AT502035B1

AT502035B1 - Bewässerungssystem

Info

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

Description

2 AT 502 035 B1

Die Erfindung betrifft ein Bewässerungssystem für Pflanzen mit einer Bewässerungsanlage, das über ein Pumpsystem mit Wasser versorgt wird, wobei zumindest ein Teil des in dem Wurzelbereich der Pflanzen befindlichen Erdreiches zumindest ein Hydrogel aufweist, und das zumindest eine Hydrogel als Speichermittel für das über die Bewässerungsanlage zuführbare Wasser dient.

Die DE 33 28 098 A1 offenbart Mittel zur Verbesserung der Wasserhaltefähigkeit von Böden aus einer Bodenmasse mit einem als Wasserrückhaltemittel dienenden teilchenförmigen Polyelektrolyten.

Die SU 1 787164 A3 betrifft ein Verfahren zur Verbesserung von Sandböden und sandigen Lehmböden durch Zugabe von Kalkpulver und einem polymeren Hydrogel in vertikale Schlitze mit definierter Tiefe.

Die WO 91/13541 beschreibt eine Speichervorrichtung für Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, wobei ein Trägermaterial mit einem Feuchtigkeitsabsorber vermischt wird.

Jedes Bewässerungssystem in ariden und semiariden Gebieten sieht sich dem Problem der Bodenversalzung gegenüber, vor allem im Randbereich bewässerter Bereiche. Infolge fehlender Auswaschung der an der Bodenoberfläche durch kapillaren Aufstieg akkumulierenden Salze des Bewässerungswassers ist die Tendenz zur Bodenversalzung bei unterirdisch verlegten Bewässerungssystemen häufig größer als die Bodenversalzung bei Oberflächenbewässerung. Eine deutliche Ertragsverringerung ist die Folge. Oftmals haben sich schon nach kurzer Zeit die Salze zu einer für Nutzpflanzen toxischen Konzentration angereichert. Rekultivierungen versalzter Nutzflächen sind kostenintensiv und beinhalten Bodenaustausch, Ausbringen großer Mengen von Gips oder Ausschwemmen von Salzen durch große Wassermengen gepaart mit einem effektiven Drainagesystem. Auch Unterflur-Tröpfchen-Bewässerungssysteme können die Salzakkumulation nur für kürzere Zeit verringern.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Bewässerungssystem zu liefern, wobei der Effekt der Bodenversalzung im Vergleich zu herkömmlichen Bewässerungssystemen signifikant verringert wird und gleichzeitig die eingesetzten Wassermengen ebenfalls reduziert werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Bewässerungssystem der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass das Hydrogel aus der Gruppe der Tonmineralien ausgewählt ist.

Als Hydrogele werden wasserspeichernde, wasserunlösliche, organische oder anorganische Polymere bezeichnet, deren Moleküle chemisch oder physikalisch zu einem dreidimensionalen Netzwerk verknüpft sind. Somit sind Hydrogele Substanzen, die Wasser bis zur 400-fachen Menge ihres Gewichts aufnehmen können. Hydrogele werden unter anderem für hygienische Zwecke, beispielsweise in Windeln eingesetzt. Die Vorteile des Einsatzes von Hydrogelen in Kombination mit einem wassersparenden Bewässerungssystem liegen in der Bildung eines Bodenfeuchte-Reservoirs mit hoher Wasserhaltekapazität im Wurzelbereich der Pflanzen. Das Hydrogel besitzt zudem die Fähigkeit der Salzfixierung und minimiert den kapillaren Aufstieg des Wassers, wodurch die oberflächennahe Bodenversalzung entscheidend reduziert wird.

Als besonders geeignet haben sich Hydrogele aus Tonmineralien mit dem Hauptbestandteil Siliziumoxid erwiesen. Diese Hydrogele weisen ein hohes Salzfixierungsvermögen auf. In Kombination des Hydrogels mit einer Unterflur-Tröpfchen-Bewässerungsanlage ist dieses Bewässerungssystem aufgrund seiner Fähigkeit der Salzfixierung und seiner erhöhten Wassereinsparung besonders für aride und semiaride Gebiete geeignet. Des Weiteren bestehen diese Tonmineralien aus anorganischen Verbindungen, sodass diese keine Belastung für den Boden darstellen, sobald sie ihre wasserspeichernde Wirkung eingebüßt haben. Im Gegensatz hierzu müssen Hydrogele, die beispielsweise auf Polyacrylaten basieren, sorgfältig entsorgt werden, weil sie nicht biologisch abbaubar sind und auch nicht in den Boden integrierbar sind. 3 AT 502 035 B1

In einer bevorzugten Variante der Erfindung wird das Hydrogel in Pulverform dem Erdreich zugemischt. Aufgrund der intensiven Vermischung von Pflanzerde und Hydrogel ist eine besonders effiziente Speicherung des Wassers im Erdreich gewährleistet und der Pflanze steht über einen längeren Zeitraum ausreichend Feuchtigkeit zur Verfügung.

In einer alternativen Variante der Erfindung sind im Wurzelbereich der Pflanze wasserdurchlässige Aufnahmemittel für Aufnahme des Hydrogels oder eines Hydrogel/Pflanzerde-Gemisches vorgesehen. Da die Wasseraufnahmekapazität des Hydrogels sich aufgrund des Salzfixierungsvermögens mit der Zeit verringert, muss das Hydrogel nach einigen Jahren ausgetauscht werden. Bei mehrjährigen Pflanzen bedeutet dies ein aufwendiges Abgraben der oberen Erdschicht im Bereich der Pflanze. Ist jedoch das Hydrogel in geeigneten Aufnahmemitteln aus beispielsweise Jute oder anderen wasserdurchlässigen Materialien verwahrt und diese Aufnahmemittel im Erdreich versenkt, so kann auf einfachem Weg das Hydrogel ausgewechselt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Unterflur- Tröpfchen-Bewässerungsanlage aus einer Vielzahl von Schläuchen aus elastischem Material gebildet ist, wobei die Schläuche sichelförmige Wasseraustrittsstellen aufweisen. Diese Form der Bewässerungsanlage ist besonders flexibel und kann leicht an die Bedürfnisse der Pflanzungen angepasst werden. Aufgrund der sichelförmigen Einschnitte der Wasseraustrittstellen öffnen sich diese erst, wenn Wasser in die Schläuche gepumpt wird. So kann Wasser erst in das Erdreich gelangen, wenn der Wasserdruck innerhalb der Schläuche etwa 0,5 bar erreicht; bei diesem Druck gibt das elastische Material der Bewässerungsschläuche nach und die Wasseraustrittstellen öffnen sich ähnlich Poren. Auf diese Weise wird das Eindringen von Erdreich bzw. Pflanzenwurzeln, - ein häufiges Problem bei unterirdischen Bewässerungssystemen -, verhindert.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit zugehöriger Figur näher erläutert:

In einer bevorzugten Ausführung wird das erfindungsgemäße Bewässerungssystem bei der Bepflanzung von semiariden und ariden Gebieten mit einjährigen Pflanzen wie beispielsweise Tomaten, Bohnen und dergleichen eingesetzt Hierzu wird zunächst in das Erdreich eine Bewässerungsanlage verlegt. Als besonders geeignet hat sich dabei eine Unterflur-Tröpfchen-Bewässerungsanlage 1 erwiesen.

Die Unterflur-Tröpfchen-Bewässerungsanlage 1 besteht aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Schläuchen 2. Vorzugsweise werden die Schläuche in rund 40 cm Tiefe in den Boden eingebracht und über eine oder mehrere Pumpen mit Wasser versorgt. Die Wassereinspeisung in das Schlauchsystem kann beispielsweise über ein zentrales Rohr erfolgen, von welchem die Schläuche in paralleler Ausrichtung zueinander in einer Ebene zur Bodenoberfläche wegführen (nicht gezeigt).

Die aus elastischem Material gefertigten Schläuche 2 weisen Einschnitte auf, die als Wasseraustrittslöcher 5 fungieren. Die Wasseraustrittslöcher 5 sind sichelförmig geformt; diese Ausgestaltung der Wasseraustrittslöcher 5 hat den Vorteil, dass die Einschnitte sich erst ab einem in den Schläuchen 2 herrschenden Wasserdruck von 0,5 bar öffnen; bei Druckwerten unter 0,5 bar bleiben die Wasseraustrittsöffnungen 5 aufgrund des elastischen Materials der Schläuche 2 verschlossen. Auf diese Weise wird das Eindringen von Erde oder das Einwachsen von Pflanzenwurzeln in die Bewässerungsschläuche 2 im drucklosen Zustand verhindert und damit ein Verstopfen der Wasseraustrittslöcher 5 vermieden. Aufgrund des veränderlichen Querschnitts der Öffnungen in Abhängigkeit von dem Wasserdruck ist die Wasseraustrittsrate von 120 ml/h bis 2500 ml/h variierbar. Somit wird über die Wasseraustrittslöcher 5 dosiert Wasser an den Boden im Bereich 3 der Pflanzenwurzeln abgegeben.

Die Verlegtiefe der Schläuche 2 ist idealerweise derart gewählt, dass der Abstand zu dem 4 AT 502 035 B1

Wurzelbereich 3 der einzupflanzenden Pflanzen 4 etwa 5 bis 10 cm beträgt, um ein übermäßiges Versickern des Wassers zu vermeiden. Des Weiteren ist es besonders vorteilhaft, wenn der Abstand der Wasseraustrittslöcher 5 dem Abstand der Pflanzlöcher entspricht, wodurch ein Wasserverlust durch Versickern weiter verringert wird.

Nach Verlegung des Bewässerungssystems im Erdreich erfolgt das Ausheben von Pflanzlöchern, deren Größe von der Art der Pflanzung abhängig ist. In einer bevorzugten Variante der Erfindung wird das Pflanzloch mit einem wasserdurchlässigen Gewebe 6 wie beispielsweise Jute ausgekleidet. Nach Einsetzen der Pflanze 4 wird das Pflanzloch mit Substrat 7 aufgefüllt, wobei beispielsweise herkömmlicher Pflanzerde ein Hydrogel bevorzugt in Pulverform, d.h. in trockener, feinkörniger Form beigemengt wurde. Typische Einsatzmengen sind hierbei 1 - 2 kg Hydrogel / m3 Pflanzsubstrat.

Abschließend wird die Bodenoberfläche im Bereich der Pflanze 4 mit grobkörnigem Material 8, beispielsweise grobem Sand, einer Kieselschicht oder ähnlichem bedeckt. Diese Abdeckung verhindert durch Unterbrechung des Kapillarstroms die Verdunstung von Wasser an der Bodenoberfläche.

Erfindungsgemäß weist der Boden im Bereich 3 der Pflanzenwurzeln superabsorbierende Hydrogele auf. Als superabsorbierende Hydrogele werden jene Hydrogele bezeichnet, deren Wassergehalt in der hydratisierten Phase bei über 20% bezogen auf die eingesetzte Masse des Hydrogels liegt. Das Hydrogel weist eine hohe Wasseraufnahmekapazität auf, wobei das aus den Bewässerungsschläuchen 2 austretende Wasser in dem Substrat 7 gebunden wird und den Pflanzenwurzeln bei Bedarf zur Verfügung steht. Des Weiteren wird der kapillare Wasseranstieg an die Bodenoberfläche und damit die Verdunstung reduziert.

Durch die Kombination einer Unterflur-Tröpfchen-Bewässerungsanlage 1 mit der Verwendung von Hydrogelen als Wasserspeichermedium im Erdreich, wird der Wasserverlust der Bewässerungsanlage signifikant verringert, und den Pflanzenwurzeln steht über einen längeren Zeitraum Wasser zur Verfügung. Insbesondere von Vorteil ist hier, dass die Bewässerung des mit Hydrogel angereicherten Bodens in den Nachtstunden erfolgen kann, wenn die Evaporationsraten besonders niedrig sind. Während der evaporationsreichen Tagesstunden deckt die Pflanze 4 ihren Feuchtigkeitsbedarf aus dem Substrat 7. Somit werden die eingesetzten Bewässerungsmengen auf ein Minimum reduziert.

Jedes Bewässerungssystem, insbesondere in ariden und semiariden Gebieten, sieht sich mit dem Problem der Bodenversalzung konfrontiert. Aufgrund der Evaporation akkumulieren die im Bewässerungswasser enthaltenen Salze an der Bodenoberfläche; dieser Effekt tritt bei wassersparenden Systemen einschließlich der Unterflur-Tröpfchen-Bewässerungs-anlage 1 noch verstärkt auf, weil die Salze während der Bewässerung nicht ausgewaschen werden.

Im Gegensatz hierzu kann - insbesondere bei einjährigen Pflanzungen - auch Wasser mit hohem Salzgehalt verwendet werden, weil das Substrat 7 aufgrund des Hydrogels einen gewissen Entsalzungseffekt aufweist. Durch die Verwendung von beispielsweise Jutegewebe 6 als Auskleidung des Pflanzloches kann nach Ablauf der Vegetationsperiode der einjährigen Pflanze 4 das Erdreich/Hydrogel-Gemisch gemeinsam mit der abgestorbenen/abgeernteten Pflanze 4 einfach entnommen und durch unverbrauchtes Substrat ersetzt werden.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird das Hydrogel nicht direkt mit der Pflanzerde vermengt; stattdessen wird das Hydrogel oder eine Hydrogel/Pflanzenerde-Mischung in beispielsweise beutel- oder röhrenförmige Aufnahmemittel aus wasserdurchlässigen Material wie z.B.: Jute gefüllt und diese in das Erdreich in unmittelbarer Umgebung der Pflanze versenkt. Ist das Hydrogel verbraucht und weist nur noch eine geringe Wasseraufnahmekapazität auf, so kann das Aufnahmemittel auf einfache Weise wieder entnommen und das verbrauchte Hydrogel durch unverbrauchtes Hydrogel ersetzt werden. Diese Variante der Erfindung ist insbeson- 5 AT 502 035 B1 dere für mehrjährige Pflanzungen von beispielsweise Zitrusfrüchten von Vorteil, weil dabei nicht das komplette Erdreich im Bereich der Pflanzenwurzeln ausgetauscht werden muss.

Bei der Verwendung von ungeeigneten Hydrogelen kann die Bodenversalzung noch verstärkt 5 werden. So besitzen beispielsweise auf Polyacrylat basierende Polymerhydrogele eine sehr hohe Wasserhaltekapazität, weisen aber im Gegenzug eine höhere Konzentration an Kalium-(z.B. Stockosorb® von STOCKHAUSEN/DEGUSSA) oder Natrium-Ionen (z.B.: Hydrosorb® von BASF) auf. Beim Einsatz derartiger Hydrogele insbesondere in sauren Böden (pH-Wert < 7) kommt es zum Austausch von Natriumkationen des Hydrogels gegen Wasserstoffkationen des io Bodens. Dadurch wird die Versalzung des Bodens verstärkt. Als Folge der Versalzung sinkt der Ernteertrag deutlich, bis nach oft kurzer Zeit die Salzkonzentration im Boden einen für die Nutzpflanzen toxischen Bereich erreicht hat. Um versalzte Nutzflächen zu rekultivieren, sind kostenintensive Vorgangsweisen wie Bodenaustausch, Ausbringen großer Mengen von Gips oder Ausschwemmen von Salzen durch große Wassermengen in Verbindung mit einem effektiven 15 Drainagesystem notwendig.

Des Weiteren ist im Allgemeinen das Bewässerungsmanagement von Polyacrylat-Hydrogelen schwieriger zu steuern, weil aufgrund einer hohen Wasserrückhaltekapazität der Polyacrylat-Hydrogele die Pflanze das zur Verfügung stehende Wasser nur zu geringem Teil dem Hydrogel 20 entziehen kann.

In einer bevorzugten Variante der Erfindung kommen daher Hydrogele zum Einsatz, die auf Tonmineralien basieren und als Hauptbestandteil Siliziumoxid aufweisen. Eine typische Zusammensetzung eines derartigen Hydrogels, beispielsweise Betasoil™ kann der nachstehen-25 den Tabelle entnommen werden:

Tabelle 1: S1O2 30 Al203 Fe203 MgO CaO Na20 35 K20 C03 S (total) 50,0 - 53,0% 14,7-18,5% 3,0 - 6,5% 1,6-3,3% 1,4-3,4% 0,5 - 0,8% 0,3 - 2,2% 3,00% < 0,005%

Der Vorteil von auf Tonmineralien basierenden Hydrogelen liegt in ihrer erhöhten Fähigkeit der 40 Salzfixierung und der Minimierung des kapillaren Aufstiegs von Bewässerungswasser. Dadurch kann die oberflächennahe Bodenversalzung, ein wesentliches Problem bei der Bewässerung in ariden und semiariden Gebieten, entscheidend verringert werden.

Das oben angeführte Ausführungsbeispiel ist in nicht einschränkende Weise zu sehen. Insbe-45 sondere kann die Art der Bewässerung auf jede dem Fachmann bekannte Art ober-oder unterirdisch erfolgen. Des Weiteren ist die Anwendung von Hydrogel nicht auf Einzelpflanzen beschränkt; ebenso ist die Anwendung bei Rasenflächen erprobt. Hierbei werden rund 50 g Hydrogel / m2 Rasenfläche 5 -10 cm unterhalb der Oberfläche verteilt. Diese Art der Bewässerung ist vor allem für hochwertige Rasenflächen wie beispielsweise Golfrasen geeignet. Unter-50 suchungen haben des Weiteren gezeigt, dass die Keimfähigkeit von Samen um 25% erhöht wird, wenn etwa feinkörniges Hydrogel mit dem Samen vermengt und dieses Gemisch eingesät wird. 55

Claims

6 AT 502 035 B1 Patentansprüche: 1. Bewässerungssystem für Pflanzen (4) mit einer Bewässerungsanlage (1), das über ein Pumpsystem mit Wasser versorgt wird, wobei zumindest ein Teil des in dem Wurzelbereich 5 (3) der Pflanzen (4) befindlichen Erdreiches (7) zumindest ein Hydrogel aufweist, und das zumindest eine Hydrogel als Speichermittel für das über die Bewässerungsanlage zuführ-bare Wasser dient, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrogel aus der Gruppe der Tonmineralien ausgewählt ist. io 1. Bewässerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrogel in Pulverform dem Erdreich (7) zugemischt ist.
2. Bewässerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Wurzelbereich (3) der Pflanze wasserdurchlässige Aufnahmemittel zur Aufnahme des Hydrogels oder ei- 15 nes Hydrogel/Pflanzerde-Gemisches vorgesehen sind.
3. Bewässerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewässerungssystem eine Unterflur-Tröpfchen-Bewässerungsanlage (1) ist.
4. Bewässerungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterflur- Tröpfchen-Bewässerungsanlage (1) aus einer Vielzahl von Schläuchen (2) aus elastischem Material gebildet ist, wobei die Schläuche (2) sichelförmige Wasseraustrittsstellen (5) aufweisen.
5. Bewässerungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasseraus trittsstellen (5) sich bei einem in den Schläuchen (2) herrschenden, vordefinierten Wasserdruck öffnen. 30 Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 35 40 45 50 55