Factors of relevance for improving the uniformity of oxygen distribution in drip irrigation water

• Published in: Irrigation and drainage 2020-12, Vol.69 (5), p.1133-1145
• Main Authors: Lei, Hongjun, Liu, Huan, Balsys, Ron, Midmore, David J., Zang, Min, Bhattarai, Surya
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: aerated irrigation; Aeration; Air; Air injection; Diffusers; Diffusion; Dissolved oxygen; dissolved oxygen saturation; Distance; Distribution; Drip irrigation; Emitters; gas void fraction; Injection; Irrigation; irrigation aérée; Irrigation systems; Irrigation water; Length; microbubbles; micro‐bulles; Oxygen; Oxygen content; oxygène dissous; Plant growth; Pressure; Saturation; saturation en oxygène dissous; Surfactants; taux de vide gazeux; uniformity; uniformité; Void fraction
• ISSN: 1531-0353; 1531-0361
• DOI: 10.1002/ird.2502

Aerating water using microbubbles in irrigation for drip and subsurface drip irrigation systems has been reported to produce positive effects on plant growth and yield. However, maintaining the uniformity of bubble distribution in irrigation lines across long‐row configuration is a challenge. Air injection of microbubbles in irrigation water using a gas diffuser (Seair Diffusion System, Model SA75) has a significant gain in dissolved oxygen (DO) distribution over 850 m length of drip tape. Furthermore, with oxygen injection with a Venturi, DO in irrigation water reached as high as 44 ppm and was maintained well above 35 ppm up to a distance of 700 m and did not drop below 20 ppm, even at a distance of 850 m. Pressure compensated emitters recorded significantly higher DO concentrations compared to non‐pressure compensated emitters along the entire length of the irrigation line. Additionally, use of surfactant in irrigation water, up to 4 ppm, resulted in increased gas void fraction and DO concentration compared to the control for both air and oxygen injection irrigation. Highest oxygen saturation was recorded with 4 ppm surfactant, both for air injections (165%) and oxygen injection (438%) treatment along 200 m of non‐pressure compensated drip tape. RĖSUMĖ Il a été rapporté que l'aération de l'eau à l'aide de micro‐bulles dans l'irrigation pour les systèmes d'irrigation goutte à goutte et souterraine a des effets positifs sur la croissance et le rendement des plantes. Cependant, le maintien de l'uniformité de la distribution des bulles dans les lignes d'irrigation à travers les longues rangées est un défi. L'injection d'air de microbulles dans l'eau d'irrigation à l'aide d'un diffuseur de gaz (Seair Diffusion System, modèle SA75), a un gain significatif de distribution d'oxygène dissous (DO) sur une longueur de 850 m de gaine de goutte à goutte. De plus, avec l'injection d'oxygène avec Venturi, l'OD dans l'eau d'irrigation a atteint 44 ppm et a été maintenu bien au‐dessus de 35 ppm jusqu'à une distance de 700 m et n'est pas descendu en dessous de 20 ppm, même à une distance de 850 m. Les émetteurs à régulation de pression ont enregistré des concentrations d'OD significativement plus élevées que les émetteurs sans régulation de pression sur toute la longueur de la ligne d'irrigation. De plus, l'utilisation de tensioactif dans l'eau d'irrigation, jusqu'à 4 ppm, a entraîné une augmentation de taux de vide gazeux et de la concentration d'OD par rapport au contr