Наводњавање прскалицама

Увод

Раније смо показали да је површинско наводњавање, метод који се широко користи, веома неефикасан и није одржив. Као новије модерне алтернативе ту су наводњавање прскалицама и наводњавање кап по кап. Наводњавање прскалицама или „вештачка киша“ има добру ефикасност примене која зависи од климатских услова (нпр. ветар, температура, влажност). Вода се најпре распоређује под притиском у систему цеви, а затим се шири по површини тла. Метода је погодна и за мале и велике њиве и за све врсте усева. Опрема за заливање може бити мобилна, полуфиксна или фиксна. Може се користити и за влажење, као антифриз и у термичке сврхе, као и за побољшање квалитета плодова [1-4].

Принцип рада

Наводњавање прскалицама има много варијанти, од једноставних прскалица са зупчастим погоном које се користе за наводњавање травњака и башта, до индустријске опреме. Систем прскалице има следеће компоненте:

- пумпна јединица – обично је центрифугална или турбинска пумпа која обезбеђује воду под притиском (из извора воде) у систем цеви. Употреба одређене врсте пумпе се бира у зависности од извора воде; када је извор дубок бунар, пожељна је турбинска пумпа. Центрифугалне пумпе су пожељније када је растојање између пумпе и извора воде мало (мање од 8 м)

- главне линије, подмагистрални водови и бочни – главни и подмагистрални водови су цеви које воде од пумпе до бочних, а понекад су закопане. Бочне стране су мобилне цеви које воде воду до прскалица. Ове цеви су обично направљене од алуминијума или ПВЦ-а за преносне системе и цемента, ПВЦ-а, омотаног челика за укопане бочне или главне водове.

- прскалице – глава прскалице има важну улогу да равномерно распоређује воду по пољу, без отицања или губитка воде услед процеђивања. Главе прскалице могу бити фиксне или ротирајуће, у зависности од потреба, са различитим радним размацима (10 – 70 м). Прскалице су направљене од метала, пластике или комбинације ова два. Тип, радни притисак, површина прскања, покретљивост и други параметри разликују прскалице [5-7].

- опциона опрема – за рад система за наводњавање прскалицама у оптималним условима може се користити опциона опрема. Различите прикупљене информације могу се пренети на даљину, или се неки делови као што је проток воде такође могу контролисати даљински.

Мобилна опрема за прскање може бити изграђена као системи за прскање у земљи са следећим конфигурацијама:

а) где се користе укопани канали под високим притиском, за које притисак неопходан за прскање воде ствара опрема за прскање спојена са хидрантима у систему канала под притиском

б) где се користе укопани канали ниског притиска, притисак у прскалицама дају неке пумпе повезане на главне водове и које потискују воду у бочне стране

ц) са каналима, радни притисак у бочним странама се производи пумпном опремом која води воду из канала или директно у бочне или у главни вод.

Систем прскалице са бубњем и цревом (Слика 1) је мобилни систем који обезбеђује потребе за водом за било коју културу. Има следеће саставне делове:

- метални оквир је опремљен са два котачића тако да се лако може померати; има две потпорне ноге и подесиву дизалицу.

- рам држи добош, главну линију, хидраулички систем који се користи за управљање бубњем, висећи оквир за камион и кочиони систем

- црево од полиетилена високе густине, дужине од 300 до 750 м, спољашњег пречника од 75 до 160 мм и дебљине зида 8 мм; црево је намотано на бубањ

-спринклер систем који се састоји од две реактивне прскалице, АРС – 2, постављене на камион са четири точка, које разбацују воду у кружном сектору

Када уређај има фиксну позицију, може да наводњава површину дужине једнаке дужини црева и ширине 54 м. У сваком радном положају, пре прскања, црево се простире дуж ходника без биљака на растојању од 2,1 м, а операција се изводи померањем металног носећег камиона помоћу трактора [5]. Када прскање почне, црево се такође повлачи назад у бубањ због хидрауличног мотора, који одређује кретање система за подршку прскалице. Пошто се наводњавање одвија на кружним секторима, камион се котрља по сувом тлу. Када систем за прскање дође до бубња, водени круг се аутоматски зауставља. Просечна брзина се може подесити у зависности од потребне воде, радног притиска и врсте прскалица.

Самопокретни системи за прскање са централним стожером (слика 2) може се користити у различитим конфигурацијама од кругова и/или кружних сектора, као што је приказано на слици 3. Дужина крила може варирати од 150 до 700 м, док покривена површина може бити од 5 до 250 ха. Систем има централни стожер, са неколико сегмената цеви повезаних заједно и ослоњених на решетке (распоне) и монтираних на торњеве са точковима. Вода долази из главног вода у централном стожеру, који такође подржава систем. Коришћене прскалице раде на ниском притиску и разликују се у зависности од наводњавања усева. Да би се обезбедила уједначеност дистрибуције воде, системи имају регулаторе притиска између распона. Контролни панели су засновани на технологији Computer Aided Management System (CAMS) за даљинско праћење система. На тај начин је могуће подесити интензитет прскане воде у зависности од брзине ветра, уношењем ђубрива или хемикалија за сузбијање штеточина, и обрнутим кретањем система. Када се мотори покрену, систем претварача који процењује угао између распона контролише њихов рад; на основу информација са претварача креће кретање камиона. Брзина распона се може подесити да би се постигао одређени интензитет кише. Постоје оперативне варијанте код којих се средишњи стожер може померати као што се може видети на слици 4. У оба случаја принцип је исти, једина разлика је аутоматско/ручно померање централног стожера [5-9].

Овај систем прскалице може се користити и за фертигацију; у овом случају постоји посебан резервоар у који се ставља ђубриво. Резервоар је повезан са водом за наводњавање. Расипање ђубрива током вегетационог периода је повољно јер смањује трошкове, наводњавање и ђубрење се обављају истовремено; листови и/или корени боље асимилирају хранљиве елементе распршене у води, повећавајући ефикасност ђубрива.

Фертигација је повољна посебно за усеве који се боље понашају ако се ђубрива примењују током вегетације, али је због вегетације тешко извести поступак другим механичким средствима [10, 11]. Фертигацију треба обављати у одређено време, а најважнији услови су следећи:

- треба применити за усеве са високим захтевима за минералима и водом у фази вегетације. Примера ради, кукуруз у другом усеву се може фертиговати у свим фазама раста од почетка сетве.

- примена претежно азотних ђубрива, јер се у фази вегетације биљке обично боље понашају према додавању доза азота него фосфора или калијума. У усеву шећерне репе, ђубрива на бази калијума примењена фертигацијом погодују повећању садржаја шећера у корену.

- Пожељна је употреба високо растворљивих ђубрива, због чињенице да нерастворене материје могу да запуше прскалице

- период примене ђубрива треба да буде кратак, 30 до 60 минута, како би се обезбедила контролисана и уједначена расподела. Штавише, фертигација треба да се одвија на крају периода наводњавања, али пре него што се заврши, као што хранљиве материје имају могућност да се апсорбују и да избегну оштећења система кроз корозију.

- киша прскалице треба да има добру уједначеност; стога фертигацију не треба обављати током ветровитих периода.

Опрема за фертигацију је приказана на слици 5. То је резервоар са две флексибилне цеви, једна за довод воде, а друга за убризгавање воде у систем прскалице. Количина ђубрива се израчунава као функција концентрације активне супстанце и дозе која се распоређује по површини земљишта.

Системи прскалица могу бити аутоматизовани тако да процењују потребу за водом у реалном времену и активирају/зауставе проток воде. Променљиво наводњавање (VRI) је аутоматска технологија наводњавања заснована на матрици сензора који детектују влажност земљишта. Користи се у прецизној пољопривреди за оптимизацију наводњавања углавном коришћењем централних осовина. Промена количине воде се врши контролом система вентила. Тако се врши оптимизовано наводњавање, смањујући потрошњу воде и повећавајући производњу. ВРИ се може успешно применити за фертигацију и друге методе хемигације уз коришћење додатне опреме која убризгава хемикалије у главни вод и пумпног система за слање раствора под одговарајућим притиском [12-14].

Системи за наводњавање са линеарним кретањем обезбеђују високу униформност и ефикасност, погодни су за поља правоугаоног облика. Систем се креће напред-назад преко поља. Извор воде може бити разнолик од језера, река до канала и цеви. Неколико распона је повезано у линију; систем се помера са два или четири колица. У поређењу са централним пивот системима, они такође покривају углове терена. Померање распона линија може се вршити и помоћу каблова. Вода се може обезбедити са стране или из средине система кроз црева од полиетилена високе густине.

Постоји неколико врста линеарних система. Идеалан систем је линеарни са два точка, који се обично користи на пољима мале величине. Систем за довод воде користи воду из земљаног јарка или канала као извор воде. Такав систем је идеалан за велика поља, лак је за руковање јер се систем креће дуж канала за воду. Црево за напајање користи воду из система под притиском. Због присуства црева, погодније је за мање него веће њиве.

Ерозија услед наводњавања прскалицама

У случају наводњавања прскалицама, вода одређеном брзином удара у земљиште, омогућавајући тако одвајање агрегата и фрагмената земљишта, који се затим транспортују у копненом току, а на неким местима се таложе. Да бисте избегли ову ситуацију, потребно је правилно пројектовати и управљати системима прскалица . Системи са централним окретањем примењују воду са високим задужењем што повећава потенцијал да изазове отицање и ерозију. Најважнија компонента укључена у ерозију је тип прскалице. Употреба прскалица ниског притиска смањује отицање, али се смањује само количина примене. Величина капи воде је такође важна. За системе бочног кретања, отицање је уобичајено у траговима точкова ако се одвијају паралелно са нагибом поља. Да би се ограничила или избегла ерозија, могле би се предузети многе мере, као што је пажња при избору типа прскалице, притиска, пречника (који одређује величину капи воде), како би се смањио проток и ограничила ерозија без смањења ефикасности прскалице. наводњавање. Све у свему, ово би могао бити тежак задатак.

Предности и мане наводњавања прскалицама

Имплементација система за наводњавање прскалицама не захтева терасирање или нивелисање поља, независно од топографије поља [15-19]. Потреба за водом биљака може се лако покрити за било коју врсту усева и земљишта, а такође је могуће истовремено вршити третмане ђубривом или пестицидима [20-21]. Употреба система под притиском захтева велику потрошњу енергије, већу од осталих технологија за наводњавање, као и значајна улагања у опрему. Биљке су склоне болестима јер вода влажи површину листова. Ефикасност потрошње воде се смањује у ветровитим подручјима због повећаног испаравања воде са површине тла. Исто као и за наводњавање кап по кап, систем може доживети зачепљење.

Референце

1. Daccache, A., Knox, J.W., Weatherhead, E.K., Daneshkhaha, A., & Tess, T.H., Implementing precision irrigation in a humid climate-recent experiences and on-going challenges, Agricultural Water Management, 2015, 147, 135-143.

2. Deines, J. M., Kendall, A. D., Crowley, M. A., Rapp, J., Cardille, J. A., & Hyndman, D. W., Mapping three decades of annual irrigation across the U.S. High Plains Aquifer using Landsat and Google Earth Engine. Remote Sens. Environ., 2019, 233, 111400 https://doi.org/10.1016/j.rse.2019.111400.

3. Current perspective to predict actual evapotranspiration D. Bucur Ed., IntechOpen, Croatia, 2017, https://doi.org/10.5772/65621.

4. Advanced Evapotranspiration Methods and Applications, D. Bucur Ed., IntechOpen, London, UK, 2019, https://doi.org/10.5772/intechopen.73720.

5. Li, Y.; Hui, X.; Yan, H.; Chen, D. Effects of Travel Speed and Collector on Evaluation of the Water Application Uniformity of a Center Pivot Irrigation System. Water 2020, 12, 1916. https://doi.org/10.3390/w12071916.

6. Silva, L.L. The effect of spray head sprinklers with different deflector plates on irrigation uniformity, runoff and sediment yield in a Mediterranean soil. Agr. Water Manage. 2006, 85, 243–252,

7. Rovelo, C.O.R.; Ruiz, N.Z.; Tolosa, J.B.; Felix, J.R.F.; Latorre, B. Characterization and simulation of a low-pressure rotator spray plate sprinkler used in center pivot irrigation systems. Water 2019, 11, 1684

8. Abd El-Wahed, M.H.; Medici, M.; Lorenzini, G. Harvesting water in a center pivot irrigation system: Evaluation of distribution uniformity with varying operating parameters. J. Eng. Thermophys.-Rus. 2015, 24, 143–151

9. Wang, Z.; Jiang, Y.; Liu, J.; Li, H.; Li, H. Experimental Study on Water Distribution and Droplet Kinetic Energy Intensity from Non-Circular Nozzles with Different Aspect Ratios. Agriculture 2022, 12, 2133. https://doi.org/10.3390/agriculture12122133.

10. Peña, D.; Martín, C.; Fernández-Rodríguez, D.; Terrón-Sánchez, J.; Vicente, L.A.; Albarrán, Á.; Rato-Nunes, J.M.; López-Piñeiro, A. Medium-Term Effects of Sprinkler Irrigation Combined with a Single Compost Application on Water and Rice Productivity and Food Safety. Plants 2023, 12, 456. https://doi.org/10.3390/plants12030456.

11. Liu, J.; Wang, X.; Liu, Q.; Hussain, Z.; Zhao, Y. Optimization of Key Hydraulic Structure Parameters of a New Type of Water–Pesticide Integrated Sprinkler Based on Response Surface Experiment. Water 2023, 15, 1486. https://doi.org/10.3390/w15081486.

12. Kumar, R.; Naresh, R.K.; Bhatt, R.; Chandra, M.S.; Kumar, D.; Alamri, S.; Siddiqui, M.H.; Alfagham, A.T.; Kalaji, H.M. Tillage Crop Establishment and Irrigation Methods Improve the Productivity of Wheat (Triticum aestivum): Water Use Studies, and the Biological Properties and Fertility Status of Soil. Agronomy 2023, 13, 1839, https://doi.org/10.3390/agronomy13071839.

13. Cooley, D., Maxwell, R.M., Smith, S.M. Center pivot irrigation systems and where to find them: a deep learning approach to provide inputs to hydrologic and economic models, Frontiers in Water, 2021, 3, https://doi.org/10.3389/frwa.2021.786016.

14. Liakos, V., Vellidis, G., Tucker, M., Lowrance, C., A decision support tool for managing precision irrigation with center pivots, In: Precision agriculture’15, pp. 677-684, Wageningen Academic Publishers, 2015, http://dx.doi.org/10.3920/978-90-8686-814-8_84.

15. Dusadeerungsikul, P.O., Liakos, V., Morari, F., Nof, S.Y., Bechar, A. Smart action, in Agricultural internet of things and decision support for precision smart farming, 2020, pp. 225-277, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-818373-1.00005-6.

16. Fastellini, G., Schillaci, C. Precision farming and IoT case studies across the world, in Agricultural internet of things and decision support for precision smart farming, 2020, pp. 331-415, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-818373-1.00007-X.

17. Haacker, E. M., Kendall, A. D., & Hyndman, D. W., Water level declines in the High Plains Aquifer: Predevelopment to resource senescence, Groundwater, 2016, 54(2), 231-242. https://doi.org/10.1111/gwat.12350

18. King, B.A., Stark, J.C., & Wall, R.W., Comparison of site specific and conventional uniform irrigation management for potatoes. Applied Engineering in Agriculture, 2006, 22(5), 677-688.

19. Longchamps, L., Khosla, R., Reich, R., & Gui, D.W., Spatial and temporal variability of soil water content in leveled fields. Soil Science Society of America Journal, 2015, 79, 1446-1454.

20. Smidt, S. J., Haacker, E. M., Kendall, A. D., Deines, J. M., Pei, L., Cotterman, K. A., Hyndman, D. W., Complex water management in modern agriculture: Trends in the water-energy food nexus over the High Plains Aquifer. Sci. Total Environ., 2016, 566-567, 988-1001. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.05.127

21. Svedin, J.D., Hansen, N.C., Kerry, R., Hopkins, B.G. Modelling spatio-temporal variations in crop water stress for variable-rate irrigation. In J.V. Stafford (ed.) Precision Agriculture ‘19, 2019, Proceedings of the 12th European Conference on Precision Agriculture. Wageningen, the Netherlands: Wageningen Academic Publishers. pp. 687-693.