Podoktorski projekt: Z4-9319-Izboljšanje učinkovitosti rabe vode…

V času podnebnih sprememb postaja voda vse dragocenejša dobrina. Za vzdrževanje ali povečanje kmetijske proizvodnje bodo morale tudi nove tehnologije namakanja, kot so nadzemno ali podzemno kapljično namakanje, zagotoviti še večjo učinkovitost rabe vode kot sistemi, ki se tradicionalno uporabljajo danes. Podatki kažejo, da ima Slovenija dovolj padavin, vendar zaradi neenakomerne razporeditve postaja slovenski prostor čedalje bolj ranljiv zaradi suše. Med trenutno najbolj obetavnimi strategijami, ki lahko povečajo učinkovitost rabe vode za namakanje, sta uporaba kapljičnih namakalnih sistemov in izboljšanje uravnavanja namakanja. Uravnavanje namakanja,  ki je ena od najpomembnejših praks upravljanja namakanja, ki opisuje postopek, s katerim izvajalec namakanja določa časovni okvir in količino dodane vode s ciljem doseganja čim učinkovitejše rabe vode. Pri hmelju je zadostna količina vode v tleh pomembna za količino in kakovost pridelka. Nestrokovno namakanje hmelja se odraža v manjšem pridelku, neenakomernem dozorevanju, neenakomerni velikosti storžkov ter manjši količini lupulina, ki predstavlja glavno tržno vrednost hmelja. V Sloveniji se z dvema različnima tehnologijama namakanja (kapljično in bobnasti namakalniki) namaka okoli 815 ha hmeljišč, kar predstavlja 55 % vsega hmelja. Tehnologija namakanja z razpršilci oziroma bobnastimi namakalniki (rolomati), ki je v uporabi že več kot tri desetletja, ima slabo učinkovitost namakanja in kar nekaj slabosti. Večja učinkovitost namakanja je lahko dosežena z uporabo novejših kapljičnih tehnologij, ki so se v zadnjih letih pri namakanju hmelja uveljavile tudi v Sloveniji in postopoma izpodrivajo tehnologijo namakanja z rolomati. V slovenskem prostoru se za namakanje hmelja uporablja predvsem zelo specifična izvedba kapljičnega namakanja na vrhu žičnice (predstavlja rastno oporo hmelju), kjer je namakalna cev na višini 6 do 7 m pritrjena na dodatno nosilno žico, ki poteka v smeri vrste hmelja. Pridelovalci se zanjo odločajo, ker namakalnih cevi, v primerjavi s sistemom položenim v vrsto s hmeljem, ni potrebno vsako leto na začetku rastne sezone polagati in pred obiranjem tudi pobirati in skladiščiti, saj bi položene cevi izven rastne sezone onemogočale strojno obdelavo hmelja. Tovrstna tehnologija kapljičnega namakanja hmelja bistveno spreminja nekatere osnovne značilnosti običajnih izvedb nadzemnega kapljičnega načina namakanja. Pri izvedbah kapljičnih sistemov na vrhu žičnice zato učinkovitost namakanja ni znana, saj zaradi večje površine omočenih tal, prihaja do večjih izgub vode. Kapljanje vode s takšne višine povzroča tudi erozijo tal in v vetrovnih razmerah, zaradi zanašanja kapljic na listno površino, lahko vpliva tudi na razvoj bolezni. Projekt vključuje prvi tovrsten eksperiment, kjer bo na primeru kapljičnega namakanja hmelja na vrhu žičnice preizkušenih več pristopov uravnavanja namakanja, v okviru katerih bodo razjasnjene in določene najprimernejše metode in naprave, ki bodo omogočale najučinkovitejšo rabo vode ob doseganju večjih pridelkov. V okviru projekta bomo določili tudi učinkovitost specifičnega načina kapljičnega namakanja hmelja na vrhu žičnice in njegove pozitivne in negativne lastnosti v primerjavi z namakanjem hmelja na površini tal, kar vključuje tudi oceno vpliva namakanja na pojav škodljivih organizmov in erozijo tal.

V raziskavi so bili zastavljeni štirje glavni cilji. Predstavljen je podroben opis vsebine in programa dela za vsak zastavljen cilj raziskave.

I. CILJ: Določitev optimalnega uravnavanja kapljičnega namakanja hmelja na osnovi dveh različnih pristopov (določitev časa pričetka namakanja in količine dodane vode)

1. Eksperiment: Najprimernejši pristop uravnavanja kapljičnega namakanja hmelja

1.1. POSTAVITEV POLJSKEGA POSKUSA

Namen naloge 1.1. je bil vzpostavitev poljskega poskusa s petimi obravnavanji in dvema izvedbama kapljičnega namakanja hmelja (cevi položene v vrsti s hmeljem in cevi na vrhu žičnice) na Inštitutu za hmeljarstvo in pivovarstvo Slovenije v Žalcu.

Rezultati:

Postavitev poljskega poskusa v letu 2018 ni bila v celoti izvedena zaradi razlogov, ki so navedeni v poglavju 5 (Spremembe programa dela…). Z deli in pripravo za izvedbo poljskega poskusa smo na predvideni lokaciji sicer pričeli, a smo morali izvajanje poskusa opustiti. V letu 2019 smo pripravili nov načrt za izvedbo eksperimentalnega dela, s katerim smo po končani rastni sezoni hmelja (oktober 2019) pričeli na zunanji lokaciji (Kmetija Anton Rančigaj, Gomilsko). Poskus je bil zasnovan v osmih obravnavanjih (1. Namakanje po TDR greben (TDG), 2. Namakanje po TDR vrh žičnice (TDV), 3. Namakanje tenziometri greben (TZG), 4. Namakanje tenziometri vrh žičnice (TZV), 5. Namakanje po SPON greben (SPG), 6. Namakanje po SPON vrh žičnice (SPV), 7. Brez namakanja (NN), 8. Brez namakanja (NN)). Hmeljišče (njiva) je bila razdeljena na polovico – glede na tehnologijo kapljičnega namakanja. Na polovici hmeljišča je bil postavljen kapljični sistem na vrhu žičnice, na drugi polovici pa kapljični sistem po grebenu (površini tal). Posamezno obravnavanje je vsebovalo tri vrste hmelja (t.j. fizične vrste hmelja, ne različne cv rastline). Vsako obravnavanje je bilo po dolžini naključno razdeljeno na 3 poljine oz. na 3 ponovitve, na katerih naj bi se določali količina in kakovost pridelka. Na celotni površini hmeljišča smo za namen ustrezne izvedbe poskusa postavili nov namakalni sistem s kompenzacijskimi kapljičnimi cevmi, ki so zagotavljale konstanten pretok vode ne glede na tlak v ceveh. Obravnavanja so bila ločena z eno vrsto hmelja, ki se ni namakala – na kapljično cev je bila nameščena zaprta pipica. Namakalni sistem smo preuredili tako, da smo lahko izvajanje namakanja za vsako obravnavanje upravljali s tal. Vsako obravnavanje je tako imelo dodatne sekundarne cevi, ki so bile z vrha žičnice speljane do tal (na doseg roke) in nato nazaj na vrh žičnice, kjer so bile nanjo priključene tri kapljične namakalne cevi. Vsaka tako preurejena sekundarna cev (ena za vsako obravnavanje) je imela nameščen ventil in vodomer.

 

 

1.2. DOLOČITEV FIZIKALNIH LASTNOSTI TAL

Namen naloge 1.2 je bil določiti vodnozadrževalne lastnosti tal, gostoto tal in teksturo tal.

Rezultati:

Fizikalne lastnosti tal, ki predstavljajo osnovo za izvajanje namakanja in uresničitvi raziskovalnega dela v letu 2018 zaradi težav povezanih z lokacijo izvajanja poskusa niso bile določene. Po pridobitvi nove lokacije in v skladu z novo zasnovo poskusa, smo jih določili v letu 2019 in začetku leta 2020.

Terenski pregled pedologa je pokazal, da gre za talni tip distričnih rjavih tal na produ in pesku, kar ni v skladu z pedološko karto 1:25.000 (karta navaja evtrična rjava tla). V našem primeru distričnih rjavih tal je bila V vrednost pod 50 % v vseh štirih analiziranih talnih horizontih. Terenski pregled pedologa je obsegal tudi sondiranje celotne površine njive, kjer se je izvajal poskus ter določitev reprezentativnega mesta, ki bo služila za odvzem vzorcev tal za nadaljnje fizikalne analize. Na reprezentativni točki v hmeljišču ta se je izkopal tudi pedološki profil in določilo štiri horizonte (Ap1 (greben), Ap2, Bv1 in Bv2). V nadaljevanju smo izkopali nov talni profil, ki je služil za odvzeme vzorcev za standardno pedološko analizo ter ostale fizikalne lastnosti tal. Standardna pedološka analiza je bila opravljena za vse štiri talne horizonte. Poleg vrednosti pH, fosfor, kalij, organska snov, celokupni dušik, C/N razmerje, kationi, S, T in V vrednosti ter organskega ogljika, je analiza zajemala tudi določitev teksturnega razreda tal (Ap1 – Ilovica, Ap2 – Ilovica, Bv1 – Glinasta ilovica in Bv2 – Peščeno glinasta ilovica). V treh horizontih (zgornji Ap1 horizont predstavlja umetno ustvarjen greben tal, ki ga v analizo nismo vključili) smo s kopecky cilindri odvzeli tudi neporušene vzorce tal za določitev njihove gostote. Vzorčili smo v petih ponovitvah. Povprečna gostota tal je je za horizonte Ap2, Bv1 in Bv2 znašala 1,59, 1,59 in 1,68 g/cm³). Na treh talnih horizontih so bili v treh ponovitvah odvzeti tudi neporušeni vzorci tal za analize nasičene hidravlične prevodnosti tal.

V treh horizontih tal, razen v grebenu (Ap1) so bili v treh ponovitvah odvzeti neporušeni in porušeni vzorci tal za analize vodnozadrževalnih lastnosti. Povezavo med količino vode v tleh ter silo njene vezave oz. vodnozadrževalnimi karakteristikami pripravljenih frakcij tal in njihovih mešanic se je ugotavljalo po metodi Soil quality – Determination of the water retention characteristic – Laboratory methods  (ISO 11274) s pomočjo Richardovih tlačnih posod (porušeni talni vzorci za točko veneja) in evaporacijske metodo Hyprop. Za vse tri talne horizonte so take bile izdelane vodnoretenzijske krivulje, ki predstavljajo osnovo za pravilno izvajanje namakanja. V povprečju za vse horizonte je bila vsebnost vode v tleh pri poljski kapaciteti tal za vodo 35 vol. % in pri točki venenja 16,8 vol. %.

  

1.3. VGRADNJA SENZORJEV IN DOLOČANJE AGROMETEOROLOŠKIH PODATKOV

Namen naloge 1.3 je bil vgradnja senzorjev za meritve količine vode v tleh na dveh globinah tal (20 in 40 cm) in vzpostavitev agrometeorološke postaje ter vodnobilančnih modelov.

Rezultati:

Senzorji za določanje vlage v tleh in agrometeorološka postaja (dežemer) v letu 2018 niso bili vgrajeni, saj so bili vezani na vzpostavitev poljskega poskusa. Po pridobitvi nove lokacije in v skladu z novo zasnovo poskusa, smo jih postavili v letu 2019. Tenziometre smo vstavili v letu 2020, pred obsipanjem hmelja.

Na sredini vsakega obravnavanja smo z delovnim strojem v tla izkopali luknje, ki so omogočile, da so bili TDR senzorji vstavljeni na sredino vsakega horizonta. Vstavili smo jih na treh globinah (20, 40 in 60 cm), pri sedmih obravnavanjih (eno obravnavanje je imelo vstavljene samo tenziometre), skupaj 21 TDR senzorjev. Na tri globine tal (20, 40 in 60 cm), enako kot TDR senzorje, smo vstavili tudi tenziometre. Montaža tenziometrov je potekala tako, da smo s posebno sondo v tla izvrtali luknje pod določenim kotom, kamor smo nato porinili tenziometer. Zaradi dobrega stika s tlemi smo jih po montaži zalili z mešanico presejane zemlje in vode, ter jih s posebnimi votlimi cevmi zaščitili pred vplivom sonca in toplote. Na treh obravnavanjih smo namestili devet tenziometrov.

Na lokaciji poskusa smo namestili tudi dežemer, ki je meril točne količine padavin na mikrolokaciji. Namestili smo ga na vrh žičnice hmelja (7 m), da bi pridobili čim bolj točne podatke. Pri vsakem obravnavanju so bili senzorji (TDR senzorji, tenziometri in dežemer) priključeni na ‘data logger’, ki je preko podatkovne GSM kartice vsako uro pošiljal surove podatke o meritvah vlažnosti tal na spletno aplikacijo eEMIS. Spletna aplikacija eEMIS® je programska oprema, dostopna preko svetovnega spleta, ki je namenjena dostopanju do podatkov merilnih naprav in spremljanju njihovega delovanja. Do spletne aplikacije smo lahko dostopali s pomočjo računalnika ali mobilne naprave, ki ima dostop do svetovnega spleta.

TDR senzorje je bilo potrebno ustrezno kalibrirati. Natančnost meritev je odvisna od razmerja med izmerjeno količino in dejansko vsebnostjo vode v tleh. Za ta namen smo v laboratoriju vzpostavili kalibrirni postopek, ki je zajemal tehtnico, TDR sondo in ‘data logger’. V vsakem horizontu tal, kjer so bile vstavljene TDR sonde smo s posebej izdelanim cilindrom volumna okoli 0,6 l, odvzeli neporušen vzorec tal. Za vsak horizont tal smo odvzeli vzorce v treh ponovitvah (skupaj 9 vzorcev). Vzorec smo nato v laboratoriju popolnima nasičili z vodo, ga postavili na tehtnico ter vanj vstavili TDR sondo. Data logger je vsako polno uro odčital vrednost TDR sonde in odčitek tehtnice (težo vzorca). Iz vzorca je izlapevala voda (z zgornje in spodnje strani), zato so tla postajala vedno bolj suha. Ko nismo več zaznali razlike v teži vzorca skozi čas in posledično dobili konstanten odčitek TDR sonde, je bila kalibracija zaključena. V povprečju je kalibracija trajala 14 dni na vzorec. Po poteku kalibracije smo vzorec posušili v pečici ter mu gravimetrično določili vsebnost vlage. S tem smo pridobili dejanske vsebnosti vode v vzorcu in jih primerjali s tistimi, izmerjenimi s TDR sondo. Po končani kalibraciji smo zaključili, da sondni potrebno kalibrirati, saj so bile razlike med dejansko in TDR izmerjeno vsebnostjo vode zelo majhne.

Vzpostavili smo okvir za delovanje sistema zbiranja podatkov s poskusa (podatki o vremenu, tleh, kulturah, fenofazah ipd.) za vzpostavitev različnih pristopov uravnavanja namakanja. Prav tako smo vzpostavili in pripravili modele in pristope za uravnavanje namakanja ob upoštevanju lastnosti rastlin, tal in agrometeoroloških podatkov. Pripravili smo modeli CropWat 8.0 a ga zaradi tega, ker namakanje ni bilo potrebno, nismo zagnali. Model IrrFib (Razvit na Agenciji RS za okolje in prostor), ki je bil pred kratkim nadgrajen tako, da upošteva tudi izmerjene trenutne podatke o vlažnosti tal (model SPON), prav tako ni bil zagnan, saj namakanje ni bilo potrebno. Model smo vzpostavili in pripravili vse potrebne vhodne podatke o lastnostih rastlin in rasti ter popisali karakteristike namakalne opreme.

  

  

  

1.4. KVANTITATIVNE IN KVALITATIVNE ANALIZE PRIDELKA HMELJA

Namen naloge 1.4 je bil določitev pridelka in kakovosti hmelja (alfa in beta kisline, ksantohumol in eterična olja).

Rezultati:

Ker vse v poskus ni izvedel v celoti, nismo imeli možnosti spremljanja rezultatov in tako ne razpolagamo z analizami pridelka hmelja.

II. CILJ: Učinkovitost kapljičnega namakanja hmelja na vrhu žičnice

2. Eksperiment: Učinkovitost kapljičnega namakanja

2.1. SPREMLJANJE PORABE VODE ZA NAMAKANJE

Namen naloge 2.1 je bil spremljanje učinkovitost aplikacije vode oziroma učinkovitost kapljičnega namakanja, ki se bo spremljala v obravnavanjih, kjer se bo namakalo glede na vsebnost vode v tleh z uporabo senzorjev TDR.

Rezultati:

Ker se poskus ni izvedel v celoti in ker namakanje zaradi vremenskih razmer ni bilo potrebno, nismo pridobili podatkov o porabi vode za namakanje za različne pristope uravnavanja namakanja.

III. CILJ: Vpliv kapljičnega namakanja hmelja na vrhu žičnice na erozijo tal in pojav škodljivih organizmov

3. Eksperiment: Vpliv namakanja na erozijo tal in povečani stopnji glivičnih bolezni

3.1. OCENJEVANJE EROZIJE TAL

Namen naloge 3.1 je bil ocenjevanje erozija tal. Stopnja erozije se bo ocenjevala pod kapljičnim sistemom na vrhu žičnice v obravnavanju, kjer bo namakanje potekalo glede na vsebnost količine vode v tleh s senzorji TDR. Ocenjene bodo tudi spremembe v teksturi in strukturi tal zaradi izpiranja finih talnih delcev in sicer pred sezono namakanja in po zaključeni sezoni.

Rezultati:

Ker se namakalni poskus ni izvedel v celoti, nismo pridobili podatkov o vplivu namakanja na vrhu žičnice na erozijo tal.

3.2. OCENJEVANJE VPLIVA NAMAKANJA NA POJAV ŠKODLJIVIH ORGANIZMOV

Namen naloge 3.2 je bil ocenjevanje vpliva kapljičnega namakanja na vrhu žičnice na razvoj različnih povzročiteljev bolezni. Stopnja in frekvenca pojavljanja škodljivih organizmov sta se primerjala z nenamakanim hmeljiščem, na osnovi katerega naj bi bila podana ocena o vplivu.

Rezultati:

Ker se poskus ni izvedel v celoti, nismo imeli možnosti pridobiti ocen o vplivu namakanja na vrhu žičnice na pojav škodljivih organizmov v nasadu hmelja.

IV. CILJ: Podana bodo priporočila za najustreznejši pristop uravnavanja kapljičnega namakanja hmelja v slovenskem prostoru in drugod

SICRIS povezava

Bibliografske reference vodje raziskovalnega projekta