ΠΑΝΤΕΛΑΚΗΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ Δρ. Γεωπόνος Εγγείων Βελτιώσεων, Εδαφολογίας και Γεωργικής Μηχανικής Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης Εξάμηνο Διδασκαλίας: Ε (Εξατμισοδιαπνοή- Ανάλυση αρδευτικών αναγκών) Τμήμα Τεχνολόγων Γεωπόνων Σχολή Τεχνολογίας Γεωπονίας και Τεχνολογίας Τροφίμων και Διατροφής Φλώρινα 2016
Εξατμισοδιαπνοή Εξάτμιση: Απομάκρυνση του νερού από την επιφάνεια του εδάφους με τη μορφή υδρατμών προς το περιβάλλον Διαπνοή: Απομάκρυνση του νερού από τα στόματα των φύλλων με τη μορφή υδρατμών προς το περιβάλλον Τα φυτά αποβάλλουν με τη διαπνοή το 99,8% του νερού, που απορροφούν με τις ρίζες και μόνο το 0,2 % χρησιμοποιούν για την δημιουργία των ιστών τους.
Εξατμισοδιαπνοή Εξατμισοδιαπνοή: Η απομάκρυνση του νερού μέσω της εξάτμισης και της διαπνοής Εξαρτάται: α) Από τις συνθήκες που επικρατούν στην ατμόσφαιρα που περιβάλλει το φύλλωμα της καλλιέργειας, όπως Καθαρή ακτινοβολία Ταχύτητα του ανέμου Σχετική υγρασία Θερμοκρασία β) τα χαρακτηριστικά της καλλιέργειας, όπως: Βλαστική περίοδος Βάθος και πυκνότητα του ριζικού συστήματος Ανακλαστικότητα του φυλλώματος Ποσοστό κάλυψης του εδάφους από το φύλλωμα της Τρόπος καλλιέργειας
Εξατμισοδιαπνοή Εξατμισοδιαπνοή καλλιέργειας ET c : Το νερό που χρειάζεται για την κανονική ανάπτυξη και βέλτιστη απόδοση μιας καλλιέργειας (mm/day) ET c =ET r *K c Η επίδραση του κλίματος στην ET c εκφράζεται από την εξατμισοδιαπνοή αναφοράς ή βασική εξατμισοδιαπνοή ET r, η οποία υπολογίζεται από διάφορους μαθηματικούς τύπους Η επίδραση των χαρακτηριστικών μιας καλλιέργειας στην ET c εκφράζεται από τον φυτικό συντελεστή K c, ο οποίος υπολογίζεται πειραματικά, διαφέρει από καλλιέργεια σε καλλιέργεια καθώς επίσης διαφοροποιείται και κατά τη διάρκεια της βλαστικής περιόδου (Δίνεται σε Πίνακες)
Φυτικός συντελεστής Διάφορες τιμές φυτικού συντελεστή Kc Εδαφοκάλυψη 70-100% Σπορά 1 Ο ΣΤΑΔΙΟ Χρόνος σε ημέρες Εξατμισοδιαπνοή 3 Ο ΣΤΑΔΙΟ Εδαφοκάλυψη <10% Συγκομιδή 1 ο Στάδιο: Περίοδος εγκατάστασης (Αρχίζει με τη σπορά) 2 ο Στάδιο: Περίοδος κύριας βλάστησης (Ανάπτυξη φυλλώματος και πλήρης κάλυψη του εδάφους) 3 ο Στάδιο: Περίοδος διαμόρφωσης της παραγωγής (περίοδος ανθοφορίας και σχηματισμού των καρπών-μέγιστος και σταθερός φυτικός συντελεστής) 4 ο Στάδιο: Περίοδος ωρίμανσης (Ωρίμανση καρπών και μέχρι τη συγκομιδή)
Διάφορες τιμές φυτικού συντελεστή Kc ΕΤΗΣΙΕΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ Εξατμισοδιαπνοή Καλλιέργεια KC 1 KC 2 KC 3 KC 4 Αραβόσιτος 0,4 0,6 0,8 0,45 Βαμβάκι 0,35 0,55 0,8 0,45 Τεύτλα 0,35 0,5 0,65 0,4 Βιομ. Ντομάτα 0,4 0,6 0,8 0,5
Διάφορες τιμές φυτικού συντελεστή Kc ΠΟΛΥΕΤΕΙΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ Εξατμισοδιαπνοή Φυτικός συντελεστής κατά μήνα Καλλιέργεια Α Μ Ι Ι Α Σ Ο Ροδακινιά Βερυκοκιά Αχλαδιά Δαμασκηνιά Φυστικιά Κερασιά Μηλιά Καρυδιά - 0,45 0,55 0,75 0,65 0,6 - - 0,45 0,65 0,75 0,65 0,6 - Εσπεριδοειδή 0,6 0,55 0,5 0,5 0,5 0,6 0,8 Ελαιώνες - 0,3 0,35 0,4 0,4 0,3 - Αμπελώνες - 0,3 0,35 0,45 0,45 0,35 -
Εξατμισοδιαπνοή καλλιέργειας ET c : Εξατμισοδιαπνοή ET c =ET r *K c Για τις ετήσιες καλλιέργειες η ET c υπολογίζεται ανά στάδιο ανάπτυξης Για τις πολυετείς καλλιέργειες η ET c υπολογίζεται ανά μήνα Για τις ανάγκες ενός αρδευτικού προγράμματος δύναται η ET c να υπολογισθεί ανά 10ήμερο Η ακρίβεια των υπολογισμών της ET c εξαρτώνται από τη διαθεσιμότητα των κλιματικών δεδομένων
Παράδειγμα υπολογισμού ET c : Εξατμισοδιαπνοή ET c =ET r *K c Έστω ότι καλλιεργούμε αραβόσιτο και ότι θέλουμε να υπολογίσουμε την εξατμισοδιαπνοή καλλιέργειας ET c για τον μήνα Ιούλιο, όπου έχουμε υπολογίσει την εξατμισοδιαπνοή αναφοράς ET r =9.45 mm/day και το φυτικό συντελεστή Κ c =0.80. Ποια είναι η ΕΤ C ET c =ET r *K c =9.45*0.8=7.56 mm/day
Εξατμισοδιαπνοή Η σχέση ET c =ET r *K c αποτελεί έμμεσος τρόπος υπολογισμού της εξατμισοδιαπνοής καλλιέργειας Et c Η Et c μπορεί να υπολογισθεί άμεσα με τη βοήθεια μετρήσεων στο χωράφι Μία από τις μεθόδου άμεσου υπολογισμού της Et c είναι η μέθοδος των διαδοχικών δειγματοληψιών με την οποία προσδιορίζεται η υγρασία σε εδαφικά δείγματα Οι δειγματοληψίες γίνονται 3 με 4 ημέρες μετά από άρδευση και εκτείνονται σε κάποιο βάθος από το ριζόστρωμα SM1 SM 2 ETC 100 *..*RD
Εξατμισοδιαπνοή Παράδειγμα υπολογισμού της εξατμισοδιαπνοής καλλιέργειας Et c Σε ένα χωράφι έχει εγκατασταθεί αραβόσιτος. Δειγματοληψίες εδάφους έχουν γίνει ανά 30 cm μέχρι βάθος 1.5m (δηλαδή 50cm περίπου κάτω από το ριζόστρωμα του αραβόσιτου). Οι δειγματοληψίες πραγματοποιήθηκαν 4 ημέρες μετά την άρδευση στις αρχές Ιουλίου και επαναλήφθηκαν 5 μέρες αργότερα. Η υγρασία που προσδιορίστηκε και το φαινόμενο ειδικό βάρος κάθε στρώσης είναι: Ζώνη, cm Φ.Π. SM1 (%D.W) SM2 (%D.W) 0-30 1.35 18 15 30-60 1.4 16 14 60-90 1.3 19 17 90-120 1.5 12 11 120-150 1.5 10 10
Εξατμισοδιαπνοή Παράδειγμα υπολογισμού της εξατμισοδιαπνοής καλλιέργειας Et c SM1 SM 2 ETC 100 *..*RD 18 15 16 14 ET 5 *1.35.*300 *1.40*300 100 100 19 17 12 11 *1.30*300 *1.50*300 100 100 10 10 *1.50*300 32.8mm / 5ή 100 Η ημερήσια εξατμισοδιαπνοή κατά το 5ήμερο είναι: ΕΤc=32.8/5=6.5mm/day
Η ικανοποίηση της ΕΤc γίνεται: Α) Βροχή Η βροχή με μικρή ένταση και μεγάλη διάρκεια μπορεί να αποδοθεί 100% στα φυτά σε αντίθεση με τη βροχή μεγάλης έντασης Β) Αποθηκευμένη υγρασία εδάφους Γ) Υπόγειο νερό Δ) Άρδευση Ανάλυση αρδευτικών αναγκών Διαθέσιμη ASM και ωφέλιμη υγρασία USM Τριχοειδής ανύψωση του νερού-δύσκολη η ποσοτικοποίηση της επίδρασης του υπόγειου νερού στην ικανοποίηση της ΕΤc Σε περίπτωση που οι παραπάνω πηγές δεν είναι επαρκείς
Ανάλυση αρδευτικών αναγκών Υδατικό ισοζύγιο: Επομένως: Προσθήκη νερού για την ικανοποίηση των αναγκών των καλλιεργειών +Βροχή (R) +Υγρασία εδάφους (SM) +Υπόγειο νερό (GW) +Άρδευση (Ic) Εκροή νερού: -Εξατμισοδιαπνοή (ETc) ETc=R+SM+GW+Ic ή Ιc=ΕΤc R-SM-GW (Οι καθαρές σε αρδευτικό νερό ανάγκες της καλλιέργειας)
Ανάλυση αρδευτικών αναγκών Στις καθαρές σε αρδευτικό νερό ανάγκες της καλλιέργειας θα πρέπει να προστεθεί μια ποσότητα νερού για την έκπλυνση των αλάτων Η αλατότητα μετριέται στο εκχύλισμα κορεσμού του εδάφους Η αλατότητα του εδάφους αυξάνει με την πρόοδο της βλαστικής περιόδου και οφείλεται κυρίως στο νερό της άρδευσης Η έκπλυνση θα πρέπει να γίνεται πριν, κατά τη διάρκεια της βλαστικής περιόδου και μετά το τέλος αυτής Ανθεκτικά Μέσης Ανθεκτικότητας Ευπαθή Ζαχαρότευτλα Συκιά Αχλαδιά Παντζάρια Αμπέλι Αμυγδαλιά Βαμβάκι Ελιά Ροδακινιά Αγριοσίκαλη Μηδική Μηλιά Αγριάδα Τομάτα Πορτοκαλιά
Ανάλυση αρδευτικών αναγκών
Ανάλυση αρδευτικών αναγκών Η ποσότητα νερού που πρέπει να προστεθεί για την έκπλυνση των αλάτων καθορίζεται από το συντελεστή έκπλυνσης LR που ορίζεται ως εξής: Ο συντελεστής έκπλυνσης LR αντιπροσωπεύει την ελάχιστη ποσότητα νερού, εκφρασμένης, ως κλάσμα της εξατμισοδιαπνοής καλλιέργειας, που πρέπει να διηθηθεί βαθιά μέσα από τη ζώνη του ριζοστρώματος για να διατηρηθεί η αλατότητα του εδάφους σε ένα προκαθορισμένο επίπεδο Παράδειγμα: LR=0.3 σημαίνει ότι το 30% της ΕΤc θα πρέπει να προστεθεί στην άρδευση για την έκπλυνση των αλάτων Αν ΕΤc=7mm τότε το 30%*7=2.1mm νερού θα πρέπει να προστεθούν για την έκπλυνση των αλάτων Ερώτηση: Σε δύο χωράφια με ίδια σύσταση υπάρχουν 2 καλλιέργειες και χρησιμοποιείται το ίδιο νερό άρδευσης. Για την πρώτη καλλιέργεια βρέθηκε ότι ο συντελεστής έκπλυνσης είναι LR1=0.03 ενώ για τη δεύτερη καλλιέργεια LR2=0.3. Ποια από τις δύο καλλιέργειες είναι η πιο ανθεκτική στα άλατα;
Ανάλυση αρδευτικών αναγκών Ο συντελεστής έκπλυνσης LR για τη στάγδην άρδευση δίνεται από τη σχέση: όπου: LR 1 EC El 3EC El είναι ο συντελεστής αποτελεσματικότητας της έκπλυνσης που για τα αμμώδη εδάφη έχει τιμή 1 και για τα συνεκτικά εδάφη έχει τιμή 0,3 ΕC w είναι η ηλεκτρική αγωγιμότητα του αρδευτικού νερού σε mmhos/cm w 50 ΕC 50 είναι η ηλεκτρική αγωγιμότητα σε mmhos/cm που αντιστοιχεί σε απόδοση 50% της καλλιέργειας
Ανάλυση αρδευτικών αναγκών Μέχρι τώρα είδαμε ότι με την άρδευση θα πρέπει να ικανοποιήσουμε: Α) Τις καθαρές σε νερό ανάγκες των καλλιεργειών Β) Τις ανάγκες για έκπλυνση των αλάτων Σε αυτές τις ποσότητες θα πρέπει να προστεθεί και μια ποσότητα νερού που θα καλύπτει τις απώλειες που τυχόν υπάρχουν κατά τη μεταφορά και την εφαρμογή του νερού άρδευσης
Η ποσότητα αυτή καθορίζεται από την αποδοτικότητα του δικτύου Ε. Ε= αποδοτικότητα διανομής του νερού (Εd) x αποδοτικότητα εφαρμογής (Εf) Όπου Ανάλυση αρδευτικών αναγκών Ed= ο λόγος της ποσότητας του νερού που φθάνει στη κεφαλή του αγροτεμαχίου (Qf) προς τη ποσότητα του νερού που παροχετεύτηκε στη πηγή τροφοδοσίας του δικτύου (Qin) Ef= ο λόγος της ποσότητας του νερού που αποθηκεύτηκε στο ριζόστρωμα (Ms) προς τη ποσότητα του νερού που παροχετεύτηκε στη κεφαλή του αγροτεμαχίου (Qin) Σχόλιο: Στο ριζόστρωμα θέλουμε πάντα να αποθηκεύεται η ωφέλιμη υγρασία (USM), δηλαδή MS=USM Επομένως: Qf Qin Ms Qf Ms Qin
Ανάλυση αρδευτικών αναγκών Συνθήκες δικτύου και άρδευσης 1. Αποδοτικότητα διανομής Ed Συντήρηση και λειτουργία δικτύου (πολύ καλή) Συντήρηση και λειτουργία δικτύου (ικανοποιητική) Συντήρηση και λειτουργία δικτύου (ελλιπής) Συντήρηση και λειτουργία δικτύου (φτωχή) 2. Αποδοτικότητα εφαρμογής Ef Άρδευση με κατάκλυση Άρδευση με περιορισμένη διάχυση Άρδευση με αυλάκια Άρδευση με καταιονισμό Άρδευση με σταγόνες Αποδοτικότητα 0,6-0,7 0,5-0,6 0,35-0,45 0,25-0,35 0,6-0,8 0,6-0,75 0,55-0,7 0,6-0,8 0,75-0,95
Ανάλυση αρδευτικών αναγκών Καταλήξαμε ότι κατά το σχεδιασμό ενός αρδευτικού δικτύου θα πρέπει να λάβουμε υπόψη μας: Α) Τις καθαρές σε νερό ανάγκες των καλλιεργειών (Ic) Β) Τις ανάγκες για έκπλυνση των αλάτων (LR) Γ) Τις απώλειες στο δίκτυο διανομής και εφαρμογής (Ε) Επομένως οι Ολικές σε νερό ανάγκες (It) που πρέπει να ικανοποιούνται από το αρδευτικό δίκτυο δίνονται από τη σχέση: It Ic E 1 LR
Ανάλυση αρδευτικών αναγκών Παράδειγμα: Έστω ότι έχουμε μια καλλιέργεια αραβοσίτου, η οποία αρδεύεται με αυλάκια. Θεωρούμε ότι η αποδοτικότητα του δικτύου είναι Ε=0,39 και ότι ο συντελεστής έκπλυνσης είναι LR=0,1484. Εάν θεωρήσουμε ότι η επίδραση της υπόγειας στάθμης GW είναι μηδενική και η εδαφική υγρασία δεν μεταβλήθηκε κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου (SM=0), να υπολογίσετε τις καθαρές και τις ολικές σε νερό ανάγκες της καλλιέργειας αραβοσίτου. Δίνονται στον πίνακα οι μηνιαίες εξατμισοδιαπνοές καθώς και η μηνιαία ωφέλιμη βροχόπτωση Μήνας ΕΤc, mm R, mm Μάιος 60 39 Ιούνιος 105 36 Ιούλιος 205 16 Αύγουστος 170 0 Σεπτέμβριος 85 0 Ιc,mm 21 63 Ir,mm 69 208 189 569 170 512 45 135
Ανάλυση αρδευτικών αναγκών Γνωρίζουμε ότι σε επίπεδο αγροτεμαχίου σε κάθε άρδευση θα πρέπει να αποθηκεύεται στο ριζόστρωμα η ωφέλιμη υγρασία USM: Οι καθαρές σε νερό ανάγκες (ή καθαρό βάθος άρδευσης) σε επίπεδο αγροτεμαχίου είναι: dn(mm) FC PWP USM F*ASM F* *..*RD 100 Λαμβάνοντας υπόψη την αποδοτικότητα εφαρμογής Ef, λόγω απωλειών, οι ολικές σε νερό ανάγκες (ή ολικό βάθος άρδευσης) θα δίνονται από τη σχέση: dt(mm) dn Ef
Ανάλυση αρδευτικών αναγκών Σε περίπτωση που θέλουμε να εκπλύνουμε τα άλατα σε κάθε άρδευση και όχι στοήν αρχή ή στο τέλος της αρδευτικής περιόδου τότε θα πρέπει να υπολογίζουμε μια επιπλέον ποσότητα που θα πρέπει να προστίθεται στο ολικό βάθος άρδευσης dt. Η ποσότητα αυτή δίνεται από τη σχέση: όπου d ' (mm) 1 *ETs *LR n n είναι ο αριθμός των αρδεύσεων που εφαρμόζεται σε μια αρδευτική περίοδο ΕTs είναι η εποχιακή εξατμισοδιαπνοή LR είναι ο συντελεστής έκπλυνσης
Ανάλυση αρδευτικών αναγκών Η διάρκεια άρδευσης είναι ο χρόνος που απαιτείται για να εφαρμοσθεί στο χωράφι νερό ίσο με το ολικό βάθος άρδευσης (dt) και εξαρτάται από τη διηθητικότητα. Εάν η διηθητικότητα περιγράφεται από μια σχέση y=k*t b τότε όπου y βάζουμε dt και λύνουμε τη σχέση ως προς τον χρόνο t dt t(min) k Η περίοδος που θα επαναληφθεί η άρδευση λέγεται εύρος άρδευσης και δίνεται από την παρακάτω σχέση: 1/ b ( days) dn ETd Όπου ΕΤd είναι η ημερήσια εξατμισοδιαπνοή σε mm/day dn είναι το καθαρό βάθος άρδευσης σε mm
Ανάλυση αρδευτικών αναγκών Παράδειγμα Προγραμματισμού Αρδεύσεων (ΑΡΑΒΟΣΙΤΟΣ) Χρονική περίοδος Υγρασία στην αρχή κάθε περιόδου, mm Ωφέλιμη βροχή, mm Νερό στη διάθεση της καλλιέργειας, mm ΕΤc ή κατανάλωση νερού από καλλιέργεια Υπόλοιπο μεταφερόμενο στην αρχή της επομένης περιόδου, mm (1) (2) (3) (4) (5) (6) 1-10 Μαΐου 63 18,8 81,8 17,2 64,6 11-20 Μαΐου 64,6 2,8 67,4 16,1 51,3 21-31 Μαΐου 51,3 24,2 75,5 28,5 47 1-10 Ιουνίου 47 6,8 53,8 35,1 18,7 11-20 Ιουνίου 18,7 23 41,7 41 0,7+63 με άρδευση την 21/06 21-30 Ιουνίου 63,7 0,8 64,5 49 15,5 1-3 Ιουλίου 15,5 ----- 15,5 14,2 1,3+63 με άρδευση την 4/7 4-10 Ιουλίου 64,3 11,6 75,8 33,3 42,5 11-20 Ιουλίου 42,5 34,4 76,9 46,3 30,6 21-31 Ιουλίου 30,6 16,2 46,8 47,5-0,7+63 με άρδευση την 1/8 1-10 62,3 4,4 66,7 49,6 17,1 Αυγούστου 11-18 Αυγούστου 17,1 8 25,1 25 0,1+63 με άρδευση την 19/8 19-20 63,1 ----- 63,1 6,3 56,8 Αυγούστου 21-31 56,8 13,2 70 37,8 32,2 Αυγούστου 1-10 32,2 4,2 36,4 33,5 2,9 Σεπτεμβρίου 11-20 2,9 6,6 9,5 20,2-10,7 Σεπτεμβρίου 21-27 Σεπτεμβρίου -10,7 14,2 3,5 6-2,5