf einen vorbestimmtern Druck in den Druckbehälter
und zum Überführen des imprägnierten Gießwassers aus dem Druckbehälter in das Verteilungssystem
ausgeht. Diese Anordnung wird erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, daß der Druckbehälter
als im Vergleich zu seinem Durchmesser langgestreckter rohrartiger Hochdruckbehälter
ausgebildet ist, der mit seinem einen Ende über eine nur in einer Richtung durchströmbare
Einrichtung mit der Gießwasserspeisevorrichtung und mit seinem anderen Ende über
eine Drosseleinrichtung mit dem Gießwasser-Verteilungssystem verbindbar ist, daß
die Einrichtung zum Einleiten des Kohlendioxydgases einen langgestreckten Verteiler
mit mehreren in Abst-änden angeordneten Gausaustrittsstellen in dem Hochdruckbehälter
sowie eine impuls- und frequenzgesteuerte Verbindungseinrichtung zwischen dem Verteiler
und der Kohlendioxydgaslagerflasche oder dgl. aufweist.
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Das Volumen des Hochdruckbehälters ist im Vergleich zu dem Bedarf
an Gießwasser für einen Gießwasservorgang klein und kann beispielsweise zwischen
10 und 30 Liter betragen. Der rohrförmige Hochdruckbehälter läßt sich auf einfache
Weise aus gegenüber imprägniertem Wasser resistenten Materialien oder nichtresistenten,
mit Kunststoff ausgekleideten Metallen auf
einfache und kostengünstige
Weise herstellen. Das Verfahren ermöglicht eine kontinuierliche Imprägnierung des
Gießwassers, so daß bei einem Gießvorgang kontinuierlich das Gießwasser zur Verfügung
steht, In den Pausen zwischen zwei Gießvorgängen steht lediglich der Hochdruckbehälter
unter der Wirkung von mit Kohlendioxyd imprägniertem Wasser, Der Speisedruck, mit
dem das Gießwasser dem Hochdruckbehälter zugeführt wird, kann relativ niedrig sein
und braucht nur so hoch zu sein, wie der üblicherweise im Gießleitungssystem notwendige
Gießdruck. Dennoch wird das Wasser im Hochdruckbehälter in feinst möglichster Form
mit Kohlendioxyd imprägniert, da die Kohlendioxydzufuhr impulsartig erfolgt und
während jedes Impulses in dem Hochdruckbehälter der Druck kurzzeitig auf einen den
Speisedruck des Gießwassers weit übersteigenden Druck angehoben wird. Dieser hohe
Druck führt selbst bei den üblichen Gießwassertemperaturen zu einer so feinen Imprägnierung
des Wassers, daß der physikalisch an das Wasser gebundene Anteil von Kohlendioxyd
bei Berührung des Gießwassers während des Vergießens mit dem Erdboden zu einem erheblichen
Teil zusammen mit dem Gießwasser in das Erdreich eindringt und dort gebunden bleibt
und erst allmählich aus dem Erdreich in Gasform freigegeben wird, und zwar auch
bei Vergießen über übliche Verrieselungs- oder Verregnungssysteme.Der im Erdboden
gespeicherte Anteil des Kohlendioxyds wird demgegenüber aber noch entscheidend erhöht,
wenn das Wasser nach der zweiten Methode direkt an Stellen unterhalb der Bodenoberfläche
in den Boden eingebracht wird. In jedem Fall kann den Pflanzen somit auch bei längeren
Pausen zwischen zwei Gießvorgängen, z.B. bei nur wöchentlichem Gießen, aus dem Erdboden
aufsteigendes Kohlendioxydgas über eine lang Zeit in zur
Düngung
ausreichender Menge zugeführt werden. Dieses langsam aus dem Erdreich freiwerdende
Kohlendioxyd entspricht weitgehend den Vorgängen in der Natur, bei denen ebenfalls
erdbündiges Kohlendioxydgas ständig und in begrenzten Mengen aus dem Erdreich freigegeben
und von unten her den Spaltöffnungen an den Unterseiten der Blätter angeboten wird.
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Das neue Verfahren und die neue Anordnung lassen sich damit nicht
nur bei Kulturen anwenden, bei denen das Atmosphärenvolumen der Kulturbereiche auf
engstem Raum begrenzt und nach außen abgedichtet ist, obwohl das neue Verfahren
und die neue Anordnung auch für diese Anwendung wesentliche Vorteile bringen.
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Die neue Vorrichtung ist außerordentlich einfach und kostengünstig
herzustellen und zu installieren und ist ebenfalls einfach und kostengünstig im
Betrieb, Es kann dabei auf übliche Kohlendioxydgaslagerflaschen zurückgegriffen
werden.
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Bei der Hochdruckimprägnierung fällt auch ein Anteil an chemisch an
das Wasser gebundenes Kohlendioxyd als Kohlensäure an, was sich günstig auf die
notwendige Ansäuerung des Bodens auswirkt. Es werden dadurch große Menge an Torfmull
oder anderen Ansäuerungsprodukten eingespart.
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Der Speicherungseffekt des Erdbodens bzw. des von dem Erdboden aufgenommenen
imprägnierten Wassers für Kohlendioxyd kann noch dadurch gesteigert werden, daß
man wesentliche Teile
der Imprägnierungsanordnung in den Erdboden
versenkt und so in Wärmekontakt mit dem umliegenden Erdreich bringt. Dies ist insb.
von Vorteil bei Verwendung in Gewächshäusern. Ublicherweise entspricht die Gießwassertemperatur
etwa der Raumtemperatur im Gewächshaus. Durch die Versenkung wenigstens des Gießwasserdruckspeichers
in das Erdreich wird das Gießwasser auf Temperaturen einge Grad niedriger als die
Temperatur der Gewächshausatmosphäre abgesenkt4 Dadurch erhält man bei gleichen
Drücken eine noch bessere stabilere Imprägnierung des Gießwassers mit Kohlendioxydgas
und bei Entspannung unter Gewächshausatmosphäre wird die Gasabgabe reduziert. Eine
Wiedererwärmung des Gießwassers nach der Imprägnierung ist auch dann nicht erforderlich,
wenn man das Gießwasser entsprechend der vorgeschlagenen Methode direkt in das Erdreich
an Stellen unterhalb der Bodenoberfläche einbringt, wo die gegenüber der Gewächshausatmosphäre
etwas niedrigere Temperatur keine Nachteile für die Kulturpflanzen mit sich bringt,
da dies den natürlichen Verhältnissen entspricht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Darstellung
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, I In der schematischen Figur ist mit
1 ein offener Gießwasservorratsbehälter bezeichnet, in dem das Gießwasser bei normalem
Umgebungsdruck PO in Vorrat gehalten wird. Über eine Ansaugleitung 3 fördert eine
Speisepumpe 2 das Wasser über die Zuführungsleitung 4 in einen Vordruckbehälter
5, in dem über einem Wasservorrat 6 mit Hilfe eines Luftpolsters 7 ein vorbestimmer
Vordruck Pl aufrechterhalten wird, Der Vordruck wird einerseits durch die Pumpe
2 und andererseits durch ein Druckablaßventål 8 konstant gehalten. Aus dem Wasservorrat
6 kann das Gießwasser unter dem Vordruck Pl über das Speiseventil 10 und über ein
Rückschlagventil 12 einem rohrförmigen Hochdruckbehälter 15 zugeführt werden, dessen
Länge den Durchmesser um ein Mehrfaches übersteigt. Der langgestreckte, rohrförmig
Hoch-, druckbehälter 15 kann aus Edelstahl oder aus einem anderen, eine Schutzbeschichtung
aufweisenden Metall bestehen, und ist so ausgebildet, daß der Hochdruckbehälter
Innendrücke bis zu 20 bis 30 bar aushalten kann, Der Hochdruckbehälter 15 weist
einen Einlaßdiffuser 17 an einem Ende des zylindrischen Abschnittes 16 und am anderen
Ende eine Auslaßdüse 18 auf, An die Auslaßdü6e schließt sich eine ständig offene
Drosseleinrichtung, im dargestellen Beispiel eine Drosselstrecke 20 an, die über
einen Diffuser 22 und ein Absperrventil 23 an das Gießleitungssystem des Betriebes
angeschlossen ist. Bei Gießwasserentnahme herrscht in dem Gießleitungssystem 21
der für das Gießen notwendigeGießdruck P3. Der normale statische Druck P2 imHochdruckbehälter
15
liegt nur wenig höher als der Gießdruck P3 und geringfügig niedriger
als der Vordruck Pl in dem Vordruckbehälter 5.
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Wenn gegossen werden soll, wird über eine Programmsteuereinrichtung
ein Steuerbefehl ausgelöst, der über die Einrichtungen 11 und 24 die beiden Ventile
10 und 23 gleichzeitig öffnet und am Ende des Gießvorganges gleichzeitig schließt.
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Das chemisch reine Kohlendioxydgas wird in einer entsprechenden Lagerflasche
30 oder einem entsprechenden handelsüblichen Lagerbehälter unter einem sehr hohen
Lagerdruck P4 in Vorrat gehalten. Eine an den Lagerbehälter 30 angeschlossene Leitung
33 kann über das Ventil 31 mit dem Inneren des Behälters strömungsmäßig verbunden
sein und weist ein übliches Druckreduzierungsventil 32 auf. Zwischen der Leitung
33 und einer das auf einen vorbestimmten Druck P5 herabgespannte Kohlendioxydgas
dem Hochdruckbehälter 15 zu führende Leitung 37 ist ein Absperrventil 34 angeordnet,
Die Leitung 37 ist im Inneren des Hochdruckbehälters 15 mit einer sich vorzugsweise
über die ganze Länge des zylindrischen Abschnittes 16 erstreckenden Verteiler 38
verbunden, der über die Länge verteilt eine Mehrzahl von düsenartigen Austrittsöffnungen
39 für das Kohlendioxydgas aufweist.
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Die Anordnung ist so getroffen, daß der Druck P5 des herabgespannten
Kohlendioxydgases bei weitem höher liegt als der normale statische Druck P2 des
Gießwassers in dem Hochdruckbehälter 15. Der Druck P5 kann zwischen 5 bis 30bar
liegen
und wird je nach den Verhältnissen vorzugsweise auf einen
Wert zwischen 10 und 20 bar eingestellt.
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Wesentlich dabei ist, daß das Ventil 34 während der Entnahme von imprägniertem
Gießwasser, also während der Zeit, in der die Ventile 10 und 23 offen sind, mit
einer einstellbaren Frequenz nur impulsartig, also jeweils nur für kurze Zeit geöffnet
wird. Die Impulslänge kann zwischen einem Bruchteil einer Sekunde und mehreren Sekunden
eingestellt werden. Die Frequenz kann zwischen einen und 150 Impulsen/Min. liegen
und richtet sich nach der Impulsdauer und dem Imprägnierungsgrad und der Durchströmgeschwindigkeit
des Gießwassers im Hochdruckbehälter 15. Die Betätigungsvorrichtung 35 für das Ventil
34 wird durch einen Impulsgeber 36 gesteuert. Dieser ist wiederum zusammen mit den
Ventilbetätigungseinrichtungen II und 24 an die Programmsteuereinrichtung angeschlossen,
die nicht gezeigt ist.
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Um den Druckanstieg und den Druckabfall im Hochdruckbehälter 15 bei
der impulsartigen Zuführung des Kohlendioxydgases nicht zu steil werden zu lassen,
ist dem Hochdruckbehälter 15 ein Gassammeldom 45 als Druckausgleichsvorrichtung
zugeordnet. Es können bei größerer Länge des Hochdruckbehälters auch zwei oder mehr
als zwei Gassammeldome 45 vorgesehen sein. Das Druckausgleichs-Kohlendioxydvolumen
in dem Dom 45 kann durch ein EntlUftungssystem 46 einerseits und eine Druckzuftlhrungsleitung
47 mit Ventil 48 andererseits eingestellt werden, die an die Druckleitung 33 angeschlossen
ist. Um ferner zu verhindern, daß unzuverlässige Überdrücke in dem Hochdruckbehälter
15 auftreten,
ist eine Überdruckentlastungseinrichtung worgesehent
die die Drosselstrecke 20 Uberbrilckt. Hierzu ist ein Druckbegrenzungs ventil 40
vorgesehen, das über die Leitung 41 mit dem Gießleitungssystem 21 verbunden ist.
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Die Anordnung kann an jedes vorhandene Bewässerungssystem angschlossen
werden. Eine Vorratshaltung an imprägniertem Gießwasser ist nicht erforderlich.
Eine Beschädigung des Gießwassersystems ist nicht zu befürchten, da das imprägnierte
Wasser in dem Gießwassersystem nicht gespeichert zu werden braucht.
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Der Vordruckbehaälter 5 hat die Aufgabe, Druckstöße auszugleichen,
und zugleich eine Speicherfunktion für unter dem eine stellbaren Vordruck stehendes
Gießwasser zu erfüllen.
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Bei einem Gaseinleitungsimpuls schließt das Rückschlagentil 2.
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Das Wasser beginnt in dem Augenblick nachzuströmen, wo der Druck durch
den Druckgasimpuls auf einen Wert unter den Schließdruck des Rückschlagventils 12
absinkt. Die Gleichmäßigkeit der Imprägnierung wird im wesentlichen durch die Länge
des zylindrischen Teiles 16 des Hochdruckbehälters 15 bestimmt, Bei mehreren Gassammeldomen
auf dem HochdruckbehAlter 15 können diese über eine gemeinsame Leitung miteinander
verbunden sein.
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Die Drosselstelle 20 wird so eingestellt bzw. bemessen, daß entsprechend
der gewünschten Entnahme eine kontinuierliche Durchsatzleitung gewährleistet ist.
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Eingangsseitig kann der Hochdruckbehälter 15 auch an eine andere Druckwasserspeiseleitung,
z.B. an die Netzleitung angeschlossen werden. Durch Einstellung des Druckes, der
Impulsdauer und der Impulsfrequenz kann in dem Hochdruckbehälter 15 jeder gewünschte
Imprägnierungsgrad eingestellt werden.
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In der Praxis, insb. beim Einsatz im Gewächshausbetrieb ist der Vordruckbehälter
5, vorteilhafterweise aber auch der .noch druckbehälter 15 soweit in den Erdboden
eingelassen, daß durch Wärmekontakt zwischen diesen Teilen und dem umliegenden Erdreich
die Temperatur des Gießwassers einige Grad unter die Temperatur der Umgebungsatmosphäre,
z,B. der Gewächshausatmosphäre abgesenkt ist, bevor das Kohlendioxydgas unter hohem
Druck und impulsartig in das Gießwasser eingeleitet wird.
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Nach dem neuen Verfahren und mit der neuen Anordnung ist es möglich,
den Kulturboden der Pflanzen selbst als Speicher für das künstlich zugeführte Kohlendioxydgas
vorteilhaft einzusetzen.
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