MÉSZÁROS Miklós1 – VIRÁG Sándor2
1 SZIE AGK, Szarvas, Szabadság út 1-3. meszaros.miklos@gk.szie.hu
2 SZIE AGK, Szarvas, Szabadság út 1-3. virag.sandor@gk.szie.hu
Bevezetés
A jó pár éve tapasztalható éghajlatváltozás a rendelkezésre álló erőforrások csökkenésével, a növénytermesztési kockázatok bővülésével és a mezőgazdasági vízigény növekedésével érzékenyen érinti a mezőgazdaságot. Európa számos öntözött mezőgazdasági területein, már érzékelhető verseny folyik az öntözővíz felhasználásáért.
A vízhiány fokozódása és a túlzott vízfelhasználás környezetre gyakorolt hatása miatt, gazdasági jelentősége ellenére az öntözött növénytermesztés fenntarthatósága veszélybe került.
A jövőre vonatkozóan nagy biztonsággal valószínűsíthető, hogy a rendelkezésre álló kevesebb öntözővízből többet kell termelni. Ez elkerülhetetlenné teszi a vízhatékonyság növelését. A tényleges és a potenciális hozam közötti nagy különbségek legtöbb esetben a helytelen kezelésnek, a nem megfelelő technológiának és / vagy a szakmai ismeretek hiányának tulajdoníthatóak.
Ebben az összefüggésben a hely-specifikus öntözés, amely a víz térben változó kiadására támaszkodik, potenciális megoldássá válhat az öntözéses gazdálkodás termelékenységének növelése és a káros környezeti hatás csökkentése érdekében.
A témában megjelent fontosabb publikációk áttekintésével gyűjtöttük össze az öntözés jelenével és jövőjével kapcsolatos véleményeket és megállapításokat.
Irodalmi áttekintés
Európa teljes öntözött területe 12×106 ha, ami a globális öntözött terület 5%-át teszi ki (Thenkabail et al., 2012). Az öntözővíz igényt a termésigénytől függően a talaj és az agroklíma időbeli és térbeli változása határozza meg. Európában az öntözés a vízfelhasználás közel 24%-át teszi ki, azonban Közép- és Észak-Európában jellemzően kisebb, a teljes vízfelhasználás <5%-a. Egyes Földközi-tengerhez közeli területeken, ahol intenzív és extenzív szántóföldi és kertészeti termesztést folytatnak, az öntözés a vízfelhasználás több mint 80%-át is kiteszi. Könnyen belátható, hogy a növekvő élelmiszerigények kielégítése érdekében a hatékony vízgazdálkodás a mezőgazdaság számára alapvető fontosságú lesz. (Monaghan et al., 2013)
Az öntözési technológiák változásának ösztönzői
Az agráriumban sok termelő számára az öntözés beruházás szolgáltatta a nyereség növelésének alapját. A növekvő munkaerő- és energiaköltségek, valamint a prémium minőségű fogyasztói igényekhez igazodva a mezőgazdasági termelőknek meg kell fontolni a különböző öntözési módszerek terméshozamra és különösen a minőségre gyakorolt eltérő hatásait.
135
A minőségi kritériumokat egyre gyakrabban a megkötendő szerződés és az értékesítés feltételei közé sorolják. A termésbiztosítási rendszerek kulcsfontosságú szerepet játszanak a precíziós öntözés előmozdításában is, mivel ezek megkövetelik a termesztőktől az öntöző rendszerek használatát és ellenőrizhetőségét.
Az európai öntözéses gazdálkodásnak is reagálnia kell a környezetvédelmi szabályozás kihívásaira. Az EU-tagállamokban a Víz Keretirányelv a legfontosabb tényező a fenntartható vízgazdálkodás megvalósításához. Az öntözött gazdaságoknak biztosítaniuk kell, hogy a műtrágya és peszticid alkalmazásokból származó diffúz szennyezés ne járuljon hozzá a vízgyűjtő vízszennyezéséhez (Popp et al., 2018).
Itt a precíziós öntözés fontos szerepet játszhat az ilyen kockázatok mérséklésében azáltal, hogy a folyékony műtrágyákkal történő öntözést a talajtípusra, a talaj áteresztő képességére, a tápanyag-visszatartás kapacitására képes illeszteni. A műtrágya növekvő költsége szintén ösztönző szerepet tölt be a tápanyag növények növekedéséhez történő pontosabb igazításával (Monaghan et al., 2013).
A vízkészletek elérhetőségének csökkenése és az öntözés megbízhatósága valószínűleg szintén a változás fontos mozgatórugói lesznek, mivel a tagállamok új ellenőrző intézkedéseket vezetnek be. A jövőben a gazdálkodóknak hatékonyabb és fenntarthatóbb vízhasználatot kell demonstrálniuk az öntözési engedélyek jogainak elnyeréséhez, hogy megfeleljenek az élelmiszerbiztonságra és a termésbiztosításra vonatkozó iparági előírásoknak. Akár piaci, szabályozási vagy a nagyobb környezeti fenntarthatóság iránti igényként jelenhet meg a talaj tulajdonságainak jobb térbeli és időbeli ismereteire irányuló módszerek kidolgozása, a jobb vízhasznosulásnak a precíziós öntözéssel történő javítására (Thenkabail et al., 2012).
Az öntözésfejlesztés korlátai
Európában az öntözött területek többsége esőztető öntözésen alapul, szórófejekkel, nagynyomású csévélődobos vízágyúkkal, hagyományos center-pivotokkal vagy lineárokkal. Ezek energia és vízhasznosítás szempontjából nem hatékonyak. A magasabb költségek ellenére a csepegtető öntözés is vonzó lehetőség olyan régiókban, ahol a vízkészletek szűkösek és / vagy drágák. Európában a csepegtető öntözés aránya a világátlaghoz (~5%) hasonló, de vannak kivételek, például Spanyolországban 28% és Olaszországban 14%.
A szántóföldi növénytermesztésben használt legtöbb esőztető öntözési technológia nem tudja biztosítani az azonos mélységű beázást. A szórófejes öntözőrendszereket hátrányosan befolyásolja az elkerülhetetlen nyomásváltozások, a felszín színt különbségei, valamint a szél torzító hatása miatt kialakuló átfedés egyenlőtlenségei.
Hasonlóképpen, a vízágyúkkal ellátott csévélődobos rendszerek, amelyeket közép- és észak Európában a leggyakrabban alkalmaznak, a szélre nagyon érzékenyek. A szántóföldi méretű kertészeti növények öntözésénél egyre népszerűbbek a konzolos csévélődobok, amelyek egyenletesebb vízkiadagolást biztosítanak, de továbbra is érzékenyek a nyomásváltozásra, a helytelen behúzási sebességre és a szél torzító hatására. Tehát a jelenlegi rendszerek egyike sem nyújt lehetőséget a térben változó vízkijuttatáshoz (Popp et al., 2018).
136
Általában a növény vízigényének állapotáról csak korlátozott információ áll rendelkezésre, ami rendszerint a talaj nedvességtartalmának korlátozott helyszíni pontmérésére támaszkodik, és a gyakorlatban olyan elavult öntözőrendszerek vannak, amelyek nem alkalmasak a térben váltózó vízadagok kijuttatására.
A korszerű öntözési technika, a megfelelő ellenőrző rendszer és a növényi jelzések megértésének kombinációja szükséges ahhoz, hogy a termelők a kereskedelmi és környezetvédelmi előnyök érdekében kihasználják a szántóföldi növények precíziós öntözését (Gockler, 2017).
Változó vízadagú öntözési technológia
A legtöbb gazdaságban alapvető lépés a vízhatékonyság felé vezető úton a talaj nedvességtartalmának és a csapadék mennyiségének legjobb kihasználása mellett, pontosan feltérképezni, hogy hol és mikor kell öntözni, majd azt pontosan és gyakoriságával reagálni tudjanak a talajnedvesség és a növényjellemzők térbeli és időbeli változásaihoz.
Ez ideig a center-pivot rendszerek a változó vízadagú öntözés technológiai kutatások nagy részének középpontjában álltak, mivel könnyen alkalmassá tehetők a területen lévő növénykultúrát ellenőrző berendezések telepítésére az egyszerűbb vízellátásra és a különböző szórófejek felszerelésére. Az ilyen technológiát hordozó esőztető rendszerekbe, beleértve a talaj közelben pozícionált tömlőrúdra szerelt egyedi mágnes-szelepekkel vezérelt szórófejekkel ellátott rendszert is, a térben változó vízadag technikailag már lehetséges. Viszont a precíziós öntözés megvalósítása megköveteli, hogy jobban megértsük és érzékeljük az öntözési igény heterogenitását egy adott területen (Popp et al., 2018).
A talajnedvesség heterogenitásának mérése
A változó vízmennyiségű öntözés tervezett megvalósítását egy adott területen, hozzá kell illeszteni a talaj és a talajnedvesség tartalom változásának meghatározásához. A termesztés földrajzi elhelyezkedése, vagy a hagyományos talajmintavétel segíthet a különböző talajzónák azonosításában, azonban már készíthetők térbeli talajváltozást megadó térképek elektromágneses indukció (EMI) alkalmazásával, vagy közeli infravörös (NIR) rendszerek segítségével is. Nagyobb területeken műholdas képeket és pilóta nélküli légi járműveken (UAV), drónokon elhelyezett képalkotó eszközöket is használnak. A változó vízadagú öntözés legnagyobb hatékonyságnövelése akkor valósul meg, ha a termelők tudják, hogy mennyi az a legkisebb vízmennyiség alkalmazása, amely még nincs hatással a termésből származó bevételek megtérülésére.
Ez megköveteli a víz "stressz" szintjének megállapítását, a stressz kritikus szintjét, amely a hozam növekedéséhez vagy minőségi változáshoz vezet. A termelők főleg az egyszerűbb talaj nedvességérzékelésre támaszkodnak. Általában csak az érzékelő
137
közelében lévő talaj nedvességtartalmát mérik. Viszont annak érdekében, hogy pontosan jelezzék az öntözési igényt egy adott területen, különösen, ha a talaj tulajdonságai heterogének, több helyen történő leolvasásra, vagy érzékelő hálózatokra van szükség (Mohamed et al., 2017).
Az olcsó talajnedvesség-érzékelők és az alacsony energiaigényű adatgyűjtés / adatátvitel növekvő elérhetősége miatt lehetőség van a félig stabil érzékelő tömbök létrehozására, valós idejű talajnedvesség adatok előállítására. Az érzékelők elhelyezése tehát kritikus kérdéssé válik, ezekkel megoldható olyan területek talajainak azonosítására is, amelyek különböző víztároló tulajdonságokkal rendelkeznek.
Növényi jelzések ismerete, terményszenzorok
A talaj nedvességtartalmának ellenőrzése a növény által felvehető víz mérésére szolgál, azzal a feltevéssel, hogy a talaj nedvességtartalma bizonyos mértékig korrelál a növény-víz állapotával. A növények azonban rugalmasan reagálnak a növény-víztartalom csökkenésére, megváltoztatják a gyökér- és hajtásnövekedést, ezért a talaj nedvességtartalmának és az öntözés küszöbértékének viszonya nem lesz állandó a növény fejlődése során.
Ha a talaj nedvességtartalmának közvetlen mérése helyett rutinszerűen be lehet ütemezni az öntözést a növényi jelzésekből, akkor ez nagyobb pontosságot eredményezhet az öntözés mennyiségének a termés igényhez való illesztése érdekében.
A víz-stresszre adott potenciálisan hasznos növényi válaszokat jól átvizsgálták; ezek közé tartozik a napi szöveti tágulás mérése, a növényi szövet víztartalom érzékelése, a relatív növekedési sebesség, a nedvesség áramlás és a sztómák vezetőképessége. Ez ideig élettani reakciókat alkalmaztak az öntözés ütemezéséhez szükséges ismeretek kiegészítésére, elsősorban fák, szőlő és üvegházi termesztésnél. Ezt a megközelítést az adott növényről az egész területre, vagy terménysávra is át lehet vinni nagy felbontású és nagyfrekvenciás távérzékelés technológia kifejlesztésével, amely képes figyelemmel kísérni a növényborítottság térbeli változásait, tájékoztatni a termelőket a növényi vízfelhasználásról és evapotranszspirációról (Johnson et al., 2016).
Deficit öntözés és gyökérzóna szárítás
A precíziós öntözési technikáknál a terméscsökkenést ellensúlyozó vízpótláson kívül arra is van lehetőség, hogy olyan új öntözési technológiát alkalmazzunk, amely a tervezetten csökkentett vízadaggal, deficit öntözéssel manipuláljuk a növény növekedését a minőségi jellemzők előtérbe helyezésével.
Jól ismert, hogy a száraz talajnál a növény gyökerei olyan anyagot generálnak, amely a leveleken lévő sztomatikus rekesznyílásokat szabályozza. A gyökérzónában tehát a talaj nedvességtartalmának változtatásával a növényi transzspirációt módosíthatjuk.
A talaj víztartalmának a gyökérzónában történő változtatásával, a termésciklus adott szakaszaiban átmeneti aszályterhelést előidézve, tehát a sztomatikus záráson keresztül a növényi transzspirációt manipulálhatjuk, szabályozott deficit öntözéssel, vagy a gyökérzóna részleges szárazon tartásával (Rey et al., 2017) .
A módszerrel csökkenteni lehet az adott növény leveleinek növekedését, átirányítva a növény erőforrásait a termés, vagy gyümölcs növekedésére és / vagy növelik a gyümölcs méretét. Ezeket a technikákat sikeresen alkalmazták Amerikában, Dél-Európában és Ausztráliában kereskedelemben forgalmazott gyümölcs- és szőlőfajtánál.
138
A mélyebb gyökerű zöldségnövények korai, kevésbé hozam érzékeny szakaszaiban is előnyös lehet a deficit öntözés, a talaj nedvességtartalmának csökkentése, amely mélyebb gyökeresedést idézhet elő. Ezzel lehetővé teszi az alacsonyabb talajprofilban a vízhez való hozzáférést és aszály esetén nagyobb rugalmasságot biztosít a növénynek (Rey et al., 2017).
A növény deficit öntözéses kezelésre adott élettani válaszának másik területe a betakarítás utáni minőség javulása. Előnyöket jeleztek salátafélékben is, ahol a hosszú távú enyhe deficit öntözés során olyan salátákat állítottak elő, amelyek kevésbé hajlamosak a betakarítás utáni enzimes barnulásra (Luna et al., 2012).
Vannak a deficit-kezeléshez kötődő, olyan biokémiai változások is, amelyek javítják az emberi fogyasztási értékeket a megnövekedett bioaktív vegyületeik révén.
Mindazonáltal a betakarítás utáni előnyöket élvező fiziológiai és biokémiai mechanizmusok nem ismertek jól, és további kutatásra van szükség ezen a területen, hogy számszerűsítse a potenciális előnyöket.
Következtetés
A nagy értékű szektorokban a szerződések feltétele a minőségi kritérium és az öntözés lehetősége lesz. Az európai öntözéses gazdálkodásnak is reagálnia kell a környezetvédelmi szabályozás kihívásaira. A vízkészletek elérhetőségének csökkenése és az öntözés megbízhatósága a változás fontos mozgatórugói lesznek. A jövőben a gazdálkodóknak hatékonyabb és fenntarthatóbb vízhasználatot kell demonstrálniuk az öntözési engedélyek jogainak elnyeréséhez.
Európában az öntözött területek többsége esőztető öntözésen alapul, ezek energia és vízhasznosítás szempontjából nem hatékonyak és nem tudják biztosítani az azonos mélységű beázást. A gazdálkodók a növény vízigényének állapotáról többnyire a talaj nedvességtartalmának korlátozott helyszíni pontmérésével tájékozódnak.
A korszerű öntözési technika, a megfelelő ellenőrző rendszer és a növényi jelzések megértésének kombinációja szükséges a precíziós öntözés előnyeinek kihasználásához.
Jelenleg alkalmasságuknál fogva a center-pivot rendszerek állnak a változó vízadagú öntözés technológiai kutatások nagy részének középpontjában.
Az olcsó talajnedvesség-érzékelők és az alacsony energiaigényű adatgyűjtés / adatátvitel növekvő elérhetősége miatt ma már lehetőség van a valós idejű talajnedvesség adatok előállítására.
Ha a talaj nedvességtartalmának mérése helyett az öntözést a növényi jelzésekből ütemezzük, nagyobb pontosság érhető el a termés igényhez való illesztése érdekében. A precíziós öntözési technikáknál arra is van lehetőség, hogy olyan új öntözési technológiát alkalmazzunk, amelynél a tervezetten csökkentett vízadaggal, deficit öntözéssel manipuláljuk a növény növekedését a minőségi jellemzők előtérbe helyezésével.
Összegzés
A víz mind csapadékpótló, az intenzív öntözőrendszerekben Európa számos térségében egyre szűkösebb erőforrássá, korlátozó tényező válik. A kormányok és az ellátási szektor szereplőinek érdeke, hogy a növénytermesztésben maximalizálják az öntözővíz hasznosulását. A precíziós öntözés megoldást kínálhat, de számos kihívással kell
139
szembenézni, mielőtt az előnyei a gyakorlatban megvalósulnak. A jelenlegi kutatások azt mutatják, hogy az öntözött szántóföldi növények esetében a vízhasznosítás hatékonysága és a termés minősége terén jelentős javulást lehet elérni. Ez elsősorban a térben változó vízkiadagolás alkalmazásával valósulhat meg, összhangban a talajnedvesség-eloszlás heterogenitásának és a növényi jelzések jobb megértésével.
Számos terület szakembereinek integrált kutatási együttműködésére van szükség ahhoz, hogy megvalósulhasson a precíziós öntözés potenciálja a szántóföldi növénytermesztésben.
Kulcsszavak: öntözés, precíziós öntözés, deficit öntözés, talajszenzor, növény szenzor.
Köszönetnyilvánítás
A publikáció az EFOP-3.6.1-16-2016-00016 azonosítószámú, SZIE Szarvasi Campusának kutatási és képzési profiljának specializálása intelligens szakosodással:
mezőgazdasági vízgazdálkodás, hidrokultúrás növénytermesztés, alternatív szántóföldi növénytermesztés, ehhez kapcsolódó precíziós gépkezelés fejlesztése című projekt keretében jött létre.
Irodalom
Rey D, Holman IP & Knox JW. (2017): Developing drought resilience in irrigated agriculture in the face of increasing water scarcity, Regional Environmental Change, 17 (5) 1527-1540.
Monaghan JM, Daccache A, Vickers LH, Hess TM, Weatherhead EK, Grove IG, Knox JW. (2013): More 'crop per drop': constraints and opportunities for precision irrigation in European agriculture. Journal of the Science Food and Agriculture. DOI: 10.1002/jsfa.6051.
Thenkabail PS, Knox JW, Ozdogan M, Gumma MK, Congalton R, Wu Z. (2012): Assessing future risks to agricultural productivity, water resources and food security: how can remote sensing help? Photogramm Eng Remote Sens 78:773–782.
Luna MC,Tudela JA, Martínez‐Sánchez A, Allende A, Marin A and Gil M. (2012): Long‐term deficit and excess of irrigation influences quality and browning related enzymes and phenolic metabolism of fresh‐cut iceberg lettuce. Postharvest Biol Technol 73:37–45.
Johnson, L. F.; Cahn, M.; Martin, F.; Melton, F.; Benzen, S.; Farrara, B.; Post, K. (2016): Evapotranspiration-based irrigation scheduling of head lettuce and broccoli. HortScience 2016, 51, 935–940.
Michael D. Cahn 1, Lee F. Johnson (2017): New Approaches to Irrigation Scheduling of Vegetables.
Horticulturae 2017, 3, 28; doi:10.3390/horticulturae 3020028.
Mohamed S. Alhammadi, Ali M. Al-Shrouf, Ali J. Alkaabi, Maha Alderai, Ahmed Zaki, Salama Al Hajeri, Meaad Alrashedi. (2017): Evaluation the use of electronic wireless capacitive sensor in the irrigation of the main crops. Emirates Journal of Food and Agriculture. 2017. 29 (4): 317-322, doi: 10.9755.
Popp J, Erdei E, Oláh J. (2018): A precíziós gazdálkodás kilátásai Magyarországon. International Journal of Engineering and Management Sciences (IJEMS) Vol. 3. (2018). No. 1 DOI: 10.21791/IJEMS.2018.1.15.
Gockler L. (2017): Az öntözés helyzete és kilátása hazánkban. Mezőgazdasági technika, Budapest, 8p.