Bewässerungslandwirtschaft in ariden / semiariden Gebieten

1. Bewässerungslandwirtschaftin ariden / semiariden Gebieten Probleme Nachhaltigkeit Methoden

2. Einführung • Konkurrenz der Wassernutzungssektoren • Steigende Bevölkerungszahlen • Ziel: Optimierung im Bereich Kulturpflanzen • 63% des Wassers für Bewässerung • Einsparpotenziale? • In Zukunft: more crop per drop

3. Wo wird bewässert?

4. Wo wird bewässert? • Vollarides Klima: Niederschlag < Verdunstung gilt für 10 bis 12 Monate im Jahr, unter 80 mm Abflusslosigkeit, niedrige Luftfeuchtigkeit • Flüsse verdunsten in ihrem Verlauf vollständig oder enden in abflusslosen Seen oder Salzpfannen • Im Mittel 5% des NS für Grundwasserneubildung

5. Wo wird bewässert? • Semiarides Klima: Niederschlag < Verdunstung gilt für 6 bis 9 Monate im Jahr • 250 mm – 500 mm • Halbwüstenartig • Mittlerer Gesamtabfluss ca. 7,5% des Niederschlags

6. Bedeutung der Bewässerung in trockenen Gebieten • Künstliche Bewässerung zur Ausnutzung des Sonnenreichtums • Bewässertes Land ist produktiver als unbewässertes • 20% der Nutzfläche werden zusätzlich bewässert, sind aber für 40% der Nahrungserträge verantwortlich stark zunehmender Einsatz von Bewässerungssystemen

7. Konsequenz • In einigen Regionen: Wasserverbrauch > Dargebot • Verhältnis Verbrauch zu erneuerbarem Wasserdargebot: Libyen 3,74 Jemen 1,47 Saudi Arabien 1,06 auf Kosten des Grundwasserspiegels Eine über die Erneuerungsrate hinaus gehende Wasserentnahme ist nicht nachhaltig!

8. Was ist nachhaltig? • Zugriff auf erneuerbare Wasserressourcen • Verhinderung von Bodenversalzung-, erosion und Desertifikation • Sparsamkeit / Effizienz im Umgang mit Wasser

9. Desertifikation/Wüstenbildung • wenn in Gebieten mit relativ trockenem Klima die natürlichen Ressourcen (Boden, Vegetation, Wasser) als Folge einer zu intensiven Nutzung durch den Menschen beeinträchtigt oder zerstört werden • Folgen: Vegetation verschwindet; Wassermangel; Böden erodieren, versalzen, versanden • inzwischen in 70 Prozent aller Trockengebiete (36 Millionen km², eine Fläche dreieinhalb Mal so groß wie Europa)

10. Desertifikation/Wüstenbildung

11. Bodenversalzung • betrifft 50% aller bewässerten Flächen in (semi-)ariden Gebieten Bedingt durch Salzanreicherung aufgrund der schlechten Qualität des Wassers Anstieg des Grundwasserspiegels a) Kumulation in tieferen Schichten b) Kapillarität leitet Wasser permanent an die Oberfläche, wo es verdunstet c) angehobener Grundwasserspiegel verhindert Auswaschung des Bodens 3. ineffiziente Drainagesysteme

12. BodenversalzungDrainage Systems / Entwässerung • Salinization Erhöhung der Salzkonzentration im Boden • 3,000 - 6,000 ppm salt trouble für gewöhnliche Kulturpflanzen • Absenkung des osmotischen Potentials des Bodens keine Wasseraufnahme mehr • Boden: größere Konzentration gelöster Stoffe, als Wurzel (“Verdünnung” durch Osmose schwierig)

13. BodenversalzungDrainage Systems / Entwässerung • Ionenimbalance • Überschuss an Natrium (kein K,Ca,N) •  Natriumchlorid größte Toxizität und größtes Vorkommen • Weitere:  Calciumchlorid,Magnesiumchlorid, Natrium- und Magnesiumsulfat • Schlechte Entässerung / keine wirkliche Durchspülung (nat. oder artificial) • Treatment: Durchspülen (Umweltschädigung?)

14. Waterlogging / RückstauDrainage Systems / Entwässerung

15. Optimale Bewässerung • feuchter, aber ungesättigter Boden • Bereitstellung des ermittelten Wasserbedarfs in der Wurzelzone • Punktuelles Bewässern vermindert Evaporation und Ausbreitung von Unkraut • Transport des Wassers über geschlossene Rohrleitungen high-frequency, on-site, low volume

16. Zur Effizienz • Conveyance efficiency: Wassermenge nach Transport / Wassermenge vor Transport • On-farm application efficiency: Aufgenommenes Wasser / Bewässerungsmenge

17. Zur Effizienz Häufige Werte: R + Ep + Es + Tw ≈ 20- 30% D≈ 30- 40% Tc ≈ 30- 50%

18. Zur Effizienz

19. EinsparpotentialeWie kann man die Verluste von 50- 70% reduzieren? • Auskleidung oder Verrohrung der offenen Zuleiter ( Verminderung der Versickerung oder Verdunstung) • Moderne wassersparende Bewässerungsmethoden • Verbesserung des Bewässerungsmanagements • Weniger wasseraufwendige Kulturen

20. EinsparpotentialeWie kann man die Verluste von 50- 70% reduzieren? • Sammlung und Rückführung des Dränwassers

21. BewässerungsmethodenUnterirdische Bereitstellung • Direkt zur Wurzelzone • Perforierte oder poröse Behältnisse • Eingelagert in 10-50 cm Tiefe • Periodische oder permanente Füllung durch Oberflächenöffnung • Individuelle Anpassung an Raum/Wurzelwerk (Bsp. Gitteranordnung)

22. BewässerungsmethodenUnterirdische Bereitstellung • Porous ceramic jar • Verteilung der Feuchte bodenabhängig (carrot-shaped, onion-shaped) Bsp: erwachsener Obstbaum (canopy 10sqm) Wasserbedarf 50 l/d, kreisförmige Anordnung um den Stamm von 10 5-Liter-Behältnissen

23. BewässerungsmethodenUnterirdische Bereitstellung • Porous and sectioned pipes • Perforated plastic sleeves

24. BewässerungsmethodenUnterirdische Bereitstellung • Problem: Porenangriff Verschluss möglich • Durch: Suspendierte Sedimente Kalzium, Salze Algen/Bakterienwachstum

25. BewässerungsmethodenÜberirdische Aufbringung • Full-system drip • 10- 25mm Schläuche, perforiert oder mit spez. Auslässen (Tröpfchenemittenten) • 1- 10 Liter pro Stunde und Auslass • Druck 0,5- 2,5 atm • Befeuchtung von nur ca. 50% der Anbauzone • Sehr geeignet für sandige Böden

26. BewässerungsmethodenÜberirdische Aufbringung • Mikrosprayer (Mini-sprinkler) • Düsen (Spray, keine Tropfen) • Druck 1- 2 atm • Vergrößert die Feuchtzone (jeweis einige m2), wichtig für große Bäume

27. BewässerungsmethodenÜberirdische Aufbringung • low-head bubbler • 1- 3 cm vertikale Schläuche (keine Düse/kein Auslass) • Geeignet für weit verteilte Pfanzen wie Obstbäume

28. BewässerungsmethodenÜberirdische Aufbringung • Subirrigation • Regulierung des Grundwasserspiegels durch Zu-/Abfluss von Wasser über Gräben

29. Irrigation schedulingWann und wieviel bewässern? • Am besten: high-frequently, sogar täglich • genug um Bedarf hervorgerufen durch Evaporation und Transpiration zu decken • Potentielle Evapotranspiration (PET): Wassermenge pro Feldfläche, die evaporiert und transpiriert, von dicht bewachsenem Rasen, bei immer ausreichendem Wasserangebot • AET ≤ PET

30. Irrigation schedulingWann und wieviel bewässern? • PET und Wasseraufnahme der Wurzelzone hängen ab von: • Wassergehalt des Bodens • Menge der Biomasse und Artengefüge • Bedeckung des Bodens und Sonneneinstrahlung • Luftfeuchtigkeit • Temperatur der Erdoberfläche • Temperatur der bodennahen Luftschichten • Windgeschwindigkeit an der Erdoberfläche

31. Irrigation schedulingWann und wieviel bewässern?

32. Irrigation schedulingWann und wieviel bewässern?

33. Irrigation schedulingWann und wie viel bewässern? • Reaktion von Feld und pan auf gleiches Klima natürlich unterschiedlich • Ursache: Reflexionsgrade, thermische Eigenschaften (heat storage), unterschiedliche Tag- und Nachttemperaturen, Wasserdurchlässigkeit des Bodens, … • Trotz allem Korrelation zur tatsächlichen PET! Correction factor (CF)

34. Irrigation schedulingWann und wieviel bewässern? • CF zwischen 0,5 – 0,85 • freies Waser verdunstet mehr als Feld • Erfahrungswert / Feldbedeckung • PETfull cover = 0.66 Epan • PETpartial cover = 0.33 (1 + C) Epan

35. Irrigation schedulingWann und wieviel bewässern? • I = {0.33 x (W + L)} Epan (1 + C) – R = (0.33 x 0.9) Epan (1 + C) - R = 0.3 Epan (1 + C) – R • irrigation requirements (I) • crop water requirement (W) (80 percent of PET) • leaching fraction (L) (10 percent of PET) • rainfall that occurred since the previous irrigation (R) • Ergibt eine einleitende Schätzung