Irigarea prin picurare

Introducere

Metodele tradiționale de irigație la suprafață nu sunt eficiente, iar din acest motiv au fost dezvoltate noi tehnologii de irigație pentru a satisface necesitățile de apă ale plantelor și pentru a crește productivitatea. Una dintre aceste metode, bazată pe utilizarea apei sub presiune, este irigația prin picurare. Cunoscută și sub numele de irigație prin tuburi de picurare, aceasta funcționează cu fluxuri lente de apă care picură pe sol în apropierea rădăcinilor plantelor. Tehnologia poate fi ușor adaptată la diferite tipuri de sol și câmpuri cu pante diferite. Este o metodă foarte eficientă deoarece apa este distribuită doar în zona imediată a rădăcinilor plantelor [1-4]. Irigația prin picurare oferă, de asemenea, posibilitatea de a fi utilizată în combinație cu o stație de tratare a apei. Cantitatea de apă necesară este cu până la 50% mai mică decât în cazul altor tehnologii, ceea ce este benefic mai ales că, datorită faptului că apa ajunge pe sol doar în anumite zone, apare o reducere a creșterii buruienilor. Sistemul poate fi, de asemenea, folosit și pentru aplicarea îngrășămintelor la fel ca în cazul metodelor de irigare prin aspersiune [1-5].

Principiul de bază

Figura 1 Exemplu de conducte de udare (linii de picurare).

Un sistem tipic de irigație prin picurare constă dintr-o pompă care asigură presiunea corespunzătoare pentru ca apa să fie livrată prin sistemul de conducte, o unitate de control, care este compusă dintr-un sistem de filtrare, un sistem de măsurare a apei și un sistem de supape care reglează presiunea, unele sisteme pot avea și un rezervor pentru îngrășământ, așa cum vom discuta mai târziu, conducte principale, subconducte și laterale care îndrumă apa în câmp, și picurătoare, dispozitive folosite pentru a controla descărcarea apei către plante. Distanța dintre picurătoare depinde de tipul de cultură și este dată de spațierea plantelor în câmp. Reprezentarea schematică a unui sistem de irigație prin picurare este prezentată în Figura 2.

Picurătoarele controlează cantitatea de apă precum și rata de curgere livrată plantelor, fiind o parte esențială a sistemului de irigație [5]. Acestea pot fi împărțite în două categorii mari, în funcție de conexiunea lor la laterală (Figura 3):

1. Picurătoarele plasate pe partea inferioară a conductelor laterale sunt folosite în special în livezi, grădini pomicole și uneori pentru irigații în ghivece; acestea pot avea diferite diametre (12 până la 22 mm) și sunt de obicei montate pe partea superioară a conductelor de polietilenă prin perforare manuală.

În funcție de mecanismul folosit pentru disiparea presiunii (Figura 4), picurătoarele pot fi:

- picurătoare cu traseu lung - emițătoare de dimensiuni mari care au trasee lungi de apă care înconjoară un punct central. Acestea se caracterizează printr-un flux laminar.

- picurătoare cu traseu scurt - traseul apei este mai scurt, iar aceste emițătoare funcționează bine în sisteme de presiune redusă, permițând căderea apei datorită gravitației.

- picurătoare cu flux turbulent - acestea au trasee de curgere relativ lungi sau trasee scurte dar cu secțiuni transversale mari, astfel încât regimul de curgere este turbulent.

- picurătoarele cu vârtej - apa curge printr-o celulă rotundă care produce un flux circular și, astfel, presiunea este redusă, scăzând rata de curgere a apei. Mișcarea circulară are loc deoarece apa intră tangențial în peretele exterior, producând o mișcare de rotație rapidă care creează un vârtej. De aceea este numit un emițător cu vârtej. Această configurație permite utilizarea de deschideri mari, sistemul fiind astfel mai puțin susceptibil la înfundare.

- picurătoarele cu diafragmă - aceste emițătoare folosesc o diafragmă flexibilă, uneori cu găuri, care reduce fluxul și presiunea. Un dezavantaj este că membrana poate deveni distorsionată în timp.

- picurătoarele cu debit reglabil - din punct de vedere al designului sunt similare cu emițătoarele cu traseu scurt, permițând un debit mai mare decât celelalte tipuri.

- picurătoarele mecanice - folosesc o cameră care se umple cu apă și eliberată apoi la intervale specifice.

2. Liniile de picurare - sunt o parte componentă a lateralelor. Aceste picurătoare sunt folosite în câmpuri unde există o densitate mare de plante, cum ar fi diferite culturi, livezi dense și în cazul irigațiilor subterane. Ele sunt fabricate să funcționeze la debite specifice și anumite intervale de eliberare.

- Conducte din polietilenă de joasă densitate (LDPE/PEJD) - acest tip de conductă este cel mai scump, dar și cel mai profesional; au o formă cilindrică și se găsesc în interiorul liniilor de picurare (vezi Figura 3 (c)).

- LDPE plat - pentru a economisi spațiu în timpul transportului, uneori conductele vin sub formă plană sau ovală. Aceste emițătoare au un profil mic și, astfel, nu afectează fluxul.

- Bandă de picurare - este folosită în câmpuri mari, în special pentru culturi de câmp, și poate fi folosită și în liniile de picurare subterane.

Este necesară dimensionarea picurătoarelor deoarece necesitățile plantelor pentru apă depind de mulți factori, așa cum s-a discutat anterior într-un alt capitol (de exemplu, stadiul de dezvoltare al plantei, climatul, parametrii solului). În afară de acești parametri, ar trebui să se ia în considerare și distanța dintre picurătoare, lungimea sistemului de conducte, topografia câmpului și distanța dintre culturi, acest ultim parametru fiind cel mai puțin important. Dacă se ține seama de aceste considerente, se poate alege un tip optim de picurătoare.

În ciuda faptului că toate elementele picurătoare sunt capabile să regleze presiunea, există și o altă clasificare:

1. Picurătoare de compensare a presiunii - acestea pot descărca apa la un debit uniform pe o gamă largă de presiune a apei. Picurătoarele cu diafragmă fac parte din această categorie. O membrană de silicon restricționează secțiunea de flux pe măsură ce valoarea presiunii crește. Acest tip de picurător este util atunci când există o diferență mare de elevație (> 0,5m) sau atunci când se folosesc conducte de picurare lungi.

2. Picurătoare fără compensarea presiunii - atunci când presiunea apei variază, acestea nu sunt capabile să o regleze așa cum fac picurătoarele de compensare a presiunii.

Tehnologia de irigație prin picurare poate fi aplicată la majoritatea culturilor, cu performanțe ridicate. Un sistem simplu de picurare poate fi realizat folosind un rezervor de apă amplasat la o anumită înălțime deasupra nivelului solului pentru a asigura presiunea și fluxul de apă în sistem. Mai întâi, apa este filtrată și ajunge la linia principală, apoi la liniile secundare, care pot fi realizate din simple conducte PCV sau alte materiale locale precum bambusul. Debitul este reglat cu o supapă. Pentru fermele mici, costurile sunt relativ reduse, în timp ce sistemele pentru fermele mari cu producție industrială necesită sisteme foarte costisitoare. Mentenanța este obligatorie; furtunurile de picurare trebuie ridicate de pe sol pentru a preveni intrarea particulelor de sol în sistem și astfel blocarea acestuia. Pentru a elimina orice agenți de blocare, trebuie efectuată o analiză a apei înainte de a decide asupra tratamentului corespunzător al acesteia care să împiedice blocarea sistemului. Clătirea periodică a sistemului este, de asemenea, o practică bună pentru a asigura funcționarea optimă, la fel și monitorizarea periodică a debitului și presiunii [5].

Blocarea picurătoarelor este o problemă serioasă care poate avea o multitudine de cauze:

- blocarea fizică datorată prezenței de nisip, mâl, pilitură metalică, resturi de plastic, etc.

- blocarea chimică datorată precipitării sărurilor, fierului, îngrășămintelor etc.

- blocarea biologică datorată creșterii algelor și a unor filme bacteriene.

De cele mai multe ori există o combinație a acestor surse de blocare, mai ales atunci când se folosește apă de suprafață sau când apa este pompată din rezervoare deschise sau când se folosesc ape sărate și îngrășăminte. Apa sărată conține mulți cationi și anioni care pot precipita și se pot depune. Din punct de vedere chimic, un pH ridicat, concentrații mari de ioni și o duritate crescută sunt principalele posibile cauze de apariție a unor probleme.

Irigația prin picurare subterană

Figura 5 Exemplu de sistem de irigareprin picurare cu conducte amplasate sub suprafața terenului.

Metoda este mai eficientă decât simpla irigație prin picurare, economisind apă prin reducerea evaporării acesteia și incidenței diferiților dăunători, și oferind umezire uniformă în zona rădăcinilor plantelor. Un sistem de irigație prin picurare subterană este potrivit în zonele în care evaporarea apei crește din cauza condițiilor climatice (zone aride, temperaturi ridicate, vânt puternic), și în special pe soluri de tip nisipos. Aplicarea apei în subteran elimină mai multe dintre problemele irigației de suprafață, cum ar fi saturarea solului cu apă, formarea de bălți, scurgerile și eroziunea solului.

Tehnologia poate fi adaptată pentru orice tip de cultură; totuși, irigarea prin picurare este folosită pentru culturi de legume cu valoare ridicată, gazon și în peisagistică. S-a arătat că producția este considerabil îmbunătățită în cazul în care irigarea prin picurare este utilizată împreună cu mulciuri de plastic. Comparativ cu irigația prin picurare de suprafață, utilizarea conductelor subterane duce la o expunere mai redusă a acestora la radiația solară și alți factori care pot duce la deteriorarea acestor componente. Tehnica poate fi folosită mult mai aproape de data tăierii, deoarece suprafața solului rămâne întotdeauna uscată și, astfel, lucrările se pot face mai ușor. În unele cazuri (lucernă), irigația prin picurare subterană poate stimula și încolțirea semințelor.

Configurația unui sistem de irigație subterană este similară cu cea a irigației prin picurare simplă. Pentru drenajul ușor, se folosește un sistem cu pompe de vid și supape pentru a elibera aerul captiv care poate perturba fluxul apei. Țevile sunt plasate sub suprafața solului la aproximativ 12 până la 50 cm, în funcție de cultură și de tipul de sol. Plasarea sistemului subteran facilitează, de asemenea, lucrările de arătură ale solului. Picurătoarele sunt instalate în sus. Sistemul necesită și o unitate de filtrare pentru motivele deja discutate în cazul irigației prin picurare.

Ambele metode de irigație prin picurare și irigație prin picurare subterană au fost studiate în paralel pentru a determina care este cea mai eficientă. Au fost făcute analize privind proprietățile solului, eficiența utilizării apei, tehnicile de cultură, programarea udărilor, randamente și alți parametri. Din toate studiile se pare că irigația prin picurare subterană este mai eficientă decât metoda de irigație prin picurare la suprafață, cu o producție mai mare, o calitatea îmbunătățită a plantelor, economie de apă (de până la 20%), ceea ce o recomandă pentru a fi folosită în zonele în care resursele de apă sunt limitate și trebuie conservate.

Îngrășămintele pot fi împrăștiate împreună cu apa pentru irigații. În acest fel, nu numai că apa și îngrășămintele ajung la plante, dar există și mai puțină pierdere a nutrienților. Cu excepția nevoilor de apă ale culturii, în acest caz, trebuie luate în considerare și alte aspecte pentru o fertilizare eficientă, cum ar fi capacitatea culturii de a absorbi nutrienții, cât de mulți nutrienți sunt în sol la un moment dat și câți nutrienți ar trebui să fie în apa folosită pentru irigare.

Concluzii

Irigația prin picurare este o metodă eficientă de irigare, implicând costuri relativ reduse și efort redus, care poate fi folosită pentru câmpuri cu forme neregulate fără nevoia de a le nivela așa cum este necesar, de exemplu, în irigația de suprafață, poate folosi apa reciclată, apa poate fi distribuită foarte uniform pe câmp, funcționează la presiuni scăzute, ceea ce înseamnă că costurile datorate consumului de energie sunt reduse și implică o pierdere mică de îngrășăminte datorată aplicării locale a apei, reducând astfel și eroziunea solului. În ciuda multor avantaje, un sistem de irigare prin picurare necesită costuri inițiale ridicate și multă întreținere, în special a sistemului de filtrare. Sistemul de conducte poate fi afectat de lumina soarelui, ceea ce duce la scurtarea duratei de viață, astfel încât în unele cazuri este preferată irigația subterană.

Bibliografie

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.