Agro-productive impact of an experimental model for estimating pressure and flow rates in the micro- irrigation system of the 14 July organoponic farm

Wasser ist das Lebenselixier der Landwirtschaft, aber die korrekte Zufuhr ist ein empfindlicher Balanceakt. In der modernen Landwirtschaft besteht das Ziel oft darin, genau die richtige Menge an Feuchtigkeit an jede einzelne Pflanze abzugeben, um sowohl die Verschwendung durch Überflutung als auch den Stress durch Dürre zu vermeiden. Dies ist besonders schwierig in Systemen, in denen Wasser durch lange Rohre mit vielen kleinen Auslässen fließt, die als Emitter bekannt sind und darauf ausgelegt sind, Wasser direkt auf die Nutzpflanzen zu tropfen oder zu sprühen. Während das Wasser durch diese Rohre fließt, bremst Reibung es ab und der Druck sinkt, was bedeutet, dass Pflanzen am Anfang der Leitung eine starke Dosis erhalten könnten, während die am Ende nur sehr wenig bekommen. Wenn der Druck zu niedrig ist, erreicht das Wasser die Wurzeln nicht effektiv; wenn er zu hoch ist, verschwendet das System Energie und Wasser. Landwirte benötigen eine Möglichkeit, genau vorherzusagen, wie viel Druck und Durchfluss bei jeder Pflanze ankommen, damit sie das System anpassen können, bevor die Ernte Schaden nimmt. Ohne dieses Wissen könnte eine Farm oberflächlich grün aussehen, während ihre Produktivität im Stillen aufgrund ungleichmäßiger Bewässerung zurückgeht.

Auf der Organoponik-Farm „14. Juli“ in Ciego de Ávila, Kuba, setzten Forscher bestrebt, dieses Problem mit einem neuen Ansatz zu lösen. Sie testeten ein mathematisches Modell, das im Grunde eine Reihe von Regeln ist, die simulieren, wie sich Wasser innerhalb der Rohre verhält, um zu sehen, ob es ihnen helfen kann, das Mikrobewässerungssystem der Farm effektiver zu steuern. Die Farm baut eine Vielzahl von Gemüsesorten an, darunter Salat, Mangold, grüne Bohnen und Gurken, in Hochbeeten, die von einem Netzwerk aus Rohren und Sprinklern bedeckt sind. Das Team verglich zwei Arten, den Betrieb der Farm zu führen: die Standardmethode, bei der sie das System basierend auf ersten Messungen und allgemeiner Erfahrung überprüften, und eine neue Methode, bei der sie ihr Modell nutzten, um den Druck und den Durchfluss an jedem einzelnen Sprinkler vorherzusagen und zu steuern. Sie achteten zudem genau auf das Wetter und nutzten Regendaten, um zu entscheiden, wann sie die Pumpen ein- und ausschalten sollten, mit dem Ziel, Energie und Wasser zu sparen, wann immer die Natur eine helfende Hand bot.

Die Ergebnisse dieses Experiments waren klar und messbar. Als die Farm unter dem neuen Modell arbeitete, wurde die Wasserverteilung signifikant gleichmäßiger. Die Forscher fanden heraus, dass die Gleichmäßigkeit der Wasserabgabe – ein Maß dafür, wie konsistent jede Pflanze Wasser erhielt – von einem guten Niveau auf ein exzellentes sprang. Die Variation in der Wassermenge, die aus jedem Sprinkler austrat, sank drastisch, was bedeutete, dass die Pflanzen am Ende des Rohrs fast die gleiche Menge Wasser erhielten wie die am Anfang. Diese Beständigkeit schlug sich direkt in besseren Ernten nieder. Die unter der neuen Managementstrategie angebauten Kulturen produzierten spürbar mehr Lebensmittel: Die Erträge bei Salat stiegen um fast ein Fünftel, bei Mangold um über ein Fünftel, bei grünen Bohnen um einen ähnlichen Betrag und bei Gurken um fast ein Viertel. Das Modell ermöglichte es den Landwirten, Probleme in den Rohren, wie etwa verstopfte oder defekte Sprinkler, zu diagnostizieren und zu beheben, bevor sie den Ernte schaden konnten.

Jenseits der Nutzpflanzen selbst verdeutlichte die Studie, wie viel Wasser und Energie durch das Lauschen auf den Himmel eingespart werden konnte. Die Forscher verfolgten über mehrere Jahre den täglichen Niederschlag und stellten fest, dass der Regen oft genug Wasser für die Kulturen lieferte, insbesondere für Mangold, der in bestimmten Zeiträgen überhaupt keine zusätzliche Bewässerung benötigte. Indem sie das Modell nutzten, um die Bewässerung nur dann zu planen, wenn der Regen nicht genügend Feuchtigkeit bereitgestellt hatte, reduzierte die Farm die Anzahl der Male, in denen sie ihre Pumpen betreiben mussten. Dies sparte nicht nur ein erhebliches Volumen an Wasser, sondern senkte auch den Strombedarf, der benötigt wird, um das Wasser durch die Rohre zu drücken. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass dieses mathematische Werkzeug eine praktische Möglichkeit für Landwirte ist, die verborgene Physik ihrer Bewässerungssysteme zu verstehen, was zu gesünderen Pflanzen, höheren Erträgen und einer effizienteren Nutzung der kostbaren Ressourcen Wasser und Energie führt.