Procesul decizional privind gestionarea irigațiilor reprezintă o componentă esențială a bunelor practici de gestionare a oricărei culturi și joacă adesea un rol vital în optimizarea productivității și a rentabilității. Programarea inadecvată a irigării duce la risipirea sau subutilizarea resurselor de apă prin irigare insuficientă sau excesivă, iar practicile de irigare mai precise implică aplicarea cantității adecvate de apă la momentul potrivit.
Producătorii și specialiștii în irigații dispun în prezent de numeroase surse de informații, inclusiv înregistrări istorice privind apa, rețele de stații meteorologice regionale sau proprii, care ne permit să luăm decizii adaptate culturii noastre, precum și estimări ale cerințelor meteorologice și de apă prin telemetrie.
În acest articol vom analiza avantajele și dezavantajele celui mai des utilizat sistem de programare a irigațiilor de către agricultori, care se bazează în principal pe evapotranspirația de referință (ET0). De asemenea, vom face o comparație cu sisteme mai moderne și mai precise, care utilizează senzori de umiditate a solului cu telemetrie.
Gestionarea irigațiilor se realizează adesea pe baza unui bilanț hidric al solului (Figura 1). Procesul prin care apa este transferată în atmosferă din frunze și de la suprafața solului se numește evapotranspirație (ET), care reprezintă combinația dintre evaporarea din sol și transpirația plantei. Plantele absorb apă în procesul de transpirație. Apa este transferată în atmosferă de la suprafața frunzelor; cu cât suprafața frunzelor este mai mare, cu atât rata de absorbție și de transfer al apei în atmosferă este mai mare.
Metoda de referință pentru evapotranspirație (ET0)
Evapotranspirația de referință (ET0) este definită ca evapotranspirația ierbii comune (graminoase) sau, în unele cazuri, a lucernei (ETr). Aceste date privind ETo sunt furnizate, de obicei, de stațiile meteorologice regionale. Majoritatea acestor stații calculează ETo utilizând metoda FAO Penman-Monteith (Allen, 1998). Această metodă se bazează pe datele climatice privind temperatura, umiditatea relativă, presiunea și radiația solară, pentru a calcula o serie de indicatori foarte complecși care furnizează o valoare determinată a evapotranspirației de referință ETo. În unele stații regionale, ETo este estimată și cu ajutorul unei tăvi de evaporare standard sau prin utilizarea lisimetrelor care măsoară viteza de evaporare a apei.
Odată ce se obține ETo, se poate calcula evapotranspirația culturii (ETc). ETc este, în majoritatea cazurilor, mai mică decât ET0 deoarece planta nu acoperă întreaga suprafață a solului. Prin urmare, ETc pentru o anumită cultură crește, în general, pe măsură ce aceasta se dezvoltă. ETc se calculează prin înmulțirea ET0 cu un coeficient specific culturii (Kc) (ecuația 1), care corespunde fazei fenologice sau stadiului de creștere al culturii, ținând cont de suprafața ocupată de frunze și de necesarul de apă al acesteia în faza specifică de creștere. Pentru a calcula ETc și a determina necesarul de irigare, se utilizează următoarea ecuație:
ETc = ET0 x Kc (1)
Odată obținut ET0, coeficientul culturii dorite este utilizat pentru a determina cantitatea necesară de apă pentru irigații. Tabelul următor prezintă câțiva dintre coeficienții culturilor (Kc) împreună cu etapele respective de creștere pentru cele mai comune culturi din La Rioja, Spania. (Aceste valori sunt medii; pentru o precizie mai mare, consultați studiile referitoare la soiurile specifice de culturi).
(A)
(B)
Tabelul 1. Coeficienții culturilor (Kc) pentru cele mai comune culturi din La Rioja, Spania (A). Evoluția coeficienților culturilor pe parcursul etapei lor fenologice.
Una dintre cele mai frecvente probleme din rândul agricultorilor este faptul că, în multe cazuri, aceștia utilizează direct datele privind ETo pentru a reface umiditatea solului pierdută prin evapotranspirația plantei, fără a ține cont de coeficientul culturii sau de stadiul de creștere al acesteia, fie din motive de simplitate, fie din cauza necunoașterii modului de integrare a coeficienților specifici fiecărei culturi. Acest lucru duce la cantități de apă de irigare care depășesc de obicei necesarul culturii.
Metoda ETc, deși este larg răspândită, prezintă următoarele dezavantaje pentru programarea irigării:
- Mulți agricultori folosesc ETo direct, fără a include coeficientul de cultură.
- Utilizarea ETc nu reprezintă o irigare bazată pe starea reală a umidității solului și a apei disponibile pentru irigare, cio estimare bazată pe condițiile climatice și caracteristicile prestabilite ale unei culturi, care presupune că aceasta beneficiază de toate condițiile favorabile.
- Stațiile regionale unde se colectează numeroase date meteorologice agricole, inclusiv ETo, reprezintă o sursă valoroasă de informații, dar chiar și stațiile cu cea mai mare densitate lasă neacoperite suprafețe întinse de teren, ceea ce limitează utilizarea datelor în cazul în care fermele se află la distanță de o stație regională.
- În plus, condițiile locale de la nivelul exploatațiilor agricole pot diferi semnificativ de cele de la locul de monitorizare, ceea ce îi determină pe unii agricultori să-și instaleze propriile stații meteorologice în cadrul exploatațiilor.
- O altă provocare o reprezintă necesitatea unei suprafețe omogene și bine irigate, cu condiții favorabile, care să asigure condiții de suprafață reprezentative pentru ET0 de referință
- Kc-ul real al culturii variază în funcție de vegetație, motiv pentru care va fluctua treptat; acest lucru face ca valorile de referință să ofere o aproximare mai bună, dar rareori vor coincide cu valoarea reală.
- Prin urmare, utilizarea metodei ETo reprezintă o estimare și nu o măsurătoare precisă a cererii de apă a unei culturi.
Figura 1. Conținutul de apă utilă din sol pentru diferite tipuri de soluri.
Senzori de umiditate a solului
Următoarea metodă constă în stabilirea unui echilibru între conținutul de umiditate al solului și cantitatea de apă pierdută din sol prin transpirația frunzelor plantelor și prin evaporarea de la suprafața solului.
Această metodă necesită senzori de umiditate a solului pentru a măsura direct cantitatea de apă consumată de cultură. De asemenea, este necesar să se cunoască tipul de sol și capacitatea acestuia de reținere a apei, întrucât solul este mediul în care se stochează apa. Cantitatea de apă pe care o poate conține fiecare tip de sol variază, deoarece fiecare sol are o distribuție diferită a dimensiunilor particulelor și dimensiuni diferite ale porilor, care sunt de obicei umpluți cu aer sau apă. De exemplu, solurile nisipoase conțin de obicei mai puțină apă decât solurile argiloase, datorită capacității lor reduse de retenție (vezi Figura 1).
În funcție de textură, o anumită cantitate de apă este reținută puternic în porii mici și nu poate fi absorbită de plantă. Prin urmare, „apa utilă” trebuie luată în considerare pentru fiecare tip de sol (Figura 1).
Conținutul de apă al solului se măsoară, de obicei, în mod convențional pe bază gravimetrică (g/kg) sau volumetrică (m3/m3). Senzorii de umiditate a solului măsoară apa disponibilă pentru plantă în funcție de conținutul volumetric de apă al solului, al cărui comportament poate fi observat în Figura 1. Se poate observa, de asemenea, diferența semnificativă dintre un sol nisipos și unul argilos. Solurile nisipoase au o capacitate redusă de a stoca apă utilă, în timp ce un sol argilo-limos are o capacitate mult mai mare. La extremitatea superioară a intervalului de apă utilă din grafic se află ceea ce numim „capacitatea de câmp (CC)” a solului, definită de obicei ca conținutul de umiditate la două sau trei zile după încheierea unui episod de ploaie sau de irigare, când excesul de apă a fost drenat. La extremitatea inferioară, punctul de ofilire permanentă (PMP) al unui sol reprezintă valoarea pragului inferior de umiditate de la care o plantă nu mai poate absorbi umiditatea din sol, care se află în cantități reduse și este puternic reținută în sol. Aceste date sunt utilizate pentru a determina apa utilă din sol și sunt exprimate ca fracțiune din volumul solului.
Cantitatea totală de apă disponibilă pentru absorbția plantei este „apa utilă” (AU), care reprezintă diferența dintre CC și PMP (Figura 1):
AU=CC-PMP
și este adesea exprimată ca procent din volum (volumul de apă m³/ volumul probei de sol m³). De exemplu, o valoare de 0,2 m3/m3 înseamnă că, atunci când solul este saturat, cantitatea de apă utilă este egală cu 20% din volumul solului. „Capacitatea de reținere a apei disponibile” (CRAD) se determină prin înmulțirea AU cu adâncimea zonei radiculare în care are loc extragerea apei, care de multe ori este primul strat superficial al solului, adică:
CRAD=AU*(adâncimea rădăcinilor)
Scăderea conținutului de apă până la PMP afectează negativ sănătatea și randamentul plantei. Prin urmare, în scopul irigării, o „reducere maximă admisibilă (RMP)” sau fracțiune din CRAD reprezintă „apa disponibilă (AD)” pentru plantă; AD este intervalul operațional ideal al conținutului de apă din sol pentru planificarea irigării. Valoarea AD se estimează de obicei împărțind AU la jumătate, adică:
AD = AU * 0,5
În Tabelul 2 sunt prezentate câteva valori care pot fi utilizate pentru estimarea AU-ului unui anumit tip de sol. Aceste valori reprezintă media intervalului pentru fiecare tip de sol. Dacă tipul de sol nu a fost analizat într-un laborator, textura solului ar putea fi estimată prin tehnica de evaluare a texturii solului la atingere (Mery, 1980).
Tabelul 2. Procentele de umiditate în funcție de textura solului (adaptat după Saxton și Rawls, 2006).
| Textură | Capacitatea de câmp (CC) | Punctul de ofilire permanentă (PPM) | Apă utilă (AU) |
| (%VWC) | (%VWC) | (%VWC) | |
|
Arena |
10 |
5 |
5 |
|
Nisipos-argilos |
12 |
5 |
7 |
|
Franco-nisipos |
18 |
8 |
10 |
|
Franco-argilos-nisipos |
27 |
17 |
10 |
|
Franco |
28 |
14 |
14 |
|
Argilo-nisipos |
36 |
25 |
11 |
|
Franco-Limoso |
31 |
11 |
20 |
|
Limo |
30 |
6 |
24 |
|
Franco-argilos |
36 |
22 |
14 |
|
Franco-argilos-limos |
38 |
22 |
16 |
|
Argilo-limos |
41 |
27 |
14 |
|
Argilă |
42 |
30 |
12 |
Din punct de vedere teoretic, programarea irigării constă în inițierea irigării la un conținut scăzut de apă în sol, corespunzător RMP-ului dat, și în irigarea până când apa eliminată a fost înlocuită, fără a depăși CC; în caz contrar, ar avea loc o pierdere de apă prin scurgere de suprafață sau prin drenaj profund. Această procedură poate fi realizată în mod automatizat cu ajutorul senzorilor de umiditate a solului, utilizând telemetria în timp real. În plus, odată ce senzorii de umiditate a solului au fost calibrați pentru solurile în care vor fi instalați, precizia poate ajunge la o eroare de doar 2%, ceea ce duce la indicatori foarte exacți ai umidității solului și ai irigației.
CONCLUZII
În general, programarea irigării este stabilită, în majoritatea cazurilor, de către producătorul agricol sau prin utilizarea unui calendar prestabilit de programe de irigare bazat pe necesarul de apă, pe baza datelor istorice sau a celor publicate în FAO 56 (Allen, 1998), menționate anterior. Pentru a stabili un program adecvat de irigare, se iau în considerare mai mulți factori, precum: capacitatea de evapotranspirație a culturii, caracteristicile tipului de sol și distribuția sau adâncimea rădăcinilor.
Având la dispoziție date în timp real privind umiditatea solului, printr-o rețea de senzori cu telemetrie la fiecare stație, agricultorii se îndepărtează de lumea estimării evapotranspirației și se îndreaptă către o lume a măsurării precise a umidității solului. Fiind capabili să determine rapid nivelul real al umidității solului și capacitatea de reținere a apei pentru fiecare stație și să stabilească apoi obiective precise de umiditate pentru a realiza o programare mai eficientă a irigațiilor, ca răspuns la aceste date precise, agricultorii trec astfel de la complexitate la simplitate.
Tabelul 3. Sinteză comparativă a utilizării metodologiei de evapotranspirație ETc și a metodologiei bazate pe senzori de umiditate a solului.
|
Tipul metodei de calcul al irigării |
||
|
Evapotranspirație (ETc) |
Senzor de umiditate a solului |
|
| Zona de acoperire |
Pe zone |
După tipul de sol sau zone |
| Tipuri de soluri |
Generic |
Specific |
| Întreținere |
Mediu |
Scăzut |
| Precizia irigării |
Scăzută |
Ridicat |
| Cost / Investiție |
Scăzut |
Mediu |
| Pentru o cultură specifică |
Da |
Da |
| Irigarea excesivă |
Da |
Nu |
| Economisirea apei / energiei |
Mediu |
Ridicat |
Stațiile meteorologice de irigare care utilizează senzori de umiditate a solului contribuie la îmbunătățirea irigării, oferind informații detaliate despre necesarul real de apă al culturilor. Aceasta este ceea ce Encore Lab numește irigație inteligentă. Din acest motiv, monitorizarea stării apei din plante și a solului poate fi utilizată în mod complementar pentru programarea irigării.
Noile progrese în cartografierea cererii de apă pentru culturi vor depinde de noile tehnologii și metode de măsurare. Pentru ca aceste măsurători să fie utile pentru producători, ele trebuie să fie accesibile din punct de vedere financiar, ușor de utilizat și compatibile cu sistemele de irigare și practicile agricole existente. Datele în timp real privind umiditatea solului, specifice fiecărei locații, oferă informații precise care susțin programarea irigațiilor, facilitând luarea unor decizii optime de alocare a apei, reducând riscurile de pierdere a recoltelor și îmbunătățind eficiența generală a irigațiilor.
Referințe:
- Allen, R.G., Pereira, L.S., Raes, D. și Smith, M. 1998. Evapotranspirația culturilor – Linii directoare pentru calcularea necesarului de apă al culturilor – Documentul FAO nr. 56 privind irigațiile și drenajul. Organizația Națiunilor Unite pentru Alimentație și Agricultură, Roma, Italia: FAO.
- Saxton, K.E. și Rawls, W.J. (2006). Estimări ale caracteristicilor apei din sol în funcție de textură și materie organică pentru soluții hidrologice. Soil Science Society of America Journal. 70: 1569-1578.
- Mery, R. (1980) Determinarea manuală a texturii solurilor prin tehnica „tactilă”.