Συγκριτική ανάλυση αυτοματοποιημένων συστημάτων άρδευσης
Authors: Καρατάσιου Ειρήνη 
Published: January 2024

Η παρούσα διατριβή είναι δομημένη σε δύο βασικούς άξονες, καθένας εκ των οποίων αναφέρεται σε ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα που απασχολούν την παγκόσμια επιστημονική κοινότητα, την τελευταία δεκαετία. Ο πρώτος εξ αυτών, αναφέρεται στο ολοένα και διογκούμενο ενεργειακό ζήτημα που αντιμετωπίζει σήμερα ο πλανήτης μας. Ο δεύτερος άξονας αναφέρεται στην εξοικονόμηση αρδευτικού νερού, καθώς η γεωργία αποτελεί παγκοσμίως τον μεγαλύτερο καταναλωτή υδάτων. Συνεπώς, μια μικρή ποσοστιαία εξοικονόμηση νερού από αυτόν, επιτυγχάνει μεγάλες ποσότητες για τις υπόλοιπες ανταγωνιστικές χρήσεις νερού. Η ραγδαία αύξηση των αναγκών σε ενέργεια που παρατηρείται στη σημερινή εποχή σε παγκόσμιο επίπεδο, καθιστά αναγκαία την αναζήτηση νέων ενεργειακών πηγών. Οι φυσικοί πόροι από τους οποίους έως και σήμερα, ο παγκόσμιος πληθυσμός προμηθεύεται ενέργεια για την κάλυψη των αναγκών του είναι κυρίως μη ανανεώσιμοι, με χαρακτηριστικό παράδειγμα τα ευρύτατα χρησιμοποιούμενα ορυκτά καύσιμα. Ως εκ τούτου, από τη συνεχή χρήση τους βρισκόμαστε αντιμέτωποι με το σοβαρό κίνδυνο εξάντλησης των αποθεμάτων τους και παράλληλα, με τη δημιουργία και όξυνση σοβαρών περιβαλλοντικών προβλημάτων, όπως η όξινη βροχή και το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Η διαφαινόμενη λύση του προβλήματος είναι η χρήση εναλλακτικών μορφών ενέργειας και συγκεκριμένα των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, οι οποίες είναι ανεξάντλητες και φιλικές προς το περιβάλλον. Σε αυτές, συγκαταλέγονται και οι ενεργειακές καλλιέργειες, από τις οποίες παράγονται διάφορα είδη βιομάζας ως κύρια προϊόντα, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για διάφορους ενεργειακούς σκοπούς, όπως η παραγωγή στερεών, υγρών και αερίων βιοκαυσίμων. Το νερό ανέκαθεν αποτελούσε έναν από τους βασικότερους παράγοντες οικονομικής και κοινωνικής ανάπτυξης της εκάστοτε χώρας και σήμερα, έναν κρίσιμο φυσικό πόρο, ο οποίος βρίσκεται σε περιορισμένη διαθεσιμότητα. Ο αγροτικός τομέας αποτελεί τον κύριο χρήστη νερού, με συμμετοχή που ανέρχεται περίπου στο 80% της συνολικής ποσότητας νερού που χρησιμοποιείται παγκοσμίως, ενώ στην Ελλάδα το αντίστοιχο ποσοστό ανέρχεται στο 87,5% περίπου. Γενικά, σήμερα το υφιστάμενο καθεστώς στον τομέα των αρδεύσεων έχει ως συνέπεια την κατασπατάληση νερού. Το γεγονός αυτό, καθιστά επιτακτική την ανάγκη λήψης μέτρων αντιμετώπισης αυτού του προβλήματος, όπως τον ακριβή προσδιορισμό των αναγκών σε νερό των καλλιεργειών, τη χρήση μεθόδων αποτελεσματικότερης εφαρμογής του νερού άρδευσης και την καλλιέργεια φυτών με ανοχή σε πιθανή έλλειψη νερού. Η στάγδην άρδευση (επιφανειακή και υπόγεια) συγκαταλέγεται στις σύγχρονες μεθόδους άρδευσης, με τις οποίες επιτυγχάνεται μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα κατά την εφαρμογή αρδευτικού νερού. Το σύστημα υπόγειας στάγδην άρδευσης αποτελεί παραλλαγή του ευρύτατα εφαρμοζόμενου επιφανειακού συστήματος άρδευσης με σταγόνα, στο οποίο οι σταλακτηφόροι αγωγοί τοποθετούνται κάτω από την επιφάνεια του εδάφους. Επιπλέον, η στάγδην άρδευση αποτελεί μια μέθοδο που προσφέρει τη δυνατότητα συνδυασμού με αυτοματισμούς. Στο πλαίσιο αυτό, αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτέλεσε: (α) η εκτίμηση της ανάπτυξης και παραγωγικότητας του ηλίανθου, ως ενεργειακή καλλιέργεια με σκοπό την παραγωγή βιοντίζελ, υπό το καθεστώς διαφορετικών μεθόδων προγραμματισμού της άρδευσης στη Θεσσαλία, (β) η αξιολόγηση της καλλιέργειας του ενεργειακού φυτού ηλίανθου υπό συνθήκες γεωργίας χαμηλών εισροών, (γ) η επίδραση διαφορετικών μεθόδων προγραμματισμού άρδευσης στην παραγωγή βιομάζας από τον ηλίανθο, (δ) η σύγκριση των μεθόδων προγραμματισμού της άρδευσης με όρους εξοικονόμησης και αποδοτικότητας χρήσης νερού, (ε) η μελέτη και σύγκριση διαφορετικών μερικώς ή πλήρως αυτοματοποιημένων μεθόδων προγραμματισμού των αρδεύσεων, στη μεγιστοποίηση της ενεργειακής ωφέλειας από την καλλιέργεια του ενεργειακού φυτού ηλίανθου και στην εξοικονόμηση αρδευτικού νερού.Η έρευνα έλαβε χώρα σε πειραματικό αγροτεμάχιο του Αγροκτήματος του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας, στην περιοχή του Βελεστίνου Μαγνησίας, κατά τις καλλιεργητικές περιόδους 2011 (πιλοτική εφαρμογή), 2012, 2013 και 2014. Το πειραματικό σχέδιο που εφαρμόστηκε ήταν Πλήρων Τυχαιοποιημένων Ομάδων έξι μεταχειρίσεων, σε τέσσερις επαναλήψεις. Οι μεταχειρίσεις που εφαρμόστηκαν ήταν: (α) η επιφανειακή στάγδην άρδευση, στην οποία ο προγραμματισμός των αρδεύσεων πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο του απλού εξατμισιμέτρου, (2) η επιφανειακή στάγδην άρδευση, στην οποία ο προγραμματισμός των αρδεύσεων έγινε βάσει της μεθόδου Penman – Monteith (P. – M.), (3) η επιφανειακή στάγδην άρδευση, στην οποία ο προγραμματισμός των αρδεύσεων βασίστηκε στον αισθητήρα μέτρησης υγρασίας 10HS (S.M.S.), (4) η επιφανειακή στάγδην άρδευση, κατά την οποία ο προγραμματισμός των αρδεύσεων βασίστηκε στον αισθητήρα μέτρησης υδατικού δυναμικού Watermark (W.M.), καθώς και (5) η επιφανειακή (AUTO(E)) και (6) η υπόγεια (AUTO(Y)) στάγδην άρδευση, στις οποίες ο προγραμματισμός των αρδεύσεων βασίστηκε στο αυτόματο εξατμισίμετρο. Η δόση άρδευσης που εφαρμόστηκε σε όλες τις μεταχειρίσεις ήταν ίση με το 100% των αναγκών της καλλιέργειας σε νερό.Οι υπόγειοι αγωγοί εφαρμογής τοποθετήθηκαν στα 45 cm κάτω από την επιφάνεια του εδάφους, με ειδικό υπεδαφοθέτη και ισαποχή μεταξύ τους 160 cm. Η διάμετρός τους ήταν 20 mm και ήταν κατασκευασμένοι από πολυαιθυλένιο. Η παροχή των σταλακτήρων ήταν 2,3 L/h, και ήταν αυτοκαθαριζόμενοι και αυτορυθμιζόμενοι. Στην παρούσα διατριβή, ο προγραμματισμός της άρδευσης βασίστηκε τόσο σε μεθόδους υπολογισμού της εξατμισοδιαπνοής αναφοράς, όσο και σε συστήματα μέτρησης εδαφικής υγρασίας και υδατικού δυναμικού. Συγκεκριμένα, ο υπολογισμός της εξατμισοδιαπνοής αναφοράς (ET0) και ο προγραμματισμός της άρδευσης βασίστηκε στη μέθοδο Penman – Monteith, στη μεταχείριση Ρ. – Μ. Ο υπολογισμός της εξατμισοδιαπνοής αναφοράς (ΕΤ0) και ο υπολογισμός της δόσης άρδευσης για τη μεταχείριση Α.Ε. πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο του εξατμισιμέτρου τύπου Α. Βασιζόμενη σε αυτή τη μέθοδο ήταν και η λειτουργία του συστήματος του αυτόματου εξατμισιμέτρου, το οποίο χρησιμοποιήθηκε για τον προγραμματισμό της άρδευσης στις μεταχειρίσεις AUTO(E) και AUTO(Y). Στις μεταχειρίσεις S.M.S. και W.M., ο προγραμματισμός των αρδεύσεων βασίστηκε στη μέτρηση της εδαφική υγρασίας και του υδατικού δυναμικού, αντιστοίχως. Γι’ αυτό το λόγο, εξήχθη εργαστηριακά η χαρακτηριστική καμπύλη του εδάφους, για τον προσδιορισμό των υδραυλικών χαρακτηριστικών του, όπως το σημείο μόνιμης μάρανσης και η υδατοϊκανότητά του. Από τις υψηλές τιμές που προέκυψαν, συμπεραίνουμε ότι το έδαφος του πειραματικού αγροτεμαχίου ήταν ιδιαιτέρως βαρύ. Η άρδευση των τεσσάρων εκ των έξι μεταχειρίσεων πραγματοποιούνταν ανά δύο ημέρες, ενώ στις μεταχειρίσεις S.M.S. και W.M. καθορίζονταν από το ρυθμό εξάντλησης της εδαφικής υγρασίας. Επίσης, σε όλες τις μεταχειρίσεις εφαρμόστηκε επιφανειακή στάγδην άρδευση, εκτός από την AUTO(Y) στην οποία εφαρμόστηκε η μέθοδος της υπόγειας στάγδην άρδευσης. Από τη συγκριτική μελέτη των έξι προαναφερθέντων μεθόδων προγραμματισμού της άρδευσης, ικανοποιητικά ήταν τα αποτελέσματα της μεταχείρισης επιφανειακής στάγδην άρδευσης, στην οποία χρησιμοποιήθηκε το αυτόματο εξατμισίμετρο. Οι παράμετροι που ελήφθησαν υπόψη για την εξαγωγή του συμπεράσματος αυτού ήταν: (α) η επίτευξη της μέγιστης δυνατής απόδοσης τελικού προϊόντος (σπόρου), ταυτοχρόνως με τη μέγιστη δυνατή εξοικονόμηση νερού άρδευσης, (β) το κόστος να κυμαίνεται σε λογικά πλαίσια και (γ) η μέθοδος να είναι σχετικά απλή στη χρήση της από τον παραγωγό ή την ομάδα παραγωγών.