Kapljično namakanje

Uvod

Tradicionalne metode površinskega namakanja niso učinkovite, kar je vodilo do razvoja novih namakalnih tehnologij, ki lahko zadovoljijo vodne potrebe rastlin in povečujejo produktivnost. Ena od teh metod, ki temelji na namakanju pod pritiskom, je kapljično namakanje. To namakanje, imenovano tudi namakanje po kapljicah, deluje s počasnim dovajanjem vode, ki nato kaplja na zemljo v bližini korenin rastlin. Tehnologijo je mogoče zlahka prilagoditi območjem z različnimi nakloni in vrstami tal. Metoda je zelo učinkovita, saj se voda porazdeli le v neposrednem območju korenin rastlin [1–4]. 

Kapljično namakanje se lahko uporablja tudi skupaj s čistilno napravo. Količina vode, potrebne za namakanje, je do 50 % manjša kot pri drugih tehnologijah, kar je koristno tudi zato, ker se zmanjša rast plevela. Sistem se lahko uporablja tudi za gnojenje, v tem primeru se tehnika imenuje fertigacija [1–5]. 

Osnove

Voda teče po sistemu distribucijskih cevi, v katerem voda kroži in doseže tla prek posebnih naprav za počasno sproščanje, nameščenih na ceveh na različnih razdaljah (Slika 1). Na ta način se voda učinkovito nanaša na korenine rastlin, prav tako pa se omejuje izhlapevanje in težave z drenažo. Zelo pomemben del kapljičnega namakanja je filtrirni sistem za vodo, ki preprečuje zamašitev. Zaradi majhnega pretoka vode se namakanje izvaja pogosteje kot pri drugih metodah [5]. 

Tipičen kapljični namakalni sistem je sestavljen iz črpalke, ki zagotavlja ustrezen tlak vode, ki se dovaja po sistemu cevi, krmilne glave, ki jo sestavljajo filtrirni sistem, sistem za merjenje vode in sistem ventilov, ki uravnava tlak (nekateri imajo lahko tudi rezervoar za gnojilo, kot bomo obravnavali pozneje), glavne, pomožne ter stranske cevi, ki prenašajo vodo na polje, in kapalke, naprave za nadzor izpusta vode do rastlin. Razdalja med šobami je odvisna od vrste pridelka in razdalje med rastlinami na polju. Shematski prikaz kapljičnega namakalnega sistema je prikazan na sliki 2.

Šobe so bistveni del namakalnega sistema, saj nadzirajo količino vode in pretok, ki se dovaja do rastlin [5]. Glede na način priključka na stranske cevi, jih lahko razdelimo v dve kategoriji (Slika 3):

1. Nameščene šobe so nameščene na vrh stranskih cevi in se večinoma uporabljajo v nasadih, sadovnjakih in včasih za namakanje v lončkih. Imajo lahko različne premere (12 do 22 mm) in so običajno nameščene na vrh polietilenskih cevi z ročnim luknjanjem.

Glede na mehanizem, ki se uporablja za razpršitev tlaka (Slika 4), so lahko šobe:

- Šobe z dolgo napeljavo – velike šobe z dolgimi vodnimi potmi, ki krožijo okoli središčne točke. Zanje je značilen laminarni tok.

- Šobe s kratko napeljavo – pot vode je krajša, zato te šobe dobro delujejo v sistemih z nizkim tlakom, kjer lahko voda teče zaradi gravitacije.

- Šobe z turbulentnim tokom – imajo razmeroma dolgo ali kratko napeljavo, vendar velike preseke, tako da je režim toka turbulenten.

- Vrtinčne šobe – voda teče skozi okroglo komoro, ki ustvarja krožni tok. Tako se tlak zmanjša, kar zmanjša hitrost padanja pretoka. Do krožnega gibanja pride, ker voda vstopa do zunanje stene postransko, kar povzroči hitro rotacijsko gibanje, ki ustvari vrtinec. Zato se imenuje vrtinčna šoba. Ta konfiguracija omogoča uporabo velikih odprtin, zato je sistem manj občutljiv na zamašitve.

- Šobe s prepono – te šobe uporabljajo prožno membrano, včasih z luknjicami, ki zmanjšuje pretok in tlak. Pomanjkljivost te šobe je, da se lahko membrana sčasoma preoblikuje.

- Šobe z nastavljivim pretokom – po zasnovi so podobne šobam s kratko napeljavo, vendar omogočajo večji pretok.

- Mehanske šobe – uporabljajo komoro, ki se napolni z vodo in jo ob določenem času izpusti.

2. Vgrajeni kapljalniki, imenovani tudi "kapljači", so del stranskih vodov. Te šobe se uporabljajo na poljih z veliko gostoto rastlin, kot so poljščine, gosti sadovnjaki in podzemno namakanje. Imajo tovarniško nastavljene stopnje pretoka in intervale sproščanja.

- Cevi iz polietilena nizke gostote (LDPE) – ta vrsta cevi je najdražja, vendar tudi najbolj strokovna. Cevi imajo valjasto obliko. Najdemo jih znotraj cevovodov (Slika 4 (c)). 

- Ploski LDPE – zaradi varčevanja s prostorom med prevozom so cevi včasih ploske ali ovalne oblike. Te šobe imajo majhen profil, zato ne vplivajo na pretok.

- Kapljični trak – uporablja se na velikih poljih, predvsem za poljščine, lahko pa se uporablja tudi v podzemnih cevovodih.

Preverjanje velikosti šob je potrebno, ker so vodne potrebe rastlin odvisne od številnih dejavnikov, o katerih smo že govorili na drugem predavanju (npr. stopnja razvoja rastlin, podnebje, parametri tal). Poleg teh parametrov je treba upoštevati tudi razmik med šobami, dolžino sistema cevi, topografijo polja in razmik med posevki. Ob upoštevanju teh dejavnikov je mogoče izbrati optimalno vrsto šob. 

Kljub temu, da lahko vsi oddajniki uravnavajo tlak, obstaja še ena razvrstitev:

1. Šobe s kompenzacijo tlaka – to so šobe, ki lahko v velikem razponu vodnega tlaka odvajajo vodo z enakomerno hitrostjo. Šobe s prepono so del te kategorije. Ko je silikonska membrana pod večjim tlakom, začne omejevati prečni prerez pretoka. Ta vrsta šobe je uporabna pri velikih višinskih razlikah (> 0,5 m) ali pri uporabi dolgih kapljičnih cevi.

2. Šobe brez kompenzacije tlaka – kadar se tlak vode spreminja, ga ne morejo uravnavati tako kot šobe s kompenzacijo tlaka.

Tehnologija kapljičnega namakanja je zelo učinkovita. Uporablja se lahko za večino poljščin. Preprost sistem kapljičnega namakanja lahko izvedete z rezervoarjem za vodo, ki je nameščen na določeni višini nad tlemi, da se zagotovita tlak in pretok vode v sistemu. Najprej se voda filtrira in pride do glavnega voda, nato pa do sekundarnih ali pomožnih vodov, ki so lahko izdelani iz preprostih PCV cevi ali drugih lokalnih materialov, kot je bambus. Pretok se uravnava z ventilom. Za majhne kmetije so stroški razmeroma nizki, sistemi za velike kmetije z industrijsko proizvodnjo pa so lahko zelo dragi. Vzdrževanje je obvezno. Kapalne cevi je treba dvigniti s tal, da delci zemlje ne vstopijo v vod in ga zamašijo. Za odstranitev morebitnih povzročiteljev zamašitve je treba opraviti analizo vode. Analiza mora biti izvedena preden se odločite za ustrezno obliko čiščenja vode. Dobra praksa je tudi občasno izpiranje sistema ter redno spremljanje pretoka in tlaka [5].

Zamašitev šob je resna težava, ki lahko ima več vzrokov:

- fizična zamašitev zaradi prisotnosti peska, mulja, kovinskih ali plastičnih drobcev itd.

- kemična zamašitev zaradi obarjanja soli, železa, gnojil itd.

- biološka zamašitev zaradi rasti alg in bakterijske sluzi.

Največkrat gre za kombinacijo teh virov zamašitve, zlasti pri uporabi površinske vode, črpanju vode iz odprtih rezervoarjev ali pri uporabi slane vode in gnojil. Slana voda vsebuje veliko kationov in anionov, ki se zlahka obarjajo in usedajo. Visok pH, visoke koncentracije ionov in povečana trdota lahko povzročijo kemijske težave. 

Podzemno kapljično namakanje

Obstaja različica kapljičnega namakanja, ki uporablja vkopane kapljične cevi (Slika 5). Uravnavanje nivoja freatične vode (podpovršinsko namakanje ali sub-irrigation) je primerno le za območja, kjer je plast freatične vode razmeroma plitva (1–4 m). Z dovajanjem vode iz zunanjega vira po sistemu cevi ali kanalov je mogoče dvigniti gladino podtalnice tako, da se zagotovi oskrba rastlin z vodo s kapilarami. Metoda je priporočljiva tudi za namakanje z odpadno vodo v sistemu z odtoki ali perforiranimi napeljavami, vkopanimi v zemljo ob vznožju koreninskega sistema rastlin.

Metoda je učinkovitejša od preprostega kapljičnega namakanja, saj varčuje z vodo, zmanjšuje izhlapevanje vode in širjenje različnih škodljivcev. Prav tako zagotavlja enakomerno namakanje na območju korenin rastlin. Podzemno kapljično namakanje je primerno na območjih, kjer je izhlapevanje vode večje zaradi podnebnih razmer (suša, visoke temperature, močan veter), in na peščenih tleh. Uporaba vode podtalnice odpravi številne težave površinskega namakanja, kot so zasičenost tal z vodo, ponikanje, zadrževanje vode v lužah in erozija tal. 

Tehnologijo je mogoče prilagoditi za vse vrste pridelkov, vendar se najpogosteje uporablja za zelenjadnice visokih vrednosti, trate in pokrajine. Če se uporablja skupaj s plastično zastirko, lahko znatno poveča proizvodnjo. V primerjavi s površinskim kapljičnim namakanjem je sistem zaradi vkopanih cevovodov manj izpostavljen sončni svetlobi in drugim dejavnikom, ki ga lahko uničijo. Tehnika se lahko uporablja veliko bližje datumu košnje, saj je površina tal ves čas suha in jo je zato lažje upravljati. V nekaterih primerih (lucerna) lahko podzemno kapljično namakanje prav tako spodbudi kalitev.

Razporeditev podzemnega namakalnega sistema je podobna preprostemu kapljičnemu namakalnemu sistemu. Za lažjo drenažo se uporablja sistem z vakuumskimi črpalkami in ventili, ki sproščajo ujeti zrak, ki lahko ovira pretok vode. Cevi se namestijo pod površino tal približno 12 do 50 cm, odvisno od pridelka in vrste tal. Vkopan sistem prav tako olajša obdelavo tal. Šobe so nameščene navzgor. Sistem potrebuje tudi filtrirno enoto iz razlogov, ki smo jih že obravnavali pri kapljičnem namakanju. 

Da bi določili najučinkovitejšo metodo namakanja, smo vzporedno proučevali kapljično in podzemno kapljično namakanje. Opravljene so bile analize lastnosti tal, učinkovitosti rabe vode, tehnik pridelave, načrtovanja namakanja, količin pridelkov in drugih parametrov. Iz študij je razvidno, da je podzemno kapljično namakanje učinkovitejše od kapljičnega namakanja. Zagotavlja večjo proizvodnjo, boljšo kakovostjo rastlin in prihrani vodo (do 20 %), zato ga je priporočljivo uporabljati na območjih, kjer so vodni viri omejeni in jih je treba ohranjati.

Fertigacija je uporaba gnojil skupaj z vodo za namakanje. Rastline doseže tako voda kot gnojilo, posledica pa je manjša stopnja izpiranja hranil. V tem primeru je treba za učinkovito fertigacijo poleg vodnih potreb pridelka upoštevati tudi nekatere druge dejavnike, kot so sposobnost pridelka, da sprejme hranila, koliko hranil je v določenem času v tleh in koliko hranil mora biti v vodi, ki se uporablja za fertigacijo.

Sklepi

Kapljično namakanje je učinkovita metoda namakanja z relativno nizkimi stroški in malo dela, ki se lahko uporablja za polja nepravilnih oblik, ne da bi jih bilo treba izravnavati, kot je na primer potrebno pri površinskem namakanju. Prav tako uporablja reciklirano vodo in voda se lahko zelo enakomerno porazdeli po polju. Sistem deluje pri nizkem tlaku, kar pomeni manjše stroške energije, in manjšo izgubo gnojil zaradi lokalne uporabe vode, kar preprečuje tudi erozijo [3–6]. Kljub številnim prednostim ima kapljični namakalni sistem visoke začetne stroške in potrebuje intenzivno vzdrževanje predvsem filtracijskega sistema. Sončna svetloba lahko vpliva na sistem cevi in skrajša njegovo življenjsko dobo, zato se v nekaterih primerih bolj izkaže podzemno namakanje.  

Viri in literatura

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.