DE69514365T2

DE69514365T2 - Kapillares bewässerungssystem für den wurzelbereich

Info

Publication number: DE69514365T2
Application number: DE69514365T
Authority: DE
Inventors: Eric Stewart Atholl Murray
Original assignee: Grain Security Foundation Ltd
Current assignee: Irrigation & Water Technologies Ip Pty Ltd Sy Au
Priority date: 1994-08-12
Filing date: 1995-08-14
Publication date: 2000-07-06
Anticipated expiration: 2015-08-15
Also published as: GR3032503T3; CA2195772A1; WO1996004780A1; MX9701097A; EP0774894B1; BR9508566A; ES2143061T3; US5839659A; DE69514365D1; EP0774894A4; NZ290749A; CA2195772C; AUPM743994A0; JPH10504192A; EP0774894A1

Description

Die Erfindung betrifft ein kapillares System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren für die Verwendung dieses Systems.
FR 2331953 offenbart ein Bewässerungssystem, das einen Kapillarstoff aufweist, der über einem perforierten Rohr liegt, wobei der Stoff an dem Rohr befestigt sein muß und das System unter Druck verwendet werden muß.
Wasserressourcen spielen weltweit eine herausragende Rolle, so daß Regierungen wesentliche Mengen Wasser zur Erhaltung in Wohngegenden und ländlichen Gebieten budgetieren.
Als Reaktion auf dieses fortschreitende Problem wurden Systeme entwickelt, die Wasser direkt auf die Bodenoberfläche in der Nähe von einzelnen Pflanzen aufbringen, um den Wasserverlust zu minimieren. Diese Systeme umfassen Sprayapparate, Mikro-Tröpfler und dergleichen. Wasser geht jedoch nach wie vor durch Abfließen und Verdunstung verloren.
Andere Systeme wenden Kapillarbewässerung an, welche auf der Zufuhr von Wasser unterirdisch in den Boden beruht. Wasser, das auf diese Weise zugeführt wird, bewegt sich im Boden durch Kapillarwirkung nach oben, um dann zur Wurzelzone einer Pflanze zu gelangen.
Im Gegensatz zur Oberflächenbewässerung lässt die Kapillarbewässerung keinen so großen Verlust durch Abfließen oder Verdunstung zu. Kapillarbewässerung ist vorteilhaft für das Pflanzenwachstum, da die Geschwindigkeit, mit der sich das Wasser bewegt, langsam genug ist, um sicherzustellen, daß der größte Teil des Wassers von den Wurzeln aufgenommen wird. Der Großteil der auftretenden Verdunstung findet überdies aufgrund von Transpiration durch die Blätter der Pflanzen statt, wodurch eine Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegenüber Hitzebelastungen ermöglicht wird.
Es wurden Versuche unternommen, um Kapillarbewässerungssysteme für ebenen Boden und über relativ kurze Distanzen bis zu 50 m zu verwenden, Beispiele dieser Systeme sind Bi-Wall Tubing (Eingetragenes Warenzeichen), T- Tape (Eingetragenes Warenzeichen) und Leaky Pipe (Eingetragenes Warenzeichen). All diese Systeme leiden jedoch unter zwei Problemen. Erstens neigen die Perforationen und Zuleitungen zu Blockierungen durch Anreicherung von Algen, Bakterienschlamm, Bodenkolloiden, Partikeln und dem Eindringen von Wurzeln. Zweitens wird das Wasser nur auf den Boden durch die direkte Rohrleitung oder eine Kanaleinrichtung aufgebracht.
Andere Systeme, wie Netafim (Eingetragenes Warenzeichen), wurden über einen längeren Zeitraum angewendet. Diese Systeme leiden jedoch noch immer an dem Problem, daß das Wasser nur an die Wurzeln gelangt, die in dem Bodenabschnitt liegen, der in der Nähe der Wasserzuleitung liegt. Überdies tendieren diese Systeme nach wie vor zu Blockierungen in den Auslaßöffnungen.
Der Erfinder hat zweierlei erkannt, einerseits die Vorteile der Kapillarbewässerung, während andererseits die inhärenten Schwierigkeiten der gegenwärtig verfügbaren Systeme berücksichtigt werden. Deswegen suchte er ein Kapillarbewässerungssystem zu schaffen, welches die Schwierigkeiten der Systeme aus dem Stand der Technik überwindet, oder wenigstens verbessert.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale in den Ansprüchen 1, 16 beziehungsweise 17 erreicht. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen beansprucht.
Dementsprechend besteht diese Erfindung nach einem ersten Aspekt aus einem kapillaren System zum Bereitstellen eines Fluids für den Wurzelbereich von Pflanzen, welches System ein oder mehrere perforierte Rohre, die zwischen einer oberen Lage Kapillarstoff und einer unteren Lage Kapillarstoff und/oder einem wasserundurchlässigen Material angeordnet sind, und eine Anschlußeinrichtung für das eine Ende des Rohrs bzw. der Rohre, welche die Zuführung von Fluids, wie Wasser, Lösungen und/oder Gase, dorthinein erlauben, und wahlweise eine Fluidstrom- Steuereinrichtung für ein anderes, entfernt von dem einen Ende liegendes Ende des Rohrs bzw. der Rohre aufweist.
Nach einem zweiten Aspekt besteht die Erfindung weiterhin in einem Verfahren zum Bereitstellen eines Fluids für den Wurzelbereich von Pflanzen, aufweisend Anordnen eines Systems, welches ein oder mehrere perforierte Rohre, die zwischen einer oberen Lage Kapillarstoff und einer unteren Lage Kapillarstoff und/oder einem wasserunduchlässigen Material angeordnet sind, und eine Anschlußeinrichtung für das eine Ende des Rohrs bzw. der Rohre, welche die Zuführung von Fluids, wie Wasser, Lösungen und/oder Gase, dorthinein erlauben, und optional eine Fluidstrom-Steuereinrichtung für ein anderes, entfernt von dem einen Ende liegendes Ende des Rohrs bzw. der Rohre aufweist, welches in einem Bodenabschnitt unter dem und in der Nähe des Wurzelbereichs von in dem Boden wachsenden Pflanzen liegt;
Versorgen der Anschlußeinrichtung mit einer Quelle von Fluids, wie Wasser, Lösungen und/oder Gase, so daß Fluid in das Rohr bzw. die Rohre geleitet wird; und Einstellen des Fluidstroms, wahlweise durch Betätigen einer Fluid-Steuereinrichtung für das andere Ende, so daß Fluid aus den Perforationen ausströmt und dadurch die obere Lage durchdringt und die Wurzeln mit Fluid wie Wasser, Nährstofflösung und/oder Gasen versorgt.
Das erfindungsgemäße kapillare Wurzelbereichs- Bewässerungssystem ist in seiner Anwendung nicht beschränkt, Fluids an Wurzeln bei unterirdischen Bedingungen bereitzustellen. Dieses System kann für den Gebrauch der Bereitstellung von Wasser, Nährstofflösungen und dergleichen für Topfpflanzen einfach angepasst werden.
In dieser Sonderform ist eine Lage Unkrautmatte über der oberen Lage Kapillarstoff angeordnet. Bei Gebrauch werden die Töpfe auf der Unkrautmatte plaziert, wobei die Bereitstellung von Wasser, Nährstofflösungen und dergleichen dadurch stattfindet, daß der Kapillarstoff gewässert wird, der danach das Wasser an die Unterseite der Töpfe liefert. Öffnungen in der Unterseite des Topfes ermöglichen es dem Wasser, in das Erdreich zu ziehen, welches sich in den Töpfen befindet und weswegen die Wurzeln der Pflanzen dorthinein wachsen.
In der allgemeinsten Ausführungsform erfüllt das Vorhandensein der oberen Lage Kapillarstoff drei primäre Funktionen. Erstens dient der Kapillarstoff dazu, das Wasser über die gesamte Lage zu verteilen, was sicherstellt, daß das Wasser den Wurzeln zur Verfügung gestellt wird, die sich nicht in der Nähe des perforierten Rohres befinden. Zweitens dient er dazu, die Perforationen vor dem Eindringen von Wurzeln zu bewahren. Drittens ermöglicht es dem Wasser, die Lage zu durchdringen, während die Bewegung der Bodenpartikel, die die Perforationen im Rohr blockieren könnten, verhindert wird.
Der Gebrauch des Wortes "Kapillarstoff" in dieser Spezifikation, bezieht sich auf ein textiles Material, welches die Fähigkeit besitzt, Wasser und andere Fluids durch Kapillarwirkung zu verteilen. Produkte, die dieser Beschreibung genügen, werden nicht unter dem freien Namen "Geotextilien" angeboten.
In Topographien, in denen Gefälle nicht zu steil sind, weist ein Anteil der unteren Lage eine wasserunduchlässige Lage auf. Diese Lage hat die Aufgabe, Wasser innerhalb des Raums zwischen den beiden Lagen und in der Nähe des Rohrs zurückzuhalten. Dies hat den Effekt, daß der Wasserverlust minimiert wird, während die Menge des Wassers maximiert wird, die zur oberen Lage und daher zu den Wurzeln der Pflanzen abgegeben wird.
Vorzugsweise wird die wasserundurchlässige Lage in einem Bereich unterhalb und zum Rohr benachbart angeordnet. Die tatsächliche Ausdehnung dieser Lage wird gemäß der Bodenstruktur verändert.
In Topographien, in denen man auf steile Gefälle trifft, wie bei Böschungen, die benachbart zu Schnellstraßen liegen, ist die Anwesenheit einer wasserundurchlässigen, unteren Lage unerwünscht, da sonst zur Erosion durch übermäßigen Abfluß tendentiell beigetragen wird. Dementsprechend wird in diesen Fällen vorzugsweise Kapillarstoff alleine als untere Lage verwendet, um jegliches Erosionsproblem zu minimieren, während gleichzeitig versucht wird, das Wasser, welches den Pflanzen durch Kapillarwirkung zu Verfügung gestellt wird, zu maximieren.
In allen topographischen Situationen vereinfacht die Erfindung auch die Entwässerung.
Dies ist in Zeiten von starkem Regen der Fall, wenn das Wasser in der Lage ist, durch den Boden zu sickern und sich in dem erfindungsgemäßen System zu sammeln. Offensichtlich wird dem System in solchen Zeiten kein Wasser durch die Anschlußeinrichtung zugeführt. Vielmehr erlaubt es die Fluidfluß-Steuereinrichtung, die entfernt von der Anschlußeinrichtung liegt, Wasser aus dem System ablaufen zu lassen.
In einigen Situationen kann das erfindungsgemäße System vorteilhafterweise eingesetzt werden, wenn unterirdische Drainagefähigkeiten gefordert sind. In diesen Situationen ist es wünschenswert, das System so innerhalb des Bodens einzurichten, so daß eine konkave oder tellerförmige Gestalt gebildet wird. In einer abfallenden Umgebung kann das Wasser für Speicherung, Recycling oder Entsorgung einfach entnommen werden. In einer relativ flachen Umgebung kann das angesammelte Wasser durch Abpumpen entnommen werden.
Die Fähigkeit, eine unterirdische Drainagefunktion unter Verwendung des erfindungsgemäßen Systems durchzuführen, ist wichtig, da es
(a) eine Erhöhung des Grundwasserspiegels und eine damit verbundene Versalzung hemmt; und
(b) die Zeitperioden verringert, in denen die Pflanzen durch schweren Regen oder andere Faktoren Staunässe erfahren.
Das letztere Merkmal ist von besonderer Wichtigkeit, da Staunässe Sauerstoffverarmung hervorruft und nachteilige Einflüsse auf Pflanzengesundheit und -wachstum hat.
Vorzugsweise wird das perforierte Rohr so dimensioniert, daß es in eine vorgeformte Tasche hineingeschoben werden kann, die zwischen den Lagen zum Beispiel durch Nähen, Ultraschall- Schweißen oder Kleben der oberen und unteren Lage ausgebildet ist. Auf diesem Weg kann eine Tasche geformt werden, die sich über die gesamte Länge der Lagen erstreckt, welche 50 m oder mehr sein können.
Perforierte Rohre können in einer Reihe zwischen den Lagen ausgebildet sein, wobei sich jedes Rohr in einem geeigneten Abstand von den benachbarten Rohren befindet. Wie oben erwähnt, kann die Verwendung einer Mehrzahl von Rohren in einer Reihe wie dieser durch eine Reihe von Taschen, die in den Lagen, wie beschrieben, ausgebildet sind, erreicht werden.
Es sollte angemerkt werden, daß Lagen mit beträchtlicher Fläche gleich mit den Taschen ausgeformt werden können und für den Transport zusammen mit Rollen von perforierten, flexiblen Rohren verpackt werden.
Die Rohre können aus Polyethylen, typischerweise mit Rohrdurchmessern im Bereich zwischen 18 und 75 mm, geformt sein. Die Perforationen können einfach in diese Rohre eingefügt werden, indem man ein flexibles Material mit langer Lebensdauer vorsieht. In dieser Hinsicht muß berücksichtigt werden, daß der Durchmesser je nach Länge einer Rohrreihe, ebenso wie innerhalb einer Rohrreihe variiert werden kann.
Typischerweise liegt die Breite eines kapillaren Systems im Bereich zwischen etwa 300 mm und 900 mm.
Es wird angemerkt, daß "Einheiten" des erfindungsgemäßen Systems an den Enden des Rohres zusammengefügt werden, um ausgedehntere Wurzel- und Bereichsbewässerungsysteme zu bilden.
In Abhängigkeit von Faktoren, wie Topographie, Bodentypen, (Feld)-Fruchtarten und Wasseraufnahmeraten, Art der Bodenentwässerung, klimabedingte Regenmenge und Umgebungstemperatur, Länge einer Rohrreihe und Wasserqualität, Wasservolumen und Zeitrahmen, ist es möglich, eine vorherbestimmte Perforationsdichte über die gesamte Länge des Rohrs, mit Perforationen von vorherbestimmter und wahlweise unterschiedlicher Größe vorzusehen, um so die Wassermenge, die einer bestimmten Stelle zugeführt wird, zu optimieren.
Von diesen Faktoren sind Bodentypus und Steilheit und Länge des Gefälles besonders wichtig.
Der Bodentyp ist wichtig, da er das Maß der Wasserdurchleitung vom erfindungsgemäßen System durch den darüberliegenden Boden zum Wurzelbereich bestimmt. Steilheit und Länge des Gefälles sind wichtig, da zum Beispiel keine Perforationen unterhalb des Scheitels eines Gefälles in dem Rohr sein dürfen, wenn das Gefälle steil oder kurz ist, oder der Boden eine langsame Aufnahmerate besitzt (vielleicht aufgrund von Tonbestandteilen). Im Gegensatz zu einem sandigen Boden mit einer schnellen Wasseraufnahme oder an einer Stelle, in der das Gefälle länger ist, können Zwischen-Perforationen im abwärts liegenden Teil der Rohrreihe erforderlich sein.
Ähnlich bestimmt, eine Analyse der Pflanzenbedürfnisse in der lokalen Umgebung unter Berücksichtigung von Faktoren, wie Bodenphysik und -hydraulik, Klima, Grundwasserspiegel, Länge einer Rohrreihe und dergleichen, den Durchmesser des Rohrs, der zusammen mit der Häufigkeit, Größe und Plazierung der Perforationen ausgewählt wird.
In einigen Fällen ist Gas-Injektion auch ein relevanter Faktor. Der Gebrauch von Computer-Software, welche diese Faktoren in Betracht zieht und eine numerische Steuermaschine betreibt, die geeignet ist, das Rohr zu perforieren, ist innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung.
Während zahlreiche Materialien verwendet werden können, aus denen die oberen und unteren Lagen gestaltet werden, werden vorzugsweise Geotextilien verwendet, die in Ausdehnung und Dicke je nach Bedarf variiert werden können. Unter diesen Umständen, bei denen die untere Lage wasserundurchlässig ist, werden vorzugsweise Polyethylen-Folien verwendet.
Als Anhaltswert sind die Perforationen im allgemeinen wenigstens 0.75 mm², vorzugsweise 3 mm² oder größer. Gewöhnlich sind die Perforationen kreisförmig, typischerweise mit einem Durchmesser von 2 mm oder größer. Sie können jedoch auch zum Beispiel rechteckig sein oder jede andere Form besitzen, mit einer Größe von 1.5 · 4 mm oder mehr.
Im allgemeinen sind als Maximum die Perforationen nicht größer als 25 mm².
Eine Anschlußeinrichtung ist vorgesehen, um es dem System zu ermöglichen, in Fluidverbindung mit einer Fluidquelle gebracht zu werden. Dies kann einfach durch die Verwendung einer Vielzahl von bekannten Installations-Verbindungen und - Anordnungen erreicht werden. Zum Beispiel kann ein flexibler Schlauch, der das Wasser transportiert, mit dem Rohr durch eine geeignete Steckanordnung verbunden werden.
Alternativ kann eine Mehrzahl von Rohren an einem Ende so zusammen verbunden werden, so daß sie eine Rohrverzweigung mit einem daran vorgesehenen Einzel-Verbindungsmittel bilden.
Weiterhin ist es innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, daß das erfindungsgemäße System ein Ventil aufweist, welches den Fluidstrom durch ein Rohr steuert. Solch ein Ventil kann mit dem Verbindungsmittel verbunden oder einstückig mit diesem sein.
An dem Ende des Rohrs, welches entfernt zu dem Ende liegt, an dem Fluid in das System strömt, kann eine Fluidsteuereinrichtung vorgesehen sein. In einer Gestalt kann das einfach ein Stopfen oder ein Stopper sein, der entweder abnehmbar oder festgelegt ist. In einer anderen Gestalt kann es ein Ventil aufweisen.
Es ist natürlich für den Fachmann selbstverständlich, daß elektromechanische Ventile und dergleichen verwendet werden können, um das Fluid beim Eintreten in und beim Austreten aus dem erfindungsgemäßen System zu steuern. Solche Vorrichtungen sind besonders nützlich bei der Aufrechterhaltung der Steuerung von entfernt liegenden Einrichtungen des Systems.
Gleichfalls ist es selbstverständlich, daß unterschiedliche Sensortypen in Verbindung mit elektromechanischen Ventil-Anordnungen verwendet werden können, um eine automatisierte Einrichtung zur Erhaltung von Pflanzen zu schaffen. Ein Beispiel einer Anordnung dieses Typs kann die Verwendung von Feuchtigkeitssensoren im Boden sein, die die elektromechanischen Ventile auf der Fluideinlaßseite des Systems steuern.
Obwohl die Beschreibung zu großen Teilen auf die Bereitstellung von Wasser an Wurzeln gerichtet ist, ist es selbstverständlich, daß jegliches fluides Material zugeführt werden kann. Einige Fluids, die zugeführt werden könnten, sind Nährstofflösungen, Pestizidlösungen, Gase, wie Sauerstoff und Stickstoff, die entweder allein oder mit Wasser oder anderen Lösungen zugeführt werden.
Wird dem System Wasser zugeführt, kann es einer Vielzahl von Quellen, wie Dämmen, Bohrungen und Flüssen, entnommen werden. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, das Wasser vor der Zufuhr zu filtern, um sicherzustellen, daß die Perforationen nicht blockiert werden. Im allgemeinen jedoch wird bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Systems nicht erwartet, daß Filtration routinemäßig erforderlich oder wenigstens nicht so häufig ist, wie bei Systemen gemäß dem Stand der Technik.
Unter manchen Umständen kann es von Vorteil sein, aufgestautes Wasser oder Flußeinspeisungen mit Chlor zu behandeln, um Schwebe- und Sinkstoffe in ihrer Größe zu reduzieren, ohne Chlortoxizität zu verursachen. Alternativ kann Chlor dem System zugesetzt und/oder mit Luft gemischt werden, um die Perforationen frei von Wurzeln zu halten.
Die Fähigkeit, Nährstofflösungen an den Wurzelbereich zu liefern, ist ein wichtiger Unterschied und Vorteil gegenüber Düngesystemen (düngende Bewässerung), die dem Stand der Technik entsprechen, welche auf Überkopf- und/oder Mikro-Bewässerungs- Verfahren vertrauen. Bei diesen Systemen werden die Nährstoffe zur Aufnahme durch die Pflanze auf die Bodenoberfläche aufgebracht. Da die Nährstoffe jedoch auf die Bodenoberfläche aufgebracht werden, findet Verlust durch Verdunstung und Abspülung statt. Überdies resultiert eine schlechte Bodenstruktur daraus, daß Nährstoffe auf der Bodenoberfläche zurückgehalten werden, oder für den Fall, daß die Bodenstruktur große Porenräume aufweist, schnell ausgewaschen werden.
Weiterhin ist das erfindungsgemäße System gegenüber überirdischen Systemen im Vorteil, da es entweder den Verlust von Nährstoffen und Wasser nach unten verhindert oder wesentlich beschränkt.
Der Faktor, der das Pflanzenwachstum bei Anwesenheit aller anderen Faktoren am meisten einschränkt, ist die Zufuhr von frischem Sauerstoff in den Porenraum, der die Wurzelhaare umgibt. Atmung in den Wurzeln erfordert Sauerstoff für alle Zellbildungs- und Energiebedürfnisse einer Pflanze. Das Nebenprodukt der Atmung ist Kohlenstoffdioxid, das, wenn es übermäßig hohe Werte annehmen kann, an die Stelle des Sauerstoffs tritt und das Pflanzenwachstum in dramatischer Weise reduziert.
Zum Beispiel leiden mehrjährige Feldfrüchte, wie Weintraubengewächse, unter Bodenverdichtung und einer verschlechterten Bodenstruktur, wodurch starker Sauerstoffmangel verursacht wird und die Aktivität von schädlichen aneroben Mikrioorganismen in Wurzelnähe erhöht wird.
Im Gegensatz zu Systemen gemäß dem Stand der Technik, kann diese Erfindung dazu verwendet werden, frischen Sauerstoff an Feldfrüchte, insbesondere Reihen-Feldfrüchte, zu liefern. Dies wird durch Einleitung von Luft in das Wasser erreicht, welches durch das System zirkuliert. Auf diesem Weg kann Luft einfach an Pflanzenwurzeln in allen Bodengefügetypen gebracht werden. Die Anwesenheit der Luft in der Wasserströmung unterstützt zusätzlich die Minimierung der Blockierung der Perforationen im Rohr. Die Anwesenheit einer optimalen Frischluftmenge im Wurzelbereich fördert nützliche, natürliche Mikroorganismen, die zur Zersetzung von organischem Material und zur Freigabe von essentiellen Bodennährstoffen beitragen, während schädliche anerobe Mikroorganismen in ihrem Wachstum gehemmt werden.
Genauso wie Luft und Sauerstoff können andere Gase, wie Stickstoff, den Wurzeln zur direkten Aufnahme zugeführt werden. Auf diesem Weg kann der Bedarf an zusätzlicher Düngung reduziert werden.
Gase können in einen Fluidstom, wie Wasser, zum Beispiel durch die Verwendung einer Einrichtung, wie eines Venturis (Lufttrichter), in der Wasserzuleitung oder durch direktes Pumpen eingebracht werden.
Alternativ können fluide Gase bei Abwesenheit eines anderen Fluids direkt in das System unter Verwendung von Vorrichtungen, wie Kompressoren und komprimierten Gasquellen, eingeleitet werden.
Die Erfindung kann in einem weiten Bereich von Anwendungen Verwendung finden, einschließlich
- Anbau von Reihengewächsen
- Weinbauwissenschaft
- Obstbäume
- Forstwissenschaft
- Rasendecken (inklusive Landwirtschaft und Sportarenen)
- Erosionsschutzdämme
- Parks und Hausgärten
- Baum- und Pflanzschulen,
um Fluids inklusive Wasser, Nährstofflösungen und Gase an die Wurzeln dieser Pflanzen zu liefern.
Da die Erfindung darüberhinaus über größere Entfernungen hinweg und in unebenem Gelände wirksam eingesetzt werden kann, kann sie praktisch an allen Standorten, auf denen Pflanzen wachsen, verwendet werden.
Ferner wird angemerkt, daß die Erfindung in Verbindung mit vorhandenen Systemen, die die Umweltbedingungen überwachen, betrieben und durch die Verwendung von Solenoid-Ventilen und dergleichen automatisiert werden kann.
Drei Ausführungsformen werden nun mit Bezugnahme auf die begefügten Figuren beschrieben.
Fig. 1 ist eine weggebrochene perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen kapillaren Wurzelbereich-Bewässerungssystems für die Verwendung in der Landwirtschft, wie den Anbau von Gemüse;
Fig. 2 ist eine weggebrochene perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen kapillaren Wurzelbereich-Bewässerungssystems für die Verwendung bei der Wässerung von Topfpflanzen an einem geneigten Standort;
Fig. 3 ist eine Längsschnittansicht des in Fig. 2 gezeigten Systems;
Fig. 4 ist eine weggebrochene perspektivische Ansicht einer zweiten Form eines erfindungsgemäßen kapillaren Wurzelbereich-Bewässerungssystems für die Verwendung bei der Wässerung von Topfpflanzen in einer waagerechten Lage; und
Fig. 5 ist eine Längsschnittansicht des in Fig. 4 gezeigten Systems.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist das Bewässerungssystem (20) ein flexibles Polyethylen-Rohr (10) mit 25 mm Durchmesser auf, in dessen Wandung eine Reihe von Perforationen (11) mit Durchmessern, die zwischen 2 mm und 4 mm variieren, ausgebildet sind. Das Rohr (10) wird von einer Lage geotextilen Kapillarstoffs (12) überlappt, die mit einer Unterlage (13) aus geotextilem Kapillarstoff derart verbunden ist, daß sich eine geradlinig verlaufende Tasche (14) bildet. Das Verbinden kann zum Beispiel durch Nähen oder Kleben der Lagen (12), (13) entlang geeigneter, im Abstand voneinander angeordneter, paralleler Linien (15) erfolgen.
Im gezeigten Beispiel erstreckt sich die Tasche (14) durchgehend über die gesamte Länge des Systems, welche in der Größenordnung von 50 m oder mehr liegen kann.
Um die Plazierung des Rohrs (10) in der Tasche (14) zu unterstützen, kann ein Seil während des Entstehungsvorgangs so in die Tasche (14) eingesetzt werden, daß es sich über die gesamte Länge erstreckt. Dies ermöglicht es, die geotextilen Lagen zu falten und separat vom perforiertem Rohr (10) zu transportieren. Am Standort wird das Seil an einem Ende des Rohrs (10) befestigt, und dann wird das Rohr vorsichtig so weit in die Tasche (14) gezogen, bis es sich über die gesamte Länge erstreckt.
Bei der Anwendung kann ein Ende (16) des Rohrs (10) leicht mit einer Vielzahl von Standard-Anschlußstücken (nicht gezeigt) verbunden werden, um die schnelle Versorgung mit Wasser, Nährstofflösungen, Gasen und dergleichen zu vereinfachen. Solche Anschlüsse können Ventile und dergleichen aufweisen, um eine gesteuerte Einleitung der Fluids zu ermöglichen.
Das andere Ende (17) des Rohrs (10) wird im allgemeinen vorzugsweise durch ein Ventil (nicht gezeigt) geschlossen. Auf diesem Weg kann das Ventil vorteilhafterweise geöffnet werden, um die Drainage des Wassers von einem Standort zu vereinfachen.
Als Alternative kann die untere Lage (13) aus einem wasserundurchlässigen Material, wie Polyethylen-Folie, gestaltet sein.
Mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 wird dort ein kapillares Wurzelbereichs-Bewässerungssystem (30) für die Verwendung bei der Wässerung von Topfpflanzen an einem geneigten Standort gezeigt. Das System (30) weist eine planare Folie (31) aus Polyethylen auf, über die eine planare Folie (32) aus geotextilem Kapillarstoff angeordnet ist. Zwischen den beiden Folien (31) und (32) befindet sich ein Polyethylen-Rohr (40) mit Perforationen (43). Das Rohr (40) erstreckt sich der Länge nach zwischen den Folien (31) und (32) mit einem Einlaß-Ende (47) am höheren Niveau und einem Auslaß-Ende am niedrigeren Niveau des Gefälles.
Perforationen (43) mit ausreichenden Öffnungen sind entlang des Rohrs verteilt, um eine adequate Wässerung der Folie zu gewährleisten.
Über der Geotextil-Folie (32) liegt eine Unkraut- Schutzmatten-Folie (33), die die Funktion hat, das Wachstum von Unkraut auf dem System zu unterdrücken. Es wird angemerkt, daß eine perforierte Polyethylen-Folie an Stelle der Unkraut- Schutzmatte verwendet werden kann.
In diesem besonderen Beispiel wird dem System durch eine Zuleitung (35) Wasser zugeführt, dessen Einströmen in den Einlaß (47) des Rohrs (40) durch einen Wasserhahn (36) gesteuert wird.
Um den Wasserverlust zu minimieren, wird das Wasser, welches aus dem Auslaß (48) austritt, in einem Drainagegraben (49) gesammelt. Dieser Graben ist im darunterliegenden Boden (39) ausgebildet und im Auffangabschnitt (46) mit einem Teil der Polyethlen-Folie (31) ausgelegt, die sich bei (45) in den Boden (39) fortsetzt. Zusätzlich setzt sich die Geotextil-Folie (32) in den Graben bei (44) fort.
Um sicherzustellen, daß sich das System (30) in der richtigen Position befindet, wird ein sich der Länge nach erstreckender Graben (42), der die entsprechende Größe besitzt, um das Rohr (40) und die Folie (31) unterhalb des Bodenniveaus (37) aufzunehmen, aus dem Boden (39) gehoben. Dies wird durch die Verwendung eines Sandbetts (41) vereinfacht, welches so im Graben (42) angeordnet ist, daß es das Rohr (40) abstützt.
Entlang der äußeren Ränder der Folien (31), (32) und der Unkraut-Schutzmatte (33), wird die Polyethylen-Folie (31) über die Unkraut-Schutzmatte (33) und die Geotextil-Folie (32) gefaltet. Dies ist am besten bei (38) in Fig. 3 zu sehen. Entlang des Falzes werden Klammern (34) verwendet, um die Folien in einem gefalteten Zustand zu halten.
Bei der Verwendung werden Topfpflanzen (nicht gezeigt) auf die Unkraut-Schutzmatte (33) gestellt. Wasser wird dem System über eine Zuleitung (35) und einen Wasserhahn (36) zugeführt, der es bei Bedienung dem Wasser ermöglicht, in den Einlaß (47) des Rohrs (40) zu strömen. Das Wasser fließt durch die Perforationen (43) aus dem Rohr (40), um die Geotextil-Folie (32) zu wässern, die Polyethylen-Folie (31) dient dazu, den Wasserverlust in den darunterliegenden Boden (39) zu minimieren.
Überschüssiges Wasser fließt am Auslaß (48) aus dem Rohr (40) in den Drainagegraben (49). Das Wasser, welches im Graben (49) gesammelt wird, fließt für das Recycling in ein Sammelbecken (nicht gezeigt).
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine zweite Ausführungsform eines kapillaren Wurzelbereichs-Bewässerungssystems, welches ähnlich zur geschilderten Ausführungsform in den Fig. 2 und 3 ist, aber für die Wässerung von Topfpflanzen an einem waagerechtem Standort verwendet wird. Zur Vereinfachung des Verständnisses werden gleiche Merkmale der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Form auf dieselbe Weise nummeriert, wie die entsprechenden Merkmale, die in den Fig. 2 und 3 gezeigt sind.
Der grundsätzliche Unterschied ist das Mittel, wodurch dem System (50) Wasser zugeführt wird. Speziell ist das Einlaß-Ende (47) des Rohrs (40) an einem Schwimmerbehälter (51) angeordnet, der Wasser (54) enthält. Eine Speisewasserleitung (52) ist am Schwimmerbehälter (51) angebracht, welcher durch ein Schwimmerventil (53) in einer Weise bedient wird, daß beim Fallen des Wasserspiegels im Behälter das Ventil (53) Wasser durch die Leitung (52) in den Behälter fließen lässt. Unter der Voraussetzung, daß der Wasserstand im Behälter (51) auf einem höheren Niveau, als auf dem der Einlaßöffnung liegt, fließt Wasser in das Rohr (40).
In allen anderen Beziehungen, ist diese Form der Erfindung dieselbe wie die Form, welche mit Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben ist.
Der Erfinder glaubt, daß diese Erfindung zahlreiche Vorteile aufweist, umfassend:
- Substantielle Wasserersparnis (bis zu 70% des verbrauchten Wassers in Vergleich zu herkömmlichen Systemen)
- Reduktion der Erosion
- Reduktion der Auswaschung von Salzen, Düngemitteln und anderen Substanzen in Wasserläufe
- Reduktion der Versalzung von landwirtschaftlichen Böden
- Reduktion des Unkrautbefalls (Unkraut gedeiht nur unter Umständen, bei denen Wasser über die Bodenoberfläche aufgenommen wird)
- Verbesserte Bereitstellung von Düngemitteln an Pflanzen
- Vermeiden der Auskristallisation von Nährstoffen auf Pflanzen oder im Boden, was zur Schädigung durch Pflanzenvergiftung führen kann
- Verbesserte Belüftung des Bodens und der Wurzeln
- Fähigkeit, Wasser unter geringem Druck, einschließlich Schwerkraftzuführung, zu verwenden, welches entweder von natürlichen Wasserläufen und dergleichen, oder von überirdischen Behältern stammt
- Längere Lebensdauer an Ort und Stelle
- Bewässerung/Düngung ist bei Bedarf sofort verfügbar
- Reduktion des Arbeitskräftebedarfs, da das System leicht automatisiert werden kann und chemische Behandlungen nach dem Stand der Technik, wie das Zugeben von Chlor, entweder vermieden oder wesentlich eingeschränkt werden können
- Verbesserte Bodenstruktur durch eine Reduktion der Feldbearbeitung und Unterstützung der Aktivität von nützlichen Mikroorganismen
- Reduktion der Pflanzenbelastung
- Reduktion des Bedarfs an chemischen Düngemitteln aufgrund von gezielter Ausbringung und Steigerung anderer Wachstumsfaktoren, wie Wasser und Luft
- Genaue Plazierung der Düngemittel, was die Möglichkeit bietet, spezielle oder individuelle Nährstoffe an die Pflanzenwurzeln zu führen und mit dem Wachstum und den Wetterbedingungen zeitlich abzustimmen
- Reduktion des Pestizidbedarfs.
Diese Vorteile führen zu verbessertem Pflanzenwachstum und einer Reduktion der Pflanzenverluste.
Es ist auf diesem Gebiet tätigen Fachleuten selbstverständlich, daß zahlreiche Variationen und/oder Modifikationen der Erfindung, wie in den speziellen Ausführungsformen gezeigt, gemacht werden können, ohne von dem Schutzbereich der beanspruchten Erfindung abzuweichen. Die Ausführungsformen sind daher in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht als restriktiv zu betrachten.

Claims

1. Kapillares System (20, 30, 50) zum Bereitstellen von Fluids für den Wurzelbereich von Pflanzen, mit einem oder mehreren perforierten Rohren (10, 40), einer Lage (12, 32) Kapillarstoff, und einer Anschlußeinrichtung für ein Ende des Rohrs bzw. der Rohre (10, 40), so daß sich Fluids wie Wasser (54), Lösungen und/oder Gase zu diesen zuführen lassen, dadurch gekennzeichnet, daß das eine perforierte Rohr bzw. die perforierten Rohre (10, 40) zwischen einer oberen Lage (12, 32) des Kapillarstoffs und einer unteren Lage (13, 31) aus einem Kapillarstoff und/oder einem fluidundurchlässigen Material angeordnet sind, wobei die obere Lage (12, 32) und die unteren Lagen (13, 31) so angeordnet sind, daß sie eine oder mehrere geradlinig verlaufende Taschen (14) bilden, jede der Taschen (14) ein Rohr (10, 40) hält, das darin derart angeordnet ist, daß die obere Lage (12, 32) und die untere Lage (13, 31) gemeinsam das eine Rohr bzw. die mehreren Rohre (10, 40) umgeben.

2. Kapillares System nach Anspruch 1, wobei die untere Lage (13, 31) Kapillarstoff aufweist.

3. Kapillares System nach Anspruch 1, wobei die untere Lage (13, 31) ein wasserundurchlässiges Material aufweist.

4. Kapillares System nach Anspruch 1, wobei die untere Lage (13, 31) sowohl eine Lage Kapillarstoff als auch eine Lage fluidundurchlässiges Material aufweist, so daß das Rohr bzw. die Rohre zwischen den Lagen aus Kapillarstoff liegen und die fluidundurchlässige Lage unter der untere Lage Kapillarstoff liegt.

5. Kapillares System nach Anspruch 4, wobei die untere Lage (13, 31) sowohl eine Lage Kapillarstoff als auch einen Abschnitt einer Lage fluidundurchlässigen Materials aufweist, so daß das Rohr bzw. die Rohre zwischen den Lagen aus Kapillarstoff liegen und die wasserundurchlässige Lage unter einem Abschnitt der unteren Lage Kapillarstoff liegt.

6. Kapillares System nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das perforierte Rohr bzw. die perforierten Rohre Perforationen (11, 43) aufweisen, deren Öffnungsweite wenigstens ca. 0,75 mm² oder mehr beträgt, vorzugsweise 3 mm² oder mehr.

7. Kapillares System nach Anspruch 6, wobei die Perforationen (11, 43) kreisförmig sind, mit einem Durchmesser von 2 mm oder mehr.

8. Kapillares System nach Anspruch 6, wobei die Perforationen (11, 43) rechteckig sind, mit einer Größe von 1,5 · 4 mm oder mehr.

9. Kapillares System nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Öffnungsgröße der Perforationen innerhalb des Rohrs (10, 40) unterschiedlich ist.

10. Kapillares System nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die eine bzw. mehreren geradlinig verlaufenden Taschen (14) vorzugsweise durch Verbinden von Abschnitten der oberen und der unteren Lage durch Nähen, Kleben oder Ultraschall- Schweißen ausgebildet sind.

11. Kapillares System nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, wobei dieses eine Fluidstrom-Steuereinrichtung für ein anderes, entfernt von dem einen Ende liegendes Ende des Rohrs bzw. der Rohre aufweist.

12. Kapillares System nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, wobei dieses ein Ventil (53) aufweist, mit dem sich der Fluidstrom in das System steuern läßt.

13. Kapillares System nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Querschnittsfläche des Rohrs (10, 40) über dessen Länge hinweg unterschiedlich ist.

14. Kapillares System nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, wobei dieses eine Einrichtung zum Einleiten eines Gases aufweist.

15. Kapillares System nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, wobei dieses eine Unkraut-Schutzmatte (33) aufweist, die über der oberen Lage angeordnet ist.

16. Verfahren zum Bereitstellen von Fluids für den Wurzelbereich von Pflanzen, mit den Schritten Anordnen eines kapillaren Systems nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15 in einem Bodenabschnitt unter dem und in der Nähe des Wurzelbereichs von in dem Boden wachsenden Pflanzen,

Anschließen einer Quelle für Fluid wie Wasser, Lösungen und/oder Gase an die Anschlußeinrichtung, so daß Fluid in das Rohr bzw. die Rohre geleitet wird, und Einstellen des Fluidstroms, wahlweise durch Betätigen einer Fluid-Steuereinrichtung für das andere Ende, so daß Fluid aus den Perforationen ausströmt und dadurch die obere Lage durchdringt und die Wurzeln mit Fluid wie Wasser, Nährstofflösung und/oder Gasen versorgt.

17. Verfahren zum Bereitstellen von Fluids für den Wurzelbereich von Pflanzen, mit den Schritten Anordnen eines kapillaren Systems nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15 unter dem und in der Nähe des Wurzelbereichs von Pflanzen, die in Gefäßen mit wenigstens einer darin ausgebildeten Öffnung zum Einlassen von Fluid aus dem System wachsen,

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei das Fluid Wasser aufweist.

19. Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei das Fluid eine Nährstofflösung aufweist.

20. Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei das Fluid ein Gas aufweist.

21. Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei das Fluid Wasser und ein Gas aufweist.

22. Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei das Fluid Schädlingsbekämpfungsmittel aufweist.

23. Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei das Einstellen des Fluidstroms den Schritt Betätigen der Fluid- Steuereinrichtung aufweist.