Controlul sistemelor de irigații în seră cu ajutorul fitomonitorizării

Controlul sistemelor de irigații în seră cu ajutorul disertării fitomonitorizante pentru obținerea diplomei universitare doctor rerum horticulturarum (Dr. rer. Hort.) Depus la Facultatea de Agricultură-Horticultură a Universității Humboldt din Berlin de Dipl.-Agr. Evanthia Exarchou b. 25 decembrie 1971 la Salonic Președintele Universității Humboldt din Berlin Prof. Dr. Jürgen Mlynek Decan al Facultății de Agricultură și Horticultură Prof. Dr. Uwe Jens Nagel Recenzent: 1. Prof. Dr. Uwe Schmidt 2. Prof. Dr. Siegfried Kleisinger 3. Prof. Dr. Ziua examenului oral Matthias Langensiepen: 23.03.2006

5 5. DISCUȚIE - CONCLUZII. 135 5.1. TEHNOLOGIA FITOMONITORIZĂRII ÎN PROCESUL DE OPTIMIZARE A PRODUCȚIEI. 135 5.2. EVALUAREA TEHNOLOGIEI DE MĂSURARE SELECTATE. 136 5.2.1. Controlul irigării prin utilizarea tensiometrului. 136 5.2.2. Determinarea cifrei de afaceri a apei vegetale prin debitul de suc. 138 5.2.3. Măsurarea directă a transpirației folosind metoda schimbului de gaze. 140 5.2.3.a Reprezentativitatea și acuratețea valorilor măsurate. 140 5.2.3.b Verificarea pe termen lung a acurateței procesului de măsurare. 142 5.3. CONTROLUL IRIGAȚIEI ÎN CONFORMITATE CU SUMA DE TRANSPIRARE MĂSURATĂ144 5.3.1. Controlul la iradiere ridicată în condiții de seră din Europa de Nord. 144 5.3.2. Controlul la iradiere ridicată în condiții de seră din sudul Europei. 147 5.3.3. Irigare pe bază de nevoi fără acumulare de sare în substrat. 148 5.4. ABORDĂRI DE OPTIMIZARE A UNUI CONTROL DE IRIGARE BAZAT DE NECESITĂȚI. 151 REZUMAT. 156 REZUMAT. 159 LISTA LITERATURII. 162 ANEXA A: LISTA CIFRELOR. 176 ANEXA B: LISTA TABELELOR. 182 ANEXA C: TABELE ȘI FIGURI PENTRU CONFIGURAREA EXPERIMENTULUI. 185 ANEXA D: LISTA MĂRIMILOR UTILIZATE ȘI A ABREVIERILOR. 193 DECLARAȚIE. 198 MULTUMESC. 200

8 INTRODUCERE, procesele fiziologice și dimensiunile plantei pot fi înregistrate direct și utilizate pentru a optimiza mediul plantei. Ca parte a proiectului de disertație, se caută, prin urmare, posibile metode de control al sistemelor de irigații, conform reacțiilor măsurate ale plantelor. Următorii puncte focale sunt definite pentru lucrul la acest subiect: Evaluarea metodelor de măsurare existente care servesc la controlul irigațiilor în seră. Reprezentarea modelelor de abordări pentru determinarea fluctuației de apă a stocurilor de plante. Posibilități de achiziție de date în instalație în scopul înregistrării cifrei de afaceri a apei. Utilizarea unui nou instrument de măsurare pentru măsurarea transpirației. Investigațiile noii metode de măsurare a transpirației pe diferite culturi de legume cu conversii ridicate de apă în diferite substraturi. Dezvoltarea unui sistem de control al irigațiilor bazat pe principiul fitocontrolului. Investigații privind aplicabilitatea noii metode plantelor ornamentale în regiuni cu o rată mare de apă. Studii privind dinamica nutrienților cu irigare bazată pe nevoi. Studii privind eficiența utilizării apei în noua metodă de control.

CERINȚE DE IRIGARE 21 1.4.1. Integrarea WUE Valorile WUE ale diferitelor culturi într-o locație definită variază foarte mult atât în timpul zilei, cât și în timpul anului. Pe parcursul zilei, valoarea actuală WUE este determinată de conținutul de vapori de apă dintre frunză și aerul înconjurător și de radiația fotosintetic activă. Variațiile sezoniere de-a lungul anilor sunt legate de dezvoltarea ontogenetică a culturii respective (timpul de înflorire, dezvoltarea fructelor) și variația sezonieră a climei (LARCHER, 1994). Fig. 2: Cursul zilnic al WUE Ph curent, fotosinteza netă și transpirația în Cucumis sativus Fig. 3: Cursul zilnic cumulativ al WUE Ph, fotosinteza (Ph) și transpirația (T) într-o perioadă de opt zile în Cucumis sativus

28 DEBITUL DE APĂ ÎN SPAȚIUL solului sunt curbele de tensiune a apei sau curbele pf, care arată relația dintre tensiunea apei și conținutul de apă ca o curbă cumulativă a proporțiilor apei cu potențialul de apă în creștere. Conținutul maxim de apă este atins atunci când întreaga porțiune este umplută cu apă (BECK, 2000). Apa disponibilă din plante în sol nu este deci atât de dependentă de cantitatea absolută de apă din sol, ci de efortul energetic necesar pentru a elibera apa din matricea solului. Fig. 5: Dependența potențialului de apă al unui sol nisipos și argilos de conținutul de apă al solului (LÖSCH, 2001) Dacă nu mai există o diferență de potențial de apă între sol și plantă (tipic pentru zorii zilei), potențialul de apă din perioada prematură predomină în plantă, ceea ce determină situația generală de alimentare cu apă a Locație caracterizată. 2.2. Debitul de apă în plantă Potențialul total al apei Ψ W al unei celule vegetale rezultă din următoarea ecuație a potențialului apei: (-) Ψ W = (-) Ψ π + (+) Ψ P (6) Cu un potențial hidric negativ Ψ W al unei celule vegetale, comparativ cu

34 DEBITUL DE APĂ ÎN SPAC Fig. 8: Model analogic electric al fluxului de masă al transpirației în interiorul frunzei (SCHMIDT, 2002) 2.2.2. Reglarea stomatală a intensității transpirației Modificările condițiilor climatice din zona macroclimatică (aerul exterior) modifică gradientul de potențial al apei în zona microclimatică a plantei sau a standului (reacții pasive ale plantei). Factorii endogeni și exogeni care influențează procesele osmoregulatorii din interiorul plantei pun în mișcare reacțiile active ale plantei. Mișcările stomatale fotoactive și hidroactive sunt asociate cu deplasările osmotice (LÖSCH, 2001). Factori precum radiația globală, conținutul de CO 2, umiditatea aerului și temperatura influențează comportamentul de deschidere al stomatelor, cu efect asupra transpirației și asimilării CO 2 (BAKKER, 1991). În măsura în care mișcările stomatale sunt modificate de VCD l-b, vorbim despre mișcări hidropasive (Fig. 9). Mărimea acestor reacții stomatale diferă între speciile de plante și sunt diferite în funcție de locație. Închiderea stomatală are loc atunci când există o presiune parțială ridicată de CO 2, stres de apă și prezența acidului abscisic și a cationilor polivalenți (SCHMIDT, 1989).

SENZORII ȘI MODELE 59 are loc după atingerea unei radiații totale preselectate și pentru o perioadă de timp prestabilită. Avantajul este că nu sunt necesare linii de semnal în cultură care să îngreuneze munca în seră. Deși determinarea necesităților de apă este ușoară, această metodă nu arată întotdeauna o corelație procentuală mare între valorile radiației și cerințele de apă (Fig. 12). Chiar și vara, corelația dintre radiație și cerințele de apă este de cel mult 90%. Această abatere de 10% se poate adăuga în trei zile și poate duce la udarea incorectă (MACKROTH, 1993). Fig. 12: Dependența necesității apei plantei de iradierea totală (SCHULTE, 1986 în: VON BAMBACH, 1993) Un alt dispozitiv de măsurare este așa-numitul contor de evaporare. Un vas este umplut cu nisip și apă. După ce cantitatea predeterminată de apă s-a evaporat de pe suprafața nisipului, începe irigarea. În același timp, vasul este reumplut (MACKROTH, 1993).

SENZORI ȘI MODELE 65 Evaluarea senzorilor urmează în tab. 4. Numărul de puncte oferă informații cu privire la performanța criteriului în evaluare (? = Nu există informații în literatură): Fiabilitate: precizie ridicată și lipsă de influență (din factori de mediu etc.), precizie mare, dar influență, precizie și influență suficientă Instalare: ușoară (pentru cultivator), moderată, dificilă Defecțiune/întreținere: scăzută, moderată, ridicată Transferabilitate: pe toate substraturile, solurile și toate metodele de cultivare, dar nu în toate solurile substraturilor toate metodele de cultură, în câteva substraturi, soluri și metode de cultură Tab.4: Evaluarea senzorilor de umiditate a solului Metoda de măsurare/tensiunea de aspirație a senzorului Fiabilitate Efort de instalare (defecțiuni/întreținere) Transferabilitate Tensiometru Tensiostat Tensiometru analogic Capacitate electrică Bloc de ghips Filigran Constanta dielectrică TDR FD Conductivitate termică? Alți senzori higrometru sonda neutronică? Raze gamma? RMN?

SENZORI ȘI MODELE Senzorii 71 necesită mai puțină întreținere și sunt mai puțin predispuși la defecțiuni. Calculul cifrei de afaceri a apei în anumite condiții climatice se bazează pe modele obținute empiric. Rotația apei poate fi mai bine calculată prin combinarea mai multor variabile de perturbare. Din aceste modele empirice nu este posibil să se obțină o legătură valabilă în general pentru toate culturile. Parametrii modelului sunt specifici plantei și trebuie să fie adaptați la condițiile respective (BECK, 2000). Procesul de fitomonitorizare oferă noi posibilități de a primi informații directe de la plantă despre metabolismul actual al substanțelor și energiei. Reacțiile fiziologice ale plantelor sunt vizualizate folosind datele de măsurare. Metoda de fitomonitorizare nu necesită cunoașterea tuturor factorilor care influențează procesele plantelor. Achiziționarea valorilor actuale ale reacțiilor plantelor permite calcularea cantității de cifră de afaceri sau de energie pe perioade scurte și lungi de timp. Această tehnică vizează o detectare timpurie și obiectivă a tulburărilor funcționale la plante și dezvăluirea la timp a reacțiilor plantelor (TON și colab., 1997 în: KOPYT și colab., 2001).

80 DETERMINAREA FURNIZĂRII APEI ȘI CONTROLUL IRIGAȚIEI prin mai puține cuvete și zonă limitată a frunzelor). Dacă rata de livrare a pompei rămâne constantă, numărul de cuvete conectate este important pentru calcularea ariei de măsurare (SCHMIDT, 1998). Pentru a exclude formarea condensului pe senzorul de umiditate capacitiv atunci când umiditatea relativă este mare (peste 95%), fluxurile de gaz de măsurare din dispozitiv sunt încălzite. Curenții de aer sunt încălziți înainte de a fi aspirați sau în drum spre camera de dewar. Temperatura internă Segmentul D: 22 C Temperatura internă Segmentul E: 37 C Temperatura aerului: 20 C În Dewar: t 2 = 25 C RH 2 = 70% admisie aer: t 1 = 20 C RH 1 = 95% încălzire aer: 30 C Fig. 17: Scurgerea formării condensului în dispozitivul de măsurare a schimbului de gaze datorită încălzirii aerului de referință pe drumul către camera Dewar - explicație grafică în diagrama h, x Mollier (SCHMIDT, 1998) Pe măsură ce fluxul de aer este încălzit, umiditatea relativă a debitului de gaz de măsurare este redusă fără a modifica umiditatea absolută. Dacă umiditatea absolută rămâne aceeași, umiditatea relativă scade. Despre