MARC VAN IERSEL I STEPHANIE BURNETT

UNIWERSYTET GEORGII

Ręczne nawadnianie jest pracochłonne i powtarzalne, więc jest to jedno z pierwszych zadań szklarniowych, które należy zautomatyzować. Chociaż automatyzacja nawadniania jest łatwa, zautomatyzowane systemy niekoniecznie są wydajne pod względem zużycia wody. Wielu hodowców używa timerów do sterowania nawadnianiem, ale timery nie uwzględniają codziennych zmian w zużyciu wody przez rośliny, spowodowanych naturalnymi wahaniami temperatury, światła i poziomu wilgotności. Ponadto, zużycie wody przez rośliny wzrasta wraz z ich wzrostem. Utrudnia to uzyskanie wydajnego nawadniania przy użyciu timera. Biorąc pod uwagę rosnące obciążenie zasobów wodnych w wielu częściach Ameryki Północnej, przemysł szklarniowy musi przejść na bardziej wydajne systemy nawadniania.

Czujniki wody w glebie zapewniają obiecujące nowe możliwości automatyzacji nawadniania szklarni w zależności od potrzeb roślin. Intensywnie pracowaliśmy z sondami EC-5 , które są wystarczająco małe, aby zmieścić się w 4-calowej doniczce i odkryliśmy, że sondy te dokładnie mierzą objętościową zawartość wody w podłożach bezglebowych. Zintegrowaliśmy sondy EC-5 z automatycznym systemem nawadniania, który umożliwia nawadnianie roślin w oparciu o rzeczywiste zużycie wody przez rośliny.

Czujniki zapewniają, że rośliny nigdy nie doświadczą stresu suszy

Podstawowa idea wykorzystania czujników wody w glebie do sterowania nawadnianiem jest prosta: gdy rośliny zużywają wodę, pobierają ją z podłoża, więc zawartość wody w podłożu spada. Czujniki wody w glebie wykrywają te zmiany i mogą być używane do otwierania zaworu nawadniającego, gdy zawartość wody w podłożu spadnie poniżej wartości zadanej określonej przez użytkownika. Powoduje to częste stosowanie niewielkich ilości wody, a częstotliwość nawadniania jest regulowana automatycznie w oparciu o tempo wyczerpywania się wody z podłoża. Takie podejście do nawadniania automatycznie zastępuje wodę zużywaną przez rośliny lub traconą w wyniku parowania i zapewnia, że rośliny nigdy nie są narażone na stres związany z suszą. Dzięki nawadnianiu ilością wody faktycznie potrzebną roślinom, można znacznie zmniejszyć zużycie wody i wymywanie. Minimalizuje to zanieczyszczenie środowiska bez konieczności stosowania drogich systemów nawadniania z recyklingiem lub dużych stawów do przechwytywania spływającej wody.

Czy to naprawdę działa?

Aby przetestować to podejście do nawadniania i określić, ile wody potrzebują petunie do dobrego wzrostu, uprawialiśmy je przy poziomie wody w podłożu w zakresie od 5 do 40%. Nawadnianie kontrolowano za pomocą sond EC-5 umieszczonych w podłożu i podłączonych do rejestratora danych. Przez pierwsze dziewięć dni po przesadzeniu sadzonek wszystkie podłoża były dobrze nawodnione, aby umożliwić roślinom zadomowienie się. Następnie nasz system nawadniania utrzymywał zawartość wody w podłożu (zabiegi w zakresie od 5 do 40%) przez 20 dni, po czym rośliny zostały zebrane.

Nasz system nawadniania działał bardzo dobrze przez cały czas trwania badania (rysunek 1). Gdy tylko zawartość wody w podłożu w danym pojemniku wyschła do wartości zadanej nawadniania, nasz automatyczny system nawadniania rozpoczął nawadnianie tej tacy. Zawartość wody w podłożu była zazwyczaj utrzymywana nieco powyżej wartości zadanej.

Wyższy poziom wody w podłożu do nawadniania skutkował częstszym nawadnianiem. Chociaż ilość nawadniania wzrastała wraz ze wzrostem poziomu wody w podłożu, w żadnym z zabiegów nie wystąpiło wymywanie. Nawet największa roślina otrzymała tylko 650 ml (około 21 fl. oz.) wody w ciągu ostatnich 20 dni eksperymentu. Dzienne zużycie wody w zabiegu o najwyższym zużyciu wody wahało się od 15 do 20 ml/roślinę/dzień (nieco ponad jedna łyżka stołowa!), gdy rośliny były małe, do 45 ml/roślinę/dzień (3 łyżki stołowe) pod koniec eksperymentu.

Wzrost roślin wzrastał wraz ze wzrostem zawartości wody w podłożu, ale różnica między nawadnianiem 25, 30, 35 i 40% była niewielka (rysunek 2 po lewej, 3). Ponieważ wzrost roślin był silnie skorelowany z ilością wody otrzymywanej przez rośliny (rysunek 2 po prawej), kontrolowanie nawadniania w oparciu o zawartość wody w podłożu może być wykonalną metodą kontrolowania wzrostu szybko wydłużających się roślin.

Jak hodowcy mogą to wykorzystać?

Kilka marek systemów sterowania szklarniami może mierzyć sondy EC-5 i może być używanych do automatyzacji nawadniania w oparciu o te pomiary. Hodowcy powinni skontaktować się z producentem swojego systemu sterowania, aby sprawdzić, czy może on mierzyć te sondy. Dla hodowców, którzy preferują samodzielny sterownik, we współpracy z Brower Electronics Laboratories (Pittsboro, NC) opracowaliśmy sterownik, który może nawadniać rośliny, gdy zawartość wody w podłożu spadnie poniżej wartości zadanej określonej przez hodowcę. Sterownik ten umożliwia również hodowcom ustawienie czasu trwania nawadniania i minimalnego okresu między kolejnymi nawadnianiami.

Hodowcy, którzy nie są gotowi na przejście z nawadniania na sondy wody glebowej, mogą uzyskać cenne informacje na temat zapotrzebowania roślin na wodę, korzystając z sond EC-5 z ręcznym miernikiem lub rejestratorem danych METER. Miernik ręczny pozwala hodowcom na umieszczenie czujników w niektórych doniczkach i okresowe mierzenie zawartości wody w podłożu. Rejestrator danych może wysyłać dane bezprzewodowo do komputera, co pozwala na monitorowanie zmian zawartości wody w podłożu w czasie rzeczywistym za pomocą wyświetlaczy graficznych. Korzystanie z tej technologii dałoby hodowcom znacznie lepsze wyobrażenie o tym, ile wody potrzebują rośliny i pomogłoby w podejmowaniu lepszych decyzji dotyczących nawadniania.

Poprawa jakości roślin

Wygląda na to, że w niedalekiej przyszłości hodowcy mogą zautomatyzować nawadnianie za pomocą czujników w celu wydajnego podlewania roślin i poprawy ich jakości. Technologia ta jest obecnie dostępna, a wytyczne dotyczące jej stosowania są opracowywane. Ale co dalej? W przyszłości chcemy lepiej zrozumieć, jak zmienia się zużycie wody w zależności od lokalizacji uprawy w szklarni (na przykład bliskość wkładów chłodzących lub wentylatorów), liczby uprawianych roślin i czynników środowiskowych. Ekscytującą nowością jest to, że nowsze sondy 5TE mogą mierzyć zarówno EC podłoża, jak i zawartość wody. Może to pozwolić hodowcom na jednoczesne kontrolowanie nawadniania i nawożenia.

Marc van Iersel jest profesorem kwiaciarstwa na Uniwersytecie Georgia ([email protected]). Więcej informacji można znaleźć na stronie internetowej Marca van Iersela poświęconej automatyzacji nawadniania: www.hortphys. uga.edu/irrigationcontrol.html.

Stephanie Burnett jest adiunktem w dziedzinie kwiaciarstwa na Uniwersytecie Maine; [email protected]

Dziękujemy Fundacji Freda C. Gloecknera za sfinansowanie naszych badań.

Poznaj podstawy pomiaru wilgotności gleby

Wilgotność gleby to coś więcej niż tylko znajomość ilości wody w glebie. Poznaj podstawowe zasady, które musisz znać przed podjęciem decyzji o sposobie jej pomiaru. Podczas tego 20-minutowego webinarium dowiesz się:

• Dlaczego wilgotność gleby to coś więcej niż tylko ilość
• Zawartość wody: czym jest, jak się ją mierzy i dlaczego jest potrzebna
• Potencjał wody (ssanie gleby): czym jest, czym różni się od zawartości wody i dlaczego jest potrzebny
• Czy należy mierzyć zawartość wody, potencjał wodny czy oba te czynniki?
• Które czujniki mierzą poszczególne typy parametrów