Augalams nesvarbu, ar jiems prižiūrėti naudojamos automatinės mašinos, ar įprasta žemės ūkio technika. Jiems augti nuolat reikia pakankamai saulės šviesos, šilumos, vandens ir maistinių medžiagų. Tačiau įdiegus dirvožemio drėgmės jutiklius galima geriau valdyti vandens kiekį dirvožemyje, padidinti augalų produktyvumą ir dirvožemio tvarumą.

Derliaus kokybė ir kiekis, o galiausiai ir ūkio veiklos pelningumas priklauso nuo labai augalams svarbaus veiksnio – dirvožemio drėgmės. Krituliai yra pagrindinis drėgmę užtikrinantis šaltinis. Kaip kritulių kiekis pasiskirsto dirvos paviršiuje, lig šiol tiksliojoje žemdirbystėje nebuvo analizuojama, o patikimi ir išsamūs drėgmės lauko plote pasiskirstymo stebėjimai dėl patikimų technologinių sprendimų trūkumo realiuoju laiku nebuvo vykdomi.

Išmaniosioms technologijoms sparčiai integruojantis į žemės ūkį, atsirado galimybės tiksliau nustatyti ir dirvožemio drėgmę, nuolat vykdant stebėseną realiu laiku. Mokslininkai tiria, kaip metiniai dirvožemyje esančio ir augalams prieinamo vandens kiekiai veikia jų produktyvumą. Tyrimų rezultatai parodė, kaip galima tiesiogiai įvertinti šį reiškinį, jei išmanieji dirvožemio jutikliai išdėstomi vadovaujantis derlingumo ar augmenijos indekso žemėlapiais.

Ilgai manyta, kad tik didelė sausra ar ilgalaikė drėgmė kenkia pasėliams ir jų augimui. Tačiau dabar manoma, kad negrįžtami derliaus nuostoliai atsiranda dėl to, kad neužtikrinamas optimalus nuolatinis vandens kiekis. Nepakankamas drėgnis dirvožemyje mažina augalo vystymosi galimybes. Bet kurį dirvožemį galima laikyti trijų elementų – kietųjų dalelių, oro ir vandens – junginiu. Kietosios dalelės, atsižvelgiant į dirvožemio tipą, sudaro maždaug 50 proc. viso dirvožemio tūrio, todėl tūrinė dirvožemio drėgmė praktiškai gali kisti nuo 0 iki 50 proc. Labai svarbu, kad kiekviename lauko plote visada būtų užtikrintas pakankamas drėgmės kiekis augalų šaknų zonoje.

Faktinį vandens prieinamumą augalo šaknų zonoje lemia lauko savybės, drenažas, kapiliarinis vandens kilimas, vandens įsisavinimas ir išgarinimas iš dirvožemio – visi šie veiksniai labai kinta skirtinguose laukuose. Be to, vienkartinio lietaus intensyvumas gali kisti, o dažnu atveju ir kinta iki 50 proc. skirtumu pusės kilometro atstumu. Skirtingi drėgmės kiekiai lauke lemia nevienodą augalų augimą.

Augalų augimo laukuose pokyčių stebėjimo technologijos taikomos jau senokai, o dažniausiai naudojamos tokios priemonės, kaip derlingumo monitoriai, palydoviniai vaizdai, tiesioginio vaizdo kameros, dronai ir kt. Vis dėlto šių stebėjimų duomenis pritaikyti geresniam ūkininkavimui vis dar problema, nes jie gali parodyti tik simptomus, o ne priežastis. Ieškoma vis naujesnių vandens pokyčių laukuose nustatymo priemonių.

Jutiklius reikia tinkamai išdėstyti

Žemiau augalo šaknų įkasti dirvožemio jutikliai dar neužtikrina greito, lengvo, išsamaus ir tikslaus dirvožemio drėgmės valdymo. Tik vienoje lauko dalyje ar vietoje sumontuotas dirvožemio jutiklis ir dirvožemio drėgmės duomenų analizė, pagrįsta antžeminiais stebėjimais, negali pateikti reikiamo teisingo sprendimo ar įžvalgos, nes kiekviena lauko dalis yra skirtinga. Tačiau tinkamas ir pasvertas jutiklių išdėstymas lauke suteikia nuolatinį, tikrą, lengvai suprantamą dirvožemio vaizdą ir užtikrina grįžtamojo ryšio galimybes.

Kompanijos „Soil Scout“ įkūrėjas ir ūkininkas suomis Johannes’as Tiusanen’as, žemės ūkio technologijos mokslų daktaras, norėdamas tobulinti ūkininkavimo praktiką, įsigijo derliaus stebėjimo įrenginį. Tačiau per atliktus matavimus gautų daugelio rezultatų, tokių kaip dirvožemio mėginių ėmimo, augalų audinių analizės ir dirvožemio kietumo, negalėjo paaiškinti turimomis žiniomis. Taigi, J. Tiusanen’as sukūrė belaidį Soil Scout dirvožemio jutiklį, kurį galima įkasti į žemę, ir pirmasis pradėjo vykdyti dirvožemyje nuolatinio vandens prieinamumo augalų šaknų zonoje stebėseną ir analizę.

Jutiklis įkasamas žemiau nei 25 cm armens pado. Vidinei dirvožemio jutiklio baterijai nereikia jokios priežiūros. Išmatuoti ir sukaupti dirvožemio drėgmės, temperatūros ir elektrinio laidumo duomenys siunčiami 20 min. intervalu, o pats prietaisas gali būti naudojamas iki 20 metų.

Kokiu principu vadovaujantis reikėtų išdėstyti jutiklius lauko plote? Pirminei informacijai naudojami skirtingų metų derlingumo žemėlapiai. Laukas suskirstomas į numatytą skaičių zonų. Skirtingų metų augalų derlingumo žemėlapiai sudengiami. Kiekvienai augalo derlingumo zonai priskiriama spalvinė reikšmė. Remiantis tokiu žemėlapiu, kiekvienoje skirtingo derlingumo zonoje 15 ir 25 cm gylyje įkasti du Soil Scout jutikliai iš karto siunčia lyginamuosius duomenis ir nuorodą, kuris dirvožemio jutiklis yra duomenų siuntėjas, taip pat nurodo jo buvimo vietą.

Pirmieji tyrimai atlikti 11 ha pupelių lauke. Intensyvaus augimo etape pastebėta, kad nelyjant augalai intensyviai naudoja dirvožemio drėgmę. Net po išskirtinio daugiau kaip 25 mm lietaus, kuris papildė dirvožemį drėgmės, dirva vėl greitai išdžiūvo. Kiekvienos lauko vietos dirvožemio drėgmės kreivės perskaičiuotos į santykinio vandens prieinamumo skalę: 100 proc. vandens prieinamumas prilygsta visam vandens paėmimo pajėgumui, 67 proc. siekia vandens prieinamumo ribą ir 33 proc. prilygsta augalo vytimo pradžiai.

Tyrimo metu nustatyta, kad beveik visą auginimo sezoną geriausi augimo plotai išliko ten, kur dirvožemis buvo optimalaus drėgnumo. Palyginimui, mažiausio derlingumo dirvožemyje optimalus dirvožemio drėgmės lygis buvo tik 26 proc. laiko. Nederlingiausi lauko plotai per sausrą negalėjo absorbuoti drėgmės, jos nesukaupė net ir po didžiausio kritulių kiekio. Derlingiausiuose lauko plotuose vandens sulaikymo savybės puikios, jie gerai atlaikė vėlyvą šlapią rudens sezoną.

Nuėmus derlių, žemėlapis pakoreguotas pateikiant sausų pupelių derliaus kiekį. Vidutinis kiekvienos vietos derlius buvo apskaičiuotas 20 m apie jutiklį spindulio tikslumu. Didžiausio derlingumo zonoje nuimtas 5 t/ha, o mažiausio – 2,5 t/ha derlius.

Kadangi per tyrimus taikyta vienoda pasėlių priežiūra ir tręšimas visame lauke, vienintelis likęs kintamasis, darantis įtaką derliaus skirtumams, buvo vandens prieinamumas.

Svarbu ne kritulių kiekis, o drėgmės prieinamumas

Daugelis ūkių ir šiuo metu naudoja lietaus matuoklius, siekdami šiek tiek suprasti augalų augimo sąlygas, tačiau krituliai yra tik netiesioginis rodiklis. Faktinis vandens prieinamumas augalų šaknų zonoje yra pradinė sąlyga, drenažo, kapiliarinio vandens kilimo, vandens iš augalų ir dirvožemio išgaravimo derinys labai kinta net tame pačiame lauke. Dėl labai skirtingų drėgmės sąlygų lauke augalai ir auga nevienodai.

Be to, labai skiriasi ir lietaus intensyvumas. Galima rasti daugybę tyrimų šia tema, iš kurių dauguma analizuoja lietaus matavimo tikslumą radarais ir palydovais. Metiniai mikroklimatiniai krituliai pasiskirsto gana tolygiai, nes vietiniai kritulių skirtumai yra atsitiktiniai ir panaikina didžiąją dalį skirtumų sezono metu. Lengvesni lietūs paprastai padengia regioną tolygiai, o vandens pasiskirstymas po smarkių liūčių yra netolygus.

Izraelio mokslininkų tyrimas parodė, kad kritulių radaro stebėjimams patvirtinti reikia mažiausiai 5 lietaus matuoklių 1 km2. Agronominiame dirvožemio vandens balanso modeliavimo tyrime Gruzijoje nenustatyta koreliacija tarp pastebėto dirvožemio drėgnumo ir lietaus duomenų, esančių 2 km atstumu. Arizonoje (JAV), dar 1995 m. per lauko bandymą padaryta išvada, kad vienas lietaus matuoklis negali apibūdinti kritulių didesniame nei 5 ha lauke. Turbūt labiausiai įtikinami kritulių kitimo įrodymai buvo pateikti 2002 m., kai tuo pat metu matavimai atlikti Brazilijoje, JAV Floridos, Ajovos, Oklahomos valstijose ir Guamo saloje, ir paaiškėjo, kad kas penktas lietaus įvykis buvo visai nepastebėtas kitame lietaus matuoklyje, esančiame tik 1 km atstumu.

Apibendrinant galima tik pakartoti, kad augalams augti reikia pakankamai saulės šviesos, vandens ir maisto medžiagų nuolat. Šiems parametrams tiksliau nustatyti būtina naudoti išmaniąją techniką: jutiklius, automatizuotas sistemas.