WO1990007264A1 - Verfahren zur unterstützung des abbaues von hohen co2-anteilen der atmosphäre über kulturpflanzen in bodennahen bereichen - Google Patents

Verfahren zur unterstützung des abbaues von hohen co2-anteilen der atmosphäre über kulturpflanzen in bodennahen bereichen Download PDF

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WO1990007264A1
WO1990007264A1 PCT/EP1989/001079 EP8901079W WO9007264A1 WO 1990007264 A1 WO1990007264 A1 WO 1990007264A1 EP 8901079 W EP8901079 W EP 8901079W WO 9007264 A1 WO9007264 A1 WO 9007264A1
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water
plant
plants
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atmosphere
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PCT/EP1989/001079
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French (fr)
Inventor
Alexander Kückens
Horst Köhl
Original Assignee
Technica Entwicklungsgesellschaft Mbh & Co. Kg
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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G7/00—Botany in general
    • A01G7/02—Treatment of plants with carbon dioxide

Definitions

  • the invention relates to a method for enhancing the breakdown of excessive CO 2 fractions from near-surface areas of the atmosphere.
  • the aim of the invention is to create the possibility of counteracting the increasing content of CO 2 in the atmosphere with simple and inexpensive means.
  • This object is achieved in that the absorption capacity of plants, in particular of younger plants, for CD 2 contained in excess in the atmosphere in a biocatalytic and / or enzymatic way is increased compared to the normal, plant-specific absorption capacity, in particular by at least once the root area irrigated per growing season, and the water used for this purpose is enriched with traces of CO 2 and H 2 CO 3 so that the water has a plant-specific and depending on the soil properties, a predetermined CO 2 content up to a maximum of about 0.5 g / Liters of water and H 2 CO 3 up to a maximum of about 0.015 g / liter of water.
  • the method according to the invention is therefore not only particularly useful for plants in arid or dry areas, but also offers the advantages in temperate zones, provided that it concerns soils which, as is widely the case with old cultivated soils all show an impoverishment of humus.
  • the method according to the invention is for all plants, including trees, bushes, or the like. Suitable for non-cultivated areas as well as for all crops in agriculture. The more spacious the process is used, the greater the effect on the reduction of excess CO 2 from the atmosphere. Young plants with a high level of sponsorship of biomass are particularly suitable.
  • the root growth is favorably influenced both in terms of root length and in terms of the proportion of fine roots.
  • the volume of the soil from which the plant can absorb nutrients is also significantly expanded.
  • H 2 CO 3 in the irrigation water makes the minerals present in or into the soil available to plants by ionization.
  • the plants treated in this way also prove to be more resistant to disease pressure and pest infestation. There are - if necessary at all - pesticides or the like. Treatment agents are usually only required in significantly reduced quantities.
  • the enrichment of the water with CO 2 is preferably controlled so that the proportion of CO 2 is between 0.05 and 0.5 g / liter of water. If one knows the plant-specific dependence of the root grows around the content of the irrigation water in CO 2 or can easily determine it, the upper limit of the content of CO 2 and H 2 CO 3 in the water can be controlled depending on the condition of the soil so that the increase of root growth has reached or just exceeded a maximum value.
  • the supply of CO 2 into the impregnation zone can be regulated continuously and continuously by monitoring the observance of a narrowly limited, plant-specific pH value which is optimally adjusted to positive and negative ionization products in the water.
  • the pH can be set in a range between 5.5 and 7.5 - preferably between 6.0 and 7.0. It should be noted that it is not nutrient salts as such, but only their ionization products that are available to the plants. The ionization of such nutrients depends on the pH value.
  • the carbonic acid contributes to the ionization of all important Add nutrients and trace elements by providing the necessary H + ions.
  • the processes can be further favored by adding small amounts of water to the water depending on its chemical nature and the nature of the soil of one or more of the trace elements from the group Mn, Mg, Zn and Fe 2 .
  • Evaporation film must pass through the carbon dioxide if it wants to get inside the plant to trigger photosynthetic effects.
  • the laws of the solution of carbon dioxide in water apply here, i.e. no longer those of the atmosphere.
  • carbonic acid, H 2 CO 3 and their dissociation forms, chemically dissolved, while the carbon dioxide remains physically bound and thus exerts a buffering effect.
  • the low temperature of the evaporation film favors absorption capacity and binding of the physically dissolved carbon dioxide.
  • the CER factor can thus also be controlled by the plant.
  • the amount of CO 2 supplied per liter of water is continuously and sensitively regulated depending on the nature of the water.
  • the basic amount of CO 2 can be roughly adjusted depending on the pressure or the amount of water flowing in, while the fine control of the CO 2 content takes place depending on the nature of the water in the sense described above.
  • the invention therefore presupposes that not only is impregnated with high precision, but that the water quality is continuously monitored by means of fine control so that the sources of error are minimized and the highest possible CO 2 binding takes place from the atmosphere.
  • Z. B the proportion of water in ionizable minerals and trace elements. These can buffer part of the impregnated carbon dioxide, making it difficult to achieve a correct setpoint for CO 2 binding.
  • the water has a different pH value, which in turn is influenced by the CO 2 supplied and the chemical bonding of H 2 CO 3 triggered thereby.
  • the invention provides that the impregnation device continually responds to fluctuations in the quality of the water and controls the dangers of an overdosing and underdosing of CO 2 .
  • the pH of the water is only slightly lowered, with the nature or quality of the water being taken into account to a high degree.
  • the target value for the base / acid content of the water is expediently set depending on the specific need of the crop plants for plant-available ionization products and / or also on the culture soil content of nutrient salts which are to be made available to plants by ionization.
  • control option here is so precise that even fluctuations in the nature or quality of water from the same water source can be taken into account and compensated for in the influence on the activation of the desired base / acid value.
  • the missing minerals and / or trace elements can be added to the water.
  • An important side effect of the use according to the new process is - at least in the area of crop plants intended for nutrients - that the plants are demonstrably enabled by the treatment of the plants with the process according to the invention to preferentially break down excess nitrogen compounds built into the biomass, so that the contamination of the nutrients with too much nitrogen compounds is markedly reduced, which makes expensive processes for eliminating the excess compounds from the nutrients (see fax copy, quality certificate of the Danish plant research).
  • Fig. 1 shows an apparatus for performing the method
  • Fig. 2 illustrates the leveling of the actual value to the desired value.
  • FIG. 1 shows a water supply line 1 through which the irrigation water is continuously fed to a CO 2 impregnation zone.
  • the impregnation zone is represented in FIG. 1 by an impregnation device 2.
  • This is e.g. B. the already mentioned and known under the trademark "Carborain” impregnation device.
  • the device is connected via line 3 to a CO 2 gas pressure source, not shown and indicated by the arrow 4.
  • a throttle valve or a feed nozzle 5 with a variable throttle or nozzle cross section is provided in line 3.
  • the cross-section is adjusted with the aid of a stepper motor 6, which is controlled by a control device 8 via line 7.
  • This has an input 9 connected to a probe 11 in line 1.
  • the probe can be a pH electrode, for example.
  • Another input 10 is provided for manual adjustment of the setpoint specification. Detailed instructions have already been given above for determining this setpoint. It is sufficient to point out that the setpoint can be determined plant-specifically and depending on the soil conditions
  • the probe 11 already shows the slightest changes in the pH of the impregnated water.
  • the control unit reacts sensitively to these values with control signals for the stepper motor, which continuously and sensitively controls the gas inflow cross-section of the valve or the throttle 5 controls.
  • the target value is activated in the manner shown in FIG. 2 by leveling the actual value to the set target value.
  • the leveling process takes place quickly and with great accuracy.
  • a quantity measuring device can be provided in line 1, which actuates a valve 15 for rough control of the gas supply via control device 8.
  • a impregnation zone can be connected to the impregnation zone, which provides the water impregnated with CO 2 bubbles with a sufficient dwell time, thereby causing the volume of any gas bubbles to pass through
  • the grain yield was 87.8 dt / ha
  • the straw yield 87.8 dt / ha and thus the C content in the entire biomass was 7480.56 kg / ha.
  • the grain yield was 92.7 dt / ha and 92.7 dt / ha for the straw yield, or a C content in the biomass of 7898.04 kg / ha.
  • the additional yield of carbon in the biomass is 417.48 kg.
  • the amount of carbon originally introduced into the irrigation water by the CO 2 (2.25 kg / ha) was only 0.61 kg.
  • the proportion of 417.48 kg of carbon corresponds to 1531 kg / ha of CO 2 , which the plants treated according to the invention removed more than untreated plants from the surrounding atmosphere. Corresponding a factor of 684, based on the CO 2 content in the irrigation water.
  • water was irrigated with 300 m 3 of water / ha.
  • the CO 2 content of the water was set at 0.25 kg / m 3 .
  • the CO 2 values measured in the root area were on average only about 0.01 to 0.02 g / liter below the initial values. For comparison, an area of the same area was irrigated with the same amount of water, but without CO 2 .
  • the invention results from
  • CO 2 can also be used from exhaust gases, from internal combustion engines, and such exhaust gases can be collected to a sufficient extent and introduced into water tanks.
  • the factor by which the plants break down an additional volume of CO 2 from the atmosphere compared to the CO 2 used in the irrigation water can be up to a thousandfold depending on the type of plant.

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Abstract

Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem man die Aufnahmefähigkeit von Pflanzen für in der Atmosphäre in Übermaß enthaltenem CO2-Gas biokatalytisch und/oder enzymatisch steigert, indem man wenigstens einmal pro Wachstumsperiode bewässert und über das Wasser Spuren von CO2 und H2CO3 insb. in den Wurzelbereich der Pflanzen einbringt, und zwar in einem pflanzenspezifischen und von Boden- und Wasserbeschaffenheit abhängigen, optimalen Umfang.

Description

Verfahren zur Unterstützung des Abbaues von hohen
CO2- Anteil en der Atmosphäre über
Kul turpflanzen in bodennahen Bereichen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstärken des Abbaues von überhöhten CO2 Anteil en aus bodennahen Bereichen der Atmosphäre.
Es ist bekannt, daß die grünen Pflanzen in dem als Photosynthese bekannten Prozeß mi t Hilfe des Sonnenlichts und des Chlorophylls aus CO2 und H2O Kohl ehydrate bilden. Nach Berechnungen werden so jährlich etwa 275 Milliarden Tonnen CO2 in organische Verbindungen überführt und eine äqui val ente Menge lebenswichtigen O2 freigesetzt .
Auf der anderen Sei te ist es bekannt, daß die von Menschen verursachte CO2- Konzentration der Atmosphäre jährlich zunimmt und zwar um etwa 1 ppm.
Trotz dieses zunehmenden CO2 Angebotes sterben Wälder und sind Kul turpflanzen wei thin verringerter Wi derstandsfähigkei t gegen Krankhei ten ausgesetzt . Die Gründe hierfür, die hier nicht im einzelnen dargelegt werden können, liegen zum beachtlichen Teil in der Ignorierung unterschiedlicher Gesetze, nämlich des Verhal tens von CO2 in der Atmosphäre und im Wasser und in der erhöhten Belastung der Atmosphäre durch Schwefel- und Salpetersäure und deren störende Einfl üsse sowohl auf einen ausgewogenen CO2- Biokreislauf, als auch auf die Effektivität der photosynthetischen Prozesse.
Während man klein- und großtechnisch bereits wirksam bestimmte Anteile von Abgasen ausfiltern kann, bevor sie in die Atmosphäre gelangen, sind entsprechende Mögl ichkeiten zum Eliminieren von CD2 aus Abgasen nicht in Sicht.
Um die CO2- Zunahme in der Atmosphäre abzubremsen, ist die Erhebung besonderer Steuern für die Erzeuger von CO2 in Abgasen vorgeschlagen worden, um diese Maßnahmen zu erzwingen, die den CD2-Ausstoß verringern. Um den Überschuß an CO2 aus der Atmosphäre abzubauen, ist in USA der Vorschlag gemacht worden, großflächig aufzuforsten, da man weiß, daß junge Bäume eine wesentlich höhere photosynthetische Akti vität entwickeln, als dies bei ausgewachsenen Bäumen der Fall ist. Vorgeschlagen von amerikanischen Wissenschaftlern wurde ebenfalls, solche Bäume einzulagern, um durch Dzcidation nicht erneut die CO2.-— Speicher z akti vieren. Konkrete Lösungen für das CD2- Überschußproblem sind jedoch faktisch nirgends in Sicht.
Es ist seit langem bekannt, daß man bei Kulturpflanzen höhere Erträge durch Begasung mit CO2 (in Glashäusarn) oder durch Besprühen oder Spritzen mit CO2-haltigem Wasser (Freilandkulturen) erzielen kann. Hier geht es Jedoch nur um die gezielte Beeinflussung des Ertrags und damit um die Verbesserung de Wirtschaftlichkeit im Gartenbau und in der Landwirtschaft.
Demgegenüber ist es Ziel der Erfindung, die Möglichkeit zu schaffen, dem zunehmenden Gehalt von CO2 in der Atmosphäre mit einfachen und preiswerten Mitteln entgegenzuwirken.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man die Aufnahmefähigkeit von Pflanzen, insbesondere von jüngeren Pflanzen, für in der Atmosphäre in Übermaß enthaltenem CD2 auf biokatalytischem und/ oder enzymatischem Wege gegenüber der normalen, pflanzenspezifischen Aufnahmefähigkeit steigert, indem man insbes. den Wurzelbereich wenigstens einmal pro Wachstumsperiode bewässert, und das dazu verwendete Wasser mit Spuren an CO2 und H2CO3 so anreichert, daß das Wasser bei Erreichen des Wurzelbereichs einen pflanzenspezifischen und von der Bodenbeschaffenheit abhängigen, vorbestimmten Gehalt an CO2 bis maximal etwa 0,5 g/Liter Wasser und an H2CO3 bis maximal etwa 0, 015 g/Liter Wasser aufweist.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn man auch vor allem solche Pflanzen oder in solchen Gebieten bei bzw. in denen eine Bewässerung normalerweise nicht üblich oder nicht notwendig ist, wenigstens einmal pro Wachstumsperiode bewässert.
Das Verfahren nach der Erfindung ist daher nicht nur für Pflanzen in ariden oder trockenen Gebieten besonders sinnvoll, sondern bietet die Vorteile auch in gemässigten Zonen, sofern es sich um Böden handel t, die, wie dies weithin bei al ten Kulturböden der Fall ist, vor allem eine Verarmung an Humus zeigen.
Das Verfahren nach der Erfindung ist für alle Pflanzen, einschließlich Bäume, Büsche, oder dgl . in nicht-bewirtschafteten Bereichen ebenso wie für all e Kul turpflanzen in der Landwirtschaft geeignet. Je graßräumiger das Verfahren eingesetz wird, umso größer ist die Wirkung für den Abbau von CO2- überschüssen aus der Atmosphäre. Besonders geeignet sind junge Pflanzen mi t ohnehin hoher Pate an Aufbau von Biomasse.
Vergl eichsversuche haben ergeben, daß durch Einsatz des Verfahrens nach der Erfindung von den behandel ten Pflanzen CO2-_. aus der Atmosphäre in unwahrscheinlich hohem Umfang mehr entnommen und in Biomasse umgesetzt wurden, als Vergleichspflanzen, die zwar auch bewässert wurden, jedoch mit Wasser ohne gesteuerte Anreicherung mit Spuren von CO2 und H2CO3. Di e Vergleichsversuche ergaben eindeutig, daß das Mehr an Biomasse nicht direkt aus dem Kohl enstof fangebot des zugeführten Kohlendioxids stammen kann. Vielmehr können die erziel ten Zuwachsraten mi t der C bindenden Mehrproduktion nur über die photosynthetischen Prozesse der CD2- Assimilation entstehen, di e durch die Behandlung mi t dem Verfahren nach der Erfindung
ansreregt werden. Bei dieser Behandl ung sind somi t bi okatalytisch e oder bioenzymatische oder ähnliche Effekte wirksam, die sehr hohe Mul tiplikationsfaktoren - gegenüber dem eingesetzten CO2 - zur pflanzenspezifischen CO2- Aufnahmefähigkei t ausl ösen .
Wesentl ich für diesen Erfolg ist, daß insbes. der Wurzel bereich bewässert wird, da über physikalisch im Wasser gebundenes CO2- ein vorbestimmtes Verhäl tnis zum chemisch gebundenen H2CO3 entsteht. Diese Kohlensäure und ihre Dissoziationsprodukte üben insbes. über die Wurzeln erheblichen Einfl uß auf die Stoff Wechselprozesse der Pflanze, insbes. den Photosyntheseprozeß aus, wodurch di e biokataly tischen oder bi oenzyma tischen Einfl üsse in der aufgezeigten Weise praktisch zur Wirkung kommen, auch wenn noch nicht alle Details dieser physikalischen und/oder chemischen Vorgänge in der Pflanze wissenschaftlich erklärbar sind.
Hinzu kommt, daß mi t der CO2- und der H2CO3-Zufuhr mi t de m Gießwasser in den Wurzel bereich nachweisbar das Wurzel Wachstum sowohl bezüglich Wurzellänge als auch bezüglich der Anteil e der Feinwurzeln günstig beeinfl ußt wird. Dami t wird neben der Anregung der Photosynthese auch das Vol umen des Erdreichs, aus dem die Pflanze Nährstoffe aufnehmen kann, deutlich erwei tert. Eine wei tere Begünstigung ergi bt sich dadurch, daß H2CO3 i m Gießwasser die im Boden vorhandenen oder in den Boden eingebrachten Mineralien durch Ionisati on pflanzenverfügba r macht.
Es ist daher häufig möglich, soweit eine künstliche Düngung notwendig ist, mi t wesentlich geringeren Mengen an Düngemitteln die gleiche Wachstumsbegünstigung, wie bisher mit der vollen Düngemittelzugabe, zu erzielen, bzw. diese in stärkerem Umfang zu ersehließen.
Da durch das bessere Wurzelwachstum und die biokatalytische oder bicenzymatische Anregung der photosynthetischen Aktivitäten der Pflanze der Wuchs der Pflanze wesentlich kräftiger ist, erweisen sich die so behandelten Pflanzen auch widerstandsfähiger gegenüber Krankheitsdruck und Schädlingsbefall . Es sind — soweit überhaupt erforderlich - Pestizide oder dgl . Behandlungsmi ttel zumeist nur in wesentlich verringerten Mengen erforderlich.
Der Einsatz von CO2- erfolgt praktisch nur in Spuren, so daß der Kostenaufwand für das CO2 kaum ins Gewicht fäll t. Es kommt daher auch nicht so sehr auf mehr oder weniger geringe Verl uste an Kohl endioxid beim Imprägnieren des Wassers mit CD2- an. Das Wasser kann daher kontinuierlich oder diskontinuierlich mi t einem gegenüber dem Druck des zuströmenden Wassers geringeren Gasdruck, wie bei den unter dem Warenzeichen "Carborain " bekannten Imprägnierungsgeräten, oder auch mit leichtem Überdruck des Gases gegenüber dem Druck des Wassers erfolgen, so daß Imprägnierungsgeräte sehr wirtschaftlich eingesetzt werden können .
Bei der Wurzel bewässerung mit CO2-hal tigern Wasser wird der Gehal t an CO2 zweckmäßigerweise überwacht und in möglichst
engen Grenzen gehalten. Untersuchungen haben nämlich gezeigt, daß der photosynthetische Prozeß und das Wurzelwachstum empfindlich schon auf geringstes überschreiten des pflanzenspezifischoptimalen Gehalts an CO2 reagieren, und zwar im negativen Sinne.
Bevorzugt wird die Anreicherung des Wassers mit CO2 so gesteuert, daß der Anteil von CO2 zwischen 0,05 und 0,5 g/Liter Wasser liegt. Wenn man die pflanzenspezifische Abhängigkeit des Wurzel wachst ums vom Gehalt des Gießwassers an CO2 kennt oder leicht feststellen kann, kann die obere Grenze des Gehalts an CO2 und H2CO3 im Wasser in Abhängigkeit von der Bodenbeschaffenheit so gesteuert werden, daß die Zunahme des Wurzelwachstums einen Maximumwert erreicht oder gerade überschreitet.
Bei der kontinuierlichen Überwachung der Imprägnierung kann die Zufuhr von CO2 in die Imprägnierungszone kontinuierlich und stufenlos durch Überwachung der Einhaltung eines eng begrenzten, auf positive, wie ebenso auf negative Ionisationsprodukte im Wasser optimal abgestellten pflanzenspezifischen pH-Wert geregelt werden. Der pH- Wert kann dabei in einem Bereich zwischen 5,5 und 7,5 - vorzugsweise zwischen 6,0 und 7,0 - eingestellt werden. Dabei ist zu beachten, daß nicht Nährsalze als solche, sondern nur deren lonisationsprodukte den Pflanzen verfügbar sind. Die Ionisation solcher Nährstoffe ist abhängig vom pH- Wert. Bei dem Verfahren nach der Erfindung trägt die Kohlensäure zur Ionisation aller wichtigen Nährstoffe und Spurenelemente bei , indem sie die hierfür notwendigen H+-Ionen berei tstell t. Sie liefert mi t den verblei benden Dissoziationsformen aber auch wichtige Moleküle und Elemente für den gesamten Pflanzenaufbau bis hin zum Assimilat. Die Vorgänge können noch dadurch begünstigt werden, daß man dem Wasser in Abhängigkei t von seiner chemischen Beschaffenhei t und von der Bodenbeschaffenheit eines oder mehrerer der Spurenelemente aus der Gruppe Mn, Mg, Zn und Fe2 in kleinen Mengen zudosiert.
Die amerikanische Wissenschaft bezeichnet den CO2-Austausch der Pflanzen als CER, d. h. Carbondioxide Exchange Pate. Da die Funktion der Steuerung des CO2- Exchange-Faktors nicht bekannt ist, sei hierauf kurz erklärend eingegangen:
Auf der inneren Stomatamembran befindet sich ein Wasserveidunstungsfilm, der die allgemein bekannten pflanzenphysiologischen Wirkungen ausübt (Verdunstungseffekt) . Diesen
Verdunstungsfilm muß das Kohlendioxid, will es ins Pflanzeninnere zur Auslösung photosynthetischer Effekte gelangen, passieren. Hier gel ten, wie berei ts eingangs erwähnt, die Gesetze der Lösung von Kohlendioxid im Wasser, also nicht mehr diejenigen der Atmosphäre. Danach entsteht in einer gewissen Proportion Kohl ensäure, H2CO3 und deren Dissoziations formen und zwar chemisch gelöst, während das Kohlendioxid physikalisch gebunden blei bt und dadurch eine Pufferwirkung ausübt. Durch die niedrige Temperatur des Verdunstungsfilms werden Aufnahmefähigkei t und Bindung des physikalisch gelösten Kohlendioxids begünstigt.
Werden jetzt durch Aktlvierung der Photosynthese durch Spurenelemente, wozu auch die Dissoziationsformen der Kohlensäure gehören, höhere CO2-Anforderungen ausgelöst, so entsteht an der Transferstelle eine chemische Unterkonzentration. Durch
Vergrößerung dieses Konzentrationsgefalles wird die Aufnahme der Kohlensäure bzw. deren Dissoziatiansformen beschleunigt. Somit wird auch der CER-Faktor durch die Pflanze steuerbar.
Mit der optimierten CO2- Bewässerung kann zugleich auch gedüngt werden. Dabei werden nur Nährstoffe gedüngt, die im Boden nur minimal vorhanden sind. Das kann unter Umständen nur ein einziges Nähr- oder ein Spurenelement sein, wenn alle anderen Nährstoffe vorhanden sind. In diesen Fällen sind nur geringe Mengen CO2 notwendig, um den eingestellten pH-Sollwert kurzfristig zu erreichen. Es kann in einigen Fällen durchaus von besonderem Vorteil sein, vtenn das mit CO2 auf diese Weise imprägnierte Wasser den Aufnahmeorganen der Pflanzen, insbesondere im rhizogenen Bereich, im wesentlichen ständig zur Verfügung gestellt wird. Dies läßt sich mit den bekannten oberirdischen oder im Boden versenkt angeordneten Tropfchenbewässerungssystemen verwirklichen. Hierbei wird die Wasserzufuhr zu dem Wurzelbereich durch den Wasserbedarf der Pflanze mehr oder weniger selbsttätig geregelt. Es wird betont, daß auch in diesem Fall die pro Liter Wasser zugeführte Menge an CO2 ständig und feinfühlig in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Wassers stufenlos geregelt wird. Zur Durchführung des Verfahrens kann die Grundmenge an CO2 in Abhängigkei t von dem Druck oder der Menge des zuströmenden Wassers grob eingestellt werden, während die Feinsteuerung des CO2- Anteils in Abhängigkei t von der Beschaffenhei t des Wassers im zuvor beschriebenen Sinne erfolgt.
Aus der Patentliteratur, insbesondere aus den Patenten des Anmelders, geht hervor, daß berei ts Imprägnierungsgeräte auf dem Markt sind, z. B. "Carborain" (s. "Landscape &
Irrigation", Juli 1989, Sei te 118), die mit hoher Präzision Kohl endioxid in das Gießwasser dosieren. Eine dosierte Einstell ung mi t einer Genauigkeit von 100 mg/Li ter ist mit diesen Geräten durchaus möglich.
In Fachzei tschriften der verschiedensten Anwendungsbereiche, wo es besonders auf hohe Präzision ankommt, z. B. bei der Weinauffrischung, können die Geräte bisher nicht erreichte Genauigkei t erzielen . Somit wären die Anforderungen wie durch die Wissenschaft berei ts nachgewiesen
mi t den auf dem Markt vorhandenen Geräten erziel bar. Da aber sowohl die Bodenbeschaffenhei t und vor allem die Qualität des Wassers nie präzise eingehal ten werden kann, kann es trotz hoher Präzision zu einer über - oder Unterdosierung an CO2 im Wasser kommen. Hierbei können die Werte so verschoben werden, daß z. B. durch Überkonzentration negati ve Effekte auftreten können. Wird ferner berücksichtigt, daß erfindungsgemäß ein Mul tiplikationsfaktor zwischen 10 und 1000 eintritt in de Proportion zum eingesetzten wasserimprägnierten Kohlendioxid
und dem durch die Pflanze gebundenen CO2, werden ebenfalls geringe negative Einwirkungen über den Multiplikationsfaktor unverhältnismäßig stark vergrößert. Deshalb setzt die Erfindung voraus, daß nicht nur mir hoher Präzision imprägniert wird, sondern durch Feinsteuerung laufend die Wasserqualität so überwacht wird, daß die Fehlerquellen minimiert werden und somit die höchst mögliche CO2-Bindung aus der Atmesphäre erfolgt.
Besonders wichtig ist z. B. der Anteil des Wassers an ionisierungsfähigen Mineralien und Spurenelementen. Diese können einen Teil des imprägnierten Kohlendioxids puffern, wodurch das Erreichen eines richtigen Sollwertes an CO2-Bindung problematisch wird.
Gleichzeitig weist das Wasser einen unterschiedlichen pH-Wert auf, der wiederum durch das zugeführte CO2 und der damit ausgelösten chemischen Bindung von H2CO3 beeinflußt wird. Aus dem Grunde sieht die Erfindung vor, daß die Imprägnierungseinrichtung laufend auf Qualitätsschwankungen des Wassers eingeht und die Gefahren einer ϋber - und Unterdosierung an CO2- aussteuert. In der Regel wird der pH-Wert des Wassers nur geringfügig abgesenkt, wobei die Beschaffenheit oder Qualität des Wassers in einem hohen Maß berücksichtigt wird. Der Sollwert für den Base/Säuregehalt des Wassers wird zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von dem spezifischen Bedarf der Kulturpflanzen an pflanzenverfügbaren Ionisationsprodukten und/oder auch vom Gehalt des Kulturbodens an Nährsalzen abhängig eingestellt, die durch Ionisierung pflanzenverfügbar gemacht werden sollen. Es gibt inzwischen zahlreiche Untersuchungen über den pflanzenspezifischen CO2- H2CO3 -Bedarf. Ebenso bereitet es keine Schwierigkeiten, die Nährstoffbeschaffenheit des Badens zu ermitteln. Jeder dieser ermittel ten Werte kann einzeln oder auch gemeinsam für die Bestimmung des Soll werts herangezogen werden. Zur Berücksichtigung der Beschaffenheit des verwendeten Wassers kann zweckmäßigerweise der Säure/Base-Wert des imprägnierten Wassers laufend gemessen werden. Schon bei geringen Abweichungen von einem vorgegebenen Soll wert wird ein Schri ttmotor angesteuert, der den
Gasdurchtrittsquerschnitt einer Zuführungsdüse oder einer Zuführungsdrossel , über die das CO2-Gas der Imprägnierungszone zugeführt wird, verändert.
Die Steυerungsmöglichkeit hierbei ist so genau, daß selbst Schwankungen der Beschaffenheit oder Qualität von Wasser aus der gleichen Wasserquelle berücksichtigt und in dem Einfluß auf die Ansteuerung des gewünschten Base/Säure-Wertes kompensiert werden könnten.
Sollten Wasser und Boden von Haus aus nicht ausreichend ionisierbare pflanzennotwendige Bestandteile enthalten, können die fehlenden Mineralien und/oder Spurenelemente dem Wasser zudosiert werden.
Ein wichtiger Nebeneffekt der Anwendung gemäß dem neuen Verfahren ist - zumindest im Bereich von zu Nährmitteln bestimmten Kulturpflanzen - daß nachweisbar durch die Behandlung der Pflanzen mit dem Verfahren nach der Erfindung die Pflanzen befähigt werden, in der Biomasse im Überschuß eingebaute Stickstoff Verbindungen bevorzugt abzubauen, so daß die Belastung der Nährmittel mit zuviel Stickstoff Verbindungen in markanter Weise vermindert wird, was teure Verfahren erübrigt, die überschüssigen Verbindungen aus den Nährstoffen auszuscheiden (siehe Telefax-Kopie, Qualitätszeugnis der staatlich dänischen Pflanzenforschung).
Ferner ist bekannt, daß hiermit nicht nur gesundheitsschädliche Prozesse, ausgelöst durch hohe Nitratanteile, vermieden werden, sondern gleichzeitig wird die Bildung von Vitaminen gefördert und das äußere Pflanzengewebe verfestigt, so daß verschiedene Schädlinge durch eine verfestigte Oberfläche nicht penetrieren können.
Die Erfindung wird durch die beigefügten Zeichnungen und das darin ausgeführte Ausführungsbeispiel noch leichter verständlich.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens, während
Fig. 2 das Einpendeln des Ist-Wertes auf den gewünschten Soll wert veranschaulicht.
Die Figur 1 zeigt eine Wasserversorgungsleitung 1, durch die das Gießwasser einer CO2-Imprägnierungszone kontinuierlich zugeführt wird. Die Imprägnierungszone ist in Fig. 1 durch ein Imprägnierungsgerät 2 wiedergegeben. Dieses ist z. B. das bereits erwähnte und unter dem Warenzeichen "Carborain" bekannte Imprägnierungsgerät. Das Gerät steht über die Leitung 3 mit einer nicht gezeigten und durch den Pfeil 4 angedeuteten CO2- Gasdruckquelle in Verbindung. In der Leitung 3 ist ein Drosselventil oder eine Zuführungsdüse 5 mit veränderlichem Drossel- oder Düsenquerschnitt vorgesehen. Die Verstellung des Querschnitts erfolgt mit Hilfe eines Schrittmotors 6, der über die Leitung 7 von einem Steuergerät 8 gesteuert wird. Dieses weist einen mit einer Sonde 11 in der Leitung 1 verbundenen Eingang 9 auf. Die Sonde kann z, B. eine pH-Elektrode sein. Ein weiterer Eingang 10 ist zur manuellen Verstellung der SollwertVorgabe vorgesehen. Zur Ermittlung dieses Sollwertes sind voranstehend bereits ausführliche Hinweise gegeben. Es genügt, darauf hinzuweisen, daß der Sollwert pflanzenspezifisch und In Abhängigkeit von der Bodenbeschaffenheit bestimmt werden kann.
Die Sonde 11 zeigt bereits geringste Änderungen des pH-Wertes des imprägnierten Wassers an. Auf diese Werte reagiert das Steuergerät feinfühlig mit Steuersignalen für den Schrittmotor, der kontinuierlich und feinfühlig den Gaszustromquerschnitt des Ventils oder der Drossel 5 steuert.
Die Ansteuerung des Soll wertes erfolgt dabei in der in Fig. 2 gezeigten Weise durch Einpendeln des Ist- Wertes auf den eingestell ten Soll wert. Der Einpendel ungsvorgang vollzieht sich rasch und mit großer Genauigkeit.
Bei 16 kann ein Mengenmeßgerät in der Leitung 1 vorgesehen sein, das über das Steuergerät 8 ein Ventil 15 zur Grobsteuerung der Gaszufuhr betätigt.
An die Imprägnierungszone kann sich ausgangsseitig eine Peaktionsst recke anschließen, die dem mi t CO2-Bläschen imprägniertem Wasser eine ausreichend Verweilzei t zur Verfügung stell t, wodurch das Volumen etwaiger Gasblasen durch
Gasabsorption in nennenswertem Umfang abgebaut wird.
Wegen der geringen CO2-Anteil e ist es auch möglich, nur einen Teil strom des benötigten Wassers zu imprägnieren und diesen mi t den übrigen Wasseranteilen zu vermischen, und zwar so, daß das sich ergebende Mischwasser den gevrünschten Sollwert an CO2 annimmt. Auf diese Weise können mehrere hunderttausend Li ter Wasser pro Stunde für die Bewässerung mi t einfachen Mi tteln und unter genauer Einhal tung der Vorgabe für den CO2-Gehal t aufbereitet werden.
Als Beispiel werden folgende Versuchsergebnisse angeführt: 1. Winterweizen (Groß flächenversuch)
Boden: mittelsehwer
Nach Auflaufen der Saat wurde in Abständen von 2 bis 3 Wochen insgesamt fünfmal je 300 Liter/Wasser/ha beregnet. Soweit erforderlich, wurden dem Gießwasser übliche Fungizide in der herkömmlichen Dosierung beigemischt. Der Brutto-CO2-Einsatz für die Imprägnierung des Wassers betrug ca. 1,5 g/Liter. Durch Temperatur und Spritzverluste gelangten etwa 0,4 g/Liter oberirdisch auf die Pflanze.
Ergebnis:
Bei herkömmlicher Behandlung betrug der Kornertrag 87,8 dt/ha der Strohertrag 87,8 dt/ha und damit der C-Gehalt in der gesamten Biomasse 7480,56 kg/ha. Auf den nach dem Verfahren gemäß der Erfindung behandelten Flächen ergaben sich für den Kornertrag 92, 7 dt /ha und 92,7 dt /ha für den Strohertrag, oder ein C-Gehalt in der Biomasse von 7898, 04 kg/ ha. Der Mehrertrag an Kohlenstoff der Biomasse macht 417,48 kg aus. Im Vergleich dazu betrug der durch das CO2 (2,25 kg/ ha) ursprünglich in das Gießwasser eingebrachte Anteil an Kohlenstoff nur 0,61 kg. Der Anteil von 417,48 kg Kohlenstoff entspricht 1531 kg/ ha CO2, den die nach der Erfindung behandelten Pflanzen mehr als unbehandelte Pflanzen aus der umgebenden Atmosphäre entnommen haben. Das entspricht einem Faktor von 684, bezogen auf den im Gießwasser enthaltenen CO2- Anteil .
In diesem Fall ist die Bewässerung zur Hauptsache über oberirdische Pflanzenorgane erfolgt. Trotz der posi tiven Ergebnisse in bezug auf zusätzliche CO2-Bindung aus der Atmosphäre, konnte der Einsatz von Pflanzenschutzmitteln hal biert werden.
2. Futterzuckerrüben:
Boden : mi ttelsehwer
Nachdem die Rüben eine Blattlänge von etwa 10-15 cm entwickel t hatten, wurde mi t 300 m3 Wasser/ha bewässert. Der CO2-Gehal t des Wassers wurde auf 0, 25 kg/m3 eingestell t. Die im Wurzelbereich gemessenen CO2-Werte lagen durchschnittlich nur um etwa 0, 01 bis 0, 02 g/Li ter unter den Ausgangs werten. Zum Vergleich dazu wurde ein flächengleiches Feld mi t der gleichen Menge Wasser, jedoch ohne CO2 bewässert.
Bei Normal wasser ergab sich ein Pübenertrag von 717 dt /ha, ein Krautertrag von 475 dt /ha und so ein Kohlenstoffantei l in der Biomasse von 6294 kg/ ha . Die Werte für das nach der Erfindung behandel te Feld betrugen 900 dt /ha Püben, 600 dt /ha Kraut und für den Kohlenstoff 7950 kg. Da reines CO2 etwa 27% Kohlenstoff enthäl t, beträgt die über das Wasser zugeführte C-Menge etwa 20, 5 kg. Durch den Mehrertrag der behandel ten Pflanzen wurde ein Mehrertrag von 1556 kg Kohlenstoff in den Pflanzen gefunden. Diese haben also 6072 kg/ ha mehr an CO2 aus der Umgebungsatmosphäre aufgenommen, als die unbahandel ten Pflanzen . Bezogen auf die eingesetzte Menge an CO2 ergi bt sich ein Steigerungsfaktor von etwa 80. Nach vorliegenden Angaben werden in den USA ca . 20 Mill ionen Hektar Ackerland schon jetzt künstlich bewässert . Würden nur diese Flächen nach dem Beispiel der Futterzuckerrüben behandel t und erhiel te man dadurch ein Mehr an Biomasse von etwa 25%, so würden dadurch etwa 120 Millionen Tannen CO2 mehr aus der Atmosphäre in die Pflanzen eingebaut. Würde dieses Verfahren auch auf Felder ausgedehnt, die bisher nicht bewässert werden, ergäbe sich eine ungleich höhere Zahl .
Unbeachtet ist dabei der Nutzen geblieben, der bei Kul turpflanzen durch den Mehrertrag und durch Einsparung an Dünge- und chemischen Behandl ungsmi tteln und durch Verringerung anderer ökol ogischr Probl eme (Belastung des Grundwassers, Ni tratgehal t der zur Nahrung dienenden Pflanzen) zusätzl ich entsteht.
Qurch die Erfindung entsteht durch
Erhöhung der Ernteerträge auch gegenüber all en bisherigen Verfahren ein erhebl icher wirtschaftlicher Nutzeffekt . Wird dieser Nutzeffekt zur Oxidatlon von Kohlenstoff genutzt, so entsteht wiederum CO2 , das allerdings von NO2 und SO2 frei ist . Das bedeutet, daß der natürl iche CO2-Bi okreislauf nicht gestört wird, d. h. über den Regen kann CO2, wie im vorigen Jahrhundert, über Injektorwirkung an den Boden zurückgeführt werden.
Für di e Zwecke der Erfindung kann CO2 auch aus Abgasen, aus sol chen von Brennkraftmaschinen ausgenutzt werden, sowei t sol che Abgase im ausreichenden Umfang aufgefangen und in Wassertanks eingel ei tet werden können . Der Faktor, um den die Pflanzen gegenüber dem im Gießwasser eingesetzten CO2 ein zusätzliches CO2-Volumen aus aus der Atmosphäre abbauen, kann je nach Pflanzenart bis zum Tausendfachen liegen.

Claims

A n s p r ü c h e
Verfahren zur Unterstützung des Abbaues von hohen CO2- Anteilen der Atmosphäre über Kulturpflenzen in bodennahen Bereichen, dadurch
g e k e n n z e i c h n e t, daß man die Aufnahmefähigkeit von Pflanzen, insbesondere von jüngeren Pflanzen, für in der Atmosphäre in Übermaß enthaltenem CO2-Gas biakatalytisch und/ oder enzymatisch gegenüber der normalen, pflanzenspezifischen Aufnahmefähigkeit steigert, indem man die Kulturpflanzen wenigstens einmal pro Wachstumsperiode oberoder unterirdisch bewässert, und das dazu verwendete Wasser mit Spuren an CO2 und H2 CO3 so anreichert, daß dieses bei Erreichen der Aufnahmeorgane, insbes. des Wurzelbereichs, einen pflanzenspezifischen und von der Boden- und Wasserbeschaffenheit abhängigen, optimalen vorbestimmten
Gehalt an CO2 bzw. H2CO3 oder deren Dissoziationsform aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
g e k e n n z e i c h n e t, daß man vor allem auch solche Pflanzen oder Gebiete, bei denen bzw. in denen eine Bewässerung aus klimatischen Gründen normalerweise nicht üblich oder nicht notwendig ist, wenigstens einmal pro Wachstumsperiode bewässert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
g e k e n n z e i c h n e t, daß man dem Wasser in Abhängigkeit von seiner Qualität, d. h. Anteil von ionisationsfähigen Mineralien, und der Bodenbeschaffenheit zur Aktivierung der Photosynthese eines oder mehrere Spurenelemente, insbes. aus der Gruppe Mn, Mg, Zn, und Fe2 zufügt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
g e k e n n z e i c h n e t, daß die Anreicherung des Wassers mit CO2 so gesteuert wird, das das Wasser bei Erreichen oberoder unterirdischer Aufnahmeorgane der Pflanze einen mengenmäßigen Anteil an CO2 enthält, der einen optimalen Multiplikationsfaktor des zugeführten Kohlendioxids zur Aufnahme und Anlage der Pflanze zuläßt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
g e k e n n z e i c h n e t, daß die Ansteuerung des vorbestimmten CO2-Gehalts des Wassers bei Erreichen der pflanzlichen Aufnahmeorgane, insbesondere des Wurzelbereichs, durch Anreicherung des Wassers mit CO2 innerhalb einer CO2- Imprägnierungszone in Abhängigkeit von dem Druck und der chemischen Beschaffenheit des Wassers vorgenommen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
g e k e n n z e i c h n e t, daß man die obere Grenze deO Gehalts an CO2 und H2CO3 im Wasser bei Erreichen des Wurzelbereichs in Abhängigkeit von der Bodenbeschaffenheit auf einen pflanzenspezifischen Wert festsetzt, bei dem die Zunahme des Wurzelwachstums einen Maximumwert erreicht oder leicht uberschreitet.
7. Verfahren zum Steigern des Ernteertrags von FreilandFflanzenkulturen, insbesondere auf leichten Böden oder Böden in trockenen oder ariden Gebieten, dadurch
g e k e n n z e i c h n e t, daß man die Aufnahmefähigkeit der Pflanzen für CO2 aus der Atmosphäre und von Nährstoffen auf biokatalytischem und/oder enzymatischem Wege anregt, indem man oberirdisch, insbes. aber den Wurzelbereich der Pflanzen, während einer Wachstumsperiode einmal, mehrmals oder dauernd bewässert und das dazu verwendete Wasser mit Spuren an CO2 und H2CO3 anreichert, und zwar so, daß das Wasser kontinuierlich durch eine CO2- Imprägnierungszone geleitet wird, und daß die CO2-Gaszufuhr kontinuierlich und stufenlos über einen eng begrenzten, auf positive ebenso wie auf negative Ionisationsprodukte im Wasser optimal abgestellten, pflanzenspezifischen pH- Wert geregelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch
g e k e n n z e i c h n e t, daß der pro Liter Wasser aufgenommene Gehalt an CO2 auf einen Wert von maximal 0,5 g, vorzugsweise auf einen Wert von 0,05 - 0,3 g pro Liter eingesteuert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
g e k e n n z e i c h n e t, daß der pH-Wert in engen Grenzen auf einen Wert zwischen 5, 5 und 7, 5, vorzugsweise zwischen 6, 0 und 7, 0 geregelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch
g e k e n n z e i c h n e t, daß der Säure-Base-Wert des mit Spuren an CO2 angereicherten Wassers fortlaufend gemessen und schon bei geringen Abweichungen von einem pflanzenspezifischen Sollwert ein Schrittmotor zur Veränderung eines veränderlichen Gasdurchtrittsquerschnitts einer Zuführungsdüse oder einer Drosseleinrichtung, durch die das CO2 der Imprägnierungszone zugeführt wird, gesteuert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch
g e k e n n z e i c h n e t, daß die CO2-Gaszufuhr zu der Imprägnierungszone in Abhängigkeit von dem Druck des der Imprägnierungszone zuströmenden Wassers zunächst grob voreingesteuert wird, bevor die Feinsteuerung über den pflanzenspezifischen pH- Wert automatisch durchgeführt wird.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch
g e k e n n z e i c h n e t, daß mit der exakt gesteuerten Zufuhr von CO2, H2CO3 mit den zur vermehrten CO2-Bindung ausgelösten biokatalytischen Vorgängen im Überschuß eingelagerten Nährstoffspeieher, insbesondere vorhandene Nitratbestände, intensiv abgebaut werden.
PCT/EP1989/001079 1989-01-02 1989-09-18 Verfahren zur unterstützung des abbaues von hohen co2-anteilen der atmosphäre über kulturpflanzen in bodennahen bereichen WO1990007264A1 (de)

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