Verslag 2014 Rapport beregeningstechnieken Periode: november 2014- juni 2015 Locatie: Wedde, Groninger Veenkoloniën Titel project: Duurzaam Elektrisch Beregenen (DEB) Projectaanvrager: H.J. Luth te Wedde Projectleider: Janmar Katoele Deskundige innovatie: Janmar Katoele info@katoeleconsultancy.nl Rapport Beregeningstechnieken Opgesteld door: J.M. Katoele en R.M. Overgauw Voor meer verslagen en informatie over alle Praktijknetwerken: www.innovatieveenkolonien.nl; www.verantwoordeveehouderij.nl; www.praktijknetwerkenindelandbouw.nl Europees Landbouwfonds voor Plattelandsontwikkeling: Europa investeert in zijn platteland 1
Inleiding Vanuit het project Duurzaam Elektrische beregenen zal er gekeken worden naar het bedrijfseconomisch verschil tussen elektrisch beregenen en beregenen met een dieselmotor/-pomp. Vanuit dit project is er als aanvulling een overzicht gegeven op de verschillende irrigatiemethoden die wereldwijd bekend zijn. De verschillende methoden zijn opgedeeld in energie-intensieve en energie-extensieve irrigatiemethoden. Irrigatie onder invloed van pompen en buizen of slangen valt onder energie-intensieve methoden. En irrigatie onder invloed van zwaartekracht, al dan niet gestuurd door sluizen of kanalen, valt onder energie-extensieve methoden. Deze vorm wordt ook wel oppervlakte irrigatie genoemd. Van zowel de energie-extensieve als de energie-intensieve irrigatie zijn er verschillende vormen. Van de verschillende manieren van irrigatie zullen de toepassingsmogelijkheden en de voor- en nadelen toegelicht worden. Dit document begint met een overzicht en toelichting van de energie-extensieve irrigatiemethoden. Gevolgd door een overzicht van de energie-intensieve irrigatiemethoden. Tot slot komt een overzicht van wat er geleerd is van de irrigatievormen die wereldwijd toegepast worden en wat dit betekend voor de Nederlandse akkerbouwer. 2
Samenvatting. Er zijn verschillende vormen van irrigatie, deze zijn te verdelen in twee groepen: energie-extensief en energie-intensief. Energie-extensief is irrigatie onder invloed van zwaartekracht. De sturing van het water is via sloten, kanalen, sluizen en stuwen. Het grote voordeel van deze manier van irrigatie is dat er geen fossiele brandstoffen nodig zijn om het water bij de plant te krijgen. Dit maakt het systeem geschikt voor gebieden in de wereld die nog niet sterk zijn gemechaniseerd. Het lastige bij energie-extensieve irrigatie is dat de werking afhangt van de grondsoort, de hellingsgraad, de vlakte van het veld, de omvang van de waterstroom en de lengte van het veld. Van de drie energie-extensieve irrigatievormen waar de mens invloed op heeft is vlakken/kombevloeiing de arbeidsextensiefste vorm gevolgd door strokenirrigatie. Vorenirrigatie is de arbeidsintensiefste vorm van deze drie. Vloedvlakte irrigatie hoort niet in deze vergelijking doordat de mens hier geen sturing aan geeft. De tweede vorm van irrigatie is energie-intensieve irrigatie, bij deze vorm wordt gebruikgemaakt van een door elektriciteit of brandstof aangedreven pomp en een slangen of buizenstelsel. Het nadeel van dit systeem is dat de pomp vaak aangedreven wordt door een brandstof. Dit is vanuit het oogpunt van de kosten niet gewenst doordat brandstof geld kost. Als tweede is dit vanuit milieuaspecten niet gewenst omdat brandstof een schaars productiegoed is. Akkerbouwers kiezen toch voor deze manier van irrigatie als ze denken dat de opbrengsten door beregening hoger zijn dan de kosten aan brandstof. 3
Energie-extensieve irrigatie Irrigatie onder invloed van de zwaartekracht, het water stoomt van boven naar beneden gestuurd door kanaaltjes of sluizen. Er zijn verscheidene vormen van energie-extensieve irrigatie: Wilde en vloedvlakte irrigatie Hellingirrigatie (stroken en voren) Vlakkenbevloeiing en komirrigatie Van de verschillende vormen van energie-extensieve irrigatie is een toelichting gegeven. Wilde irrigatie en vloedvlakte irrigatie Wilde irrigatie komt voor in de bergen, waar riviertjes en meertjes het water sturen na een regenbui. Vloedvlakte irrigatie is op vlakke grond, denk hierbij aan delta gebieden, waar de waterfluctuatie heel verschillend is. Dit kan per etmaal door eb en vloed, maar dit kan ook één of enkele keren per jaar door seizoensinvloeden. Watersturing in meer en kanaal 4
Schematische weergave vloedvlakte irrigatie Toepassing. Wilde irrigatie komt voor in bergachtige gebieden, na een regenbui voeren riviertjes het water aan. Vloedvlakte irrigatie komt vooral voor in gebieden waar een sterk hoog en laag water verschil aanwezig is, een goed voorbeeld hiervan zijn de rivierdelta s van o.a. de Nijl. Akkers overstromen hierbij 1 of meerdere keren per jaar, vruchtbaar slib blijft hierbij achter. Vervolgens kan er een gewas gezaaid worden. Enkele voordelen Onder invloed van zwaartekracht dus geen gebruik van fossiele brandstoffen Enkele nadelen Weinig sturing van het moment van watertoediening. Weinig sturing aan de hoeveelheid water, met als gevolg dat het weer de grote afhankelijke is. 5
Hellingirrigatie. Hellingirrigatie bestaat uit twee varianten, namelijk voren en strokenirrigatie. Deze vorm van irrigatie vindt plaats op een perceel met een kleine hellingsgraad waardoor het water langzaam door de voor of de strook naar beneden loopt. Het water wordt bovenaan de helling in de voor of strook gelaten en daalt door de zwaartekracht naar beneden. Het hellingspercentage moet minimaal 0.05% en mag maximaal 2% zijn. Stroken irrigatie. Voren irrigatie Niet gewenste vorm van vorenirrigatie 6
Toepassing Helling irrigatie is toe te passen op een flauw hellend perceel, het water loopt langs ruggetjes waar de gewassen op groeien. Als de ruggetjes vol water staan wordt de toevoer gestopt, het water infiltreert dan in de bodem. Deze manier van irrigatie is arbeidsintensiever dan wilde en vloedvlakte irrigatie. De ruggetjes aarde worden immers (machinaal) aangelegd. Tevens wordt het water handmatig gestuurd of gepompt. Geschikt bodems zijn bodems die langzaam water opnemen, zoals klei. Geschikte gewassen zijn gewassen die dicht op elkaar in een rij groeien. De afstanden van de voren is afhankelijk van het gewas en de grondsoort. Enkele nadelen De hellingsgraad is vrij precies De precisie van waterverdeling is beperkt Waterverlies door verdamping Bij gebrek aan hoogteverschillen in het landschap kan het water in de voren gepompt worden Machinaal betreden van het land is niet meer mogelijk door kans op schade aan de ruggen De toepassing in Nederland is beperkt door een gebrek aan precisie, ongeschikte hellingen in een perceel en de beperkte bewerkbaarheid van een land. Het verschil tussen voren en strokenirrigatie is de breedte van de baan van het water. Bij stroken kan het gaan om vele meters. Bij voren gaat het echter om kleinere afstanden, die bijvoorbeeld met een ploeg(oude manier) of met een aanaarder te maken zijn. Stroken irrigatie 7
Voren irrigatie 8
Vlakkenbevloeiing/komirrigatie. Water wordt opgevangen op een vlakte en omgeven door dijkjes of muurtjes. Kan zowel op een vlakte of een berghelling. Op een berghelling wordt het ook wel een terras genoemd. Geschikt voor gewassen die altijd onder water kunnen staan. Het water niveau is goed te regelen. Het vullen van de terrassen gebeurd door het openzetten van een sluis, het water stroomt dan naar binnen. Als het waterpeil hoog genoeg is kan de sluis gesloten worden of een andere sluis open waardoor het water er ook weer uitstroomt. Zo is het waterniveau in elke terras, kom of vlakte te regelen. Deze manier van irrigatie wordt vooral gebruikt voor de teelt van rijst. Rijstteelt in de bergen Rijstteelt op de vlakte Toepasbaarheid Geschikte gewassen zijn granen, zoals rijst en bomen zoals die van de citrus en de banaan. 9
Enkele voordelen Water aanvoer is onder invloed van de zwaartekracht, er komen dus geen fossiele brandstoffen aan te pas. Enkele nadelen Geen toepasbaarheid machines, dus grote arbeidsintensiviteit. Voor Nederland niet toepasbaar i.v.m. het klimaat en de concurrentie uit landen waar minder voor arbeid betaald wordt. 10
Energie-intensieve irrigatie Naast energie-extensieve zijn er ook verschillende vormen van energie-intensieve irrigatie. Dit is irrigatie door middel van slangen of buizen en een pomp die het water aanvoert. De pomp wordt aangedreven door een brandstof of een elektrische motor. De verschillende vormen van energie-intensieve irrigatie worden hieronder toegelicht: Beregeningshaspel Sprinklerirrigatie Druppelirrigatie Cirkelirrigatie Gietdarmirrigatie Ondergrondse irrigatie Beregeningshaspel Deze manier van irrigatie berust op het nabootsen van regen, dit kan d.m.v. een beregeningsboom of kanon. Dit houdt in dat er water op druk door een slang of buizensysteem gepompt wordt. Bij een haspel met een water kanon wordt het water in grote druppels over het weiland gespoten. Bij een beregeningsboom wordt het water door een brede boom water gepompt met gelijkmatig verdeelde sproeidoppen. Deze manier van irrigatie is toepasbaar bij gewassen die niet constant onder water kunnen staan maar wel droogtegevoelig zijn. Beregeningshaspel aangedreven door trekker 11
Waterkanon Beregening d.m.v. beregeningsboom Toepasbaarheid. Beregening d.m.v. een beregeningsboom of kanon is gemakkelijk toepasbaar, dit door de grote mobiliteit van de machine. Geschikte gewassen voor deze manier van irrigatie zijn o.a. aardappelen, bieten en verschillende groente gewassen Enkele voordelen Het systeem is verplaatsbaar tussen percelen Grote precisie van het moment en de hoeveelheid van beregenen Geschikt voor grote capaciteit aan oppervlak en beregeningshoeveelheid Enkele nadelen Energie intensief systeem, water moet onder hoge druk door de haspel gepompt worden. Het grootste nadeel van deze manier van irrigatie is het gebruik van fossiele brandstoffen. Dit is als eerst vanuit milieu en duurzaamheidsaspecten niet gewenst. Als tweede brengt dit een grote kostenpost met zich mee. Een volgend nadeel is de arbeidsintensiviteit, de installatie moet meerdere keren per dag verzet worden. Windgevoeligheid, vooral bij een beregeningskanon Lage efficiëntie van het water door verdamping Kans op schade aan het gewas door de druppelgrote 12
Sprinkler irrigatie. Systeem van buizen met sprinklerkoppen, water wordt onder druk door de buizen gepompt. Sprinklerinstallatie Toepasbaarheid Het verplaatsen van de installatie is zeer arbeidsintensief. De toepassing werd daarmee ook beperkt tot gewassen die vaak en veel water nodig hebben. Het buizensysteem blijft dan liggen vanaf het zaaien tot vlak voor de oogst. Geschikte gewassen zijn bijvoorbeeld lelies en tulpen. Een andere toepassing is een gazon of een sportveld. Enkele nadelen. Verplaatsen zeer arbeidsintensief Uniformiteit niet gegarandeerd door gevoeligheid wind en waterdruk Vervuild water (zand) zorgt voor extra weerstand en slijtage met als gevolg minder uniform beregenen en vervuiling van de bladeren Buizen hinderen de veldwerkzaamheden Enkele voordelen Mogelijkheid van het toedienen van voedingstoffen en bestrijdingsmiddelen Het systeem is verplaatsbaar Geschikt voor golvend landschap Stuurbaarheid van het beregeningsmoment en de beregeningshoeveelheid 13
Druppelirrigatie. Zeer precieze toediening van water, elke plant heeft eigen toevoer veelal in de vorm van een druppelaar dicht bij de wortels. Te gebruiken bij teelten waar je precies wilt sturen op water en de daaraan toegevoegde meststoffen, oftewel teelt in kassen, potten of boom/vruchtteelt. Door de precieze toediening is dit systeem relatief waterefficiënt. Het nadeel van dit systeem is de hoeveelheid arbeid, elke plant of pot moet apart aangesloten en gecontroleerd worden. Druppelirrigatie vollegrond Druppelirrigatie in kas Druppelirrigatie in potten 14
Toepasbaarheid Toepassingsmogelijkheden zijn potplanten in de kas of in het veld en de bomen/vruchtteelt. Verschillende partijen onderzoeken momenteel de mogelijkheden om druppelirrigatie volvelds toe te passen bij o.a. de teelt van aardappelen. De kosten zijn momenteel echter hoger dan de baten. Enkele voordelen Door de precieze toediening is de efficiëntie van water erg hoog. Het toedienen van water kan uniform, met als gevolg uniforme planten en vruchten Bemesting is in de juiste hoeveelheden en op het juiste moment toe te dienen Het aanleggen is arbeidsintensief(nadeel) maar het vervolg proces van het toedienen van water kan volledig automatisch Toedienen van pesticiden. Dit vermindert de gebruikte hoeveelheid en geeft minder kans op verdamping of uitspoeling van de pesticiden. Minder ziektedruk doordat de hele plant niet nat is Enkele nadelen Aanleggen en controle is arbeidsintensief Water moet schoon zijn, dus filter nodig. Schematische weergave druppelirrigatie 15
Beschrijving Een pomp zuigt water aan vanuit de watervoorraad en geeft vervolgens waterdruk aan het buizensysteem. Na de pomp kan er eventueel een filter geplaatst zijn. Deze filter filtert zand of andere ongewenste stoffen uit het water. De filter is ook de plek waar de meststoffen of bestrijdingsmiddelen toegevoegd worden. Na het filter volgt een buizensysteem langs elke plant, pot of boom, bij de plant, pot of boom zitten vervolgens 1 of meerdere druppelaars. 16
Cirkelirrigatie. Irrigatie vanuit een centraal punt, water wordt door buizen geleid op een frame met wielen, het frame rijd langzaam rondjes terwijl er water sproeit. Dit systeem wordt vaak gebruikt in de VS, Australië, Nieuw-Zeeland, en gebieden in en rond het midden oosten. Pivot installatie Pomp vanuit centraal punt 17
Zicht vanuit de lucht Toepasbaarheid Dit systeem van cirkelirrigatie, ook wel pivots genoemd, is goed toepasbaar in warme en droge gebieden, een goed voorbeeld is de woestijn. In deze gebieden kan het systeem het hele jaar rond efficiënt beregenen. Dit systeem is geschikt voor meerdere gewas soorten, o.a. mais, granen en verscheidene grassoorten. Dit systeem is minder geschikt voor gebruik in Nederland. Dit komt door het klimaat, in de winter is het te koud en in de zomer is niet elk seizoen beregening noodzakelijk. Mocht beregening wel nodig zijn kan dat met deze installatie maar op een perceel. De machine is dus niet efficiënt in te zetten. Enkele voordelen Grote capaciteit van een installatie Precieze toediening van water Bij plaatsen in droge en warme gebieden efficiënt gebruik van de installatie Meerdere oogsten per jaar mogelijk Weinig arbeid nodig Enkele nadelen De mobiliteit van de installatie Hoog gebruik van energie om de installatie te laten draaien Bij gebruik in een woestijnklimaat kan het water uit ondergrondse bronnen komen, deze bronnen zijn eindig 18
Gietdarmirrigatie. Irrigatie d.m.v. van een slang voorzien van gaatjes op regelmatige afstand. Als de slang onder druk gezet wordt stroomt de water uit de slang die vlakbij de plant ligt. Toepasbaar bij de teelt van gewassen onder folie, zoals aardbeien en asperges. Elke voor ontvangt water uit de gietdarm Gietdarm tussen aardbeien Toepassing De toepasbaarheid is beperkt, weinig gewassen zijn geschikt voor het gebruik van deze techniek. De meest gebruikte toepassing is de teelt onder folie van bijvoorbeeld aardbeien of asperges. De techniek van gietdarm is eveneens toe te passen in een perceel met voren. Als de voren niet onder invloed van de zwaartekracht vol kunnen lopen kan er een gietdarm overdwars over het perceel gelegd worden. Door middel van de gietdarm zullen de voren vol stromen. 19
Enkele nadelen Niet alle gewassen zijn geschikt voor gebruik Bij een langere lengte aan gietdarm is er geen uniforme watergift Enkele voordelen Door de lage waterdruk die nodig is voor het een gietdarm is er relatief weinig energie nodig in vergelijking met andere energie-intensieve manieren van irrigatie Blad van de plant blijft droog, dit gunstiger tegen ziektes 20
Ondergrondse irrigatie. Deze manier van irrigatie maakt gebruik van drainagebuizen in de grond. Op de drainage wordt een stuwconstructie geplaatst. Hiermee is het grondwaterpeil in een perceel te regelen. Bij zware regenval is het perceel te ontwateren en bij droogte kan het peil d.m.v. de stuwconstructie op hoogte gebracht worden. Water uit de bron, bijvoorbeeld een sloot, komt d.m.v. een pomp in de stuwconstructie van de drainage, het waterpeil stijgt en de planten krijgen dus van onderuit water doordat het water dichter bij de wortels aanwezig is. Grondwaterstand afhankelijk van het weer, bij regen bolling, bij droogte hol. Maar ook van de waterstand, hoe hoger de waterstand hoe hoger de bolling en lager de daling. Toepassing Het is nog onduidelijk hoeveel deze manier van irrigatie daadwerkelijk toegepast wordt in Nederland, wat de geschikte gewassen hiervoor zijn en wat de eisen aan de percelen zijn. 21
Enkele voordelen Geen oppervlakte verdamping Minder verslemping dan een regenkanon. Grote invloed op grondwaterstand Eveneens te gebruiken voor ontwatering na regenval Enkele nadelen Hoge aanschafkosten (als er geen drainage aanwezig is) Perceel gebonden Het duurt enkele dagen om de grondwaterstand te verhogen of te verlagen 22
Relatie met de Nederlandse akkerbouw Uit het overzicht van de verschillende vormen van irrigatie is te herleiden dat er twee hoofdvormen van irrigatie zijn: energie-extensief en energie-intensief. Om de juiste toepassing voor de Nederlandse akkerbouw weer te geven zal er eerst een situatieschets van de sector plaatsvinden. Vervolgens wordt de noodzaak van irrigatie toegelicht en tot slot volgt wat er voor de Nederlandse akkerbouw van toepassing is. Op de Nederlandse akkerbouwpercelen worden diverse gewassen verbouwt. De verbouwde gewassen hebben een grote financiële waarde voor de teler. Dit door de kosten die gemaakt worden voor het telen van een gewas. Om deze kosten terug te verdienen zal er een goed gewas moeten groeien. Dit probeert elke teler met verschillende middelen, zoals keuze van het uitgangsmateriaal en de bewerking van de grond. Een belangrijk aspect is echter niet te beïnvloeden en dat is het weer. Voor sommige gewassen kan dit een groot probleem in de productieopbrengst opleveren, dit door droogtestress. Droogtestress kan voor een significante opbrengst vermindering zorgen. Door droogte sluiten de huidmondjes om de verdamping te verminderen, als volgt verminderd de ademhaling. Dit heeft als gevolg dat de opname van voedingsstoffen en de fotosynthese verminderd. Minder fotosynthese is minder energieproductie en dus minder knol- of vruchtzetting en verwelking van planten. Beide gevolgen verminderen de opbrengst en maakt de plant vatbaar voor ziektes en plagen. Daarom is droogtestress het best te vermijden, dit kan een akkerbouwer zelf sturen door gebruik te maken van een vorm van irrigatie. Echter niet alle vormen van irrigatie zijn altijd toepasbaar omdat dit per gewas of perceel verschilt. Voor de Nederlandse akkerbouw is energie-extensieve irrigatie eigenlijk niet van toepassing. Dit komt hoofdzakelijk door de beperkingen in het landschap, er is te weinig hoogte en laagte verschil. Als tweede is er een beperkte mate van precisie om het gewas op het juiste moment de benodigde hoeveelheid water te verstrekken. Deze precisie is juist gewenst. Het gevolg is dat er gekozen wordt voor een energie-intensieve manier van irrigatie. Met energie-intensieve irrigatie kan er wel een grote mate van precisie bereikt worden. Dit is gewenst om een gewas op het juiste moment van water te voorzien. Het doel hiervan is een toename van de productie en de vitaliteit van de plant. Met het beregenen naar de behoefte van de plant is dit doel te bereiken. Energie-intensieve irrigatie is dan interessant als een productie toename minstens de kosten van de irrigatie compenseert. Deze grens van compensatie is verlegd sinds het afschaffen van het accijns voordeel op rode diesel. Hierdoor zijn de brandstofkosten bij irrigatie met een motor/pomp op 23
diesel hoger. Hier sluit het project mooi bij aan door een duurzaam alternatief te zoeken in de vorm van elektrisch beregenen i.p.v. met een dieselmotor/pomp. Tussen de energie-intensieve irrigatievormen is de keus van een irrigatiesysteem afhankelijk van verschillende factoren, dit zijn o.a.: Gewassoort Groei stadium van het gewas Plaats van het gewas (kas, onder folie, volvelds) Waterbehoefte Gewenste precisie Een akkerbouwer zal naar de gelang de situatie kiezen voor de in zijn optiek beste vorm van irrigatie. 24