Површинско наводњавање

Преглед површинског наводњавања

Површинско наводњавање представља групу метода наводњавања у којима се за аплицирање воде користи гравитација, што је врло уобичајена технологија која се користи хиљадама година. Пошто не постоји контрола дистрибуције воде, други назив за ову технику је „наводњавање поплавама“ [1,2 ] . То имплицира да то углавном није одржива технологија, да не користи добро изворе воде, а ефикасност је смањена. Ипак, ова технологија се веома користи, посебно на малим површинама, пожељна посебно са финансијске тачке гледишта када скупље технологије нису доступне, јер им је потребна посебна опрема. Избор начина наводњавања зависи и од традиције, пољопривредници можда неће прихватити технологије које се раније нису користиле у овој области [1-3].

Количина рада укључене у изградњу, рад и одржавање система је велика (нпр. редовно нивелисање земљишта, редовно одржавање и организација на вишем нивоу од других технологија наводњавања). Међу техникама укљученим у површинско наводњавање су: нивелисан базен, бразда и гранична трака. Ове методе се могу поделити у две категорије: језерце (када се вода скупља у локви) и покретна вода (којој је потребно мало отицања или језерце да би се обезбедила инфилтрација воде у земљиште). Да би се избегло испаравање воде, обично се овај метод наводњавања примењује током ноћи или рано ујутро када је брзина испаравања ниска [1-3].

Површинско наводњавање је процес у четири корака:

1. вода се наноси на горњи крај поља, тако да тече преко њега; ово се зове напредна фаза

2. након достизања доњег краја поља, или отиче или се акумулира; ово је фаза складиштења

3. након заустављања тока на горњем крају поља почиње фаза исцрпљивања , што представља кратко време током којег је поље потопљено док вода не отиче или се инфилтрира

4. фаза рецесије је период када рива иде до доњег краја поља.

Слика 1. Пример једне површине под наводнавањем

Тип земљишта је веома важан у површинском наводњавању. Ако су његове особине на терену веома различите, дошло би до компликација у прорачуну протока воде и момента примене [4-6]. Проблем је превазиђен новим технологијама наводњавања. Што се тиче трошкова, припрема терена укључује трошкове, али је касније одржавање јефтино. Пошто вода тече због гравитације, током коришћења оваквог система нису укључени оперативни трошкови везани за енергију. Усклађивање количине воде и трајања на основу брзине апсорпције земљишта и потреба усева доводи до доброг рада система. За ово је потребно заиста пажљиво праћење ситуације.

Највише се користи наводњавање дубинским браздама које је погодно за усеве угар, винову лозу, дрвеће и наводњавање сетвеним браздама (коругације) које се односи на ратарске усеве засејане у густим редовима. Наводњавање преливом на тракама се користи врло мало и то само за луцерку, а на косим равнима, за пашњаке и сенокоше. Преливно наводњавање у базенима, које се назива и поплавно наводњавање, користи се у узгоју пиринча. Такође се користи као наводњавање за прање заслањеног земљишта. Локализовано наводњавање је најновија метода у фази експанзије, посебно се препоручује за воћњаке, винограде и повртарство у пластеницима, соларијумима и на пољу. Вода се дистрибуира по земљишту путем цеви за наводњавање и уређаја за заливање, заливајући само део земљишта, тачније подручје где се налази коренов систем биљака.

Наводњавање базена

Најчешћи облик површинског наводњавања представља басенско наводњавање. Углавном се примењује на малим пољима, заравњеним у свим правцима и ограђеним насипом тако да нема отицања, а ни усмереног тока, па се зато и зове басен. Ова метода наводњавања је пожељна за земљишта са спорим уносом воде и усеве са дубоким коренима. Предност је што ће соли за испирање из тла отићи у дубоке подземне воде. Систем се користи у мање развијеним земљама, тешко га је имплементирати због тешкоће тачног нивелисања тла.

Гранично наводњавање

У овом систему за наводњавање, поље је подељено на траке које су раздвојене граничним гребенима оријентисаним низ падину поља, као што је вода која се плави на врху поља и долази до дна гравитацијом. Ово одговара примеру датом на слици 1.

Слика 2. Бразда наводњавања у различитим условиma .

Наводњавање браздама

Ова метода је варијанта наводњавања базена. Канали/бразде се граде дуж правца тока воде, као што се вода инфилтрира надоле и бочно. Неки од ових система су приказани на слици 2 и слици 3, са различитим растојањима између бразди и различитим величинама бразде, као и систем за воду који користи олуке (слика 2 (ц)), цеви (слика 2 (д)) или флексибилне цеви (слика 3 (б) и (ц)). Размаци између бразди се праве у зависности од текстуре тла тако да се обезбеди преклапање влажних сијалица. Образац влажења зависи од врсте земљишта: фино земљиште (слика 4 (а)) има мање влажење у поређењу са грубим земљиштем (слика 4 (б)), стога њихов различит одговор на воду. Задржавање воде у земљишту зависи од величине честица, органског садржаја и структуре земљишта. Гравитациона вода се креће кроз тло услед гравитације и налази се у макропорама , сматра се да није доступна биљкама. Капиларна вода се налази у микропорама , а већина је доступна биљкама. Количина која се држи у земљишту у великој мери зависи од величине пора и простора. Хигроскопна вода формира танак филм око честица тла и није доступна биљкама. Неки типови земљишта, попут глине, садрже више хигроскопније воде од других врста [1-3].

Понекад се наводњавање браздом гради заједно са базенима и ивицама како би се прилагодило топографским варијацијама дотичне парцеле. У поређењу са друге две методе површинског наводњавања, наводњавање браздом захтева више припреме парцеле. Салинитет може негативно утицати на ову врсту наводњавања, а постоји и повећан потенцијал ерозије.

Утицај површинског наводњавања

Нарочито у областима са високим степеном наводњавања, ова врста праксе доводи до значајних промена у циклусу копнене воде, утичући на квалитет и количину воде. Хемија подземних вода је одређена природним факторима; на пример, у аридним или полусушним подручјима, соли се могу акумулирати на површини, како у води тако иу земљишту. Ефекат наводњавања на хемију воде одређују многи фактори као што су услови дренаже, хидрогеолошки услови и квалитет воде за наводњавање. Стога је, ради бољег управљања водама, спроведено неколико студија за утврђивање утицаја наводњавања на хемију подземних вода [3-9]. Резултати показују да дуготрајно површинско наводњавање мења хидрохемију и квалитет подземних вода, кроз повећање салинитета и проблема са водњавањем. Недостатак извора воде је такође озбиљан проблем у областима које користе површинско наводњавање, тако да је неопходно интензивно и интегрисано управљање водним ресурсима како би се подржала потреба за пољопривредним производима и, истовремено, постигао одрживи развој дотичних подручја. Уједначеност дистрибуције воде у случају површинског наводњавања је мања него код других метода јер је вода различито распоређена на терену. Ако се ђубрива дистрибуирају током наводњавања, доћи ће до цурења нитрата у подземне воде и неравномерне расподеле ђубрива [3-9].

Већина система за наводњавање у свету је површинско наводњавање јер се метода лако примењује и подразумева ниске трошкове. Нажалост, ефикасност ове методе је веома ниска, око 40%. Многи параметри су укључени у дизајнирање ефикасног система за површинско наводњавање. Међу овим параметрима, инфилтрација земљишта, храпавост површине тла, нагиб поља, способност задржавања воде у земљишту и геометрија канала су веома важни и чине испитивања спорим и компликованим. Моделирање система мора узети у обзир ове аспекте као и одрживост да би се одредила потребна запремина воде или варијације дубине на терену. Да би се идентификовали односи између пројектних варијабли и производње усева потребно је одредити време и учесталост наводњавања, критичну дубину наношења воде, производњу, друге варијабле дизајна, трошкове израде система и оперативне трошкове, тј. као и однос између свих ових и прихода.

Један од начина да се повећа ефикасност површинског наводњавања је коришћење симулационих модела који испитују једносмерни ток на пољу. Неки 2Д модели такође постоје, али су ограничени јер не симулирају дренажу. Потоњи модели дају боље резултате чак и када се узме у обзир микротопографија поља, а доказано је да проучавају нове токове површинске воде и дизајн дренаже у сложеним теренским условима. Ови модели су толико еволуирали да могу решити и проблеме на различитим нивоима рада: радно осетљивим и радно неосетљивим условима, који се односе на количину напора потребног за имплементацију таквог система [6-8].

Ерозија изазвана наводњавањем

Наводњавање браздама је инхерентно ерозивна технологија. Многе пољопривредне праксе (нпр. обрада земљишта, наводњавање) и фактори животне средине (нпр. ветар, падавине) могу изазвати ерозију земљишта. У случају наводњавања, то се назива „ерозија изазвана наводњавањем“. Проблем се јавља, посебно у аридним наводњаваним подручјима где обично постоји танак А хоризонт, мале количине органске материје, а ова земљишта имају слабу структуру, што их чини веома склоним ерозији. Једном захваћена, ова земљишта се веома споро опорављају [9-13].

Површинско наводњавање, као и друге методе о којима ћемо говорити у наредним предавањима, могу донекле изазвати ерозију земљишта, али постоје разлике између процеса . До ерозије услед површинског наводњавања долази током малих догађаја, а не у случају јаких падавина. Низ бразду, проток и запремина се смањују са растојањем. Међутим, како се инфилтрација тла смањује, проток и запремина воде ће се временом повећавати, одвајајући седименте и транспортујући их заједно са протоком воде. За дуготрајност прилива могуће је да крајеви горње бразде постају све дубљи и ужи, а доњи плићи и шири. У случају недавне обраде земљишта, растресито земљиште се испире из бразде у наводњавању, стварајући грубе фрагменте који могу блокирати дно бразде. Када је бразда поплављена, прво влажење сувог земљишта доводи до његовог брзог распадања које иде низводно, повећавајући дубину тока у доњој бразди и смањујући смицање [10-13].

На ерозију утиче и хемијски састав воде за наводњавање. Ако вода има високу концентрацију натријума, домени глине се згушњавају, глине се распршују или се агрегати ломе, а честице ослобођене из агрегата блокирају површинске поре што доводи до повећања и отицања и губитка земљишта [10-13]. Проблеми су израженији у случају великих поља, ерозија се јавља на целом пољу. Процењује се да годишњи губитак земљишта услед површинског наводњавања варира у зависности од врсте усева, својстава земљишта, нагиба и протока.

Да би се смањила ерозија, постоји неколико ствари које се могу урадити, као што су смањење стопе дотока, смањење дужине бразде, додавање цеви у средини терена, изградња бразди као што су бразде које се лагано крећу преко нагиба него што иду паралелно са смером тока, праћење уједначеност примене воде, коришћењем наводњавања (повремено примена токова), мењајући квалитет воде. Отицањем се такође може управљати да се контролише губитак земљишта при површинском наводњавању коришћењем система за поновну употребу повратног отицања, базена за сакупљање отицања и омогућавањем таложења честица тла као што су затрпани одводи са одводним цевима. Ови системи имају многе предности међу којима повећавају принос усева на крајевима поља, смањују проблеме са коровом који су уобичајени у близини влажних репних јама, и доносе више земље у производњу. Ерозија и губитак земљишта се смањују постављањем малча који апсорбује смицање и успорава ток, смањујући проток, дозвољавајући води да се инфилтрира, или задржавајући остатке усева на пољу, ови остаци се могу користити као малч, посебно у ротирајућим системима усева. . Ерозија се такође смањује садњом уских или дворедних усева, при чему се земљиште стабилизује кореновим системом биљака [9-13]. Још једна новија метода је додавање органских полимера високе молекуларне тежине у воду за површинско наводњавање. Улога ових полимера је да стабилизују тло дуж периметара навлажених браздом, повећавајући брзину инфилтрације воде с временом. На овај начин могуће је смањити губитак земљишта браздом за око 95% уз минимално управљање и смањене трошкове. Разумевање процеса ерозије услед наводњавања је важно јер се негативни ефекти могу ограничити или скоро елиминисати адекватним поступцима. О овој теми ћемо говорити у другом предавању.

Референце

1. Brouwer, C., Prins, K., Kay, M., Heibloem, M., Irrigation Water Management: Irrigation Methods, Training Manual no. 5, 1989, Food and Agriculture Organization, Rome.

2. Pereira, L.S., Goncalves, J.M. Surface irrigation, Environmental Science, 2018, https://doi.org/10.1093/acrefore/9780199389414.013.248.

3. Elattar, M.H., Derbala, A.A., Elmetwalli, A.M., Hassan, S.S., Elglaly, A.M. Effectiveness of surface irrigation modernization on irrigation efficiency and productivity, Journal of Sustainable Agricultural and Environmental Sciences, 2022, 1(1), 210-222.

4. Nashrollahi, A.H., Ahmadi, H., Sabzervari, Y., Nouri, S. Comparison of variations of water stress index of chika bean plant under surface irrigation and drip tape irrigation using infrared thermometer, Journal of Water and Soil Science, 2020, 20(2), 13-26, http://dx.doi.org/10.47176/jwss.24.2.40692.

5. Jia, H., Qian, H., Zheng, L., Feng, W., Wang, H., Gao, Y. Alteration to groundwater chemistry due to modern water transfer for irrigation over decades, Science of the Total Environment, 2020, 717, 137170, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.137170.

6. Liu, Y., Wang, N., Jiang, C., Archer, L., Wang, Y. Temporal and spatial distribution of soil water and nitrate content affected by surface irrigation and fertilizer rate in silage corn fields, Scientific Reports, 2020, 10, 8317, https://doi.org/10.1038/s41598-020-64876-7.

7. Githui, F., Hussain, A., Morris, M. Incorporating infiltration in the two-dimensional ANUGA model for surface irrigation simulation, Irrigation Science, 2020, 38, 373-387, https://doi.org/10.1007/s00271-020-00679-y.

8. Pazouki, E. A practical surface irrigation system design based on volume balance model and multi-objective evolutionary optimization algorithms, Agricultural Water Management, 2021, 248, 106755, https://doi.org/10.1016/j.agwat.2021.106755.

9. El-Nashar, W., Elyamany, A. Adapting irrigation strategies to mitigate climate change impacts: a value engineering approach, Water Resources Management, 2023, 37, 2369-2386, https://doi.org/10.1007/s11269-022-03353-4.

10. Nikolaou, G.; Neocleous, D.; Christou, A.; Kitta, E.; Katsoulas, N. Implementing Sustainable Irrigation in Water-Scarce Regions under the Impact of Climate Change. Agronomy 2020, 10, 1120. https://doi.org/10.3390/agronomy10081120.

11. Sojka, R.E., Bjorneberg, D.L., Strelkoff, T.S. Chapter 8 In Irrigation-Induce Erosion, in Irrigation of Agricultural Crops, volume 30, second edition, American Society of Agronomy, 2007, https://doi.org/10.2134/agronmonogr30.2ed.c8.

12. Wallace, A. Use of water-soluble polyacrylamide for control of furrow irrigation-induced soil erosion, in Handbook of soil conditioners, Marcel Dekker, Inc., New York, 1998.

13. Lehrsch, G.A., Bjorneberg, D.L., Sojka, R.E. Erosion Irrigation-Induced, Encyclopedia of Soils in the Environment, 2005, 456-463, https://doi.org/10.1016/B0-12-348530-4/00561-0. .