Das unterirdische Tropfsystem ist definiert als ein Bewässerungssystem, das den Boden als Mittel zur Wasserverteilung nutzt, wobei die Strahler unter der Bodenoberfläche in der Schicht positioniert sind, in der sich das Wurzelsystem der Pflanzen befindet.
In der Vergangenheit wurde bei hochwertigen Nutzpflanzen (Obstbäume und Zierpflanzen) eine unterirdische Tropfbewässerung eingesetzt. Mit der Weiterentwicklung der Herstellungstechnologie für die Komponenten dieses Systems verlängerte sich jedoch die Nutzungsdauer und daher begann man, es in Nutzpflanzen (Waren) mit geringerem Wert zu verwenden.
Die Langlebigkeit des Systems hängt von der Qualität des hydraulischen Projekts, der Systemimplementierung und einem angemessenen Management ab. Als nächstes werden wir einige relevante Punkte für die Gestaltung und Wartung eines unterirdischen Tropfsystems ansprechen.
Der Konflikt um Wasser ist einer der Faktoren, die Bewässerungsbetreibern in trockenen und halbtrockenen Gebieten am meisten Sorgen bereiten. Daher ist die Tropfbewässerung unter der Oberfläche eine praktikable Alternative zur Steigerung der Wassernutzungseffizienz. Im Allgemeinen liegt die Wassereinsparung in der Größenordnung von 40 %, da die oberflächliche Bodenschicht (0–15 cm) trocken bleibt, was die Wasserverdunstung erheblich reduziert.
Neben einer effizienteren Wassernutzung ist es möglich, die Stromkosten zu senken, die in den letzten Jahren für den Erzeuger teurer geworden sind. In diesem System ist es weiterhin möglich, Abwasser auf sichere Weise für Anlagen, Produzenten und Verbraucher wiederzuverwenden. Allerdings muss die Machbarkeit dieser Praxis für jedes Produktionsszenario beurteilt werden.
Die Anwendung von Düngemitteln, Insektiziden, Fungiziden, Nematiziden und Herbiziden unter Verwendung von Bewässerungswasser als Träger ist eine praktikable Technik für unterirdische Tropfsysteme, da sie die Effizienz sowohl der Verwendung als auch der Wirkung erhöht, da das Produkt nahe an den Wurzeln aufgetragen wird . Darüber hinaus verringert sich der Arbeitskräftebedarf und die Bodenverdichtung aufgrund des geringeren Maschinenverkehrs in der Region.
Unterirdisches Tropfen führt auch zu einem geringeren Auftreten von Blattkrankheiten und Unkräutern und verringert infolgedessen die Anzahl der Anwendungen und die damit verbundenen Kosten. Die Tropfrohre sind durch eine Erdschicht geschützt, wodurch die Beschädigung durch Sonneneinstrahlung und Schäden durch Kulturbehandlungen und Mechanisierung verringert wird, was zu einer Verlängerung der Nutzungsdauer der Geräte führt. Diese höhere Langlebigkeit der Geräte trägt auch zur Amortisation der Investitionskosten bei.
All diese Vorteile führen zu einer gesteigerten Produktivität. Diese Steigerung kann im industriellen Tomatenanbau 30 %, im Kaffee 50 % und im Zuckerrohr bis zu 12 Schnitte mit einer Produktivität von über 180 Tonnen/ha erreichen.
Andererseits weist dieses System einige Nachteile auf, darunter die höheren Investitionen in Wasserfiltersysteme zur Verhinderung von Verstopfungen. Die Wasserqualität kann ein limitierender Faktor sein und erfordert in manchen Fällen eine spezielle Behandlung, um die Bildung von Niederschlägen zu verhindern. Dadurch kommt es zu einer Zunahme spezieller Komponenten im Bewässerungssystem, was die Implementierungskosten erhöht.
Auf dem Feld bleibt die Oberflächenschicht des Bodens im Allgemeinen trocken und dies kann die Keim- oder Setzrate der umgepflanzten Setzlinge verringern, sodass Regen oder mobile Geräte zur künstlichen Wasseraufbringung erforderlich sind. Ein weiterer Faktor, der die Pflanzenentwicklung behindern kann, ist die Ansammlung von Salzen, die je nach Qualität des Bewässerungswassers über den Strahlern auftreten können.
Die Ausbringungsmengen der Emitter können die Fähigkeit einiger Böden zur Wasserumverteilung übersteigen. Dadurch kann Wasser über bevorzugte Wege an die Bodenoberfläche gelangen und unerwünschte nasse Stellen auf dem Feld verursachen. Ein weiteres Problem ist der feste Abstand zwischen den Bewässerungsleitungen und zwischen den Emittern, da er die Anzahl der Kulturen einschränkt, die für die Sukzession oder Fruchtfolge verwendet werden können.
Trotz der zahlreichen Vorteile ist die unterirdische Tropftechnik in Brasilien immer noch eine wenig genutzte Technologie, weshalb Techniker und Hersteller wenig Erfahrung mit diesem System haben. Daher ist es schwieriger und teurer, Konstruktionsfehler vor Ort zu beheben, da die Emittenten im Boden vergraben sind und das Problem häufig am Ende des Produktionszyklus einer Kulturpflanze auftritt.
Die Dimensionierungskriterien ähneln denen für das Oberflächentropfsystem, mit Ausnahme einiger obligatorischer Komponenten, die in das unterirdische Tropfsystem integriert werden müssen. Es ist wichtig hervorzuheben, dass das Projekt von einem ausgebildeten Fachmann durchgeführt werden muss, damit der Wasserbedarf der Kultur oder Gruppe von Kulturpflanzen, die nacheinander oder in der Fruchtfolge verwendet werden, entsprechend den Bodeneigenschaften und den Vorlieben des Landwirts gedeckt werden kann.
Unterirdische Tropfbewässerungssysteme erfordern eine gute Filterung. Das heißt, um eine gute Projektleistung und Langlebigkeit des Bewässerungssystems zu gewährleisten, ist es nicht empfehlenswert, die Kosten durch Wasserfiltrations- und -aufbereitungssysteme zu senken. Verstopfungsprobleme können in diesem System nur schwer oder gar nicht behoben werden.
Laut Hersteller von Tropfrohren muss, wenn das Bewässerungswasser mehr als 2 ppm Sand enthält, vor dem Hauptfilter ein Hydrozyklonfilter installiert werden, um den Sand zu extrahieren. Bei Feststoffen (Sand, Schluff und Ton) mit mehr als 100 ppm muss das Wasser ruhen, damit sich die Partikel absetzen können. Nach dem Hydrozyklon ist es wichtig, Sandfilter zu installieren, um Feststoffe effizienter zu entfernen. Und das letzte Filterelement (Sieb oder Scheiben) muss für jedes Emittermodell eine ausreichende Filterkapazität haben, die im Allgemeinen zwischen 140 Mesh und 200 Mesh variiert.
Die Wahl des Strahlerdurchflusses muss auf dem maximalen Wasserbedarf basieren. Im Allgemeinen weisen die meisten kommerziellen Durchflussraten und typischen Emitter- und Tropfleitungsabstände Ausbringungsraten auf, die über dem Referenzspitzenwert liegen (Evapotranspiration der Nutzpflanzen – ETc). Für dieses System werden Strahler mit höheren Durchflussraten empfohlen, da diese weniger anfällig für Verstopfungen sind und eine größere Flexibilität bei der Bewässerungsplanung ermöglichen.
Wenn andererseits Strahler mit höheren Durchflussraten gewählt werden, muss möglicherweise die Länge der Seitenleitung reduziert werden, um eine gute Gleichmäßigkeit aufrechtzuerhalten. Und je nach Bodenart kann es zu Gegendruckproblemen kommen, die im Allgemeinen bei schweren Böden mit geringer hydraulischer Leitfähigkeit auftreten, und der Druck, der dem Emitter entgegenwirkt, erschwert das Entweichen von Wasser oder bevorzugte Wege im Boden sogenannte „Schornsteine“, sehr häufig in sandigen Böden und/oder mit Rissen.
Die zur Dimensionierung der Seitenleitungen empfohlene Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit variiert zwischen 0,3 m/s und 0,6 m/s. Für unterirdische Tropfsysteme ist es möglich, Werte nahe 0,6 m/s anzunehmen, da mit einer höheren Austrittsgeschwindigkeit eine bessere allgemeine Reinigung der Materialien erreicht werden kann.
Am Ende der Seitenleitungen ist es wichtig, Rohre und Ablassventile zu installieren, um eine ausreichende Reinigung des Systems zu gewährleisten. Ist die Nutzung des automatischen Systems nicht möglich, müssen manuelle End-of-Line-Geräte installiert werden. Diese Komponenten müssen jedoch so dimensioniert sein, dass sie den normalen Systemprozess nicht wesentlich beeinflussen. Es ist wichtig, die Seitenleitungen gleich groß zu dimensionieren und somit Schwankungen im Betriebsdruck zu vermeiden.
Wenn es um die automatische Endreinigung von Leitungen geht, empfiehlt es sich, das Ablassventil in der Mitte der Reinigungsleitung einzubauen, da dies zur Reduzierung von Druckverlusten beiträgt und daher die Wahl eines Rohrs mit kleinerem Durchmesser möglich ist zu dieser Zeile.
Im Allgemeinen wird für die Auswahl des Durchmessers der Reinigungsleitung ein Wert von mindestens 25 % des Gesamtquerschnitts der Tropfleitungen angenommen, sodass die Strömungsgeschwindigkeit der Seitenleitung etwa 0,3 m/s beträgt, was akzeptabel ist für das Projekt.
An den höchsten Punkten der Reinigungsleitungen müssen Doppelwirkungsventile installiert werden, um ein Zerdrücken der Tropfleitung und das Ansaugen von Erde durch die Emitter bei Unterdruckbedingungen zu verhindern und das Ausstoßen der Luft aus allen erdverlegten Rohrleitungen zu erleichtern. Darüber hinaus sind Saugstrahler empfehlenswert, um das Ansaugen des Bodens zu verhindern.
Um das unterirdische System ordnungsgemäß zu reinigen, muss das Pumpenaggregat so dimensioniert sein, dass es ausreichend Druck und Durchflusskapazität bietet, um Abfälle aus dem kritischsten Bereich zu entfernen. Daher ist es wichtig, Tropfrohre mit guter Beständigkeit zu wählen, um dem Reinigungsdruck standzuhalten, und am Anfang der Sektoren Druckregelventile zu verwenden, um einen normalen Betriebsdruck zu gewährleisten.
Der beste Weg, ein unterirdisches Tropfsystem mit guter Bewässerungseffizienz über viele Jahre aufrechtzuerhalten, besteht darin, vorbeugende Maßnahmen zu ergreifen, d. h. ein Projekt in angemessener Größe und Umsetzung. Ebenso wie der Einkauf von Qualitätsmaterial.
Es gibt im Land tätige Unternehmen, die auf dem Markt für örtliche Bewässerung eine Referenz darstellen. Sie verfügen über fortschrittliche Technologien in Tropfrohren, die das Vertrauen der Hersteller in die Einführung unterirdischer Tropfsysteme stärken. Zu den Strahlertechnologien gehören: Schutz vor Wurzeleindringen, selbstkompensierende Strahler und ein Anti-Siphon-Mechanismus, der verhindert, dass Erdpartikel in den Tropfer gelangen.
Allerdings verfügen nicht alle Produzenten über die finanziellen Mittel, hochwertige Materialien einzukaufen. Daher werden wir einige Praktiken zur Bewertung des Bewässerungssystems, routinemäßiges Management zur Verhinderung von Verstopfungen und wirksame Maßnahmen zur Beseitigung von Verstopfungen vorstellen.
Im Allgemeinen garantieren Tropfleitungshersteller eine Gleichmäßigkeit von 90 %. Einer der Hauptnachteile des unterirdischen Systems ist jedoch die Schwierigkeit, die Gleichmäßigkeit der Wasserverteilung durch die Strahler nach deren Installation zu beurteilen. Bei herkömmlicher Vorgehensweise, dem Einsammeln der Klinge, wird es sehr mühsam, da Gräben ausgehoben werden müssen, was diese Praxis in produktiven Gebieten undurchführbar macht.
Die Installation von Manometern direkt nach dem Motorpumpensatz, am Anfang der Sektoren und in den Reinigungsleitungen zur täglichen Überprüfung des Systemdrucks ist eine praktikable Strategie zur Anzeige des aktuellen Status des Systems und ermöglicht es dem Bediener, Probleme im System zu erkennen Motorpumpen, Sauglecks und Hauptleitung sowie mögliche Verstopfungen (Erhöhung des Betriebsdrucks) oder Undichtigkeiten in den Tropfrohren (Abnahme des Betriebsdrucks).
Eine andere Möglichkeit, verstopfte Strahler zu erkennen, wäre die Überprüfung von Pflanzen mit schlechtem Wachstum oder Ausfällen auf dem Feld oder durch UAV-Bilder, da die hohe räumliche Auflösung eine Visualisierung der Heterogenität der Kultur ermöglicht.
Das für unterirdische Tropfsysteme empfohlene Routinemanagement ähnelt dem von Oberflächentropfsystemen und Mikrosprinklern. Örtliche Systeme sind ideal für die Automatisierung, allerdings ist die Anwesenheit des Bedieners im Bewässerungsbereich für die Erkennung von Problemen unerlässlich. Daher wird empfohlen, das Gebiet wöchentlich und/oder vor jeder Fertigation zu begehen, um nach möglichen Lecks (Oberflächennässe) zu suchen und, falls festgestellt, geeignete Verbindungen zu verwenden, um das Problem zu lösen.
Wöchentlich und/oder nach der Fertigation müssen die Tropfrohre gereinigt werden, indem das Ablassventil geöffnet und zehn bis 20 Minuten lang Wasser zugeführt wird, oder bis das Abwasser die gleiche Farbe wie das einströmende Wasser hat. Dies kann jedoch je nach Wasserqualität für jede Immobilie variieren. In bestimmten Fällen muss nach jeder Bewässerung eine Reinigung durchgeführt werden.
Die unterirdische Tropfbewässerung ist ein in Brasilien kaum genutztes System, und die Kosten für die Umsetzung sowie die mangelnde Erfahrung von Technikern und Produzenten stellen ein Hindernis für die Erhöhung der Zahl der mit diesem System bewässerten Gebiete dar. Das System wird häufig im Zuckerrohranbau und bei der Produktion von Weidesaatgut eingesetzt und zeigt ein deutliches Wachstum in bewässerten Gebieten für den Getreideanbau. Um dies zu erreichen, sind gute Projekte und ein korrektes Management erforderlich, um eine höhere Ernteproduktivität und eine längere Lebensdauer des Systems zu gewährleisten und so die Rentabilität seiner Nutzung zu erhöhen.
Um das Wurzelwachstum in den Emitterlöchern zu verhindern oder zu reduzieren, wird empfohlen, das Herbizid Trifluralin in einer Dosis von 100 ml/ha über Bewässerungswasser auf Zuckerrohrkulturen aufzubringen. Für den Kaffeeanbau empfiehlt sich die Anwendung zweimal im Jahr, einmal vor Wasserstress und einmal nach der Regenzeit. Bei Tomatenpflanzen wird die Anwendung zu Beginn des Zyklus für 20 bis 30 Minuten empfohlen.
Darüber hinaus werden einige Emitter bereits bei der Herstellung mit Trifluralin eingearbeitet oder können in die Filterkomponenten eingearbeitet werden. Die Verwendung von Phosphorsäure (15 mg/L) oder Chlor kann auch dazu beitragen, das Eindringen von Wurzeln zu verhindern oder dabei zu helfen, durch Wurzeloxidation teilweise verstopfte Emittenten zu beseitigen. Es ist zu beachten, dass die Beseitigung von Verstopfungen mit Chemikalien nicht immer möglich ist, insbesondere wenn empfindliche Pflanzen angebaut werden.
*Pro Edcássio Dias Araújo, Gustavo Henrique da Silva, Job Teixeira de Oliveira e Fernando França da Cunha, von UFV
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