Besproeiingstegnologie

Die verhouding tussen die hoeveelheid water in die grond en die negatiewe druk, oftewel suigkrag, uitgeoefen deur die plant is nie 'n reguitlyn nie. Dit hang van die grondtipe af. "Sê nou maar daar is dieselfde hoeveelheid water in beide 'n kleigrond en 'n sanderige grond," sê Hoffman. "Dit beteken nie dat daardie water ewe beskikbaar aan plante is nie."

Kleigronde het 'n hoër matrikspotensiaal – hulle hou water sterker vas – as sanderige gronde by dieselfde waterinhoud. Plante moet dus meer negatiewe druk uitoefen om water uit klei- as sandgronde te onttrek, en kan droogtestres in relatief klam kleigronde ervaar. Daarenteen kan plante meeste, of al die water in sanderige gronde benut. Sanderige gronde droog egter vinniger uit omdat hulle minder water hou.

As produsente nie hulle grondtipes verstaan nie, en nie hulle kenkrommes in berekening bring nie, kort hulle die basiese gereedskap om hulle besproeiing te bestuur, maan Hoffman. "Produsente besproei gewoonlik te veel, omdat hulle bang is om hulle bome te stres, maar te veel water is net so skadelik as te min."

Besproei volgens grondwaterinhoud

Veldkapasiteit word gedefinieer as die hoeveelheid water wat die grond teen swaartekrag kan hou. Grond by veldkapasiteit bevat lug en water wat maklik aan plante beskikbaar is. Gronde is versadig wanneer al die lug deur water verplaas is – meeste plante versuip vroeër of later in versadigde grond.

Die ideaal is dat gronde so na as moontlik aan veldkapasiteit bly, maar in die werklike lewe mik produsente om grondwaterinhoud by 'n vlak wat optimale plantprestasie ondersteun te hou. Hulle besluit op 'n hervulpunt – die minimum aanvaarbare grondwaterinhoud. Die uitdaging is dan om besproeiing sê te skeduleer dat die grondwaterinhoud altyd tussen die hervulpunt en veldkapasiteit bly.

Die eenvoudigste manier om grondwaterinhoud te skat is deur 'n hand vol grond saam te pers. Grond wat te droog is om 'n bal te vorm het 'n grondwaterinhoud van minder as 25% van veldkapasiteit. As dit net-net 'n bal vorm, is die grondwaterinhoud 25 – 50%, en as dit 'n stewige bal vorm, is die grondwaterinhoud 50 – 75%.

Indien 'n mens se hand nat is nadat jy die grond saamgepers het, is die grondwaterinhoud 75 – 100% van veldkapasiteit, en as mens water uit die grond kan uitdruk, oorskry die grondwaterinhoud die veldkapasiteit.

Om grondwaterinhoud in absolute terme – hoeveelheid water per eenheid grond – te bepaal, is instrumente nodig. Daar is 'n magdom opsies, elkeen met voordele, nadele, en 'n prys.
"Dit maak nie saak watter instrument jy gebruik nie, solank as wat dit vir daardie spesifieke grondtipe gekalibreer is," sê Hoffman. "Die probleem is dat produsente op die fabriekskalibrasie staatmaak, maar die fabriek doen nie 'n kalibrasie nie – hulle doen 'n normalisasie."

Die fabrieksnormalisasie verseker dat elke instrument onder dieselfde omstandighede dieselfde lesing gee. 'n Kalibrasie pas die instrumentlesing volgens die grondeienskappe aan. Hoffman beveel 'n vyfpuntkalibrasie aan. "Afhangende van hoe goed die instrument ontwerp is kan daardie kalibrasiekurwe oor tyd verander," sê hy. "Byvoorbeeld, omdat die instrument se battery pap raak."

Indien daar verskillende tipes gronde in 'n boord is, moet die grondwaterinhoud vir elkeen gemeet word. Hoffman beveel aan dat produksieblokke volgens die resultate van 'n grondopname in besproeiingsblokke verdeel word, sodat besproeiing presies by die grondtipe- en profiel aangepas kan word. Hy het reeds fantastiese resultate met hierdie benadering gesien.

'n Oorsig oor instrumente

Gravimetrie

Gravimetriese metodes is die standaard waarteen alle ander metodes gekalibreer word. Om grondwaterinhoud gravimetries te bepaal, word 'n grondmonster geweeg, heeltemal uitgedroog, en weer geweeg. Die verskil in die begin- en eindmassa is die hoeveelheid water.

Die voordele van die gravimetriese metode is dat dit goedkoop, akkuraat en objektief is, en nie deur die soutinhoud van die grond beïnvloed word nie.

Die nadele sluit in tydrowendheid, en dat die monsters in 'n laboratorium ontleed moet word. Omdat die monster uit die boord weggeneem word, kan mens ook nooit meer as een maal op presies dieselfde plek toets nie.

Die resultaat van die gravimetriese toets word gewoonlik as die persentasie watermassa per massa droë grond uitgedruk. Indien die bulkdigtheid van die grond bekend is, kan die volumetriese waterinhoud daarvan bepaal word.

Tensiometrie

Grondwaterinhoud kan indirek bepaal word met behulp van 'n tensiometer wat die grondwaterspanning – die negatiewe druk of suigkrag wat nodig is om water uit die grond te onttrek – meet. Die tensiometerlesing kan met verwysing na die grondwaterkenkromme na die absolute grondwaterinhoud omgeskakel word.

Tensiometers kan draagbaar of permanent geïnstalleer wees. Laasgenoemde neem outomaties lesings wat deur 'n dataregistreerder vasgelê word. Let egter daarop dat tensiometers so lank as 10 minute kan neem om 'n verandering in grondwaterspanning te registreer.
Die tensiometer kan slegs van 0 – 80 kPa meet. Hou in gedagte dat die tensiometer 'n positiewe lesing gee alhoewel die druk eintlik negatief is.

'n Nullesing dui op versadigde grond, en die lesing styg soos wat die grond droër raak. In grofgetekstuurde gronde kan plante meestal slegs water teen spannings van 0 – 80 kPa benut, maar in fyner getekstuurde gronde kan 'n wesenlike hoeveelheid planttoeganklike water buite hierdie perke val.

Die voordele van die tensiometer is dat dit akkuraat en objektief is, en dat lesings altyd op dieselfde plek geneem kan word.

Die nadele is dat die installasie en instandhouding van tensiometers kennis en sorg verg. Korrekte plasing is noodsaaklik vir hulle gebruik in besproeiing. Daarby breek tensiometers maklik en moet weekliks gediens word.

Elektriese weerstandsbepaling

Die weerstand wat grond teen 'n elektriese stroom toon is eweredig aan die grondwaterspanning en kan dus teen die grondwaterinhoud gekalibreer word. Die weerstandlesing kan gevolglik met verwysing na die grondwaterkenkromme na die absolute grondwaterinhoud omgeskakel word.

Die voordele van elektriese weerstandsbepaling is dat die toerusting relatief goedkoop is, dat lesings altyd op dieselfde plek geneem kan word, en dat outomatiese datalesing en -registrasie moontlik is.

Elektriese weerstandsbepaling werk in droë en nat toestande, maar verskillende tipes toerusting presteer beter onder verskillende toestande.

Nadele sluit relatief veeleisende kalibrasie en sensitiwiteit vir oplosbare soute in. Spesiale opstellings is nodig wanneer daar lesings op verskillende dieptes geneem en na dieselfde dataregistreerder gestuur word.

Neutronwatermeters

Neutronwatermeters is die oudste instrumente om waterinhoud direk te meet. Hulle word algemeen in landbou gebruik omdat hulle effektief en betroubaar is.

Die neutronwatermeter bevat 'n radioaktiewe mengsel wat neutrone uitstraal. Neutrone beweeg aanvanklik baie vinnig – 16 000 km·s_-1 – maar herhaalde botsings met atoomkerne in die grond briek hulle binne oomblikke. Botsings met waterstofkerne strem die neutrone die meeste – slegs 18 botsings met 'n waterstofkern is voldoende om die neutron se spoed heeltemal te breek.

Neutrone wat teen dieselfde spoed as enige ander deeltjies in die grond beweeg word stadige of termiese neutrone genoem. Die aantal termiese neutrone wat binne 'n sekere tyd ontstaan hou direk met die aantal waterstofkerne – en dus water – in die grond verband.

Die neutronwatermeter kan gevolglik die grondwaterinhoud bepaal deur neutrone uit te straal en dan te meet hoeveel termiese neutrone ontstaan.

Ander atoomkerne bots ook met neutrone en veroorsaak ook termiese neutrone. Derhalwe moet neutronwatermeters vir elke grondtipe gekalibreer word.

Alhoewel metings op enige diepte geneem kan word, is lesings binne 150 mm van die grondoppervlakte nie akkuraat nie, omdat sommige neutrone uit die grond ontsnap.

Die voordele van neutronwatermeters sluit vinnige lesings wat herhaaldelik op dieselfde plek geneem kan word in. Draagbare instrumente kan gebruik word om op 'n klomp plekke in 'n boord metings te neem. Neutronwatermeters werk goed in beide nat en droë grond.

Die nadele sluit 'n veiligheidsrisiko as gevolg van die radioaktiewe neutronbron in. Gevolglik word die instrumente gereguleer en is nie vrylik aan produsente beskikbaar nie.

Daarby is neutronwatermeters duur en kan nie vir outomatiese data-opname gebruik word nie.
Neutronwatermeters benodig ook heelwat kalibrasie sowel as gereelde standaardtellings om die neutronproduksie van die neutronbron na te gaan.

Pulsvertragingsmeting

Pulsvertraging – time domain reflectometry of TDR in Engels – meet die vermoë van grond om elektrisiteit te gelei. Water is 'n beter geleider as droë grond en relatiewe klein verskille in grondwaterinhoud veroorsaak groot verskille in geleidingsvermoë.

Verskeie pulsvertragingsmeters is kommersieel beskikbaar. Die apparate het twee of drie parallelle geleidingstawe wat in die grond ingesteek word. Stawe wat vertikaal geplaas kan word, is geskik vir gebruik met 'n toegangsbuis om lesings in die boonste 45 – 60 cm grond te neem. Stawe wat horisontaal of teen 'n hoek geplaas moet word kan in die kant van 'n profielgat geïnstalleer word.

Die voordele van pulsvertraging sluit vinnige, akkurate en betroubare lesings wat naby die grondoppervlakte geneem kan word in. Outomatiese data-opname met behulp van dataregistreerders is moontlik.

Een nadeel is dat die geleidingstawe moeilik is om te installeer, veral in klipperige grond. Daarby is hoë soutinhoud nadelig vir die akkuraatheid van die apparaat.

Verder meer word spesiale toerusting benodig om die lesings te analiseer en in bruikbare data om te skakel, wat hierdie 'n duur opsie maak.

Kapasitansiemeting

Kapasitansiemeting, ook bekend as frekwensievertraging, werk op dieselfde beginsel as pulsvertraging. Beide draagbare en permanent-geïnstalleerde kommersiële apparate is beskikbaar.

Die apparaat moet vir elke grondtipe op elke diepte gekalibreer word. Dit moet ook teen 'n neutronwatermeter gekalibreer word. Met korrekte kalibrasie en installasie is kapasitansiemeters baie akkuraat. Let egter daarop dat die meters 'n battery gebruik om die elektriese puls waarmee dit geleidingsvermoë meet te genereer. Batterye wat afloop sal die lesings nadelig beïnvloed.

Die voordele van kapasitansiemeting is dat dit vinnig, akkuraat, en gebruikersvriendelik is. Lesings kan gelyktydig op verskillende dieptes sowel as naby die grondoppervlakte geneem word. 'n Toetspen neem lesings vanuit 'n toegangsbuis in die grond. Beide draagbare toestelle en outomatiese data-opname met behulp van dataregistreerders is moontlik.

Soos met pulsvertraging, is korrekte installasie en kalibrasie van kapasitansiemeters noodsaaklik, en spesiale installasieprosedures is in klipperige grond nodig. Nie alle stelsels is geskik vir soutgronde nie. Daarby is kapasitansietoerusting duur.

Ander metodes

Pneumatiese en hidrostatiese druktegnieke word in die laboratorium gebruik om grondwaterkenkrommes op te stel.

Infrarooimetodes word minder algemeen in die veld gebruik, alhoewel daar wel kommersiële opsies beskikbaar is om met behulp van hommeltuie areas wat besproeiingsprobleme ervaar, in boorde te identifiseer.

Oor groot areas kan grondwaterinhoud met behulp van vliegtuie wat met passiewe mikrogolfsensors toegerus is, bepaal word.

Daar word ook tans navorsing gedoen op radar- en optiese-afstandwaarnemingstelsels op satelliete. FruitLook is 'n gratis aanlyn toepassing wat satellietbeelde gebruik om produsente in die Wes-Kaap met waterbestuur te help. Dit word deur die Wes-Kaapse Departement van Landbou befonds.

Direkte metings van plantwaterstatus is besig om toe te neem, byvoorbeeld deur mikropotensiometers wat stamwaterpotensiaal meet.

Nuwe tegnologie soos indikatorplante is ook deesdae beskikbaar, sê Hoffman. "Met behulp van genetiese manipulasie is die fluoresserende geen van die Groenland-jellievis in aartappelplante ingeplant. As die grond droog word verander die kleur van donkergroen na liggroen, wat aandui dat die plant onder spanning is."

Optimiseer deur databronne te kombineer

Volgens Hoffman is daar basies drie bronne van inligting vir besproeiingskedulering – die grond, die plant en die weer. Meteorologiese modelle gebruik die weer. Hulle neem nie grondwaterinhoud in ag nie, maar werk uitsluitlik met die atmosferiese verdampingsbehoefte, aangepas vir gewastipe.

"Meteorologiese modelle meet klimaatsveranderlikes soos temperatuur, windspoed, humiditeit, reënval, en bestraling, en voorspel waterverbruik gebaseer op daardie parameters," sê Hoffman.

Plantreaksie is moeiliker, en subjektiewe evaluasies is onbetroubaar, waarsku Hoffman. "Die mees effektiewe manier om plantreaksie te bepaal is deur stam- en blaarwaterpotensiaal te meet. Die verhouding tussen die twee gee vir jou 'n stresindeks wat vir jou vertel wat die plant ervaar."

Hoffman gebruik verkieslik meteorologiese modelle om langtermyntendense te bestudeer, en gemiddelde atmosferiese verdampingsbehoefte om besproeiingskedulering te beplan. Hy monitor daarna grondwaterinhoud om te sien of dit in die teikensone tussen die hervulpunt en die veldkapasiteit bly. Produsente wat wil bevestig of hulle hervulpunt- en veldkapasiteitskattings korrek is kan stam- en blaarwaterpotensiaal meet.

"Ons moet heeltemal anders begin dink oor besproeiing," sê Hoffman. Waar minder gereelde besproeiing met hoër lewering in die verlede die norm was, is die nuutste verwikkeling daaglikse ultralae-lewering met drupbesproeiing.

Met behulp van meteorologiese data en die weervoorspelling kan produsente deesdae vooruit sien hoeveel water hulle bome gaan benodig. Terselfdertyd is daar 'n kapasitansiesensor in die boord wat grondwaterinhoud meet. "Die deurbraak is dat jy al hierdie data van verskillende platforms kan trek en integreer," sê Hoffman.

Die nuwe stelsels maak selfs vir beurtkrag voorsiening. "As pompe moes aangaan en dit het nie, dan weet die stelsel dat hy moet inhaal later deur die dag. Terwyl iemand met konvensionele besproeiing net verder agter gaan raak."

Die toekoms van besproeiingskedulering, volgens Hoffman, is om klein besproeiingsblokke volgens akkurate grondopnames en grondwaterkenkrommes te skep. Dit verseker dat plante optimaal besproei word, en laat produsente toe om waterlewering volgens die produksiestadium en waterbeskikbaarheid te verfyn. Daarby bied dit die geleent-heid om voeding beter te beheer deur kunsmis saam met besproeiing toe te dien.

"Produsente sal moet meer presiese-landbou toepas – mielieboere doen dit reeds op groot skaal," beklemtoon Hoffman. "Nuwe beheerstelsels beheer besproeiing outomaties met geïntegreerde data vanaf verskeie platforms. Die dae dat 'n waterman van blok tot blok ry en blokke se krane oop- en toemaak vir besproeiing, is vinnig besig om verby te gaan."