Az öntözési rend (irrigation scheduling) a víznorma és az öntözési forduló meghatározását jelenti, mely termőtájanként, növényenként, talajtípusonként, öntözőgépenként változik.

Kialakításának célja a vizet olyan gyakorisággal és mennyiségben kijuttatni, hogy a növények terméscsökkenése, minőségromlása megelőzhető legyen. Tervezése nem hagyatkozhat a termelő érzékszervi megállapításaira vagy több éves rutinra. Az öntözés időpontjának és a víz mennyiségének megállapításához mérések, számítások végzése szükséges.

A növénytermesztési tér vízforgalmát jellemző fogalmak:

Az evaporáció a szabad talajfelszín párolgása, mely függ a hőmérséklettől, a levegő mozgásától és páratartalmától, fizikai folyamat.

A transzspiráció a növény párologtatása mely szintén függ a fenti tényezőktől, de a változása azokkal nem lineáris, mivel a növény légzőnyílásai segítségével szabályozza saját vízleadását. Folyamatait nemcsak a légköri, hanem biológiai tényezők, valamint a talaj jellemzői is jelentősen befolyásolják. A transzspiráció mérése szántóföldi körülmények között igen nehézkes, ezért a növény vízleadását a hasonló körülmények közötti evaporáció megállapítása és növényenkénti módosító tényező alkalmazásával próbálják meghatározni.

Az evapotranszspiráció (ET; mm/nap) a növényállomány párologtatása, egyenlő azzal a vízmennyiséggel, amely pára formájában hagyja el a növénytermesztési teret. Az ET értéke magában foglalja a teljes, legalább 1 ha nagyságú növényállomány vízfogyasztását, amennyiben a növények fejlődése, növekedése nem korlátozott a nem kielégítő vízellátás (többlet, vagy hiány) miatt, az állomány egészséges és elegendő tápanyag áll rendelkezésre.  Amennyiben a növények teljesen takarják a felszínt, úgy a talaj párolgása összevetve a növényzettel elhanyagolható, értéke 5% alatti. A kijuttatandó öntözővíz mennyisége az utóbbi esetben egyenlőnek vehető a transzspiráció, a növények párologtatási értékével.

Magyarország a kontinentális éghajlati zónába tartozik, melynek jellege az utóbbi időszakban erősödött. Ez a hőmérsékleti szélsőségekben, a „kis” esők számának, a csapadék mennyiségének tenyészidőszakon kívüli növekedésével jellemezhető.

A potenciális (energetikailag lehetséges) evapotranszspiráció (PET) évi összege hazánkban - Thornthwaite módszerével számítva - mintegy 600-720 mm, de ingadozása 400-1100 mm közötti, a tenyészidőszakban értéke 560-630 mm között van. Az 1990. év tenyészidőszakában a CERES MAIZE modell által számított értékek a 3.1 számú ábrán láthatók.

3.1 ábra. Kukorica potenciális evapotranszspirációs értékei az 1990. évben, Látóképen  (Huzsvai, 1995)
(Fotó: Tóth Á.)

A légköri szárazság - a levegő relatív nedvességtartalma 30 százalékra, vagy ez alá süllyed - leggyakrabban júliusban és augusztusban tapasztalható, évente átlagosan 10-15 alkalommal fordul elő, naponkénti tartama 3-5 óra és többnyire 2-5 napig tart.

A növénytermesztési tér vízpótlásához kapcsolódó öntözési szakkifejezések:

Öntözővíz szükséglet: a növény vízigénye az öntözési idényben a kívánt gazdasági cél eléréséhez a természetes csapadékon felül (mm, m³/ha).
Öntözővíz adag: a növény vízigénye az öntözési fordulóban a kívánt gazdasági cél eléréséhez a természetes csapadékon felül (mm, m³/ha).
Öntözési forduló: az adott szakasz öntözésének kezdetétől a következő öntözés kezdetéig számított, vagy eltelt időszak hossza (nap).

Számítása:

Öntözési idő: az öntözési norma kijuttatásához szükséges időtartam (óra).

Számítása:

Intenzitás: adott területre időegység alatt kijuttatott víz mennyisége (mm/óra).

A nemzetközi irodalomban a fenti meghatározást application rate néven említik és az intenzitás fogalma alatt a cseppek becsapódáskori energiáját értik.

Öntözési norma: az adott öntözési szakaszban egy alkalommal kijuttatott víz mennyisége, mely tartalmazza a veszteségeket (pl.: párolgás) is (mm, m³/ha).

Idény norma: a növény vízigényének kielégítéséhez szükséges vízmennyiség az öntözési idényben, mely tartalmazza a veszteségeket (mm, m³/ha).

Az öntözés időpontja az időjárási viszonyoktól (napsugárzás tartama, a levegő hőmérséklete, relatív páratartalma, a szél sebessége, csapadék mennyisége), a talajban rendelkezésre állóvíz mennyiségétől és a növény igényétől függ. A szemiarid (félszáraz) és szubhumid (félnedves) klímán viszonylag gyakori a csapadék az öntözési idény során, melyet számításba kell vennünk. Az 5 mm alatti egyszeri csapadék érdemben nem befolyásolja a talaj víztartalmát.

 

A szántóföldi kísérletek azt mutatják, hogy a különböző növények nedvességoptimuma eltérő. Ez azt jelenti, hogy a maximális szárazanyagot eltérő víztartalom esetén tudják termelni. Amennyiben ismert ez a pont (nedvességigény; NI), akkor ez alá nem szabad a víztartalomnak csökkennie. A legtöbb esetben a DV 50%-ban adják meg ezt az értéket.

Az 3.1 számú ábrán látható, hogy a szabad talajfelszín párolgása is jelentős, meghaladhatja a 4 mm/nap értéket (április-május időszak). Az ET csúcsa eléri a 6 mm/nap értéket, de nagy időszakos csökkenések is láthatók júliusban is. Látható, hogy a vízfelhasználás nem tervezhető mechanikusan, azonos napi párolgással számolva, ehelyett összegezni kell az ET napi értékeit, és ennek megfelelően dönteni az öntözés időpontjáról.

Különösen fontos ez az állandó telepítésű mikroöntöző rendszereknél, ahol nem kell számolni munka-, üzemszervezési problémákkal, az ET alacsonyabb értékének megfelelő kisebb mennyiségű víz adagolása könnyen kivitelezhető, a napi ET dinamika könnyen követhető.

Az öntözés idejének meghatározása többféle módszerrel lehetséges:

- Érzékszervi módszer
- Tömegmérés
- Nedvességérzékelő adata alapján
- Párolgási modell alapján
- A növény vízpotenciálja alapján

Az öntözés idejét a talaj víztartalmának a szükséges szint alá csökkenése jelzi. Adott növénynél és talajon az átlagos evapotranszpirációból számíthatjuk a naptári időpontot. A 3.2 ábrán látható, hogy a magasabb nedvességigényű növények gyakoribb, kisadagú öntözést igényelnek a szükséges víztartalom folyamatos fenntartására.

3.2 ábra. Az öntözés időpontjának meghatározása eltérő nedvességigények alapján
(Grafika: Aquarex '96 Kft.)

Érzékszervi módszer

Az öntözés kezdetének meghatározása a talaj, a növény, az időjárás tapasztalati adatainak, jelenségeinek megfigyelésén alapszik. A gazdálkodó látja a talaj, termesztőközeg száradását, a növény leveleinek lankadását, vagy megemeli a konténeres növényt a víztartalom megbecsülésére és tapasztalata, ismeretei alapján dönt az öntözés megindításáról.

3.3 ábra. A növény leveleinek lankadása
(http://www.szepzold.hu/files_/510/files/Garten/N%C3%B6v%C3%A9nyi%20betegs%C3%A9gek/Fuz%C3%A1rium/Paprika%20fuza%CC%81rium.jpg)

A módszer általánosan használt annak ellenére, hogy a vízadagolás számos problémával jár. Az ember nehezen tudja megbecsülni a talaj aktuális nedvességtartalmát, a szemmel látható lankadás már stresszt jelent és korlátozza a növényt a maximális termés kifejlesztésében. További hátrány az állandó jelenlét igénye, a gazdálkodónak nap mint nap többször meg kell tekinteni az állományt.

Tömegmérés

A talaj nedvességtartalmának folyamatos mérése a legpontosabb módszer az öntözővízigény meghatározásra. A mintavételes megoldás (a minta tömegének mérése, majd szárítószekrényes szárítása, újabb mérése) azonban sok időt vesz igénybe és nehezen ismételhető. Gyakorlatiasabb módszer néhány növény tenyészedényének mérlegre helyezése és az adatok folyamatos rögzítése. A napi mérések adatai alapján ki tudjuk szűrni a növény növekedéséből adódó változásokat és számíthatjuk a teljes állomány részére szükséges vízmennyiséget. A módszerben nehézséget jelent a folyamatos adatrögzítési igény, a reprezentatív egyedek kiválasztása.

Nedvességérzékelő adata alapján

A legelterjedtebb a tenzióméter használata. A beszerzésnél ügyeljünk a megfelelő típus kiválasztásra, mivel az eltérő termesztőközeghez más-más kialakítás használható. A tenziométer lehet elektronikus jeladóval szerelt, így közvetlenül indíthatja az öntözőrendszert. Ebben az esetben nagyon fontos a mélységi elhelyezése és összhangja a használt öntözőberendezéssel, valamint a kijuttatott vízadaggal. Nagy intenzitású esőztető öntözőrendszer használatakor a gravitációs pórusok is telítődnek vízzel. Az ezekben található víz azonban az öntözés befejezése után tovább mozog lefelé a talajban, a nedvesített zóna alja a tenzióméter alatt lesz. Csepegtető öntözőrendszer esetében a zóna bővülésére nem kell számítanunk.

A talaj dielektromos állandójának mérési elvén működő érzékelők szintén jól hasznosíthatók az öntözőrendszer kézi vagy automatikus indítására.

Növényházban, a szántóföldi területen érdemes több jellemző helyen, legalább két mélységben elhelyezni az érzékelőket. A nedvességérzékelők telepítése mellett biztonsági megoldások használatára is szükség van.

Beépíthető minimális vagy maximális idő eltelte után öntözést indító berendezés, vagy a minimális, maximális öntözési időt behatároló automatika.

A nedvességérzékelők felhasználhatók az időautomatikák működésének tiltására is.

Párolgási modell alapján

Általánosan használt két párolgási modellt ismerhet meg a következő tananyagrészből:

1. Párolgási kád
2. matematikai modell alapján

A. Párolgási kád

A transzspirációnak, a kijuttatandó öntözővíz meghatározásának gyakran alkalmazott módszere az evaporációs kádak adatainak felhasználása a tenyészidőszak folyamán.

Az eszköz összegzi a napsütés, a szél, a hőmérséklet és a páratartalom hatását a párolgásra az öntözendő növény környezetében. A kád típusának és elhelyezésének jó megválasztásával követhetjük a növények párologtatását. Figyelembe kell venni azonban a növények fejlődési állapotát, valamint a fajok eltérő párologtató képességét, ezért különböző értékű szorzófaktorokat alkalmaznak a számítás során.

A nemzetközileg leginkább használt "A" típusú (U.S. Weather Bureau) evaporációs kád kör alakú, átmérője 121 cm és 25,4 cm (10") mély. Anyaga horganyzott vaslemez.

3.5 ábra. A Magyarországon használt „A” típusú párolgásmérő kád
(http://elte.prompt.hu/sites/default/files/tananyagok/alkalmazott_es_varosklimatologia/ch03s03.html)

A növényállományban annak szélétől legalább 30 m-rel beljebb, vízszintesen állítsuk fel, így a párolgási feltételek azonosak lesznek a jellemezni kívánt növény körülményeivel. Alátétként farácsot használjunk úgy, hogy a kád alja 15 cm magasságban legyen a talajfelszíntől. Ezzel megakadályozzuk a talajban tárolt hőenergia átadását, pontosabb lesz a mérés. Feltöltéskor a víz 5 cm mélyen legyen a peremtől és ne csökkenjen 7,5 cm-nél mélyebbre. A mérést torzítja, ha madarak isszák a vizet, ennek elkerülésére a kádat fedjük ritka szövésű hálóval, vagy helyezzünk el egy peremig töltött másik kádat. Ebben az esetben a madarak ezt fogják előnyben részesíteni.

A növények párologtatásának meghatározása az alábbi képlet alapján lehetséges:

ET_c=ET₀ x k_c

ahol:

ET_c        = a növény párologtatása, mm
ET₀      = a kád párolgása, mm
k_c         = növényi faktor

A növények párologtatása fejlődésük során 4 jellemző szakaszra osztható, 125 tenyésznappal számolva:

1. kezdeti szakasz (kb. 10%-os talajfedettség, 20 nap)                   k_c = 0,35
2. növekedési szakasz (kb. 70-80%-os talajfedettség, 35 nap)         k_c = 0,35-1,25
3. teljes kifejlettség (teljes talajfedettség, 40 nap)                           k_c = 1,25
4. érési szakasz (30 nap)                                                             k_c = 0,60

Az 1. és 2. szakasz faktorai valamennyi növénynél azonosnak vehetők, a 3. és 4. szakasz faktorait az 3.1 számú táblázat tartalmazza.

3.1 táblázat. Növények párologtatási faktorai (kc ) különböző fejlődési állapotban
(Doorenbus és Pruitt, 1984.)

RH= relatív páratartalom

Az öntözővíz szükségletet megkapjuk, ha a növények párologtatását növeljük a talajfelszín párolgásával, valamint a veszteségekkel. Az esőszerű öntözés során fellépő párolgási veszteség számításához a 3.2 számú táblázat értékei vehetők számításba.

3.2 táblázat. Az esőszerű öntözés párolgási veszteségei

B. matematikai modell alapján

Az evaporáció meghatározására számos matematikai módszer létezik:

1. A Blaney-Criddle módszer használatához a levegő napi átlagos hőmérsékleti adatainak ismerete szükséges. A többi befolyásoló tényező táblázatból olvasható ki.
2. A radációs módszer használatához a levegő hőmérsékletének és a napsütés időtartamának mérése szükséges.
3. A Penman módszert ott alkalmazhatjuk, ahol a hőmérséklet, szél, napsütés, relatív páratartalom adatok rendelkezésre állnak.

Hazánkban július-augusztusban az átlagos szabadföldi evaporáció napi 5 mm körül alakul, maximumként 7 mm-t is mértek.

A növény vízpotenciálja alapján

Az öntözés időpontjának meghatározására lehetőség van a zöld növény vízpotenciáljának mérése alapján is. A vízzel jól ellátott növény kisebb nyomáson veszít vizet. A mérés eszköze egy nyomáskamra (pressure bomb). A növény levelét, vagy lágy részét gumi tömítőgyűrűbe szorítjuk, úgy hogy a szállító edények láthatók legyenek, majd belehelyezzük a készülékbe. A nyomás előállítását nitrogénpalack szolgálja. A tartályon levő szelepet lassan nyitva a kamrán elhelyezett mérőórán leolvasható az a nyomásérték mikor a szállítóedények végén folyadékcsepp jelenik meg. A folyadékcsepp megjelenése növényenként eltérő nyomás mellett észlelhető, a kapott értéket az előzetes laboratóriumi mérésekkel összevetve megállapítható a növény vízellátottságának szintje és ebből határozhatjuk meg az öntözés kezdésének időpontját.

3.6 ábra. Nyomáskamra (pressure bomb)
(http://en.wikipedia.org/wiki/Pressure_bomb)

PMS Scholander chamber operation - by MMM tech support

Az öntözővíz szükséglet számítása:

 

ahol:

Ö_v     = öntözővízszükséglet,
ET_c    = a növény párologtatása (mm),
E       = a talajfelszín párolgása (%),
v_e       = párolgási és egyéb veszteség (%).

Öntözés során azt a vízmennyiséget kell kiadagolni, amit a növényállomány az utolsó öntözés óta elpárologtatott, figyelembe véve a lehullott csapadékot is. Többlet kijuttatása esetén a víz a mélyebb talajrétegbe szivárog és elvész a növény számára. Deficit esetén nem érjük el a kívánt eredményt a termés mennyiségében és minőségében. Vegyük azonban figyelembe, hogy a növényállomány vízfogyasztása jelentősen változik a tenyészidőszak folyamán.

A 3.3 számú táblázat különböző fajú növények öntözéshez kapcsolódó jellemzőit, átlagos igényeit mutatja.

3.3 táblázat. A növények és az öntözés néhány jellemzője a 20% gyakoriságú száraz években

Az elvégzett vizsgálatok szerint az öntözött növények vízszükségletüket a gyökerezési mélységből különböző mértékben veszik fel. Esőszerű öntözésnél 40-30-20-10, mikroöntözésnél 60-30-7-3 a felvételi arány, amennyiben a gyökerezési mélységet négy egyenlő részre osztjuk.

A főleg gyümölcsösökben alkalmazott miniszórófejek és mikrojetek használata esetén – figyelembe véve az eltérő sortávolságokat, a növény fejlődési állapotát – nem öntözzük a teljes talajfelszínt. Ezért az esőszerű, a teljes felszín öntözésére megadott értékeket csökkenteni kell. Erre a célra a déli napsütés által árnyékolt felület nagyságát használhatjuk fel, egy K redukciós tényező figyelembevételével, mely a 3.4 számú táblázatban látható.

3.4 táblázat. A K redukciós tényező átlagértékei a délben árnyékolt talajfelület függvényében

Az öntözővíz mennyiségének meghatározása tapasztalati módszerrel

Az öntözővíz mennyiségének meghatározásához felhasználhatjuk a napi középhőmérsékletet. Ennek során a napi átlag hőmérséklet ötöde jelenti a kijuttatandó öntözővíz mennyiségét mm-ben megadva.

Egy nyári napot például véve így számíthatunk. A napi maximum hőmérséklet 32 Cº, az éjszaka hőmérséklete 20 Cº. A napi átlag 26 Cº, így a kijuttatandó vízmennyiség 5,2 mm, azaz 5,2 liter négyzetméterenként.

3.5 táblázat. A léghőmérséklet és csapadék havi középértékei Budapesten (Cº)

A táblázat adatait összevetve a tapasztalati módszer alapján látható, hogy hazánkban az öntözési idény májusban kezdődik és októberben ér véget.

Számítógépes öntözésirányítási rendszerek

Az öntözésirányítási rendszerek célja a növények számára szükséges életfeltételek biztosítása, a vízfelhasználás optimalizálása. A vezérlés magában foglalja a szükséges vízmennyiség számítását és adagolását, a tápanyagok, kemikáliák kijuttatását, növényházak esetében a belső klíma szabályozását, valamint meghibásodás esetére jelzőrendszer működtetését.

A számításokhoz szükséges kiinduló adatok egy része lehet éves idősoros meteorológiai adat. Ezek hátránya, hogy az időjárás évről-évre változik, az átlagos év ritka, az éves ET nagysága 10-25%-al eltérhet a ténylegestől. A havi eltérés még nagyobb, ± 50% is lehet. Ezért törekedni kell arra, hogy valamennyi szükséges adat a helyszínen, automatikusan, folyamatosan legyen mérve.

Az adatgyűjtés során valamennyi észlelt adat rögzítésre kerül, így utólag lehetőség van azok elemzésére. A rendszerek távolról is irányíthatók, állapotuk leolvasható GSM, vagy vonalas telefonon is.

Előnyös, ha a különálló növényházakat egyedi vezérlőegységgel látjuk el, melyeket láncszerűen kapcsolunk a központi egységhez. Ezzel a módszerrel meghibásodás esetén csak az adott sátort kell kézzel vezérelnünk, a többiben a beállított program önállóan fut tovább.

3.7 ábra. Gyümölcsösbe telepített meteorológiai állomás
(Fotó: Tóth Á.)