Upravljanje in načrtovanje namakanja

• Voda v tleh je pomembna z več vidikov:

• Zagotavlja potrebno količino vlage za kalitev in rast semen,

• znižuje temperaturo tal in okolice,

• poskrbi za soli, ki so se nabrale na površini, jih razredči in odplakne,

• omogoča lažjo obdelavo tal in jih zmehča in

• omogoča rast pridelkov tudi ob pomanjkanju padavin.

Večina vode v tleh prihaja iz padavin ali podzemnice. Večinoma vlaga, ki je že prisotna v zemlji, ne zadošča za uspešno kmetijsko rabo zemljišč. Za zagotavljanje kmetijske pridelave je pomanjkanje vode mogoče odpraviti z umetno oskrbo z vodo, tj. z namakanjem. Včasih je težko zagotoviti natančno potrebno količino vode, kar lahko povzroči več težav, kot na primer nasičenost tal z vodo. Če naravne drenaže ni, se za odpravo te težave uporabljajo drenažni sistemi [1]. Ohranjanje optimalne količine vode v tleh pomeni vzdrževati ravnovesje med namakanjem in odvajanjem vode. 

Namakanje v optimalnem trenutku glede na potrebe rastlin je eden glavnih ciljev vsake namakalne prakse. Ta trenutek je odvisen od številnih dejavnikov, predvsem pa od vrste namakalnega sistema. Pri lokalnih namakalnih sistemih, kjer je distribucija vode prekinjena in deluje na zahtevo, optimalni trenutek določi kmet, odgovoren za namakani pridelek, na podlagi opazovanj in meritev, opravljenih na zadevni površini. Za zelo velike namakalne sisteme ta trenutek določi tehnični svetovalni center za namakanje, ki koordinira zadevni sistem.

Določitev časa prvega namakanja v sezoni med vegetacijo pridelka ali začetka namakalne sezone je močno povezana z vsebnostjo vode v tleh in ni odvisna od vrste namakalnega sistema. Za določitev optimalnega trenutka za namakanje poznamo približne metode (empirične) in natančne metode (z uporabo znanstvenih podatkov).

Empirične metode za načrtovanje namakanja

Empirična določitev idealnega trenutka za začetek namakanja določenega pridelka temelji na fazah vegetacije pridelka ali na analizi nekaterih morfoloških kazalnikov rastlin.

Prva metoda, ki temelji na fenoloških fazah, upošteva, da je vodna potreba določene rastline večja v nekaterih fazah vegetacije. Te faze imenujemo kritične faze [2]. Na primer:

• Za pšenico so kritične faze za potrebe po vodi cvetna iniciacija (dvojni greben), terminalni kladiček, podaljšanje stebla, klasenje in zorenje.

• Za koruzo: 6–8 listov, razvoj zrna, polnjenje zrna.

• Za sladkorno peso: razvoj listov, odebelitev korenin, kopičenje sladkorja.

Ugotovljeno je bilo, da je stanje pridelka neposredno odvisno od vlage v tleh v kritičnih fazah razvoja. Načrt namakanja, ki daje vodo pridelkom malo pred začetkom takšne faze, je zato najboljša odločitev, če je le mogoče celoten pridelek namočiti v 2 do 3 dneh. 

Čeprav gre za empirično metodo, ki temelji le na opazovanjih in ne meritvah, je njena prednost v tem, da je končna proizvodnja primerljiva s proizvodnjo na poljih, za katere je urnik namakanja strogo določen s točnimi merili. Slabosti so večja poraba vode, dela in opreme. 

Določanje urnika namakanja na podlagi opazovanja splošnih lastnosti rastlin, ki so posledica pomanjkanja vode (izguba čvrstosti, sprememba barve listov, odpadanje cvetov itd.) ni učinkovito, saj rastline že trpijo, ko opazimo te spremembe, kar vpliva na količino in kakovost pridelka. 

Natančne metode za načrtovanje namakanja

Znanstveni način določanja urnika namakanja temelji na informacijah, pridobljenih z merjenjem vlažnosti tal in sposobnosti zadrževanja vode, nekaterih fizioloških indeksov pridelka ali povprečne dnevne vodne potrebe [1,2].

Določanje urnika namakanja glede na vlažnost tal je racionalna metoda, če je mogoče vsebnost vode izmeriti natančno, hitro in z nizkimi stroški. Količino vode v tleh lahko določimo z različnimi metodami, kot so toplotna, elektromehanska, nevtronska itd. Določijo se kontrolna območja, ki so enaka površini posevka ali namakani površini.

Proučevanje tehničnih in funkcionalnih parametrov tenziometrov za tla

Za določanje vodne vlage v tleh se lahko uporabljata dve vrsti metod:
1. volumetrične meritve, ki merijo odstotek vode v določeni prostornini tal in

2. tenziometrične meritve, ki merijo napetost vode v tleh, tj. fizikalno silo, potrebno za zadrževanje vode v tleh, merjeno v centibarih (cbar) ali kilopaskalih (kPa) napetosti vode v tleh.

Na namakanih poljih lahko silo vpijanja beležite s tenziometrom. Tenziometer (Slika 1) je sestavljen iz porozne posode, napolnjene z vodo, ki je hidravlično povezana z vakuumskim merilnikom. Ta merilnik beleži vdolbino, ki nastane v instrumentu ter izravnava spremembo v tleh, ki jo povzroči sila vpijanja. Tenziometri zagotavljajo natančno beleženje sile vpijanja v območju vlažnosti, ki je dostopno rastlinam.

Senzor za merjenje vlažnosti tal (Slika 2), znan tudi kot senzor zrnatih matrik, zaznava količino vsrkane vode s pomočjo skrbno izbranih materialov. Ta mešanica senzor varuje pred različnimi okoljskimi dejavniki, kot je slanost, in ima dolgo življenjsko dobo. Meritve senzorjev za merjenje vlažnosti tal so prilagojene tako, da ustrezajo ravnem, ki bi jih izmeril tenziometer. Ni jih potrebno vzdrževati in njihova življenjska doba je predvidoma več kot 5 let. V primerjavi z tenziometri so lahko ves čas na terenu. Senzorji za merjenje vlažnosti tal so primerni za beleženje podatkov ali naprav IoT, za kar pa potrebujejo minimalno količino energije.

Preglednica 1.  Splošne lastnosti vsakega senzorja.

Podatki na sliki 3 se uporabljajo kot osnovne smernice za opremo, kot so tensiometri ali senzorji za merjenje vlažnosti tal:

• V razponu od 0 do 30 centibarov so tla primerno vlažna (razen groba in peščena tla, ki se izsušijo).

• Tipičen razpon za namakanje večine tal je 30–60 centibarov.

• Tipičen razpon za namakanje težkih ali glinenih tal je 60–100 centibarov.

• 100–200 centibarov tlaka pomeni, da so tla nevarno suha.

Poleg splošnih priporočil bo beleženje in vestno poznavanje odčitanih podatkov vodilo do bolj kakovostne analize natančnega praga namakanja in bolj pregledne slika dogajanja v koreninskem sistemu določenega posevka, ki ga je treba namakati. Za pravilno razlago podatkov je treba razumeti nekaj temeljnih pojmov:

• Količina vode, ki ostane v tleh po odvajanju odvečne vode in upočasnitvi hitrosti gibanja navzdol, se imenuje vodna kapaciteta polja.

• Količina vode v tleh, ki jo mora imeti rastlina, da ne oveni, se imenuje kot koeficient venenja. Njegova standardna normalna vrednost je 1500 centibarov/kPa.

• Z razponom med kapaciteto polja in začetkom venenja se običajno določi uporabna (razpoložljiva) vodna kapaciteta, tj. količina vode, ki se lahko zadrži v tleh in je na voljo rastočim rastlinam.

• Količina vode, ki se lahko zniža pred namakanjem in je potrebna za znižanje stresa na pridelku, se imenuje dopustno zmanjšanje.

Izbira pragov upravljanja

Pragovi so mejne vrednosti, ki določajo zgornje in spodnje meje nadzorovanja dopustnega zmanjšanja. Ta razpon je odvisen od vrste tal, posevka, razvoja rastlin in kulturnih praks, ki se uporabljajo za upravljanje polj. Kljub temu je razumno, da se izčrpavanje razpoložljive vode uravnava med 10 % in 40 % vlage oziroma suše.

Vsaka vrsta tal je zaradi različne sposobnosti zadrževanja vode različno obremenjena, zato je količina razpoložljive vode za vsako vrsto tal različna. Z drugimi besedami, 84 centibarov vodne napetosti v tleh bi pomenilo zmanjšanje za 50 % v glineni prsti in 40 centibarov v peščeni glineni prsti. Te interakcije so prikazane v grafu na sliki 4. Graf prav tako služi kot vodilo pri izbiri pravih mejnih vrednosti.

Na podlagi tega grafa je na spletu na voljo kalkulator, ki ga je izdelala Univerza v Cambridgeu, v katerem lahko izberete vrsto tal, vnesete sprejemljivo raven odtekanja in nato vnesete podatke senzorjev, ter tako ugotovite, ali je namakanje priporočljivo. Podobni kalkulatorji z informacijami o tleh v različnih regijah so na voljo kot aplikacije.

Graf na sliki 4 prikazuje povezavo med vodne napetosti v tleh in dopustnim zmanjšanjem. Iz tabele za uporabo je treba izbrati vrsto tal, ki najbolj ustreza polju. Krivulja vrste tal in leva os z oznako "vodna napetost v tleh" sta vertikalno povezani pri 10 % izčrpanosti razpoložljive vode (prikazano z modro/zeleno mejo), da dobimo referenčno vrednost UD. Na podlagi tega bo določena spodnja (vlažna) meja. V primeru glinene prsti (prikazane z modro puščico) je ta vrednost 23.

Nato se od krivulje vrste tal potegne navpična črta do 50-odstotnega izčrpanosti razpoložljive vode (prikazane z zeleno-rjavo obrobo) in nato vodoravna črta čez levo os, ki označuje vodno napetost v tleh, da se dobi referenčna vrednost DRY. Posledica tega bo višja (suha) meja. V primeru glinene prsti (prikazane z rjavo puščico) je ta vrednost 84. Pomembno je izpostaviti, da je mejna vrednost 50 % le splošen predlog. Običajni pragovi zmanjšanja se gibljejo med 30 % in 50 %, pri čimer so namakalne tehnike, ki porabijo manj vode (kot so metode s središčnimi tečaji), primernejše za 30- do 40-odstotni razpon. Za najboljša priporočila sta potrebna strokovno znanje in izkušnje. 

Vrste tenziometrov

Splošni standard za natančno spremljanje vlage v tleh je tensiometer (Slika 1), ki kmetom ponuja poceni in zanesljiv način merjenja vlage v tleh za načrtovanje namakanja. Slanost ne vpliva na tensiometer in ni ga treba kalibrirati na terenu. Omogoča dejansko merjenje vodnega potenciala tal. Odvisno od globine korenin določenega pridelka je Irrometer na voljo v različnih različicah z običajno dolžino 6", 12", 18", 24", 36" ali 48". Na naročilu so na voljo tudi druge dolžine. 

Najprimernejše orodje za uporabo na srednje težkih in težkih tleh je tensiometer "SR". Naprava ima rezervoar, merilno komoro brez zraka in zamenljivo navojno konico. Tensiometer SR je bil izdelan leta 1951, njegov namen pa je bil pomagati proizvajalcem povečati učinkovitost namakanja. Ne glede na vrsto tal lahko ta naprava uporabniku zagotovi natančne informacije o stanju vlage v tleh. Naprava meri vodno napetost v tleh v centibarih (cb) ali kilopaskalih (kPa). Navedena vrednost odraža moč, ki jo korenine rastline porabijo za črpanje vode iz zemlje. Uporabnik lahko z razumevanjem vlažnosti tal pametno načrtuje namakalne sisteme, izboljša kakovost in količino proizvoda ter prihrani denar za vodo, gnojila, delo in energijo.

Način delovanja: Tensiometer deluje kot običajni tensiometer, ki meri vodno napetost v tleh. Ko rastlina vsrkava vodo, ki jo potrebuje, v tleh ustvarja napetost. Za merjenje te sile se uporabljajo centibarji (cb) ali kilopaskali (kPa) napetosti, pri čimer visoka vrednost označuje suhi del lestvice, nizka vrednost pa mokri del lestvice.

Tensiometer sestavljata zaprta cev, napolnjena s tekočino, ki ima porozno keramično konico in vakuumski merilnik. Konice se med vgradnjo vstavijo v zemljo na določeno globino na območju koreninskih sistemov. Ko se zemlja izsuši (in se napetost poveča), se tekočina odvaja iz orodja. Posledično se prostornina tekočine zmanjša in nastane delni vakuum, ki se zabeleži na merilniku. Ko postane zemlja bolj suha, se meritev na merilniku poveča. Ta proces deluje obratno med namakanjem ali padavinami. Nižje vrednosti na merilniku so posledica napetosti, ki se sprošča v tla in v napravo, ko voda teče nazaj v tla (in v tensiometer). Naprava dejansko prikazuje, a kakšno močjo delujejo korenine. Ta edinstven način delovanja tensiometra pomeni, da ga v tipičnih pogojih delovanja za različne vrste tal ni potrebno kalibrirati. Ne glede na to, ali je posevek posejan v peščeno ali glineno zemljo, korenine vsrkavajo enako količino vlage glede na vrednost 50 cb (kPa).

Z uporabo tensiometra modela SR je prav tako vključeno ročno ocenjevanje in spremljanje vlage v tleh za večino vrst tal. Naprave za merjenje in sledenje z opcijskim elektronskim izpisom z možnostjo beleženja podatkov je mogoče avtomatizirati. Namesto običajnega vakuumskega merilnika se lahko uporabljajo elektronske merilne alternative ali samodejne preklopne naprave, ki lahko vklopijo pomožno opremo pri ustreznih ravneh vodne napetosti. Za preprosto vzdrževanje na terenu ima model SR zamenljivo konico. Namenjen je za splošno uporabo na poljih, drevesih in območjih s poljščinami.

Tensiometer LT (low tension ali nizka napetost) je izdelan za razmere, v katerih se redko pričakujejo napetosti večje od 30 cb (kPa). Najbolje deluje v zelo grobih tleh, gojiščih brez talnih posod ali kadar je treba spremljati nenadne spremembe stanja vode v tleh. Naprava ima rezervoar, merilno komoro brez zraka in zamenljivo navojno konico Quick-Flo.

Model LT je namenjen delovanju na gojiščih brez prsti in grobih peščenih tleh. Ta naprava, ki ima razpon 0–40 centibarov (cb) ali kilopaskalov (kPa), je namenjena uporabi v razmerah, kjer so sile, večje od 30 cb (kPa), redke. Kadar je ključnega pomena večja natančnost (blizu nasičenja), so priporočeni merilni razponi 1 cb (kPa). Ta model naprave je idealen tudi za primere, ko je treba zadovoljiti vodne potrebe v tleh kljub hitrim spremembam teh pogojev. Keramična konica Quick-Flo je za lažjo prepoznavnost obarvana modro.

Z uporabo tensiometra modela LT je prav tako vključeno ročno ocenjevanje in spremljanje vlage v tleh na površinah z poljščinami in grobimi peščenimi tlemi. Merjenje in spremljanje sta samodejna, če uporabljate dodatne naprave z elektronskim izpisom in naprave za beleženje podatkov. Vakuumski merilnik nizke napetosti tega modela je mogoče zamenjati z alternativnimi elektronskimi merilniki ali samodejnimi preklopnimi mehanizmi, ki lahko vklopijo pomožno opremo, ko je vodna napetost v tleh na določeni ravni. Za gojišča v posodah, kot so šota, lubje, pesek, perlit in vermikulit, je najboljša izbira model LT. Če se vlaga uravnava blizu vodne kapacitete polja, se lahko uporablja v vseh vrstah tal [1].

Tensiometer "MLT" (Miniature Low Tension ali miniaturna nizka napetost) je izdelan za uporabo, ki je primerljiva z uporabo prej omenjene različice "LT". Naprava deluje najbolje pri gojiščih brez zemlje in zelo zrnatimi tlemi. Zaradi majhne velikosti in zamenljive konice Quick-Flo je ta model najboljša izbira za uporabo v rastlinjakih.

Tehnične informacije: Irrometer Model MLT združuje indikatorje vlage v tleh in tako pomaga pri načrtovanju namakanja. V skladu s konceptom tenziometra mora indikator vlage v tleh prikazovati vodno napetost v tleh v centibarih (cb) ali kilopaskalih (kPa), odvisno od uporabe. Imeti mora keramično konico, indikator iz nerjavečega jekla in trpežno plastično cev, ki je odporna na kemične vplive prsti. Izdelan mora biti za uporabo pri nizki napetosti. Vsi stiki med keramiko in plastiko morajo biti zanesljivo pritrjeni. 

Viri in literatura

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.