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Salziges bewässertes Land mit schlechtem Erntezustand

Bodenversalzung oder UnterseiteVersalzung ist das Phänomen, dass der Boden mit der Zeit salziger wird, weil die Zufuhr von Salze ist größer als sein Abfluss Normalerweise erfolgt die Zufuhr durch Wasser, in dem Salze gelöst sind.

Beispiele für natürlichen Bodensalzgehalt finden sich an der Küste, wo der Wind salzige Wassertröpfchen aus dem Meer ins Land blasen kann und wo die Grundwasserfluss kann das Land vom Meer aus betreten, wenn salzige Versickerung. Auch in Wüsten viele natürliche Salzböden entstehen aufgrund des hohen the Potenzial Verdunstung des zugeführten Wassers.^[1]

Das Problem der nicht-natürlichen Versalzung ist am besten bekannt in der Bewässerung,^[2] weil Gießwasser in bewässerten Gebieten immer etwas Salz enthält. Durch Verdunstung wird der Salzkonzentration der Bodenfeuchte nimmt ständig zu.

Die Bewässerung landwirtschaftlicher Flächen wird in Gebieten mit wenig Niederschlag das ganze Jahr über angewendet (trockenes Klima) oder ist auf eine Saison beschränkt (Monsunklima). Im zweiten Fall erfolgt die Bewässerung hauptsächlich in der Trockenzeit, in bewässerten (bewässerten) Gebieten, in denen ein Teil des Bewässerungswassers (Bewässerungswasser) oder Regenwassers den Mutterboden durchspült und die Spülwasser durch natürliche Dränage unterirdisch entwässert wird, reicht der Salzausstoß in der Regel aus, um eine Bodenversalzung zu verhindern.

Es gibt zwei Möglichkeiten der Bodenversalzung:

• Die Menge des zugeführten Gießwassers zusammen mit dem Regenwasser reicht nicht aus, um die notwendigen spülen erreichen.
• Das Grundwasserleiter hat keine ausreichende Entwässerungskapazität oder hat sogar versickern, und nein künstliche Entwässerung angewendet.

Ausbeute an Senf (Raps) in Abhängigkeit vom Salzgehalt des Bodens

Wenn großzügige Spüldosen verabreicht werden und eine Spülung erfolgt, wird im zweiten Fall die Wasserstand im Boden, weil der Wassereintrag größer ist als der Ausstoß. Bodenbenetzung wird dann von Bodensalzigkeit begleitet. Bei Bewässerungsprojekten ist dies der häufigste Fall: Es gibt ein Doppelproblem. Bodenversalzung und Bodenbefeuchtung führen zu geringeren Ernteerträgen und zum Ende der Landwirtschaft.

Das Zwillingsproblem wird verschärft, wenn der Grundwasserleiter von anderswo mehr wird Grundwasser liefert, als es entfernen kann. Dadurch entsteht eine nach oben gerichtete Grundwasserströmung, die versickern, die auch Salz liefert.

In bewässerten Gebieten kann die Versickerung auf zwei Arten auftreten:

• Das Gelände ist abfallend und es Spülwasser vom hohen Teil bewegt sich unterirdisch in den unteren Teil.
• Das Gelände ist flach und die Fläche teilweise bewässert, so dass das Grundwasser vom bewässerten Teil, wo der Grundwasserspiegel durch die Zufuhr von Spülwasser höher ist, in den unbewässerten Teil, wo der Grundwasserspiegel niedriger ist, wandert.

Die Versalzung des Bodens verschlechtert einen erheblichen Teil der landwirtschaftlichen Flächen bei Bewässerungsprojekten. Wenn die Landwirtschaft in diesem Teil aufgegeben wird, entsteht ein neuer Wasser- und Salzhaushalt, und die Situation kommt schließlich ins Gleichgewicht. In den großen Bewässerungsgebieten der Welt werden oft 20 bis 30 % versalzen. Dies betrifft mehrere zehn Millionen Hektar. Oft ist der ärmste Teil der lokalen Bevölkerung am stärksten von den Auswirkungen der Versalzung betroffen.^[2]

Die Grafik wird mit SegReg erstellt made^[3], ein Computer Programm vor dem segmentierte Regression.

Bodenversalzung weltweit

Einige Beispiele aus der Literatur:

1. In den bewässerten Gebieten von Indien 3 469 100 ha wären stark betroffen von affected Versalzung und 2 189 400 ha im Lieferwagen Benetzung.^[4][5]
2. Eine Studie zu 13,6 Millionen bewässerten Flächen in der Indus-Ebene im Pakistan Auf mehr als 5,7 Mio. ha wurden Salzprobleme festgestellt, von denen 2,4 Mio. sehr schwerwiegend sind.^[6] Auf mehr als 3 Millionen Hektar wurden Milliarden von Rupien ausgegeben, um Brunnen die Verbesserungsziele wurden jedoch nur teilweise erreicht.^[7] Die Asiatische Entwicklungsbank (ADB) hat angegeben, dass 38% der bewässerten Fläche durchnässt und 14% zu salzig für die Nutzung sind.^[8]
3. In dem Nildelta von Ägypten Auf Millionen Hektar werden Entwässerungsarbeiten durchgeführt, um der Rehydratisierung und Versalzung durch die ganzjährige Bewässerung nach der Fertigstellung des Hoch-Assuan-Staudamms entgegenzuwirken.^[9]
4. Im Mexiko beträgt 15 % der 300 000 ha bewässerbaren Fläche salzig und 10% ist vernat.^[10]
5. Im Peru 300 000 ha der 1 050 000 ha bewässerbaren Fläche leiden unter Problemen der Wiedervernässung und Versalzung.^[11]
6. Etwa ein Drittel des bewässerten Landes in den wichtigsten Bewässerungsländern leidet unter Bodenversalzung, zum Beispiel: Israel 13%, Australien 20%, China 15%, Irak 50%, Ägypten 30%. Die Probleme treten bei großen und kleinen Bewässerungsprojekten gleichermaßen auf.^[12]
7. Das FAO hat geschätzt, dass im Jahr 1990 52 Millionen Hektar bewässertes Land eine verbesserte Entwässerung benötigen werden, um Salzprobleme zu bewältigen.^[1]
8. Die folgende Tabelle zeigt eine regionale Verteilung der 3,23 Millionen km² salzhaltige Böden, einschließlich der natürlichen salzhaltigen Böden in Wüsten und entlang von Küsten, gemäß der FAO/UNESCO Bodenkarte der Welt.^[13]

Region	Oberfläche (106Haha)
Afrika	69,5
Naher und Mittlerer Osten	53,1
Asien und Fernost	19,5
Lateinamerika	59,4
Australien	84,7
Nordamerika	16,0
Europa	20,7

Siehe auch: Statistiken zur Bewässerung

Diagnose

Messung

Der Salzgehalt des Bodens wird gemessen als Salzkonzentration der Bodenfeuchte in Gramm Salz pro Liter Wasser (g/l) oder as elektrische Leitfähigkeit (EG) in dS/m. Das Verhältnis zwischen diesen beiden Größen beträgt ungefähr 3:5, also: y g/l → 5y/3 dS/m. Meerwasser kann beispielsweise eine Salzkonzentration von 30 g/l (3%) und einen EC von 50 dS/m aufweisen.

Die Standardbestimmung des Salzgehalts des Bodens erfolgt am Extrakt einer gesättigten Paste, für die Zentrifugation erforderlich, und der EC wird dann als ECe geschrieben. Die Messung ist jedoch bei einem 2:1 oder 5:1 Gemisch aus Wasser und Erde (in Gramm Wasser pro Gramm trockener Erde) einfacher durchzuführen, da keine Zentrifugation erforderlich ist. Das Verhältnis zwischen ECe und EC_2:1 ist ungefähr 4, also: ECe = 4 EC_1:2.^[14]

Einstufung

Der Boden gilt als salzhaltig, wenn der ECe > 4 ist. Bei 4 < ECe < 8 spricht man von leicht salzhaltigem Boden, bei 8 < ECe < 16 (durchschnittlich) salzhaltigem Boden und bei ECe > 16 sehr salzhaltig Boden.^[15]

Salztoleranz von Pflanzen

Salzempfindliche Kulturen haben bereits auf leicht salzhaltigen Böden Probleme. Die meisten Pflanzen gedeihen auf (durchschnittlichen) salzhaltigen Böden schlecht, und nur resistente Pflanzen können auf sehr salzhaltigen Böden überleben. Die Universität von Wyoming, USA,^[16] und die Regierung von Alberta, Kanada^[17] liefern Daten zur Salztoleranz einer Vielzahl von Pflanzen.

Die meisten Daten zur Salztoleranz von Kulturpflanzen wurden durch Topfversuche gewonnen. Es ist möglich, dass diese Daten für Ackerland mit weniger kontrollierten Bedingungen vollständig repräsentativ sind.^[18] Felddaten unter landwirtschaftlichen Bedingungen sind jedoch rar, insbesondere in Entwicklungsländern. In Ägypten wurde geforscht,^[19] Indien,^[20] und Pakistan.^[21] Daraus ergeben sich die folgenden Beispiele.

• Diagramme des Ernteertrags und des Bodensalzgehalts in Ackerland in der Reihenfolge steigender Salzgehaltstoleranz
• 

  Berseem (Klee), angebaut im Nildelta in Ägypten, ist salzempfindlich und verträgt nur einen ECe-Wert von bis zu 2,4 dS/m, danach sinkt der Ertrag bereits.

• 

  Die Feldmessungen in Weizenfeldern in Gohana, Haryana, Indien, zeigen ein höheres Toleranzniveau von 7,1 dS/m. Diese Pflanze ist mäßig salztolerant.

• 

  Das Sorghum in Khairpur, Pakistan ist ziemlich salztolerant und liefert gute Erträge bis zu ECe = 10,5 dS/m.

spülen

Die Bodenspülung wird durchgeführt, um eine versalzte Fläche zu verbessern ("Entsalzung", "Bergbau") oder um einen akzeptablen Salzgehalt des Bodens zu erhalten.^[22][23]

Entsalzungsprozess

Erfahrungen aus dem Versuchsfeld Chacupe, Peru

Es Entsalzung- oder Spülvorgang kann mit erklärt werden bündige Kurven aus den Daten des Chacupe-Feldversuchs in Peru gewonnen.^[24] Die Abbildung zeigt den Salzgehalt des Bodens – ausgedrückt als elektrische Leitfähigkeit (EC) der Bodenfeuchte im Verhältnis zum Anfangssalzgehalt (ECi) – in Abhängigkeit von der Spülwassermenge (Sickerwasser).^[14] Der Mutterboden wird schnell ausgewaschen. Der Salzgehalt im Untergrund steigt zunächst an, weil das Salz aus dem Oberboden hier zuerst absinkt, später wird aber auch der Unterboden entsalzt.^[25]

Entsalzungseffizienz

Prinzip der Entsalzungseffizienz

Spülkurven und Effizienzkalibrierung

Da das Salz im Boden ungleichmäßig verteilt ist, ist die Entsalzungseffizienz (E_l) sind kleiner als 1. Salzige Böden mit geringer Effizienz sind schwer zu verbessern. Im schweren Lehm Gelände des Flussdeltas Tejo im Portugal es wurde eine Effizienz von nur 0,10 bis 0,15 gefunden.^[26] Der Boden war für die Landwirtschaft nicht gut zu verbessern und wurde zur Aufzucht von Kampfstieren in natürlichen "Weide"-Land verwendet.

Die Geröllgründe im Delta des Flusses de Nil im Ägypten, wurde eine viel bessere Entsalzungseffizienz in der Größenordnung von 0,7 bis 0,8 gefunden (siehe die Kalibrierwert). Die Abbildung zeigt verschiedene Spülkurven mit unterschiedlicher Entsalzungseffizienz, wie sie im hydrologischen Salzmodell SaltMod angenommen werden,^[27] mit Daten aus dem Mashtul-Versuchsfeld. Die beobachteten Werte des Bodensalzgehalts entsprechen am besten einer Entsalzungseffizienz von etwa 0,75.^[28] Die Abbildung veranschaulicht den Kalibrierungsprozess der Spüleffizienz, die schwer direkt zu messen ist.

Bündiger Standard

Ein Spülstandard kann sich beziehen auf:

• Die Gesamtwassermenge, die bei der Extraktion durchgespült werden muss, um das Bodensalz von einem hohen Ausgangswert wieder auf einen für die anzubauenden Pflanzen akzeptablen Wert zu bringen. Aus der Abbildung mit den Chacupe-Daten kann abgeleitet werden, dass 800 mm (oder 8000 m³/ha) wird benötigt, um den Salzgehalt in der Bodenschicht in einer Tiefe von 40 bis 60 cm auf 60 % des ursprünglichen Wertes zu reduzieren. Wenn der Salzgehalt noch niedriger sein muss, kann die Spülkurve optisch angepasst werden hochgerechnet einbiegen in. Für eine zuverlässigere Schätzung a Entsalzungsformel (siehe unten), oder man kann ein hydrologisches Salzmodell verwenden^[27] benutzen.
• Der Jahresbetrag Spülwasser (d. h. die zusätzliche Menge an Bewässerungswasser, die über den Pflanzenbedarf hinaus benötigt wird), die erforderlich ist, um einen akzeptablen Salzhaushalt im Boden gemäß der Salztoleranz oder Salztoleranz der anzubauenden Pflanzen. Das Verhältnis

f_l = Perc/Irr, wobei Perc = Spülwassermenge (Perkolation) und Irr = Gesamtmenge des Bewässerungswassers

wird Spülfraktion erwähnt.^[22] (Siehe auch "Spülfraktion" unten).

Entsalzungsformel

Der Talentzweig der Spülkurven lässt sich durch die Entsalzungsformel beschreiben:^[22]

• Ct = Ci(Co - Ci) exp(-E_l.T.Qp/Ws)

wobei C = Salzkonzentration, Ct = C im Boden zum Zeitpunkt T, Co = C im Boden zum Zeitpunkt T=0, Ci = C des Bewässerungswassers, E_l = Entsalzungseffizienz, Qp = durchschnittliche Spülrate des Wassers durch den Boden und Ws = Wasserspeicherung im Boden bei Feldkapazität.

Reinigungsfraktion

Um einen akzeptablen Salzhaushalt im Boden entsprechend der Salztoleranz der anzubauenden Kulturen zu gewährleisten, wird die Spülfraktion F_l mindestens Beträge:^[15]

• f_l = Ci/Cs

wobei Ci = Salzkonzentration des Bewässerungswassers und Cs = die akzeptable Salzkonzentration der Bodenfeuchtigkeit bei Feldkapazität gemäß der Salztoleranz der anzubauenden Pflanzen.

Wasser- und Salzhaushalt

Mengen im Wasserhaushalt im oberen Teil des Bodens

Das ungesättigt Zone von vadose Zone des Bodens, zwischen dem Bodenniveau und dem Grundwasserspiegel, unterliegt vier wichtigen hydrologischEingangs- und Ausgangsgrößen:

• Infiltration von Regenwasser (Rain) und Bewässerungswasser (Irr) durch die Bodenoberfläche (Inf): Inf = Rain Irr
• Verdunstung (Verdunstung) der Bodenfeuchtigkeit durch die Pflanzen und direkt durch die Bodenoberfläche an die Luft (Evap)
• spülen (Perkolation) des Wassers aus der ungesättigten Zone zum Grundwasserspiegel und weiter zum Grundwasser (Perc)
• Kapillaraufstieg (Entwässerung) des Grundwassers über den Wasserspiegel in der ungesättigten Zone (Cap)

Im stationären Zustand (das heißt, die Wassermenge, die in der ungesättigten Zone gespeichert wird, ändert sich im Laufe der Zeit nicht) kann die Wasserbilanz der ungesättigten Zone geschrieben werden als: Input = Output, also als:

• Inf Cap = Evap Perc, oder: Rain Irr Cap = Evap Perc

und die Salzbilanz ist:

• Irr.Ci Cap*Cc = Perc.Cp Ss

wobei C = Salzkonzentration, Ci = C des Bewässerungswassers, Cc = C des Steigwassers, Cp = C des Spülwassers und Ss = Zunahme der Salzspeicherung in der ungesättigten Zone.

Es wird davon ausgegangen, dass kein Wasser über die Bodenoberfläche abläuft, das Regenwasser keine Salze enthält und die Salzaufnahme der Pflanzen vernachlässigbar gering ist.

Die Salzkonzentration Cp kann geschrieben werden als: Cp = E_l.Cu, wobei E_l = Entsalzungseffizienz (siehe oben) und Cu ist die Salzkonzentration der Bodenfeuchte bei Feldkapazität.

Unter der Annahme, dass eine Erhöhung der Salzspeicherung (Ss = 0) nicht erwünscht ist und die Salzkonzentration Cu den gewünschten Wert Cd (Cu = Cd) erreicht, ergibt sich die Salzbilanz:

• Perc.E_l.Cd = Irr.Ci Kap.Cc

Der Bewässerungsterm Irr kann hier durch Irr = Evap Perc Rain − Cap und der Spülungs-Perc durch Perc = Lr ersetzt werden, wobei Lr der . ist erforderliche Spülung um die Bedingungen zu erfüllen. Nach einer Neuberechnung findet man:

• Lr = [ (Evap−Regen).Ci Cap(Cc−Ci) ] / (E_l.Cd Ci)^[22]

Dies ermöglicht auch die Bestimmung des Bewässerungs- und Entwässerungsbedarfs, der erforderlich ist, um die angegebenen Bedingungen zu erfüllen.

Die gewünschte Salzkonzentration von Cd hängt von der Salztoleranz der Kulturpflanzen ab. Einige Werte finden Sie in der Referenz.^[14]

Umfangreichere Wasser- und Salzbilanzen, einschließlich der Grundwasserfluss in dem Grundwasserleiter, wie unten dargestellt, referenziert werden.^[29]

• Aquiferbedingungen und Bodensalzgehalt
• 

  Versalzung in Hanglagen mit gutem Grundwasserleiter

• 

  Versalzung im flachen Bereich mit gutem Grundwasserleiter

• 

  Versalzung in einem Gebiet ohne guten Grundwasserleiter

• 

  Versalzung im Delta durch Bewässerungsverluste weiter oben

Entwässerung zur Salzkontrolle

Vertikalschnitt eines horizontalen Entwässerungssystems

Vertikalschnitt eines vertikalen Entwässerungssystems

Die Entwässerung landwirtschaftlicher Flächen erfolgt in der Regel mittels a horizontales Entwässerungssystem, aber ein vertikales Entwässerungssystem mit Brunnen wird auch verwendet.

Das zur Salzkontrolle ausgelegte Entwässerungssystem senkt zudem die Wasserstand. Um die Kosten des Systems so gering wie möglich zu halten, muss das System so ausgelegt werden, dass die Reduzierung auf ein Minimum beschränkt bleibt. (Siehe auch Hooghoudts Formel)

Ernteertrag und Grundwassertiefe, Ägypten

In vielen Fällen reicht eine saisonale durchschnittliche Tiefe des Grundwasserspiegels von 0,6 bis 0,8 m unter der Erdoberfläche aus^[30] (siehe Ertragstabelle). Aufgrund der natürlichen Schwankungen des Wasserspiegels kann die Tiefe nach einer großen Bewässerungsdosis oder einem starken Regenschauer manchmal dem Bodenniveau nahe kommen, aber auch, dass der Wasserspiegel bis zu einer Tiefe von 1 m absinken kann . Die Schaukel hilft, den Boden zu "atmen", indem sie die Kohlendioxid (CO₂) von den Pflanzenwurzeln und dem Einatmen von frischem Sauerstoff (Ö₂).

Die Beibehaltung eines flachen Wasserspiegels bietet den Vorteil, dass eine Überbewässerung verhindert wird, da die Ernteerträge bei einem zu hohen Wasserstand zurückgehen können, wodurch Bewässerungswasser eingespart und effektiver genutzt werden kann.

Das obige über die Wassertiefe ist sehr allgemein, denn in manchen Fällen ist ein noch geringerer Wasserstand erwünscht, zum Beispiel beim Reisanbau auf überfluteten Feldern, während in anderen Fällen ein tieferer Wasserstand benötigt wird, zum Beispiel in Obstplantagen und in Zuckerrohrfeldern während der Laufzeit. Die Bestimmung der am besten geeigneten Tiefe ist ein Thema von Entwässerungskriterien.^[31]

Streifenlandwirtschaft: eine Alternative

Hydrologische Prinzipien der Streifenlandwirtschaft zur Kontrolle des Wasserstands und des Bodensalzgehalts

In bewässertem Land mit Wassermangel das unter Entwässerung leidet (hoch Wasserstand) und Bodensalzprobleme können Streifenlandwirtschaft werden mit Landstreifen aufgetragen, die jeden zweiten Streifen bewässert werden, während die nicht bewässerten Streifen dauerhaft bewässert werden Erbrechen Lüge.^[32]

Durch die Anwendung von Wasser auf die bewässerten Streifen haben sie eine höhere Grundwasserstand was für ein Grundwasserfluss zu den nicht bewässerten Streifen. Diese Strömung wirkt als unterirdische Entwässerung der bewässerten Streifen, steuert den Wasserstand auf eine nicht zu geringe Tiefe, ermöglicht das Spülen mit Salzlösung und hält den Salzgehalt des Bodens auf einem akzeptabel niedrigen Niveau.

In den unbewässerten Streifen ist der Boden trocken und die Grundwasser kommt durch Kapillaraufstieg (Saug) zu dem es dann verdampft das gelöste Salz zurücklassen, so dass der Boden hier tatsächlich versalzt. Dennoch kann der Boden einen gewissen Nutzen für die Aufbewahrung haben das Vieh durch salzbeständig Gräser und Kräuter säen. Außerdem können salztolerante Bäume gepflanzt werden wie such Casuarina, Eukalyptus oder Atriplex, wobei zu beachten ist, dass die Bäume ein tiefes Wurzelsystem haben und im feuchten Unterboden wurzeln können, der weniger salzhaltig ist als der Oberboden. Auf diese Weise können Sie auch Winderosion bekämpft werden. Außerdem können die unbewässerten Streifen zur Salzgewinnung verwendet werden.

Modellstudien

Einige der in SaltMod verwendeten Mengen

Die meisten Modelle und Computerprogramme für Wasser und die darin gelösten Stoffe (z.B. SWAP,^[33] DrainMod-S,^[34] UnSatChem^[35]) basieren auf Richards Differentialgleichung für ungesättigte Strömung im Erdreich in Kombination mit einer differentiellen Ausbreitungsgleichung.

Kumulative Häufigkeitsverteilung des Bodensalzgehalts über 100 ha

Die Modelle erfordern die Eingabe von Bodeneigenschaften wie der Beziehung zwischen ungesättigtem Bodenfeuchtigkeitsgehalt, Wasserdruck, Permeabilität und Dispersivität. Diese Beziehungen variieren stark von Ort zu Ort und sind nicht leicht messbar. Die Modelle verwenden kurze Zeitschritte und erfordern mindestens eine tägliche Eingabe der zeitabhängigen Variablen und hydrologischen Faktoren. Alles in allem erfordert diese Modellanwendung im Ausmaß eines Bewässerungsprojekts ein Team von Spezialisten mit ausreichender Ausstattung.

Einfachere Modelle wie SaltMod,^[36] die Verwendung von Saisondaten und eine empirische Funktion für den kapillaren Anstieg sind ebenfalls verfügbar und nützlich für die langfristige Vorhersage von Grundwasserständen und Salzkonzentrationen in Abhängigkeit von wasserwirtschaftlichen Maßnahmen wie Bewässerung und Entwässerung. Berücksichtigt wird die große Streuung des Bodensalzgehaltes von Ort zu Ort (siehe Grafik).

Das Diagramm wird mit CumFreq erstellt^[37], ein Computerprogramm für kumulative Häufigkeitsverteilungen.

Räumliche Variation aufgrund von Höhenunterschieden des Standorts kann mithilfe von Salzmodellen in Kombination mit einem Grundwassermodell wie SahysMod berechnet werden.^[38]

Siehe auch

• Grundwassermodell
• Umweltauswirkungen der Bewässerung
• Bewässerung in Ägypten
• Wassermanagement in Schwemmfächern
• Wasserstandsmanagement

Verweise