Plánování a řízení závlah

Přítomnost vody v půdě je důležitá z mnoha hledisek:

• zajišťuje potřebné množství vláhy pro klíčení semen a růst rostlin;

• snižuje teplotu půdy a okolí;

• pomáhá regulovat hromadění zasolení;

• pozitivně ovlivňuje zpracování půdy;

• zavlažování pomáhá plodinám růst i při nedostatku srážek.

Většina vody v půdě pochází buď ze srážek nebo z podzemních vod. Stávající vláha většinou nestačí pro zemědělské využití pozemků a pro zajištění zemědělské výroby lze vodní deficit překonat zásobováním vodou pomocí závlah. Někdy je obtížné dodat přesně potřebné množství vody, a tak se objeví několik problémů, jako je nasycení půdy vodou, situace, kdy přebytek poškozuje plodiny. K omezení tohoto problému se používají drenážní systémy [1]. Udržení optimálního množství vody v půdě znamená rovnováhu mezi zavlažováním a drenáží.

Aplikace závlahy v optimálním okamžiku v návaznosti na potřeby rostlin je jedním z hlavních požadavků závlahové praxe. Správný čas je stanoven jako funkce mnoha faktorů, počínaje typem zavlažovacího systému. V případě lokálních závlahových systémů, kde je rozvod vody diskontinuální, určí optimální okamžik zemědělec odpovědný za zavlažovanou plodinu na základě pozorování a měření provedených na poli. U velmi velkých závlahových systémů určuje okamžik poradenské středisko koordinující příslušný systém.

Stanovení doby první závlahy v sezóně během vegetace plodin nebo zahájení zavlažovací kampaně se provádí v korelaci s obsahem vody v půdě a nezávisí na typu zavlažovacího systému. K určení optimálního momentu pro zavlažování existují přibližné metody (empirické) i přesnější (s využitím vědeckých dat).

Empirické metody používané ke stanovení načasování aplikace zavlažování

Empirické stanovení ideálního okamžiku pro zahájení závlahy konkrétní plodiny je založeno buď na vegetačních fázích plodiny nebo na rozboru některých morfologických ukazatelů rostlin.

První metoda založená na fenologických fázích předpokládá, že pro každou rostlinu je potřeba vody vyšší v některých vegetačních fázích, nazývaných kritické fáze [2]. Například:

• Pro pšenici jsou kritickými fázemi pro potřeby vody iniciace tvorba květu, sloupkování, metání a zrání;

• U kukuřice: fáze vývoje 6 – 8 listu, tvorba a plnění zrn;

• U cukrové řepy: vývoj listů, růst kořenů, hromadění cukru.

Stav plodiny přímo závisí na vlhkosti půdy během kritických vývojových fází, takže vytvoření plánu zavlažování, který poskytne plodinám vodu krátce před začátkem takové fáze je základním opatřením.

Přestože je tato technika empirická, je založena pouze na pozorováních bez měření, má výhodu získání produkce srovnatelné s produkcí na polích, kde je plán zavlažování určován prostřednictvím striktních kritérií. Nevýhody se týkají zvýšené spotřeby vody, práce a vybavení.

Stanovení plánu zavlažování na základě pozorování projevů nedostatku vody (ztráta vnitřního tlaku, změna barvy listů, opad květů atd.) není efektivní, protože jakmile jsou tyto změny pozorovány, rostliny již trpí, což má vliv na výnos a kvalitu úrody.

Vědecké metody k vytvoření plánu zavlažování

Vědecký způsob stanovení zavlažovacího plánu je založen na informacích získaných měřením vlhkosti půdy a schopnosti zadržovat vodu, některých fyziologických ukazatelů plodin nebo průměrné denní potřeby vody [1,2].

Stanovení plánu zavlažování podle vlhkosti půdy je racionální metodou, pokud lze obsah vody měřit přesně, rychle a s nízkými náklady. Obsah vody v půdě lze určit různými metodami, jako jsou tepelné, elektromechanické, neutronové atd. K tomu jsou stanoveny některé kontrolní oblasti, které se rovnají povrchu plodiny nebo povrchu, který zabírá plodina, která je zavlažována.

Studium technických a funkčních parametrů půdních tenzometrů

K určení vodní vlhkosti půdy lze použít dva typy metod:

1. Objemová měření, která představují měření procenta vody v určitém objemu půdy;

2. Tenziometrická měření, která měří napětí vody v půdě, což znamená fyzickou sílu potřebnou k zadržení vody v půdě, měřenou v centibarech (cbar) nebo kilopascalech (kPa) vodního napětí v půdě.

Na zavlažovaných pozemcích lze tlakovou složku půdní vody změřit tenzometrem. Tenzometr (obrázek 1) se skládá z porézní nádoby naplněné vodou, v hydraulickém spojení s vakuoměrem, který registruje podtlak vytvořený uvnitř přístroje, když je porézní nádoba zasunuta do půdy.

Senzor tenzometru (obrázek 2), také známý jako senzor s granulární matricí, detekuje množství vody absorbované kombinací pečlivě vybraných materiálů. Tato směs je pufrem pro senzor proti různým faktorům prostředí, jako je slanost, a má dlouhou životnost. Měření ze senzorů jsou kalibrována tak, aby odpovídala úrovním, které by naměřil tenzometr. Nepotřebují údržbu, mají odhadovanou životnost více než 5 let a ve srovnání s tenzometry je lze udržovat na pozemku neustále. Senzory jsou vhodné pro záznam dat a potřebujíminimální množství provozního výkonu pro čtení.

Tabulka 1.  Charakteristika senzorů

Hodnoty na obrázku 3 se používají jako základní vodítko pro zařízení Irrometer nebo senzory následovně:

• V rozmezí 0 až 30 cbar je půda optimálně vlhká (s výjimkou písčitých půd, které vysychají).

• Typický rozsah pro zavlažování na většině půd je 30-60 cbar.

• Typický rozsah pro zavlažování na těžké půdě je 60-100 cbar.

• 100-200 cbar znamená, že půda je suchá

Kromě obecných doporučení je třeba vědět, co se děje v kořenovém systému konkrétní plodiny, která má být zavlažována. Pro správnou interpretaci dat je zásadní pochopit několik základních faktů:

• Objem vody, který zůstane v půdě poté, co přebytečná voda odtekla a rychlost sestupného pohybu se zpomalila, se označuje jako využitelná vodní kapacita.

• Množství vody v půdě, které rostlina musí mít, aby se vyhnula uschnutí, se nazývá bod vadnutí. Jeho standardní hodnota je 1500 cbar/kPa.

• Rozsah mezi využitelnou vodní kapacitou půdy a bodem vadnutí se obvykle používá k určení užitečné (dostupné) vodní kapacity, což je množství vody, které lze uložit v půdním profilu a které je k dispozici pro pěstování plodin.

• Množství vody, které lze před zavlažováním snížit a které je nezbytné pro minimalizaci stresu plodin, se nazývá přípustné vyčerpání.

Výběr prahových hodnot pro řízení závlahy

Mezní hodnoty, které určují horní a dolní mez pro řízení přípustného vyčerpání vody. Toto rozmezí závisí na typu půdy, plodině, vývoji rostlin a kulturních postupech používaných k obhospodařování polí. Optimálním výchozím bodem je regulovat dostupné vyčerpání vody mezi 10 % a 40 % za mokra a za sucha.

Každý typ půdy má různý rozsah kvůli své různé schopnosti zadržovat vodu, a proto se množství dostupné vody pro každý typ půdy liší. Jinými slovy, 84 cbar napětí půdní vody by představovalo 50% vyčerpání v čistém jílu a 40 cbar v jílu s pískem. Tyto interakce jsou graficky znázorněny v grafu na obrázku 4, který také slouží jako vodítko pro výběr správných prahových hodnot.

Na základě tohoto grafu lze online zpřístupnit kalkulátor vytvořený Cambridgeskou univerzitou, kde si lze vybrat typ půdy, zadat přijatelnou úroveň odtoku a poté zadat údaje ze senzoru, aby bylo možné určit, zda je doporučeno zavlažování. Podobné kalkulačky poskytující informace o půdě v různých regionech jsou k dispozici jako aplikace.

Graf na obrázku 4 ilustruje souvislost mezi využitelnou vodní kapacitou a přípustným vyčerpáním. Zvolen by měl být typ půdy, který nejlépe odpovídá údajům z grafu. Křivka typu půdy a levá osa se štítkem "Soil suction" jsou spojeny vertikálně při 10% dostupném vyčerpání vody (znázorněno modrou/zelenou hranicí), aby se získala referenční hodnota UD. Tím bude určena spodní (vlhčí) prahová čára. Tato hodnota by v tomto příkladu jílovité půdy byla 23 (zobrazeno modrou šipkou).

Dále je vytvořena svislá čára od křivky pro typ půdy až po 50% dostupné vyčerpání vody (znázorněno zeleno-hnědým okrajem) a poté vodorovná čára přes levou osu označující napětí vody v půdě, aby se dospělo k referenční hodnotě “DRY” (sucho). Výsledkem bude vyšší (sušší) prahová čára. Tato hodnota by v tomto příkladu jílovité půdy byla 84 (jak ukazuje hnědá šipka). Běžné prahové hodnoty vyčerpání se pohybují od 30 % do 50 %, přičemž techniky zavlažování, které využívají méně vody na zavlažování, upřednostňují rozsah 30 % až 40 %.

Tenzometrické snímače

Standardem pro přesné monitorování vlhkosti půdy je kovový tenzometr (obrázek 1), který nabízí zemědělcům levný způsob měření vlhkosti půdy pro plánování zavlažování. Kovový tenzometr není ovlivněn slaností a nevyžaduje kalibraci na místě, protože nabízí měření vodního potenciálu půdy. V závislosti na hloubce zakořenění konkrétní plodiny lze kovový tenzometr nalézt v různých verzích s typickými délkami 6", 12", 18", 24", 36" nebo 48".

Upřednostňovaným nástrojem pro použití ve středně těžkých až těžkých půdách je kovový tenzometr "SR". Zařízení obsahuje zásobník, bezvzduchovou měřicí komoru a vyměnitelný závitový hrot. Bez ohledu na typ půdy poskytuje tento přístroj uživateli přesné informace o stavu vlhkosti půdy centibarech (cb) nebo kilopascalech (kPa). Uvedená hodnota odráží energii vynaloženou kořenovým systémem rostliny na nasávání vody z půdy.

Kovový tenzometr funguje podobně jako tenzometr, který měří napětí půdní vody. Jak rostlina přijímá vodu, kterou potřebuje, působí na půdu napětím. K měření této síly se používají centibary (cb) nebo kilopascaly (kPa), přičemž vysoká hodnota znamená suchý konec stupnice a nízká hodnota znamená mokrý konec.

Utěsněná trubice, která je naplněna tekutinou a má porézní keramický hrot a vakuoměr tvoří kovový tenzometr. Hroty se při instalaci zasouvají do půdy ve stanovené hloubce kořenové zóny. Kapalina se z nástroje odebírá, když zem vyschne (napětí se zvýší). V důsledku toho se objem kapaliny zmenšuje a vzniká částečné vakuum, které je zaznamenáno na měřidle. Změřené hodnoty stoupají, jak je země sušší. Tento proces je obrácen zavlažováním nebo srážkami. Hodnoty nižšího měřidla jsou výsledkem uvolnění napětí do půdy a do přístroje, když se voda vrací zpět do půdy. V typických provozních podmínkách pro různé typy půd princip činnosti kovového tenzometru znamená, že nejsou nutné žádné kalibrace. Ať už je plodina zaseta v písčité nebo jílovité půdě, kořeny odstraňují stejné množství vlhkosti, podle hodnoty 50 cb (kPa).

Aplikace zahrnují ruční hodnocení a monitorování stavu vlhkosti půdy pro většinu typů půd pomocí kovových tenzometrů “SR”. Měřící a monitorovací zařízení s volitelným elektronickým výstupem a možností záznamu dat lze automatizovat. Místo konvenčního vakuometru lze použít alternativy elektronického měření nebo automatická spínací zařízení, která dokáží zapnout pomocná zařízení při vhodných úrovních napětí půdní vody. Pro jednoduchou údržbu v terénu používá model SR vyměnitelnou špičku. Je určen pro široké použití na polích nebo sadech.

Kovový tenzometr LT (low tension) je vyroben pro podmínky, ve kterých se zřídka očekává napětí vyšší než 30 cb (kPa). Nejlépe funguje na velmi zrnitých půdách, nádobových médiích nebo když je důležité sledovat náhlé změny vodního stavu půdy. Přístroj je vybaven zásobníkem, bezvzduchovou měřicí komorou a náhradním závitovým hrotem Quick-Flo.

LT model byl vytvořen, aby fungoval v růstových médiích a zrnitých písčitých půdách. Tento přístroj, který má rozsah 0–40 centibarů (cb) nebo kilopascalů (kPa), je navržen pro použití v podmínkách, kde se zřídkakdy očekávají síly vyšší než 30 cb (kPa). Pokud je požadována jemnější přesnost blízko nasycení, jsou výhodné měřící přírůstky 1 cb (kPa). Tento model přístroje je také ideální pro situace, kdy musí být splněny požadavky na vlhkost půdy i přes rychlé změny těchto podmínek. Pro jednoduchou identifikaci je keramický hrot "Quick-Flo" zbarven modře.

Aplikace zahrnují ruční hodnocení a sledování podmínek vlhkosti půdy v plodinách a na zrnitých písčitých půdách pomocí kovových tenzometrů Model LT. Měření a sledování jsou automatické při použití volitelného elektronického výstupu a zařízení pro záznam dat. Vakuoměr s nízkým napětím tohoto modelu lze vyměnit za alternativy elektronického měření nebo automatické spínací mechanismy, které mohou zapnout pomocná zařízení, když je napětí půdní vody na určité úrovni. Pro kontejnerová média, jako je rašelina, kůra, písek, perlit a vermikulit, je model LT nejlepší volbou. Když je vlhkost regulována blízko polní vodní kapacity, lze ji také použít v jakékoli půdě [1].

Kovový tenzometr "MLT" (Miniature Low Tension) je vyroben pro použití, která jsou srovnatelná s těmi z výše uvedené varianty "LT". Nástroj funguje nejlépe při použití s médii pro nádoby bez příměsí a velmi písčité půdy. Je to nejlepší volba pro skleníkové aplikace díky své malé velikosti a vyměnitelné koncovce „Quick-Flo“.

Kovový tenzometr Model MLT Soil Moisture Indicator kombinuje indikátory vlhkosti půdy. Podle konceptu tenzometru musí indikátor půdní vlhkosti v závislosti na aplikaci zobrazovat napětí půdní vody v jednotkách centibarů (cb) nebo kilopascalů (kPa). Musí obsahovat keramický snímací hrot, indikátor z nerezové oceli a odolnou pevnou plastovou trubici.

Zdroje

1. Finkel, H.J. ed. CRC Handbook of Irrigation Technology, CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton, USA, 2018.

2. Dobriyal, P., Qureshi, A., Badola, R., Hussain, S.A., A review of the methods available for estimating soil moisture and its implications for water resource management, Journal of Hydrology, 2012, 458-459, 110-117, https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2012.06.021.