Logo VÚPOP
Výskumný ústav pôdoznalectva a ochrany pôdy
Gagarinova 10
827 13 Bratislava
e-mail: j.hribik@vupop.sk
 
 

Vývojové trendy v závlahových technológiách

Z globálneho pohľadu je svetové poľnohospodárstvo najväčší svetový spotrebiteľ vody. Celkove spotrebúva až tri štvrtiny všetkej sladkej vody. Rastúce tlaky na využívanie vodných zdrojov aj z ďalších spotrebiteľských sektorov, akými sú priemysel, urbanizmus alebo environment zapríčiňujú, že agrosektor je podrobený kritike a vytýka sa mu neefektívne využívanie a neúmerne vysoká spotreba vody.

To sa vzťahuje najmä na zavlažovanie, ktoré tvorí spravidla 70% -ný podiel z vody odoberanej pre potreby agrosektora. Preto je hlavným a strategickým mottom globálneho trendu vývoja závlahových technológií - zvyšovanie účinnosti využitia vody a efektívnosti výsledkov zavlažovania. Vodoúsporné a pôdoochranné stratégie ďalšieho rozvoja závlah platia aj pre slovenské poľnohospodárstvo. Aspekty európskeho geopolitického priestoru sú však mierne rozdielne voči svetovým. V Európe nejde ani tak o produkciu potravín ako vo svete , ale o zachovanie trvalo udržateľných princípov v riadení a využívaní vodných a pôdnych prírodných zdrojov z aspektu podmienok ovplyvnených klimatickou zmenou.

Súčasná situácia v slovenskom závlahovom hospodárstve

Závlahové stroje a zariadenia sú málo všímaným mechanizačným prvkom, ale pritom prepotrebným v komplexnom rade mechanizačných strojov a zariadení, využívaných v poľnohospodárstve. V letných mesiacoch, najmä na juhu Slovenska, sú to jediné stroje, ktoré permanentne možno vídať na poliach.

Prevažne sa využívajú na štátom vybudovaných veľkoplošných závlahových sústavách, menej na súkromných stavbách závlah. V súčasnosti je evidovaných 321 294 ha vybudovaných závlah, z toho je využiteľných 226 000 ha , z toho funkčných a využívaných cca 150 000 ha. Posledný prieskum vybavenosti závlahovou technikou, ktorý vykonal Výskumný ústav meliorácií a krajinného inžinierstva bol v roku 2000. Údaje boli zhromaždené z výmery 196 630 ha, pričom z toho bolo funkčných a teda aj zavlažovaných 150 170 ha.

Súhrnné údaje prieskumu z roku 2000

Údaje boli zhromaždené od 494 hospodáriacich subjektov z výmery 196 630 ha, pričom z toho bolo funkčných a teda aj zavlažovaných 150 170 ha.

pásové zavlažovače (DN 67,75,90,100,110)
6 678 ks
z toho:
nefunkčných
40%
starších ako 12 rokov
70%
Pozn.: V roku 1996 bolo evidovaných spolu cca 14 600 ks pásových zavlažovačov.
širokozáberové zavlažovače (pivotové, lineárne)
436 ks
z toho:
nefunkčných
45%
starších ako 12 rokov
80%
kvapkové závlahy
1 608 ha
z toho:
nefunkčných
20%
starších ako 12 rokov
30%
stabilné závlahy postrekom
1 978 ha
z toho:
nefunkčné
400%
starších ako 12 rokov
95%
prenosné závlahové súpravy
1 004 ha
z toho:
nefunkčné
5%
starších ako 12 rokov
40%

Uvedené údaje prešli po 8 až 9 rokoch po ich vzniku ďalšou premenou. Veková kategória strojov nad 12 rokov sa blíži k 100% v jednotlivých skupinách. Treba dodať, že obnovu strojového parku novými zavlažovačmi tvoril ročný prírastok asi 120 - 150 ks rôznych typov zavlažovačov po roku 2000 v tých rokoch, kedy existovala masívna štátna podpora nákupu nových a rekonštrukcie starých strojov. V synergii s doplnkovými dotačnými titulmi na úhradu elektriny, resp. vody a na budovanie nových závlah sa negatívna miera reprodukcie závlahových strojov zmiernila, ale nezastavila chátrajúci trend závlahového detailu.

Pre ďalšie úvahy bude užitočné analyzovať aktuálny podiel jednotlivých technologických skupín na celkovom využívaní závlahovej techniky.

Súčasný stav v podiele strojov a zariadení

Skupina strojov a zariadení
Podiel
Pásové zavlažovače
76%
Širokozáberové zavlažovače
14%
Mikrozávlahy (kvapková závlaha)
3%
Iné (stabilné systémy postrekov, prenosné a pod.)
7%
Spolu
100%

Tejto existujúcej štruktúre strojov a zariadení, príp.: novobudovaným alebo rekonštruovaným závlahám budú teda adresované v ďalšom uvedené vývojové trendy s potenciálnou aplikáciou vo vymenovaných oblastiach.

Uplatniteľné vývojové trendy

Spoločným mottom vývojových ambícií a iniciatív je vyššia kvalita zavlažovania. Rozhodujúcim kvalitatívnym parametrom je vysoká rovnomernosť distribúcie závlahovej vody, či už ide celoplošnú, pásovú alebo bodovú aplikáciu. Porovnania parametrov rovnomernosti distribúcie závlahovej vody jednotlivými technológiami naznačujú potrebu orientácie vývojových trendov na mikrozávlahové technológie a ich modifikácie.

Závlahová technológia
Rovnomernosť distribúcie vody
závlaha postrekom stabilná, resp. polostabilná
40%
závlaha postrekom mobilná (pásové zavlažovače, širokozáberové zavlažovače)
55 - 65%
závlaha mikropostrekom
70 - 85%
kvapková závlaha a jej modifikácie
85 - 96%

Mikrozávlahové technológie skrývajú v sebe ten fenomén, že v porovnaní s konvenčnými metódami dokážu s menšími objemami vody dosiahnuť väčší produkčný efekt.

V ďalšom sú uvedené niektoré aktuálne vývojové trendy v rozvoji a inováciách všetkých závlahových technológií, uplatniteľných aj na Slovensku.

Zdokonaľovanie aplikácie mikrozávlah v systémoch pestovania špeciálnych plodín

Mikrozávlahy , teda kvapková závlaha a mikropostrek, sú najefektívnejšie uplatniteľné pri pestovaní špeciálnych plodín - sadov, plantáží, vinohradov atď. V tejto aplikácii je zaznamenávaný najvyšší stupeň inovácie. Najnovšie riešenia ponúkajú:

  • vysokú diferenciáciu trvanlivosti kvapkovacích hadíc, od jednosezónnej až po 20 a viac rokov životnosti, podľa konkrétnej odberateľskej potreby
  • kvapkovacie hadice s integrovanými kvapkovačmi s tlakovou kompenzáciou, ktoré dosahujú rovnomernosť distribúcie vody 96 až 98%, pričom zavlažovacie vetvy môžu mať maximálne dĺžky nad 500 m.
  • zdokonaľovanie podpovrchovej aplikácie kvapkovej závlahy, napr. pre chmeľnice alebo vinohrady, ako odozva na čoraz preferovanejší a žiadaný taký systém závlahy, ktorý neprekáža agrotechnike a vodu dodáva priamo v koreňovej sústave
  • on-line kvapkovače, tlakovo kompenzované pre riešenie veľmi rôznorodých terénnych a pestovateľských požiadaviek
  • estetické, funkčné a pritom sociálne odolné systémy mikrozávlah pre závlahu verejnej a záhradnej okrasnej zelene
  • systémy mikroprostreku pre aplikáciu pod korunami stromov a drevín, simulujúce prírodný dážď a zavlažujúce priemery plôch 2,5 až 8,0 m jedným mikropostrekovačom
  • systémy mikropostreku stavebnicového charakteru, vhodné pre zakryté plochy, plniace funkciu zavlažovania a funkcie klimatizačných efektov - t.j. znižovania teploty a zvyšovania vlhkosti.

Rozvoj aplikácie mikrozávlah pri pestovaní poľných plodín

Potreba úspor závlahovej vody sa prejavuje ako nástojčivá požiadavka najmä pri pestovaní poľných plodín, pretože tu sú možnosti absolútnych veľkých úspor. Extrémna situácia austrálskych farmárov, ktorí zavlažujú kvapkovou závlahou aj obilniny, nám zatiaľ nehrozí. Ale efektívna aplikácia výhod a predností mikrozávlah je atraktívna a žiadúca aj v našich agroklimatických podmienkach. Vývoj a inovácie sa v tejto oblasti orientujú na:

  • doriešenie systému sezónne stabilného uloženia siete zavlažovacích vetiev kvapkovej závlahy pomocou veľkopriemerových cievok, určených na montáž a demontáž
  • aplikáciu systémov kvapkovej závlahy, modifikovaných podľa systému pestovania konkrétnej plodiny v poľných podmienkach. Inde napr. o zavlažovanie rajčiakov na priemyselné spracovanie, pestovanie zemiakov v dvojriadkoch, pestovanie pri použití nastieľacej fólie, pestovanie uhoriek nakladačiek, papriky, karotky, lahôdkovej kukurice
  • rozvinuté systémy mikropostrekovačov na vyšších stojanoch s navlažovanými priemermi do 13 až 16 m, vhodných pre drobné pestovanie zeleniny a kvetov
  • tlakovo a energeticky úsporný systém kvapkovej závlahy pre poľné podmienky, v zahraničí označovaný ako Low Pressure Drip Irrigation System, vhodný pre lokality s veľmi limitovanou kapacitou zdroja závlahovej vody, resp. pri nedostatku energie na transport vody
  • maximálne energetický a vodoúsporný mini-systém kvapkovej závlahy, určený pre drobných pestovateľov a záhradkárov na miestach s ťažkou dostupnosťou vody a energií, tzv. Family Drip System. Tvorí ho súprava pozostávajúca z nádoby, obvykle 200 l suda so stojanom a montážneho príslušenstva kvapkovej závlahy.

mikropostrek v sade
kvapková závlaha

Výskum a vývoj aplikácií mikrozávlahových prvkov v konštrukcii tzv. veľkej závlahovej techniky

Existujú oceneniahodné sofistikované konštrukčné riešenia, ktoré spájajú presnosť mikrozávlah - kvapkovej závlahy a mikropostreku, s výkonom, mobilitou a ďalšími prevádzkovými prednosťami zavlažovacích strojov, teda pásových zavlažovačov, pivotových a lineárnych širokozáberových zavlažovačov.

Možnosti uplatnenia pre jednotlivé stroje:

- pásové zavlažovače

Náhrada zavlažovacej koncovky s osadeným postrekovačom, resp. postrekovačmi inou koncovkou, tvorenou konzolou s osadenými rozstrekovačmi alebo segmentami kvapkovacích potrubí je krokom k zvýšeniu kvality závlahy. Zvyšuje sa axiálny i radiálny súčiniteľ rovnomernosti v navlaženom páse z pôvodných 55 až 65% na 75-80%.

- pivotové širokozáberové zavlažovače

Dosiahnutie uspokojivej rovnomernosti závlahy bol permanentný konštruktérsky problém, vzhľadom na rozdielne uhlové rýchlosti zavlažovacieho krídla. Využitie mikrorozstrekovacích dýz jemne odstupňovaných výkonov adekvátne uhlovej rýchlosti stroja a zavlažovanému segmentu radikálne zvyšuje stupeň rovnomernosti rozdelenia vody. Navyše ak sú rozstrekovacie dýzy spustené na vývodoch tesne nad povrch pôdy, výrazne sa tým znižuje nežiaduce pôsobenie prúdenia vzduchu. Veľmi často bývajú pivotové zavlažovače osadené segmentami plastového potrubia s kvapkovačmi, dosahujúcimi až na povrch pôdy. Dosahuje sa tým zabránenie kontaktu zavlažovaných plodín s vodou, ak je tento nežiadúci. Prietokové charakteristiky segmentov sa dajú veľmi presne konfigurovať kombináciou osadených kvapkovačov na kvapkovacom potrubí.

Presné závlahové hospodárstvo

Presné závlahové hospodárstvo (Variable Rate Irrigation) sa stalo integrovanou súčasťou presného poľnohospodárstva. Všeobecne využívané princípy presného poľnohospodárstva priestorovo diferencovanej aplikácie sa dajú veľmi úspešne využívať aj pri doplnkovej závlahe, ktorá sa môže riadiť filozofiou distribúcie závlahovej vody "len tam a len toľko, kde a koľko je nutné."

Časovo-priestorová diferenciácia v distribúcii závlahovej vody je teda určovaná odpoveďami na tieto dve otázky:

  • aká je heterogenita v hydropedologických charakteristikách v záujmovom území a jej zodpovedajúca dynamika pôdnej vlhkosti
  • aký je aktuálny hydratačný stav zavlažovanej plodiny

Je zrejmé, že pokiaľ ide o trend rozvoja tejto presnej technológie a nielen samotných technických komponentov, tak presné závlahové hospodárstvo bude len najdynamickejšie sa rozvíjajúcou oblasťou.

Aplikačné skúsenosti hovoria, že táto high-tech technológia vyžaduje vyššie kvalifikovaný personál a adekvátne vyspelé hardvérové i softvérové vybavenie užívateľa.

Úspešná realizácia vyžaduje zvládnutie dvoch základných nástrojov, ktorými sú:

  • globálny pozičný systém (GPS)
  • geografický informačný systém (GIS)

Ďalšou podmienkou je mať k dispozícií taký výkonný prvok - závlahový stroj alebo zariadenie, ktoré je schopné realizovať softvérové výstupy, ktoré sú napr. vo forme závlahových máp. Tým prvkom môže byť napr.:

  • širokozáberový stroj napr. pivotový, ktorý umožňuje dodať diferencované závlahové dávky pozdĺž zavlažovacieho ramena a aj v jednotlivých zavlažovaných segmentoch
  • pásový zavlažovač, ktorý umožňuje dodávať diferencované závlahové dávky pri jednej pracovnej pozícii
  • systém kvapkovej závlahy, pričom na sieti zavlažovacích vetiev sú osadené ovládacie prvky , umožňujúce diferencovať intenzitu závlahy

Netreba pripomínať, že nutné je doplnkové vybavenie techniky, ktoré obsahuje také riadiace a ovládacie zariadenia, akými sú diaľkovo ovládané servoventily, snímače GPS na riadenie pohybu a signalizáciu polohy, príp. ďalšie.

Zjednodušene definované realizačné kroky systému presného zavlažovania majú nasledovnú postupnosť:

  1. krok: Výber pozemkov a zavlažovanej plodiny Pozemky musia mať kapacitne dostupný závlahový systém. Realizácia závlahy sa návrhovo rieši súčasne s plodinou, napr. Kvapková závlaha sa navrhuje a realizuje súčasne s plánom výsadby.
  2. krok: Geografické spracovanie vo formátoch GIS Spracujú sa hony, parcele, siete monitorovacích bodov
  3. krok: Zisťovanie priestorovej diferenciácie pôdnych charakteristík. Rozhodujúce sú hydropedologické parametre pôd akými sú poľná vodná kapacita, bod vädnutia, využiteľná vodná kapacita, retenčné krivky a určenie optimálnej vlhkosti pôdy, resp. hĺbky zavlaženia na báze monitoringu pôdnej vlhkosti
  4. krok: Spracovanie máp priestorovej diferenciácie pôdnych charakteristík Mapy obsahujú izočiarami definované rozdielne hydropedologické charakteristiky pôdy
  5. krok: Zostrojenie aplikačných závlahových máp Výkonný realizačný zavlažovací prvok alebo systém dosiahne, že obrazne povedané na každý m2 zavlažovanej plochy bude dodané také množstvo závlahovej vody, ktoré zabezpečí požadovanú - optimálnu vlhkosť pôdy a/alebo požadovanú hĺbku navlaženia.

Rozvoj viacúčelového využívania závlah

Trend výskumu, vývoja a inovácií v oblasti rozvoja viacúčelového využívania závlahových systémov má rozpačité tendencie. Na jednej strane je dostatočne široká báza poznatkov a vedomostí ako výstupov z výskumu a vývoja. Na strane druhej aplikácia a praktické využitie týchto poznatkov je ťažkopádne a existuje málo referencií v slovenskom regióne.

Exploatačné skúsenosti získané aj v širšom než európskom priestore jednoznačné dokazujú, že je veľmi efektívne a účelové využiť investície do realizácie závlahového systému aj na iné funkcie, než je funkcia doplnkovej závlahy.

Ide o tieto ďalšie funkcie:

  • protimrazová ochrana
  • fertigácia
  • klimatizačné účinky
  • boj proti chorobám a škodcom

Treba však dodať, že z týchto účinkov jedine fertigácia (fertilization + irrigation) sa dynamicky rozvíja a uplatňuje. Veď je nesporné, že efektívna aplikácia roztokov živín a hnojív prostredníctvom závlahovej vody rieši celý rad aplikačných problémov, s ktorými zápasia konvenčné systémy aplikácie živín a hnojív, najmä v pevných aj tekutých formách ako sú granuláty, hnoj, tekuté hnojivá a pod.

Synergia presnej a vysokoefektívnej dodávky závlahovej vody spoločne so živinami priamo do miesta extrakcie, teda koreňovej zóny plodín prináša aj vodoúsporné a aj pôdoochranné efekty.

širokozáberový zavlažovač s rozstrekovačmi

Vystavené: 7.4. 2009

Autor textu: Ing. Ján Hríbik, CSc.