Ernteerträge verbessern und Ressourcen schonen: Die Doktorandin Julia Sokol hilft bei der Entwicklung von Tröpfchenbewässerungstechnologien, mit denen Landwirte Wasser und Energie sparen können

Wenn es um die Gesundheit des Planeten geht, Landwirtschaft und Nahrungsmittelproduktion spielen eine enorme Rolle. Nach Angaben der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen, grob 37 Prozent der Landfläche weltweit werden für Landwirtschaft und Nahrungsmittelproduktion genutzt, und 11 Prozent der Landoberfläche der Erde werden gezielt für den Pflanzenbau genutzt. Wege zu finden, um die Landwirtschaft nachhaltiger und effizienter zu gestalten, ist nicht nur für die Umwelt von entscheidender Bedeutung, sondern auch für die globale Nahrungsmittelversorgung.

Die Doktorandin Julia Sokol arbeitet am Global Engineering and Research des MIT daran, die Tropfbewässerung billiger und effizienter zu machen (GANG) Labor. Kredit: Toni Pulsone

Julia Sokol ist weit entfernt von jedem Bauernhof aufgewachsen. Geboren in Russland, Sokol und ihre Familie zogen um, als sie es war 10 Jahre alt nach New York City, wo ihr Vater für die Vereinten Nationen arbeitete. Heutzutage, jedoch, Sokol, ein Doktorand im Maschinenbau, verbringt viel Zeit damit, über die Landwirtschaft nachzudenken. Für die letzten zwei Jahre, Sokol hat an einem Tropfbewässerungsprojekt bei MIT Global Engineering and Research gearbeitet (GANG) Labor.

Nach ihrem Bachelor in Maschinenbau an der Harvard University, Sokol verbrachte einige Zeit in der Industrie, zunächst als wissenschaftlicher Mitarbeiter bei Schlumberger, bei einer kleinen Nachhaltigkeit Beratungsfirma dann arbeiten. Will eine stärkere technische Grundlage, sie beantragte Graduiertenschule MIT.

Während ihres Master-Programm, Sokol nahm Kurs 2.76 (global Engineering), das wurde von Associate Professor und Principal Investigator des GEAR Lab gelehrt, Amos Winter-. Nachdem ein Interesse an Wasserfragen entwickelt, Sokol sprang auf die Gelegenheit, mit Winter auf das Zahnrad-Lab-energieeffiziente Tropfbewässerungsprojekt zu arbeiten.

„Ich war wirklich aufgeregt, das Projekt beizutreten,“, Sagt Sokol. „Es verbindet perfekt meine Leidenschaft für Nachhaltigkeit mit meinem Interesse an Grundlagenforschung in Strömungsmechanik und Systemdesign.“

Anstelle der Flutbewässerung – bei der Wasser aus einer Quelle gepumpt wird, um ein Feld zu überfluten – hat die Tropfbewässerung eine zentrale Pumpe, die Wasser durch ein Rohrnetz bewegt. An den Rohren angebrachte Emitter geben das Wasser gleichmäßig über das Feld ab, was zu einem höheren Ernteertrag und weniger Wasserverbrauch im Vergleich zur Flutbewässerung führt.

„Das Ziel der Tropfbewässerung ist es, Wasser mit einer ausreichend niedrigen Durchflussrate bereitzustellen, damit die Wurzeln es tatsächlich sofort aufnehmen können, anstatt dass es verdunstet oder zurück in einen Grundwasserleiter sickert,“, erklärt Sokol.

Die in der Tropfbewässerung verwendeten Emitter verteilen das Wasser gleichmäßig, im Gegensatz zur Hochwasserbewässerung, was oft dazu führt, dass die Pflanzen durchnässt werden. „Diese Tröpfchenstrahler müssen im gesamten Feld für eine gleichmäßige Durchflussrate sorgen, damit alle Pflanzen die gleiche Wassermenge erhalten,“ fügt Susan Amrose hinzu, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter am GEAR Lab.

Das Forschungsteam konzentrierte sich zunächst auf die geometrischen Merkmale dieser Emitter. Sie entwickelten ein mathematisches Modell, das beschreibt, wie die geometrischen Merkmale mit den Membranen in ihnen interagieren. auf der Grundlage dieses Modells, sie optimiert die Emitter einen möglichst niedrigen Druck erhalten erforderlich, um die Wasserströme an Kulturen an der richtigen Geschwindigkeit, um sicherzustellen,.

Kommerzielle Emittern erfordert minimalen Aktivierungsdruck von 1 bar eine konstante Strömungsrate für die Kulturpflanzen zu liefern. Dank der Änderungen das Team innerhalb der Emitter gemacht, sie abgesenkt, um die Druckaktivierung nur 0.15 Bar. Diese Verringerung des Drucks erforderlich, um die Tropfer zu aktivieren schneiden die Kraft benötigt, um die zentrale Pumpe in die Hälfte zu bedienen.

„Reduzieren des Drucks senkt die Kosten des Systems Gesamt, das ist von Vorteil für den Landwirt, und natürlich hilft es auch, die Treibhausgasemissionen reduzieren,“, Sagt Sokol.

Für Tropfbewässerungssysteme off-grid, die über Solarstrom betrieben werden, die Nutzung der neuen Strahler könnten die Kosten für den Landwirt reduzieren 40 Prozent. „Für Landwirte in Entwicklungsländern, Diese Kostenersparnis reduziert die Barriere zu einer wassersparenden und ertragssteigernden Technologie,“ fügt Amrose hinzu.

Das Team hat eine Reihe von Feldversuchen in Marokko und Jordanien durchgeführt, wo sie mit NGO-Partnern und privaten Landwirten zusammenarbeiten, um die neu gestalteten Emitter und das optimierte Bewässerungssystem zu testen.

„Die größte Erkenntnis aus diesen Feldversuchen war, wie sehr unser System Energie und Kosten reduzierte und gleichzeitig eine hohe Gleichmäßigkeit der Durchflussrate für die Pflanzen bot,“, erklärt Sokol.

Laut Amrose, Sokol war maßgeblich an der Entwicklung und Erprobung dieser Emitter beteiligt. „Sie bringt das ganze Paket mit – sie ist eine ausgezeichnete Designerin, Sie kann im Bereich Befestigungsmaterial sein, und sie ist auch theoretisch unglaublich gut, Arbeiten mit Modellen,“, sagt Amrose.

Sokol und das GEAR Lab-Team werden weiterhin Verbesserungen am Design der Emitter vornehmen, die beide die Kosten senken, Ressourcen schonen, und den Ernteertrag verbessern. Ihre Forschung wird von Jain Irrigation Systems und USAID finanziert.

„Die Weltbevölkerung wächst weiter, Wir brauchen also eine höhere landwirtschaftliche Produktivität,“, fügt Sokol hinzu. „Das ist unser Fokus – um das zu erreichen, besonders in Entwicklungsgebieten.“

Quelle: http://news.mit.edu, von Mary Beth O’Leary