Kapková závlaha

Tradiční metody povrchového zavlažování nejsou příliš efektivní, a proto byly vyvinuty nové technologie zavlažování, aby uspokojily potřebu vody rostlin a zvýšily produktivitu. Jednou z těchto metod, založenou na tlakovém zavlažování, je kapkové zavlažování, kdy voda kape na půdu v blízkosti kořenů rostlin. Technologii lze snadno přizpůsobit dle půdního druhu a typu a sklonu pozemku [1-4]. Potřebné množství závlahové vody je oproti jiným technologiím až o 50 % nižší. Kapková závlaha se také projevuje snížením růstu plevele. Systém lze použít i pro aplikaci hnojiv [1-5].

Princip

Voda protéká potrubním systémem a dostává se do půdy pomocí aplikátoru (jehlové odkapávače, mikropostřikovače, rosiče apod.) (obrázek 1). Voda je účinně aplikována ke kořenům rostlin a omezuje se neproduktivní výpar. Důležitou součástí kapkové závlahy je filtrační systém vody, protože zajišťuje průtok bez ucpání. Vzhledem k malému průtoku vody se zavlažování provádí častěji než u jiných metod [5].

Typický systém kapkové závlahy se skládá z čerpadla, které zajišťuje správný tlak pro vodu dodávanou potrubním systémem, řídicí hlavice, která se skládá z filtračního systému, systému měření vody a ventilového systému, který reguluje tlak, dále rozvodné potrubí, aplikátoru kapek (odkapávače) apod. Vzdálenost mezi aplikátory kapek závisí na druhu plodiny a je dána roztečí rostlin na poli. Schematické znázornění systému kapkové závlahy je na obrázku 2.

Odkapávače kontrolují množství vody dodávané rostlinám [5]. Mohou být rozděleny do dvou kategorií v závislosti na jejich připojení (obrázek 3):

1. on-line odkapávače se nacházejí na postranních trubkách, většinou se používají v sadech a někdy pro zavlažování v nádobách; mohou mít různé velikosti průměru (12 až 22 mm) a obvykle se montují na polyetylenové trubky pomocí ručního děrovače.

V závislosti na mechanismu použitém k rozptýlení tlaku (obrázek 4) mohou být odkapávače:

- Dlouhé odkapávače, které mají dlouhé vodní dráhy kroužící kolem středového bodu. Vyznačují se laminárním prouděním

- Krátkocestné odkapávače – vodní cesta je kratší a tyto zářiče fungují dobře v malých tlakových systémech umožňujících pád vody vlivem gravitace

- Odkapávače turbulentního proudění – mají relativně dlouhé dráhy proudění nebo krátké dráhy, ale velké průřezy, jako je režim proudění, je turbulentní

- Vírové odkapávače – voda protéká kulatou komůrkou, která vytváří kruhové proudění a tím se snižuje tlak a snižuje se rychlost proudění. Kruhový pohyb probíhá, protože voda vstupuje tečně k vnější stěně a vytváří rychlý rotační pohyb, který vytváří vír. Proto se mu říká vírový emitor. Tato konfigurace umožňuje použití velkých otvorů; systém je tak méně náchylný k zanášení

- Membránové odkapávače – tyto zářiče používají pružnou membránu, někdy s otvory, která snižuje průtok a tlak. Nevýhodou je, že membrána se může časem zdeformovat

- Nastavitelné průtokové odkapávače – designově jsou podobné zářičům s krátkou dráhou a umožňují vyšší průtok než ostatní typy

- Mechanické odkapávače – používají komoru, která se naplní vodou a ta ji pak v určitých časech vypustí

2. in-line odkapávače se používají na polích, kde je vysoká hustota rostlin, v sadech a pro podzemní zavlažování.

- Potrubí z nízkohustotního polyetylenu (LDPE) – tento typ potrubí je nejdražší, ale také nejvhodnější; má válcový tvar a nacházejí se uvnitř odkapávacích linií (viz obrázek 3 (c)).

- Ploché LDPE – pro úsporu místa při přepravě jsou trubky někdy ploché nebo oválné. Tyto odkapávače mají malý profil, a proto neovlivňují průtok.

- Odkapávací páska – používá se na velkých polích, většinou pro polní plodiny.

Dimenzování odkapávačů je nezbytné, protože potřeba vody pro rostliny závisí na mnoha faktorechn (např. vývojová fáze rostliny, klima, parametry půdy). Kromě těchto parametrů je třeba zvážit také rozmístění odkapávačů, délku potrubního systému, topografii pozemku a vzdálenost mezi plodinami. S ohledem na tyto skutečnosti lze optimálně zvolit typ odkapávačů.

Navzdory skutečnosti, že všechny odkapávače jsou schopny regulovat tlak, existuje další klasifikace:

1. Odkapávače s kompenzací tlaku – mohou vypouštět vodu rovnoměrnou rychlostí při velkém rozsahu tlaku vody. Membránové odkapávače jsou součástí této kategorie. Silikonová membrána omezuje průtokový průřez s rostoucí hodnotou tlaku. Tento typ odkapávače je užitečný, když je velký výškový rozdíl (>0,5 m) nebo když se používají dlouhé odkapávací trubky.

2. Nekompenzační odkapávače – když se tlak vody mění, nejsou schopny jej regulovat jako odkapávače kompenzující tlak.

Technologie kapkového zavlažování může být aplikována na většinu plodin. Jednoduchý odkapávací systém lze realizovat pomocí vodní nádrže umístěné v určité výšce nad úrovní terénu, aby byl zajištěn tlak a průtok vody v systému. Nejprve se voda přefiltruje a dostane se do hlavního potrubí, poté do sekundárních potrubí, které mohou být tvořeny jednoduchými trubkami nebo jinými místními materiály, jako je bambus. Průtok je regulován ventilem. Pro malé farmy jsou náklady relativně nízké, zatímco systémy pro velké farmy s průmyslovou výrobou potřebují velmi drahé systémy. Pravidelná údržba je nezbytná; kapací hadice musí být zvednuty ze země, aby se do systému nedostaly částice zeminy, které by jej ucpaly. Pravidelné proplachování systému je také dobrou praxí pro zajištění jeho optimálního fungování a také pravidelné monitorování průtoku a tlaku [5].

Ucpání odkapávačů je vážný problém, který může mít mnoho příčin:

- fyzické ucpání v důsledku přítomnosti písku, bahna, , plastových třísek,

- chemické zanášení v důsledku srážení solí, železa, hnojiv atd.

- biologické zanášení v důsledku růstu řas a bakteriálního slizu.

Většinou dochází ke kombinaci těchto zdrojů zanášení, zejména při použití povrchových vod nebo při čerpání vody z otevřených nádrží, případně při použití slané vody a hnojiv. Slaná voda obsahuje mnoho kationtů a aniontů, které se mohou snadno srážet a usazovat. Z chemického hlediska vedou vysoké pH a vysoké koncentrace iontů k problémům.

Podpovrchová kapková závlaha

Jedná se o variantu kapkové závlahy, která využívá zahloubené odkapávací potrubí (obrázek 5). Dodávkou vody, přiváděné sítí potrubí nebo kanálů z vnějšího zdroje, může být hladina podzemní vody zvýšena takovým způsobem, aby bylo zajištěno zásobování rostlin vodou kapilárním vzlínáním. Metoda se také doporučuje ve verzi s drenážemi nebo perforovanými zavlažovacími potrubími uloženými v půdě na bázi kořenového systému rostlin.

Metoda je účinnější než jednoduché kapkové zavlažování, šetří vodu snížením odpařování vody z povrchu a výskytu různých škůdců a zajišťuje rovnoměrné zavlhčení v oblasti kořenů rostlin. Podpovrchová kapková závlaha je vhodná v oblastech, kde se vlivem klimatických podmínek (sucho, vysoké teploty, silný vítr) zvyšuje výpar vody a většinou na písčitých půdách.

Technologii lze sice přizpůsobit jakémukoli druhu plodin; používá se ale především pro plodiny, které poskutují hodnotnou produkci, jako je např. zelenina nebo trávníky. Ve srovnání s povrchovou kapkovou závlahou je podzemní potrubí méně vystaveno slunečnímu záření a dalším faktorům, které je mohou poškodit.

Uspořádání podpovrchového zavlažovacího systému je podobné jako u jednoduchého kapkového zavlažování. Pro snadné odvodnění se používá systém s vývěvami a ventily k uvolnění zachyceného vzduchu, který může narušit proudění vody. Trubky se kladou pod povrch půdy asi 12 až 50 cm v závislosti na plodině a typu půdy. Umístění systému pod zem také usnadňuje zpracování půdy. Kapkovače jsou instalovány směrem nahoru. Systém potřebuje také filtrační jednotku.

Ve studii byly hodnoceny jak kapkové, tak podpovrchové kapkové závlahy, aby se určila ta nejúčinnější. Byly provedeny analýzy týkající se vlastností půdy, účinnosti využití vody, techniky pěstování, plánování závlah, výnosů a dalších parametrů. Ze všech studií se zdá, že podpovrchová kapková závlaha je účinnější než metoda kapkové závlahy, s vyšší produkcí, zlepšenou kvalitou rostlin, úsporou vody (až 20 %), což doporučuje její použití v oblastech, kde jsou vodní zdroje vzácné a je třeba je uchovávat

Shrnutí

Kapková závlaha je účinný způsob zavlažování, vyžadující relativně nízké provozní náklady a malou potřebu pracovní síly, který lze použít na pozemcích s nepravidelnými tvary. Vodu lze velmi dobře distribuovat po pozemku stejnoměrně, pracuje pod nízkým tlakem, což znamená také nižší náklady na energii [3-6]. Navzdory mnoha výhodám vyžaduje systém kapkové závlahy vysoké počáteční náklady a vyžaduje častou údržbu, zejména filtračního systému. Potrubní systém může být ovlivněn slunečním zářením, což zkracuje jeho životnost, proto je v některých případech preferováno podpovrchové zavlažování.

Zdroje

1. van der Kooij, S., Zwarteveen, M., Boesveld, H., Kuper, M. The efficiency of drip irrigation unpacked, Agricultural Water Management, 2013, 123, 103-110, https://doi.org/10.1016/j.agwat.2013.03.014.

2. Martinez, J., Reca, J., Water use efficiency of surface drip irrigation versus an alternative subsurface drip irrigation method, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 2014, 140, https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0000745. 

3. J.P. Venot, M. Kuper, M. Zwarteveen, Ed., Drip irrigation for agriculture, Routledge, New York, 2017.

4. Jamrey, P.K., Nigam, G.K. Performance evaluation of drip irrigation systems, The Pharma Innovation Journal, 2018, 7, 346-348.

5. Shi, K.; Lu, T.; Zheng, W.; Zhang, X.; Zhangzhong, L. A Review of the Category, Mechanism, and Controlling Methods of Chemical Clogging in Drip Irrigation System. Agriculture 2022, 12, 202. https://doi.org/10.3390/agriculture12020202. 

6. Grant, F., Sheline, C., Sokol, J., Amrose, S., Brownell, E., Nangia, V., Winter, A.G. Creating a solar-powered drip irrigation optimal performance model (SDrOP) to lower the cost of drip irrigation systems for smallholder farmers, Applied Energy, 2022, 323, 119563, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2022.119563.