Bodem kan van nature hydrofoob zijn, wat een negatieve invloed kan hebben op de waterinfiltratie en de watertoevoer naar de wortelzone, en daardoor op de gewassen. Om dit te verhelpen, worden oppervlakteactieve stoffen gebruikt om hydrofobe bodems te bevochtigen.
Bevochtigbaarheid is een parameter die het gedrag van een materiaal karakteriseert wanneer het in contact komt met vloeistoffen. Het is een uiterst belangrijke eigenschap van de bodem, omdat het de geschiktheid voor landbouw bepaalt en aangeeft hoe de bodem bevochtigd moet worden om de hoogst mogelijke opbrengst te behalen met een zo laag mogelijk waterverbruik.
De bevochtigbaarheid van individuele bodemlagen beïnvloedt de waterverdeling binnen het bodemprofiel. Bij hydrofobe bodems met een lage bevochtigbaarheid bestaat het risico dat water zich na hevige regenval aan het oppervlak ophoopt en oppervlaktewaterafvoer veroorzaakt, wat kan leiden tot milieuschadelijke watererosie van de bodem. De gevolgen van dit fenomeen zijn onder andere het uitspoelen van voedingsstoffen, bodemerosie en, op de lange termijn, een afname van het landbouwoppervlak. De mate van bodembevochtigbaarheid en waterbeweging in de bodem worden beïnvloed door eigenschappen zoals de chemische en granulometrische samenstelling, porositeit, het aandeel klei- en humusfracties, de hoeveelheid organische stof en mineralen, zoutgehalte, pH-waarde, evenals externe factoren: weersomstandigheden, temperatuur, droogte, branden, bodemverontreiniging, brandstoflekkages van landbouwmachines en agrotechnische praktijken.
Oppervlakteactieve stoffen in bodemirrigatie
Oppervlakteactieve stoffen worden van oudsher gebruikt in de gewasproductie en in combinatie met diverse gewasbeschermingsmiddelen. Het wereldwijde gebruik ervan in de landbouwsector is echter sterk toegenomen door de toepassing als toevoeging aan irrigatiewater.
Oppervlakteactieve stoffen, die inwerken op het grensvlak tussen water en bodem, verlagen de oppervlaktespanning van het irrigatiewater, waardoor het gemakkelijker in de bodem kan doordringen en deze kan bevochtigen. Dit heeft een positief effect op de efficiëntie van het watergebruik en, op de lange termijn, op de gewaskwaliteit, mede doordat de uitspoeling van voedingsstoffen wordt verminderd en de opname ervan door planten wordt verhoogd.
De PCC Group speelt in op de vraag naar bodembevochtigingsmiddelen door gespecialiseerde mengsels van niet-ionische oppervlakteactieve stoffen aan te bieden: EXOwet R3823 en EXOwet R3831 .
Het vermogen van de bodem om irrigatiewater vast te houden.
De mate waarin de bodem water vasthoudt, is cruciaal voor hoeveel vocht en voedingsstoffen de wortelzone bereiken in plaats van weg te spoelen of te verdampen. Deze parameter bepaalt grotendeels de effectiviteit van irrigatie, bemesting en de algehele conditie van de bodem. De onderstaande grafiek vergelijkt de retentiecoëfficiënten van verschillende irrigatieoplossingen in de bodem:
Figuur 1. Vergelijking van retentiecoëfficiënten voor bevochtigingsoplossingen.
De test bestond uit het aanbrengen van ongeveer 60 g bevochtigingsoplossing (water of een 1%oplossing van een geschikt bevochtigingsmiddel) op ongeveer 20 g gedroogde universele potgrond en het meten van de hoeveelheid oplossing die in de grond werd vastgehouden. De retentiecapaciteit van de afzonderlijke bevochtigingsoplossingen werd vergeleken met behulp van een coëfficiënt berekend met de formule:
Het bevochtigen van de wortelzone
Het gebruik van EXOwet R3823 en R3831 maakt het mogelijk om irrigatiewater in de bovenste bodemlagen vast te houden. Een simulatie van dit soort situaties is te zien in de onderstaande video. Suikerklontjes bootsen de macro- en microporeuze structuur van de bodem na.
Video 1. Simulatie van bevochtiging van de wortelzone in de bodem.
Water met bevochtigingsmiddelen wordt vastgehouden in de bovenste lagen.
Elk suikerklontje werd besprenkeld met dezelfde hoeveelheid irrigatievloeistof (15 druppels) en de beweging ervan dieper in de poreuze structuur werd geobserveerd. Na enkele seconden is te zien dat water zonder toevoegingen direct naar de onderste laag stroomt, terwijl water met 0,5%bevochtigingsmiddel in de bovenste laag wordt vastgehouden. Dit illustreert hoe water met toevoegingen in de wortelzone van de bodem blijft, waar het veel gemakkelijker beschikbaar is voor planten dan water zonder toevoegingen, dat snel naar diepere lagen stroomt en daarmee het extra risico van uitspoeling van voedingsstoffen met zich meebrengt.
Bevochtigingsvermogen door onderdompeling
De bevochtigingscapaciteit van de EXOwet R3823- en R3831-producten werd vergeleken met een referentiestandaard en water als controlemateriaal, eveneens met behulp van de interne methode ‘Bepaling van de bevochtigingscapaciteit door onderdompeling’. Hiervoor werden gestandaardiseerde schijven van ruw katoenbreisel met een diameter van 30 mm gebruikt. De bepaling omvatte het meten van de bevochtigingstijd , d.w.z. de tijd tussen het onderdompelen van de katoenen schijf in een 0,5%oplossing en het moment waarop deze begint te zinken. De resultaten zijn samengevat in de onderstaande grafiek:
Figuur 2. Vergelijking van de bevochtigingstijden van katoenen schijven met water (controle) en 0,5%oplossingen van bevochtigingsmiddelen.
EXOwet R-oplossingen bevochtigen de katoenen schijven al na ongeveer 3 minuten, het controlemonster pas na 4 minuten, terwijl water zonder toegevoegde bevochtigingsmiddelen de schijven zelfs na 2 uur na aanvang van de test nog niet bevochtigt. Het is daarom duidelijk dat de toevoeging van oppervlakteactieve stoffen essentieel is voor het bereiken van bevredigende bevochtigingseigenschappen.
Waterretentie in de bodem
Waterretentie in de bodem is een uiterst belangrijk fenomeen, omdat het de beschikbaarheid van water voor planten vergroot en de weerstand van de bodem tegen droogte verbetert. Het gebruik van bevochtigingsmiddelen bij irrigatie verhoogt het waterbergend vermogen van de bodem aanzienlijk.
Om het waterbergend vermogen van verschillende irrigatieoplossingen te illustreren, werd opnieuw een simulatie uitgevoerd met suikerklontjes. De onderstaande foto’s tonen het lage waterbergend vermogen zonder toevoeging van bevochtigingsmiddelen:
Figuur 1. Simulatie van waterretentie. Water met een toevoeging van 0,5%bevochtigingsmiddel wordt veel effectiever vastgehouden.
Elk van de bovenste suikerklontjes werd bevochtigd met 25 druppels irrigatievloeistof. Na een paar minuten werd waargenomen dat het water zonder toevoegingen bijna volledig uit de poreuze structuur was weggevloeid, terwijl de EXOwet R-oplossingen volledig werden vastgehouden. Dit geeft aan dat zelfs een kleine toevoeging van oppervlakteactieve stoffen aan water de waterretentiecapaciteit van de bodem aanzienlijk verhoogt. Dit is uiterst belangrijk in de praktijk, omdat een snelle waterstroom door het bodemprofiel kan leiden tot uitspoeling van voedingsstoffen die essentieel zijn voor plantengroei.
Herhaalde irrigatiebehandelingen met EXOwet R3823 en R3831
Eerdere studies tonen duidelijk aan dat het besproeien van de bodem met bevochtigingsmiddelen aanzienlijk effectiever is dan het besproeien met alleen water.
De onderstaande video illustreert hoe herhaalde besproeiingsbehandelingen met een 1%oplossing van EXOwet R3831 de wateropname tijdens daaropvolgende besproeiingscycli met alleen water beïnvloeden:
Video 2. Vergelijking van de bevochtigingssnelheid afhankelijk van het aantal behandelingen
met een 1%oplossing van EXOwet R3831.
In het onderzoek werden biologisch afbreekbare turfpotten gebruikt die de bodem (organische stof in de bodem) simuleerden. Deze potten werden in schalen met water zonder toevoegingen geplaatst. Pot 1 was niet vooraf bevochtigd met de EXOwet R3831-oplossing, pot 2 werd eenmaal bevochtigd met de EXOwet R3831-oplossing en vervolgens gedroogd, terwijl pot 3 tweemaal werd bevochtigd met de EXOwet R3831-oplossing en vervolgens gedroogd.
Het is te zien dat pot 1 na een paar minuten nog steeds geen water absorbeert; in pot 2 is de waterabsorptiesnelheid matig; Terwijl pot 3 zeer snel verzadigd raakt (volledige verzadiging trad op na 10 minuten).
De conclusie van dit experiment is als volgt: het vooraf bevochtigen van de grond met bevochtigingsmiddelen resulteert in een verhoogde en versnelde wateropname tijdens de daaropvolgende bewateringsbehandelingen. Dit bevestigt de geldigheid van het uitvoeren van meerdere bewateringsbehandelingen met bevochtigingsmiddelen.
Een vergelijkbaar onderzoek werd uitgevoerd met echte grondmonsters. Bakjes met gaten in de bodem werden gevuld met ongeveer 100 g gedroogde universele potgrond; deze werden behandeld met water of 1%oplossingen van bevochtigingsmiddelen en vervolgens gedroogd. De bakjes met grond werden vervolgens ondergedompeld in petrischalen met gewoon water, en de benodigde tijd en het volume van de geabsorbeerde oplossing werden gemeten. De resultaten worden weergegeven in de onderstaande grafiek:
Figuur 3. Vergelijking van de bevochtigingssnelheid en de hoeveelheid water die wordt opgenomen door grond die vooraf is bevochtigd met verschillende irrigatieoplossingen.
Uit het onderzoek kan worden geconcludeerd dat het gebruik van bevochtigingsmiddelen als toevoeging aan irrigatiewater niet alleen de totale hoeveelheid opgenomen water verhoogt, maar ook de absorptiesnelheid. Grond die vooraf is bevochtigd met EXOwet R-oplossingen absorbeert in de eerste minuut na het bewateren ongeveer 10 keer meer water dan grond die alleen met water is bevochtigd. De maximale wateropname voor EXOwet R wordt al na ongeveer 10-15 minuten bereikt, terwijl de toename in opname voor water alleen ongeveer lineair is; zelfs na 1 uur is deze echter nog 1,5 keer lager dan bij de bevochtigingsmiddelen.
Samenvatting
Zoals uit het onderzoek blijkt, kan het gebruik van oppervlakteactieve stoffen, met name bevochtigingsmiddelen, aanzienlijke en merkbare effecten in de bodem teweegbrengen. Het gebruik van EXOwet biedt vele voordelen:
- Het verminderen van de negatieve effecten die samenhangen met het hydrofobe karakter van de bodem.
- Snelle en gelijkmatige bodemirrigatie.
- Verhoogde beschikbaarheid van water voor plantengroei en landbouwproductie.
- Het vasthouden van water in de wortelzone.
- Het voorkomen van nadelige verschijnselen zoals oppervlaktewaterophoping, oppervlaktewaterafvoer en bodemerosie.
- Algehele verbetering van de bodemgezondheid.
- I.E. Olorunfemi, T. A. Ogunrinde, J.T. Fasinmirin, Soil Hydrophobicity: An Overview, 2014.
- S.H. Doerr, R.A. Shakesby, R.P.D. Walsh, Soil water repellency: its causes, characteristics and hydro-geomorphological significance, 2000.
- A. Sochan, Zwilżalność gleby jako czynnik warunkujący pierwszą fazę erozji wodnej, 2021.
- Z.E. Tyszkiewicz, R. Czubaszek, S. Roj-Rojewski, Podstawowe metody laboratoryjnej analizy gleby, 2019.
- V. Baratella, M. Renzaglia, A. Trinchera, Effect of surfactant as adjuvant for irrigation/fertigation in vegetable production: Preliminary results on lettuce, 2016.
