Zentralschwenkbewässerung - Center pivot irrigation

Ein Satellitenbild von kreisförmigen Feldern, die für die Bewässerung im Zentrum von Kansas charakteristisch sind.
Ackerland mit kreisförmiger Pivot-Bewässerung


Center-Pivot - Bewässerung (manchmal auch als zentrale Pivot - Bewässerung ), die auch als Wasser-Rad und Kreis Bewässerung , ist ein Verfahren zur Ernte Bewässerung , in der Ausrüstung dreht sich um einen Drehpunkt und Pflanzen mit bewässert werden Sprinkler . Ein kreisförmiger Bereich, der auf dem Drehpunkt zentriert ist, wird bewässert, was bei der Betrachtung von oben oft ein kreisförmiges Muster in Pflanzen erzeugt (manchmal als Kornkreise bezeichnet , nicht zu verwechseln mit denen, die durch kreisförmiges Abflachen eines Abschnitts einer Ernte auf einem Feld gebildet werden). Die meisten Mittelzapfen waren ursprünglich wasserbetrieben, heute werden die meisten jedoch von Elektromotoren angetrieben .

Center-Pivot-Bewässerungssysteme sind aufgrund ihrer Fähigkeit, Wasser effizient zu nutzen und den Ertrag einer Farm zu optimieren, von Vorteil. Die Systeme sind auf großen Landflächen hochwirksam.

Geschichte

Die Center-Pivot-Bewässerung wurde 1940 von dem Landwirt Frank Zybach erfunden, der in Strasburg, Colorado lebte . Es gilt als wirksame Methode zur Verbesserung der Wasserverteilung auf Feldern.

1952 ging Zybach mit AE Trowbridge, einem Freund aus Columbus, Nebraska, ins Geschäft. Trowbridge stellte 25.000 US-Dollar auf und erhielt 49 % der Patentrechte. Zybach zog von Colorado nach Columbus zurück, eröffnete einen Laden, stellte ein paar Männer ein, erhöhte die Höhe der Pfeife auf zwei Meter und machte sich ans Geschäft. In den ersten beiden Betriebsjahren wurden nur 19 Systeme verkauft. Die frühen Designs waren wählerisch und nur wenige Landwirte verstanden die Systeme. Zybach verbesserte seine Designs ständig und konzentrierte sich darauf, seine Maschinen besser zu machen, anstatt zu versuchen, Systeme mit Problemen zu verkaufen.

Zybach erzielte Erfolge mit modifizierten Designs, die die Betriebseffizienz der Systeme verbesserten. 1954 lizenzierte er sein Patent an Robert Daugherty und seine Firma Valley Manufacturing. Die Ingenieure von Daugherty verbrachten das nächste Jahrzehnt damit, die Innovation von Zybach zu verfeinern, sie robuster, höher und zuverlässiger zu machen und sie von einem hydraulischen Antriebssystem auf einen elektrischen Antrieb umzustellen. Daughertys Unternehmen wuchs zu Valmont Industries heran , dessen Tochterunternehmen Valley Irrigation seine Vision für die Bewässerung in den Vereinigten Staaten fortsetzte und schließlich die ganze Welt umspannte.

Überblick

Pivot-Bewässerung läuft auf einer Baumwollfarm .

Center Pivot-Bewässerung ist eine Form der Überkopf- Sprinklerbewässerung, die aus mehreren Rohrsegmenten (normalerweise verzinktem Stahl oder Aluminium ) mit Sprinklern besteht, die entlang ihrer Länge positioniert, miteinander verbunden und von Traversen getragen und auf Radtürmen montiert sind. Die Maschine bewegt sich kreisförmig und wird vom Drehpunkt in der Mitte des Kreises mit Wasser versorgt.

Damit ein zentraler Drehpunkt verwendet werden kann, muss das Gelände einigermaßen flach sein; aber ein Hauptvorteil von Mitteldrehgelenken gegenüber alternativen Systemen, die Schwerkraftströmung verwenden, ist die Fähigkeit, in hügeligem Gelände zu funktionieren. Dieser Vorteil hat in einigen Gebieten zu einer erhöhten Bewässerungsfläche und einem erhöhten Wasserverbrauch geführt. Das System ist beispielsweise in Teilen der USA , Australien , Neuseeland und Brasilien sowie in Wüstengebieten wie der Sahara und dem Nahen Osten im Einsatz.

Zentrale Drehzapfen sind typischerweise weniger als 1600 Fuß (500 Meter) lang (Kreisradius), wobei die gebräuchlichste Größe die Standardmaschine mit 1/4 Meile (400 m) ist. Ein typischer Kornkreis mit einem Radius von 1/4 Meile bedeckt etwa 125 Hektar Land

Bewässerungsdüsen mit zentralem Drehpunkt
Regner mit drehbarem Applikator im Rotator-Stil
Zapfpistolen-Sprinkler im End Gun-Stil

Ursprünglich waren die meisten Mittelzapfen wasserbetrieben. Diese wurden durch hydraulische Systeme und elektromotorisch angetriebene Systeme ersetzt. Die meisten Systeme werden heute von einem Elektromotor angetrieben, der an jedem Turm montiert ist.

Der äußere Radsatz gibt das Tempo für die Rotation vor. Die inneren Radsätze sind an Naben zwischen zwei Segmenten montiert und erkennen mit Winkelsensoren, wenn die Krümmung am Gelenk eine bestimmte Schwelle überschreitet. Wenn der Winkel zu groß ist, drehen sich die Räder, um die Segmente ausgerichtet zu halten. Typische Zeiträume für eine vollständige Rotation umfassen drei Tage; bei anderen Quellen bewegt sich die Außenkante der Struktur mit 2–3 m pro Minute, was 14–21 Stunden für die Rotation eines Systems mit einem Radius von 1/4 Meile (400 m) entsprechen würde.

Um eine gleichmäßige Anwendung zu erreichen, benötigen Mittelzapfen einen gleichmäßigen Strahlerdurchfluss über den gesamten Maschinenradius. Da das äußerste Stützweiten (oder Türme) Reisen weiter in einer gegebenen Zeitperiode als die innerste Spannweiten Düse sind Größen kleinsten an den inneren Spannweiten und mit zunehmendem Abstand vom Drehpunkt. Luftaufnahmen zeigen Kreisfelder, die durch die wässrigen Spuren von "Viertel- oder halbe Meile des Mittelschwenk-Bewässerungsrohrs" erzeugt werden, die von Mittelschwenk-Bewässerungsgeräten erzeugt werden, die "Hunderte und manchmal Tausende von Gallonen pro Minute" verwenden.

Zentralbewässerung bei Irkhaya Farms in Al Rayyan , Katar .

Die meisten Zentralschwenksysteme haben jetzt Tropfen, die an einem U-förmigen Rohr hängen, einem sogenannten Schwanenhals , der oben am Rohr mit Sprinklerköpfen befestigt ist, die (höchstens) einige Fuß über dem Erntegut positioniert sind, wodurch Verdunstungsverluste und Winddrift begrenzt werden. Es stehen viele verschiedene Düsenkonfigurationen zur Verfügung, einschließlich statischer Platte, beweglicher Platte und Teilkreis. Druckregler werden normalerweise stromaufwärts von jeder Düse installiert, um sicherzustellen, dass jede mit dem richtigen Auslegungsdruck arbeitet.

Drops können auch mit Schleppschläuchen oder Bubblern verwendet werden, die das Wasser zwischen den Ernten direkt auf den Boden absetzen. Diese Art von System ist als LEPA (Low Energy Precision Application) bekannt und wird oft mit dem Bau kleiner Dämme entlang der Furchenlänge (als Furchendeichung bezeichnet) in Verbindung gebracht. Die Pflanzen können in geraden Reihen oder manchmal in Kreisen gepflanzt werden, um der Bewegung des Bewässerungssystems zu entsprechen.

Beregnungsmaschinen mit linearer / seitlicher Bewegung

Ein kleines zentrales Pivot-System von Anfang bis Ende.

Bewässerungsausrüstung kann auch so konfiguriert werden, dass sie sich geradlinig bewegt, wo sie als seitliche Bewegung , lineare Bewegung , Radbewegung oder Seitenrollen- Bewässerungssystem bezeichnet wird. Die Wasserversorgung erfolgt bei diesen Systemen über einen Bewässerungskanal, der sich über die gesamte Feldlänge erstreckt. Der Kanal wird entweder seitlich oder in einer Linie durch die Mitte positioniert. Der Motor und die Pumpenausrüstung sind am Versorgungskanal auf einem Wagen montiert. Der Wagen fährt mit der Maschine.

Landwirte könnten sich für eine seitliche Bewässerung entscheiden, um bestehende rechteckige Felder zu erhalten. Dies kann ihnen helfen, von der Furchenbewässerung umzusteigen. Die Bewässerung mit seitlicher Bewegung ist weitaus seltener, basiert auf komplexeren Leitsystemen und erfordert im Vergleich zur Bewässerung mit zentralem Drehpunkt zusätzliches Management. In Australien ist die Lateral-Move-Bewässerung üblich. Dort sind die Anlagen meist zwischen 500 und 1.000 Meter lang.

Leistungen

Die Center-Pivot-Bewässerung erfordert weniger Arbeit als viele andere Oberflächenbewässerungsmethoden , wie z. B. die Furchenbewässerung . Es hat auch niedrigere Arbeitskosten als Bodenbewässerungstechniken, die das Graben von Kanälen erfordern. Außerdem kann die Beregnung mit Drehpunkt die Bodenbearbeitung reduzieren . Daher trägt es dazu bei, den Wasserabfluss und die Bodenerosion zu reduzieren, die bei der Bodenbewässerung auftreten können. Weniger Bodenbearbeitung regt auch mehr organisches Material und Ernterückstände dazu an, sich wieder im Boden zu zersetzen. Es reduziert auch die Bodenverdichtung.

Frühen Siedler des semiariden In den Vereinigten Staaten High Plains wurden von Ernteausfällen geplagt wegen Zyklen von Dürre , die ihren Höhepunkt in der katastrophalen Dust Bowl der 1930er Jahre. Erst nach dem Zweiten Weltkrieg, als die zentrale Pivot-Bewässerung verfügbar wurde, verwandelte sich die Landmasse des Aquifersystems der High Plains in eine der landwirtschaftlich produktivsten Regionen der Welt.

Die Pflanzen werden in Kreisen gepflanzt, um eine effiziente Bewässerung zu gewährleisten.
Zur effizienten Bewässerung werden die Pflanzen im Kreis gepflanzt .

Negative Auswirkungen

Fossiles Wasser ist eine nicht erneuerbare Ressource. Der Grundwasserspiegel sinkt, wenn die Entnahmerate durch Bewässerung die Wiederauffüllungsrate übersteigt. Bis 2013 zeigte sich, dass die Landwirte mit zunehmender Wasserverbrauchseffizienz der Center-Pivot-Bewässerung intensiver anpflanzten, mehr Land bewässerten und durstigere Pflanzen anbauten.

In Teilen der Vereinigten Staaten haben sechzig Jahre des profitablen Geschäfts der intensiven Landwirtschaft mit riesigen Center-Pivot-Bewässerungsanlagen Teile des Ogallala-Aquifers (auch bekannt als High Plains-Aquifer) geleert . Eines der weltweit größte Aquiferen , es erstreckt sich über eine Fläche von ca. 174.000 mi² (450.000 km²) in Teilen der acht Staaten von South Dakota , Nebraska , Wyoming , Colorado , Kansas , Oklahoma , New Mexico und Texas , unter der Great Plains in die Vereinigten Staaten .

1950 bedeckte bewässertes Ackerland 250.000 Morgen. Durch den Einsatz von Center-Pivot-Bewässerung wurden allein in Kansas fast drei Millionen Hektar Land bewässert. An einigen Stellen sank der Grundwasserspiegel während der maximalen Extraktion um mehr als 1,5 m pro Jahr. Im Extremfall mussten Brunnen stark vertieft werden, um den stetig sinkenden Grundwasserspiegel zu erreichen. An einigen Stellen im Texas Panhandle wurde der Grundwasserspiegel abgelassen (entwässert). „Weite Teile des texanischen Ackerlandes, die über dem Grundwasserleiter liegen, unterstützen keine Bewässerung mehr. In West-Zentral-Kansas ist bis zu einem Fünftel des bewässerten Ackerlandes entlang eines 160 km langen Streifens des Grundwasserleiters bereits trocken.“ Es würde Hunderte bis Tausende von Jahren dauern, bis das Grundwasser im ausgetrockneten Aquifer ersetzt würde.

Rolle in der Kultur

Im 21. Jahrhundert hat die Anerkennung der Bedeutung des High Plains Aquifers zu einer verstärkten Berichterstattung regionaler und internationaler Journalisten geführt. Ein Artikel der New York Times vom Mai 2013 „Brunnen trocken, fruchtbare Ebenen werden zu Staub“ berichtet vom unaufhaltsamen Niedergang von Teilen des High Plains Aquifer Systems.

Die Autorin Emily Woodson charakterisierte den verstärkten Einsatz des Zentralschwenkbewässerungssystems als Teil eines tiefgreifenden Einstellungswandels in Richtung Moderne (teure Traktoren, Zentralschwenkbewässerung, gefährliche neue Pestizide) und weg von der traditionellen Landwirtschaft, die Mitte der 1970er und 1980er Jahre stattfand in den Vereinigten Staaten. Eine neue Generation entschied sich für risikoreiche, ertragreiche Pflanzen wie bewässerter Mais oder Erdnüsse, die große Mengen an Grundwasser, Dünger und Chemikalien benötigen. Die neuen landwirtschaftlichen Familienunternehmen verwandelten viele Weiden in neues Ackerland und waren mehr an steigenden Bodenpreisen als an Wasserschutz interessiert .

Siehe auch

Verweise

Zusätzliche Quellen

Externe Links