Einführung

Fertigation ist die Ausbringung von Dünger mit Bewässerungswasser. Dieser Artikel befasst sich mit der Düngung unter Verwendung von Tropfbewässerung und Handelsdüngern, die in zertifizierten ökologischen Systemen verwendet werden können. Da die biologische Bewässerung noch wenig erforscht ist, bleiben viele Fragen zu den besten Praktiken, Vorteilen und Nachteilen offen.

Bewässerung

Dünger kann mit jedem Bewässerungssystem ausgebracht werden. Im Frischgemüseanbau ist die Tropfbewässerung das am häufigsten verwendete System für die Düngung und erfordert die meisten Kenntnisse für eine effektive Anwendung. Bei der Tröpfchenbewässerung, die auch als Mikrobewässerung oder Tropfbewässerung bezeichnet wird, wird das Wasser langsam und direkt auf den Boden um die Pflanzen herum aufgebracht. Die Tropfbewässerung verbraucht im Allgemeinen weniger als die Hälfte des Wassers im Vergleich zur Überkopf- und Furchenbewässerung. Der Wirkungsgrad der Tropfbewässerung liegt bei über 90 %, während der Wirkungsgrad eines Sprinklersystems zwischen 50 und 70 % liegt. Die hohe Effizienz der Tropfbewässerung ist darauf zurückzuführen, dass (1) das Wasser in den Boden eindringt, bevor es verdunsten oder abfließen kann, und (2) das Wasser nur dort ausgebracht wird, wo es benötigt wird (in der Nähe der Pflanzen) und nicht auf dem gesamten Feld. In trockeneren Klimazonen trägt die Bewässerung der Anbaufläche und nicht des gesamten Feldes dazu bei, den Unkrautdruck zwischen den Reihen zu verringern. Ein weiterer Vorteil der Tropfbewässerung besteht darin, dass der Wasserkontakt mit dem oberirdischen Pflanzenwachstum (Blätter, Stängel und Früchte) reduziert wird, wodurch die Bedingungen für viele Krankheiten weniger günstig sind. Landwirte mit schwankenden Wasserressourcen schätzen auch den geringeren Druck (8-10 psi an der Tropfleitung), der für den Betrieb eines Tropfbewässerungssystems erforderlich ist. Ein gut gewartetes und effektives Tropfbewässerungssystem ist die Voraussetzung für eine erfolgreiche Fertigation. Informationen über die Planung, den Betrieb und die Verwaltung von Tropfbewässerungssystemen finden Sie unter Tropfbewässerungssysteme für kleine konventionelle Gemüsebetriebe und ökologische Gemüsebetriebe sowie in anderen unten aufgeführten Quellen.

Bewässerung

Die Bewässerung ermöglicht es dem Landwirt, Nährstoffe während der gesamten Saison auf einfache Weise auszubringen

Alle Nährstoffe, die in löslicher Form vorliegen, sind direkt nach der Ausbringung für die Pflanzenaufnahme verfügbar, was dem Landwirt eine bessere Kontrolle über die Verfügbarkeit der Nährstoffe für die Pflanzen ermöglicht. Diese Faktoren können zu einem effizienteren Einsatz von Düngemitteln führen. Die Ausbringung von Nährstoffen kann täglich, wöchentlich oder in kürzeren Abständen erfolgen, je nach dem Gesamtplan für das Nährstoffmanagement der Kultur. Wenn die Nährstoffe kurz vor dem Bedarf ausgebracht werden, können die Landwirte den Verlust von Nährstoffen aus der Wurzelzone verringern. Dies ist besonders wichtig in Gebieten mit hohen Niederschlagsmengen und für gelöste Nährstoffe, die leicht auswaschen, wie Stickstoff. Im Vergleich zu Methoden der Nährstoffausbringung während der Saison, die Traktoren oder Fußgänger erfordern, verringert die Fertigation die Gefahr der Verdichtung und ist weniger abhängig von den Wetterbedingungen.

Die Fertigation ist Teil eines Nährstoffmanagementplans

Wenn die Fertigation eingesetzt wird, sollte sie in den Gesamtnährstoffmanagementplan für die Kultur oder das Feld einbezogen werden. Die Gesamtmenge der Nährstoffe, die durch Fertigation und andere Düngemittelanwendungen bereitgestellt wird, sollte 100 % der geplanten Gesamtnährstoffausbringungsrate nicht überschreiten.

Es werden verschiedene Einheiten verwendet, um die Nährstoffmenge zu beschreiben, die einer Kultur während einer Wachstumssaison zugeführt oder von ihr benötigt wird: lb/A, lb/sq.ft., lb/Pflanze und lb/linearer Beetfuß sind Beispiele. Wenn in diesem Zusammenhang Flächenmaße wie Acres oder Quadratfuß verwendet werden, bezieht sich die Fläche in der Regel auf den gesamten bebauten Teil des Feldes und nicht nur auf die Fläche der Beete oder Pflanzenreihen. In einigen Fällen mit Dauerbeeten oder sehr weit auseinander liegenden Beeten kann jedoch auch nur die Beetfläche bei der Berechnung der ausgebrachten Nährstoffmenge berücksichtigt werden. In jedem Fall ist es hilfreich, die durch Bewässerung ausgebrachten Nährstoffe in denselben Einheiten zu betrachten, die auch für andere Nährstoffausbringungen verwendet werden, denn so lässt sich leicht erkennen, wie sich die Fertigation in den gesamten Nährstoffmanagementplan einfügt. Ein Tomatenproduzent weiß zum Beispiel, dass die Pflanze während der Vegetationsperiode etwa 100 lb/A Stickstoff benötigt, und schätzt, dass die Leguminosen-Deckfrucht etwa 50 lb/A Stickstoff liefern wird, und plant daher, 50 lb/A Stickstoff über die Bewässerung auszubringen. Diese 50 lb/A könnten über mehrere Wochen ausgebracht werden: 10 lb/Woche für 5 Wochen oder 7 lb/Woche (entspricht 1 lb/Tag) für 7 Wochen, zum Beispiel.

In einigen Produktionssystemen werden die Ausbringungsraten der Düngung auf der Grundlage der Nährstoffkonzentration in der Lösung beschrieben. So können beispielsweise Tomatensetzlinge im Gewächshaus mit einer Lösung gedüngt werden, die 75 ppm (parts per million) Stickstoff enthält, oder auf dem Feld angebauter Pac Choi kann mit 150 ppm Stickstoff gedüngt werden. Diese Terminologie ist im Containeranbau üblich und wenn bei jeder oder fast jeder Bewässerung gedüngt wird. Die Nährstoffkonzentration gibt keinen Aufschluss über die Menge, die pro Hektar, pro Quadratmeter oder pro Pflanze ausgebracht wird, es sei denn, das gesamte ausgebrachte Wasservolumen ist ebenfalls bekannt.

Planung der Düngerausbringung

Im ökologischen Landbau wurde bisher nur wenig geforscht, um den besten Zeitplan für die Ausbringung von Dünger über ein Bewässerungssystem zu ermitteln. Wir wissen, dass es wichtig ist, dass die Nährstoffe im Boden verfügbar sind, wenn die Pflanzen sie brauchen, daher werden sie in der Regel ausgebracht, bevor sie benötigt werden. Wir wissen, dass die Nährstoffaufnahme im Allgemeinen parallel zum Wachstum der Pflanzen erfolgt. Daher ist es sinnvoll, den Großteil der Nährstoffe, die von der Pflanze benötigt werden, bereits zu Beginn des schnellen Wachstums im Boden zu haben und den Rest während des schnellen Wachstums auszubringen. Wenn sich die Pflanze der Ernte nähert und/oder das Wachstum nachlässt, kann die Nährstoffausbringung reduziert oder sogar eingestellt werden. Für die Planung der Düngergaben kann es hilfreich sein, eine Tabelle zu erstellen, in der jede Woche der Pflanzenproduktion von der Aussaat bis zur Ernte aufgeführt ist, die ungefähre Größe der Ernte zu Beginn jeder Woche anzugeben und dann die Düngergaben unter Berücksichtigung des Zeitpunkts des Pflanzenwachstums zu planen. Das Ziel der Feinabstimmung der Düngepläne für die ökologische Produktion bietet eine Gelegenheit für die betriebliche und universitäre Forschung.

Wann soll Dünger durch Bewässerung eingebracht werden

Düngen Sie während der letzten Phase der Bewässerung; dadurch bleibt der meiste Dünger in der Wurzelzone der Pflanzen. Lassen Sie nach dem Ende der Bewässerung genügend Zeit, damit das Wasser durch das System fließen kann und alle verbleibenden Partikel, die die Düsen verstopfen könnten, herausgespült werden. Um zu bestimmen, wann mit der Düngereinbringung begonnen werden soll, sind mehrere Informationen erforderlich. Bestimmen Sie zunächst, wie lange das Wasser braucht, um den am weitesten von der Einspritzstelle entfernten Emitter zu erreichen. Beobachten Sie dies bei den ersten Bewässerungsanwendungen und notieren Sie es. Bestimmen Sie anschließend, wie lange es dauert, die gewünschte Düngermenge zu injizieren. Dies kann durch die Zeitmessung einer tatsächlichen Injektion oder durch Berechnungen auf der Grundlage des Volumens der zu injizierenden Lösung und der Durchflussraten des Bewässerungssystems und der Pumpe erfolgen. Es kann hilfreich sein, den Nährstofffluss zu überwachen, indem man natürliche Lebensmittelfarbe als Markierung injiziert. Ein Messgerät für die elektrische Leitfähigkeit (EC) kann ebenfalls zur Überwachung der Lösung an den Verteilern verwendet werden. Berechnen Sie schließlich, wie lange vor dem Ende der Bewässerung mit dem Einspritzen des Düngers begonnen werden soll, indem Sie Folgendes addieren:

1. Zeit für den Weg des Wassers von der Einspritzstelle bis zum am weitesten entfernten Emitter;
2. Zeit für das Einspritzen der Düngerlösung;
3. Zeit für das letzte Stück Düngerlösung bis zum am weitesten entfernten Emitter; und
4. zusätzliche Zeit zum Spülen des Systems.

Angenommen, es dauert ½ Stunde, bis das Wasser von der Einspritzstelle bis zum am weitesten entfernten Verteiler gelangt, und 1 Stunde, um die Lösung einzuspritzen, sowie ½ Stunde, um das System zu spülen. Dann sollte die Düngung 2,5 Stunden vor dem Ende des Bewässerungsereignisses beginnen: ½ Stunde für den Weg des Wassers von der Einspritzstelle bis zum am weitesten entfernten Emitter + 1 Stunde für die Injektion der Lösung + ½ Stunde, bis das letzte bisschen Düngerlösung den am weitesten entfernten Emitter erreicht hat + ½ Stunde zum Spülen des Systems. Wenn es 7 Stunden dauert, die gewünschte Wassermenge auf ein Feld aufzubringen, dann würde in diesem Beispiel die Düngung 4,5 Stunden ( 7 – 2,5) nach Beginn der Bewässerung beginnen. Weitere Informationen zur Planung der Tropfbewässerung finden Sie in den unten aufgeführten Ressourcen zur Tropfbewässerung.

Nährstoffe müssen nach der Injektion vollständig aus dem Bewässerungssystem gespült werden, um die Tropfleitungen sauber zu halten und Verstopfungen zu vermeiden. Wenn Verstopfung zu einem Problem wird, kann es hilfreich sein, die Enden der Seitenleitungen zu öffnen und das Wasser regelmäßig während der Saison durch das Tropfband und aus den Enden der Leitungen zu spülen.

Nährstoffverteilung im Boden

Die durch Tropfbewässerung zugeführten Nährstoffe werden entsprechend dem Benetzungsmuster des Bodens verteilt. Das Benetzungsmuster des Bodens ist in der Regel halbkugelförmig oder oval, wobei der breiteste Teil in der Tiefe des Verteilers (oder der Bodenoberfläche, wenn das Tropfband nicht eingegraben ist) und der tiefste Punkt direkt unter dem Verteiler liegt. Die Entfernung, die das Wasser horizontal im Boden zurücklegt, und die Benetzungstiefe hängen von der Bodenbeschaffenheit, der Bewässerungsrate und der Bewässerungsdauer ab. Bewässerungsmenge und -dauer sollten an den Wasserbedarf der Pflanzen angepasst werden.

Erfolgreiche Düngung

Nachfolgend finden Sie einige allgemeine Richtlinien zu Düngemitteln und Bewässerungssystemen für die Injektion von Düngemitteln, die aus „Commercial vegetable production, fertigation of vegetable crops“ (Marr, 1993) übernommen wurden.

• Verwenden Sie Dünger, der sich leicht mit Wasser mischt; wenn sich das Produkt nicht vollständig auflöst, sollte es eine kleine Partikelgröße haben, die in der Schwebe bleibt und durch die Düsen geht, ohne zu verstopfen.
• Setzen Sie das Tropfbewässerungssystem vollständig unter Druck, bevor Sie mit der Injektion beginnen; der Emitter, der am weitesten von der Pumpe entfernt ist, muss unter vollem Druck stehen, wenn die Injektion eingeleitet wird.
• Installieren Sie eine Rückflussverhinderungsvorrichtung zwischen der Wasserquelle und dem Düngerinjektor, um die Wasserquelle zu schützen. In einigen Staaten ist dies gesetzlich vorgeschrieben und die Eigenschaften des Geräts können festgelegt werden. Erkundigen Sie sich bei Ihren staatlichen oder örtlichen Behörden.
• Installieren Sie einen Filter zwischen der Einspritzdüse und den Zuleitungen, um sicherzustellen, dass ungelöste Partikel herausgefiltert werden, damit sie die Düsen nicht verstopfen. Je nach Wasserquelle und Injektortyp kann auch ein Filter zwischen der Wasserquelle und dem Injektor erforderlich sein.
• Düngen Sie mindestens so lange, wie das System braucht, um den vollen Druck zu erreichen. Dadurch hat jeder Emitter in der Tropfleitung die gleiche Kontaktzeit mit der Nährstofflösung, während sie das Bewässerungssystem durchläuft, und die Variabilität der Düngerverteilung wird verringert.
• Nährstoffe nach der Injektion vollständig aus dem Bewässerungssystem spülen, um die Tropfleitungen sauber zu halten und Verstopfungen zu vermeiden.

Bewässerungsgeräte

Injektoren geben eine konzentrierte Nährstofflösung in die Hauptleitung des Bewässerungssystems ab. Es gibt zwei grundlegende Wirkungsweisen für Düngerinjektoren: Venturi und Verdrängungsinjektoren.

Venturi Bypass: Ein Venturi-Injektor arbeitet nach dem Prinzip, dass ein Sog (Unterdruck) entsteht, wenn das Wasser durch eine Verengungszone fließt. Dieser Sog wird genutzt, um Düngerlösung in die Bewässerungsleitung zu ziehen. Wasserdruck und Durchflussmengen sind bei Venturi-Injektoren in gewissem Maße variabel, was dazu führt, dass die Düngemittelkonzentration während der Injektionszeit einem pulsartigen Muster folgt. In vielen Betrieben ist eine konstante Konzentration in der Endlösung jedoch nicht erforderlich, und Venturi-Injektoren werden in vielen Betrieben erfolgreich eingesetzt. Der Hozon ist das häufigste Beispiel für einen einfachen, kostengünstigen und leicht zu wartenden Venturi-Injektor. Solche kleinen Injektoren haben ein niedriges Einspritzverhältnis und benötigen daher einen großen Düngemitteltank, wodurch ihr Einsatz auf kleine Flächen (in der Regel ½ Acre oder weniger) beschränkt ist. Größere Venturi-Injektoren, wie der Mazzei (Abb. 1), sind für größere Flächen erhältlich.

Abbildung 1. Ein Mazzei-Injektor, bereit zum Einsetzen in die Bewässerungsleitung, ist ein häufig verwendeter Venturi-Bypass-Injektor und eignet sich für die Düngung von Flächen, die größer als ein halbes Hektar sind. Bildnachweis: Tim Coolong, University of Kentucky.

Positive Verdrängung: Verdrängungsinjektoren nutzen die hin- und hergehende Bewegung eines Kolbens oder einer Membran, um den Dünger in die Bewässerungsleitung einzuspritzen. Diese Pumpen werden in der Leitung installiert und benötigen keinen Bypass (Abb. 2). Der Wasserdruck, der durch den Injektor in der Bewässerungsleitung fließt, liefert die nötige Energie, um den Injektionsprozess zu aktivieren. Die Düngemittellösung wird in präzisen Mengen mit einer konstanten Konzentration und Durchflussmenge in die Bewässerungsleitung gezogen. Bei einer Membranpumpe kommt die Düngemittellösung im Gegensatz zur Kolbenpumpe nicht mit dem Pumpenmechanismus in Berührung. Aus diesem Grund gibt es bei der Membranpumpe weniger Probleme bei Betrieb, Wartung und Ersatzteilbeschaffung. Verdrängerinjektoren bieten größere Einspritzverhältnisse und benötigen einen kleineren Düngemitteltank. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich diese Injektoren für große Anbauflächen. Einige häufig verwendete Marken von Verdrängungsinjektoren sind die Dosatron-, DosMatic- und Chemilizer-Injektoren.

Abbildung 2. Ein Chemilizer-Injektor ist ein Beispiel für einen Verdrängungsmembraninjektor. Bildnachweis: Tim Coolong, University of Kentucky.

Organische Düngemittel

Damit Düngemittel wirksam durch Bewässerung zugeführt werden können, müssen sie löslich sein und/oder ungelöste Partikel müssen das Bewässerungssystem durchlaufen können, ohne Verstopfungen zu verursachen. Es gibt viele biologisch zugelassene Flüssigdünger und Düngemittel in Pulverform, die vollständig löslich sind und für die Bewässerung verwendet werden können. Im USDA National Organic Program Handbook (2010) finden Sie neue Informationen zu flüssigen organischen Düngemitteln. In Tabelle 1 sind Produkte aus der Materialliste des Programms für ökologische Lebensmittel des Landwirtschaftsministeriums des US-Bundesstaates Washington (WSDA) und der Produktliste des Organic Materials Review Institute (OMRI) aufgeführt (Stand: März 2010), die auf ihrem Etikett als für die Bewässerung geeignet gekennzeichnet sind. Weitere Informationen zu Betriebsmitteln finden Sie im entsprechenden eOrganic-Artikel Kann ich dieses Betriebsmittel auf meinem Biobetrieb verwenden. Erkundigen Sie sich immer bei Ihrem Zertifizierer, bevor Sie ein neues Produkt verwenden.

Kostenanalyse für Düngungsprodukte

Tabelle 1 enthält eine Kostenanalyse von Düngungsprodukten auf der Grundlage der Kosten pro Stickstoffeinheit. Die Analyse erfolgte in drei Schritten. Zunächst wurde der Preis des Produkts von kommerziellen Anbietern ermittelt (die Produkte wurden im November 2009 gepreist). Zweitens wurden für Produkte, die auf Volumenbasis verkauft werden, die Hersteller kontaktiert, um Informationen zum Volumengewicht zu erhalten. Wurde ein Produkt beispielsweise als Gallone verkauft, wurde der Hersteller gefragt, wie viel eine Gallone des Produkts wiegt. Und drittens wurde der Wert für den Stickstoffgehalt auf dem Produktetikett verwendet, um die Kosten für ein Pfund Stickstoff aus diesem Produkt zu berechnen. Zur Berechnung der Kosten der einzelnen Düngemittelprodukte wurde der von der Oregon State University entwickelte Rechner für organische Düngemittel verwendet. Auf der Grundlage dieser Analyse lagen die Kosten pro Pfund Stickstoff für flüssige und lösliche organische Düngemittel zwischen 4,60 $ und 136,50 $ pro Pfund, und der Stickstoffgehalt der Düngemittel reichte von 0,4 bis 5 %.

Überlegungen zu flüssigen organischen Düngemitteln

Bei der Auswahl eines Düngemittels für die Fertigation sind neben dem Preis pro Stickstoffeinheit auch andere Faktoren zu berücksichtigen, wie

• das Vorhandensein anderer Nährstoffe als Stickstoff
• das Gleichgewicht der Nährstoffe
• die einfache Ausbringung

Außerdem, Einige Produkte lösen sich leicht in Wasser auf und werden schnell in das Bewässerungssystem eingespritzt, ohne Probleme wie verstopfte Filter und Sprühvorrichtungen zu verursachen, während andere Produkte sich nicht so leicht auflösen oder eher die Sprühvorrichtungen verstopfen können. Ein weiterer wichtiger Punkt ist das Vorhandensein von löslichen Salzen im Dünger. Einige organische Flüssigdünger und lösliche Dünger, insbesondere solche mit hohem Stickstoffgehalt, enthalten häufig Natriumnitrat (NaNO3), auch Chilesalpeter genannt. Natriumnitrat ist eine natürlich vorkommende Stickstoffverbindung mit 16 % Stickstoff (N), die in großem Umfang für organische Düngemittel verwendet wird und sehr gut wasserlöslich ist. Wenn sich Natriumnitrat auflöst, stehen die Natriumionen in der Bodenlösung für die Aufnahme durch die Pflanzen zur Verfügung und können für einige Kulturen problematisch sein, wenn sie in relativ hohen Mengen vorhanden sind. Den Landwirten wird empfohlen, die Produkte in kleinem Maßstab zu testen, um sicherzustellen, dass das Produkt für das jeweilige Bewässerungssystem und die Kulturen, in denen es verwendet wird, geeignet ist. Natriumnitrat ist zwar erlaubt, aber die NOP-Verordnung besagt, dass die Verwendung von Natriumnitrat auf höchstens 20 % des gesamten Stickstoffbedarfs der Kultur beschränkt ist.

Landwirte sollten sich auch darüber im Klaren sein, dass das USDA National Organic Program (NOP) im Oktober 2009 eine gründliche Überprüfung aller flüssigen organischen Düngemittel mit einem Stickstoffgehalt von mehr als 3 % verlangt hat. Grund für diese Überprüfung war die Feststellung des NOP Anfang 2009, dass zwei in den USA auf dem Markt befindliche organische Flüssigdünger nicht den NOP-Vorschriften entsprachen. Bei den beiden Produkten handelte es sich um Marizyme und Agrolizer, beide hergestellt von Port Organic, Ltd. Düngemittel mit höheren Stickstoffanteilen (>3%) müssen nun durch eine Drittkontrolle nachgewiesen werden, dass der gesamte Stickstoff aus zugelassenen Quellen stammt. Als Bedingung für die Anerkennung durch den NOP müssen die Drittprüfer der Produkte die Düngemittelhersteller auf der Grundlage der NOP-Vorschriften prüfen und sich selbst einer Prüfung unterziehen. Diese strengeren Maßnahmen sollen den Zertifizierern helfen, die bestmögliche Entscheidung bei der Zulassung von organischen Düngemitteln und anderen Betriebsmitteln zu treffen.

Referenzen und Zitate