Zarządzanie wodą

Optymalizacja zużycia wody

Prowadzenie nawodnień sprowadza się w zasadzie to dwóch decyzji: kiedy i ile nawodnić? Aby podjąć te decyzje właściwie musimy wiedzieć jaki jest aktualna zawartość wody w glebie i czy jest ona właściwa dla danej rośliny uprawnej w tym czasie. Każdy gatunek, a nawet odmiana w ramach gatunku może mieć inne preferencje optymalnej wilgotności gleby.

Gleba jest układem trójfazowym, składa się ze szkieletu glebowego (substancje stałe mineralne i organiczne), powietrza oraz wody. Szkielet glebowy można porównać w uproszczeniu do szklanki wypełnionej kulkami od łożyska. Między kulkami jest dużo wolnej przestrzeni, którą można wypełnić powietrzem lub wodą. Jeśli do takiej hipotetycznej gleby włożymy korzenie rośliny to przy wypełnieniu przestrzeni między kulkami wodą będziemy mieli całkowite nasycenie nią przy zerowej zawartości powietrza, co jest dla większości roślin niekorzystne, ponieważ korzenie nie mogą oddychać. W sytuacji odwrotnej, gdy wylejemy całą wodę, roślina uschnie, ponieważ nie będzie miała dostępu do wody. Zapewniając optymalny dostęp do wody stwarzamy roślinom optymalne warunki wzrostu, dzięki czemu można osiągnąć optymalny plon. Doświadczenia, przeprowadzone na ziemniakach w IUNG-PIB wskazują na ponad dwukrotny wzrost plonu dzięki zastosowaniu optymalizacji nawadniania na podstawie pomiaru wilgotności gleby za pomocą czujników. Ta metoda daje całkowitą pewność co do zawartości wody w glebie i pozwala łatwo obliczyć niezbędne nawodnienie. Decyzja kiedy nawodnić wspierana może być systemem obserwacji wilgotności gleby poprzez aplikację na smartfon.

Inną metodą, szeroko stosowaną w świecie, jest określanie dawek nawodnieniowych na podstawie obliczeń ewapotranspiracji tj. parowania wody z powierzchni gleby (ewaporacji) oraz oddychania roślin (transpiracji). Wielkość dziennej ewapotranspiracji można wyliczyć na podstawie pomiarów meteorologicznych: usłonecznienia, temperatury powietrza, prędkości wiatru, wilgotności powietrza i ciśnienia atmosferycznego. W upalny dzień w warunkach środkowej Polski ewapotranspiracja rzeczywista dochodzi do 5 mm na dzień. Metoda ta ma wiele zalet – przede wszystkim brak konieczności zakupu czujników i oprzyrządowania, ale ma też istotne wady – brak informacji o bieżącej, rzeczywistej wilgotności gleby i brak uwzględnienia opływu wody w głąb profilu glebowego oraz spływu powierzchniowego. Jest to metoda obliczeniowa, natomiast czujniki wilgotności dają pomiar rzeczywistej zawartości wody w glebie, bezpośrednio w strefie korzeniowej.

Najczęściej stosowaną przez rolników metodą określania potrzeb nawodnień, pozostaje w praktyce metoda wizualna, oparta o obserwację stanu uwilgotnienia gleby bądź stanu roślin. Wizualnie rolnik jest w stanie jedynie z grubsza ocenić potrzebę czasu nawodnienia na podstawie własnego doświadczenia. Decyzja ile nawadniać zwykle opiera się na założeniu wysycenia gleby wodą, tj. nawadnianiu do pełnej pojemności wodnej gleby, której osiągnięcie objawia się pojawianiem się zastoisk wody na powierzchni gleby. Z oczywistych względów metoda wizualna jest dalece niedoskonała. Po pierwsze rolnik decyduje na podstawie własnego doświadczenia nie popartego jakimkolwiek obiektywnym pomiarem wilgotności gleby, po drugie często po okresie posusznym opady deszczu zwilżają tylko wierzchnią warstwę gleby, wiec ocena uwilgotnienia jej powierzchni może sugerować dostatek wody, podczas, gdy poniżej warstwy uwilgotnionej, w strefie korzeni, występuje przesuszenie profilu glebowego. Podlewanie uprawy do osiągnięcia nasycenia gleby jest nieekonomicznie i szkodliwe dla środowiska. Woda z gleby nasyconej (wszystkie kapilary i pory nasycone wodą) odcieknie zwykle w ciągu jednej doby do zawartości wilgoci odpowiadającej polowej pojemności wodnej. Rolnik traci całą tę nadmiarową objętość wody wraz substancjami odżywczymi będącymi w formie jonów łatwo rozpuszczalnych, jak K2O+ i NO3, które trafiają do wód gruntowych i je niepotrzebnie zanieczyszczają.

Ze względu na powtarzające się susze i postępujące ocieplenie klimatu optymalizacja zużycia wody w rolnictwie i konieczność popularyzacji małej retencji na obszarach wiejskich a także poza nimi stanie się niedługo kwestią przeżycia rolnictwa, zwłaszcza, że prognozy zmian klimatu na najbliższe lata przewidują nawet 10-krotnie częstsze niż w XX wieku występowanie susz.