Internetowa Platforma Wspomagania Decyzji Nawodnieniowych

Ewapotranspiracja określa całokształt procesów związanych z odpływem do atmosfery wody parującej z powierzchni gleby (ewaporacja) pokrytej roślinnością (transpiracja). Na wielkość ewapotranspiracji wpływają czynniki meteorologiczne (m.in. temperatura i wilgotność powietrza, radiacja słoneczna, prędkość wiatru), glebowe (m.in. skład mechaniczny, wilgotność) oraz roślinne (m.in. gatunek, faza rozwojowa, zwartość łanu).
Rzeczywistą wartość ewapotranspiracji (dla danej rośliny uprawnej) szacuje się poprzez pomiar tzw. ewapotranspiracji wskaźnikowej (ETo), która określa zdolność atmosfery do wywołania parowania wody z powierzchni pokrytej roślinami niezależnie od ich rodzaju i poziomu uwilgotnienia gleby. Oddziaływanie szaty roślinnej na proces parowania jest określane za pomocą tzw. współczynników roślinnych (k). Wartość tych współczynników jest charakterystyczna dla określonego gatunku i zmienia się w poszczególnych fazach rozwojowych rośliny w okresie wegetacyjnym. Do wyznaczania wielkości ewapotranspiracji wskaźnikowej opracowano szereg modeli matematycznych (np. wzór Grabarczyka, Hargreavesa, Penmana-Monteitha). Rozwój elektroniki pozwolił na wprowadzenie do praktyki stacji meteorologicznych, które automatycznie obliczają wartość ETo na podstawie mierzonych parametrów meteorologicznych. Ewapotranspirację rzeczywistą (aktualną) danego gatunku rośliny uprawnej rosnącej w warunkach optymalnego zaopatrzenia w wodę (Ec) oblicza się mnożąc wartość ewapotranspiracji wskaźnikowej (ETo) przez współczynnik roślinny (k).

Określa aktualną wielkość ewapotranspiracji danego gatunku rośliny uprawnej rosnącej w warunkach optymalnego zaopatrzenia w wodę. Oblicza się ją mnożąc wartość ewapotranspiracji wskaźnikowej (ETo) przez współczynnik roślinny (k) (patrz też hasła 'ewapotranspiracja', 'ewapotranspiracja wskaźnikowa', 'współczynnik roślinny').

Ewapotranspiracja wskaźnikowa określa zdolność atmosfery do wywołania parowania wody z powierzchni pokrytej roślinami niezależnie od ich rodzaju i poziomu uwilgotnienia gleby. Do wyznaczania wielkości ewapotranspiracji wskaźnikowej opracowano szereg modeli matematycznych. Organizacja Narodów Zjednoczonych do spraw Wyżywienia i Rolnictwa (FAO) zarekomendowała model Penmana-Monteitha:

Rn - promieniowanie (radiacja) [MJ m^-2 dzień^-1]; G - gęstość strumienia ciepła glebowego [MJ m^-2 dzień^-1]; T - średnia dzienna temperatura zmierzona na wysokości 2 m [°C]; u2 - prędkość wiatru na wysokości 2m [m s^-1]; es - ciśnienie nasyconej pary wodnej [kPa]; ea - aktualne ciśnienie pary wodnej [kPa]; es−ea - deficyt prężności pary wodnej [kPa]; D - nachylenie krzywej ciśnienia nasyconej pary wodnej [kPa °C^-1]; G - stała psychrometryczna [kPa °C^-1]

Model ten wymaga szeregu danych meteorologicznych, co utrudnia jego powszechne zastosowanie. Dlatego prowadzi się prace badawcze mające na celu zweryfikowanie przydatności do warunków klimatycznych Polski innych modeli pozwalających na szacowanie ewapotranspiracji przy ograniczonym dostępie do danych meteorologicznych. Przydatne do powszechnego stosowania mogą być modele Grabarczyka i Hargreavesa.

W modelu Grabarczyka do wyznaczania wartości ewapotranspiracji wystarczą pomiary temperatury i wilgotności powietrza:

ETo = 0,32(d + 1/3T)

d – średni dobowy niedosyt wilgotności powietrza (hPa); T – średnia dobowa temperatura powietrza (°C)

Do wyznaczania ewapotranspiracji przy wykorzystaniu modelu Hargrevesa potrzebne są pomiary maksymalnej i minimalnej temperatury powietrza oraz dane dotyczące promieniowania słonecznego docierającego do atmosfery ziemi (odczytywane z tabel):

HC - współczynnik empiryczny autora = 0,0023; Ra - radiacja ponad atmosferą (mm dzień^-1); Tmax - temperatura maksymalna powietrza (°C); Tmin - temperatura minimalna powietrza (°C); HE - współczynnik empiryczny autora = 0,5; HT - współczynnik empiryczny autora = 17,8

(patrz też hasło 'ewapotranspiracja').

Kategorie agronomiczne gleb ustalono w (IUNG-PIB) w oparciu o skład granulometryczny (uziarnienie) na podstawie informacji zawartej na mapach glebowo-rolniczych w skali 1:5000. http://www.susza.iung.pulawy.pl/index.html?str=kat_gl

Kategorie glebowe o różnej podatności na suszę

Mapę kategorii glebowych przedstawiona jest na stronie Systemu Monitoringu Suszy glebowej w Polsce http://www.susza.iung.pulawy.pl/index.html?str=mapkat

Klimatyczny bilans wodny (KBW) jest wskaźnikiem umożliwiającym określenie stanu uwilgotnienia środowiska (oceny aktualnych zasobów wodnych) przy wykorzystaniu danych meteorologicznych. KBW jest określany jako różnica pomiędzy przychodami wody (w postaci opadów) a stratami w procesie parowania (ewapotranspiracja). Wartości KBW mogą posłużyć do szacowania potrzeb nawodnieniowych roślin.

Zwiększenie efektywności wykorzystania wody do nawadniania wymaga wprowadzenia do praktyki precyzyjnych metod wyznaczania potrzeb wodnych roślin. Termin nawadniania roślin może być wyznaczany na podstawie kryteriów roślinnych, glebowych lub klimatycznych.

Kryteria roślinne – w tym przypadku potrzeby nawadniania ustalamy na podstawie parametrów odzwierciedlających stan fizjologiczny roślin (stan uwodnienia tkanek). Prace badawcze koncentrują się tu na rozwoju urządzeń mierzących zmiany rozmiarów organów roślinnych (średnicy pędów, grubości blaszki liściowej), temperatury powierzchni roślin czy intensywności przepływu wody przez tkanki przewodzące. Z uwagi na ograniczenia tych metod (konieczność precyzyjnej kalibracji czujników, interpretacja odbieranych sygnałów), zastosowanie tego rodzaju rozwiązań w praktyce ogrodniczej na większą skalę jest nadal ograniczone.

Kryteria glebowe – termin nawadniania ustalany jest na podstawie pomiaru wilgotności lub potencjału wodnego gleby/podłoża. Ze względu na niejednorodność materii wbrew pozorom prawidłowy pomiar wilgotności gleby jest utrudniony. Sondy pomiarowe wymagają kalibracji do określonego rodzaju gleby/podłoża. Konieczna jest także znajomość charakterystyki gleby/podłoża w celu określenia zapasu wody dostępnej dla roślin.

Kryteria klimatyczne – oparte są na założeniach, że zużycie wody determinowane jest przebiegiem pogody i fazą rozwojową roślin. Celem prac badawczych prowadzonych w tej grupie tematycznej jest rozwój modeli matematycznych służących do wyznaczania potrzeb wodnych roślin na podstawie przebiegu pogody. Obecnie coraz bardziej jest popularne posługiwanie się pojęciem ewapotranspiracji wskaźnikowej (referencyjnej, ETo), która określa zdolność atmosfery do wywołania parowania wody z powierzchni pokrytej roślinami niezależnie od ich rodzaju i poziomu uwilgotnienia gleby. Czynniki wpływające na wysokość ETo to warunki meteorologiczne to radiacja słoneczna, temperatura powietrza, niedosyt wilgotności powietrza i prędkość wiatru. Oddziaływanie szaty roślinnej na proces parowania jest określane za pomocą tzw. współczynników roślinnych (k), których wartość jest charakterystyczna dla określonego gatunku i zmienia się w poszczególnych fazach rozwojowych rośliny w okresie wegetacyjnym.

Krzywa ta przedstawia zależność pomiędzy potencjałem wody w glebie (siłą ssącą gleby) a jej wilgotnością. W praktyce wyznacza się ją na podstawie wyników pomiarów ilości wody odsączającej się z gleby przy wywieraniu na nią określonego ciśnienia. Krzywa pF umożliwia określenie zawartości wody w glebie dostępnej dla roślin.

Właściwości wodne gleby można opisać dwojako – określając ilość zawartej w niej wody (wilgotność) oraz charakteryzując stan energetyczny wody (potencjał wody). Pomiar potencjału umożliwia określenie siły, z jaką woda jest zatrzymywana w glebie. Gdy potencjał wody glebowej się obniża, staje się ona coraz trudniej dostępna dla roślin. Potencjał wody jest określany w jednostkach ciśnienia (paskal, bar, atmosfera i ich wielokrotności), lub przy pomocy wskaźnika pF (logarytm dziesiętny z wysokości słupa wody, odpowiadającego sile ssącej gleby). Aby dokładnie określić potrzeby nawadniania roślin, należy znać zarówno potencjał jak i zawartość wody w glebie. Zależność pomiędzy potencjałem a zawartością wody nie jest liniowa. Aby ją ustalić, należy opracować tzw. krzywą retencji wody dla danego rodzaju gleby. Do pomiaru potencjału wody glebowej wykorzystuje się tensjometry i mierniki oporności elektrycznej (bloczki gipsowe, sondy granular matrix) (patrz też hasło 'wilgotność gleby').

Obecnie najczęściej wykorzystywany rodzaj czujnika do pomiaru zawartości wody w glebie lub podłożu bezglebowym. Określenie wilgotności podłoża/gleby odbywa się na podstawie pomiaru względnej przenikalności elektrycznej ośrodka, która zależy od zawartości wody. Czujniki te są względnie tanie, bezpieczne i łatwe w użyciu, a ponadto ich rozmiary umożliwiają prowadzenie pomiarów w niewielkich ilościach podłoża (np. uprawy pojemnikowe pod osłonami). Dla zwiększenia precyzji pomiarów, sondy tego typu wymagają kalibracji uwzględniającej charakterystykę danego rodzaju gleby/podłoża. Na podobnej zasadzie działają sondy typu TDR. Różnica wynika ze sposobu pomiaru przenikalności elektrycznej.

Stresem nazywamy stan organizmu wywołany działaniem czynnika (stresora) środowiskowego mogącego doprowadzić do zaburzeń funkcji i struktury niekorzystnych dla roślin. Jednym z tych czynników może być deficyt wody (susza) lub jej nadmiar (zalanie). Mówimy wówczas o stresie wodnym. W praktyce termin ten jest częściej używany w odniesieniu do sytuacji spowodowanej niedoborem wody w glebie, np. wskutek niedostatecznej ilości opadów. Stres wodny występuje także gdy woda jest obecna w glebie ale jej pobieranie jest niewystarczające, np. z powodu ograniczonej aktywności systemu korzeniowego spowodowanego niską temperaturą gleby, zalaniem (niedobór tlenu w podłożu), zasoleniem lub uszkodzeniem mechanicznym. W wyniku oddziaływania stresu dochodzi do zaburzeń w przebiegu procesów życiowych, zahamowania wzrostu oraz ograniczenia plonowania roślin.

System Monitoringu Suszy Rolniczej w Polsce (SMSR). Serwis jest prowadzony przez Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy (IUNG-PIB) na zlecenie Ministerstwa Rolnictwa i Rozwoju Wsi. System ma za zadanie wskazać obszary na których potencjalnie wystąpiły straty spowodowane warunkami suszy dla upraw uwzględnionych w ustawie o dopłatach do ubezpieczeń upraw rolnych i zwierząt gospodarskich w Polsce. http://www.susza.iung.pulawy.pl/

Tensjometr służy do pomiaru potencjału wodnego gleby. Jest to wypełniona wodą plastikowa rurka zakończona elementem ceramicznym i połączona z miernikiem ciśnienia. Po umieszczeniu tensjometru w glebie ustala się stan równowagi (niezbędny jest dokładny kontakt pomiędzy elementem ceramicznym a glebą). Gdy gleba przesycha, woda przemieszcza się do niej przez element ceramiczny powodując zmianę ciśnienia w rurce i odczytu na mierniku. W handlu dostępne są tensjometry o zróżnicowanej długości rurki, umożliwiające pomiar potencjału wody w glebie na różnych głębokościach. Tensjometry często wyskalowane są w zakresie od 0 do 100 centybarów (lub innych jednostkach ciśnienia). W praktyce zakres ich działania jest mniejszy i wynosi od 0 (pełne nasycenie gleby wodą) do ok. 75 centybarów (75 kPa). Graniczne wskazanie tensjometru (75 kPa) w przypadku gleb piaszczystych oznacza wyczerpanie niemal całej dostępnej dla roślin wody, natomiast gleb zwięzłych – o wykorzystaniu dostępnej wody w ok. 30%.

Wilgotność gleby (podłoża) określa ilość wody w glebie (podłożu). Może być wyrażona jako stosunek masy wody zawartej w glebie do masy fazy stałej gleby (wilgotność wagowa), lub jako stosunek objętościowy wody w glebie do objętości całej próby gleby (wilgotność objętościowa).
Istnieje szereg metod umożliwiających pomiar wilgotności gleby. Podstawową metodą jest metoda grawimetryczna (suszarkowa), polegająca na pobraniu próbek, które następnie są suszone w temperaturze 105°C. Zawartość wody jest obliczana jako różnica masy próbki gleby przed i po wysuszeniu. Z uwagi na czasochłonność pomiaru i konieczność dostępu do sprzętu laboratoryjnego (suszarki, wagi), opracowano szereg innych metod umożliwiających prowadzenie wielokrotnych pomiarów w jednym miejscu. Coraz częściej stosowane są sondy pojemnościowe, które mogą być wykorzystywane do automatycznego (po podłączeniu do rejestratorów danych) kontrolowania wilgotności gleby w warunkach polowych oraz wilgotności podłoży bezglebowych w uprawach pod osłonami. Należy pamiętać, że sondy tego typu najczęściej wymagają kalibracji do danego rodzaju gleby/podłoża (patrz też hasło 'potencjał wody').

Jest częścią wody dyspozycyjnej (zobacz hasło w słowniku). Mieści się w zakresie od polowej pojemności wodnej do początku hamowania wzrostu roślin. Retencjonowana jest w porach glebowych o średnicach 30 - 4,0 μm co odpowiada sile ssącej gleby w zakresie 0,1 – 0,7 at, potencjałowi matrycowemu od -10 do - 70 kPa , pF 2,0 – 2,85.

Jest to woda mieszcząca się w zakresie od polowej pojemności wodnej do poziomu silnego hamowania wzrostu roślin. Jest ona retencjonowana w porach glebowych o średnicach 30 -1,5 μm co odpowiada sile ssącej gleby w zakresie 0,1 – 2,0 at, potencjałowi matrycowemu od -10 do - 200 kPa , pF 2,0 – 3,3.