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von T.A. Bauder, R.M. Waskom, P.L. Sutherland und J. G. Davis* (10/14)
Schnelle Fakten…
- Die Kenntnis der Bewässerungswasserqualität ist entscheidend für das Verständnis des Managements für eine langfristige Produktivität.
- Die Bewässerungswasserqualität wird anhand des Gesamtsalzgehalts, des Natriums und der spezifischen Ionentoxizität bewertet.
- In vielen Gebieten Colorados kann die Qualität des Bewässerungswassers die Produktivität der Pflanzen beeinflussen.
Maispflanze durch salziges Sprinklerwasser beschädigt.
Salzhaltige Böden entwickeln sich aus einer Vielzahl von Faktoren, darunter: Bodentyp, Feldneigung und Entwässerung, Bewässerungssystemtyp und -management, Dünger- und Düngeverfahren sowie andere Boden- und Wasserbewirtschaftungspraktiken. In Colorado ist die Qualität des verwendeten Bewässerungswassers der vielleicht kritischste Faktor bei der Vorhersage, Verwaltung und Reduzierung von von Salz betroffenen Böden. Neben der Beeinflussung des Ernteertrags und der bodenphysikalischen Bedingungen kann die Bewässerungswasserqualität die Fruchtbarkeitsbedürfnisse, die Leistung und Langlebigkeit des Bewässerungssystems sowie die Art und Weise, wie das Wasser angewendet werden kann, beeinflussen. Daher ist die Kenntnis der Bewässerungswasserqualität entscheidend, um zu verstehen, welche Managementänderungen für eine langfristige Produktivität erforderlich sind.
Bewässerungswasserqualitätskriterien
Bodenwissenschaftler verwenden die folgenden Kategorien, um die Auswirkungen von Bewässerungswasser auf die Pflanzenproduktion und die Bodenqualität zu beschreiben:
- Gefahr des Salzgehalts – Gesamtgehalt an löslichem Salz
- Natriumgefahr – relativer Anteil von Natrium an Calcium– und Magnesiumionen
- pH–Wert – sauer oder basisch
- Alkalität – Carbonat und Bicarbonat
- Spezifische Ionen: Chlorid, Sulfat, Bor und Nitrat.
Eine weitere mögliche Beeinträchtigung der Bewässerungswasserqualität, die die Eignung für Anbausysteme beeinträchtigen kann, sind mikrobielle Krankheitserreger.
| Tabelle 1. Allgemeine Richtlinien für die Salzgehaltsgefährdung von Bewässerungswasser basierend auf der Leitfähigkeit. | |
| Anwendungsbeschränkungen | Elektrische Leitfähigkeit |
| ( dS/m)* | |
| Keine | ≤0.75 |
| Einige | 0.76 – 1.5 |
| Moderate1 | 1.51 – 3.00 |
| Schwere2 | ≥3.00 |
| * dS/m an 25ºC = mmhos/cm1Leaching erfordert an der höheren Strecke.2Good Drainage benötigt und empfindliche Pflanzen können Schwierigkeiten bei der Keimung haben. | |
Gefahr des Salzgehalts
Die einflussreichste Wasserqualitätsrichtlinie für die Pflanzenproduktivität ist die Gefahr des Wassersalzgehalts, gemessen anhand der elektrischen Leitfähigkeit (ECw). Der primäre Effekt von hohem ECw-Wasser auf die Pflanzenproduktivität ist die Unfähigkeit der Pflanze, mit Ionen in der Bodenlösung um Wasser zu konkurrieren (physiologische Trockenheit). Je höher der EC, desto weniger Wasser steht den Pflanzen zur Verfügung, auch wenn der Boden nass erscheinen kann. Da Pflanzen nur „reines“ Wasser transpirieren können, nimmt das nutzbare Pflanzenwasser in der Bodenlösung mit zunehmendem EC dramatisch ab.
Die Menge an Wasser, die durch eine Kultur austritt, steht in direktem Zusammenhang mit dem Ertrag; daher verringert Bewässerungswasser mit hohem ECw das Ertragspotenzial (Tabelle 2). Die tatsächliche Ertragsreduzierung durch die Bewässerung mit hohem EC-Wasser variiert erheblich. Zu den Faktoren, die die Ertragsreduzierung beeinflussen, gehören Bodentyp, Entwässerung, Salztyp, Bewässerungssystem und Management. Jenseits der Auswirkungen auf die unmittelbare Ernte ist die langfristige Auswirkung der Salzbelastung durch das Bewässerungswasser. Wasser mit einem ECw von nur 1,15 dS / m enthält ungefähr 2.000 Pfund Salz für jeden Morgen Fuß Wasser. Sie können Umrechnungsfaktoren in Tabelle 3 verwenden, um diese Berechnung für andere Wasser-EC-Werte durchzuführen.
| Tabelle 2. Potenzielle Ertragsreduzierung aus Salzwasser für ausgewählte bewässerte Kulturen.1 |
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| % ertragsreduzierung | ||||
| Ernte | 0% | 10% | 25% | 50% |
| ECw2 | ||||
| Gerste | 5.3 | 6.7 | 8.7 | 12 |
| Weizen | 4.0 | 4.9 | 6.4 | 8.7 |
| Zuckerrübe3 | 4.7 | 5.8 | 7.5 | 10 |
| Alfalfa | 1.3 | 2.2 | 3.6 | 5.9 |
| Kartoffel | 1.1 | 1.7 | 2.5 | 3.9 |
| Mais (Getreide) | 1.1 | 1.7 | 2.5 | 3.9 |
| Mais (Silage) | 1.2 | 2.1 | 3.5 | 5.7 |
| Zwiebel | 0.8 | 1.2 | 1.8 | 2.9 |
| Trockene Bohnen | 0.7 | 1.0 | 1.5 | 2.4 |
| 1angepasst von „Qualität des Wassers für die Bewässerung.“ R.S. Ayers. Jour. der Irrig. und abtropfen lassen. Div., ASZ. Band 103, Nr. IR2, Juni 1977, S. 140. 2ECw = elektrische Leitfähigkeit des Bewässerungswassers in dS/m bei 25oC. 3empfindlich während der Keimung. ECw sollte 3 dS / m für Gartenrüben und Zuckerrüben nicht überschreiten. |
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Andere Begriffe, die Laboratorien und Literaturquellen verwenden, um die Salzgehaltsgefahr zu melden, sind: salze, Salzgehalt, elektrische Leitfähigkeit (ECw) oder Total Dissolved Solids (TDS). Diese Begriffe sind alle vergleichbar und quantifizieren die Menge gelöster „Salze“ (oder Ionen, geladene Teilchen) in einer Wasserprobe. TDS ist jedoch eine direkte Messung gelöster Ionen und EC ist eine indirekte Messung von Ionen durch eine Elektrode.
Obwohl der Begriff „Salzgehalt“ häufig mit gewöhnlichem Speisesalz oder Natriumchlorid (NaCl) verwechselt wird, misst EC den Salzgehalt aller in einer Probe gelösten Ionen. Dazu gehören negativ geladene Ionen (z.B. Cl–, NO–3) und positiv geladene Ionen (z.B., Ca++, Na+). Eine weitere häufige Quelle der Verwirrung ist die Vielfalt der Einheitensysteme, die mit ECw verwendet werden. Die bevorzugte Einheit ist deciSiemens pro Meter (dS/m), jedoch werden immer noch häufig Millimhos pro Zentimeter (mmho/cm) und Mikromhos pro Zentimeter (µmho/cm) verwendet. Umrechnungen, die Ihnen den Wechsel zwischen Einheitensystemen erleichtern, finden Sie in Tabelle 3.
| Tabelle 3. Umrechnungsfaktoren für die Bewässerung Wasserqualität Laborberichte. | |||
| Komponente | Zu konvertieren | Multiplizieren mit | Zu erhalten |
| Wasser nährstoff oder TDS | mg/L | 1.0 | ppm |
| Gefahr des Wassersalzgehalts | 1 dS/m | 1.0 | 1 mmhg/cm |
| Gefahr des Wassersalzgehalts | 1 mmho/cm | 1,000 | 1 µmoh/cm |
| Gefahr des Wassersalzgehalts | ECw (dS/m) für EC <5 dS/m |
640 | TDS (mg/L) |
| Gefahr des Wassersalzgehalts | ECw (dS/m) für EC >5 dS/m |
800 | TDS (mg/L) |
| Wasser NO3N, SO4-S, B angewendet | ppm | 0.23 | Pfund pro Acre Zoll Wasser |
| Bewässerungswasser | acre Zoll | 27,150 | gallonen Wasser |
Begriffsbestimmungen |
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| Kurz. | Bedeutung |
| mg/L | milligramm pro Liter |
| meq/L | Milliäquivalente pro Liter |
| ppm | Teile pro Million |
| dS/m | deciSiemens pro Meter |
| µS/cm | mikroSiemens pro Zentimeter |
| mmho/cm | millimhos pro Zentimeter |
| TDS | insgesamt gelöste Feststoffe |
Natriumgefahr
Infiltrations- /Permeabilitätsprobleme
Obwohl das Pflanzenwachstum wird in erster Linie durch den Salzgehalt (ECw) des Bewässerungswassers begrenzt, die Anwendung von Wasser mit einem Natriumungleichgewicht kann den Ertrag unter bestimmten Bodentexturbedingungen weiter reduzieren. Eine Verringerung der Wasserinfiltration kann auftreten, wenn das Bewässerungswasser im Verhältnis zum Calcium- und Magnesiumgehalt viel Natrium enthält. Dieser Zustand, der als „Sodizität“ bezeichnet wird, resultiert aus einer übermäßigen Ansammlung von Natrium im Boden. Sodisches Wasser ist nicht dasselbe wie Salzwasser. Sodizität verursacht Quellung und Dispersion von Bodentonen, Oberflächenkrustenbildung und Porenverstopfung. Dieser verschlechterte Zustand der Bodenstruktur behindert wiederum die Infiltration und kann den Abfluss erhöhen. Sodizität bewirkt eine Abnahme der Abwärtsbewegung von Wasser in und durch den Boden, und aktiv wachsende Pflanzenwurzeln erhalten möglicherweise kein ausreichendes Wasser, obwohl sich nach der Bewässerung Wasser auf der Bodenoberfläche ansammelt.
Das gebräuchlichste Maß zur Beurteilung der Sodizität in Wasser und Boden wird als Natriumadsorptionsverhältnis (SAR) bezeichnet. Die SAR definiert die Sodizität in Bezug auf die relative Konzentration von Natrium (Na) im Vergleich zur Summe der Calcium (Ca) – und Magnesium (Mg) -Ionen in einer Probe. Die SAR bewertet das Potenzial für Infiltrationsprobleme aufgrund eines Natriumungleichgewichts im Bewässerungswasser. Die SAR ist mathematisch unten geschrieben, wobei Na, Ca und Mg die Konzentrationen dieser Ionen in Milliäquivalenten pro Liter (meq / L) sind. Konzentrationen dieser Ionen in Wasserproben werden typischerweise in Milligramm pro Liter (mg/L) angegeben. Um Na, Ca und Mg von mg / L in meq / L umzurechnen, sollten Sie die Konzentration durch 22,9, 20 bzw. 12,15 teilen.
Für die meisten Bewässerungsgewässer in Colorado ist die oben angegebene Standard-SAR-Formel geeignet, um die potenzielle Natriumgefahr auszudrücken. Für Bewässerungswasser mit hohem Bicarbonatgehalt (HCO3) kann jedoch ein „angepasster“ SAR (SARADJ) berechnet werden. In diesem Fall wird die Calciummenge an die Alkalität des Wassers angepasst und anstelle des Standard-SAR empfohlen (siehe Abschnitt pH und Alkalität unten). Ihr Labor kann einen angepassten SAR in Situationen berechnen, in denen der HCO3 größer als 200 mg / l oder der pH-Wert größer als 8,5 ist.
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meq / L = mg / L geteilt durch das Atomgewicht des Ions geteilt durch die Ionenladung (Na + = 23,0 mg / meq, Ca ++ = 20,0 mg / meq, Mg ++ = 12,15 mg / meq) |
Die potenziellen Bodeninfiltrations- und Permeabilitätsprobleme, die durch die Anwendung von Bewässerungswasser mit hoher „Sodizität“ entstehen, können nicht allein auf der Grundlage der SAR angemessen bewertet werden. Dies liegt daran, dass das Quellpotential von ECW-Wasser mit niedrigem Salzgehalt größer ist als bei hohem ECw-Wasser bei gleichem Natriumgehalt (Tabelle 4). Daher erfordert eine genauere Bewertung der Infiltrations- / Permeabilitätsgefährdung die Verwendung der elektrischen Leitfähigkeit (ECw) zusammen mit der SAR.
| Tabelle 4. Richtlinien zur Bewertung der Natriumgefährdung von Bewässerungswasser basierend auf SAR und ECw2. | ||
| Potenzial für Wasserinfiltrationsproblem | ||
| Bewässerungwasser SAR | Unwahrscheinlich | Wahrscheinlich |
| —- ECw2 (dS/m)—- | ||
| 0-3 | >0.7 | <0.2 |
| 3-6 | >1.2 | <0.4 |
| 6-12 | >1.9 | <0.5. |
| 12-20 | >2.9 | <1.0 |
| 20-40 | >5.0 | <3.0 |
| 2modifiziert von R.S. Ayers und D.W. Westcot. 1994. Wasserqualität für Landwirtschaft, Bewässerung und Entwässerung Papier 29, rev. 1, Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen, Rom. | ||
Viele Faktoren, einschließlich Bodentextur, organischer Substanz, Anbausystem, Bewässerungssystem und Management, beeinflussen, wie Natrium im Bewässerungswasser den Boden beeinflusst. Böden, die am ehesten eine verringerte Infiltration und Verkrustung durch Wasser mit erhöhtem SAR (größer als 6) aufweisen, enthalten mehr als 30% expansiven (Smektit-) Ton. Böden, die mehr als 30% Ton enthalten, umfassen die meisten Böden in den Tonlehm-, schluffigen Tonlehm-Strukturklassen und feineren und einigen sandigen Tonlehm. In Colorado sind Smektit-Tone in Gebieten mit landwirtschaftlicher Produktion üblich.
| Tabelle 5. Die Anfälligkeit reicht für Pflanzen für Blattverletzungen durch salzhaltiges Sprinklerwasser. | ||||
| Na- oder Cl-Konzentration (mg / l), die Blattverletzungen verursacht | ||||
| Na-Konzentration | <46 | 46-230 | 231-460 | >460 |
| Cl-Konzentration | <175 | 175-350 | 351-700 | >700 |
| Aprikose | Pfeffer | Luzerne | Zuckerrübe | |
| Pflaume | Kartoffel | Gerste | Sonnenblume | |
| Tomate | Mais | Sorghum | ||
| Blattverletzungen werden durch kulturelle und Umweltbedingungen beeinflusst. Diese Daten werden nur als allgemeine Richtlinien für die Tagesbewässerung dargestellt. Quelle: Mass (1990) Crop salt tolerance. In: Zeitschrift für Betriebswirtschaftslehre. K.K. Tanji (Hrsg.). In: ASCE, New York. s. 262-304. | ||||
pH und Alkalität
Die Acidität oder Basizität von Bewässerungswasser wird als pH-Wert ausgedrückt (< 7,0 sauer; > 7,0 basisch). Der normale pH-Bereich für Bewässerungswasser liegt zwischen 6,5 und 8,4. Ungewöhnlich niedrige pH-Werte sind in Colorado nicht üblich, können jedoch eine beschleunigte Korrosion des Bewässerungssystems verursachen, wo sie auftreten. Hohe pH-Werte über 8,5 werden häufig durch hohe Bicarbonat– (HCO3–) und Carbonat- (CO32-) Konzentrationen verursacht, die als Alkalität bezeichnet werden. Hohe Karbonate bewirken, dass Calcium- und Magnesiumionen unlösliche Mineralien bilden und Natrium als dominantes Ion in Lösung zurücklassen. Wie im Abschnitt Natriumgefahr beschrieben, könnte dieses alkalische Wasser die Auswirkungen von Wasser mit hohem SAR-Gehalt auf die sodischen Bodenbedingungen verstärken. Übermäßige Bicarbonatkonzentrate können auch für Tropf- oder Mikrosprühbewässerungssysteme problematisch sein, wenn Calcit oder Kalkablagerungen zu reduzierten Durchflussraten durch Öffnungen oder Strahler führen. In diesen Situationen kann eine Korrektur durch Einspritzen von Schwefelsäure oder anderen sauren Materialien in das System erforderlich sein.
Chlorid
Chlorid ist ein häufiges Ion in Colorado Bewässerungsgewässern. Obwohl Chlorid in sehr geringen Mengen für Pflanzen essentiell ist, kann es bei empfindlichen Kulturen in hohen Konzentrationen Toxizität verursachen (Tabelle 6). Wie Natrium verursachen hohe Chloridkonzentrationen mehr Probleme, wenn sie mit Sprinklerbewässerung angewendet werden (Tabelle 6). Blattbrand unter Sprinkler von Natrium und Chlorid kann durch nächtliche Bewässerung oder Anwendung an kühlen, bewölkten Tagen reduziert werden. Tropfendüsen und Schleppschläuche werden auch empfohlen, wenn salzhaltiges Bewässerungswasser durch eine Sprinkleranlage aufgetragen wird, um direkten Kontakt mit Blattoberflächen zu vermeiden.
| Tabelle 6. Chlorid Klassifizierung von Bewässerungswasser. | |
| Chlorid (ppm) | Wirkung auf Kulturpflanzen |
| Unter 70 | Im Allgemeinen sicher für alle Pflanzen. |
| 70-140 | Empfindliche Pflanzen zeigen Verletzungen. |
| 141-350 | Mäßig tolerante Pflanzen zeigen Verletzungen. |
| Über 350 | Können schwerwiegende Probleme verursachen. |
| Chloridtoleranz ausgewählter Kulturen. Auflistung in der Reihenfolge zunehmender Toleranz: (niedrige Toleranz) trockene Bohne, Zwiebel, Karotte, Kopfsalat, Pfeffer, Mais, Kartoffel, Luzerne, Sudangrass, Zucchinikürbis, Weizen, Sorghum, Zuckerrübe, Gerste (hohe Toleranz). Quelle: Mass (1990) Crop Salt Tolerance. Handbuch zur Bewertung und zum Management des landwirtschaftlichen Salzgehalts. K.K. Tanji (Hrsg.). In: ASCE, New York. S. 262-304. | |
Bor
Bor ist ein weiteres Element, das in geringen Mengen essentiell, aber in höheren Konzentrationen toxisch ist (Tabelle 7). Tatsächlich kann Toxizität bei empfindlichen Kulturen bei Konzentrationen von weniger als 1,0 ppm auftreten. Colorado Böden und Bewässerungswasser enthalten genug B, dass zusätzliche B-Dünger in den meisten Situationen nicht erforderlich ist. Da B-Toxizität bei so niedrigen Konzentrationen auftreten kann, wird eine Bewässerungswasseranalyse für Grundwasser empfohlen, bevor zusätzliches B auf bewässerte Pflanzen aufgetragen wird.
| Tabelle 7. Borempfindlichkeit ausgewählter Colorado-Pflanzen (B-Konzentration, mg/L*) | ||||
| Empfindlich | Mäßig Empfindlich | Mäßig Tolerant | Tolerant | |
| 0.5-0.75 | 0.76-1.0 | 1.1-2.0 | 2.1-4.0 | 4.1-6.0 |
| Pfirsich | Weizen | Karotte | Salat | Luzerne |
| Zwiebel | Gerste | Kartoffel | Kohl | Zuckerrübe |
| Sonnenblume | Gurke | Mais | Tomate | |
| Trockene Bohne | Hafer | |||
| Quelle: Mass (1987) Salztoleranz von Pflanzen. SFB Handbuch der Pflanzenwissenschaften in der Landwirtschaft. B.R. Cristie (Hrsg.). CRC Press Inc. * Maximale tolerierte Konzentrationen im Bodenwasser oder Sättigungsextrakt ohne ertrags- oder vegetative Wachstumsreduktionen. Maximale Konzentrationen im Bewässerungswasser sind ungefähr gleich diesen Werten oder etwas kleiner. |
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Sulfat
Das Sulfat-Ion ist ein wichtiger Faktor für den Salzgehalt in vielen Colorado Bewässerung Gewässern. Wie bei Bor hat Sulfat in Bewässerungswasser Fruchtbarkeitsvorteile, und Bewässerungswasser in Colorado hat oft genug Sulfat für maximale Produktion für die meisten Kulturen. Ausnahmen sind sandige Felder mit < 1 Prozent organischer Substanz und < 10 ppm SO4-S im Bewässerungswasser.
Stickstoff
Stickstoff in Bewässerungswasser (N) ist weitgehend ein Fruchtbarkeitsproblem, und Nitrat-Stickstoff (NO3-N) kann eine bedeutende N-Quelle in der South Platte, San Luis Valley und Teilen der Arkansas River Becken sein. Das Nitrationion tritt häufig in höheren Konzentrationen als Ammonium im Bewässerungswasser auf. Wasser mit hohem N-Gehalt kann Qualitätsprobleme in Kulturen wie Gerste und Zuckerrüben und übermäßiges vegetatives Wachstum in einigen Gemüsesorten verursachen. Diese Probleme können jedoch in der Regel durch ein gutes Dünger- und Bewässerungsmanagement überwunden werden. Unabhängig von der Kultur sollte Nitrat auf die Düngerrate angerechnet werden, insbesondere wenn die Konzentration 10 ppm NO3-N (45 ppm NO3) überschreitet. Tabelle 3 enthält Umrechnungen von ppm in Pfund pro Hektar Zoll.
Zusammenfassung
Die Qualität des Bewässerungswassers, das Landwirten und anderen Bewässerungsgeräten zur Verfügung steht, hat einen erheblichen Einfluss darauf, welche Pflanzen erfolgreich angebaut werden können, auf die Produktivität dieser Pflanzen sowie auf die Wasserinfiltration und andere bodenphysikalische Bedingungen. Der erste Schritt, um zu verstehen, wie sich eine Bewässerungswasserquelle auf ein Boden-Pflanzen-System auswirken kann, besteht darin, es von einem seriösen Labor analysieren zu lassen. Das Colorado State University Extension Factsheet, Selecting an Analytical Laboratory 0.520 kann Ihnen helfen, ein Labor in Ihrer Nähe zu finden, das mit der Bewässerungswasserqualität vertraut ist. Weitere Informationen zum Verständnis und zur Verwaltung von salz- und sodischen Bedingungen finden Sie in den Factsheets der Colorado State University, Managing Saline Soils 0.503 und Managing Sodic Soils 0.504.