Εξοικονόμηση νερού με την εφαρμογή καινοτόμων συστημάτων άρδευσης και επίδραση στην ανάπτυξη των καλλιεργειών

Abstract

The object of present research was: (i) the comparison of subsurface with surface drip irrigation in terms of water saving and water use efficiency, (ii) the development of a procedure for the calculation of crop’s evapotranspiration that takes into account the different physical characteristics of each irrigation method, (iii) the development of innovative techniques of water application through the irrigation system, (iv) the investigation of the probability of enhancing crop’s yield by the use of these techniques and (v) the investigation of the relationship between yield and climatic data and irrigation water. Field experiments were conducted in a sugar beet field of University of Thessaly Experimental Station, where surface and subsurface drip irrigation systems were installed. The experiments took place through a three-year period (2003-2005) in an experimental field with a clay loam soil. The experimental design included eight treatments in four replications. The treatments that were applied were: i) Surface drip irrigation with continuous water application, ii) Surface drip with intermittent application, iii) Surface drip with low discharge application through gravity, iv) Subsurface drip irrigation with continuous water application, v) Subsurface drip with intermittent application, vi) Subsurface drip with low discharge application through gravity, vii) Subsurface drip irrigation with continuous water application and simultaneous air application through the irrigation laterals and viii) Subsurface drip irrigation with continuous water application and air application through the irrigation laterals at the end of irrigation. The evapotranspiration (ET) and the irrigation scheduling were calculated according the methodology of FAO-56. FAO-56 does not deal with the case of subsurface drip irrigation method. In the present research the absence of wetting of the surface soil when irrigating subsurface was taken into consideration. The final result of this procedure was the important saving of irrigation water that was achieved in subsurface drip compared with surface application. The water application technique had an important effect in crop production. In all three farming periods the intermittent irrigation produced the higher fresh weight of roots. From the elaboration of water use efficiency (WUE) data resulted that subsurface intermittent irrigation is evaluated as the most efficient technique that was applied. The change of soil moisture shows that the intermittent irrigation, in both surface and subsurface systems, produced the larger wetted surfaces. The measurements of soil moisture showed that in the case of intermittent irrigation the uniformity of soil moisture was higher compared to that of continuous application. The wetting front measurements revealed that the horizontal development of the wetting front was increased in the case of intermittent irrigation, in both irrigation methods. The development of wetted diameter with time in the surface intermittent irrigation, is described with a linear equation, instead of the exponential one that is used in the conventional drip.

Αντικείμενο της παρούσας εργασίας ήταν: (i) η σύγκριση της υπόγειας µε την επιφανειακή στάγδην άρδευση µε όρους εξοικονόμησης και αποδοτικότητας χρήσης νερού, (ii) η ανάπτυξη μιας διαδικασίας υπολογισμού της εξατµισοδιαπνοής της καλλιέργειας που λαμβάνει υπόψη τα διαφορετικά φυσικά χαρακτηριστικά κάθε μεθόδου άρδευσης, (iii) η ανάπτυξη καινοτόμων τεχνικών εφαρμογής του νερού από το σύστημα άρδευσης, (iv) η διερεύνηση της πιθανότητας βελτίωσης της απόδοσης της καλλιέργειας µε τη χρήση αυτών των τεχνικών και (v) η διερεύνηση της σχέσης μεταξύ της παραγωγικότητας της καλλιέργειας και κλιματικών δεδομένων και αρδευτικού νερού. Έγιναν πειράματα ζαχαροτεύτλων σε αγρό του Αγροκτήματος του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας, όπου εγκαταστάθηκαν συστήματα υπόγειας και επιφανειακής στάγδην άρδευσης. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν την τριετία 2003-2005 σε πειραµατικό αγρό µε έδαφος αργιλοπηλώδες. Το πειραµατικό σχέδιο περιελάμβανε οχτώ μεταχειρίσεις σε τέσσερις επαναλήψεις. Οι μεταχειρίσεις που εφαρμόσθηκαν ήταν: i) Επιφανειακή εφαρµογή νερού µε σταγόνα, ii) Επιφανειακή διακοπτόμενη εφαρµογή µε σταγόνα, iii) Επιφανειακή εφαρµογή χαμηλής παροχής µε σταγόνα δια της βαρύτητας, iv) Υπόγεια εφαρµογή νερού µε σταγόνα, v) Υπόγεια διακοπτόμενη εφαρµογή µε σταγόνα, vi) Υπόγεια εφαρµογή χαμηλής παροχής µε σταγόνα δια της βαρύτητας, vii) Υπόγεια εφαρµογή νερού µε σταγόνα µε ταυτόχρονη εφαρµογή αέρα και viii) Υπόγεια εφαρμογή νερού µε σταγόνα µε εφαρμογή αέρα στο τέλος της άρδευσης. Ο υπολογισμός της εξατµισοδιαπνοής (ΕΤ) και ο προγραμματισμός των αρδεύσεων ακολούθησαν την μεθοδολογία FAO-56. Η μεθοδολογία FAO-56 δεν πραγματεύεται την περίπτωση της μεθόδου άρδευσης µε υπόγεια σταγόνα. Στην παρούσα έρευνα λήφθηκε υπόψη η µη διαβροχή του επιφανειακού εδάφους. Ως τελικό αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας, ήταν η σημαντική εξοικονόμηση αρδευτικού νερού που επιτεύχθηκε στην υπόγεια στάγδην σε σχέση µε την επιφανειακή. Η τεχνική εφαρμογής του νερού είχε σημαντική επίδραση στην παραγωγή. Και στις τρεις καλλιεργητικές περιόδους η διακοπτόμενη άρδευση έδωσε το υψηλότερο νωπό βάρος ριζών. Από την αξιολόγηση της αποδοτικότητας χρήσης νερού προέκυψε ότι η υπόγεια διακοπτόμενη άρδευση αξιολογείται ως η πλέον αποδοτική τεχνική που εφαρμόσθηκε, αφού παρουσίασε τις υψηλότερες τιμές τόσο σε αποδοτικότητα νερού άρδευσης όσο και σε συνολική αποδοτικότητα και για τα τρία έτη πειραματισμού. Η μεταβολή της εδαφικής υγρασίας δείχνει πως η διακοπτόμενη άρδευση, τόσο στο επιφανειακό όσο και στο υπόγειο σύστημα, παρήγαγε μεγαλύτερες επιφάνειες διαβροχής. Η καταγραφή της υγρασίας στην εδαφική κατατομή έδειξε πως στις εφαρμογές διακοπτόμενης άρδευσης η ομοιομορφία της υγρασίας ήταν καλύτερη σε σχέση µε αυτήν της συνεχούς εφαρμογής. Γενική διαπίστωση αποτελεί η αυξημένη οριζόντια ανάπτυξη του υγρού μετώπου στην περίπτωση της διακοπτόμενης άρδευσης, τόσο στο υπόγειο σύστημα όσο και στο επιφανειακό. Στην περίπτωση άρδευσης µε χαμηλή παροχή η καθοδική κίνηση του νερού είναι μεγαλύτερη και η οριζόντια μικρότερη από τις άλλες μεταχειρίσεις. Η ανάπτυξη της διαβροχής µε το χρόνο στην επιφανειακή διακοπτόμενη άρδευση, περιγράφεται µε μια γραμμική εξίσωση εν αντιθέσει µε την εκθετική που χρησιμοποιείται για την περιγραφή της στη συμβατική στάγδην άρδευση.