Zrozumienie większości zjawisk zachodzących w przyrodzie wymaga od nas wiedzy z zakresu wielu dziedzin. Zajmując się projektowaniem, realizacją oraz użytkowaniem systemów nawadniania, musimy posiadać wiedzę z zakresu hydrologii, a dokładnie jej działu dotyczącego litosfery, czyli hydrogeologii. Jest to nauka o charakterze interdyscyplinarnym, która łączy w sobie zagadnienia m.in. z takich dziedzin jak: geologia, fizyka, gleboznawstwo, biologia i inne.

Pojawianie się susz oraz okresów obfitujących w nadmiar opadów jest charakterystyczne dla naszego klimatu, jednak odnotowywany w ostatnich latach wzrost temperatury powietrza, intensywności promieniowania słonecznego oraz prędkości wiatru wskutek zmian klimatycznych zwiększa ewapotranspirację, czyli parowanie wody z roślin oraz z gleby i pogłębia deficyty wody, prowadząc do zjawiska susz. Wielu rolników, producentów warzyw i owoców, sadowników musi borykać się z okresowymi niedoborami wody, które odbijają się niekorzystnie na jakości i ilości plonów, a w konsekwencji sprawiają, że produkcja staje się mniej opłacalna.

Jedynym skutecznym sposobem na ograniczenie następstw deficytów wody jest nawadnianie upraw. Tworzenie infrastruktury do stosowania mikronawodnień, szczególnie w przypadku kosztownych upraw towarowych, staje się koniecznością. Aby zrozumieć zasadę ich działania i uzasadnić potrzebę ich stosowania, musimy zapoznać się z kilkoma właściwościami gleby, przede wszystkim z jej zdolnościami gleby do gromadzenia i zatrzymywania wody.

Infiltracja wody przy zwilżaniu przestrzennym i punktowym

Popatrzmy na glebę jak na gąbkę. Całkowita przestrzeń wypełniona wodą i powietrzem nosi nazwę porowatości. Dzięki istnieniu wolnych przestrzeni woda może przedostawać się do cieków podziemnych lub w głąb warstwy przepuszczalnej. Przemieszanie się wody z powierzchni gleby do cieku lub w głąb warstwy przepuszczalnej (wodonośnej) jest bardzo powolne ze względu na to, że odbywa się w skomplikowanym systemie szczelin o małej średnicy. Jeżeli wszystkie pory wypełnione są wodą, to gleba znajduje się w stanie nasycenia, czyli saturacji. W interesujących nas procesach nawadniania szczególne znaczenie ma proces infiltracji, czyli powolnego przesiąkania wody, zwłaszcza przez wierzchnie warstwy gleby, pod wpływem połączonych sił ciężkości, lepkości i kapilarności. Część infiltrującej wody zatrzymywana jest siłami kapilarnymi w strefie aeracji, co podnosi jej wilgotność, natomiast pozostała ilość wody, pod wpływem siły ciężkości, przesiąka do strefy saturacji. Jest to zjawisko, które ma szczególne znaczenie w procesie zaopatrywania roślin w wodę przez ich systemy korzeniowe.

Natężenie infiltracji zależy od rodzaju gruntu, ilości i rozkładu wilgoci w glebie oraz od ilości wody na powierzchni. Jeżeli natężenie zwilżania na powierzchnię gruntu przekracza natężenie infiltracji, ustala się maksymalne w danych warunkach natężenie infiltracji. Jest ono zwane zdolnością infiltracyjną FINF , określa stosunek objętości wody przenikającej przez jenostkę powierzchni gruntu w jednostce czasu. W sytuacji gdy opad przeważa nad ilością wody infiltrującej. Nadwyżka opadu spływa powierzchniowo lub zostaje zretencjonowana na powierzchni terenu

Właściwe określenie rodzaju gleby, m.in. pod względem jej zdolności infiltracji wody, pozwala na dobór odpowiedniego systemu nawadniania oraz na oszczędność wody. Oczywiście nie jest to jedyny parametr; gatunek roślin, ich rozstaw oraz upodobania także mają ogromne znaczenie.

Produkowane przez firmę MILEX linie kroplujące WATERMIL Pro oraz taśmy kroplujące, wykorzystując to zjawisko, zapewniają wymagany dostęp do wody, co ma szczególne znaczenie np. dla roślin z płytkim, słabo rozwiniętym systemem korzeniowym, znajdującym się w 20–30-centymetrowej warstwie gleby. Dystrybucja wody i nawozów bezpośrednio w okolice sfery korzeniowej rośliny w znaczący sposób przyczynia się do wzrostu jej wydajności i poprawia jakość plonu. Stosowanie małych dawek wody zmniejsza straty spowodowane odpływem wody poza zasięg systemu korzeniowego roślin, dzięki czemu oszczędność wody może dochodzić do 40% w porównaniu z innymi systemami nawadniania. W przypadku upraw sadowniczych stosowane są bardziej przestrzenne systemy zraszaczy i mikrozraszaczy, obejmujące swoim zasięgiem większy system korzeniowy uprawianych roślin sadowniczych. Szeroki asortyment akcesoriów w ofercie firmy MILEX pozwala na odpowiedni dobór i dostosowanie projektu do: rodzaju upraw, powierzchni i warunków wodnych.

Intensywność i równomierność nawadniania

Aby prawidłowo zaplanować system nawadniania, uwzględniając jego intensywność, należy przyjrzeć się kilku wyznacznikom klimatycznym oraz glebowym. Przydatna jest również znajomość okresów krytycznych wrażliwości na suszę poszczególnych gatunków roślin, a także wiedza nt. ich systemów korzeniowych. Te mierzalne parametry – głównie klimatyczne i glebowe – naprowadzą nas na właściwy dobór systemów w odniesieniu do rodzaju upraw. Potrzeby wodne roślin zależne są od warunków pogodowych, specyficznych cech gatunkowych oraz wielkości roślin. Alternatywą lub uzupełnieniem dla metod opartych o analizę danych klimatycznych są techniki wykorzystujące pomiary parametrów glebowych.

Właściwości wodne gleby można opisać dwojako:

• określając ilość wody w danej objętości (lub masie) gleby,
• charakteryzując jej dostępność (potencjał) – poprzez określenie siły, z jaką jest ona zatrzymywana w glebie/podłożu.

Potencjał wody w glebie przyjmuje wartości ujemne (w wodzie wynosi 0) i jest wyrażany w jednostkach podciśnienia. Stan uwodnienia może zostać określony poprzez trzy poziomy charakterystyczne dla każdego typu gleby: maksymalną pojemność wodną (MPW), polową pojemność wodną (PPW) i punkt trwałego więdnięcia (PTW).

• MPW – to maksymalna ilość wody, jaką gleba może zgromadzić w profilu, odpowiadająca całkowitemu nasyceniu wodą wszystkich porów glebowych.
• PPW – to zawartość wody w glebie w momencie, gdy ustanie odpływ wody grawitacyjnej, która znajdowała się w największych porach glebowych i odpłynęła w głąb profilu dzięki sile grawitacji.
• PTW – określa stan, kiedy zawartość wody w glebie zmniejsza się aż do poziomu, w którym woda nie może już zostać pobrana przez rośliny. Prowadzi to do trwałego więdnięcia roślin, co oznacza, że nie odzyskują one pełnego turgoru, nawet w przypadku zwiększenia zawartości wody w glebie. Na podstawie powyższych kategorii można obliczyć zapas wody ogólnie dostępnej dla roślin (PPW-PTW).

W praktyce nawadnianie powinno się rozpoczynać w momencie wyczerpywania zapasu tzw. wody bardzo łatwo dostępnej. Potencjał wodny gleby, która zawiera wodę bardzo łatwo dostępną, mieści się w zakresie od -20 do -70 kPa. Potencjał ten można zmierzyć za pomocą między innymi czujnika Soil-Clik. Składa się on z dwóch elementów – sondy wilgotności gleby, którą umieszcza się w ziemi, i modułu elektronicznego znajdującego się obok regulatora, który komunikuje się z sondą i regulatorem. Bardziej zaawansowane systemy wykorzystują sterowniki, do których podłącza się czujniki reagujące na wybrane elementy pogody: temperaturę, kierunek i siłę wiatru, występowanie opadów deszczu. W zależności od potrzeb można skorzystać z jednego lub kilku rodzajów czujników albo zastosować rozwiązanie kompleksowe, podłączając do sterownika elektroniczną stację meteorologiczną, która kontroluje wszystkie możliwe parametry, z pomiarem ilości opadów włącznie

W przypadku upraw wielkopowierzchniowych, gdzie sterowanie wieloma sekcjami zraszaczy jest bardzo utrudnione, producenci układów automatycznego sterowania nawadnianiem rozwiązali problem, wprowadzając do oferty urządzenia, które mogą równolegle sterować kilkoma sekcjami systemu nawadniającego, regulując każdy z nich według innych założeń. W zależności od wielkości nawadnianego obszaru mogą to być sterowniki ACC2 (z możliwością sterowania w określonych grupach 225 elektrozaworami w systemie dekoderowym) lub analogowy sterownik ICC2. Profesjonalne i automatyczne systemy nawadniania to najlepsze i najbardziej efektywne rozwiązania, zapewniające roślinom odpowiednią ilość wody we właściwym czasie. Jednym w wiodących producentów sterowników stosowanych w tych systemach jest firma HUNTER, oferująca funkcjonalne rozwiązania do różnych zastosowań.

W przypadku równomierności nawadniania na jego wydajność ma wpływ jakość instalacji. Uzyskujemy ją poprzez odpowiednie i prawidłowe obliczenia projektowe i zastosowanie odpowiedniego sprzętu.