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„ Unterirdische Bewässerung, Ausdehnung der Feuchtigkeit im Verhältnis zur Bodenbeschaffung und der Wasserzufuhr“.

Übersetzung aus dem Original einer Studie zum Thema „ Unterirdische Tropfbewässerung, Ausdehnung der Feuchtigkeit im Verhältnis zur Bodenbeschaffung und der Wasserzufuhr “. Durchgeführt durch die Agronomiefakultät der Universität von Alep, Postfach 11697, Alep/ Syrien. Verfasser Herr Dr. Talaat SAFAR. Und des Nationalen Instituts für agronomische Forschung (INRA)- Abteilung Bodenwissenschaft, Route de Saint-Cyr, 78026, Versailles Cedex/ Frankreich. Verfasser Herr Dr. René PROST Thema: „ Unterirdische Bewässerung, Ausdehnung der Feuchtigkeit im Verhältnis zur Bodenbeschaffung und der Wasserzufuhr“. Verfasser: Herr Dr. Talaat SAFAR Agronomiefakultät derUniversität von Alep, Postfach 11697, Alep/ Syrien Herr Dr. René PROST Nationales Institut für agronomische Forschung (INRA) – Abteilung Bodenwissenschaft, Route de Saint-Cyr, 78026, Versailles Cedex/ Frankreich I.

EINLEITUNG UND BEGRÜNDUNGEN A. Einleitung

Da der Wasserbedarf der Landwirtschaft ständig wächst und die Versorgungsmöglichkeiten in den halbtrockenen Regionen, insbesondere in Syrien, begrenzt sind, ist es notwendig, die Verwaltung der verfügbaren Wasservorräte zu verbessern um Wasser zu sparen und eine Versalzung der Böden zu mindern. Die unterirdische Tropfbewässerung stellt, im Falle von Obstplantagen, interessante Merkmale hinsichtlich der verwendeten Wassermengen und der Versalzungsrisiken dar. Sie ermöglicht: 1. Eine bedeutende Reduzierung des Wasserverlustes durch Verdampfung, und somit eine Senkung des Wasserverbrauchs sowie eine geringere Versalzung der Bodenoberfläche, 2. Den Einsatz von Pflug- oder Erntemaschinen, ohne vorher störende Bewässerungsgeräte entfernen zu müssen. Wasserersparnisse können erreicht werden, indem die Wasserzufuhr dem Bedarf der Pflanzen angepasst wird. Eine dem Pflanzenbedarf angepasste Wasserzufuhr, die nur die benötigte Wassermenge spendet, kann auch weitere Vorteile mit sich bringen, wie zum Beispiel: 1. Der Erhalt der physischen und chemischen Eigenschaften der Böden, 2. Eine Kontrolle der Versalzung. Diese Analyse veranlasste Syrien, wegen der knappen Wasservorräte, Forschungen hinsichtlich der Installation eines solchen Bewässerungssystems anzustellen. Seite 1 von 12

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B. Begründung In Frankreich ist die Verwendung der unterirdischen Tropfbewässerung relativ neu (Combres J.C. 1989; Vergniaud P. 1997). Diese Art der Wasserzufuhr wurde erfolgreich in Martinique in Zuckerrohrplantagen an Hanglagen getestet (Combres J.C. 1989) sowie in lehmhaltigen Böden (Vergniaud P. 1997). In anderen Länder ist die Technik weitverbreitet, besonders in den Vereinigten Staaten seit Ende der 80igerJahre unter dem Begriff Subsurface Drip Irrigation „SDI“ (Grattan, 1988 ; Bar- Josef , 1989; Rubelz 1989; Bogle 1989; Phene 1991, 1992, 1993, 1995 ; Oron 1991, 1999 ; Hernandez 1991 ; Smith 1991; Fulton 1991 ; Schwanki 1991 ; Schoneman 1992 ; Caldwell 1994 ; DeTar 1994, 1996 ; Dhuyvetter 1995 ; Lamm 1995, 1997, 1997 ; Thompson 1995 ; Therm and Van Bruggen 1995 ; Dhanapal 1995 ; Hanson 1995, 1997 ; Plaut 1996 ; ElGindy and El-Araby 1996 ; Gillerman 1996 ; Camp 1997, 1997, 1998, 1999 ; Howell 1997 ; Amali 1997 ; Subbarao 1997 ; Bell 1998 ; Ayars 1999 ; Coehlo and Or 1999 ; Segarra and Almas 1999 ; Smajstria 1999, 2000 ; Zoldoske 1999, Shock 2000 ; Suarez 2000 ; Trooien 2000) Die Autoren haben gezeigt, dass diese neue Bewässerungstechnik zahlreiche Vorteile bringt. Die unterirdische Tropfbewässerung ermöglicht Wasserersparnisse, indem die Bodenver dampfung reduziert wird. Außerdem wird damit ein größeres Volumen und eine größere Erdfläche befeuchtet, eine tiefere Verwurzelung der Pflanzen erreicht, und somit eine Versickerung des Wassers in Bodentiefe verlangsamt. Jedoch wurde dieses System nicht in ausreichend verschiedenen Bodenarten geprüft, um verschiedene Fragen zu beantworten, wie das Verlegen der Bewässerungsschläuche: Abstände zwischen den Schläuchen, Verlegungstiefe etc.. II. ZIELE Das Ziel ist, genaue Angaben bezüglich der Verlegung und der Handhabung des unter irdischen Tropfbewässerungssystems zu bringen. Die Verlegung der Schläuche (Tiefe, Abstände) im Boden (Bild 1) muss in erster Stelle der Bodenbeschaffung entsprechen. Die vorgeschlagene Vorgehensweise ist rein experimental. Sie besteht darin, die räumliche Ausdehnung der Befeuchtungszone rund um den porösen Schlauch (Bild 2) in verschiedenen Bodenarten zu beobachten. Das Ziel dieser Arbeit ist es, durch Experimente den Einfluss der Bodenart auf die seitliche Ausdehnung der Befeuchtungszelle rund um den porösen Schlauch zu definieren. Diese Frage ist essenziell, was eine entsprechende Verlegung der Bewässerungsschläuche betrifft: Abstand zwischen den Schläuchen, Verlegungstiefe der Schläuche...

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III. PRINZIP UND FUNKTION DES UNTERIRDISCHEN TROPFBEWÄSSERUNGSNETZES Die unterirdische Tropfbewässerung besteht darin, die Pflanze mit Wasser aus eingegrabenen porösen Schläuchen zu versorgen. Man muss also ein Netz von porösen Schläuchen verlegen. Mit diesem System werden die Schläuche zwischen 20 und 70 cm tief verlegt, je nach Pflanzenart. Die Pflanze ernährt sich im genauen Maße mit dem aus den porösen Schläuchen austretenden Wasser. Bedingt durch die Anziehungskraft tendiert das Wasser, in die Tiefe zu sinken, dagegen steigt das Wasser wegen der Kapillarität oberhalb der Schläuche. Das Wasser kann sich auch seitlich verteilen. Die Geschwindigkeit und die Ausdehnung dieser Verteilung hängen allerdings von der Bodenbeschaffenheit ab. IV. MATERIAL UND METHODEN Um die oben genannten Ziele zu erreichen, hat man die seitliche Ausdehnung der Befeuchtungszone um den Schlauch auf experimenteller Weise gemessen. Unter Berücksichtigung der Bodendichte und verschiedenen angegebenen Arbeitsbedingungen. Man hat dafür ein Plexiglasbecken von 10 x 50 x 100 cm benutzt in dem ein poröser Schlauch von 13/18 mm Ø verlegt wurde. Das Becken wurde mit einem Standartgemisch aus 2 mm dick gesiebter Erde (Bild 2) gefüllt. Der poröse Schlauch wurde dann mit Wasser gefüllt. Die seitliche Ausdehnung wird in verschiedenen Richtungen entsprechend der kleinen und großen Achse der Befeuchtungssphäre gemessen. Berücksichtigt wurden hierbei die Zeit und der Wasserdruck. Nach abgeschlossener Bildung der nassen Zellen, wurde der Erdblock in Scheiben geschnitten um daraus Erdmuster zu gewinnen, die hinsichtlich der jeweiligen Feuchte gemessen wurden. Das Experiment wurde mit verschiedenen Bodenarten und mit verschiedenen Einstellbedingungen gemacht (Wasserdruck im porösen Schlauch von 25 mb bis1000 mb, usw.). Die physisch/chemischen Eigenschaften der Böden sind in Tabelle 1 aufgeführt. Das Bild 3 und die Tabelle 2 stellen die festgestellten Wassermengen in den durchtränkten Materialien (2mm dick gesiebte Erde) entsprechen dem angewendeten Wasserdrucks (P) dar. Tabelle 1. physisch/chemische Eigenschaften der geprüften Böden

Ton %

Bodenstruktur Lehm % Sand %

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Tabelle 2 Wasserbestand (w) der durchtränkten Materialien (2mm- gesiebte Erde) je nach Druck (P) und maximaler Große der mit Wasser gefüllten Poren.

Diese im Labor durchgeführten Experimente sind ganz besonders nützlich, um unentbehrliche Werte für den Einsatz dieser Bewässerungsart vor Ort zu sammeln. Man kann damit auch die Transfermechanismen von Wasser und Boden während der Bewässerung festlegen und auch die im Winter durchzuführenden Entsalzungsarbeiten definieren. V. ERGEBNISSE UND BESPRECHUNG A. Eigenschaften der getesteten Schläuche Die im Labor getesteten porösen Schläuche der Marken ECOPORE und TUPOREX werden von der Firma ITEP International hergestellt. Sie bestehen aus Gummipulver (gewonnen aus gebrauchten recycelierten Reifen) und aus Polyäthylen. Dank ihrer porosität schwitzen sie das Wasser unter niedrigem Druck (25 mb) und mit auf der ganzen Länge gleichbleibende

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Intensität aus. Die Tabelle 3 und das Bild 4 zeigen den Vergleich zwischen diesen beiden Marken. Tabelle 3. Flussmenge (Q : Liter / Stunde / Meter) im Verhältnis zum angewendeten Druck bei den porösen Schläuchen der Marken ECOPORE und TUPOREX

B. Entstehung der feuchten Zone im Verhältnis zur Bodenbeschaffenheit Der im Labor durchgeführte Test mit einem Plexiglasbecken Maße 10 x 50 x 100 cm (Bild 2) ermöglicht eine erste Erfahrung mit der unterirdischen Bewässerung mit porösen Schläuchen „porous pipe“. Wir beobachteten somit die Entstehung der Feuchtzone bei zwei Druckwerten (25 und 50 mb) und 2 verschieden, dieser Bewässerungstechnik begünstigten Bodenarten (Tabelle 4 und Bilder 5 bis 8). Die jeweils genutzten Wassermengen wurden dank einer unterhalb des Beckens angebrachten Waage gemessen. Tabelle 4. Abgabemenge des porösen Schlauchs ECOPORE innerhalb und außerhalb des Beckens im Verhältnis zum angewendeten Drucks und der Bodenbeschaffenheit

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In der Tabelle 4 stellt man fest, dass der Schlauch im lehmhaltigen Boden ca. 33% weniger Wasser abgibt als außerhalb des Beckens. Das hängt mit dem um den Schlauch festhaftenden lehmhaltigen Boden während der Bewässerungszeit (6 bis 12 Std.) zusammen. Während der Bewässerung im Becken zwecks Beobachtung der Entstehung der Feuchtzelle ab dem in 40 cm Tiefe verlegenen Schlauchs, sieht man, dass sich das Wasser in horizontale und vertikale Richtung vom porösen Schlauch her ausbreitet. Das abgegebene Wasser bewegt sich durch die Kapillarität im Boden und bildet in geringer oder mittlerer Tiefe, je nach Bodenbeschaffenheit eine mehr oder weniger ausgedehnte Feuchtzone. (Bilder 5 bis 8), eine Sphäre wo die Pflanze ihre Wurzeln ausbreiten kann. Im ersten Falle (lehmhaltiger Boden) sichert die Bewässerung (bei Wasserabgabe von 2,03 und 2,80 l/h/m entsprechend einem Druck von 25 bzw. 50 mb) eine korrekte Oberverteilung des Wassers durch die Kapillarität mit Bildung einer runden Feuchtzone (Bilder 6 und 8). Das Wasser kann sich verteilen und die Wurzeln versorgen, steigt aber nicht bis zur Erdoberfläche. Somit wird eine Verdampfung vermieden. In zweiten Falle (sandhaltiger Boden) sichert die Bewässerung (bei Flussmengen von 3,03 und 6,00 l/h/m entsprechend einem Druck von 25 bzw. 50 mb) die Bildung einer verglichen mit dem ersten Falle (Tabelle 5) noch weiter ausgedehnte Feuchtzone. Außerdem wird der Boden in der Tiefe nass, da die Kapillarität in einem sandhaltigen Boden schwach ist (Bilder 5 und 7). Es ist wichtig, den Schlauch nicht so tief zu verlegen wie im ersten Fall mit einem lehmhaltigen Boden und eine schwächere Wasserabgabe einzustellen. Tabelle 5. Volumen der Feuchtzone (befeuchteter Boden), Angaben der Leerräume, Angaben der Wassermengen für beide Bodenarten im Verhältnis zur Wasserabgabemenge.

Zwei Faktoren beeinflussen die Verlegungsmethode der porösen Schläuche: Die Bodenart, insb. der Anteil an Feinpartikeln (Ton + Lehm) und die Wurzeltiefe der Pflanze.

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C. Feuchtigkeitsverteilung innerhalb der Feuchtzelle Um die Ausdehnung der Feuchtigkeit oberhalb und unterhalb des Schlauchs (d.h. in Höhe der Wurzelbildung) zu studieren wurden alle 5 cm Bodenproben entlang der befeuchteten Sphäre in 2 Richtungen, seitlich und senkrecht, entnommen. Diese Proben wurden 24 Stunden nach der Bewässerung entnommen. Die Bewertung der in beiden Fällen (lehmhaltiger und sandhaltiger Boden) festgestellten Angaben führen zu mehreren Ergebnissen: 1) Die unterirdische Tropfbewässerung mit porösen Schläuchen in einem Boden mit mittelgroßer Körnung (lehmhaltiger Boden) verursacht die Bildung einer Feuchtzelle die sich in fast konzentrischen Kreisen ausdehnt. Das Wasser bewegt sich weiter und bildet Ringe. An den Rändern der Feuchtzone, da wo die Wasserbewegung abnimmt, sind die Feuchtigkeitswerte leicht niedriger im Vergleich zur potenziellen Speicherkapazität des Bodens von 19,2 % (Bilder 6 und 8). 2) Im Boden mit mittlerer Körnung (lehmhaltig) sieht man eine Kapillarsteigerung oberhalb des Schlauchs. Dies scheint eine wichtige Rolle bei der Wasserversorgung der Pflanze zu spielen. Die maximale Ausdehnung der Feuchtzelle im lehmhaltigen Boden liegt zwischen 20 und 65 cm Tiefe nach 12 Bewässerungsstunden (Bild 8). Die Feuchtigkeitswerte übersteigen im allgemeinen leicht die Speicherkapazität. 3) Im Boden mit grober Körnung (sandhaltig) bildet die Wasserzufuhr (Bilder 5 und 7) keine Feuchtzelle mit Ausdehnungsringen, wie im lehmhaltigen Boden. Das Wasser versickert schneller unterhalb des Schlauchs und bildet einen größeren Nassraum (Tabelle 5): Außerdem ist der Boden unterhalb des porösen Schlauchs nasser, wo die Feuchtigkeitswerte die Speicherkapazität weit übersteigen. 4) Naturbedingt haben sandhaltige Böden eine verminderte Speicherkapazität (5,5%). Die bei jeder Bewässerung gespendeten Wassergaben müssen je nach Bodenbeschaffenheit angepasst werden. Will man also die unterirdische Tropfbewässerung optimieren, sollte man eher schwache aber regelmäßige Wasserabgabemengen empfehlen. Zu diesem Zweck ist es sinnvoll, Feuchtigkeitssonden anzuwenden um eine genaue Kontrolle des Wasserbedarfs in Boden zu überwachen. 5) Es entsteht ein Wassertransfer in nicht gesättigten Böden, insbesondere bei sandhaltigen Materialien. Dieser Transfer wird durch steigende Ausdehnungen gegen Ende der Bewässerungszeit verdeutlicht. In diesen lehmarmen (d.h. 5% oder weniger) aber sandhaltigen Materialien ist klar, dass einzig das Wasser, dank der Kapillarität, den Zusammenhalt sichert. Wasser ist das Bindemittel des Bodens.

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VI. SCHLUSSFOLGERUNG Seit ewiger Zeit bildet die Landwirtschaft quasi die einzige Ernährungsquelle der Menschheit. Sie ist ihre Überlebensgarantie. Deshalb muss sich der Mensch den klimatischen Bedingungen anpassen um die Landwirtschaft zu entwickeln. In Syrien beschäftigt man sich hauptsächlich damit, die Wasserprobleme für die Zukunft zu lösen. Diese Probleme sind jetzt schon beträchtlich. Die Wasserreserven erschöpfen sich und die Wüstenausdehnung macht sich bemerkbar. Die Tendenz wird zum ernsten Problem. Deshalb entwickeln sich allmählich Forschungen hinsichtlich neuer Techniken für die Bewässerung von größeren Erdflächen mit geringeren Wassermengen. Wir wurden auf die neue unterirdische Tropfbewässerung aufmerksam, denn diese Technik scheint uns am geeignetsten für trockene Gebiete. Während der Studie haben wir versucht, die Eigenschaften und die Funktion der porösen Schläuchen, sowie die Notwendigkeit einer exakten Verlegungsmethode zu verstehen. Diese neue Technik nennen wir „unterirdische Tropfbewässerung mit porösen Schläuchen“. Es wurde in 2 verschieden Bodenarten getestet. Dank der gesammelten Werte werden wir versuchen, die Abstände und Verlegungstiefe der Schläuche festzulegen. Das Bild 9 zeigt folgende Empfehlungen: -

Empfohlene Verlegungstiefe des porösen Schläuche 30-50 cm in lehmhaltigen Böden, 20-30 cm in sandhaltigen Böden.

-

Empfohlener Abstand zwischen den Schlauchreihen 40-80 cm in lehmhaltigen Böden, 50-90 cm in sandhaltigen Böden.

Diese Werte können die Pflanzen ausreichend mit Wasser versorgen. Notwendige Wasserersparnisse Da wir in mehr oder weniger ferner Zukunft immer mehr mit Wiederverwertung konfrontiert sein werden, muss man auch mit Wasser sparen. Deshalb ist die unterirdische Tropfbewässerung empfehlenswert, insbesondere die schwache aber regelmäßige Wasserzufuhr. Zu diesem Zweck ist es sinnvoll, Feuchtigkeitssonden anzuwenden um eine genaue Kontrolle des Wasserbedarfs in Boden zu überwachen. Diese Kontrolle kann automatisiert werden, wenn man elektronische Sonden einsetzt. Diese Technik kann die Bewässerungsfrequenzen optimieren und somit Wasserverluste verhindern.

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Diese Experimente im Labor dienen der Vorbereitung von Versuchen auf dem Feld mit Schläuchen, die so verlegt werden, das zwischen 2 bis 3 Liter pro Meter und Stunde abgegeben werden. Versuche müssen in den kommenden Jahren in mindestens zwei Richtungen stattfinden: -

Forschungen in Zusammenarbeit mit der INRA in Versailles/FR. durchführen mit dem Zweck einer These für den Titel „ Degree of Master “.

-

Einige Versuche auf dem Feld (bei den Landwirten) durchführen, was dazu beitragen könnte, diese neues Bewässerungstechnik bekannt zu machen, mit den dazu verbundenen Wasserersparnisse, unter der Voraussetzung jedoch, diese Technik zu beherrschen.

Diese Bewässerungstechnik kann interessant sein für entspreche Regionen mit trockenem Klima, für bestimmte Kulturen, insbesondere Baumplantagen im Vergleich zur oberirdischen Bewässerung mit Sprinkler. Jedoch muss darauf hingewiesen werden, dass unter Verwendung von Brackwasser, die Wasserzufuhr multipliziert werden soll, um den hohen Salzgehalt in Wurzelnähe durchzuspülen (SAFAR 1986) um die Zunahme vom Salzgehalt im Boden zu vermeiden. Syrien, als Wiege der Menschheit, ist nicht nur ein Forschungsgebiet für die Wissenschaft. Es ist ein Land mit reicher Bevölkerungsvielfalt, mit Kultur und Geschichte, mit natürlichen und industriellen Reichtümern, die nun gefördert werden sollten.

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