Bodenheterogenität im Südtiroler Obstanbau unter Bewässerungseinfluss

Die Wasserverfügbarkeit im Boden entscheidet in vielen Klimaregionen der Erde maßgebend über deren landwirtschaftliche Ertragsfähigkeit. Demzufolge kann die Bewässerung in den betroffenen Regionen einen essentiellen und unverzichtbaren Produktionsfaktor darstellen. Etwa 70% des global entnommenen Süßwassers werden für die Bewässerung verwendet. Die Landwirtschaft hat somit einen beachtlichen Anteil am globalen Süßwasserverbrauch, der in Folge des sich abzeichnenden Klimawandels weiter ansteigen wird. Daher nimmt das Thema der landwirtschaftlichen Bewässerung einen zunehmend hohen Stellenwert in aktuellen Diskussionen ein. Die Notwendigkeit und Effizienz künstlicher Bewässerungsanlagen sind jedoch nicht ausschließlich an klimatische Einflussparameter geknüpft. Sie sind vielmehr das Ergebnis komplexer physikalischer Prozesse und zahlreicher Wechselwirkungen, die nicht nur in der Atmosphäre, sondern vor allem auch in der Pedosphäre ablaufen. Damit spielt der Boden durch seine kleinräumige horizontale und vertikale Heterogenität auf der Feld- bis Landschaftsskala eine entscheidende Schlüsselrolle, die aber in der Bewässerungspraxis bisher unzureichend beachtet wird. Dieser Beitrag will einige Ergebnisse aus langjährigen messtechnischen Untersuchungen und geostatistischen Analysen zur Bodenwasserdynamik unter Bewässerungseinfluss aufzeigen und Möglichkeiten der Bewässerungsoptimierung anhand praxis- und modellbasierter Ansätze diskutieren

Zareena Grewal, Islam is a Foreign Country: American Muslims and the Global Crisis of Authority

Zareena Grewal, Islam is a Foreign Country: American Muslims and the Global Crisis of Authority. New York and London: New York University Press, 2014. 409pp. ISBN: 9781479800568. Adrianos Khalil National and Kapodistrian University of Athens In order to comprehend the importance of Zareena Grewal’s project, as it is analyzed in her work Islam is a Foreign Country: American Muslims and the Global Crisis of Authority, it is detrimental to explore the political, social and religious tensions en..

Simulation einer sensorgestützten Präzisionsbewässerung von Standorten im Südtiroler Obstanbau

Die Folgen des Klimawandels machen einen bewussteren Umgang mit den Wasserressourcen notwendig. Insbesondere in Agrarregionen, welche nur unter hohem Bewässerungseinsatz wirtschaftlich rentable Erträge liefern, kann durch eine bedarfsorientierte und teilflächenspezifische Bewässerung eine bedeutende Wassereinsparung ohne Ertragseinbußen erreicht werden. Mehrjährige bodenhydrologische Untersuchungen in den bewässerten Obstanbauregionen Südtirols haben ergeben, dass die pedologischen Standortunterschiede einen bedeutenden, bisher aber meist unbeachteten, Einfluss auf die lokalen Variationen der Bodenwasserdynamik und der für diePflanzen verfügbare Wassermenge haben. Numerische und agenten-basierte Simulationsversuche haben gezeigt, dass eine dynamisch gesteuerte Bewässerung durch den Einsatz bodenspezifisch kalibrierter Feuchtesensoren eine optimierte Wasserzufuhr ermöglicht. Durch eine verkürzte Bewässerungsdauer mit variablen Intensitäten, welche sich an bodenphysikalischen Kennwerten orientieren, können deutliche Wassereinsparungen erzielt werden. Einer geplanten Validierung an Bodensäulen im Labor und Optimierung dieses Simulationsansatzes soll eine Praxisprüfung im Freigelände folgen.In many climatic regions, the availability of water in soils determines to a large extent their agricultural productiveness. Especially in irrigated agricultural areas information about the actual soil water dynamics can deliver valuable data to optimize the irrigation practice with regard to volume and duration of irrigation. South Tyrol is a region where these questions are discussed currently. Intensive orcharding is practised there within an area of about 18.000 hectares. Because of the local climatic situation irrigation is considered necessary and hasbeen practised for a long time. However, at many locations much more water is used for irrigation than the apple trees actually need. Regarding the aspects of climatic change and the decrease of water resources, the term “precision irrigation” is being increasingly discussed. Such a precision irrigation must be based on objective and quantitative criteria, which focus primarily on the physical soil properties and hydrologic balances. One solution would be to have sensors near the plants’ roots controlling the water inflow depending on the particular demand. Such a dense soil-hydrological measuring network should be composed ideally of micro-sensors, which are distributed in the investigated soil section and thereby collect data of relevant parameters in the pedosphere usinghigh temporal resolution and transmitting the information to a central logger-unit. This contribution will present a simulation-based approach of a precision irrigation-system with particular consideration of pedo-specific properties

Studies about the spatial and temporal fluctuation of the soil water dynamics under irrigated apple trees in South Tyrol (Italy)

Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen eigeninitiativer Untersuchungen in den Jahren 2003-2006 vor dem Hintergrund die raum-zeitliche Fluktuation der Bodenwasserdynamik unter Bewässerungseinfluss näher zu quantifizieren. Als Untersuchungsgebiet wurde die Region Südtirol in Italien ausgewählt, welche mit etwa 18.000 ha das größte zusammenhängende Obstanbaugebiet in Europa darstellt. Der intensive Obstanbau benötigt dort nach gängiger Meinung eine Bewässerung der Pflanzanlagen, um optimale Ernteerträge in qualitativer und quantitativer Hinsicht gewährleisten zu können. Die Durchführung der Bewässerung erfolgt dabei jedoch noch nach sehr subjektiven Kriterien. Damit stellt die Bewässerung in der Region einen sehr kostenintensiven Produktionsfaktor dar, welcher aus ökonomischen, aber auch aus ökologischen Gründen zunehmend diskutiert und kritisch hinterfragt wird. Aus diesen Aspekten heraus wurden mehrere Zielsetzungen verfolgt. Zum einen sollten prinzipielle Kenntnisse über die Muster der regionalen Bodenwasserdynamik unter dem Einfluss der Bewässerung und natürlicher Einflussparameter gewonnen werden, um daraus eine Beurteilung von Notwendigkeit und bedarfsgerechtem Ausmaß einer räumlich differenzierten und nach objektiven Kriterien durchgeführten Bewässerung ableiten zu können. Darüber hinaus wurde der Ansatz verfolgt, durch eine zeitlich hochaufgelöste Erfassung verschiedener Parameter standort- und tiefenspezifische Transfergleichungen zu ermitteln, welche die Bodenwasserdynamik einzelner Standorte, eventuell auch standortübergreifend, beschreiben und erklären können. Um die raum-zeitliche Fluktuation der Bodenwasserdynamik unter dem Einfluss der Bewässerung quantifizieren zu können, wurde im Vorfeld der Untersuchungen eine Auswahl von neun repräsentativen Standorten getroffen. Durch die Konstruktion geeigneter Datalogger konnten verschiedene Einflussparameter in hoher zeitlicher Auflösung gemessen werden. Dabei stand eine tiefendifferenzierte und den Hauptdurchwurzelungsbereich der Obstbäume abdeckende tensiometrische Erfassung der Saugspannungen (in 20 cm, 40 cm, 60 cm und 80 cm Bodentiefe) als maßgebende Zielgröße im Vordergrund. Auf Basis dieser Daten konnte die Bodenwasserdynamik durch die Berechnung hydraulischer Potentialgradienten im Zeitverlauf quantifiziert werden. Durch die zeitgleiche und loggergekoppelte Erfassung potentieller Einflussparameter (natürliche und künstliche Niederschläge, Dauer der Bewässerungsintervalle, relative Luftfeuchten, Bodentemperaturen, Lufttemperaturen innerhalb und außerhalb der Pflanzenbestände, Fluss- und Grundwasserpegel), detaillierte Bodenprofilanalysen im Gelände und Labor sowie Messungen zur Infiltration und pF-WG-Charakteristik der Einzelstandorte, konnte eine umfangreiche Datenbasis für die analytische Annäherung an die genannten Zielsetzungen geschaffen werden. Neben einer initialen Analyse der Messergebnisse wurden die erhobenen Messdaten dazu eingesetzt, quantitative Beziehungen und wechselseitige Abhängigkeiten zwischen den erfassten Größen zu ermitteln. Hierbei kamen nach einer intensiven Überprüfung und Aufbereitung des Datenmaterials verschiedene Verfahren aus dem Bereich der mathematisch-statistischen Datenanalyse zielgerichtet zur Anwendung. Durch den Einsatz numerischer Tiefpassfilter konnten verbesserte Aussagen über längerfristige Variationen und markante Anomaliephasen im Gesamtverlauf der Saugspannungen ermöglicht werden, während hingegen die Anwendung numerischer Hochpassfilter zur Optimierung von Hochfrequenz-Variabilitätsanalysen eingesetzt wurde. Bivariate und partielle Korrelationsrechnungen dienten einer initialen Überprüfung und Quantifizierung vermuteter Zusammenhänge zwischen den Saugspannungen und den erfassten Einflussgrößen. Die Berechnungen (partieller) Autokorrelationsfunktionen gestattete die Identifikation standort- und tiefenspezifischer Trägheitsmaße und Wiederholungsmuster. Um die natürlichen Zeitverzögerungen sowie die damit verbundenen Abhängigkeiten und Reaktionsgeschwindigkeiten im bodenhydrologischen Prozessgeschehen quantifizieren zu können, wurden für alle Korrelationspaare die entsprechenden time-lags durch Kreuzkorrelationen berechnet. Hauptkomponentenanalysen dienten durch die Informationsverdichtung und Mustererkennung dazu, grundlegende Typen der Saugspannungsvariabilitäten zu extrahieren. Letztendlich konnten dann im Zuge schrittweiser Regressionsverfahren aus der Gesamtmenge der erfassten Parameter diejenigen Einflussgrößen ermittelt werden, welche als Prädiktoren einen signifikanten Erklärungsanteil zur Variation der Zielgröße "Saugspannung" beitragen. Durch diese multiplen Regressionsrechnungen ergaben sich somit standort- und tiefenspezifische Transfergleichungen, die das Beziehungsgeflecht der Bodenwasserdynamik quantitativ beschreiben.The aim of this study was a detailed investigation to provide data to help quantify in greater detail the spatial and temporal fluctuation of soil water dynamics under the influence of irrigation; the basis were data collected personally between 2003 and 2006. The region selected was South Tyrol in northern Italy: with about 18.000 hectares the biggest coherent apple growing area in Europe. It is generally believed that intensive fruit cultivation there has to rely on regular irrigation of the fruit trees to guarantee optimum results in both quantity and quality of the produce. However, the way irrigation is applied there follows very subjective criteria. The consequence is that irrigation in this region is a very cost-intensive factor of production which is increasingly being discussed and criticized for both economical and ecological reasons. These conditions provided several targets for this study: One was to provide fundamental information and data on the patterns of the regional soil water dynamics under the influence of irrigation as well as parameters of natural influences. These data were then used as a basis from which to evaluate the necessity and the real amount of irrigation needed, based on regional differentiation and objective criteria. A further target was to provide various parameters by collecting a vast number of data taken at hourly intervals and, as a result, to establish transfer models specific to locations and depths that were to describe and explain the soil water dynamics of specified locations and, if possible, locations in general. Nine representative locations were selected prior to the investigation to be able to quantify the spatial and temporal fluctuation of soil water dynamics under the influence of irrigation. By devising suitable data log instruments it was possible to measure various influence parameters at regular short intervals. The primary objective was to gain – as data of particular significance – tensiometrical records of soil water tension at various depths (at depths of 20 cm, 40 cm, 60 cm and 80 cm), encompassing the main root systems of the apple trees. Based on these data the soil water dynamics could then be quantified by calculating the hydraulic potential-gradients in their temporal sequence. An extensive data base was created for an analytical approach to the targets mentioned above by collecting the following data: Records of potential influence parameters (simultaneous and with the aid of the data log instruments) such as: natural downpour as well as irrigation, duration of irrigation intervals, relative humidities, ground temperatures, air temperatures inside and outside the orchards, river and groundwater levels. In addition to that: detailed soil analyses, performed on site as well as in the laboratory; data on the infiltrations and the characteristics of the relation between soil water tension and water content at the individual locations. Apart from an initial analysis of the collected data the data results were also used to define the quantitative relations and reciprocal dependencies between the various recorded data. After extensive checks and processing of the data material a variety of methods from the fields of mathematical and statistical data analysis were selected and applied. By using numerical low pass filters improved statements could be made about longer lasting variations and significant phases of anomalies within the total sum of data collected on soil water tension. Numerical high pass filters were used to optimize high frequency analyses of variability. Bivariate and partial correlation calculations were used for initial checks and for the quantification of connections assumed to exist between the soil water tension and the data for possible sources of influence. Calculations of (partial) auto correlation functions served to identify location and depth specific inertia-influenced reaction speed and repetition patterns. In order to be able to quantify in the soil-hydrological processes the natural temporal delays as well as the dependencies and reaction speeds connected with them, the relevant time-lags were calculated by cross correlations for all correlation pairs. By condensing information and through pattern recognition, analyses of the principal components helped to extract the basic types of varieties of soil water tension. In the course of gradual regression processes it was possible to select from the total sum of parameters those parameters of influence which – being predictors – contribute significantly to explain the variations of the target parameters: soil water tension. From these multiple regression calculations thus resulted location and depth specific transfer equations that quantitatively describe the interrelations of dependencies in the soil water dynamics

Pedohydrological case study of two apple-growing locations in South Tyrol (Italy)

South Tyrol in northern Italy is the biggest coherent apple growing area in Europe. Intensive orcharding is practised there within an area of about 18,000 ha. Irrigation represents a central factor of production in this region because of the local climatic situation (only about 500 mm precipitation per annum). But the way irrigation is applied there follows mostly subjective criteria. At many locations much more water is used for irrigation than the apple trees actually need. The consequence is that irrigation in this region is a very cost-intensive factor of production which is increasingly being discussed and criticized for both economic and ecological reasons. In the context of the current discussions about climate change, the question of protection of resources and the saving of water is becoming more and more relevant. This paper presents the results of soil-physical and soil-hydrological studies, which were done in summer 2008 on two neighbouring locations in the Etsch-Valley of the Vinschgau (South Tyrol). The studies were done to detect pedo-hydrological differences at irrigated orchards which are in immediate vicinity to each other. Because of rainy weather for a few weeks before there was no irrigation at both locations during the period of this study. This made it possible to observe both locations and their pedo-hydrological differences under the influence of a natural water supply. Mostly these differences are neglected in the irrigation practice. It turned out that not only the adjacency of the groundwater table of valley floor soils but also the substrate-specific differences have a crucial influence on the dynamics and the availability of soil water for the plants. Furthermore differences in the compaction of the soil surfaces may cause prolonged infiltration rates and thereby create longer time lags between the start of the irrigation and the resulting water supply in the rootzone. To optimize the irrigation practice in this region it is essential to provide an objective basis for the irrigation process. Accordingly, the term "precision irrigation" is increasingly discussed. But precision irrigation must be based on objective and quantitative criteria which focus primarily on the physical soil properties.Soil hydrology Groundwater dynamics Soil water dynamics Irrigation Drainage Pedotransfer functions