Impact of Soil Amended Superabsorbent Polymers on the Efficiency of Irrigation Measures in Jordanian Agriculture

Altarawneh, Amjad, Asri, Abed

doi:10.24355/dbbs.084-201212051149-0

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Impact of Soil Amended Superabsorbent Polymers on the Efficiency of Irrigation Measures in Jordanian Agriculture

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Since several years, studies have been initiated on how far the application of superabsorbent polymers can contribute to optimize irrigation measures by enhancing the water availability for plants. Therefore, the scope of the present study was to investigate the impact of the potassium-polyacrylates polymer (SAP) application on the irrigation efficiency for eggplant cultivation. The SAP were applied at 0, 0.2 and 0.4% to sandy soil. Irrigation was performed using fresh water, treated wastewater and artificial wastewaters. Heavy metals as well as bacteria were analyzed in irrigation waters, soil and eggplants. During the vegetation period, growth parameters of the eggplants were determined. In additional pot and laboratory tests, the role of the SAP on the water availability and on the sorption of cadmium in soil was studied. The highest eggplant growth rate, biomass and fruit yields as well as the enhancement of available water were achieved at 0.2% SAP. The high soil alkalinity triggered the metal precipitation at the superficial soil layer and prevents metal entry into the rhizosphere and finally plant uptake. Total organic carbon, total nitrogen, soil respiration and soil pH were not affected by the SAP concentration. The electric conductivity increased with the increasing SAP concentration. The total bacterial counts in soil decreased with increasing of SAP concentration. SAP showed a high affinity to irreversibly sorb metals like Cd. The increase of the eggplant yield did not compensate the costs for the SAP application. The only economic benefit found in 0.2% amendment irrigated with salty water. In additional tests, endophytic bacteria were not found in any eggplant parts. The SAP was not degradable by the local bacterial isolates (K. pneumoniae, C. diphtheriae and B. subtilis). The cadmium-resistant bacterial isolates (B. subtilis and K. pneumoniae) were able to accumulate 30-50% of cadmium compared with the amount sorbed by soil amended with 0.4% SAP.

Seit einigen Jahren laufen Untersuchungen, inwieweit die Anwendung superadsorbierender Polymere zur Optimierung von Bewässerungsmaßnahmen beitragen kann, indem die Wasseraufnahme der Pflanzen verbessert wird. In diesem Zusammenhang war Ziel der vorgelegten Arbeit, den Einfluss der Verwendung von Kalium-Polyacrylat-Polymer (superabsorbent polymer: SAP) auf die Bewässerungseffizienz von Auberginenkulturen zu erfassen. Für die Untersuchungen wurde unbehandelter sandiger Boden und solcher mit Zumischungen von 0.2 und 0.4% SAP verwendet. Zur Bewässerung wurde sowohl Frischwasser als auch behandeltes sowie mit Salz und Schwermetallen beaufschlagtes Abwasser eingesetzt. In Wässern, Böden und Pflanzen wurden Schwermetalle und Bakterien analysiert. Zusätzliche Topf- und Labortests zeigten den Einfluss von SAP auf die Wasserverfügbarkeit und die Cadmiumsorption der Böden. Bei 0.2% SAP-Zusatz wurden sowohl die höchsten Wachstumsraten sowie Biomassen- und Fruchtverträge als auch die beste Wasserverfügbarkeit erzielt. Die hohe Bodenalkalinität bewirkt die Ausfällung zugeführter Metalle an der Bodenoberfläche und verhindert die Metallzufuhr in die Rhizosphäre und die Aufnahme in die Pflanze. Die SAP-Konzentration hatte keinen Einfluss auf den Gesamt-Kohlenstoff und -Stickstoff sowie Bodenatmung und Boden-pH. Mit zunehmender SAP-Konzentration nahm die elektrische Leitfähigkeit zu und die Gesamtbakterienzahl ab. SAP wies eine hohe und irreversible Sorption für Cadmium auf. Die Zunahme der Auberginenausbeute deckt nicht die Kosten des SAP-Einsatzes. Der ökonomische Vorteil beschränkt sich auf die Verwendung salzhaltiger Wässer bei 0.2% SAP-Zusatz. In keinem der Pflanzenteile wurden endophytische Bakterien gefunden. Durch lokale Bakterienisolate war SAP nicht abbaubar (K. pneumoniae, C. diphtheriae und B. subtilis). Die Cadmium-resistenten Bakterienisolate (B. subtilis und K. pneumoniae) waren in der Lage, 30-50% Cadmium zu sorbieren (im Vergleich zu Boden mit 0.4% SAP-Zusatz).