Achten Sie bei der Bewirtschaftung von Gewächshauskulturen auf Ihr Wasser

Foto: Resource Innovation Institute

Die Verbesserung der Ressourceneffizienz in Systemen der kontrollierten Umweltlandwirtschaft (CEA) ist von entscheidender Bedeutung, um eine nachhaltige Nahrungsmittel- und Pflanzenproduktion sicherzustellen und die wertvollen Ressourcen des Planeten zu schützen. In seinem bevorstehenden „CEA Energy & Water Benchmarking Report“, der im Juni veröffentlicht wird, stellte das Resource Innovation Institute (RII) fest, dass Gewächshausbetreiber, die beispielsweise Blattgemüse anbauen, drastisch unterschiedliche Mengen Wasser für die Produktion ihrer Pflanzen verbrauchen. Die effizientesten Gewächshausbetreiber können Pflanzen mit weniger als 3 Gallonen pro produziertem Pfund (Gal/Pfund) anbauen, während andere mehr als 20 Gallonen/Pfund verbrauchen.

Da Wasserknappheit zu einem immer kritischeren Problem wird, müssen Gewächshausbetreiber Maßnahmen ergreifen, um sowohl ihren Wasserverbrauch als auch ihre Wasserverschwendung zu reduzieren, unabhängig von den Pflanzen, die sie anbauen. Da die Ressourcenkosten weiter steigen, besteht für CEA-Hersteller auch ein wirtschaftlicher Anreiz, die effizientesten Systeme und Praktiken einzuführen, um die Rentabilität aufrechtzuerhalten.

Hier finden Sie einige der besten Tipps und Praktiken zur Wassereffizienz, die Ihrem Unternehmen dabei helfen sollen, seinen Wasserverbrauch zu schonen.

Der erste Schritt, den Gewächshausbesitzer (oder Betreiber von CEA-Anlagen) unternehmen müssen, wenn sie versuchen, ihre Wassereffizienz zu optimieren, besteht darin, ihren aktuellen Wasserverbrauch zu verfolgen. Auch wenn es offensichtlich erscheinen mag, verfolgen viele Betriebe lediglich die gesamte Wassermenge, die ihre Anlage verbraucht, über den Wasserzähler oder Abwasserzähler ihres Versorgungsunternehmens. Dadurch wissen die Landwirte nicht, wo das Wasser am meisten verbraucht wird und wo es möglicherweise verschwendet wird.

Um bessere Wasserverwalter zu werden, müssen CEA-Betreiber wissen, wie viel von ihrem Wasser für Bewässerung, Klimatisierung oder Verarbeitung verwendet wird (letzteres umfasst Wasser, das zum Versprühen von Pestiziden, zur Abwasserentsorgung, zum Spülen von Gemüse oder zum Schwimmen von Pflanzen in einem Gerinne zur weiteren Verarbeitung verwendet wird). .

Bei einem gut gewarteten Betrieb kann es sein, dass ressourcenschonende Effizienz nicht erreicht wird, wenn nur die Menge des verbrauchten Wassers überwacht wird, da die Wasserqualität die Wassermenge bestimmt. Anders ausgedrückt: Die Überwachung der Wasserqualität bestimmt, welche Verwendung geeignet ist und wie lange das Wasser verwendet werden kann, bevor es ersetzt werden muss.

Es ist von entscheidender Bedeutung, Daten zu sammeln, um festzustellen, wann und wo Wasser für Gewächshäuser verschwendet wird, die Verdunstungskühlung mit Pad-and-Fan-Kühlung nutzen. Verdunstungskühlkissen können schlecht eingestellt sein und Federlecks können von Gewächshausarbeitern leicht unbemerkt bleiben, was wiederum dazu führen kann, dass erhebliche Wassermengen auf den Gewächshausboden gelangen. Diese Art von Wasserlecks kommt auch häufig bei Warmwasserheizungssystemen vor, die auf Boilern basieren.

Allein der Standort kann einen höheren Wasserverbrauch erforderlich machen. Beispielsweise könnten CEA-Betriebe in Küstennähe oder Betriebe, die Grundwasser mit einem hohen Gesamtgehalt an gelösten Salzen (einschließlich N-, P-, K-, Mg- und Na-Ionen) verwenden, ihre in Topfsubstraten angebauten Pflanzen häufiger bewässern, um ein Szenario zu vermeiden, in dem dies der Fall ist Die Medien trocknen aus. Zu trockene Medien könnten aufgrund konzentrierter Salzreste zum Absterben der Wurzeln führen. Ein hoher Natriumspiegel führt zu Ca-, Mg- oder K-Mangel. Konkret kann bei Betrieben mit hohem Natrium- oder hohem Gesamtgehalt an gelösten Salzen eine Sickerwasserrate von 20 bis 40 % angestrebt werden, im Gegensatz zu einer typischeren Sickerwasserrate von 10 bis 20 %. (Die Sickerwasserrate misst die Wassermenge, die vom Topfboden abfließt.)

Nur durch die Messung des in Ihre Anlage einströmenden Wassers, die Analyse der Orte, an denen es am stärksten (und potenziell verschwenderisch) verbraucht wird, und die Ermittlung der Menge, die verschwendet wird, können Gewächshausbetreiber ressourceneffiziente Prozesse und Systemverbesserungen identifizieren.

Ein einfacher Ausgangspunkt ist die Bewertung der Bewässerungsmethoden. Experten sind sich einig, dass die Bewässerung von Töpfen von Hand die am wenigsten effiziente Bewässerungsstrategie ist.

Die Bewässerung von Hand geht oft mit einer hohen Durchflussrate einher. Aus diesem Grund können „kleine Ungenauigkeiten sehr additiv sein“, wenn mehrere Topfpflanzen bewässert werden, sagt RII-Mitglied Tera Lewandowski, die auch leitende Forschungswissenschaftlerin bei Hawthorne ist.

Sie stellt fest, dass Tropfstrahler im Vergleich zur Überkopfbewässerung eine viel nachhaltigere Option sind.

„Wenn wir Tropfstrahler haben und eine langsame Bewässerung durchführen, ist die insgesamt gelieferte Wassermenge nicht annähernd so hoch wie bei dieser Überkopfmethode, selbst wenn Sie aus irgendeinem Grund ein paar Minuten versäumen ." sagt Lewandowski.

Betreiber können ihre Bewässerung manchmal minimieren, indem sie das Medium einmal täglich mit Wasser sättigen. Abhängig von der genauen Zusammensetzung des Vergussmediums und seinem Wasserhaltevermögen kann eine einmalige Sättigung des Mediums die Gesamtmenge des aufgetragenen Wassers reduzieren, verglichen mit der Anwendung mehrerer Mengen kleinerer Dosen.

„Wir können den Topf den ganzen Tag trocknen lassen, und die Pflanze verwelkt nicht auf ein ungesundes Niveau“, teilt Lewandowski mit. (Hinweis: Nicht alle Pflanzen und Medien reagieren auf die Tröpfchenbewässerung genauso gut wie auf die Tropfbewässerung.)

Das Anpassen der Behältergrößen, -formen und -abmessungen kann den Züchtern auch dabei helfen, das richtige Gleichgewicht zwischen Entwässerungsbedarf und Wassereffizienz zu finden – das gleiche Volumen an Blumenerde hält mehr Wasser, wenn es in einem niedrigen, gedrungenen Behälter platziert wird, als wenn es in einem höheren Behälter des Topfes ist gleiche Lautstärke. Mit einer höheren Wasserspeicherkapazität besteht jedoch das Risiko anaerober Bedingungen, die zu Substratkrankheiten wie Wurzelfäule führen können. Züchter müssen ihre Substrate überwachen, um sicherzustellen, dass sie ihre Medien nicht übersättigen.

Lewandowski rät Landwirten, ihren volumetrischen Wassergehalt (VWC) je nach Kulturpflanze zwischen 50 und 70 % zu halten. Ein häufiger Fehler, den Landwirte ihrer Meinung nach machen, besteht darin, die Bewässerung zu stark einzuschränken. Abhängig von der Art des Substrats und der angebauten Pflanze könnte es für die Pflanze, wenn sie über einen längeren Zeitraum einen niedrigen VWC aufrechterhält, schwierig sein, dieses Wasser aufzunehmen, und Energie für die Ressourcenbeschaffung statt für ihre Entwicklung (sei es Ertrag oder Produktion von Sekundärmetaboliten) aufgewendet werden ). Allerdings wird diese Austrocknung manchmal von Züchtern nach dem Umpflanzen durchgeführt, um die Pflanzen zu zwingen, das Wurzelwachstum zu beschleunigen, um mehr Wasser zu finden.

In Hydrokultursystemen, einschließlich des tropfbewässerten Steinwolleanbaus, ist Wasser von entscheidender Bedeutung, da Pflanzen nur so Zugang zu Nährstoffen erhalten. Es gibt eine Vielzahl von Faktoren, die die Wasserverschwendung in diesen Systemen verschlimmern können, darunter schlechte Klima- und Wassermanagementtechniken.

Wenn beispielsweise die Durchflussrate des Bewässerungsvorgangs zu hoch ist, kann übermäßiger Abfluss und Kanalisierung dazu führen, dass ein größeres Volumen an Nährlösung durch das Substrat fließt als nötig, wodurch sich die Wassermenge erhöht, die in den Abfall geleitet wird, so RII-Mitglied Marielle Taft. Leitender Pflanzenspezialist bei Grodan.

Ein weiterer Fehler, den sie bei hydroponischen Betrieben sieht, besteht darin, dass Tropfpfähle zu tief in die Medien getrieben werden.

„Vielleicht haben Sie die richtige Durchflussrate und wenden bei jedem Bewässerungsereignis die richtigen Mengen an, aber wenn Ihre Tropfpfähle zu weit in das Medium eingeführt werden, könnte das Wasser einfach die Oberseite des Substrats umgehen“, sagt Taft . „Dieser obere Teil wird für die Wurzelbesiedelung ungeeignet und für die Pflanzen unbrauchbar, da er völlig trocken ist.“

Züchter, die dann glauben, dass ihre Medien ausgetrocknet sind, neigen dazu, ihre Bewässerung zu erhöhen (und damit auch die Menge an Wasser, die verschwendet wird). Die richtige Tropftiefe variiert je nach Hersteller und verwendetem Wachstumsmedium. Taft empfiehlt den Betreibern, sich bezüglich der richtigen Platzierung beim Hersteller ihres Tropfpfahls zu erkundigen. Bei vielen der beliebten Tropfpfahlmarken gilt: Je tiefer Sie den Pfahl platzieren, desto trockener bleibt die Oberfläche, wohingegen eine flachere Platzierung zu einer feuchteren Substratoberfläche führt.

Hydroponische Systeme können die Wassereffizienz maximieren, indem sie den Kreislauf schließen, also die Nährlösung zurückgewinnen, recyceln und wiederverwenden. Dies liegt vor allem daran, dass anorganische Medien wie Steinwolle (auch Steinwolle genannt) keine überschüssigen Tannine, Kationen oder inhärente biologische Verunreinigungen in das Sickerwasser einbringen.

Während es schwieriger ist, ein Wasserkreislaufsystem mit organisch gewonnenen Medien (wie Erde oder Kokos) zu schaffen, ist es möglich, ein System aufzubauen, das Wasser mehrmals recycelt und wiederverwendet, bevor die Lösung entsorgt und ersetzt werden muss.

Ein Wasserkreislaufsystem muss sowohl im Hinblick auf Effizienz als auch auf Ihre Produktionspraktiken konzipiert werden. Betreiber, die vorgemischte lösliche Pulver oder vorgemischte flüssige Nährstoffe verwenden, können die einzelnen elementaren PPM-Beiträge ihrer zurückgewonnenen Fraktion in der Regel nicht so schnell und präzise anpassen wie Betreiber, die individualisierte Rohdüngerderivate verwenden, erklärt Taft.

Wenn es einer Einrichtung jedoch schwerfällt, regelmäßig Proben für quantitative Laboranalysen zu versenden, oder es ihr an der technischen Sicherheit mangelt, spontane Anpassungen vorzunehmen, stehen ihr viele andere Systeme zur Entwässerung zur Verfügung. Wasserrückführung. Diese Infrastruktur könnte Komponenten wie UV-, Ozon-, Elektrolyse- und/oder andere chemische Behandlungen umfassen, um organische Schadstoffe zu sterilisieren, kombiniert mit selektiver Membranfiltration, Abwasserwiedereinleitungstanks oder sogar Umkehrosmoseeinheiten, um die Lösung nach mehrfacher Verwendung von Ionen zu befreien . Typischerweise werden RO-Systeme für die Abwasserfiltration wegen ihres ineffizienten Verhältnisses von Solewasser (Abfall) zu Permeat (reines Wasser) vermieden, aber einige Anlagen finden kreative Lösungen für den Soleanteil, wie z. B. die Wasserhaltung vor Ort zum Brandschutz, oder Oberflächenbewässerung für salztolerante Landschaftspflanzen. Und letztendlich ist jede Menge Wasser, die aus der Abwasserleitung abgeleitet wird, eine Verbesserung.

Halten Sie ein sauberes Haus

Ein oft übersehener Aspekt von Wassereffizienzpraktiken besteht darin, die Ansammlung von Mineralien und Biofilmen in Bewässerungsleitungen im Auge zu behalten, die den Innendurchmesser der Bewässerungsleitungen verringern und zu einem eingeschränkten Wasserfluss und einer ungleichmäßigen Wasserverteilung führen können. Die Auswirkungen dieser Ablagerungen können möglicherweise das Pflanzenwachstum schädigen oder hemmen, was wiederum Züchter dazu zwingt, die Rückführung dieses Wassers zu vermeiden.

Beispielsweise können Biofilme und mineralische Ablagerungen, die das Innere von Bewässerungsrohren und -schläuchen bedecken, Pflanzenpathogene beherbergen und Verstopfungen verursachen, die verhindern, dass Wasser und Dünger die Pflanzen erreichen. Dies kann zu verringerten Ernteerträgen, Ernteverlusten aufgrund von Austrocknung und dem Ausbruch pathogener Organismen im Wurzelbereich und in der Abwasserlösung führen.

Laut Taft ist der Neustart nach der Ernte der perfekte Zeitpunkt für Betreiber, Bewässerungssysteme zu inspizieren und zu warten.

„Jedes Mal, wenn Sie eine Ernte ernten, haben Sie die entscheidende Gelegenheit, sehr wirksame Desinfektionsmittel einzusetzen, um Biofilme und Mineraleinschlüsse zu beseitigen und die Ausbreitung von Pflanzenpathogenen zu stoppen“, sagt Taft. „In ihrer für die Reinigung idealen Konzentration würden sie Pflanzen schädigen oder töten. Nutzen Sie daher jede Gelegenheit, das Bewässerungssystem zu reinigen, wenn das Gewächshaus leer ist, bevor Sie es wieder mit Pflanzen bevölkern.“

Laut Taft besteht eine branchenweit bewährte Methode darin, „eine Art Säure, am häufigsten Schwefelsäure, zu verwenden, um zunächst die Mineralschicht aufzulösen und zu entfernen“. Dadurch wird die Biofilmschicht dem anschließend injizierten Desinfektions- oder Oxidationsmittel ausgesetzt. „Allzu oft ist den Menschen nicht bewusst, dass es normalerweise eine Mineralsalzschicht gibt, die den Biofilm verkrustet und ihn gewissermaßen schützt. Indem Sie zuerst die Salzniederschlagsschicht entfernen, können Sie sicherstellen, dass der Biofilm dem von Ihnen verwendeten Oxidationsmittel oder Desinfektionsmittel vollständig ausgesetzt ist.“ Verwendung, um sicherzustellen, dass die Lösung ausreichenden Kontakt mit der biologischen Schicht herstellen kann.“

Der Bau einer CEA-Anlage, die Produktivität und Ressourceneffizienz maximiert, ist unabhängig von der Größe Ihres Betriebs eine große Aufgabe. Mit der richtigen langfristigen Denkweise, einem Verständnis für das Potenzial Ihres Betriebs und Zugang zu branchenführenden Informationsquellen (wie dem kommenden Energie- und Wasser-Benchmarking-Bericht von RII) können CEA-Betreiber sowohl ihre Ressourceneffizienz als auch ihr Endergebnis steigern.

Möchten Sie mehr über Wassereffizienz für CEA erfahren? Schauen Sie sich die Best-Practices-Leitfäden von RII und andere veröffentlichte und von Experten überprüfte Ressourcen zu Themen wie Anlagendesign und -konstruktion, Beleuchtung und HVAC unter Catalog.resourceinnovation.org an und halten Sie Ausschau nach einem bevorstehenden Wasser-Benchmarking-Bericht, der im Juni veröffentlicht wird. Weitere Erkenntnisse von RII können Sie auch hier erfahren.

Robert Eddy ist Landwirtschaftsdirektor des Cannabisunternehmens Rookwood Holdings, LLC, das Anbaulizenzen in Ohio, Missouri und West Virginia erhalten hat. Er ist außerdem 20 Jahre lang ehemaliger Gewächshausmanager der Purdue University und Direktor von CEA Consultancy, LLC. Rob ist aktives Mitglied des technischen Beirats des Resource Innovation Institute und half bei der Entwicklung des Controls Best Practices Guide von RII mit der Controls Working Group 2021. Alle Autorengeschichten finden Sie hier.