Полив в теплицях за тензіометрами

Планування зрошення на основі сучасних сенсорів

Загальновідомо, що ефективне управління зрошенням агрокультур безпосередньо впливає на показники врожаю, а саме призводить до збільшення кількісного та якісного виробництва агропродукції, зменшує вплив на навколишнє середовище, сприяє сталому використанню ресурсів.
Недостатнє зрошення, як правило, стає причиною зниження врожайності та якості врожаю. Надмірне зрошення стає причиною підвищення вразливості агрокультур до захворювань, енергетичних витрат на забір поливної води, призводить до вимивання поживних речовин нижче кореневої зони, забруднює навколишнє середовище через стікання добрив.

У зрошуваному тепличному землеробстві в умовах закритого ґрунту для досягнення кращих показників врожаю та ефективного використання ресурсів (у першу чергу поливної води та добрив) і мінімізації забруднення планування зрошення на основі сенсорів є перспективною та все більш прийнятою стратегією. Адже візуальне оцінювання рослин, ґрунту, використання програм (таймерів) для автоматизації поливу у теплицях стає неефективним.

Для обґрунтованого прийняття рішення

Сьогодні для обґрунтованого прийняття рішення щодо поливу все більше використовують системи моніторингу стану ґрунтової вологи із датчиками вимірювань у реальному часі, які легко інтегруються в існуючі зрошувальні мережі (рис. нижче). Адже при обслуговуванні великої кількості теплиць і піковій потребі поливної води моніторинг повинен проводитися з періодичністю щонайменше кожні 10 хвилин.

Основний підхід до автоматизації зрошення простий: рівень вологості ґрунту постійно коливається відповідно до випаровування і споживання вологи рослинами, датчики виявляють цю зміну і автоматично активують процес зрошення, коли рівень досягає заданого значення, заздалегідь визначеного іригатором.

Система моніторингу вологості ґрунту і метеопараметрів із датчиками вимірювань у реальному часі

Система моніторингу вологості ґрунту і метеопараметрів із датчиками вимірювань у реальному часі


Тепличні ґрунти

Тепличні ґрунти або субстрати одержують, змішуючи органічні матеріали з великою вологомісткістю і високим ступенем аерації з мінеральними компонентами, які мають великий опір до розкладання. Органо-мінеральний ґрунт, як правило, виготовляють із суміші кокосової стружки, торфу або соснової кори, або інертних цеоліту, перліту, вермікуліту тощо з легким піщаним чи супіщаним ґрунтом і гнойовим компостом у різних пропорціях. Залежно від складу щільність будови ґрунту коливається від 0,2 до 1,2 г/куб. см.

Датчики для моніторингу

Датчики для моніторингу стану води у ґрунті класифікують на дві категорії датчиків, які вимірюють основні взаємозалежні характеристики:
1) датчики об'ємного вмісту води (soil volumetric water content sensors), вимірюють об'ємну її кількість (Moisture content);
2) датчики матричного капілярного потенціалу (soil matric potential sensors), вимірюють силу, з якою ґрунтова вода зв'язана з частинками ґрунту, тобто кількість енергії, яку рослині потрібно витратити для вилучення води з ґрунту або субстрату (Matric Potential).
Залежності між об'ємним вмістом води та матричним потенціалом описуються кривими утримання (вивільнення) води (рис. нижче).

Нерівноцінність вологи

Ці криві ілюструють нерівноцінність вологи при її однаковому вмісті. Так, вміст легко доступної води (тобто води, яка вивільняється між 1 і 10 -кПа) в кокосовій стружці більше порівняно з вмістом у сосновій корі.
У сосновій корі при вологості 25 % вологоутримувальні сили еквівалентні від'ємному тиску 1-10 -кПа, а у торфі – декілька десятків кілопаскалей. При однаковому же тиску (наприклад, -10 кПа) вологоутримання цих ґрунтів різниться на 10 відсотків (25 % у сосновій корі і 35 % у торфі).
Криві утримання (вивільнення) ґрунтової води різних складових субстратів: соснової кори (pine bark), кокосової стружки (coconut coir), торфу (peat)

Криві утримання (вивільнення) ґрунтової води різних складових субстратів: соснової кори (pine bark), кокосової стружки (coconut coir), торфу (peat)


Матричний капілярний потенціал

Матричний капілярний потенціал ґрунтової вологи ще називають тензіометричним або всмоктуючим тиском, розрідженням ґрунту, напруженістю ґрунту, силою усмоктування або вологоутримувальною силою та ін. Тензіометричний тиск в польових умовах вимірюється датчиками – тензіометрами.

В останні роки у ємнісні датчики вологості впроваджено багато технологічних нововведень, заснованих на принципах частотно-доменної рефлектометрії, вони стали більш надійними і недорогими. Незважаючи на це, наповнені водою тензіометри із вдосконаленими перетворювачами тиску, бездротовими системами реєстрації даних і покращеним програмним інтерфейсом, є найпоширенішими датчиками для вимірювання тензіометричного тиску (рис. нижче). Тензіометрам часто віддають перевагу завдяки низькій вартості, простоті використання, високій точності.

"Ґрунт - рослина - атмосфера"

Вони прямо вимірюють тензіометричний тиск, який дає інформацію про наявність ґрунтової води і в якій мірі вона доступна рослинам. Адже пересування води в рослині від поглинання кореневої системою до випаровування листям продиктовано енергетичним станом ґрунтової вологи. Його оцінювання дає уяву про величину сили, що утримує та рухає воду у ґрунті і у загальній системі "ґрунт - рослина - атмосфера".

З тензіометрами слід поводитись обережно

На тензіометри не впливає осмотичний потенціал, крім того, сучасні датчики розроблені з перетворювачами ґрунтового тиску із автоматичною температурною компенсацією для отримання електронних даних, що робить прилади придатним для автоматизації поливу і внесення добрив.
Разом з цим, з тензіометрами слід поводитись дуже обережно. Необхідно уникати утворення повітряних бульбашок у водній камері приладу. Прилади повинні бути захищені від морозу, прямих сонячних променів і потребують періодичного технічного обслуговування – доливання води у водну камеру 1-2 рази за місяць.
Інтервал тиску роботи тензіометра становить від 0 до -80 кПа, що відповідає від повної вологомісткості ґрунту до 60-65 % польової вологомісткості ґрунту. Експлуатація тензіометра при значеннях розрідження нижче -80 кПа може призвести до пошкодження вимірювача.
У тепличних умовах або при вирощуванні агрокультур у горщиках чи контейнерах тензіометри використовують попередньо забезпечивши добрий контакт мікропористого керамічного зонду з ґрунтом чи субстратом, використовуючи додатковий матеріал навколо датчика, наприклад суглинистий ґрунт.

Знання напруженості ґрунту дозволяє передбачити стресові явища у рослин

У водонасиченому ґрунті матричний капілярний потенціал ґрунтової вологи практично дорівнює нулю. Зі зменшенням вологості потенціал води падає, а від'ємне значення його зростає. За ступенем зниження потенціалу води у ґрунті її рухливість і доступність рослинам знижуються. Рослини можуть не проявляти зовнішніх ознак стресу, але, фактично, фотосинтез порушується, ріст і розвиток призупиняються і продуктивність рослин погіршується. Знання напруженості ґрунту в режимі реального часу дозволяє агровиробнику передбачити стресові явища у рослин та вжити заходів до того, як майбутнє виробництво стане під загрозою.

Ґрунти і субстрати теплиць, зазвичай, містять легкодоступну воду в матричному потенціалі від 0 до -10 кПа. Також досліджено, що матричний потенціал від -20 до -30 кПа необхідно вважати нижньою межею доступної води для рослин. Оскільки існує вузький діапазон доступної води у тепличних ґрунтах для планування і контролювання поливів, його можна "відчути" та виміряти тільки тензіометрами.

В Україні тензіометри виготовляє компанія "Акватек"

В Україні тензіометри різних модифікацій виготовляє компанія "Акватек". Два-три тензіометри об'єднують в одну тензіометричну станцію (тензіостанцію) – точку контролю вологості ґрунту. Тензіостанції можуть складатися з механічних або електронних тензіометричних датчиків.
Тензіостанція для вимірювання вологості ґрунту і передачі даних дистанційно онлайн складається з універсального автономного реєстратора-контролера та/або реєстраційних радіопередавачів І і електронних тензіометричних датчиків (тензіометрів) ІІ (рис. нижче).

Тензіометрична станція онлайн моніторингу вологості ґрунту


Кожен тензіометр складається ...

Кожен тензіометр складається з крану-засувки із захисною кришкою 1, жорсткого корпусу з оглядовою ділянкою 2, електронного перетворювача тиску (високоточного датчика тиску) 3, допоміжного вакуумметра 4, кабелю під'єднання до універсального реєстратора-контролера 5, змінної частини корпусу 6, муфти герметизації 7 і мікропористої мембрани (зонда) 8. Датчик тиску тензіометра підключається до універсального реєстратора-контролера даних для передачі їх на сервер через радіостанцію дальнього зв’язку, мобільний телефон або супутник.

Тензіостанція онлайн надає відповідний рівень зручності, який дозволяє агровиробникам отримувати доступ до своїх датчиків практично де завгодно. Вартість обладнання становить від 450 доларів за кожну точку моніторингу. Крім того, є абонплата за користування онлайн сервісом з розміщення даних від 70 доларів на рік.

Складові тензіометра герметично з'єднані у вакуумну систему, основним компонентом якого є мікропориста жорстка мембрана, що виготовлена із пористої кераміки циліндричної форми, яка витримує робочий перепад тисків. Корпус тензіометра виготовлений із жорстких матеріалів низької теплопровідності, матеріалів високої стійкості до корозії та ультрафіолетових променів для довгострокових досліджень.

Особливості українських тензіометрів

Особливостями українських тензіометрів є те, що частина корпусу приладу із мікропористою мембраною виготовлена з можливістю викручування для швидкої заміни зонда у разі пошкодження або для зміни робочої глибини встановлення датчика, верхня частина корпусу містить оглядову ділянку для візуального контролювання необхідності дозаправлення приладу водою вручну, і кран-засувку для зручного періодичного дозаправлення, не витягуючи тензіометра із ґрунту, із захисною кришкою.

Механіко-аналогові електронні моделі тензіометрів оснащені додатковим механічним вакуумметром із захисним чохлом для захисту від механічних пошкоджень, кольоровою шкалою відображення інтервалів капілярного потенціалу ґрунтової вологи для різних типів ґрунту (рис. нижче). У разі пошкодження або відсутності Іnternet вакуумметр виконує роль основного вимірювача розрідження для забезпечення безперервного моніторингу вологості ґрунту.

Тензіостанція працює наступним чином

Через мікропористий зонд 8 встановлюється гідравлічний зв'язок між водою всередині тензіометра і ґрунтовою вологою зовні. Датчик 3 вимірює ступінь розрідження (вакуумний тиск), далі передає дані через реєстратор-контролер на сервер. При необхідності тензіометр дозаправляється водою через кран-засувку 1: не витягуючи тензіометр з ґрунту, відкривають кран. Тензіометр заповнюють водою, потім закривають кран.

Перед придбанням тензіостанції

Перед придбанням тензіостанції фермеру необхідно врахувати стиль управління зрошенням теплиць. Треба дати відповіді на такі запитання. Чи є в господарстві робітник, який матиме змогу зчитувати значення датчиків, та включати і виключати зрошувальну систему? Чи є потреба у навчанні такого працівника для виконання потрібних завдань з планування поливу?


Тензіометрична станція для вимірювання вологості ґрунту з передачею даних через доступні стандарти зв’язку або із безпосереднім зчитуванням їх у полі надає точні і безперервні вимірювання всмоктуючого тиску ґрунтової вологи, що забезпечує значне зниження експлуатаційних витрат. Її застосування дозволяє підвищити оперативність прийняття рішень у системах керування зрошенням агрокультур, створити для них оптимальні режими зрошення і удобрення, які сприяють раціональному використанню поливної води і добрив виключаючи надлишкове зволоження, мінімізуючи забруднення, сприяють покращенню здоров’ю рослин, збільшенню врожайності та якості продукції.

Автори - Ольга Павелківська, канд. с.-г. наук, Олександр Павелківський, керівник компанії "Акватек"

Cookie-файли
Налаштування Сookie-файлів
Детальна інформація про цілі обробки даних і постачальників, які ми використовуємо на наших сайтах
Аналітичні Cookie-файли Відключити все
Технічні Cookie-файли
Інші Cookie-файли
Ми використовуємо файли Cookie для поліпшення роботи, персоналізації та підвищення зручності користування нашим сайтом. Продовжуючи відвідувати сайт, ви погоджуєтеся на використання нами файлів Cookie. Детальніше про нашу політику щодо Cookie.
Налаштувати Прийняти все
Cookies