ΑΡΔΕΥΣΕΙΣ-ΓΕΩΡΓΙΚΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑ

Transcript

1 ΑΡΔΕΥΣΕΙΣ-ΓΕΩΡΓΙΚΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΝΤΕΛΑΚΗΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ Δρ. Γεωπόνος Εγγείων Βελτιώσεων, Εδαφολογίας και Γεωργικής Μηχανικής Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης Εξάμηνο Διδασκαλίας: Ε (Βασικές έννοιες για το έδαφος) Τμήμα Τεχνολόγων Γεωπόνων Σχολή Τεχνολογίας Γεωπονίας και Τεχνολογίας Τροφίμων και Διατροφής Φλώρινα 2017

2 ΕΔΑΦΟΣ Περιγράψτε την εικόνα της διαφάνειας:

3 ΕΔΑΦΟΣ Σε μια ποσότητα εδάφους περιέχονται: Εδαφικά σωματίδια (Ανόργανα συστατικά) Οργανική ύλη (Οργανικά συστατικά) Στερεή φάση του εδάφους Νερό Υγρή φάση του εδάφους Αέρας Αέρια φάση του εδάφους

4 ΕΔΑΦΟΣ Εδαφικά σωματίδια (Ανόργανα συστατικά) (διάμετρος <2mm): Άμμος (2mm<διάμετρος< 0,05mm) Ιλύς (0,05mm<διάμετρος<0,002mm) Άργιλος (διάμετρος<0,002mm)

5 ΕΔΑΦΟΣ Εδαφική υφή ή μηχανική σύσταση εδάφους: Ορισμός: Ποσοστιαία αναλογία άμμου, ιλύος, αργίλου Πρακτικά αδύνατο να μεταβληθεί Ερώτηση: Πως επηρεάζει η μηχανική σύσταση του εδάφους την άρδευση ενός αγροτεμαχίου; Δώστε ένα παράδειγμα. Ένα αμμώδες έδαφος χρειάζεται μεγαλύτερες ποσότητες άρδευσης σε σύγκριση με ένα αργιλώδες έδαφος. Επίσης απαιτεί μεγαλύτερη διάρκεια άρδευσης και πιο συχνή.

6 ΕΔΑΦΟΣ Εδαφική δομή: Ορισμός: Ο τρόπος διάταξης των εδαφικών σωματιδίων για το σχηματισμό ομάδων συσσωματωμάτων 6 τύποι δομής: Ελαφρά μονόκοκκα, Βαρειά μονόκοκκα, κυβικής μορφής, πλακώδη, κοκκώδη και πρισματικά Επιτρέπουν την εύκολη διείσδυση και διακίνηση του νερού: Ελαφρά μονόκοκκα, Κοκκώδη Δυσκολία στην κίνηση του νερού: Βαρειά μονόκοκκα Η εδαφική δομή μεταβάλλεται ανάλογα με τη γεωργική πρακτική (π.χ. χρήση μηχανημάτων σε υγρά εδάφη, συνεχής άρδευση, συγκέντρωση αλάτων)

7 ΕΔΑΦΟΣ Δομή εδάφους Ο τύπος, το μέγεθος και η σταθερότητα των συσσωματωμάτων ουσιαστικά καθορίζουν το μέγεθος, το είδος και την κατανομή των πόρων Επομένως, επηρεάζουν την άρδευση και τη στράγγιση, τον αερισμό, τη διάβρωση και την ανάπτυξη του ριζικού συστήματος.

8 ΕΔΑΦΟΣ Πυκνότητα εδάφους: Διακρίνουμε δύο πυκνότητες. Η μία αφορά τα στερεά σωματίδια (πραγματική πυκνότητα) και η άλλη αφορά το έδαφος σαν σύνολο (εδαφικά σωματίδια και πόροι) και ονομάζεται φαινόμενη πυκνότητα

9 Πυκνότητα εδάφους: ΕΔΑΦΟΣ Ερώτηση: Τα αμμώδη εδάφη έχουν μικρότερη ή μεγαλύτερη φαινόμενη πυκνότητα από τα αργιλώδη; Απάντηση: Τα αμμώδη εδάφη έχουν μεγαλύτερη φαινόμενη πυκνότητα από τα αργιλώδη διότι οι κόκκοι τους έχουν στενή επαφή μεταξύ τους και επομένως παρουσιάζουν λιγότερους πόρους Προσοχή: Τα αμμώδη εδάφη έχουν λιγότερους πόρους από τα αργιλώδη αλλά οι πόροι αυτοί είναι μεγαλύτεροι σε μέγεθος που ευνοούν την ταχύτερη απομάκρυνση του νερού

10 Πορώδες εδάφους: ΕΔΑΦΟΣ Ορισμός: Πορώδες του εδάφους είναι το τμήμα του που καταλαμβάνεται από τους πόρους που περιέχουν νερό και αέρα. Δηλαδή είναι ο λόγος του όγκου των πόρων προς το συνολικό όγκο του εδάφους π = V πόρων V εδαφους Άσκηση 1: Να αποδειχθεί η σχέση π = 1 Φ.Π. Π.Π. Απάντηση: π = V στερεών M στερεών V εδαφους = 1 M στερεών V πόρων V εδαφους = V εδαφους V στερεών V εδαφους 1 Π.Π 1 Φ.Π. = 1 Φ.Π Π.Π = 1 V στερεών V εδαφους = 1

11 ΕΔΑΦΟΣ Πορώδες εδάφους: Γενικά: Αμμώδες έδαφος ή ελαφρύ έδαφος: Μεγάλοι πόροι, μεγάλη φαινόμενη πυκνότητα, μικρό πορώδες και λίγοι πόροι, ταχύτερη απομάκρυνση του νερού Αργιλώδες έδαφος ή βαρύ έδαφος: Μικροί πόροι, μικρή φαινόμενη πυκνότητα, μεγάλο πορώδες και πολλούς πόρους, μικρή ταχύτητα απομάκρυνσης του νερού Πηλώδες έδαφος: Ενδιάμεση κατάσταση των δύο παραπάνω τύπων εδάφους

12 ΕΔΑΦΟΣ Πορώδες και φαινόμενη πυκνότητα σε σχέση με τη μηχανική σύσταση ενός εδάφους Μηχανική σύσταση Πορώδες % Φαινόμενη Πυκν. Αμμώδες Πηλοαμμώδες Πηλός Ιλυοπηλώδες Αργιλοπηλώδες Αργιλώδες

13 ΕΔΑΦΟΣ Οργανική ουσία: Οργανική ουσία είναι το προϊόν της αποσύνθεσης των ζωικών και φυτικών υπολειμμάτων που καταλήγουν στο έδαφος Στα στερεά συστατικά του εδάφους συμπεριλαμβάνεται και η οργανική ουσία Στην οργανική ουσία περιλαμβάνονται και οι μικροοργανισμοί του εδάφους που αποσυνθέτουν τα φυτικά και ζωικά υπολείμματα στα συστατικά τους αλλά και συνθέτουν νέες ενώσεις, όπως ο χούμος

14 Πλεονεκτήματα οργανικής ουσίας: Βασική πηγή ενέργειας ΕΔΑΦΟΣ Αύξηση συνεκτικότητας των αμμωδών εδαφών και μείωση της της πλαστικότητας και της συνεκτικότητάς των αργιλωδών εδαφών Βελτίωση της δομής με τη δημιουργία σταθερών συσσωματωμάτων Βελτίωση του πορώδες του εδάφους Προστασία εδάφους από διάβρωση Αύξηση της συγκράτησης της υγρασίας και επομένως μικρότερη αρδευτική δόση και όχι συχνή άρδευση

15 Ορισμός φαινομένου Διήθησης: Με τον όρο διήθηση ονομάζουμε το φαινόμενο της διείσδυσης του νερού στο έδαφος

16 Κίνηση του νερού στο έδαφος Απομακρύνεται αρχικά το νερό που υπάρχει στους μεγάλους πόρους λόγω βαρύτητας (νερό βαρύτητας) Το νερό που μένει στο έδαφος μετά την απομάκρυνση του νερού βαρύτητας και κινείται με μικρότερη ταχύτητα λέγεται τριχοειδές νερό Το νερό που συγκρατείται στο έδαφος με ισχυρές δυνάμεις μετά την απομάκρυνση του τριχοειδούς νερού λέγεται υγροσκοπικό νερό

17 Αθροιστική διηθητικότητα Ι (mm) Pantelakis Dimitrios Κίνηση του νερού στο έδαφος Αθροιστική διηθητικότητα: Ονομάζεται η ποσότητα του νερού που διηθείται σε συγκεκριμένη χρονική περίοδο y Χρόνος διήθησης σε min k t b Αθροιστική διηθητικότητα σε mm Χρόνος t (hr)

18 Διηθητικότητα i (mm/hr) Pantelakis Dimitrios Κίνηση του νερού στο έδαφος Διηθητικότητα: Ονομάζεται η ταχύτητα κίνησης του νερού στο έδαφος i k b t b 1 Διηθητικότητα σε mm/min Χρόνος t (hr)

19 Κίνηση του νερού στο έδαφος Τα αμμώδη εδάφη έχουν μεγαλύτερους πόρους από ότι τα πηλώδη και από τα αργιλώδη εδάφη Ερώτηση: Αν αρδεύσουμε ένα αμμώδες, ένα πηλώδες και ένα αργιλώδες έδαφος με την ίδια ποσότητα νερού, ποιο από τα τρία εδάφη θα στεγνώσει πρώτο; Ερώτηση: Εάν τα τρία παραπάνω εδάφη έχουν από ένα στραγγιστικό δίκτυο, ποιο από τα τρία στραγγιστικά δίκτυα θα γεμίσει πιο γρήγορα και με μεγαλύτερη ποσότητα στον ίδιο χρόνο;

20 Δυνάμεις συγκράτησης του νερού στο έδαφος Οι δυνάμεις που συγκρατούν το νερό στο έδαφος γίνονται μεγαλύτερες όσο μειώνεται η υγρασιακή κατάσταση του εδάφους Οι δυνάμεις που συγκρατούν το νερό στο έδαφος είναι μεγαλύτερες στα τοιχώματα ενός πόρου ενώ μειώνεται προς το κέντρο του εδαφικού πόρου (γρήγορη απομάκρυνση του νερού βαρύτητας)

21 Δυνάμεις συγκράτησης του νερού στο έδαφος Έστω ότι έχουμε ένα αμμώδες έδαφος και οι δυνάμεις που συγκρατούν το νερό έχουν μέγεθος Α (atm). Για να απομακρύνουμε εμείς το νερό από το έδαφος αυτό θα πρέπει να ασκήσουμε μια δύναμη μεγέθους Α (atm). Για την απομάκρυνση της ίδιας ποσότητας νερού σε ένα πηλώδες έδαφος θα πρέπει να ασκήσουμε δύναμη -2A (atm) και σε ένα αργιλώδες έδαφος -3Α (atm).

22 Δυνάμεις συγκράτησης του νερού στο έδαφος Η ύπαρξη αλάτων στο έδαφος Αύξηση της δύναμης (τάσης) που πρέπει να ασκηθεί για την απομάκρυνση του νερού Αιτία: Η οσμωτική πίεση (Η δύναμη που προκαλεί την κίνηση του νερού από διάλυμα με μικρή συγκέντρωση σε άλατα προς το διάλυμα με τη μεγαλύτερη συγκέντρωση) Ένα παθογόνο έδαφος μπορεί να έχει υγρασία που να φτάνει σχεδόν τον κορεσμό, ενώ τα φυτά που βρίσκονται σε αυτό να υποφέρουν από έλλειψη υγρασίας γιατί δεν έχουν τη δύναμη να την αποσπάσουν (άθροισμα τάσης και όσμωσης)

23 Προσδιορισμός εδαφικής υγρασίας στο εργαστήριο Η διαφορά βάρους των δύο ζυγίσεων δίνει την εδαφική υγρασία, σύμφωνα με τη σχέση: Όπου: Θm = W wet W dry W dry SM(Soil Moisture) = εδαφική υγρασία εκφρασμένης σε ποσοστό ξηρού βάρους Ww (Weight wet)=βάρος του υγρού εδαφικού δείγματος σε gr Wd (Weight dry)= βάρος του ξηρού εδαφικού δείγματος σε gr Η συγκεκριμένη έκφραση της εδαφικής υγρασίας λέγεται βαρυμετρική εδαφική υγρασία και ορίζει το λόγο της μάζας του νερού που περιέχεται σε ένα εδαφικό δείγμα προς τη μάζα του ξηρού εδαφικού δείγματος

24 Προσδιορισμός εδαφικής υγρασίας στο εργαστήριο Άσκηση 2: Ένα δείγμα υγρού εδάφους έχει βάρος 1000gr. Μετά τη ξήρανση του εδάφους, το δείγμα ξαναζυγίστηκε και το βάρος του μετρήθηκε στα 850gr. Να βρείτε την εδαφική υγρασία του εδάφους εκφρασμένη ως ποσοστό κατά βάρος. Απ: θm = = = 17.6 (%D. W. ) Το αποτέλεσμα σημαίνει ότι το ποσοστό της υγρασίας του δείγματος εδάφους των 1000gr είναι το 17.6% του ξηρού του βάρους (850γρ), δηλαδή 17.6%*850=150 gr ποσότητα υγρασίας

25 Προσδιορισμός εδαφικής υγρασίας στο εργαστήριο Άσκηση 3: Η υγρασία % κ.β. ενός εδαφικού δείγματος 15 gr βρέθηκε ίση με 25% κ.β. Να υπολογίσετε τη στερεή μάζα του δείγματος. Να αγνοηθεί η μάζα του αέρα. Απ. Mστερεών+ Mνερού = Μεδάφους Mστερεών + 25%* Mστερεών =15gr Mστ= 15/1.25 = 12 gr

26 Μια άλλη έκφραση της εδαφικής υγρασίας είναι η ογκομετρική εδαφική υγρασία, η οποία ορίζεται ως ο λόγος του όγκου του νερού που περιέχεται σε ένα εδαφικό δείγμα προς τον όγκο του εδαφικού δείγματος (όγκος στερεών και πόρων) Θv = V H20 V εδαφους Η βαρυμετρική και η ογκομετρική υγρασία συνδέονται με τη σχέση: Θν = Φ. Π. Θm

27 Μια άλλη έκφραση της εδαφικής υγρασίας είναι το ισοδύναμο πάχος νερού που δίνεται από τη σχέση: dνερού = θν * D Όπου : Θν είναι η εδαφική υγρασία κατά όγκο (αδιάστατη) D είναι το βάθος του εδάφους σε mm dνερού είναι το ισοδύναμο ύψος νερού σε mm Η έκφραση αυτή είναι πολύ σημαντική στις αρδεύσεις διότι το νερό δίνεται συνήθως σαν πάχος (όγκος νερού ανά μονάδα επιφάνειας)

28 Άσκηση 4: Εάν η μέση υγρασία ενός εδάφους είναι 0.15 κατ όγκο α) να βρεθεί το ισοδύναμο ύψος νερού σε βάθος εδάφους 8mm και β) να βρεθεί η υγρασία κατά βάρος ένα η φαινόμενη πυκνότητα είναι 1.2 gr/cm 3. Απ. Α) d = Θν * D = 0.15 * 8 = 1.2mm Β) Θν = Φ.Π.*Θm Θm = Θν / Φ.Π. = 0,15/1,2 = 0,125 ή 12.5%κ.β

29 Προσδιορισμός εδαφικής υγρασίας Άλλοι μέθοδοι μέτρησης της υγρασίας Μέθοδος του τενσιόμετρου Μέθοδος των μικροκυμάτων Τράπεζα πίεσης Μέθοδος της θερμικής αγωγιμότητας Μέθοδος του φίλτρου χάρτου Μέθοδος του ψυχρόμετρου Μέθοδος της ηλεκτρικής αντίστασης

30 Προσδιορισμός εδαφικής υγρασίας Μέθοδος του τενσιόμετρου (Μετράει την τάση του εδαφικού νερού σε ελαφρά εδάφη όπου η τάση είναι μικρότερη της 1 atm) Σωλήνας Πορώδες κύπελλο Μανόμετρο Γεμίζουμε το σωλήνα με νερό και τοποθετούμε το πορώδες κύπελλο στο βάθος που θέλουμε να μετρήσουμε την τάση της εδαφικής υγρασίας. Αν το έδαφος είναι κορεσμένο τότε δεν υπάρχει κίνηση του νερού από το όργανο στο έδαφος και έτσι το μανόμετρο δείχνει μηδέν. Αν η εδαφική υγρασία μειωθεί τότε το νερό κινείται από το όργανο στο έδαφος και το κενό που δημιουργείται στο σωλήνα μετριέται από το μανόμετρο. Αν αυξηθεί η υγρασία τότε το νερό εισέρχεται στο όργανο μειώνοντας το κενό μέσα στο σωλήνα, το οποίο κενό μετριέται και πάλι από το μανόμετρο.

31 Προσδιορισμός εδαφικής υγρασίας Μέθοδος των μικροκυμάτων (Χρήση αισθητήρων) Η χρήση των αισθητήρων αποτελεί σύγχρονη τεχνική μέτρησης της εδαφικής υγρασίας Υπολογίζουν έμμεσα την εδαφική υγρασία μετρώντας ιδιότητες του εδάφους που μεταβάλλονται με την υγρασία Η μέθοδος των μικροκυμάτων βασίζεται στην ιδιότητα που έχει το νερό να απορροφά ισχυρά τη μικρού μήκους κύματος ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία Δεν υπάρχει περιορισμός στον τύπο εδάφους

32 Προσδιορισμός εδαφικής υγρασίας Μέθοδος των μικροκυμάτων (Χρήση αισθητήρων) Αισθητήρας Diviner 2000 (Μέτρηση υγρασίας από 10cm έως 1m) Η συσκευή αποτελείται από ένα αισθητήρα ο οποίος μέσω καλωδίου στέλνει το σήμα του σε ένα logger καταγραφής Ο αισθητήρας εισέρχεται μέσα στο έδαφος μέσω ενός σωλήνα PVC ο οποίος έχει εγκατασταθεί μόνιμα μέχρι το βάθος όπου θέλουμε να πάρουμε μετρήσεις εδαφικής υγρασίας

33 Προσδιορισμός εδαφικής υγρασίας Μέθοδος των μικροκυμάτων (Χρήση αισθητήρων) Αισθητήρας ταυτόχρονα) Pr 2(Μέτρηση υγρασίας σε διαφορετικά βάθη

34 Υδατοϊκανότητα Αποτελεί το πάνω όριο της χρήσιμης στα φυτά εδαφικής υγρασίας Εμφανίζεται τρείς με πέντε ημέρες μετά από βροχή ή άρδευση. Ο χρόνος αυτός αυξάνει αν το έδαφος είναι βαρύ ή αν υπάρχουν στρώματα που εμποδίζουν τη στράγγιση

35 Σημείο μόνιμης μάρανσης Αποτελεί το κάτω όριο της χρήσιμης στα φυτά εδαφικής υγρασίας Όταν η υγρασία του εδάφους φθάσει στο σημείο μόνιμης μάρανσης, τα φυτά αρχίζουν να δυσκολεύονται στην απορρόφηση του νερού διότι το νερό συγκρατείται με μεγάλες δυνάμεις από τα εδαφικά σωματίδια Συμπτώματα στα φυτά: Μειωμένη ανάπτυξη, αλλαγή χρωματισμού φύλλων

36 Βάθος ριζοστρώματος Είναι το βάθος μέχρι το οποίο εκτείνεται το ριζικό σύστημα των καλλιεργειών Καλλιέργεια Βάθος ριζοστρώματος (m) Κανονικό Μέγιστο Καλαμπόκι 0,9 1,8 Σιτηρά 0,9 1,8 Αμπέλια 1,5

37 Διαθέσιμη εδαφική υγρασία Είναι η υγρασία που βρίσκεται στο βάθος της ζώνης ριζοστρώματος των καλλιεργειών και βρίσκεται μεταξύ των σημείων υδατοϊκανότητας και μόνιμης μάρανσης Ενδεικτικές τιμές διαθέσιμης υγρασίας διαφόρων τύπων εδαφών σε mm ανά μέτρο βάθους εδάφους Διαθέσιμη υγρασία mm/m Πολύ χονδρόκοκκη άμμος 4-70 Αμμοπηλώδες Πηλώδες Βαρειά οργανικά εδάφη

38 Διαθέσιμη εδαφική υγρασία

39 Διαθέσιμη υγρασία Σε έδαφος με ομοιόμορφη δομή σε όλο το βάθος ριζοστρώματος η διαθέσιμη υγρασία βρίσκεται: Όπου: R.D. Είναι το βάθος ριζοστρώματος σε mm Η υδατοϊκανότητα και το σημείο μόνιμης μάρανσης εκφράζονται ως ποσοστά % ξηρού βάρους Το Φ.Π. θεωρείτε αδιάστατο

40 Διαθέσιμη υγρασία Σε έδαφος με ομοιόμορφη δομή σε όλο το βάθος ριζοστρώματος έχουμε: Η υγρασία στην υδατοϊκανότητα FC=15 (%D.W.) Η υγρασία στο σημείο μόνιμης μάρανσης PWP=8 (%D.W) Η φαινόμενη πυκνότητα Φ.Π.=1,40 gr/cm 3 To βάθος του ριζοστρώματος RD=900mm

41 Ωφέλιμη υγρασία Η ASM δεν πρέπει να εξαντλείται πλήρως, προτού επανέλθουμε με άρδευση. Αυτό σημαίνει ότι μόνο ένα ποσοστό της διαθέσιμης εδαφικής υγρασία πρέπει να καταναλίσκεται από τα φυτά για τις ανάγκες τους σε νερό και ένα ποσοστό αυτής να παραμένει στο έδαφος, όταν επανερχόμαστε με άρδευση. Το ποσοστό της διαθέσιμης υγρασίας, που πρέπει να παραμένει στο έδαφος, εξαρτάται από την καλλιέργεια, τον τύπο του εδάφους και από οικονομικά κριτήρια. Είναι το μέρος της διαθέσιμης υγρασίας που πραγματικά χρησιμοποιείται από τις καλλιέργειες Όπου: F είναι ένας συντελεστής που ονομάζεται συντελεστής ωφελιμότητας

42 Ωφέλιμη υγρασία Παράδειγμα ωφέλιμης υγρασίας: Εάν F είναι ο συντελεστής ωφελιμότητας F=0.75 ASM=88.2 mm Η υγρασία αυτή θα πρέπει να αποθηκεύεται στο χωράφι με κάθε άρδευση

43 Άσκηση 5: Σε ένα έδαφος με ομοιόμορφη δομή καλλιεργείται οινοποιήσιμο αμπέλι με βάθος ριζοστρώματος RD=1000cm. Μετρήθηκε η υγρασία στο σημείο υδατοϊκανότητας και βρέθηκε ίση με FC=14 (%DW) καθώς και η υγρασία στο σημείο μόνιμης μάρανσης ίση με PWP=9 (%DW). Εάν η φαινόμενη πυκνότητα του εδάφους είναι ΦΠ=1.3 gr/cm 3 Να υπολογίσετε: Α) τη διαθέσιμη υγρασία, ASM Β) την ωφέλιμη υγρασία USM, εάν ο συντελεστής ωφελιμότητας είναι F=0.8 Γ) πόσα m 3 νερού θα χρειασθούν να εφαρμοσθούν σε μια καλλιέργεια 5 στρεμμάτων;

44 Απ: Α) ASM = FC PWP 100 Φ. Π. RD = = 65mm B) USM = F*ASM = 0.8 * 65 = 52mm ή m 3 /στρέμμα Γ) 52 * 5= 260m 3