A talajnedvesség mérésére több különböző módszert fejlesztettek ki (lásd részletesen: https://agrismartgreen.com/talajnedvesseg/talajnedvesseg-ertelmezese-es-merese/).
A piacon hozzáférhető talajnedvesség mérő eszközök vagy volumetrikus térfogatszázalékban vagy tenzióban mérik a talaj nedvességtartalmát. A gyakorlatban széleskörűen 4 féle talajnedvesség mérő eszköz terjedt el:
Tenziót, mátrix potenciált, vízpotenciált mérő eszközök:
- tenzióméterek
- gipsz, Granular Matrix, kerámia bevonatú szenzorok
Volumetrikus nedvességtartalmat mérő eszközök:
- FDR kapacitív szenzorok
- TDR elektromágneses szenzorok
A tenzióméter működése
A tenzióméter úgy működik, mint egy mesterséges gyökér, azt méri, hogy mennyire nehéz a növénynek kiszívni a vizet a környező talajból. A tenzióméterek tartalmaznak egy kerámia elemet, műanyag vagy fémcsövet és egy légmentesen csatlakoztatott vákuum-mérőt. A kerámia elemen a víz képes átdiffundálni a talajba, illetve vissza diffundálni a tenzióméterbe. A víz mindig az alacsonyabb nyomású tartományba áramlik. Amikor a talaj szárad a tenzió értéke nő (negatív irányba) és a víz kiszivárog a tenzióméterből. Mivel az eszköz zárt, pont akkora vákuum keletkezik, amennyi a külső tenzióval tart egyensúlyt. Ezt az értéket mutatja a rászerelt vákuummérő műszer.
A tenzióméter azt méri, hogy mekkora erővel lehet elszakítani a vizet a talajszemcséktől.
Különböző hosszúságú csövekkel kaphatók, hogy a gyökérzóna több szintjén is lehessen mérni.
A tenzióméterek a legegyszerűbb, öntözési döntéshozásra alkalmas nedvességmérő eszközök.
A szükséges szívóerőt nyomás mértékegységben mutatja a műszer (mbar, hPa, kPa vagy cbar).
Minél nagyobb értéket mutat, annál nagyobb erőt kell a növény gyökerének gyakorolni a vízfelvételhez. Mivel a vízfelvétel egyben a tápanyagfelvétel feltétele is, a növekvő tenziónál egyre kevesebb tápanyagot tud felvenni a növény és lassul vagy leáll a fejlődése, amely hosszútávon terméscsökkenéshez illetve kipusztuláshoz vezethet.
Az előző blogban van egy táblázat az egyes növényekhez ajánlott maximális stresszmentes tenzió határokra. https://agrismartgreen.com/talajnedvesseg/talajnedvesseg-ertelmezese-es-merese/
Tenziómétert felhasználva öntözésvezérléshez a növényre jellemző vízpotenciál értéke alatt tartott termőtalaj vízfelvétel szempontjából optimális körülményt biztosít a növénynek.
Vízfelvétel szempontjából 4 állapot fordulhat elő egy adott talaj-növény jellegű termőhelyen:
- Telített talaj: víz van, de levegő nincs, a víz lefolyik a mélyebb rétegekbe,
- Vízkapacitás: pont annyi víz amennyit az adott talajszerkezet megtart lefolyás nélkül,
- Hasznos víz: a növény stressz mentes tenzió tartományban tud vizet felvenni,
- Felvehetetlen: ha van is víz a növény nem képes azt felvenni a talajból.
| Telített levegőhiányos talaj | Szabadföldi vízkapacitás | Felhasználható vízkészlet Optimális vízellátottság | Hervadáspont, stresszhelyzet, terméscsökkenés, kiszáradás |
| Tenzió: 0 – 10 kPa | 10 – 33 kPa talajfüggő | 30 – 1500 kPa növényfüggő | 30 – 1500 kPa növényfüggő |
A piacon kapható jellemző tenziómérő eszközök típusai:
| Mérés elve | Eszköz tipusa | Gyártó | Mérési tartomány (kPa) | Érzékelt paraméterek | Költség | Kép | Direkt víznyomás mérés | Kerámia- fejes cső, mérőóra | Irromatic
Bambach | 0 – 60
|
Manométer vizuális
tenzió leolvasás |
* |  |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Direkt víznyomás mérés | Kerámia-fejes cső, digitális mérőóra | Bambach | 0 – 75
|
Kijelző vizuális
tenzió leolvasás |
* |  |
| Direkt víznyomás mérés | Kerámia-fejes mérőcső vákuum szenzor | Bambach | 0 – 100
|
Tenzióval arányos feszültség,
kézi mérés vagy adatgyűjtő
|
** |  |
| Direkt víznyomás mérés | T5 mini kerámiafej, nyomás érzékelő | METER (UMS) | 0 – 160 | Tenzióval arányos feszültség,
kézi vagy adatgyűjtő |
***** |  |
| Gipszbe, kerámiába ágyazott elektródák, impedancia | Watermark
200SS |
Irrometer | 0 – 200 | Tenzióval arányos jel
kézi vagy adatgyűjtő |
* |  |
| Kerámiába
ágyazott kapacitás mérés |
ATMOS-21 (MPS-6) | METER
(Decagon) |
9 – 500 | Tenzió és hőmérséklet SDI-12, adatgyűjtő | **** |  |
| Polimer nyomás mérés | Full Range | UGT | -100 – 1500 | Tenzió és hőmérséklet RS485, SDI-12 adatgyűjtő | *****
|
 |
| Hőkapacitás mérés | TensioMark | ecoTech | 0 – 106 | Tenzió és hőmérséklet SDI-12, analóg, adatgyűjtő | *****
|
 |
A vízzel működő kerámia fejes tenzióméterek elméleti felső mérési határa 80 – 90 kPa körül van, mert a víz 20C hőmérsékleten és -92.3 kPa nyomáson felforr és a buborék megjelenés miatt nem képes tovább mérni. A víztartalmú kerámia tenziométerek másik akadályozó tényezője a túl száraz talajban történő használat, ilyenkor az egyensúly jelentősen megbomlik és a kerámia testen keresztül a víz kiszivárog a talajba és levegő szivárog be a tenzióméterbe. Ilyenkor a megfelelő mennyiségű öntözés után, ami visszanedvesíti a talajt a használati tartományba, újra fel kell tölteni és kalibrálni a tenziómétert a használat folytatásához.
Léteznek az eszközben használt folyadék forráspontját eltoló technikákkal felszerelt tenzióméterek, amelyek képesek 100 – 160 kPa-ig működni, használatuk nehézkes, főleg laboratóriumi kutatási célra lettek kifejlesztve.
Illetve vannak teljesen új fejlesztésű tenziométerek, amik akár 1.000.000 kPa tenziót is képesek mérni (lásd Full Range, TensioMark tenziométerek). Áruk miatt elsősorban kutatási területeken használatosak.
A hagyományos tenzióméterek előnyei
Olcsó és pontosan mutatja a vízpotenciál értékét, könnyen használható az öntözés indítására. Nem befolyásolja az eredményt a víz sótartalma és hőmérséklete sem. Telepítése egyszerű.
A tenzió mérő szenzorok nagyon alkalmasak a különböző növények optimális stresszhelyzet előtti vízháztartási határértékeinek detektálására. Abban az esetben, ha nincs megadva az adott növényre az irányadó maximális tenzió érték, a növény reakciójából lehet következtetni a stresszhatárra és a továbbiakban eszerint vezérelni az öntözést.
A Tenzióméterek hátrányai
Lassú, több órás, több napos válaszidő is lehet. A jellemző talajállapottól függően a termelési szezonban a tenzióméter utántöltése szükségessé válhat. Ha az átlagos tenzióérték 15kPa alatt marad, tehát folyamatosan elég nedves a talaj, akkor szezononként 1-2 alkalommal várható. Ha rendszeresen magasabb tenzió értékek előfordulnak, tehát szárazabb a jellemző talajállapot, akkor levegő szivároghat a talajból a csőbe, ami bizonytalanná teszi a mérést. Hosszabb ideig tartó száraz talaj esetén a víz teljesen kiszivárog, az eszköz tovább nem működik, a tenziómétert újból fel kell tölteni és újra kell kalibrálni. Algásodás ellen kezelni kell a felhasznált vizet. Fagyérzékeny, télre fel kell szedni.
Tenzióméterek felhasználása öntözésvezérléshez.
A tenzióméter az öntözési határértéket jól mutatja, de azt, hogy mekkora öntözővíz mennyiséget kell kijuttatni, hogy elérjük a talajt feltöltsük vízzel a vízkapacitási határértékig, az nem számolható a tenzió értékéből.
Erre a volumetrikus víztartalmat mérő szenzorok használhatók.
A volumetrikus szenzorokról egy későbbi blogban lesz szó.
Tenzióméterek távadatgyűjtéshez, automatikus vezérléshez.
Széles a választéka az elektronikus működésű szenzorokkal felszerelt tenzióméter változatoknak, amelyek a felügyelet nélküli távadatgyűjtésre is alkalmasak.
A legszélesebb körben a Watermark szenzor terjedt el a tenzióméteres automatizálásban.
A Watermark gipsz-kerámia szenzor használata
A kerámia-gipsz felépítésű szerkezet kívülről kapott egy rozsdamentes hálót. A kerámia burkolat megszűri a vizet és a beleépített elektródák ellenállás értéke a vízhiány függvényében nő. A tenzió értéke nem közvetlenül mérhető, mint a hagyományos tenziómétereknél, hanem egy hőmérsékletfüggő közelítő függvénnyel határozható meg az elektródák között mért ellenállás értékéből.
Az ellenállás értéke a gyártó által megadott konverziós tábla szerint váltható át víz tenzió (kPa, cbar) értékre.
Mérési határa 200 kPa, de könnyen kiszárad 100 kPa tenzióérték felett. A jellemző működési tartománya 10 – 100 kPa között van. A Watermark szenzor kiszáradás esetén nehezen veszi fel a vizet, 3-4 öntözési ciklus kell neki, hogy helyreálljon az üzemi víztartalma. Gyorsabban újraéleszthető, ha kivesszük a talajból és beázatjuk a kerámia fejet.
A túlnedvesített állapotát is sokáig megtartja, napok is eltelhetnek ami alatt beáll a kerámia-gipsz test víztartalma a környező talaj víztartalmára. Nem fagyérzékeny, télre nem kötelező begyűjteni a szenzorokat, várható élettartama 3-5 év.
Az ellenállás mérését váltakozó árammal (AC) kell elvégezni, mert az egyenáramú mérés galván hatása gyorsan tönkreteszi a szenzort. Az AC mérés bonyolultabb mérésadatgyűjtő készüléket igényel, kevés ilyen készülék van a piacon. Az Irrometer gyárt olyan interface egységet, amivel a hagyományos adatgyűjtőkhöz is használható a Watermark szenzor.
(https://www.irrometer.com/pdf/sensors/405%20Voltage%20Adapter%20&%20Isolator-WEB.pdf)
A cikket írta: Tóth Csaba, email: toth.csaba(kukac)tmarkt.hu
Következő blog: Tenzió különbség alapú automatikus öntözőkészülékek.
Linkek: SmartGreen tenziométer árlista (készül)
