Тензіометричний метод у зрошуванні використовують переважно за дощування і крапельного поливу, завдяки чому є змога правильно призначати строки, норми поливу й удобрення, тим самим створювати найкращі умови для отримання високої врожайності і якості продукції рослинництва.

Тензіометри, вологоміри ґрунту – незамінні помічники у будь-якому фермерському господарстві. Така інвестиція окупиться сповна.

КОНТРОЛЬ ВОЛОГОЗАПАСІВ ҐРУНТУ

Наявність достатньої кількості вологи в ґрунті — одна з найважливіших умов життєдіяльності рослин. Інформація щодо кількості вологи та її доступності потрібна для створення оптимального водно-повітряного режиму кореневмісного шару ґрунту на зрошуваних землях.

Відомо, що всі фактори, які впливають на рослину (вітер, випаровування, фотосинтез, сонячне випромінювання, температура повітря тощо), конвертуються в активність кореневої системи, а саме в інтенсивність усмоктування нею вологи з ґрунту. Стан і закономірності переміщення ґрунтової вологи, її доступність для рослин обумовлені зв'язком вологи з ґрунтом.

Енергію зв'язку в зоні оптимального для розвитку рослин вологовмісту кількісно можна визначити через капілярний потенціал. Еквівалентом потенціалу ґрунтової вологи є тиск — сила, яку корені рослин застосовують, щоб вилучити воду з ґрунту для живлення. Цей тиск вимірюється в польових умовах тензіометрами — вологомірами ґрунту. Тензіометри застосовують для контролю вологозапасів на зрошуваних землях із різним ґрунтовим покривом: від субстрату, піщаного і супіщаного, до важкосуглинкового, незалежно від глибини залягання ґрунтових вод, способу і техніки поливу, а також виду агрокультур.

МЕХАНІЧНІ ТЕНЗІОМЕТРИ

Найбільш відомі світові виробники тензіометрів — це компанії Irrometer Company Inc., Soil Moisture Equipment Corp., Meter Group Inc. (США); Mottes Tensiometers, AMI Tens Ltd, Tevatronic Ltd (Ізраїль); Mosler Tech Support (Німеччина). Україна також має власного виробника тензіометрів — компанію Aquatec («Акватек»).

Механічний тензіометр зазвичай складається із мікропористого керамічного зонду, вимірювального пристрою — вакуумметра, водної камери із кришкою (рис. 1). Вузли з'єднують між собою герметично, прилад заповнюють чистою водою.

Рис 1. Механічний тензіометр — вологомір ґрунту: 1 — мікропористий керамічний зонд, 2 — вакуумметр, 3 — водна камера, 4 — кришка

Сучасні тензіометри можуть комплектуватися електроконтактними вакуумметрами або електронними вимірювачами тиску (рис. 2а-г).

Рис. 2. Тензіометри з електроконтактними вакуумметрами (а-в) та електронним вимірювачем тиску (г).

Практично кожен виробник модернізував основну будову тензіометра. Так, компанії Irrometer Company Inc. та Soil Moisture Equipment Corp. оснастили прилад резервуаром, який містить додатковий об'єм води, що використовується під час дозаправлення тензіометра за умови тривалих високих значень усмоктувального тиску ґрунту, остання встановила на резервуарі кришку із кнопкою Jet Fill (рис. 3а). Ці виробники також пропонують застосовувати ручний вакуумний насос для швидкого видалення повітря із приладу. Компанії AMI Tens Ltd і Mosler Tech Support закривають герметично водну камеру тензіометра кришкою-вакуумметром (рис. 3б). Тензіометр Aquatec оснащений відводом із кульовим краном для зручного дозаправлення (рис. 3в).

Рис. 3. Тензіометр компанії Soil Moisture Equipment Corp. і резервуар Jet Fill (а), тензіометр AMI Tens Ltd із кришкою-вакуумметром (б), тензіометр компанії Aquatec із кульовим краном (в)

Майже всі виробники виготовляють екстрактори — відбірники проб ґрунтового розчину на основі мікропористих керамічних зондів, що характеризуються проникністю ґрунтової води з розчиненими речовинами (рис. 4). Екстрактори призначені для вилучення ґрунтового розчину безпосередньо з кореневої зони рослин в польових умовах з метою проведення його експрес-аналізування. Це дає можливість визначити показники рН, ЕС, концентрацію солей, виявити токсичні для рослин речовини тощо, розробити схеми агротехнологічних і меліоративних заходів, які направлені на ефективне виробництво агрокультур, покращення ґрунту та його раціональне використання.

Рис. 4. Екстрактори ґрунтового розчину різних виробників

Вартість закордонних механічних тензіометрів із доставкою в Україну становить від 50 до 150 дол. за одиницю, екстракторів ґрунтового розчину — від 40 дол. і більше залежно від довжини приладів. Українські тензіометр і екстрактор коштують 30 і 15 дол. відповідно, причому будь-якої довжини (від 15 см до 1 м), що набагато дешевше закордонних приладів, водночас вони не поступаються надійністю і динамічністю. До того ж українські спеціалісти консультують агровиробників щодо типу обладнання і його кількості, допомагають визначати найкращі місця встановлення, налаштовують, проводять навчання персоналу з експлуатації обладнання безпосередньо на зрошуваній ділянці, забезпечують гарантійне та сервісне обслуговування.

Механічні тензіометри конструктивно прості, використовуються в сільському господарстві, ландшафтному і міському зрошенні. Вони забезпечують точність і достовірність під час управління режимом зрошення, отже, дають можливість формувати водоспоживання агрокультур на рівні потенційно можливого. Проте механічні тензіометри не характеризуються високою оперативністю для визначення термінів поливу, особливо, коли міжполивний період становить 1–2 дні. У таких приладах відсутня можливість автоматизованого управління зрошуванням, внаслідок чого підвищуються витрати праці.

ТЕНЗІОМЕТРИЧНА СИСТЕМА ОНЛАЙН

Розвиток електронних інтерфейсів, радіотелеметрії та інтернет-технологій в галузі автоматизації систем зрошення надав змогу виробникам тензіометрів розробити систему віддаленого моніторингу вологості ґрунту із електронними тензіометрами  —  тензіометричну систему онлайн (рис. 5). Іригаторам, які керують мільйонами зрошуваних гектарів у  світі, стало відомо, коли і скільки води треба вилити на кожне поле, ґрунтуючись на оперативних, точних і достовірних даних щодо вологоутримувальної сили ґрунту, яка обумовлює доступність вологи для рослин. Інноваційність такого розроблення полягає в тому, що фермери вже сьогодні можуть з офісу керувати системою зрошення на основі безперервної інформації. Тензіометричні системи віддаленого моніторингу вологості ґрунту стали важливою ланкою автоматизації виробничих процесів.

Рис. 5. Система віддаленого моніторингу вологості ґрунту (а) і електронний тензіометр (б)

Компанія Mottes Tensiometers пропонує тензіометричну систему онлайн із додатковими датчиками температури ґрунту й повітря (рис. 6). Компанія Irrometer Company Inc. додає до тензіометричної системи датчики Watermark, на які не впливають низькі температури. Вони зондують електричний опір ґрунту, що корелює з ґрунтовим тиском.

Рис. 6. Тензіометрична система онлайн компанії Mottes Tensiometers

Усі виробники пропонують, як правило, два режими управління системою зрошення. Перший  —  Tensiometers Array, коли на ділянці зрошення встановлюють механічні тензіометри або тензіометричну систему віддаленого моніторингу вологості ґрунту. Остання передає показання вологості ґрунту мобільним зв'язком на інтернет-сервер, що прискорює прийняття рішення, коли і скільки води треба вилити на поле.

Другий режим  —  Automatic with Decision Support, який також передбачає встановлення на ділянці поливу тензіометрів. Управління зрошенням відбувається шляхом автоматичного повідомлення іригаторам про досягнення заданих рівнів передполивної вологості ґрунту або ж в автоматичному режимі через виконавчі контролери з встановленням часу поливу.

Ізраїльська компанія Tevatronic Ltd у партнерстві з  українською компанією «Акватек» пропонують унікальний режим управління системою зрошення агрокультур — Autonomous Tensiometer Mode. У цьому режимі тензіометрична система онлайн автономно приймає рішення, коли і скільки поливати, на підставі введення іригатором на початку поливного сезону глибини поливу залежно від виду агрокультури, її віку та схеми садіння, порогу тензіометричного тиску перед поливами (рис. 7).

Рис. 7. Автономна тензіометрична станція онлайн (а) і безпровідний тензіометр (б) компанії Tevatronic Ltd

РОЗМІЩЕННЯ ТЕНЗІОМЕТРІВ

Як правило, тензіометри використовують групами по 2–3 прилади в одній станції — точці контролю вологості ґрунту. Їхня кількість і глибина встановлення в кожній точці залежать від потужності кореневмісного шару, де впроваджується контролювання вологовмісту, та способу поливу. Тензіометричні станції встановлюють у репрезентативних місцях поля або окремої ділянки зрошення. Місця встановлення обирають, виходячи з однорідності ґрунтового покриву і заданої точності отримання інформації щодо вологості ґрунту. Зазвичай перший прилад треба встановити на глибину, що дорівнює 1/4 потужності кореневої системи рослин, а другий — на глибину 3/4 цієї потужності. Інший варіант: керуватися принципом розміщення одного тензіометра на кожні 20 см кореневмісного шару ґрунту. За малопотужної кореневої системи (до 0,2–0,3 м) достатньо встановити один тензіометр на глибині 15–20 см від поверхні ґрунту. За крапельного зрошення тензіометричні станції встановлюють у типових для ділянки умовах на відстані 15–30 см від рослини.

За показаннями приладів поливи призначають за умови зниження тензіометричного тиску на будь-якій із спостережних глибин до відповідного рівня передполивного порогу агрокультури. Для більшості агрокультур рекомендований усмоктувальний тиск становить 20–35 кПа.

Норму поливу визначають за дефіцитом вологозапасів контрольованого шару ґрунту. Водночас враховують різні для кожного ґрунту залежності між тензіометричним тиском та його вологістю, а також спосіб поливу.
 

ПРИКЛАД РОЗРАХУНКУ ПРОГНОЗУВАННЯ ПОЛИВУ

Розглянемо приклад прогнозування початку першого вегетаційного поливу за показаннями тензіометрів. Прогнозування проводиться за добовою інтенсивністю (швидкістю) зниження тензіометричного тиску ґрунту для організації й коригування норми поливу агрокультури на всіх ділянках площі зрошення. Поливи призначають раніше в межах оптимального діапазону вологості, що рекомендується в кожну фазу росту і розвитку, щоб не допустити зниження вологості кореневого шару ґрунту нижче передполивного значення.

Вихідні дані та умови: культура — озима цибуля; площа насаджень — 10 га, за добу зрошують 5 га. Рекомендована норма поливу становить 175 м3/га; схема висіву — 5 + 25 + 5 + 25 + 5 + 25 + 5 + 65 (160 см). Один поливний трубопровід рівномірно зволожує дві спарені посівні стрічки. Глибина зволоження — 40 см. Глибина зволоження обумовлюється не глибиною кореневого шару ґрунту, а схемою висіву цибулі і розміщенням поливних трубопроводів. Ширина смуги зволоження — 65 см. Ґрунт легкосуглинковий, найменша вологоємність ґрунту (НВ) становить 29% від об'єму ґрунту. Тензіометри встановлені на глибині 15–20 см; рівень передполивної вологості становить 80% від НВ, що відповідає ґрунтовому тиску -35 кПа.

У перший день ранкових спостережень (2 квітня) значення тензіометричного тиску в трьох точках контролювання кореневого шару ґрунту на ділянці одночасного поливу (5 га) зафіксовано на рівні -18; -19; -19 кПа; середнє значення -19 кПа. Через 2 дні (4 квітня) зафіксовано -22; -24; -23 кПа; середнє значення -23 кПа.

Коли розпочинати полив?

  1. Визначають середньодобову зміну тензіометричного тиску ґрунту за 2 дні: -4 кПа : 2 = -2 кПа/добу.
  2. Визначають різницю між передполивним і поточним значеннями тензіометричного тиску: -35 - (-23) = -12 кПа.
  3. Визначають кількість днів, протягом яких тензіометричний тиск знизиться до передполивного: -12 : -2 = 6 діб.

Щоб не допустити зниження вологості ґрунту нижче оптимальних значень на другій поливній ділянці озимої цибулі, полив розпочинають не 10-го, а 9-го квітня. Тензіометричний тиск перед поливами становитиме: 9-го квітня -33 кПа на першій ділянці, 10-го квітня -35 кПа на другій ділянці. Норма поливу озимої цибулі також зміниться від 165 м3/га в перший поливний день до 175 м3/га у другий.

Наостанок зазначимо, що тензіометри широко застосовують у зрошуваному землеробстві, розсадниках і теплицях, ландшафтному і міському зрошенні. Розуміння руху й доступності вологи в ґрунті дає можливість аграріям ухвалювати обґрунтовані рішення щодо планування зрошення: кількості та норми поливів, які сприяють збільшенню врожайності та якості продукції за одночасного зниження витрат на воду, добрива, роботу та енергію.
 

ОЛЬГА ПАВЕЛКІВСЬКА, канд. с.-г. наук
ОЛЕКСАНДР ПАВЕЛКІВСЬКИЙ, керівник компанії «Акватек»