Складові ефективного управління зрошенням. Датчики вологості

Волога має найважливіше й вирішальне значення в житті рослин і забезпечення нею відповідно до їхніх потреб можливе лише за умови правильно організованого режиму зрошення, формування якого вимагає оперативної інформації щодо стану вологи та її доступності рослинам у кореневому шарі ґрунту в будь-який час вегетаційного періоду.

Навіть короткочасна перерва у водопостачанні рослин, особливо в критичні періоди розвитку, негативно позначається на їхньому стані та призводить до суттєвого зниження продуктивності.

Тобто, зрошення — це запорука отримання стабільних і високих урожаїв у посушливих кліматичних умовах. Але без належного технічного оснащення, що є основним інструментом, який забезпечує виконання та функціонування систем в цілому, досягти високої ефективності не так просто.

Позаяк завдяки зрошенню збільшується продуктивність земельної ділянки, це позитивно відображається й на збільшенні прибутку. Саму ж ефективність системи зрошення доволі легко визначити — для цього слід порівняти додаткові витрати, необхідні для впровадження системи зрошення, із прибавкою врожаю в кінці року. Але чи достатньо робити оцінку ефективності зрошувальної техніки один раз на рік, після того, як урожай було зібрано і реалізовано? Адже під час вегетації сільськогосподарських культур є низка критичних етапів, коли через неправильну організацію праці, у тому числі й роботу системи зрошування, можна втратити 20, 30, 50, а то й 100 % урожаю. Тому питання, які виникають у процесі вирощування, слід вирішувати не наприкінці сезону, а миттєво.

Для того, щоб відповісти на вище поставлене питання, треба звернути увагу на три важливі моменти у вирощуванні с.-г. культур. Насамперед, це погодні умови, сума активних температур за вегетаційний період та його тривалість. По-друге, ґрунти, а точніше забезпеченість їх поживними речовинами, і фізичний стан. По-третє, посівний матеріал та агротехнології.

Людина практично не має ніякої можливості впливати на погодні умови, але заздалегідь підготуватися до її «сюрпризів» може. Тому збір інформації про погоду, аналіз її перебігу за роками має бути одним із головних інструментів у роботі аграріїв. Наразі є багато ресурсів, які дають вичерпний аналіз про погодні умови у будь-якому регіоні України та навіть світу. І чим ближче джерело фіксації метеоданих, тим ефективніше ці дані можна використовувати та на їхній основі будувати короткочасні прогнози. Але найціннішим ресурсом є власний досвід або досвід колег, які працюють у схожих за кліматичними умовами регіонах.

Агрохімічний паспорт ґрунтів, створений за даними агрохімічного дослідження ділянки, дасть змогу найефективніше впроваджувати оптимальні агротехнології. Аналогічно погоді, людина також не може впливати на склад ґрунтів, але за допомогою різноманітних агроприйомів, впровадженню сучасних технологій може покращувати фізичні та хімічні властивості ґрунтів. Тобто за роботи з ґрунтами є більша варіативність дій, ніж із погодними умовами.

Тут можна зробити висновок, що саме погодні умови, є основним критерієм необхідності зрошення. Але слід мати на увазі, що для кожного окремого регіону України необхідність та цілі впровадження зрошення будуть різними Для господарств південних регіонів — це критично важливий елемент, від якого залежить отримання врожаю; для господарств центральних регіонах — це більше гарантія від впливу мінливих погодних умов та можливість додаткового виробництва агропродукції; впровадження зрошування у господарствах північних регіонів у більшості випадків пов’язані зі специфікою виробництва, наприклад, вирощування овочів або насінництво.

Також варто зауважити, що в останні десятиліття аграріїв постійно інформують про глобальне потепління та можливе зміщення кліматичних зон — збільшення середньорічної температури повітря та збільшення зон із посушливим кліматом у центральних і північних регіонах країни.

Необхідність зрошення беззаперечна, але наявність зрошувальної техніки — ще не гарантія отримання високих врожаїв. Максимальну ефективність від систем зрошування можна отримати лише за правильної організації їхньої роботи, а саме визначення режимів зрошування та строків поливу. І чим точніше ми знатимемо потребу рослин у воді у конкретний проміжок часу, тим краще ми можемо розкрити потенціал рослини, і, відповідно, отримати вищий результат.

Загалом, системи зрошування можуть функціонувати за трьома варіантами:

перший — недолив, тобто недостатня кількість води або пізня її подача, коли вже рослина фізично сигналізує про недостатність зволоження. Важливо, що коли рослина змінює зовнішній вигляд через недостатнє зволоження, то по факту в стресі вона перебуває вже декілька днів, що прямо пропорційно зменшує кінцеву врожайність;

другий — перелив, тобто води надавалося більше, ніж потрібно рослині, і тому надлишкова вода стікала або фільтрувалася нижче кореневмісного шару ґрунту, що в кінцевому рахунку відіб’ється на собівартості продукції (з причини додаткового використання поливної води та енергії на її доставку) та ефективності застосування зрошення;

третій варіант — оптимальне зволоження, коли потреби рослини задовольняються своєчасним наданням необхідної кількості води, що, своєю чергою, має найвищу ефективність та скорочує витрати на воду, енергію і на вимивання поживних речовин в нижчі горизонти ґрунту.

Найвищу ефективність має зрошення, коли надано точну кількість води, яку потребує рослина в конкретний момент вирощування. Взагалі зрошення — це доволі простий, але у той же час і складний інструмент. Адже полив здійснюється із певною періодичністю протягом всього вегетаційного періоду. Відповідно, ефективним має бути кожен цикл зрошення. Тобто, якщо агроном «прохлопав» полив в один із найвідповідальніших етапів вирощування сільськогосподарської культури (наприклад, для сої найінтенсивніше водоспоживання відбувається в фазу цвітіння і формування бобів, коли вона споживає 60–70 % сумарної кількості води за увесь період вегетації), то надмірний полив на інших етапах вегетації вже ніяк не сприятиме формуванню високої врожайності.

Важливо постійно, від сівби до збирання врожаю, контролювати такі показники, як випаровування вологи з ґрунту та рослини (евапотранспірація) і вологість кореневмісного шару ґрунту для того, аби мати можливість вчасно й правильно корегувати водні потреби рослин.

Звісно, на випаровування вологи з ґрунту, як і на погодні умови, людина практично не має впливу. Але постійний контроль за цим процесом і фіксація фактичної кількості випарованої ґрунтом води (в основному, за допомогою метеостанції, встановленої безпосередньо на полі або найближчої стаціонарної) дає змогу визначати витратну частину вологості ґрунту.

Наступний параметр — вологість кореневмісного шару ґрунту. Вона може змінюватися від максимальної до мінімальної легкодоступної рослинам (оскільки в ґрунті завжди є певна кількість вологи, але вона може бути недоступною рослинам для використання). Розмір кореневмісного шару ґрунту залежить від фази розвитку рослини (тобто, за сівби він дорівнює глибині закладання насіння, а на подальших фазах — глибині розміщення основної маси коренів рослини). Саме вологість кореневмісного шару ґрунту визначає фактичну кількість надходження води в ґрунт (тут слід враховувати й опади, які випали).

Контроль за доступною для рослини вологою в ґрунті ведеться шляхом порівняння величин надходжень і витрат. І саме різниця між витратною частиною та надходженням і повинна бути компенсована зрошенням. Відповідно, поливна норма залежить від величини цієї різниці та стану ґрунту на кожному окремому етапі розвитку рослини. Лише в такому випадку зрошення буде мати 100 % ефективність.

Основні показники ефективності зрошення повинні бути чітко визначені та виміряні. Як же їх виміряти?

Використання та застосування сучасних наукомістких технологій дає змогу точно визначити поливні норми, виходячи виключно з аналізу ґрунтових умов та потреб рослин у волозі у конкретний час вегетаційного періоду. Це стало можливим завдяки появі на ринку датчиків вологості ґрунту. Наразі ринок пропонує широкий асортимент цих датчиків (ручні, автоматичні, пересувні або із можливість стаціонарного встановлення, однією точкою заміру, багатошарові тощо). Наводимо опис деяких із них.

Одним із найпростіших датчиків є тензіометр, принцип дії якого базується на вимірюванні капілярного потенціалу ґрунтової вологи – тензометричного тиску.

Він може бути обладнаним як механічним вакуумметром, з якого потрібно зчитувати показники безпосередньо в полі, так і електронним передавачем, що може надсилати інформацію до смартфону або ноутбуку. Цей датчик показує вологість ґрунту на глибині його встановлення. Недоліком є те, що його потрібно періодично заправляти дистильованою водою.

Датчики NetaCap, Sentec, CropSense від різних виробників показують вологість ґрунту у шарах 10, 20, 30, 40, 60, 80 см, а також температуру на вказаних глибинах та поверхні ґрунту. Ці датчики є одними з найбільш вдалих та інформативних. Не потребують складного обслуговування. Передають данні на будь-які сучасні девайси.

Датчики SM-150T, SM200-UM-1.1, Watermark та Echo Probe показують вологість тільки в одному шарі ґрунту на глибині установки. Для повного розуміння стану різних шарів ґрунту потрібно декілька датчиків.

Залежно від культури, типу ґрунту, способу поливу (крапельне, дощування) датчики мають різний принцип дії: визначення вологості ґрунту залежно від капілярного потенціалу ґрунтової вологи, ємкісних (діелектричних) характеристик ґрунту, його об’ємної вологості. Незалежно від виду датчиків, їхнім результатом роботи є отримання певного цифрового значення, яке характеризує стан ґрунту в місці відбору проби. Але потрібно вміти правильно інтерпретувати показники кожного з типів датчиків.

Для розуміння оптимальної забезпеченості рослин вологою, відповідні заміри слід здійснювати кожного дня. Лише так ми можемо отримати необхідно показники для розуміння фактичного стану ґрунту та мінімізації стресу рослин.

Таким чином, за допомогою датчиків вологості ґрунту можна визначити, коли потрібно починати полив. Проте ці системи мають і недоліки. Одним із них є  те, що на різних типах ґрунтів будуть різні показники передполивного порогу. Для отримання достовірної інформації датчики на конкретному полі потрібно щоразу калібрувати.

Другим недоліком є те, що ми все одно не можемо уникнути впливу людського фактору на режими зрошення, так як рішення про кількість точок відбору проб, початок поливу приймає людина (агроном, оператор тощо), яка користується цими приладами.

В. Сидоренко, зав. лабораторії Південно-Українська філія УкрНДІПВТ ім. Л. Погорілого

В. Нестеренко, продукт-менеджер АБА «Астра», Д. Жмак,  продукт-менеджер АБА «Астра»