Управљање и распоред наводњавања

• присуство воде у земљишту је важно са више тачака гледишта:

• обезбеђује потребну количину влаге за клијање и раст семена;

• смањује температуру тла и околине;

• бави се солима накупљеним на површини, разблажујући их и испирући их;

• помаже у обради земљишта чинећи тло мекшим;

• јони за наводњавање помажу усевима да расту чак и када нема падавина.

Већина воде у земљишту долази или из падавина или из подземних вода. Већину времена постојећа влага није довољна за успешно пољопривредно коришћење земљишта и обезбеђивање пољопривредне производње, дефицит воде се може превазићи вештачким снабдевањем водом путем наводњавања. Понекад је тешко обезбедити тачно потребну количину воде, па се јавља неколико проблема, као што је засићеност земљишта водом, ситуација када вишак штети усеву. За превазилажење овог проблема користе се дренажни системи, ако природна дренажа није присутна [1]. Одржавање оптималне количине воде у земљишту значи балансирање између наводњавања и дренаже.

Примена наводњавања у оптималном тренутку у вези са потребама биљака, један је од главних жеља сваке праксе наводњавања. Тренутак се успоставља као функција многих фактора, почев од врсте система за наводњавање. У случају локалних система за наводњавање где је дистрибуција воде дисконтинуирана и на захтев, оптимални тренутак одређује пољопривредник одговоран за наводњавање усева на основу посматрања и мерења извршених на пољу усева. За веома велике системе за наводњавање, тренутак се утврђује од стране техничког саветодавног центра за наводњавање који координира одговарајући систем.

Одређивање времена прве примене наводњавања у сезони током вегетације усева или почетка кампање наводњавања врши се у јакој корелацији са садржајем воде у земљишту и не зависи од врсте система за наводњавање. За одређивање оптималног момента за наводњавање постоје апроксимативне методе (емпиријске) као и прецизније (користећи научне податке).

Емпиријске методе које се користе за утврђивање времена примене наводњавања

Емпиријско одређивање идеалног тренутка за почетак наводњавања одређене културе заснива се или на фазама вегетације усева или на анализи неких морфолошких показатеља биљака.

Први метод, заснован на фенолошким фазама, сматра да је за сваку биљку потреба за водом већа у неким вегетационим фазама, које се називају критичне фазе [2]. На пример:

• За пшеницу, критичне фазе за потребе воде су цветна иницијација (двоструки гребен), завршни клас, продужетак стабљике, заглављивање и сазревање;

• За кукуруз: 6 – 8 листова, развој зрна, пуњење зрна;

• За шећерну репу: развој листова, задебљање корена, накупљање шећера.

Уочено је да стање усева директно зависи од влаге у земљишту током критичних фаза развоја, па се израда плана наводњавања који даје воду усеву кратко време пре него што таква фаза почне изгледа рационална одлука, све док цео усев може се наводњавати за 2 до 3 дана.

Упркос томе што је емпиријска, заснована само на посматрањима без мерења, ова техника има предност у добијању производње која је упоредива са оном на пољима где је распоред наводњавања стриктно одређен кроз ригорозне критеријуме. Недостаци се односе на повећану употребу воде, радне снаге и опреме.

Успостављање распореда наводњавања на основу посматрања општих аспеката биљака услед недостатка воде (губитак тургесценције , промена боје лишћа, опадање цветова и сл.) није ефикасно јер када се ове промене уоче, биљке се примећују када се уоче. већ трпе, што утиче на принос и квалитет усева.

Научне методе за утврђивање распореда наводњавања

Научни начин утврђивања распореда наводњавања заснива се на информацијама добијеним мерењем влажности земљишта и капацитета задржавања воде, неким физиолошким индексима усева или просечном дневном потребом за водом [1,2 ] .

Успостављање распореда наводњавања према влажности земљишта је рационалан метод ако се садржај воде може прецизно, брзо и уз ниске трошкове измерити. Садржај воде у земљишту се може одредити различитим методама као што су термичке, електромеханичке, неутронске , итд. Да би се то постигло, успостављају се неке контролне области које су једнаке површини усева или са површином коју заузима усев који се наводњава.

Проучавање техничких и функционалних параметара тензиометара тла

За одређивање водне влажности земљишта могу се користити две врсте метода :
1. волуметријска мерења која представљају мерење процента воде неке запремине земљишта;

2. тензиометријска мерења која мере напетост воде у земљишту, односно физичку силу потребну за задржавање воде у земљишту, мерену у центибарима ( cbар ) или килопаскалима ( kPa ) напона воде у земљишту.

На пољима која се наводњавају, усис се може истаћи тензиометром . Тензиометар (Слика 1) се састоји од порозне посуде напуњене водом, у хидрауличној вези са вакумметром који региструје депресију створену унутар инструмента за балансирање усисавања тла, када се порозна посуда убаци у тло . Тензиометри добро функционишу, обезбеђујући прецизно одређивање усисавања тла, у опсегу влажности који је лако доступан биљкама.

Сензор воденог жига (слика 2), познат и као грануларни матрични сензор, детектује количину воде која се апсорбује кроз комбинацију пажљиво одабраних материјала. Ова мешавина је пуфер за сензор против различитих фактора околине, као што је салинитет, и има дуг животни век. Мерења са сензора воденог жига су калибрирана да одговарају нивоима које би тензиометар измерио. Не треба им одржавање, процењени им је животни век дужи од 5 година и, у поређењу са тензиометрима , могу се стално одржавати на терену. Сензори воденог жига су погодни за снимање података или IoT уређаја и захтевају минималну количину радне снаге за читање.

Табела 1. Опште карактеристике сваког сензора.

Очитавања на слици 3 се користе као основне смернице за опрему ирометра или сензоре воденог жига на следећи начин:

• У опсегу од 0 до 30, центибара , земљиште је одговарајуће влажно (са изузетком крупног песка који се исушује).

• Типичан распон за наводњавање на већини земљишта је 30-60 центибара .

• Типичан опсег за наводњавање у тешкој глини је 60-100 центибара .

• 100-200 центибара притиска значи да је тло опасно суво

Поред широких препорука, улагање напора да се прочитају и разумеју подаци резултирају прецизнијим праговима за наводњавање и реалнијом сликом онога што се дешава у кореновом систему одређене културе која се наводњава. Да бисте исправно интерпретирали податке, кључно је разумети неколико основних идеја:

• Запремина воде која остаје у земљишту након што је додатна вода исушена и брзина кретања наниже се успорила назива се капацитетом воде на терену .

• Количина воде у земљишту коју биљка мора да има да би избегла увенуће позната је као коефицијент увенућа . Његова стандардна нормална вредност је 1500 центибара / kPa .

• Опсег између капацитета поља и тачке увенућа се обично користи за одређивање корисног (доступног) капацитета воде, што је количина воде која се може ускладиштити у профилу тла и која је доступна усевима у узгоју.

• Количина воде која се може смањити пре наводњавања и која је неопходна да би се смањио стрес усева позната је као дозвољено исцрпљивање .

Избор прагова управљања

Прагови су стандарди који одређују горње и доње границе за контролу дозвољеног исцрпљивања. Овај опсег зависи од врсте земљишта, усева, начина на који се биљке развијају и културних пракси које се користе за управљање пољима, али разумна полазна тачка је да се регулише исцрпљивање расположиве воде између 10% и 40% влажне и суве.

Сваки тип земљишта има променљив опсег напрезања због свог различитог капацитета да задржи воду, стога количина воде која је доступна варира за сваки тип земљишта. Другим речима, 84 центибара напетости воде у земљишту представљало би 50% исцрпљивања у чистој глини и 40 центибара у песковитој глини. Ове интеракције су графички представљене на графикону приказаном на слици 4, који такође служи као водич за избор правих граничних вредности.

На основу овог графикона, калкулатору који је креирао Универзитет Кембриџ може се приступити на мрежи где се може изабрати тип земљишта, унети прихватљив ниво отицања, а затим унети очитавања сензора да би се утврдило да ли се препоручује наводњавање. Слични калкулатори који пружају информације о тлу у различитим регионима доступни су као апликације.

Графикон на слици 4 илуструје везу између напетости воде у земљишту и дозвољеног исцрпљивања. Треба изабрати тип тла који најприближније одражава поље са графикона за употребу. Крива типа земљишта и лева оса са ознаком "напетост воде у тлу" су повезане вертикално на 10% доступног исцрпљивања воде (приказано плаво/зеленом границом) да би се добила референтна вредност УД. Овим ће бити одређена доња (влажнија) линија прага. Ова вредност би била 23 у овом примеру глиненог тла (приказано плавом стрелицом).

Затим се прави вертикална линија од криве за тип земљишта до 50% доступног исцрпљивања воде (приказано зелено/смеђом границом), а затим хоризонтална преко леве осе која означава напетост воде у тлу да стигне до ДРИ референтна вредност. Виша (сува) линија прага ће бити резултат овога. Ова вредност би била 84 у овом примеру глиненог тла (као што је приказано смеђом стрелицом). Праг од 50% је општи предлог, треба га нагласити. Прагови нормалног исцрпљивања се крећу од 30% до 50%, са техникама наводњавања које користе мање воде по наводњавању (као што су централне осовине) фаворизују распон од 30% до 40%. За најбоље препоруке потребна је агрономска стручност и знање.

Типови тензиометара

Индустријски стандард за прецизно праћење влаге у земљишту је ирометар тензиометар (Слика 1), који пољопривредницима нуди јефтин и поуздан начин мерења влаге у земљишту за планирање наводњавања. На Ирометар не утиче салинитет и не захтева калибрацију на лицу места јер нуди право мерење потенцијала воде у земљишту. У зависности од дубине корења одређеног усева, Ирометер се може наћи у различитим верзијама са типичним дужинама од 6", 12", 18", 24", 36" или 48". На захтев, доступне су и друге дужине.

Преферирани алат за употребу на средњим и тешким земљиштима је "СР" Ирометар . Уређај има резервоар, комору за мерење без ваздуха и променљиви врх са навојем. Да би се помогао произвођачима да повећају ефикасност наводњавања, СР Иррометар је развијен и произведен први 1951. године. Без обзира на врсту земљишта, овај инструмент даје кориснику прецизне информације о стању влажности земљишта. Инструмент користи центибаре (cb) или килопаскале ( kPa ) за мерење напетости воде у земљишту. Наведена вредност одражава снагу коју коренски систем биљке троши да црпи воду из земље. Разумевање активности влаге у земљишту омогућава кориснику да интелигентно планира системе за наводњавање, побољшавајући учинак и квалитет уз уштеду новца на води, ђубриву, раду и енергији.

Метод рада: Ирометар функционише слично као тензиометар , који мери напетост воде у земљишту. Како биљка узима воду која јој је потребна, биљка примењује на тло напетост. За мерење ове силе користе се центибари (cb) или килопаскали (kPa) напетости, при чему висока вредност означава суви крај скале, а ниско очитавање означава влажни крај.

Запечаћена цев која је напуњена течношћу и има порозни керамички врх и вакуум мерач чине ирометар тензиометар . Врхови се убацују у земљу на назначеној дубини коренске зоне током уградње. Течност се извлачи из алата када се земља осуши (напетост се повећава). Као резултат, запремина течности се смањује и ствара се делимични вакуум, који се бележи на мерачу. Мера мерача расте како земља постаје сува. Овај процес се преокреће наводњавањем или падавинама. Очитавања нижег мерача су резултат ослобађања напетости у тло и инструмент док вода тече назад у тло (и у ирометар ). Гаџет заправо показује колико напорно раде корени. Под типичним радним условима за различите типове тла, јединствени принцип рада Иррометра значи да нису потребне калибрације. Без обзира да ли се усев сеје у песковито или глиновито земљиште, корење уклања исту количину влаге, према очитавању од 50 cb (kPa).

Примене укључују ручну процену и праћење стања влаге у земљишту за већину типова земљишта коришћењем Модел СР Ирометра . Уређаји за мерење и праћење са опционим електронским излазом и могућношћу евидентирања података могу бити аутоматизовани. Електронске мерне алтернативе или уређаји за аутоматско пребацивање који могу да укључе помоћну опрему на одговарајућим нивоима напона воде у тлу могу се користити уместо конвенционалног вакуум мерача модела. За једноставно одржавање на терену, модел СР користи заменљиви врх. Намењен је за широку употребу на пољима, дрвећу и усевским редовима.

LT (нисконапонски) ирометар је направљен за услове у којима се ретко очекују напетости веће од 30 cb ( kPa ). Најбоље функционише за веома груба тла, медије за контејнере без земље или када је важно пратити нагле промене у статусу воде у земљишту. Инструмент има резервоар, комору за мерење без ваздуха, као и Куицк-Фло заменски врх са навојем.

LT модел је креиран да функционише на медијумима за раст без земље и грубим песковитим земљиштима. Овај инструмент, који има опсег од 0–40 центибара (cb) или килопаскала (kPa), дизајниран је за употребу у условима где се ретко очекују силе веће од 30 cb (kPa). Када је потребна финија прецизност близу засићења, помаци мерења од 1 cb (kPa) су корисни. Овај модел инструмента је такође идеалан за ситуације где захтеви за влагом у земљишту морају бити задовољени упркос брзим променама тих услова. За једноставну идентификацију, "Quick-Flo" керамички врх је обојен плавом бојом.

Примене обухватају ручну процену и праћење стања влажности земљишта у условима усева и грубим песковитим земљиштима помоћу ирометара модела LT . Мерење и праћење су аутоматски када се користе опциони електронски излаз и уређаји за евидентирање података. Нисконапонски вакуум мерач овог модела може се заменити за алтернативу електронског дозирања или механизме аутоматског укључивања који могу укључити помоћну опрему када је напетост воде у земљишту на одређеном нивоу. За медије у контејнерима као што су тресет, кора, песак, перлит и вермикулит, LT модел је најбоља опција. Када се влага регулише близу пољског водног капацитета, може се користити и на било ком земљишту [1].

"MLT" (минијатурни нисконапонски) ирометар је направљен за употребе које су упоредиве са претходно поменутом "LT" варијантом. Алат најбоље функционише када се користи са медијима за посуде без земље и веома пескава тла. То је најбоља опција за примену у стакленицима због своје мале величине и измењивог "Quick-Flo" врха.

Технички детаљи: Да би помогао у доношењу одлука о распореду наводњавања, Ирометар модел MLT индикатор влажности земљишта комбинује индикаторе влаге у земљишту. Према концепту тензиометра , индикатор влажности земљишта мора да приказује напетост воде у земљишту у јединицама центибара (cb) или килопаскала (kPa), у зависности од примене. Мора имати керамички сензорски врх, индикатор од нерђајућег челика и чврсту пластичну цев која је отпорна на хемијске нападе из земље. Мора бити направљен са највећом могућом тачношћу за апликације са ниским напоном. Све везе између керамике и пластике морају бити безбедне.

Референце

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.