Date of Award

6-2024

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy in Horticulture Science

Department

Integrative Agriculture

First Advisor

Dr. Elke Gabriel Neumann

Second Advisor

Dr. Shyam S. Kurup

Abstract

Public parks and gardens greatly contribute to the residential and touristic value of cities of the Gulf Region, but their maintenance is associated with high environmental and economic costs. The high potential evapotranspiration and summer temperatures greatly limit the choice of suitable landscaping plants, and light sandy soils with a high weed potential challenge the water management. The United Arab Emirates is characterized by a rapid urban development and population growth, resulting in increasing competition between green amenities and crop farming for irrigation water, cultivable land, and workforce. Various strategies and technologies have been proposed to increase the resource use efficiency of UAE’s urban greenery, such as the replacement of exotic with native xerophytic vegetation, amendment of the soil, water-saving irrigation practices, as well as the integration of crop production with ornamental plantations (‘foodscaping’). However, little is known about how such techniques could be integrated into existing landscape management concepts, and there is a need to comparatively assess resource-saving potential.

For this purpose, two field experiments were conducted in public urban parks in the city of Al Ain, UAE, as part of the present dissertation. The first one tested the hypothesis that eight native and four exotic plant ornamental species for their performance under high (ET0), medium (1/3rd), low (1/2), and very low (1/4th) supplies with mineral fertilizer and irrigation water in the form of treated sewage effluent (TSE) that is generally supplied to public urban greenery in the emirates of Abu Dhabi. One year after establishment, the native plants provided a similar ornamental value with up to 70% reduced irrigation water expenditure compared with standard exotic plant stands. The native plants had a positive impact on the soil physical and chemical properties. The second field experiment tested the hypothesis that subsoil amendment in combination with water supply to the subsoil via deep pipes would increase the water use efficiency of ornamental plant stands. The results revealed that, irrespective of the water supply, the native plant species grew more biomass and tended to outcompete neighboring exotic plants when grown in mixed stands. The soil amendment and deep pipe irrigation had no impact on the plant performance, but deep pipe irrigation reduced the emergence of weeds.

Based on literature research, site observations, and satellite image mapping, the present study also evaluated the potential contribution of foodscaping to Al Ain’s supply of fresh fruits and vegetables. Foodscaping is the introduction of edible crops into the landscapes for the elevation of aesthetics and food production. This study revealed that foodscaping could potentially contribute around 10% to the total fruit and vegetable consumption of urban residents, which is notable, given that the Gulf Region currently imports more than 90% of its food. For a preliminary assessment of risks pertaining to urban crop production, date fruits from palms growing along roads within and outside of Al Ain were sampled and analyzed for their element concentrations. The results revealed that some fruits grown near roads contained elevated levels of certain heavy metals, likely from atmospheric deposition. This study recommends investigating deeper insights into the atmospheric pollution in the edible harvest and taking necessary measures to keep the levels of heavy metals concentration within the standard range.

Based on the results of the present study it is concluded that the water and fertilizer, resource-saving potential of alternative soil amendment or irrigation technologies for public urban greenery is rather low. A far greater potential seems to lie in a modification of the composition of urban landscape plantations. It is recommended that strategies for the integration of native plants and crops into urban gardens and parks are further developed. These would need to take differences in competitive strength between native and exotic plant species into account, as well as the potential contamination of plant material in the proximity of roads.

Arabic Abstract

تقييم تكامل النباتات المحلية، محسنات باطن الأرض، و'المناظر الغذائية ' كوسيلة لزيادة الجدوى البيئية للمساحات الخضراء الحضرية العامة في منطقة الخليج

الحدائق والمتنزهات العامة تساهم بشكل كبير في القيمة السكنية والسياحية للمدن في منطقة الخليج، لكن صيانتها ترتبط بتكاليف بيئية واقتصادية مرتفعة. كما أن التبخر والنتح العالي (high potential evapotranspiration) ودرجات الحرارة الصيفية تحد بشدة من اختيار النباتات المناسبة للزراعه التجميلية، في حين أن التربة الرملية الخفيفة ذات القابليه العالية لنمو الحشائش تعد تحديا لإدارة الموارد المائيه. تتميز دولة الإمارات العربية المتحدة بتطور حضري سريع ونمو سكاني متزايد، مما أدى إلى زيادة المنافسة بين زراعة المساحات الخضراء و زراعة المحاصيل على مياه الري، والأراضي الزراعية، والقوى العاملة. تم اقتراح استراتيجيات وتقنيات مختلفة لزيادة كفاءة استخدام الموارد في المساحات الخضراء في مدن الإمارات، مثل استبدال النباتات المستوردة بالنباتات المحلية المقاومة للجفاف، تعديل وتحسين التربة، ممارسات الري الموفرة للمياه، بالإضافة إلى دمج إنتاج المحاصيل مع زراعة نباتات الزينة ما يُسمى foodscaping. ومع ذلك، هناك قلة من الدراسات حول كيفية دمج هذه التقنيات في مفهوم إدارة المناظر الطبيعية الحاليه، وهناك حاجة لتقييم الامكانيات الموفرة للموارد مقارنتها.

لهذا الغرض، تم إجراء تجربتين ميدانيتين في الحدائق العامة في مدينة العين، الإمارات العربية المتحدة، كجزء من هذه الأطروحة. في التجربة الأولى ت م اختبار الفرضية الأولى القائلة بأن ثمانية أنواع نباتات محلية وأربعة أنواع نباتات زينة مستوردة يمكنها الأداء تحت إمدادات مختلفة من الأسمدة المعدنية والمياه المُعالجة على شكل مياه الصرف الصحي المعالجة التي تُزود عادةً للمساحات الخضراء العامة في إمارة أبوظبي. بعد عام من البدء، قدمت النباتات المحلية قيمة مشابهة مع تقليص يصل إلى 70 % في استهلاك مياه الري مقارنةً بزراعة النبا تات المستوردة التقليدية. كما كان للنباتات المحلية تأثير إيجابي على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للتربة. أما التجربة الثانية فقد اختبرت الفرضية الثانية التي نصَّت بأن تعديل وتحسين التربة مع توفير المياه للتربة عبر أنابيب عميقة قد يزيد من كفاءة استخدام المياه في زراعة النباتات التجميلية. كشفت النتائج أنه بغض النظر عن إمدادات المياه، نمت النباتات المحلية بشكل أكبر من حيث الكتلة الحيوية ونجحت في التفوق على النباتات المستوردة المجاورة عندما نمت معا.ً لم يكن لتعديل التربة وري الأنابيب العميقة أي تأثير على أداء النباتات، لكن ري الأنابيب العميقة قلل من ظهور الأعشاب الضارة.

بناءً على البحث، والملاحظات الميدانية، ورسم الخرائط باستخدام الصور الفضائية، قامت الدراسة الحالية أيضًا بتقييم المساهمة المحتملة لل foodscaping في تزويد مدينة العين بالفواكه والخضروات الطازجة. يشير ال foodscaping إلى إدخال المحاصيل الصالحة للأكل في المناظر الطبيعية لتحسين الجماليات والإنتاج الغذائي. أظهرت هذه الدراسة أن ال foodscaping يمكن أن يساهم بنسبة 10 % من استهلاك الفواكه والخضروات الإجمالي للسكان في المدن، وهو أمر ملحوظ بالنظر إلى أن منطقة الخليج تستورد حاليًا أكثر من 90 % من طعامها. ولإجراء تقييم أولي للمخاطر المتعلقة بإنتاج المحاصيل بإستخدام ال foodscaping ، تم أخذ عينات من التمور من أشجار النخيل المزروعة على جوانب الطرق داخل وخارج مدينة العين، وتم تحليل محتوياتها من العناصر. أظهرت النتائج أن بعض الفواكه المزروعة بالقرب من الطرق تحتوي على مستويات مرتفعة من بعض المعادن الثقيلة، على الأرجح نتيجة الترسيب الجوي. توصي هذه الدراسة بإجراء مزيد من التحقيقات لفهم التلوث الجوي في المحاصيل الصالحة للأكل واتخاذ التدابير اللازمة للحفاظ على مستويات المعادن الثقيلة ضمن الحدود القياسية.

استنادًا إلى نتائج هذه الدراسة، يمكن الاستنتاج أن إمكانات توفير المياه والأسمدة باستخدام تقنيات تعديل التربة أو الري البديلة للمساحات الخضراء العامة منخفضة نسبيا.ً يبدو أن هناك إمكانات أكبر في تعديل تركيب مزارع المناظر الطبيعية في المدن. ومن الموصى به تطوير استراتيجيات لدمج النباتات المحلية والمحاصيل في الحدائق والمتنزهات. يجب أن تأخذ هذه الاستراتيجيات في الاعتبار الفروق في القوة التنافسية بين الأنواع المحلية والمستوردة، وكذلك إمكانية التلوث في المواد النباتية القريبة من الطرق.

Download

Included in

Architecture Commons

Share

COinS