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Doctoral Thesis
2023
Aspects of incorporating biodegradable textiles to improve sports turf
Aspects of incorporating biodegradable textiles to improve sports turf
Abstract (English)
Due to climate change and the need to save water, water consumption must be reduced not only in agriculture but also in urban areas. There are 55,072 sports fields in Germany that have to be irrigated in summer. In order to reduce the amount of irrigation, two approaches were researched and discussed in this thesis. The first approach is to adapt new sports fields to the local weather conditions. This approach is a decision support system, based on a model. The input variables are recorded weather data from the German Weather Service for the location where the new sports field is to be built, the hydrological properties of the substrates, and the expected costs. An optimized dimensioning of the rootzone layer is calculated by an EA solver of Microsoft Excel. This thickness of the layer can be used for the construction project. This was calculated exemplary for 3 locations. The presented model needs to be further evaluated through field trials. For existing sports fields, the root zone layer can only be changed with great effort. In this case, a biodegradable nonwoven can be installed in an existing sports field with drainage layer structure. This nonwoven transport water from the deeper drainage layer into the root zone of the turf through the capillaries, so that the water is available to the turf. To achieve this function, the 150 mm wide nonwoven must be installed vertically at a depth of 170 mm +-20 mm. During installation, the ground cover must not be reduced and the roughness of the surface must not be increased. In the present work, a device is presented, that cuts the turf, opens a furrow, incorporates the nonwoven and then closes the furrow. The device is mounted on the tractor and consists of a height guide, a cutting disc, a box coulter and a pressure roller. The device was tested on three plots with a layer structure in Stuttgart. The cutting disc works properly because no clogging was observed. A measurement frame equipped with an ultrasonic sensor, a laser range finder and a feeler wheel determined the surface roughness before and after incorporating the nonwoven. The results showed a significant increase in roughness. In order to reduce the negative impact to the ground surface, it would be possible to increase the ballasting of the device. However, harmful soil compaction must be avoided. The uniform working depth of the developed device was determined with a tachymeter and showed a deviation from the nominal depth of less than 20 mm. The results show that this meets the requirements for the device. Ground cover was measured before and after installing the nonwoven. The turf damage was less than 15 % of the ground cover, which meets the playability requirements. Reconsolidation was determined by penetrologger and evaluated in profile. The soil recompaction, measured as penetration resistance, was similar to the status quo, except in the area close to the nonwoven, where the recompaction failed. The furrows of the developed device can be recompacted more effectively by using two pressure roller, attached V-shaped. But it must be verified that the two pressure rollers do not cause ridge formation, as is the case with seed drills. Overall, the performance of the device can be considered positive, but improvements are still needed to improve reconsolidation. These improvements can be verified in future investigations. At the same time, the effectiveness of the nonwoven must be evaluated in the future. Preliminary tests have shown that the capillary action is sufficient to transport water from the drainage layer to the root zone.
Abstract (German)
Aufgrund des Klimawandels und der Notwendigkeit, Wasser zu sparen, muss der Wasserverbrauch nicht nur in der Landwirtschaft, sondern auch in städtischen Gebieten reduziert werden. In Deutschland gibt es 55.072 Sportplätze, die im Sommer bewässert werden müssen. Um die Bewässerungsmenge zu reduzieren, wurden in dieser Arbeit zwei Ansätze erforscht und diskutiert. Der erste Ansatz ist für neu angelegte Rasensportplätze konzipiert und basiert auf einer Modellierung des erforderlichen Rasentragschichtaufbaus für einen Rasensportplatz. Die Eingangsgrößen sind aufgezeichnete Wetterdaten des Deutschen Wetterdienstes für den Standort des neu zu errichtenden Sportplatz, die hydrologischen Eigenschaften der Substrate und die zu erwartenden Kosten. Eine optimierte Dimensionierung der Rasentragschichtdicke wird mit einem EA-Solver von Microsoft Excel berechnet. Diese Dimensionierung kann für das Bauprojekt verwendet werden. Die vorgestellte Modellierung muss in zukünftigen Untersuchungen durch Feldversuche evaluiert werden. Bei bestehenden Rasenspielfeldern kann die Rasentragschicht nur mit großem Aufwand verändert werden. Für diesen Fall wird ein biologisch abbaubares Vlies in einen bestehenden Sportplatz mit Drainageschichtaufbau eingebaut. Das Vlies transportiert das Wasser aus der tieferen Drainageschicht über die Kapillaren in die Wurzelzone des Rasens, so dass das Wasser dem Rasen zur Verfügung steht. Um diese Funktion zu gewährleisten, muss das 150 mm breite Vlies vertikal in einer Tiefe von 170 mm +-20 mm verlegt werden. Bei der Verlegung darf die Bodenbedeckung nicht verringert und die Rauheit der Oberfläche nicht erhöht werden. In der vorliegenden Arbeit wird ein Gerät vorgestellt, das die Grasnarbe schneidet, eine Furche öffnet, das Vlies einarbeitet und die Furche wieder schließt. Das Gerät ist an den Traktor angebaut und besteht aus einer Höhenführung, einer Schneidscheibe, einem Kastenschar und einer Andruckrolle. Das Gerät wurde auf drei Rasenparzellen mit Tragschichtaufbau in Stuttgart getestet. Die Schneidscheibe verhinderte erfolgreich die Entstehung von Verstopfungen im Arbeitsbereich. Ein Messwagen, der mit einem Ultraschallsensor, einem Laserentfernungsmesser und einem Tastrad ausgestattet ist, ermittelte die Oberflächenrauhigkeit vor und nach der Einarbeitung des Vlieses. Die Ergebnisse zeigten eine deutliche Zunahme der Rauheit. Um die negative Veränderung der Bodenoberfläche zu reduzieren wäre es möglich die Ballastierung des Arbeitsgerätes zu erhöhen. Dabei müssen jedoch schädliche Bodenverdichtungen vermieden werden. Die gleichmäßige Tiefe des Vlieses wurde mit einem Tachymeter bestimmt und zeigte eine Abweichung von der Solltiefe von weniger als 20 mm. Die Bodenbedeckung wurde vor und nach dem Einbau des Vlieses gemessen. Die Beschädigung der Grasnarbe betrug weniger als 15 % der Bodendecke, was den Anforderungen an die Bespielbarkeit entspricht. Die Rückverfestigung wurde mit einem Penetrologger bestimmt und im Profil ausgewertet. Die als Eindringwiderstand gemessene Rückverfestigung des Bodens entsprach dem Status quo, mit Ausnahme des Bereichs direkt neben dem Vliese, wo die Rückverfestigung nicht ausreicht. Die Furchen des entwickelten Gerätes könnten durch den Einsatz von zwei V-förmig angebrachten Andruckrollen besser rückverfestigt werden. Es muss jedoch sichergestellt werden, dass die beiden Andruckrollen keine Dammbildung verursachen, wie es bei Sämaschinen der Fall ist. Insgesamt kann die Leistung des Geräts als positiv angesehen werden, aber es sind noch Verbesserungen erforderlich, um die Rückverfestigung zu verbessern. Diese Verbesserungen können in zukünftigen Untersuchungen überprüft werden. Gleichzeitig muss die Wirksamkeit des Vlieses bewertet werden. Dies war nicht Bestandteil der vorliegenden Arbeit. Vorversuche haben gezeigt, dass die Kapillarwirkung ausreicht, um Wasser aus der Drainageschicht in die Wurzelzone zu transportieren.
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Faculty of Agricultural Sciences
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Institute of Agricultural Engineering
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2023-10-04
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English
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Publisher place
Classification (DDC)
630 Agriculture
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Standardized keywords (GND)
Sustainable Development Goals
BibTeX
@phdthesis{Stürmer-Stephan2023,
url = {https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/6913},
author = {Stürmer-Stephan, Bastian},
title = {Aspects of incorporating biodegradable textiles to improve sports turf},
year = {2023},
school = {Universität Hohenheim},
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