In de intro blogpost over agroforestry zijn een aantal mogelijke opties genoemd hoe bomen, gewassen en dieren met elkaar kunnen worden gemengd. Een ervan was de optie om bomen te planten als wind barriere. Daar gaat deze blogpost over. Hoe kunnen bomen en heggen een goede bescherming zijn tegen wind? En wat kan deze wind barriere allemaal opleveren?
De voordelen van wind barrieres
Wind barrieres kunnen heel veel voordelen hebben. De FAO heeft op een rijtje is gezet wat verschillende voordelen kunnen zijn van wind barrieres:
- ze beschermen achtergelegen (kwetsbare) gewassen en bomen
- ze verminderen verdamping van planten
- ze verminderen verdamping van open water, waardoor er meer water beschikbaar is
- ze beschermen planten tegen hele hoge of hele lage temperaturen van de wind
- ze maken duin stabilisatie mogelijk (net als duingrassen)
- ze kunnen achterliggende gewassen beschermen tegen zout spray vanuit zee
- ze maken dat bestuiving door insecten beter mogelijk is. De insecten zijn ook beschermd tegen de hele hoge of hele lage temperaturen van de wind
- ze kunnen de verspreiding van ziektes beperken, hoewel ziektes ook meer kunnen optreden door de verhoogde vochtigheid dichtbij de wind barriere
- ze beperken fysiologische veranderingen van planten die kunnen optreden als gevolg van sterke winden
De voordelen zijn echter alleen te bereiken als het ook goed wordt ontworpen.
Ontwerp begint met systeembegrip
Zoals in de eerdere blog is aangegeven begint het ontwerp van een regeneratief systeem met een goed systeembegrip. Dat systeembegrip is ook nodig voor het ontwerpen van een wind barriere. Vanuit welke richting komt de wind die moet worden tegengehouden, en vanuit welke richting komt de wind die juist gebruikt moet worden; dit kan vooral het geval zijn als wind vanuit een bepaalde richting verkoelend is, en deze juist ergens naar toe moet worden geleid (bijvoorbeeld met een gelaagd ontwerp van struiken en bomen, of met een smaller wordende windsingel).
Een wind barriere geeft ook schaduw en filtert geluid. Bij het uitvoeren van een systeemanalyse is het dus ook nuttig om meteen de schaduw (houdt in het achterhoofd dat de schaduwrichting afhangt van of je op het noordelijk of zuidelijk halfrond bent) en het eventueel uit te filteren geluid mee te nemen.
Voor het kiezen van de vegetatie is het van belang om te weten hoe sterk de wind is die moet worden tegengehouden. Dit kan direct worden gemeten, maar hierbij kan ook gebruik worden gemaakt van vegetatie in de omgeving: hoe asymetrischer deze zijn gegroeid, hoe sterker de wind is. Hier is de Griggs Putnam Energy index voor ontwikkeld, zie onderstaande figuur.
Tenslotte is het belangrijk om te weten wanneer in het jaar je iets (geluid, wind of zon) wilt tegenhouden. Als de planten en bomen zonder blad zijn is de barriere werking een stuk anders, dan in vol blad.
Effectiviteit van wind barrieres
1. meerdere lagen of 1 laag
Sommige wind barrieres worden ontworpen als een smalle dichte hoge haag, maar het kan ook anders. Hoe het wordt ontworpen hangt uiteindelijk af van de hoeveelheid ruimte en van de functies die worden meegegeven aan de wind barriere.
Daarnaast kan het zo zijn dat je de wind uit een bepaalde richting wilt gebruiken bijvoorbeeld om een huis te koelen, of juist de wind wilt blokkeren. Onderstaande figuur laat zien hoe de positionering van bomen en struiken kan worden gebruikt om de wind te sturen naar waar je de wind wilt gebruiken (vereist wel goed onderhoud).
2. De dichtheid van de wind barriere
Zoals bij alle stromingen van gassen of vloeistoffen, is er sprake van turbulentie rondom hele harde randen. Indien de barriere zeer gesloten is, is het dus een harde barriere voor de wind en treedt er achter de haag (benedenwinds) turbulentie op. Indien de barriere echter niet te dicht is, en er een deel van de wind door de haag kan stromen, wordt een groot deel van de turbulentie (met invloed op de gewassen) voorkomen.
Onderstaande afbeeldingen van deze twitter feed laat zien wat een enkele boom al voor invloed kan hebben. Beide foto's zijn genomen in noordelijke richting; beide foto's zijn op 2,5 km van elkaar genomen.
3. De dikte en hoogte van de wind barriere in relatie tot de invloedsafstand
Hoe ver de invloedszone van de wind barriere reikt verschilt enigszins per onderzoek. Deze bron geeft een invloedszone van ca 10 keer de hoogte. Een ander boek geeft een invloedszone (bekeken vanaf de grond) van een dichte haag van 5 tot 10 keer de hoogte, grofweg 5 (bandbreedte 4 tot 5,12) keer de hoogte van de haag ver, waarbij de bovenwindse zijde van de haag als 0-punt is genomen (bron bijlage 8 uit dit boek). Hierbij is ook gekeken naar een dunne of een hele dikke haag (dikte van de haag tot 2 maal de hoogte van de haag). De invloedszone vanaf het 0-punt blijft hierbij redelijk gelijk. Een heel dikke haag geeft dus minder ruimte voor andere gewassen en planten. Vanuit efficiency oogpunt is dus een smalle zo hoog mogelijke haag heel handig. Als echter de haag ook voor andere doeleinden gebruikt wordt, wordt de dikte van de haag minder van belang.
Bij een poreuze haag reikt de invloedszone verder naarmate de porositeit groter wordt, tot wel 15 keer de hoogte; met het toenemen van de porositeit, blijft de windsnelheid achter de wind barriere hoger ten opzichte van een gesloten haag (zie eerste onderstaande figuur). Verschillende studies laten echter verschillende grafieken zien, daarom zijn de figuren uit 2 studies weergegeven.
De twee figuren laten beide zien dat er een duidelijke afname is in de windsnelheid als gevolg van een wind barriere. De verlaging, met name bij meer poreuze schermen lijkt te verschillen en de reikwijdte van de barriere, dit is goed te zien bij 15 H, waar alle lijnen in de bovenste figuur rond de 80% zitten, terwijl deze bij de onderste figuur tussen de 80 en de 90% zitten. Factoren als ruwheid van het scherm, definiering van openheid en aantal meetpunten tijdens de proef en hoe hoog boven maaiveld is gemeten kunnen allemaal hun invloed hebben op de resultaten. Duidelijk is in ieder geval dat de windsnelheid met 20 tot 40% goed haalbaar is, bij zeer dichte barrieres kan dit toenemen tot 60 a 80 %.
Tegelijkertijd blijkt dat de snelheid (zeker bij dichte wind barrieres) ruim boven de grond op bepaalde plaatsen sterk kan toenemen. Onderstaande afbeelding laat zien dat bij een wind barriere die 15% open is de windsnelheid net boven de wind barriere op korte afstand van de wind barriere zeer sterk kan toenemen (de lucht wordt samengeperst om over de barriere te stromen en de stroomsnelheid van de lucht neemt net boven de barriere dus toe).
Opgemerkt wordt dat als de wind onder een hoek op de wind barriere waait, de "beschermde zone" wordt verkleind, omdat de 5 tot 10 maal de hoogte dan onder een hoek wordt gemeten en dus (haaks) minder ver het veld in komt.
4. invloed op verdamping en neerslag
Voor de invloed van de wind op de verdamping wordt gekeken naar de weerstand in het huidmondje van planten (de "stomatal resistance", rs). De weerstand is lager bij een betere vochtvoorziening; hoe droger het is, hoe hoger de weerstand wordt. Als er voldoende vocht aanwezig is (lage weerstand) neemt de verdamping toe bij hogere windsnelheden; bij weinig beschikbaar vocht (hoge weerstand), neemt de verdamping af bij hogere windsnelheden.
De invloed van een windbarriere is in de omgekeerde richting, de windsnelheid neemt juist af. In natte omstandigheden zal dus de verdamping afnemen, terwijl deze in droge omstandigheden kan toenemen en daarmee een sterkere lokale afkoeling van de lucht kan veroorzaken, waarbij dit lokale microklimaat niet wordt weggeblazen.
Een aanvullende factor hierop is de weerstand van het landschap (aerodynamic resistance), deze is "omgekeerd gedefinieerd" en uitgedrukt in s/m. Een glad oppervlak (kale bodem) heeft dus een hoge waarde en een ruw oppervlak (bos) heeft een lage waarde. In onderstaande grafiek is de weerstand van het landschap uitgezet tegen de weerstand van de huidmondjes.
In deze grafiek is de lijn uitgezet waarbij bij een toename van de windsnelheid de verdamping gelijk blijft. Boven deze lijn (het witte deel) neemt de verdamping af bij afnemende wind, rechtsonder (het grijze deel) neemt de verdamping toe bij afnemende wind.
Een wind barriere met gewassen zal ergens tussen crop en forest in zitten; bij iets drogere omstandigheden kan dan de verdamping (iets) toenemen ten opzichte van een onbeschermde monocultuur.
Een effect wat kan worden "uitgebuit" is het feit dat de barriere die de bomen vormen zorgt voor compressie van de lucht boven de bomen. Deze compressie kan resulteren in het bereiken van een zodanige waterdamp concentratie in de lucht dat condensatie van water kan optreden. De wind barriere kan zodoende voor extra lokale neerslag achter de wind barriere zorgen. Het kan echter ook zo zijn dat de extra neerslag bij wind barrieres resulteert in minder neerslag verder benedenwinds (bron), omdat het totaal aan neerslag mogelijk gelijk blijft.
5. invloed op de oogst
Over het algemeen genomen lijkt een wind barriere te leiden tot een toename in opbrengst tot wel 40%. Hierbij moet wel worden aangegeven dat lokaal de opbrengst afneemt, door competitie met vooral de wind barriere planten. Het effect van de wind barriere op de opbrengst kan tot wel 20 maal de hoogte van de barriere reiken (bron).
De toename wordt veroorzaak door verschillende factoren: de plant wordt niet meer/minder beschadigd/gescheurd, of heen en weer geschud door de wind. Ook zandstralen met sediment en stof treedt minder op. Verder komen minder ziektes langswaaien. En tenslotte kan er veel beter een microklimaat rondom de plant blijven bestaan. Dit kan vochtiger zijn, maar kan ook warmere bodem en lucht temperatuur zijn (bron).
In Russissche onderzoeken is gevonden dat er een verschil in opbrengsttoename bij toepassing van wind barrieres zit tussen droge en natte jaren. De toename van opbrengst was in droge jaren tot wel 150 tot 300% toename, terwijl de toename in natte jaren 10 tot 30% was. Naast gevonden toenamen bij aardappelen, granen (mais, tarwe), bieten, appels, aardbeien, sla en suikerbieten zijn ook tegenstrijdige (afname en toename) of geen resultaten gevonden bij gerst, tarwe, rogge en haver (bron)
Naast een toename van opbrengst, kan door verandering van het microklimaat de kwaliteit van het product verbeteren. Ook kan het moment vruchtontwikkeling vroeger plaatsvinden.
Zoals het Russische onderzoek liet zien, hangt de impact van een wind barriere sterk af van de meteorologische omstandigheden in de verschillende onderzochte jaren. Onderstaande grafieken laten opbrengsten achter een windscherm zien bij appels en peren. De appels zijn onderzocht van 1952 tot en met 1958, de peren alleen van 1956 tot en met 1958. In 1956 en 1957 is de impact van een wind barriere heel groot, de oogst ver van het scherm bij de peren is immers 60 tot 70% lager. Bij de appels is de opbrengst 20 tot 30 % lager. In 1953 is de invloed van de wind barriere eigenlijk niet aanwezig, de schommeling in opbrengst is zo beperkt dat deze ook aan andere factoren kan worden toegeschreven. Peren lijken dus gevoeliger te zijn voor wind ten opzichte van appels. Voor appels wordt daarom een onderlinge windbarriere afstand van 6H tot 10H geadviseerd, terwijl voor peren 2H tot 4H wordt geadviseerd.
Onderzoek bij aardbeien liet vooral een vroegere vruchtzetting van beschutte planten zien, op 2H van de wind barriere waren er aardbeien te plukken, terwijl op 8H dit pas een week later beschikbaar was (zie figuur 15 van dit rapport). Ook de opbrengst was tussen 2H en 6H hoger dan bij de rest.
Bij aardappelen zorgde de beschutting tegen de wind voor een veel eerdere maar ook betere ontwikkeling van de plant. Hierbij worden er bij de planten dichtbij de wind barriere meer knolletjes gevormd. Later in het seizoen zijn echter de aardappels van de planten met minder knolletjes groter. De verschillen in het aantal kilo aardappels per plant zijn daardoor kleiner bij de oogst.
Bij sla en peentjes zijn ook vergelijkbare resultaten gevonden. Sla groeit beter onder beschutte omstandigheden en is dus eerder te oogsten. Bij de peentjes zijn het aantal planten hoger, het ontkiemen lijkt dus beter te gaan, en uiteindelijk is ook zowel het loofgewicht als het wortelgewicht groter.
Ontwerprichtlijnen en tips en trics (bron)
Bij ontwerpen van regeneratieve systemen geldt het permacultuur adagium: zorg dat alles minimaal 3 functies heeft, zodat je een sterk verweven ecosysteem creeert.
Voor de windbarriere is de vraag welke functies eraan worden gegeven naast het tegenhouden van de wind:
Bij het kiezen van beplanting geldt echter
Bij het aanleggen van de wind barriere met meerdere lagen, is het meest effectief om de hoogste soorten volledig aan de bovenwindse zijde te plaatsen. Hiermee is de invloedszone het grootst.
Het ontwerp gebaseerd op de lokale omstandigheden is cruciaal voor het goed functioneren van de wind barriere: welke wind moet worden tegengehouden, welke misschien juist gebruikt, hoe sterk is deze wind, hoe wordt hiermee schaduw gecreeerd, wat zijn de bodemomstandigheden en hoe nat/droog is het, etc.
Om met deze barriere een zo goed mogelijk verweven ecosysteem te creeeren, is het van belang om na te denken welke functies nog meer gegeven moeten worden aan de barriere. Wordt het gebruikt voor biodiversiteit, mulch materiaal, stikstofbinding, fruit, noten? Al deze functies samen bepalen hoe de wind barriere kan worden ontworpen.
De wind barriere heeft op de grond invloed op de wind tot ongeveer 15 tot 20 maal de hoogte van de wind barriere. In deze zone is ook de invloed te zien.
De invloed van de barriere op planten is allereerst op de plantontwikkeling, in de luwte ontkiemt zaaigoed beter, ontwikkelen planten eerder, beschadigen minder, wat allemaal bijdraagt tot een hogere opbrengst.
Kortom, een zeer nuttige toevoeging voor de regeneratieve landbouw!
- https://www.agroforestry.org/the-overstory/141-overstory-129-windbreak-design
- https://www.agroforestry.org/the-overstory/232-overstory-32-multipurpose-windbreaks
- http://www.fao.org/3/T0178E/T0178E03.htm/
- http://www.fao.org/3/x0490e/x0490e06.htm
- http://www.fao.org/docrep/T0178E/T0178E03.htm
- http://www.fao.org/docrep/T0178E/T0178E05.gif
- https://www.ccmaknowledgebase.vic.gov.au/resources/Bird_et_al_1992.pdf
- https://www.yourhome.gov.au/passive-design/passive-cooling
- https://www.harvestingrainwater.com/product/rainwater-harvesting-for-drylands-and-beyond-volume-1-3rd-edition-new-2019/
- https://www.harvestingrainwater.com/wind-snow-harvesting/
- https://www.researchgate.net/publication/225897050_Windbreak_Aerodynamics_Is_Computational_Fluid_Dynamics_Reliable
- https://www.researchgate.net/publication/226203416_Effects_of_windbreaks_on_airflow_microclimates_and_crop_yields
- https://www.researchgate.net/publication/332251720_Design_of_Tall_Cable-Supported_Windbreak_Panels
- http://article.sapub.org/10.5923.j.ije.20160601.02.html
- https://earthscience.stackexchange.com/questions/2454/why-is-aerodynamic-resistance-defined-inversely
- https://treeyopermacultureedu.com/chapter-6-trees/windbreaks/
- https://www.fs.usda.gov/nac/practices/windbreaks.php
- https://upower.weebly.com/griggs-putnam-energy-index.html
- https://edepot.wur.nl/182142
- https://library.wur.nl/WebQuery/wda/104550
De voordelen van wind barrieres
Wind barrieres kunnen heel veel voordelen hebben. De FAO heeft op een rijtje is gezet wat verschillende voordelen kunnen zijn van wind barrieres:- ze beschermen achtergelegen (kwetsbare) gewassen en bomen
- ze verminderen verdamping van planten
- ze verminderen verdamping van open water, waardoor er meer water beschikbaar is
- ze beschermen planten tegen hele hoge of hele lage temperaturen van de wind
- ze maken duin stabilisatie mogelijk (net als duingrassen)
- ze kunnen achterliggende gewassen beschermen tegen zout spray vanuit zee
- ze maken dat bestuiving door insecten beter mogelijk is. De insecten zijn ook beschermd tegen de hele hoge of hele lage temperaturen van de wind
- ze kunnen de verspreiding van ziektes beperken, hoewel ziektes ook meer kunnen optreden door de verhoogde vochtigheid dichtbij de wind barriere
- ze beperken fysiologische veranderingen van planten die kunnen optreden als gevolg van sterke winden
De voordelen zijn echter alleen te bereiken als het ook goed wordt ontworpen.
Ontwerp begint met systeembegrip
Zoals in de eerdere blog is aangegeven begint het ontwerp van een regeneratief systeem met een goed systeembegrip. Dat systeembegrip is ook nodig voor het ontwerpen van een wind barriere. Vanuit welke richting komt de wind die moet worden tegengehouden, en vanuit welke richting komt de wind die juist gebruikt moet worden; dit kan vooral het geval zijn als wind vanuit een bepaalde richting verkoelend is, en deze juist ergens naar toe moet worden geleid (bijvoorbeeld met een gelaagd ontwerp van struiken en bomen, of met een smaller wordende windsingel).
|
| Bron: https://www.yourhome.gov.au/passive-design/passive-cooling |
Een wind barriere geeft ook schaduw en filtert geluid. Bij het uitvoeren van een systeemanalyse is het dus ook nuttig om meteen de schaduw (houdt in het achterhoofd dat de schaduwrichting afhangt van of je op het noordelijk of zuidelijk halfrond bent) en het eventueel uit te filteren geluid mee te nemen.
|
| Bron: https://treeyopermacultureedu.com/chapter-6-trees/windbreaks/ |
Voor het kiezen van de vegetatie is het van belang om te weten hoe sterk de wind is die moet worden tegengehouden. Dit kan direct worden gemeten, maar hierbij kan ook gebruik worden gemaakt van vegetatie in de omgeving: hoe asymetrischer deze zijn gegroeid, hoe sterker de wind is. Hier is de Griggs Putnam Energy index voor ontwikkeld, zie onderstaande figuur.
 |
| Bron: https://upower.weebly.com/griggs-putnam-energy-index.html |
Tenslotte is het belangrijk om te weten wanneer in het jaar je iets (geluid, wind of zon) wilt tegenhouden. Als de planten en bomen zonder blad zijn is de barriere werking een stuk anders, dan in vol blad.
Effectiviteit van wind barrieres
1. meerdere lagen of 1 laag Sommige wind barrieres worden ontworpen als een smalle dichte hoge haag, maar het kan ook anders. Hoe het wordt ontworpen hangt uiteindelijk af van de hoeveelheid ruimte en van de functies die worden meegegeven aan de wind barriere.
Daarnaast kan het zo zijn dat je de wind uit een bepaalde richting wilt gebruiken bijvoorbeeld om een huis te koelen, of juist de wind wilt blokkeren. Onderstaande figuur laat zien hoe de positionering van bomen en struiken kan worden gebruikt om de wind te sturen naar waar je de wind wilt gebruiken (vereist wel goed onderhoud).
2. De dichtheid van de wind barriere
Zoals bij alle stromingen van gassen of vloeistoffen, is er sprake van turbulentie rondom hele harde randen. Indien de barriere zeer gesloten is, is het dus een harde barriere voor de wind en treedt er achter de haag (benedenwinds) turbulentie op. Indien de barriere echter niet te dicht is, en er een deel van de wind door de haag kan stromen, wordt een groot deel van de turbulentie (met invloed op de gewassen) voorkomen.
|
| Bron: http://www.worldagroforestry.org/Units/Library/Books/Book%2006/html/8.9_trees_as_wind.htm?n=90 |
Onderstaande afbeeldingen van deze twitter feed laat zien wat een enkele boom al voor invloed kan hebben. Beide foto's zijn genomen in noordelijke richting; beide foto's zijn op 2,5 km van elkaar genomen.
3. De dikte en hoogte van de wind barriere in relatie tot de invloedsafstand
Hoe ver de invloedszone van de wind barriere reikt verschilt enigszins per onderzoek. Deze bron geeft een invloedszone van ca 10 keer de hoogte. Een ander boek geeft een invloedszone (bekeken vanaf de grond) van een dichte haag van 5 tot 10 keer de hoogte, grofweg 5 (bandbreedte 4 tot 5,12) keer de hoogte van de haag ver, waarbij de bovenwindse zijde van de haag als 0-punt is genomen (bron bijlage 8 uit dit boek). Hierbij is ook gekeken naar een dunne of een hele dikke haag (dikte van de haag tot 2 maal de hoogte van de haag). De invloedszone vanaf het 0-punt blijft hierbij redelijk gelijk. Een heel dikke haag geeft dus minder ruimte voor andere gewassen en planten. Vanuit efficiency oogpunt is dus een smalle zo hoog mogelijke haag heel handig. Als echter de haag ook voor andere doeleinden gebruikt wordt, wordt de dikte van de haag minder van belang.
Bij een poreuze haag reikt de invloedszone verder naarmate de porositeit groter wordt, tot wel 15 keer de hoogte; met het toenemen van de porositeit, blijft de windsnelheid achter de wind barriere hoger ten opzichte van een gesloten haag (zie eerste onderstaande figuur). Verschillende studies laten echter verschillende grafieken zien, daarom zijn de figuren uit 2 studies weergegeven.
|
| Bron: https://www.researchgate.net/publication/226203416_Effects_of_windbreaks_on_airflow_microclimates_and_crop_yields |
 |
| Bron: https://edepot.wur.nl/182142 |
De twee figuren laten beide zien dat er een duidelijke afname is in de windsnelheid als gevolg van een wind barriere. De verlaging, met name bij meer poreuze schermen lijkt te verschillen en de reikwijdte van de barriere, dit is goed te zien bij 15 H, waar alle lijnen in de bovenste figuur rond de 80% zitten, terwijl deze bij de onderste figuur tussen de 80 en de 90% zitten. Factoren als ruwheid van het scherm, definiering van openheid en aantal meetpunten tijdens de proef en hoe hoog boven maaiveld is gemeten kunnen allemaal hun invloed hebben op de resultaten. Duidelijk is in ieder geval dat de windsnelheid met 20 tot 40% goed haalbaar is, bij zeer dichte barrieres kan dit toenemen tot 60 a 80 %.
Tegelijkertijd blijkt dat de snelheid (zeker bij dichte wind barrieres) ruim boven de grond op bepaalde plaatsen sterk kan toenemen. Onderstaande afbeelding laat zien dat bij een wind barriere die 15% open is de windsnelheid net boven de wind barriere op korte afstand van de wind barriere zeer sterk kan toenemen (de lucht wordt samengeperst om over de barriere te stromen en de stroomsnelheid van de lucht neemt net boven de barriere dus toe).
|
| Bron: https://www.researchgate.net/publication/226203416_Effects_of_windbreaks_on_airflow_microclimates_and_crop_yields |
Opgemerkt wordt dat als de wind onder een hoek op de wind barriere waait, de "beschermde zone" wordt verkleind, omdat de 5 tot 10 maal de hoogte dan onder een hoek wordt gemeten en dus (haaks) minder ver het veld in komt.
4. invloed op verdamping en neerslag
Voor de invloed van de wind op de verdamping wordt gekeken naar de weerstand in het huidmondje van planten (de "stomatal resistance", rs). De weerstand is lager bij een betere vochtvoorziening; hoe droger het is, hoe hoger de weerstand wordt. Als er voldoende vocht aanwezig is (lage weerstand) neemt de verdamping toe bij hogere windsnelheden; bij weinig beschikbaar vocht (hoge weerstand), neemt de verdamping af bij hogere windsnelheden.
De invloed van een windbarriere is in de omgekeerde richting, de windsnelheid neemt juist af. In natte omstandigheden zal dus de verdamping afnemen, terwijl deze in droge omstandigheden kan toenemen en daarmee een sterkere lokale afkoeling van de lucht kan veroorzaken, waarbij dit lokale microklimaat niet wordt weggeblazen.
 |
| Bron: https://www.researchgate.net/publication/226203416_Effects_of_windbreaks_on_airflow_microclimates_and_crop_yields |
Een aanvullende factor hierop is de weerstand van het landschap (aerodynamic resistance), deze is "omgekeerd gedefinieerd" en uitgedrukt in s/m. Een glad oppervlak (kale bodem) heeft dus een hoge waarde en een ruw oppervlak (bos) heeft een lage waarde. In onderstaande grafiek is de weerstand van het landschap uitgezet tegen de weerstand van de huidmondjes.
In deze grafiek is de lijn uitgezet waarbij bij een toename van de windsnelheid de verdamping gelijk blijft. Boven deze lijn (het witte deel) neemt de verdamping af bij afnemende wind, rechtsonder (het grijze deel) neemt de verdamping toe bij afnemende wind.
Een wind barriere met gewassen zal ergens tussen crop en forest in zitten; bij iets drogere omstandigheden kan dan de verdamping (iets) toenemen ten opzichte van een onbeschermde monocultuur.
 |
| Bron: https://www.researchgate.net/publication/226203416_Effects_of_windbreaks_on_airflow_microclimates_and_crop_yields |
Een effect wat kan worden "uitgebuit" is het feit dat de barriere die de bomen vormen zorgt voor compressie van de lucht boven de bomen. Deze compressie kan resulteren in het bereiken van een zodanige waterdamp concentratie in de lucht dat condensatie van water kan optreden. De wind barriere kan zodoende voor extra lokale neerslag achter de wind barriere zorgen. Het kan echter ook zo zijn dat de extra neerslag bij wind barrieres resulteert in minder neerslag verder benedenwinds (bron), omdat het totaal aan neerslag mogelijk gelijk blijft.
5. invloed op de oogst
Over het algemeen genomen lijkt een wind barriere te leiden tot een toename in opbrengst tot wel 40%. Hierbij moet wel worden aangegeven dat lokaal de opbrengst afneemt, door competitie met vooral de wind barriere planten. Het effect van de wind barriere op de opbrengst kan tot wel 20 maal de hoogte van de barriere reiken (bron).
|
| Bron: http://www.fao.org/3/T0178E/T0178E03.htm/ http://www.fao.org/docrep/T0178E/T0178E05.gif |
De toename wordt veroorzaak door verschillende factoren: de plant wordt niet meer/minder beschadigd/gescheurd, of heen en weer geschud door de wind. Ook zandstralen met sediment en stof treedt minder op. Verder komen minder ziektes langswaaien. En tenslotte kan er veel beter een microklimaat rondom de plant blijven bestaan. Dit kan vochtiger zijn, maar kan ook warmere bodem en lucht temperatuur zijn (bron).
In Russissche onderzoeken is gevonden dat er een verschil in opbrengsttoename bij toepassing van wind barrieres zit tussen droge en natte jaren. De toename van opbrengst was in droge jaren tot wel 150 tot 300% toename, terwijl de toename in natte jaren 10 tot 30% was. Naast gevonden toenamen bij aardappelen, granen (mais, tarwe), bieten, appels, aardbeien, sla en suikerbieten zijn ook tegenstrijdige (afname en toename) of geen resultaten gevonden bij gerst, tarwe, rogge en haver (bron)
Naast een toename van opbrengst, kan door verandering van het microklimaat de kwaliteit van het product verbeteren. Ook kan het moment vruchtontwikkeling vroeger plaatsvinden.
Zoals het Russische onderzoek liet zien, hangt de impact van een wind barriere sterk af van de meteorologische omstandigheden in de verschillende onderzochte jaren. Onderstaande grafieken laten opbrengsten achter een windscherm zien bij appels en peren. De appels zijn onderzocht van 1952 tot en met 1958, de peren alleen van 1956 tot en met 1958. In 1956 en 1957 is de impact van een wind barriere heel groot, de oogst ver van het scherm bij de peren is immers 60 tot 70% lager. Bij de appels is de opbrengst 20 tot 30 % lager. In 1953 is de invloed van de wind barriere eigenlijk niet aanwezig, de schommeling in opbrengst is zo beperkt dat deze ook aan andere factoren kan worden toegeschreven. Peren lijken dus gevoeliger te zijn voor wind ten opzichte van appels. Voor appels wordt daarom een onderlinge windbarriere afstand van 6H tot 10H geadviseerd, terwijl voor peren 2H tot 4H wordt geadviseerd.
 |
| Bron: https://edepot.wur.nl/182142 |
 |
| Bron: https://edepot.wur.nl/182142 |
Onderzoek bij aardbeien liet vooral een vroegere vruchtzetting van beschutte planten zien, op 2H van de wind barriere waren er aardbeien te plukken, terwijl op 8H dit pas een week later beschikbaar was (zie figuur 15 van dit rapport). Ook de opbrengst was tussen 2H en 6H hoger dan bij de rest.
Bij aardappelen zorgde de beschutting tegen de wind voor een veel eerdere maar ook betere ontwikkeling van de plant. Hierbij worden er bij de planten dichtbij de wind barriere meer knolletjes gevormd. Later in het seizoen zijn echter de aardappels van de planten met minder knolletjes groter. De verschillen in het aantal kilo aardappels per plant zijn daardoor kleiner bij de oogst.
Bij sla en peentjes zijn ook vergelijkbare resultaten gevonden. Sla groeit beter onder beschutte omstandigheden en is dus eerder te oogsten. Bij de peentjes zijn het aantal planten hoger, het ontkiemen lijkt dus beter te gaan, en uiteindelijk is ook zowel het loofgewicht als het wortelgewicht groter.
Ontwerprichtlijnen en tips en trics (bron)
Bij ontwerpen van regeneratieve systemen geldt het permacultuur adagium: zorg dat alles minimaal 3 functies heeft, zodat je een sterk verweven ecosysteem creeert. Voor de windbarriere is de vraag welke functies eraan worden gegeven naast het tegenhouden van de wind:
- Wordt het een habitat voor allerlei wilde dieren (heeft invloed op de breedte en het onderhoud)?
- Worden stikstofbinders toegepast?
- Wordt dit gebruikt om fruit en noten te laten groeien?
- etc.
Bij het kiezen van beplanting geldt echter
- Factor nummer 1 is: kan de vegetatie die wordt gebruikt voor de wind barriere de wind verdragen en groeit deze goed op de daar aanwezig grondsoort. Want als de vegetatie niet gezond is, niet goed functioneert, dan is er geen goede wind barriere.
- Bij meerdere functies, kan het ook zo zijn dat de wind barriere breder wordt, om de productie in de wind barriere optimaal te laten functioneren. Hierbij is het dan van belang dat deze uit verschillende soorten bestaat. Hierbij beschermen de verschillende soorten elkaar (bijvoorbeeld op verschillende hoogtes), maar maakt ook dat een (boom)soort gesnoeid moet worden, de andere soorten nog goed functioneren als wind barriere. Tenslotte is een divers systeem beter bestand tegen ziekten en plagen.
- Indien gekozen wordt voor habitat voor allerlei wilde dieren
- hoe langer de wind barriere hoe beter, en zorg ervoor dat deze aan begin en eind is verbonden met iets anders (bijvoorbeeld een bosje), zodat het een corridor kan worden voor wilde dieren
- zorg voor diverse bloeiers en andere vruchten om insecten aan te trekken
- maak het zo divers en gelaagd mogelijk om het ecosysteem zo divers maar vooral zo sterk mogelijk te maken
- bedek de bodem met hout, takken en bladeren voor habitat
- Indien gekozen wordt voor fruit of noten:
- zorg dan dat bloei plaatsvindt in de maanden met minder wind (indien deze seizoenaal zijn)
- plant deze in de meer beschutte delen van de wind barriere
- kijk of je soorten kunt kiezen die vrucht dragen op de hoofdtakken in plaats van de buitentakken
- aangezien deze het meeste in de wind staan, kan verdamping hoger zijn, waardoor aanvullende irrigatie hier mogelijk nodig is.
Bij het aanleggen van de wind barriere met meerdere lagen, is het meest effectief om de hoogste soorten volledig aan de bovenwindse zijde te plaatsen. Hiermee is de invloedszone het grootst.
Conclusie
Wind barrieres zijn in het Nederlandse landschap waar grootschalige industriele landbouw plaatsvindt grotendeels verdwenen. Bij de omschakeling naar een meer regeneratieve polycultuur komen deze weer om de hoek kijken.Het ontwerp gebaseerd op de lokale omstandigheden is cruciaal voor het goed functioneren van de wind barriere: welke wind moet worden tegengehouden, welke misschien juist gebruikt, hoe sterk is deze wind, hoe wordt hiermee schaduw gecreeerd, wat zijn de bodemomstandigheden en hoe nat/droog is het, etc.
Om met deze barriere een zo goed mogelijk verweven ecosysteem te creeeren, is het van belang om na te denken welke functies nog meer gegeven moeten worden aan de barriere. Wordt het gebruikt voor biodiversiteit, mulch materiaal, stikstofbinding, fruit, noten? Al deze functies samen bepalen hoe de wind barriere kan worden ontworpen.
De wind barriere heeft op de grond invloed op de wind tot ongeveer 15 tot 20 maal de hoogte van de wind barriere. In deze zone is ook de invloed te zien.
De invloed van de barriere op planten is allereerst op de plantontwikkeling, in de luwte ontkiemt zaaigoed beter, ontwikkelen planten eerder, beschadigen minder, wat allemaal bijdraagt tot een hogere opbrengst.
 |
| Bron: https://www.researchgate.net/publication/226203416_Effects_of_windbreaks_on_airflow_microclimates_and_crop_yields |
Kortom, een zeer nuttige toevoeging voor de regeneratieve landbouw!
Bronnen:
- http://agrilife.org/etg/2014/12/22/solving-wind-sound-visual-problems-with-plants/- https://www.agroforestry.org/the-overstory/141-overstory-129-windbreak-design
- https://www.agroforestry.org/the-overstory/232-overstory-32-multipurpose-windbreaks
- http://www.fao.org/3/T0178E/T0178E03.htm/
- http://www.fao.org/3/x0490e/x0490e06.htm
- http://www.fao.org/docrep/T0178E/T0178E03.htm
- http://www.fao.org/docrep/T0178E/T0178E05.gif
- https://www.ccmaknowledgebase.vic.gov.au/resources/Bird_et_al_1992.pdf
- https://www.yourhome.gov.au/passive-design/passive-cooling
- https://www.harvestingrainwater.com/product/rainwater-harvesting-for-drylands-and-beyond-volume-1-3rd-edition-new-2019/
- https://www.harvestingrainwater.com/wind-snow-harvesting/
- https://www.researchgate.net/publication/225897050_Windbreak_Aerodynamics_Is_Computational_Fluid_Dynamics_Reliable
- https://www.researchgate.net/publication/226203416_Effects_of_windbreaks_on_airflow_microclimates_and_crop_yields
- https://www.researchgate.net/publication/332251720_Design_of_Tall_Cable-Supported_Windbreak_Panels
- http://article.sapub.org/10.5923.j.ije.20160601.02.html
- https://earthscience.stackexchange.com/questions/2454/why-is-aerodynamic-resistance-defined-inversely
- https://treeyopermacultureedu.com/chapter-6-trees/windbreaks/
- https://www.fs.usda.gov/nac/practices/windbreaks.php
- https://upower.weebly.com/griggs-putnam-energy-index.html
- https://edepot.wur.nl/182142
- https://library.wur.nl/WebQuery/wda/104550
Geen opmerkingen:
Een reactie posten