Drėgmės matavimo prietaisas - tai informacijos apie drėgmės kiekį konkrečiame dirvožemyje tam tikru laiko momentu suteikianti priemonė. Derinant auginamas kultūras ir drėkinimo metodus, žemės ūkyje galima sutaupyti daug vandens bei apsisaugoti augalus nuo sausros.

Lietuvoje žemės ūkio naudmenos (ariama žemė, sodai, pievos) sudaro apie 53 proc. teritorijos, t. y. apie 3,5 mln. hektarų. Augalų produktyvumas priklauso nuo įvairių veiksnių, tarp jų ir sausros. Vasarą jų ypač baiminamasi, nes drėkinama tik apie 4 433 ha ploto naudmenų. Esant sausiems orams, dauguma ūkininkų patiria daug nuostolių, derlius užauga mažas arba visai žūva. Lietuvos Respublikos Vyriausybės 2006 m. kovo 9 d. nutarimu Nr. 241 (Valstybės žinios, 2006 03 14, Nr. 29-1004) patvirtinti tokie sausros aktyviosios augalų vegetacijos laikotarpiu kriterijai: · drėgmės atsargos 0-20 cm dirvos sluoksnyje ≤ 10 mm, 0-100 cm dirvos sluoksnyje ≤ 60 mm; · hidroterminis koeficientas HTK < 0,5 ilgiau kaip 1 mėnesį.

Sausra - tai vandens trūkumas, atsiradęs dėl kritulių stygiaus, aukštos oro temperatūros ir intensyvaus garavimo.

Rajonuose, kuriuose nėra agrometeorologinių matavimų stočių, sausra fiksuojama, remiantis artimiausių meteorologijos stočių duomenimis, o konkretaus žemės ploto drėgmę galima sužinoti, naudojant drėgmės matavimo prietaisus.

Drėgmės nustatymo būdai

Standartinį dirvožemio drėgmės nustatymo būdą sudaro fizinis dirvožemio ėminių paėmimas bei jų svėrimas prieš ir po džiovinimo. Mėginiai imami dirvožemio grąžtais. Rekomenduojama naudoti tokius grąžtus, kurie nesuardytų dirvožemio struktūros. Taip nustatomas ne tik dirvožemio drėgmės kiekis, bet ir jo tankis. Kai tyrimai atliekami dideliame plote ir netrūksta įrangos (pvz., laboratorinės), tiesioginis dirvožemio drėgmės nustatymo būdas turėtų būti pagrindinis.

Drėgmės kiekis, išgaravęs džiovinimo metu, parodo dirvožemio drėgnumą ėminio paėmimo momentu. Tai yra vienintelis tiesioginis dirvožemio drėgmės nustatymo metodas, kuris dėl tiesioginio dirvožemio pavyzdžių svėrimo vadinamas svoriniu (gravimetriniu), o Lietuvoje dažniausiai vadinamas termostatiniu metodu.

Jei nėra galimybių nustatyti dirvožemio drėgmę tiesiogiai, galima naudoti alternatyvius metodus.

Keičiantis dirvožemio drėgmei, kinta dirvožemio elektrinė varža, jo laidumas elektromagnetinėms bangoms ir neutronų srautui. Praktiškai dirvožemio drėgmė dažniau nustatoma, įvertinant dirvožemio laidumą elektrai, nes tam nereikia sudėtingų prietaisų. Pagal matuojamas dirvožemio drėgmės „surogatines" reikšmes yra skirstomi ir jos nustatymo būdai.

Šiuo metu populiariausi ir dažniausiai taikomi šie dirvožemio drėgmės matavimo būdai ir prietaisai: · talpinės varžos matuokliai; · TDR (Time Domain Reflectometry - Laikinės reflektometrijos metodo) sistemos (šiluminio laidumo prietaisai ir pasipriešinimo jutikliai); · radiaciniai (neutronų, gama spindulių) matuokliai.

Lietuvoje dažnai naudojamas tenziometrinis dirvožemio drėgmės nustatymo metodas. Jis pagrįstas dirvožemio siurbimo jėgos priklausomybe nuo dirvožemio drėgmės. Kuo sausesnis dirvožemis, tuo didesne jėga jis siurbia vandenį į specialaus antgalio poras. Dirvožemio siurbimo jėga matuojama specialiais prietaisais - tenziometrais. Jo pagrindinė dalis yra poringas antgalis (dažniausiai keraminis), kuris įleidžiamas į dirvožemį. Tenziometras užpildomas vandeniu. Iš poringo antgalio dirvožemis siurbia vandenį, dėl to tenziometre susidaro vakuumas. Nuo vakuumo dydžio keičiasi membranos įlinkis, matuojamas indikatoriumi.

Panašaus veikimo principu pagrįstas vienas iš paprasčiausių bei populiariausių būdų, kai naudojami porėti blokai. Dėl mažos kainos dirvožemio drėgmei matuoti gali būti naudojami gipso blokai. Juose yra matuojamas įtampos kritimas (pasipriešinimas) tarp elektrodų, patalpintų poringoje medžiagoje, kuri tiesiogiai liečiasi su dirvožemiu. Dirvožemio drėgmės jutiklis matuoja vandens elektrinę varžą ir perskaičiuoja šį dydį į vandens slėgį.

Watermark tipo granulių matricos jutiklį sudaro du koncentriniai elektrodai, pagaminti iš skylėto nerūdijančio plieno skardos ir tarp jų įklotos sintetinės medžiagos. Pats jutiklis yra užkasamas dirvoje. Keitiklis leidžia per jutiklį kintamą srovę (iki 5 V srovės šaltinis) ir matuoja varžą, kuri sumažėja, padidėjus dirvožemio drėgmei. Duomenų registravimo įrenginys gautus duomenis transformuoja į drėgmės matavimo vienetus. Gipso blokai ir granulių matricos jutikliai tinka plotuose, kuriuose dirvožemio drėgmė reguliuojama drėkinimo sistemomis (tinka kaulavaisių sodams).

Nauji metodai

Pastaraisiais metais vis daugiau dėmesio skiriama prietaisams, kurių dirvožemio drėgmės nustatymo principas pagrįstas elektromagnetinių bangų sklidimo matavimu (pvz., talpinės varžos matuokliai Diviner 2000, Enviro SCAN, Delta-T PR2/6 ir kiti), kurti.

Prietaisus Diviner 2000, Enviro SCAN sudaro du cilindriniai elektrodai. Jie įtaisyti pilko plastiko antgalyje, kuris pritaisomas prie ilgo, stačiakampio koto. Zondas yra nuleidžiamas į dirvožemio drėgmės matavimo instaliacinį vamzdį. Magnetas, įtaisytas balto plastiko antgalyje, dirvožemio drėgmės matavimo metu tiesiogiai liečiasi su dirvožemiu. Keliant arba leidžiant kotą, antgalis juda kartu. Matavimų metu taip pat fiksuojamas atstumas nuo žemės paviršiaus.

Pagrindinis šių drėgmės matavimo prietaisų trūkumas yra tas, kad elektromagnetinės bangos sklinda vidutiniškai 3 cm atstumu nuo instaliacinio vamzdžio. Tokiu atveju dirvožemio drėgmė nustatoma tiesiogiai šalia instaliacinio vamzdžio, prie kurio dirvožemio struktūra yra pakitusi dėl instaliavimo darbų, todėl nustatytos drėgmės reikšmės ne visada atitinka realųjį drėgnumą.

Drėgmės dinamikai stebėti taikomos TDR sistemos, kurios yra patikimesnės ir tikslesnės (lyginant su kitais minėtais netiesioginiais dirvožemio drėgmės matavimo būdais) dirvožemio drėgmei nustatyti, todėl plačiau pritaikomos. Prietaisą sudaro matavimo zondas, kuris dažniausiai gaminamas iš metalinių virbų, sujungtų bendra rankena (multiplekseriu) ir laidu iki įtampos šaltinio. Duomenims skaityti būtinas duomenų šifravimo įrenginys (Data Loger). TDR sistemas gamina įvairios firmos ir jie būna skirtingos konstrukcijos. Dirvožemio drėgmės matavimo zondą gali sudaryti du arba trys virbai, išdėstyti lygiagrečiai arba apskritimu, skirtingų ilgių (nuo 2,5 iki 30 cm ir kt.). Dirvožemio drėgmė matuojama tame sluoksnyje, kuriame yra įterpti metaliniai virbai.

TDR metodas pagrįstas įtampos (bangos) kitimo greičio matavimu. Įtampa tiekiama laidu, iš kurio patenka į matavimo zondą, jis yra įterpiamas į dirvožemį ar kitą poringą substratą. Įtampos impulso sklidimo greitis matavimo zonde - tai dimensija, kuri atitinkamu santykiu gali būti interpretuojama kaip dirvožemio drėgmė. Kuo mažesnis impulso sklidimo greitis, tuo dirvožemis yra drėgnesnis. Viena TDR sistemos dalis užtikrina (suteikia) įtampos impulsą, o kita (dažniausiai osciloskopas) - fiksuoja bangos formą. Osciloskopu vaizduojamos visos bangos keliavimo prietaisu formos (nuo įtampos tiekimo kabelio, multiplekserio iki matavimo zondo) nuo pat instrumento, skleidžiančio įtampą. Ištisa linija parodo tolygų įtampos sklidimą laide (~ 3 m) iki matavimo zondo. Nors horizontalioje ašyje pateikiama informacija yra ilgio matas, tačiau atliekant dirvožemio drėgmės matavimus išreiškiama laiko vienetais, nes TDR metodas pagrįstas įtampos sklidimo bangos, kuri formuojasi zondo zonoje, priklausomai nuo zondo ilgio, formos grafiniu interpretavimu.

Vienas iš tiksliausių metodų dirvožemio drėgmei matuoti yra neutronų matuoklis NMM (Neutron Moisture Meter). Dirvožemio drėgmės matavimas neutronų matuokliu yra pagrįstas „lėtųjų" neutronų santykiu, susidarančiu apie „greitųjų" neutronų šaltinį. Radioaktyvus šaltinis išspinduliuoja greituosius neutronus (5 Me V), kurie praranda energiją susidurdami su kitais atomais, esančiais vandenilyje. Kadangi dirvožemyje vienintelis kintančio vandenilio šaltinis yra dirvožemio tirpalas (vanduo), dirvožemio drėgmės kiekis gali būti nustatomas lyginant lėtųjų neutronų skaičių. NMM prietaisas praktiniais tikslais naudojamas labai retai, nors jis tiksliausiai nustato dirvožemio drėgmę ir dažniausiai taikomas, atliekant mokslinius tyrimus.

Pagrindinis visų šių alternatyvių metodų privalumas - jie neturi ardomojo poveikio, dirvožemis ardomas tik prietaiso įrengimo metu. Be to, duomenys gali būti registruojami pageidaujamu dažnumu (pvz., kas 10 min.). Trūkumas - prietaisai turi būti kalibruoti ir įvertintos galimos matavimo paklaidos. Kalibruojant prietaisą, nustatoma tam tikra priklausomybė (grafikas arba lygtis) tarp matuojamo netiesioginio parametro reikšmės ir dirvožemio drėgmės, nustatytos tiesioginiu būdu. Matavimai gali būti netikslūs dėl dirvožemyje esančių druskų, geležies rūdos, vandenilio, chloridų, boro ir kitų medžiagų, gali reaguoti į temperatūros pokyčius. Kita problema - didžioji dalis prietaisų efektyviai veikia, esant atitinkamam dirvožemio drėgmės intervalui, o matavimai nutrūksta, esant dirvožemio drėgmei už intervalo ribų. Be to, prietaisas gali būti tinkamas naudoti smėliniuose gruntuose, tačiau netinkamas moliniuose (pvz., matavimų tikslumas nepakankamas (neproporcingas) didėjant dirvožemio drėgmei), t. y. gali pasireikšti prietaiso inertiškumas.

Pasirenkant tinkamą drėgmės matavimo prietaisą, reikia atsižvelgti į numatomus prietaiso naudojimo tikslus, kurių siekiama matuojant dirvožemio drėgmę, į prietaiso matavimų efektyvumą, tikslumą, patikimumą, ardomąjį poveikį dirvožemiui, duomenų apdorojimo sudėtingumą ir duomenų valdymą, eksploatacines savybes bei darbo su prietaisu saugos reikalavimus.

Vertinant optimalias dirvožemio drėgmės sąlygas augalams augti, būtina įvertinti jų šaknų įsiskverbimo į gruntą gylį ir prietaisus įrengti (matuoti drėgmę) tinkamame gylyje.

Augalų šaknų sistema gali būti labai įvairi. Skaičiuojama, kad 40 proc. vandens yra sunaudojama paviršiniame sluoksnyje, kuris sudaro 1/4 šaknų gylio, 30, 20 ir 10 proc. atitinkamai kas 1/4 šaknų ilgio einant gilyn. Daugumai augalų rekomenduojamas drėgmės matavimo įrengimo gylis yra 30-40 centimetrų.

L. Taparauskienė, O. Miseckaitė

Mano ūkis, 2014/05