WO1990007265A1 - 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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WO1990007265A1
WO1990007265A1 PCT/EP1990/000001 EP9000001W WO9007265A1 WO 1990007265 A1 WO1990007265 A1 WO 1990007265A1 EP 9000001 W EP9000001 W EP 9000001W WO 9007265 A1 WO9007265 A1 WO 9007265A1
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water
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plants
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atmosphere
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PCT/EP1990/000001
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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 intensifying the breakdown of excessive CO 2 fractions from regions of the atmosphere near the ground.
  • 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 CO 2 contained in the atmosphere in excess 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 nature of the soil, predetermined CO 2 content - reaching a maximum of about 0.5 g - when reaching the root area / Liter of water and H 2 CO 2 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 in non-cultivated areas as well as for all crops in agriculture. The larger the process is used, the greater the effect on the reduction of excess CD 2 from the atmosphere. Young plants with a high rate of biomass build-up are particularly suitable.
  • biocatalytic or bioenzymatic or similar effects are effective, which trigger very high multiplication factors - compared to the CO 2 used - for the plant-specific CO 2 absorption capacity.
  • 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 the soil or introduced into the soil available to plants by ionization.
  • 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 growth on the content of the water in the CO 2 - or can easily determine, the upper limit of the content of CO 2 and H 2 CO 3 in the water can be controlled depending on the nature 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 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 on the soil quality of one or more of the trace elements from the group Mn, Mg, Zn and Fe 2 .
  • the amount of CO 2 supplied per liter of water is continuously and delicately regulated depending on the nature of the water.
  • the basic amount of CO 2 can be adjusted as a function of the pressure or the amount of the incoming water grab, while the fine control of the
  • the invention assumes 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 errors 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 end oxide, which makes it difficult to achieve a correct set point for CO 2 binding.
  • the water has a different pH value, which in turn is influenced by the added CO 2 and the chemical bond of H 2 CO 3 that was triggered at the same time.
  • the invention provides that the impregnation device continuously responds to fluctuations in the quality of the water and controls the dangers of an over- and underdosing of CO 2 .
  • the pH of the water is only slightly lowered, whereby the quality or quality of the water is taken into account to a high degree.
  • the target value for the base / acidity 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 content of the culture soil in nutrient salts which are made available to plants by ionization should.
  • each of these determined values can be used individually or together to determine the target value.
  • the acid / base value of the impregnated water can expediently be measured continuously. Even with small deviations from a specified target value, a stepper motor is activated, which
  • control options are so precise that fluctuations in the quality or quality of water from the same water source can be taken into account and compensated for by influencing the control 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 application according to the new method is - at least in the range of crop plants intended for nutrients - that the plants according to the invention are demonstrably enabled by the treatment of the plants with the nitrogen compounds incorporated in the biomass in excess preferably to be broken down, so that the load on the nutrient with too much nitrogen compounds is markedly reduced, which makes expensive processes to separate the excess compounds from the nutrients unnecessary (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 setpoint.
  • 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 "Car borain” 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 e.g. B. be a pH electrode.
  • 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 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
  • the control of the target value takes place 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 the device 1, which actuates a valve 15 for rough control of the gas supply via the control device 8.
  • an impregnation zone can be followed by an extraction section which provides the water impregnated with CO 2 bubbles with a sufficient dwell time, which causes the volume of any gas bubbles to pass through
  • the grain yield was 87.8 dt / ha
  • the straw yield 87.8 dt / ha On the areas treated by the method according to the invention, the grain yield 92.7 dt / ha and 92.7 dt / ha for the straw yield, or a C content in the biomass of 7893.04 kg / ha.
  • the additional yield of carbon of the biomass amounts to 417.48 kg.
  • the proportion 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.
  • 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 equal area was irrigated with the same amount of water, but without CO 2 .
  • CO 2 can also be used from exhaust gases, from internal combustion engines, provided that 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 - Anteilen der Atmosphäre über
Kul turpflanzen in bαdennahen Bereichen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstärken des Abbaues von überhöhten CO2 Anteil en aus bodεnnahen Bereichen der Atmosphäre.
Es ist bekannt, daß die grünen Pflanzen in dem als Photosynthese bekannten Prozeß mi t Hilfe des Sonnenlichts und des Chl orophylls aus CO2 und H2O Kohl ehydrate bilden. Nach Berechnungen werden so jährlich etwa 275 Milliarden Tannen CO2 in organische Verbindungen überführt und eine äqui valente Menge l ebenswichtigen O 2 freigesetzt .
Azf 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 Widerstandsfähigkei 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 Verhaltens von CO2 in der Atmosphäre und im Wasser und in der erhöhten Belastung der Atmosphäre durch Schwefel- und Salpetersäure und deren störende Einflüsse 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 ausfil tern kann, bevor sie in die Atmosphäre gelangen, sind entsprechende Möglichkeiten zum Eliminieren von CO2 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
CO2- 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 O xidation nicht erneut die CO2-Speicher zu akti vieren. Konkrete Lösungen für das CO2-überschußproblem sind jedoch faktisch nirgends in Sicht.
Es ist seit langem bekannt, daß man bei Kulturpflanzen höhere Erträge durch Begasung mit CO2- (in Glashäusern) oder durch Besprühen oder Spritzen mit CO2.--haltigerm Wasser (Freilandkulturen) erzielen kann. Hier geht es jedoch nur um die gezielte Beeinflussung des Ertrags und damit um die Verbesserung der 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 CO2 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 H2CO2 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 alle Kulturpflanzen in der Landwirtschaft geeignet. Je großräumiger das Verfahren eingesetzt wird, umso größer ist die Wirkung für den Abbau von CD2- ϋberschüssen aus der Atmosphäre. Besonders geeignet sind junge Pflanzen mit ohnehin hoher Rate an Aufbau von Biomasse.
Vergleichsversuche haben ergeben, daß durch Einsatz des Verfahrens nach der Erfindung von den behandelten 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 mi t Spuren von CO2- und H2CO3. Die Vergleichsversuche ergaben eindeutig, daß das Mehr an Biomasse nicht direkt aus dem Kohlenstoffangebot des zugeführten Kohlendioxids stammen kann. Vielmehr können die erzielten Zuwachsraten mit der C bindenden Mehrproduktion nur über die photosynthetischen Prozesse der CO2- Assimilation entstehen, die durch die Behandlung mi t dem Verfahren nach der Erfindung
angeregt werden. Bei dieser Behandl ung sind somi t biokatalytische oder bioenzymatische oder ähnliche Effekte wirksam, die sehr hohe Mul tiplikationsfaktoren - gegenüber dem eingesetzten CO2 - zur pflanzenspezifischen CO2 - Aufnähmefähigkei 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 H2 CO3 entsteht. Diese Kohl ensäure und ihre Dissoziationsprodukte üben insbes. über die Wurzeln erheblichen Einfl uß auf die Stoff Wechselprozesse der Pflanze, insbes. den Photosyntheseprozeß aus, wodurch die biokatalytisehen oder bioenzymatischen Einfl üsse in der aufgezeigten Weise praktisch zur Wirkung kommen, auch wenn noch nicht alle Details dieser physikal ischen und/oder chemischen Vorgänge in der Pflanze wissenschaftlich erklärbar sind.
Hinzu kommt, daß mi t der CO2- und der H2 CO3 -Zufuhr mi t dem 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 im Gießwasser die im Boden vorhandenen oder in den Boden eingebrachten Mineralien durch Ionisati on pflanzenverfügbar macht.
Es ist daher häufig möglich, sowei t eine künstliche Düngung notwendig ist, mi t wesentlich geringeren Mengen an Düngemitteln die gleiche Wachstumsbegünstigung, wie bisher mi t der vollen Düngemi ttel zugäbe, zu erzielen, bzw. diese in stärkerem Umfang zu erschließen.
Da durch das bessere Wurzelwachstum und die biokatalytische oder bioenzymatische Anregung der photosynthetischen Akti vitäten der Pflanze der Wuchs der Pflanze wesentlich kräftiger Ist, erweisen sich die so behandelten Pflanzen auch widerstandsfähiger gegenüber Krankhei tsdruck und Schädlingsbefall . Es sind - sowei t überhaupt erforderlich - Pestizi de 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 fällt. Es kommt daher auch nicht so sehr auf mehr oder weniger geringe Verluste an Kohlendioxid beim Imprägnieren des Wassers mi t CO2- an. Das Wasser kann daher kontinuierlich oder diskontinuierlich mit 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 be Wässerung mit CO2- hal tigem 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 Wachstums 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 Ionisationsprodukte 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 bereitstell t. Sie liefert mit 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 Abhängigkeit von seiner chemischen Beschaffenheit 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 WasserveidunstungsfiIm, 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 bereits eingangs erwähnt, die Gesetze der Lösung von Kohlendioxid im Wasser, also nicht mehr diejenigen der Atmosphäre. Danach entsteht in einer gewissen Proportion Kohlensäure, H2CO2 und deren Dissoziationsformen und zwar chemisch gelöst, während das Kohlendioxid physikalisch gebunden blei bt und dadurch eine Pufferwirkung ausübt. Durch die niedrige Temperatur des Verdunstungsfilms werden Aufnahmefähigkeit und Bindung des physikalisch gelösten Kohlendioxids begünstigt.
Werden jetzt durch Akti vierung der Photasynthese durch Spurenelemente, wozu auch die Dissoziations formen der Kohl ensäure gehören, höhere CO2 - Anforderungen ausgelöst, so entsteht an der Transferstell e eine chemische Unterkonzentration. Durch
Vergrößerung dieses Konzentrationsgefal les wird die Aufnahme der Kohlensäure bzw. deren Dissoziationsfarmen beschleunigt. Somi t wird auch der CER-Faktor durch die Pflanze steuerbar.
Mi t 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 Spurenel ement sein, wenn alle anderen Nährstoffe vorhanden sind. In diesen Fäll en sind nur geringe Mengen CO2 notwendig, um den eingestel l ten pH-Sol l wert kurzfristig zu erreichen. Es kann in einigen Fäl len durchaus von besonderem Vorteil sein, vrenn das mi t CO2 auf diese Weise imprägnierte Wasser den Aufnahmeorganen der Pflanzen, insbesondere im rhizogenen Bereich, im wesentlichen ständig zur Verfügung gestell t wird. Dies läßt sich mi t den bekannten oberirdischen oder im Boden versenkt angeordneten Tropfchenbewässerungssystemen verwirkl ichen. Hierbei wird die Wasserzufuhr zu dem Wurzel bereich durch den Wasserbedarf der Pflanze mehr oder weniger sel bsttätig geregel t. Es wird betont, daß auch in di esem Fall die pro Li ter Wasser zugeführte Menge an CO2 ständig und feinfühl ig in Abhängigkei t von der Beschaffenhei t des Wassers stufenlos geregel t wi rd . Zur Durchführung des Verfahrens kann die Grundmenge an CO2 in Abhängigkei t von dem Druck oder der Menge des zuströmenden Wassers grab eingestell t werden, während die Feinsteuerung des
CO2- Anteils in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Wassers im zuvor beschriebenen Sinne erfolgt.
Aus der Patentli teratur, insbesondere aus den Patenten des Anmelders, geht hervor, daß berei ts Imprägnierungsgeräte auf dem Markt sind, z. B. "Carborain" (s. "Landscape &
Irrigation", Juli 1989, Seite 118) , die mit hoher Präzision Kohlendioxid in das Gießwasser dosieren. Eine dosierte Einstellung mi t einer Genauigkeit von 100 mg/Liter 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 Genauigkeit 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 eingehalten 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 Multiplikationsfaktor zwischen 10 und 1000 eintritt in der Proportion zum eingesetzten wasserimprägnierten Kohlendioxid
und dem durch die Pflanze gebundenen CO2 , werden ebenfalls geringe negati ve Einwirkungen über den Mul tiplikationsfaktor unverhäl tnismäßig stark vergrößert. Deshal b setzt die Erfindung voraus, daß nicht nur mir hoher Präzision imprägniert wird, sondern durch Feinsteuerung laufend die Wasserquali tät so überwacht wird, daß die Fehl erquell en minimiert werden und somi t die höchst mögliche CO2- Bindung aus der Atmosphäre erfolgt.
Besonders wichtig ist z. B. der Anteil des Wassers an ionisierungsfähigen Mineralien und Spurenelementen. Diese können einen Teil des imprägnierten Kohl endi oxids puffern, wodurch das Erreichen eines richtigen Soll wertes an CO2- Bindung problematisch wird.
Gl eichzei tig weist das Wasser einen unterschiedlichen pH-Wert auf, der wiederum durch das zugeführte CO2 und der dami t ausgel östen chemischen Bindung von H2CO3 beeinfl ußt wird. Aus dem Grunde sieht die Erfindung vor, daß die Imprägnierungseinrichtung laufend auf Quali tätsschwankungen des Wassers eingeht und die Gefahren einer über- und Unterdosierung an CO2 aussteuert. In der Regel wird der pH-Wert des Wassers nur geringfügig abgesenkt, wobei die Beschaffenhei t oder Quali tät des Wassers in einem hohen Maß berücksichtigt wird. Der Soll wert für den Base/Säuregehal t des Wassers wird zweckmäßigerweise in Abhängigkei t von dem spezifischen Bedarf der Kul turpflanzen an pflanzenverfügbaren Ionisationsprodukten und/oder auch vom Gehal t des Kul turbodens an Nährsalzen abhängig eingestell t, di e durch Ionisi erung pflanzenverfügbar gemacht werden sol len. Es gi bt inzwischen zahlrei che Untersuchungen über den pflanzenspezifischen CO2- H2CO3- Bedarf.
Ebenso bereitet es keine Schwierigkei ten, die Nährstoffbeschaffenheit des Bodens zu ermitteln. Jeder dieser ermittelten 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 Schrittmotor angesteuert, der den
Gasdurchtrittsquerschnitt einer Zuführungsdüse oder einer Zuführungsdrossel, über die das CO2-Gas der Imprägnierungszone zugeführt wird, verändert.
Die Steuerungsmöglichkei t hierbei ist so genau, daß sel bst Schwankungen der Beschaffenhei t oder Quali tät von Wasser aus der gleichen Wasserquelle berücksichtigt und in dem Einfluß auf die Ansteuerung des gewünschten Base/Säure-Wertes kompensiert werden könnten.
Soll ten Wasser und Boden von Haus aus nicht ausreichend i onisierbare pflanzennotwendige Bestandteile enthal ten, können die fehl enden Mineralien und/oder Spurenel emente dem Wasser zudosiert werden.
Ein wichtiger Nebeneffekt der Anwendung gemäß dem neuen Verfahren ist - zumindest im Bereich von zu Nährmi tteln bestimmten Kul turpflanzen - daß nachweisbar durch di e Behandl ung der Pflanzen mi t dem Verfahren nach der Erfindung die Pflanzen befähigt werden, in der Biomasse im Überschuß eingebaute Stickstoffverbindungen bevorzugt abzubauen, so daß die Belastung der Nährmi ttel mi t zuviel Stickstoffverbindungen in markanter Weise vermindert wird, was teure Verfahren erübrigt, die überschüssigen Verbindungen aus den Nährstoffen auszuscheiden (siehe Tel efax-Kopie, Quali tätszeugnis der staa tlich dänischen Pflanzenforschung) .
Ferner ist bekannt, daß hiermi t nicht nur gesundhei tsschädli che Prozesse, ausgelöst durch hohe Ni tratanteil e, vermieden werden, sondern gl eichzei tig wird die Bildung von Vi taminen 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 Sollwert 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 "Car borain" 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 Sollwert. Der Einpendelungsvσrgang vollzieht sich rasch und mi t großer Genauigkei t.
Bei 16 kann ein Mengenmeßgerät in der Lei tung 1 vorgesehen sein, das über das Steuergerät 8 ein Ventil 15 zur Grobsteuerung der Gaszufuhr betätigt.
An die Imprägnierungszone kann sich ausgangsseitig eine Eeaktionsstrecke anschließen, die dem mi t CO2- Bläschen imprägniertem Wasser eine ausreichend Verweilzei t zur Verfügung stell t, wodurch das Vol umen etwaiger Gasblasen durch
Gasabsorption in nennenswertem Umfang abgebaut wird.
Wegen der geringen CO2 -Anteile ist es auch möglich, nur einen Teilstrom des benötigten Wassers zu imprägnieren und diesen mit den übrigen Wasseranteilen zu vermischen, und zwar so, daß das sich ergebende Mischwasser den gew ünschten Sollwert an CO2 annimmt. Auf diese Weise können mehrere hunderttausend Li ter Wasser pro Stunde für di e Bewässerung mi t einfachen Mitteln und unter genauer Einhaltung der Vorgabe für den CO2- Gehal t aufberei tet 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 7893, 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 enthal tenen
CO2- Anteil .
In diesem Fall ist die Bewässerung zur Hauptsache über oberirdische Pflanzenorgane erfolgt. Trotz der posi ti ven Ergebnisse in bezug auf zusätzliche CO2 - Bindung aus der Atmosphäre, konnte der Einsatz von Pflanzenschutzmitteln hal biert werden.
2. Futterzuckerrüben:
Boden : mi ttelschwer
Nachdem die Buben 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/Liter unter den Ausgangswerten. Zum Vergleich dazu wurde ein flächengleiches Feld mit der gl eichen Menge Wasser, jedoch ohne CO2 bewässert.
Bei Normal wasser ergab sich ein Rübenertrag von 717 dt /ha, ein Krautertrag von 475 dt/ha und so ein Kohlenstoffanteil in der Biomasse von 6294 kg/ha. Die Werte für das nach der Erfindung behandel te Feld betrugen 900 dt/ha Eüben, 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 behandelten 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 unbehandel 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 Millionen Hektar Ackerland schon jetzt künstl ich 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 Tonnen CO2 mehr aus der Atmosphäre in die Pflanzen eingebaut. Würde dieses Verfahren auch auf Felder ausgedehnt, die bisher ni cht bewässert werden, ergäbe sich eine ungl eich höhere Zahl .
Unbeachtet ist dabei der Nutzen gebl ieben, der bei Kul turpflanzen durch den Mehrertrag und durch Einsparung an Dünge- und chemischen Behandl ungsmi tteln und durch Verringerung anderer ökologischr Probl eme (Belastung des Grundwassers, Ni tratgehal t der zur Nahrung dienenden Pflanzen) zusätzl ich entsteht .
Burch di e Erfindung entsteht durch
Erhöhung der Ernteerträge auch gegenüber al len bisherigen Verfahren ein erheblicher wirtschaftl icher Nutzeffekt. Wird di eser Nutzeffekt zur Oxidation von Kohlenstoff genutzt, so entsteht wiederum CO2 , das all erdings von NO2 und SO2- frei ist . Das bedeutet, daß der natürliche CO2 -Biokreislauf nicht gestört wird, d. h . über den Segen 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, soweit 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
1. Verfahren zur Unterstützung des Abbaues von hohen CO2- Anteilen der Atmosphäre über Kulturpf lenzen 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 biokatalytisch 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 Dissczlationsform aufweist.
2. 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 des Gehalts an CQ2 und H2CD3 im Wasser bei Erreichen des Wurzelbereichs in Abhängigkeit von der Bodenbeschaffenheit auf einen pflanzenspezifischen Wert festsetet, bei dem die Zunahme des Wurzelwachstums einen Maximumwert erreicht oder leicht überschreitet.
7. Verfahren zum Steigern des Ernteertrags von FreilandPflanzenkulturen, insbesondere auf leichten Böden oder Böden in trockenen oder ariden Gebieten, dadurch
g e k e n n z e i o 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 Imprägnierungszene 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 NährstoffSpeicher, insbesondere vorhandene Nitratbestände, intensiv abgebaut werden.
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