Στις συνήθεις επιχειρηματικής μορφής υδροπονικές καλλιέργειες η λίπανση και η άρδευση αποτελούν δυο αδιαίρετες διαδικασίες, τα ανόργανα θρεπτικά στοιχεία (λιπάσματα) είναι διαλυμένα στο νερό της άρδευσης. Λίπανση γίνεται μόνο όταν γίνεται άρδευση και άρδευση γίνεται μόνο με νερό στο οποίο είναι διαλυμένα τα ανόργανα θρεπτικά στοιχεία (λιπάσματα). Το νερό το οποίο περιέχει διαλυμένα τα απαραίτητα ανόργανα θρεπτικά στοιχεία για την ανάπτυξη και την παραγωγή των φυτών ονομάζεται θρεπτικό διάλυμα. Το νερό αποτελεί το κυρίαρχο συστατικό του θρεπτικού διαλύματος.
Ο φυτικός οργανισμός περιέχει σε αναλογία συστατικών ποσοστό μεγαλύτερο του 60-85% του νωπού βάρους νερό, ενώ δεν μπορεί ούτε να υπάρξει αλλά ούτε και να διατηρηθεί στη ζωή χωρίς το νερό.
Το νερό είναι ζωτικής σημασίας για όλες τις λειτουργίες των φυτών και ενεργεί με ποικίλους ρόλους ως:
• μεταφορέας στοιχείων
• διαλύτης
• παράγοντας χημικής αντίδρασης
• παράγοντας σπαργής, που δίνει το σχήμα των φυτών.
Η αύξηση του όγκου των κυττάρων συντελείται κυρίως με απορρόφηση νερού. Τα ζωντανά κύτταρα περιέχουν περίπου 70-90% νερό.
Τα φυτά εκτός από συστατικό του σώματός τους χρειάζονται το νερό και για τη μείωση της θερμοκρασίας τους τη θερμή περίοδο της ημέρας. Ένα μεσημέρι καλοκαιριού όλοι έχουμε παρατηρήσει ότι η θερμοκρασία ενός μεταλλικού αντικειμένου που βρίσκεται στο έδαφος είναι πολύ υψηλή, σε βαθμό που συχνά δεν μπορείς να το πιάσεις με το χέρι, με τα φύλλα όμως οποιουδήποτε υγιούς φυτού δεν συμβαίνει αυτό. Η μείωση της θερμοκρασίας τους επιτυγχάνεται με την εξάτμιση νερού μέσω της λειτουργίας της διαπνοής.
Το νερό που χρειάζονται τα φυτά αναπληρώνεται με μεταφορά από το περιβάλλον της ρίζας. Το νερό που εξατμίζεται στο επίπεδο των φύλλων με τη διαπνοή δημιουργεί αρνητική πίεση, δημιουργούνται έτσι διαφορές πίεσης νερού μεταξύ των: φύλλων, τα διαφορετικά μέρη του φυτού, της ρίζας και του περιβάλλοντος της ρίζας. Για τη κίνηση αυτή του νερού δεν απαιτείται κατανάλωση ενέργειας εκ μέρους του φυτού, αυτή προέρχεται από τον ήλιο.
Η εξάτμιση νερού μέσω της διαπνοής των φυτών γίνεται από τα στομάτια που βρίσκονται στα φύλλα (λόγω διαφορετικής πίεσης υδρατμών μεταξύ των υποστομάτιων χώρων και της ατμόσφαιρας). Τα στομάτια ενώ καλύπτουν μόνο το 1-3% της επιφάνειας του φύλλου είναι υπεύθυνα για το 99% του εξατμιζόμενου νερού. Τα στομάτια ανοίγουν και κλείνουν και η λειτουργία τους εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Δηλαδή ανοίγουν με το φώς της ημέρας και κλείνουν τη νύχτα (στα πλείστα καλλιεργούμενα φυτά). Στη περίπτωση που υπάρξει σημαντική έλλειψη νερού από το φυτό, είτε λόγο πολύ υψηλής διαπνοής (χαμηλή σχετική υγρασία του αέρα, υψηλή θερμοκρασία φύλλου) ή έλλειψης νερού στο υπόστρωμα, τα στομάτια κλείνουν για να περισώσουν μια ποσότητα νερού στο εσωτερικό του φυτού. Τα στομάτια των φυτών είναι αυτά που τελικά αντιδρούν για να ρυθμίσουν την ένταση της διαπνοής.
Γενικά, τα στομάτια είναι ευαίσθητα σε παράγοντες:
Εξωτερικούς όπως:
· φωτισμός,
· υγρασία εδάφους,
· θερμοκρασία,
· συγκέντρωση CO2,
και εσωτερικούς όπως:
· κατάσταση του φύλλου από πλευράς υγρασίας,
· φυσιολογική ηλικία του φύλλου,
· παρουσία ή έλλειψη ορισμένων στοιχείων
· δημιουργία φυτορμονών από το φυτό
Όσο μεγαλύτερης έντασης είναι η ηλιακή ακτινοβολία και/ή όσο πιο μεγάλη είναι η φυλλική επιφάνεια, τόσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα του διαπνεόμενου νερού.
Η ποσότητα του νερού που εξατμίζεται με τη διαπνοή, συγκρινόμενη με το διαθέσιμο νερό που υπάρχει στους ιστούς των φυτών είναι πάρα πολύ μεγαλύτερη, ιδιαίτερα το καλοκαίρι. Μέσα σε ένα 24ωρο, το 96-98% του νερού που απορροφάται από τις ρίζες βγαίνει από τα φύλλα με τη διαπνοή. Μόνο το 2-4%, χρησιμεύει για τις φυσιολογικές λειτουργίες και κυρίως στην αύξηση του όγκου των κυττάρων των φυτών.
Τα καλλιεργούμενα φυτά διαθέτουν μικρές «αποθήκες νερού». Τα αποθέματα νερού που διαθέτει το φυτό για να αντιμετωπίσει κάποια ανεπάρκεια στην απορρόφηση, αντιστοιχούν μόνο στο 8-24% της ημερήσιας διαπνοής. Αν η περιεκτικότητά τους σε νερό μειωθεί κατά 20-30% από την άριστη τιμή, τότε μπορεί να μαραθούν πολύ γρήγορα.
Γενικά, αν η απώλεια νερού με τη διαπνοή είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή που τροφοδοτεί η ρίζα τότε το φυτό μαραίνεται. Με τη μάρανση των φυτών κλείνουν τα στομάτια και επειδή από τα στομάτια εισέρχεται το διοξείδιο του άνθρακα για τη λειτουργία της φωτοσύνθεσης, δεν μπορεί να μπει το διοξείδιο του άνθρακα και σταματά η φωτοσύνθεση, δηλαδή η λειτουργία που δημιουργεί τη παραγωγή και την ανάπτυξη του φυτού.
Τα φυτά πρέπει επομένως να λαμβάνουν συνεχώς από το υπόστρωμα, την ποσότητα του νερού που χάνουν με τη διαπνοή και ο έλεγχος της διαθεσιμότητας του νερού στα φυτά, καθίσταται ένας από τους κυριότερους παράγοντες επιτυχίας της καλλιέργειας.
Το νερό που χάνεται στην ατμόσφαιρα με τη διαπνοή είναι καθαρό νερό (ελεύθερο νερό, χωρίς άλατα). Αυτό το καθαρό νερό αφαιρείται από τη ρίζα, με αποτέλεσμα να αυξάνει η συνολική συγκέντρωση των αλάτων στη περιοχή της ρίζας. Έτσι μαζί με την αύξηση των αλάτων μειώνεται το καθαρό νερό (χαμηλώνει το υδατικό δυναμικό) στη περιοχή της ρίζας, με συνέπεια να δυσκολεύονται τα φυτά να απορροφήσουν το αναγκαίο νερό. Τα άλατα, που αυξάνεται η συγκέντρωση τους στη περιοχή της ρίζας, προέρχονται είτε από αυτά που περιέχονται στο νερό της άρδευσης (περιέχει στοιχεία τα οποία δεν έχουν σχέση με τη θρέψη των φυτών π.χ. Νάτριο, Χλώριο) ή από τα λιπάσματα που χρησιμοποιούμε (η ποσότητα των ανόργανων θρεπτικών στοιχείων που απορροφούν τα φυτά για να χτίσουν το σώμα τους είναι συχνά μικρή, συγκριτικά με τη ποσότητα που τους παρέχουμε). Όταν επικρατεί ηλιοφάνεια και υψηλή θερμοκρασία, οπότε ευνοείται ο υψηλός ρυθμός διαπνοής, η συμπύκνωση των αλάτων στο υπόστρωμα αυξάνει πολύ γρήγορα, με αποτέλεσμα να περιορίζεται σημαντικά το καθαρό διαθέσιμο νερό (μειώνεται το υδατικό δυναμικό). Είναι πολύ σημαντικό επομένως με την άρδευση η συγκέντρωση των αλάτων στη περιοχή της ρίζας να κρατιέται σταθεροποιημένη και όχι να αυξάνει.
Η αλατότητα στο θρεπτικό διάλυμα μετριέται εύκολα με το αγωγιμόμετρο που δίδει τιμές ειδικής ηλεκτρικής αγωγιμότητας (EC). Η ηλεκτρική αγωγιμότητα σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία είναι ανάλογη της συγκέντρωσης των αλάτων που βρίσκονται στο διάλυμα. Η τιμή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας όμως δε δίνει καμιά ένδειξη για το είδος των αλάτων που βρίσκονται διαλυμένα.
Όταν η ηλεκτρική αγωγιμότητα του διαλύματος στο περιβάλλον του ριζικού συστήματος είναι χαμηλότερη από μια συγκεκριμένη τιμή, αυτό σημαίνει ανεπαρκή περιεκτικότητα σε ανόργανα θρεπτικά στοιχεία. Αντίθετα, υψηλότερη από μια συγκεκριμένη τιμή ηλεκτρικής αγωγιμότητας υποδηλώνει υψηλή συγκέντρωση αλάτων και χαμηλή ποσότητα καθαρού διαθέσιμου νερού στα φυτά, με αρνητικές επιπτώσεις για την ανάπτυξη και παραγωγή των φυτών.
Γενικά, η βασική μας επιδίωξη στην άρδευση είναι να διατηρούμε αρκετή ποσότητα εύκολα διαθέσιμου καθαρού νερού στη περιοχή της ρίζας, και τα απαραίτητα ανόργανα θρεπτικα στοιχεία. Για να συμβαίνει αυτό φροντίζουμε να κρατάμε σταθερή την ηλεκτρική αγωγιμότητα του διαλύματος στη περιοχή αυτή.
Στα ανοιχτά υδροπονικά συστήματα, η καλλιέργεια γίνεται σε πορώδη υποστρώματα. Τα υποστρώματα που χρησιμοποιούνται στην υδροπονία έχουν ολικό πορώδες που κυμαίνεται μεταξύ 60 και 90%. Το νερό μετά το τέλος της άρδευσης συγκρατείται από το υπόστρωμα στους μικρότερους σε διάμετρο πόρους και απορρέει από τους μεγαλύτερους πόρους, επιτρέποντας έτσι την είσοδο φρέσκου αέρα (πλούσιο σε οξυγόνο) στη περιοχή της ρίζας (η άρδευση λειτουργεί και ως αντλία οξυγόνου που είναι απαραίτητο για τη λειτουργία της ρίζας).
Η ποσότητα του νερού που απομένει στο υπόστρωμα αμέσως μετά τη στράγγιση ονομάζεται υδατοϊκανότητα του υποστρώματος και ένα μεγάλο ποσοστό (ανάλογα με το είδος του υποστρώματος) από το νερό της υδατοικανότητας είναι εύκολα διαθέσιμο στο φυτό. Π.χ. το εύκολα διαθέσιμο νερό στο περλίτη είναι περίπου 7% του όγκου του υποστρώματος, στην ελαφρόπετρα διαμέτρου 0-5mm 9%, στον ορυκτοβάμβακα 42% και στις ίνες καρύδας 28%. Εκτός από το είδος του υποστρώματος, το ύψος του δοχείου επηρεάζει σημαντικά το νερό που συγκρατείται στο υπόστρωμα.
Σε ίδια ποσότητα υποστρώματος, όσο μεγαλύτερη είναι η βάση του δοχείου που το περιέχει τόσο περισσότερο νερό συγκρατείται στο υπόστρωμα
Τα χαρακτηριστικά ενός υποστρώματος μεταβάλλονται με την πάροδο του χρόνου। Προκαλούνται κυρίως από: συμπίεση, σύνθλιψη, ανάπτυξη μικροχλωρίδας και αύξηση της ρίζας। Αυτά προκαλούν συνήθως μόνιμη μεταβολή της ικανότητας συγκράτησης νερού και της υδραυλικής αγωγιμότητας, τα οποία επηρεάζουν και την κίνηση του νερού στο υπόστρωμα
Η κατακόρυφη κίνηση του θρεπτικού διαλύματος στο υπόστρωμα είναι τόσο μεγαλύτερη όσο το πορώδες είναι μεγαλύτερο και η διάμετρος των πόρων είναι μεγαλύτερη. Αυτή η δυνατότητα κίνησης του θρεπτικού διαλύματος χαρακτηρίζει την υδραυλική αγωγιμότητα των υποστρωμάτων και καθορίζει το ρυθμό στράγγισης του θρεπτικού διαλύματος, αλλά και την πλευρική του κίνηση στο υπόστρωμα. Σε πολύ χαμηλή υδραυλική αγωγιμότητα του υποστρώματος το θρεπτικό διάλυμα καλά είναι να παρέχεται με σταλάκτες μικρής παροχής ή σε μικρές αρδευτικές δόσεις και περισσότερες φορές, για να προλαβαίνει να διεισδύσει στο υπόστρωμα. Σε πολύ υψηλή υδραυλική αγωγιμότητα του υποστρώματος, επειδή το νερό δεν απλώνεται οριζόντια, χρησιμοποιούνται περισσότεροι σταλάκτες ή προτιμούνται οι μικροί ψεκαστές, για να απλώνεται το θρεπτικό διάλυμα σε όλη τη μάζα του υποστρώματος.
Η ποσότητα του νερού στο υπόστρωμα, επηρεάζει και τη συγκέντρωση του οξυγόνου και τη συνολική συγκέντρωση των αλάτων (ΕC) στη περιοχή της ρίζας
Οι στόχοι της Άρδευσης είναι:
• να προμηθεύσει το νερό που περιέχεται στο σώμα των φυτών
• να καλύψει τις ανάγκες των φυτών σε νερό που είναι απαραίτητο για τη διαπνοή τους
• να καλύψει τις ανάγκες των φυτών σε ανόργανα θρεπτικά στοιχεία
• να διατηρηθεί η συγκέντρωση του οξυγόνου στη ρίζα η μεγαλύτερη δυνατή
Όλα τα παραπάνω πρέπει να επιτυγχάνονται με τη μεγαλύτερη δυνατή αποτελεσματικότητα (εξοικονόμηση νερού και λιπασμάτων), μια και τα λιπάσματα συμμετέχουν σημαντικά στο κόστος παραγωγής.
Η αποτελεσματικότητα της άρδευσης (Ε) υπολογίζεται από το ποσοστό της ποσότητας του νερού που χρησιμοποιείται από τα φυτά (Νφ), ως προς τη ποσότητα του νερού που εφαρμόζεται (Νε)।
Ε = (Νφ / Νε) x 100
Όσο η ποσότητα του νερού που εφαρμόζεται (Νε) πλησιάζει τη ποσότητα του νερού που χρησιμοποιείται από τα φυτά (Νφ), τόσο αποτελεσματικότερη είναι η άρδευση.
Στα κλειστά συστήματα με πορώδες υπόστρωμα, η ποσότητα του θρεπτικού διαλύματος που παρέχεται κάθε φορά στη ρίζα (αρδευτική δόση) μπορεί να είναι υψηλότερη από την χρησιμοποιούμενη στα ανοιχτά συστήματα (διπλάσια) και η συχνότητα με την οποία παρέχεται το διάλυμα συνήθως είναι υψηλότερη από ότι απαιτεί η εξατμισοδιαπνοή. Σε αυτή τη περίπτωση, επειδή το κύκλωμα είναι κλειστό και ανακυκλώνεται το θρεπτικό διάλυμα, δεν παρουσιάζονται μεγάλες απώλειες νερού και θρεπτικών στοιχείων. Γενικά, τα κλειστά συστήματα παρουσιάζουν πολύ καλύτερη αποτελεσματικότητα άρδευσης από ότι τα ανοιχτά υδροπονικά συστήματα. Βεβαία, και στα κλειστά συστήματα καλλιέργειας ένα μέρος του διαλύματος απορρίπτεται (σε ποσοστό που εξαρτάται πολύ από τη συγκέντρωση των αλάτων του νερού που χρησιμοποιείται). Έτσι για να αποφευχθεί η συγκέντρωση κάποιου στοιχείου με τη συνεχή ανακύκλωση σε τοξικά επίπεδα, είτε απορρίπτεται μια μικρή ποσότητα του κυκλοφορούντος θρεπτικού διαλύματος καθημερινά, ή απορρίπτεται όλο το διάλυμα κάθε 20 ημέρες και αντικαθίσταται με νέο. Όταν το νερό που χρησιμοποιείται για τη παρασκευή του θρεπτικού διαλύματος περιέχει μεγάλη ποσότητα αλάτων, η απόρριψη γίνεται σε συντομότερο χρονικό διάστημα. Σε αυτή τη περίπτωση η σπατάλη νερού και λιπασμάτων εξαρτάται κυρίως από τη ποιότητα του νερού που χρησιμοποιείται.
Το πρόβλημα της σωστής άρδευσης γίνεται πολύ σημαντικό στα ανοιχτά συστήματα, γιατί μπορεί να υπάρξει υπερβολική σπατάλη νερού και λιπασμάτων ή σημαντική έλλειψη νερού και θρεπτικών στοιχείων στα φυτά. Στα ανοιχτά συστήματα δεν υπάρχει ανακύκλωση του διαλύματος και όσο διάλυμα στραγγίζει από το πορώδες υπόστρωμα χάνεται συνήθως ανώφελα. Σε αυτή τη περίπτωση η ηλεκτρική αγωγιμότητα του περιβάλλοντος της ρίζας εξαρτάται όχι μόνο από τη συγκέντρωση του διαλύματος που οδηγείται σε αυτήν, αλλά κυρίως από τη ποσότητα του νερού που στραγγίζει (παρασύροντας την περίσσια των αλάτων έξω από το υπόστρωμα) και χάνεται σε κάθε άρδευση (εξαρτάται δηλαδή από την αρδευτική δόση), καθώς και από πόσες φορές την ημέρα γίνεται άρδευση «συχνότητα άρδευσης». Ρυθμίζοντας επομένως την αρδευτική δόση και της συχνότητας της άρδευσης καθορίζουμε, την συγκέντρωση των αλάτων (EC) στη περιοχή της ρίζας και την αποτελεσματικότητα της άρδευσης.
Αρδευτική δόση με ποσότητα θρεπτικού διαλύματος που δεν επιτρέπει τη στράγγιση αρκετής ποσότητας διαλύματος, αυξάνει υπερβολικά την συγκέντρωση αλάτων στη περιοχή του ριζοστρώματος και δυσκολεύει το φυτό να αποσπάσει καθαρό νερό από το υπόστρωμα. Γι’ αυτό κάθε φορά που γίνεται άρδευση ένα μέρος του διαλύματος που δίνεται για την άρδευση των φυτών πρέπει να στραγγίζει έξω από τον σάκο ως πλεονάζον διάλυμα. Αυτό το ποσοστό έκπλυσης, όπως ονομάζεται, κυμαίνεται από 10 - 30% ανάλογα με τη συγκέντρωση των αλάτων του νερού που χρησιμοποιείται. Αν χρησιμοποιείται πολύ μεγαλύτερη ποσότητα θρεπτικού διαλύματος από τη κανονική αρδευτική δόση, στραγγίζει και χάνεται ανώφελα μεγάλη ποσότητα διαλύματος που έχει ως αποτέλεσμα μεγάλη σπατάλη λιπασμάτων και νερού. Επίσης, μεγάλη χρονική διάρκεια από τη μια άρδευση στην άλλη (μικρή συχνότητα άρδευσης) αυξάνει υπερβολικά την συγκέντρωση αλάτων στη περιοχή του ριζοστρώματος (λόγω απωλειών καθαρού νερού με τη διαπνοή) και δυσκολεύει το φυτό να αποσπάσει καθαρό νερό από το υπόστρωμα. Αντίθετα μεγάλη συχνότητα άρδευσης δημιουργεί σπατάλη νερού και λιπασμάτων.
Η αποτελεσματικότητα των διαφόρων αυτοματισμών άρδευσης εξαρτάται από το πρόγραμμα λειτουργίας που διαθέτουν και τη σωστή ρύθμιση τους στη κάθε περίπτωση.
Τα χρησιμοποιούμενα συστήματα ελέγχου της άρδευσης στα ανοιχτά υδροπονικά συστήματα, μπορούν να χωριστούν σε δύο βασικές κατηγορίες:
• Συστήματα με ανατροφοδότηση
• Συστήματα χωρίς ανατροφοδότηση
Στη πρώτη περίπτωση καθορίζεται ο χρόνος έναρξης της άρδευσης και το αποτέλεσμα συμμετέχει στον έλεγχο της διαδικασίας. Δηλαδή η διακοπή της άρδευσης εξαρτάται από κάποιο αισθητήριο που θα δώσει εντολή για διακοπή. Συνήθως, για τη διακοπή της άρδευσης χρησιμοποιείται το ποσοστό απορροής του σάκου. Έτσι καθορίζεται αυτόματα η αρδευτική δόση, αφού προηγουμένως έχει καθοριστεί το επιθυμητό ποσοστό απορροής, με βάση τη ποιότητα του νερού που χρησιμοποιείται και το είδος του υποστρώματος.
Ο έλεγχος της συχνότητας της άρδευσης, δηλαδή κάθε πότε να ξεκινάει η άρδευση, μπορεί να γίνεται με τη χρήση μετρητή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας στη περιοχή του υποστρώματος. Σε αυτή τη περίπτωση, όταν η ηλεκτρική αγωγιμότητα του υποστρώματος υπερβεί κάποιο όριο π.χ. 0,3-1 mS/dm τότε γίνεται πότισμα. Απαιτούνται όμως ειδικοί αξιόπιστοι μετρητές ηλεκτρικής αγωγιμότητας υποστρώματος κατάλληλα ρυθμισμένοι για το χρησιμοποιούμενο υπόστρωμα. Ο έλεγχος της συχνότητας της άρδευσης μπορεί να γίνει και από μετρήσεις της μεταβολής της περιεκτικότητας του υποστρώματος σε καθαρό νερό. Μια μέθοδος είναι αυτή που βασίζεται στη χρήση μετρητών διηλεκτρικής αγωγιμότητας του υποστρώματος (ΤDR). H λειτουργία τους βασίζεται στη μέτρηση της ταχύτητας μεταφοράς ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος ή ενός παλμού μέσα στο υπόστρωμα. Η ταχύτητα εξαρτάται από τη διηλεκτρική σταθερά των συστατικών του υποστρώματος, αλλά επειδή η διηλεκτρική σταθερά του νερού είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτήν των άλλων συστατικών του υποστρώματος, η μεταβολή της ταχύτητας οφείλεται κυρίως στη μεταβολή της περιεκτικότητας του υποστρώματος σε καθαρό νερό. Οι μετρητές αυτοί έχουν συνήθως τρείς παράλληλες μεταλλικές αιχμές με μήκος που κυμαίνεται από 10 έως 50 εκατοστά και έχουν τη δυνατότητα να μετρούν ταυτόχρονα την περιεκτικότητα σε καθαρό νερό του υποστρώματος (αξιοποιώντας ένα εμπειρικό πρότυπο) και την ηλεκτρική αγωγιμότητα του θρεπτικού διαλύματος στο υπόστρωμα. Για τη ρύθμιση της συχνότητας της άρδευσης αξιοποιείται όχι τόσο η απόλυτη τιμή της μέτρησης όσο η μεταβολή της από προηγούμενη τιμή.
Άλλος τρόπος για τον έλεγχο της συχνότητας της άρδευσης είναι με τον ολοκληρωτή ηλιακής ακτινοβολίας που θα αναφερθούμε παρακάτω.
Η αποτελεσματικότητα της άρδευσης στα συστήματα με ανατροφοδότηση είναι ικανοποιητική, αρκεί να υπάρχει ομοιομορφία παροχής στο αρδευτικό σύστημα και ο έλεγχος καλής λειτουργίας, η βαθμονόμηση, η συντήρηση των αισθητηρίων στάθμης και ηλεκτρικής αγωγιμότητας, να γίνονται συχνά.
Στα συστήματα χωρίς ανατροφοδότηση, αφού γίνει η έναρξη της άρδευσης παρέχεται μια προκαθορισμένη ποσότητα νερού, συνήθως με ένα χρονοδιακόπτη, χωρίς το αποτέλεσμα να συμμετέχει στον έλεγχο της διαδικασίας. Σε αυτή τη περίπτωση πολύ συχνά γίνεται υπερβολική σπατάλη νερού και λιπασμάτων, γιατί η διάρκεια της άρδευσης καθορίζεται εμπειρικά και πολλές φορές δεν διαφοροποιείται στα διαφορετικά υποστρώματα και την εποχή.
Ένα αποτελεσματικό πρόγραμμα άρδευσης πρέπει να αποσκοπεί στο να διατηρείται η περιεκτικότητα του υποστρώματος σε νερό εντός των ορίων του εύκολα διαθέσιμου νερού για τα φυτά, χωρίς να αυξάνεται σημαντικά η ηλεκτρική αγωγιμότητα στη περιοχή της ρίζας. Η αρδευτική δόση καλά είναι να κρατιέται σταθερή και να εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του υποστρώματος. Η συχνότητα της άρδευσης μεταβάλλεται κατά τη διάρκεια της ημέρας και εξαρτάται από τη διαπνοή των φυτών που αποτελεί τον κύριο παράγοντα ζήτησης νερού από τα φυτά (Μαυρογιανόπουλος 2006).
Για τον υπολογισμό επομένως της αρδευτικής δόσης [Q] (σε λίτρα/σάκο ) μπορεί να χρησιμοποιηθεί η παρακάτω ισότητα:
Ν x Ww x Y
Q = --------------------
1- dr
Όπου:
Ν το ποσοστό της εύκολα διαθέσιμη υγρασία του υποστρώματος που έχει εξαντληθεί και στο οποίο θέλουμε να ξεκινά η άρδευση. Επιλέγεται το 5% - 35% της εύκολα διαθέσιμης υγρασίας του υποστρώματος, μικρό ποσοστό για αλατούχα νερά και μικρής υδατοϊκανότητας υποστρώματα.
Ww, το ποσοστό του εύκολα διαθέσιμου νερού του υποστρώματος (στο περλίτη είναι περίπου το 24% της ποσότητας νερού στην υδατοϊκανότητα του σάκου, στην ελαφρόπετρα με κόκκους 0-5 mm 24%, στον ορυκτοβάμβακα 85% και στις ίνες καρύδας 58%).
Y, η υδατοϊκανότητα του υποστρώματος του σάκου [λίτρα/σάκο]. Η ποσότητα του νερού του υποστρώματος στην υδατοϊκανότητα του σάκου μπορεί να μετρηθεί ως εξής: ζυγίζεται ο σάκος με το υπόστρωμα στεγνό, μετά γεμίζεται με νερό και αφήνεται μέσα σε γεμάτο με νερό δοχείο για ένα 24ωρο, ώστε να διαβρεχτεί πλήρως, μετά βγαίνει από το δοχείο τοποθετείται οριζόντια ανοίγονται οπές στο κάτω μέρος και αφήνεται να στραγγίσει για 6 ώρες, ξαναζυγίζεται και η διαφορά βάρους είναι η υδατοϊκανότητα σε kg/σάκο ή λίτρα/σάκο). Όταν τα φυτά αποκτήσουν το τελικό τους μέγεθος οι μετρήσεις επαναλαμβάνονται, διότι η ανάπτυξη της ρίζας αλλάζει την ιδατοϊκανότητα του υποστρώματος.
dr, το επιθυμητό ποσοστό νερού απορροής σε κάθε άρδευση (η ποσότητα πρέπει να είναι ανάλογη με τη περιεκτικότητα του νερού σε άλατα και τη διαθεσιμότητα νερού του υποστρώματος, συνήθως κυμαίνεται από 10%-30% της αρδευτικής δόσης).
Η διάρκεια της κάθε άρδευσης για να επιτευχθεί αυτή η αρδευτική δόση σε δευτερόλεπτα μπορεί να υπολογιστεί από τη σχέση:
Q
t = ----------- x 3600
n x q
Όπου: t διάρκεια [δευτερόλεπτα]
3600 [δευτερόλεπτα/ώρα]
Q αρδευτική δόση [λίτρα/σάκο]
n ο αριθμός των σταλακτών ανά σάκο
q η παροχή του κάθε σταλάκτη [λίτρα/ώρα]
Η συχνότητα άρδευσης μπορεί να καθοριστεί από το ρυθμό της διαπνοής των φυτών και την αρδευτική δόση. Ένας καλός τρόπος ελέγχου της αρδευτικής συχνότητας είναι με τον ολοκληρωτή ηλιακής ακτινοβολίας. Σε αυτή τη περίπτωση όταν το άθροισμα της ηλιακής ενέργειας που έχει εισέλθει στο θερμοκήπιο υπερβεί κάποια ποσότητα, τότε γίνεται πότισμα με την προϋπολογισθείσα αρδευτική δόση. Η μέθοδος αυτή βασίζεται στη καλή συσχέτιση που παρουσιάζουν η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία με το ρυθμό της διαπνοής. Ο ρυθμός της διαπνοής εξαρτάται από το μέγεθος της ηλιακής ενέργειας που πέφτει μέσα στο θερμοκήπιο, τη θερμοκρασία, τη σχετική υγρασία, το ρυθμό εξαερισμού, το μέγεθος της φυλλικής επιφάνειας των φυτών και το είδος του φυτού. Επειδή πλην των παραγόντων που αφορούν τα φυτά οι παράγοντες θερμοκρασίας, σχετικής υγρασίας εξαρτώνται κυρίως από την ηλιακή ακτινοβολία μπορούμε να εκτιμήσουμε ικανοποιητικά τη διαπνοή λαμβάνοντας υπόψη και μόνο την ηλιακή ακτινοβολία.
Για τον υπολογισμό της ποσότητας της ηλιακής ενέργειας στην οποία πρέπει να γίνεται η έναρξη της άρδευσης αρκεί να υπολογίσουμε την ενέργεια που απαιτείται για την εξάτμιση της ποσότητας του νερού που δίνουμε με την αρδευτική δόση και την ηλιακή ενέργεια που ξοδεύεται για άλλους σκοπούς στο θερμοκήπιο.
Το ισοζύγιο ενέργειας επομένως στο χώρο του θερμοκήπιο μπορεί να γραφεί:
ΣRg × rc × Etr - Q × n × λ × (1- dr) = 0
Όπου: ΣRg άθροισμα της προσπίπτουσας ηλιακής ενέργειας έξω από το θερμοκήπιο [J/m2]
rc περατότητα του θερμοκηπίου στην ηλιακή ακτινοβολία [-]
Etr ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας που αναλώνεται για την εξατμισοδιαπνοή, κυμαίνεται από 0,3 έως 0,9 (με μια μέση τιμή 0,65), ανάλογα με το στάδιο ανάπτυξης των φυτών (δείκτη φυλλικής επιφάνειας), το είδος της καλλιέργειας και το ρυθμό εξαερισμού του θερμοκηπίου [-]
Q αρδευτική δόση [λίτρα / σάκο]
n αριθμός σάκων / m2
λ λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης του νερού [≈ 2,45 MJ/kg]
dr το ποσοστό απορροής [-]
Από τη προηγούμενη εξίσωση λύνοντας ως προς το άθροισμα της ηλιακής ακτινοβολίας έχουμε τη ποσότητας της ηλιακής ενέργειας στην οποία έχει καταναλωθεί η ποσότητα του νερού της αρδευτικής δόσης και πρέπει να γίνει η έναρξη της επόμενης άρδευσης.
ΣRg = Q × n × λ × (1- dr) / rc × Etr [J/m2]
Η ποσότητα αυτή της προσπίπτουσας ηλιακής ενέργειας μπορεί επομένως να χρησιμοποιηθεί για τη ρύθμιση της συχνότητας της άρδευσης.
Επειδή το ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας που αναλώνεται για την εξατμισοδιαπνοή, κυμαίνεται ανάλογα με το φυσικό περιβάλλον που επικρατεί στο θερμοκήπιο, το στάδιο ανάπτυξης των φυτών, τη πυκνότητα φύτευσης και το είδος της καλλιέργειας, η τιμή του Etr μπορεί να υπολογιστεί θεωρητικά χρησιμοποιόντας τον τύπο υπολογισμού της εξατμισοδιαπνοής κατά Penman–Monteith, Stanghelini (1987) ή κατά Baille (1994). Μπορεί όμως να γίνει και εμπειρική εκτίμηση της τιμής του από ένα εξατμισήμετρο ή λυσίμετρο ή από συχνές μετρήσεις της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του διαλύματος στο σάκο λίγο πριν την επομένη άρδευση. Στη τελευταία περίπτωση, για τις μετρήσεις αποσπάται θρεπτικό διάλυμα με σύριγγα από το σάκο και προσδιορίζεται η διαφορά της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του διαλύματος στο σάκο και αυτής του θρεπτικού διαλύματος με το οποίο τροφοδοτείται. Γενικά η ηλεκτρική αγωγιμότητα του διαλύματος στο σάκο πρέπει να βρίσκεται 0,2 - 0,5 mS/dm υψηλότερα από αυτήν του διαλύματος τροφοδοσίας, όταν υπερβαίνει το πάνω όριο, σημαίνει ότι πρέπει να αυξηθεί η συχνότητα του ποτίσματος (μεγαλύτερη διαπνοή άρα μεγαλύτερο Etr), ενώ όταν είναι κάτω από το κάτω όριο να μειωθεί (μικρότερο Etr).
Στη περίπτωση του θεωρητικού υπολογισμού της εξατμισοδιαπνοής στο θερμοκήπιο, αυτή κατά Baille (1994) μπορεί να υπολογίζεται από τη σχέση:
λ×Ε = α × {1-exp(-Kc × LAI)} × Rn + β × LAI × Di
Ε ρυθμός διαπνοής kg/m2।s
Kc καλλιεργητικός συντελεστής (εξαρτάται από το είδος του φυτού)
LAI δείκτης φυλλικής επιφάνειας
Rn πυκνότητα ροής της καθαρής ακτινοβολίας W/m2
Di έλλειμμα κορεσμού του αέρα του θερμοκηπίου kPa
α και β είναι σταθερές παράμετροι που εξαρτώνται από το είδος της καλλιέργειας και τις συνθήκες του περιβάλλοντος του θερμοκηπίου και προσδιορίζονται στατιστικά.
Σε όλες τις υδροπονικές μεθόδους που αφορούν πορώδη υποστρώματα, η τροφοδοσία του θρεπτικού διαλύματος στα φυτά γίνεται με σταλάκτες ή με μικρούς ψεκαστές, συνήθως ένας σταλάκτης παροχής 1- 4 λίτρων την ώρα για κάθε φυτό. Για να αποφευχθούν τα φραξίματα στους σταλάκτες είναι απαραίτητο να έχει τοποθετηθεί στην αρχή του δικτύου ένα πολύ καλό σύστημα φιλτραρίσματος του διαλύματος.
Ένα άλλο πολύ σημαντικό στοιχείο στην άρδευση των υδροπονικών συστημάτων είναι όλα τα φυτά να λαμβάνουν την ίδια ποσότητα θρεπτικού διαλύματος (ομοιομορφία άρδευσης). Γι’ αυτό, ο σωλήνας τροφοδοσίας στη γραμμή των φυτών πρέπει να είναι οριζόντιος και να βρίσκεται χαμηλότερα από το επίπεδο του υποστρώματος, γιατί αλλιώς δημιουργείται διαφορά πίεσης κατά μήκος του σωλήνα (διαφορετική παροχή) και στο τέλος της κάθε άρδευσης το διάλυμα που βρίσκεται μέσα στο σωλήνα αδειάζει στα φυτά που βρίσκονται χαμηλότερα, δημιουργώντας έτσι σημαντικά προβλήματα ανομοιομορφίας. Σε όσες περιπτώσεις δεν είναι δυνατόν να γίνουν αυτά, είναι απαραίτητη η χρησιμοποίηση σταλακτών που κλείνουν αυτόματα μετά το τέλος της άρδευσης.
Συμπερασματικά, η επιδίωξη στην άρδευση είναι η ηλεκτρική αγωγιμότητα στο σάκο να κρατιέται όσο το δυνατόν σταθερή, όλα τα φυτά να λαμβάνουν την ίδια ποσότητα θρεπτικού διαλύματος (ομοιομορφία) και η εξοικονόμηση νερού και λιπασμάτων να είναι η μεγαλύτερη δυνατή. Γι’ αυτό οποιοσδήποτε αυτοματισμός ή μέθοδος και να χρησιμοποιείται απαιτείται συχνός έλεγχος της ηλεκτρικής αγωγιμότητάς και του pH στη περιοχή της ρίζας, στο διάλυμα στράγγισης και στο προσαγόμενο διάλυμα. Είναι χρήσιμο επίσης να αξιολογείται και η ομοιομορφία της άρδευσης με τη χρησιμοποίηση μερικών κυπέλλων, που τοποθετούνται κάτω από σταλάκτες, σε θέσεις που βρίσκονται στην αρχή, τη μέση και το τέλος των γραμμών άρδευσης, ώστε να ελέγχεται η παροχή τους.
Πολύ χρήσιμο είναι επίσης να κρατιέται ημερολόγιο στο οποίο να καταγράφονται καθημερινά η ηλεκτρική αγωγιμότητα, pH και η θερμοκρασία
· του διαλύματος άρδευσης,
· του διαλύματος στράγγισης
· του διαλύματος στο σάκο
και κάθε παρατήρηση σχετικά με τα μετεωρολογικά στοιχεία και τη κατάσταση των φυτών. Τα στοιχεία αυτά είναι πολύ χρήσιμα για να ερμηνευθεί ένα πρόβλημα που πιθανόν να παρουσιαστεί κατά την εξέλιξη της καλλιέργειας, αλλά και για τη βελτίωση των καλλιεργητικών φροντίδων την επόμενη χρονιά.
Αναφορές:
Baille, M., Baille, A., Laury, J.C., 1994. A simplified model for predicting evapotranspiration rate of nine ornamental species vs. climate factors and leaf area. Sci. Hort. 59, 217–232.
Μαυρογιανόπουλος Γ. 2006. Υδροπονικές εγκαταστάσεις. Βιβλίο.Εκδόσεις Αθ. Σταμούλης.
Monteith, J.L., 1990. Principles of Environmental Physics. Edward Arnold, London, xii + 291 pp.
Stanghellini, C. and Van Meurs, W.Th.M., 1992. Environmental control of greenhouse transpiration. J. Agric. Eng. Res. 51, pp. 297-311.
Πηγή>http://mavrogiannopoulosgeorge.blogspot.gr/
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου