Υδατική καταπόνηση και δείκτης CWSI: ένας οδηγός για την άρδευση ακριβείας

Εισαγωγή

Η πίεση του νερού των καλλιεργειών έχει γίνει ένας από τους κύριους κινδύνους για την ιταλική γεωργία: οι ξηρασίες των ποταμών, οι καύσωνες και οι κακοί χειμώνες των τελευταίων ετών έχουν μετατρέψει την άρδευση από συμπληρωματική πρακτική σε στρατηγικό μοχλό για την απόδοση και την ποιότητα. Σύμφωνα με τα στοιχεία του FAO και του ISPRA, η υδατική καταπόνηση επηρεάζει όλο και μεγαλύτερα τμήματα της ιταλικής και ευρωπαϊκής επικράτειας. Η αντικειμενική μέτρηση της υδατικής καταπόνησης, πριν αυτή γίνει ορατή ζημία, είναι πλέον δυνατή χάρη στον δείκτη CWSI που υπολογίζεται από θερμικές εικόνες που λαμβάνονται με drone. Αυτός ο οδηγός εξηγεί πώς λειτουργεί, πώς να τον ερμηνεύσετε, πότε να τον πετάξετε και πώς να τον ενσωματώσετε με αισθητήρες εδάφους και μετεωρολογικούς σταθμούς για να δημιουργήσετε πραγματικά αποτελεσματική άρδευση ακριβείας.

Υδατική καταπόνηση στις καλλιέργειες: αιτίες, φυσιολογία και επιπτώσεις

Η υδατική καταπόνηση των καλλιεργειών είναι η φυσιολογική κατάσταση κατά την οποία το φυτό δεν μπορεί να ικανοποιήσει τη διαπνευστική ζήτηση που επιβάλλει η ατμόσφαιρα με το νερό που είναι διαθέσιμο στο έδαφος. Όταν το έλλειμμα πίεσης υδρατμών(VPD) αυξάνεται και το νερό στο έδαφος λιγοστεύει, τα στομάτια κλείνουν, η φωτοσύνθεση επιβραδύνεται και η θερμοκρασία των φύλλων αυξάνεται: αυτή η θερμική αύξηση που μπορεί να διαβαστεί από απόσταση είναι η φυσική βάση του CWSI.

Οι αιτίες της υδατικής καταπόνησης είναι πολλαπλές: χαμηλότερες χειμερινές βροχοπτώσεις, όλο και συχνότερα καλοκαιρινά κύματα καύσωνα, εδάφη με χαμηλή χωρητικότητα, συστήματα άρδευσης χωρίς ζώνες. Οι επιπτώσεις κυμαίνονται από τη μείωση της απόδοσης έως την απώλεια μεγέθους στους καρπούς, από τη μεταβολή της αναλογίας σακχάρου/οξύτητας στα σταφύλια έως την αποβολή των ανθέων στους ελαιώνες, έως τον κίνδυνο μόνιμης καταπόνησης των νεαρών δενδρωδών καλλιεργειών.

20-50%: Εκτιμώμενη δυνητική εξοικονόμηση νερού για τις γεωργικές εκμεταλλεύσεις που υιοθετούν συστήματα άρδευσης ακριβείας σε ζώνες σε σύγκριση με τα παραδοσιακά ομοιόμορφα συστήματα άρδευσης, με βάση τεκμηριωμένες εμπειρίες στους ιταλικούς τομείς του κρασιού και των οπωροκηπευτικών (πηγή: επεξεργασία δεδομένων FAO Aquastat και εκθέσεων ISPRA σχετικά με την κατάσταση των υδάτων).

Το υδατικό στρες στην αμπελουργία: θετικό ή αρνητικό;

Το αμπέλι είναι μία από τις λίγες καλλιέργειες για τις οποίες είναι επιθυμητός ένας ορισμένος βαθμός υδατικής καταπόνησης. Ένα μέτριο ελεγχόμενο έλλειμμα νερού μεταξύ της βερτισιόν και του τρύγου ευνοεί τη συγκέντρωση σακχάρων, πολυφαινολών και ανθοκυανών, περιορίζει τη βλαστική ζωηρότητα και βελτιώνει τη δυνητική ποιότητα των οίνων, ιδίως στους δομημένους ερυθρούς οίνους και στους ΠΟΠ με ισχυρή εδαφική ταυτότητα.

Ωστόσο, το σημείο ισορροπίας είναι λεπτό: πέρα από ένα ορισμένο όριο, το υδατικό στρες μετατρέπεται σε βλάβη. Το παρατεταμένο κλείσιμο των στομάτων εμποδίζει τη φωτοσύνθεση, μειώνει την ωρίμανση και κινδυνεύει να αφήσει ένα "hangover" στην επόμενη περίοδο. Η αντικειμενική μέτρηση του στρες, με το CWSI ή το δυναμικό των φύλλων, επιτρέπει στον αμπελουργό να παραμείνει εντός του "ποιοτικού" παραθύρου χωρίς να υπερβεί το κρίσιμο όριο.

Υδατική καταπόνηση στην ελαιοκαλλιέργεια, την οπωροκαλλιέργεια και την κηπουρική

Στην ελαιοκαλλιέργεια, από την άλλη πλευρά, η υδατική καταπόνηση πρέπει να ελαχιστοποιείται στα ευαίσθητα στάδια, όπως η καρπόδεση, η καρπόδεση και η διόγκωση των καρπών: έλλειμμα σε αυτές τις φαινολογίες οδηγεί σε καρπόπτωση, χαμηλότερη απόδοση σε λάδι και μείωση του μεγέθους. Στα φρούτα (πυρηνόκαρπα, πυρηνόκαρπα, εσπεριδοειδή) και την κηπουρική η σχέση μεταξύ διαθεσιμότητας νερού και μεγέθους/ποιότητας είναι ακόμη πιο άμεση και οι χάρτες CWSI καθοδηγούν τον προγραμματισμό της άρδευσης κατά ζώνες.

Πώς μετράμε την υδατική καταπόνηση: άμεσες και έμμεσες μέθοδοι

Η μέτρηση της υδατικής καταπόνησης σημαίνει την ποσοτικοποίηση της ισορροπίας μεταξύ του νερού που χάνεται μέσω της διαπνοής και του νερού που είναι διαθέσιμο στο φυτό. Υπάρχουν άμεσες μέθοδοι, που βασίζονται σε εργαστηριακές μετρήσεις ή μετρήσεις πεδίου στο φυτό και στο έδαφος, και έμμεσες μέθοδοι, που βασίζονται στη θερμική και πολυφασματική τηλεπισκόπηση. Οι δύο προσεγγίσεις είναι συμπληρωματικές: οι πρώτες παρέχουν την αναφορά αλήθειας, οι δεύτερες τη χωρική κάλυψη και τη συχνότητα.

Άμεσες μέθοδοι: δυναμικό φύλλων, τενσιόμετρα, ανιχνευτές TDR

Το υδατικό δυναμικό του φυλλώματος που μετράται με θάλαμο Scholander θεωρείται το χρυσό επιστημονικό πρότυπο για την ποσοτικοποίηση της υδατικής κατάστασης των φυτών: εκφράζεται σε MPa (αρνητικό) και έχει γνωστά κατώτατα όρια ανά καλλιέργεια και φαινολογικό στάδιο. Είναι ακριβής, αλλά απαιτεί έμπειρους χειριστές, είναι ακριβής και δεν είναι πολύ επεκτάσιμη σε μεγάλες εκτάσεις.

Από την άλλη πλευρά, τα τενσιόμετρα και οι ανιχνευτές TDR (Time Domain Reflectometry) ή οι χωρητικοί ανιχνευτές μετρούν τη διαθεσιμότητα του εδαφικού νερού σε διάφορα βάθη. Επιτρέπουν τη συνεχή εξ αποστάσεως παρακολούθηση, αλλά αντιπροσωπεύουν ένα σημείο στον αγρό και όχι την πραγματική φυσιολογική απόκριση του φυτού. Για να ξεπεραστεί το όριο της χωρικής αντιπροσωπευτικότητας, κάθε εκμετάλλευση θα πρέπει να καλύπτεται από τουλάχιστον έναν ανιχνευτή ανά ομοιογενή ζώνη (ανά τύπο εδάφους, έκθεση, ποικιλία).

Έμμεσες μέθοδοι: θερμική και πολυφασματική τηλεπισκόπηση

Η τηλεπισκόπηση καλύπτει το χωρικό κενό. Η θερμογραφία με γεωργικά αεροσκάφη μετρά τη θερμοκρασία του θόλου με αισθητήρες υπέρυθρης ακτινοβολίας μεγάλου μήκους κύματος (8-14 μm) και, σε συνδυασμό με τα μετεωρολογικά δεδομένα, τροφοδοτεί τον υπολογισμό του CWSI. Παράλληλα, πολυφασματικοί δείκτες όπως οι NDRE, OSAVI ή ο λόγος ανακλαστικότητας NIR/SWIR παρέχουν συμπληρωματικές πληροφορίες σχετικά με τη βλαστική κατάσταση και την πιθανή περιεκτικότητα του θόλου σε νερό.

Για να εμβαθύνουμε στις πλατφόρμες απόκτησης, είναι χρήσιμο να δούμε την επισκόπηση των αισθητήρες μη επανδρωμένων αεροσκαφών αφιερωμένη στη γεωργία, όπου περιγράφονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των πολυφασματικών και θερμικών αισθητήρων σε διάφορες εποχές και φαινολογίες.

Σχήμα 1: Θερμική λήψη με drone σε αμπελώνα: το βέλτιστο παράθυρο πτήσης είναι το διάστημα 11:00-14:00 σε ηλιόλουστες και σταθερές ημέρες, απαραίτητη προϋπόθεση για ένα αξιόπιστο CWSI.

Ο δείκτης CWSI: ορισμός, τύπος και λειτουργικά όρια

Ο δείκτηςCWSI (Crop Water Stress Index) είναι ένας αδιάστατος δείκτης μεταξύ 0 και 1 που μετρά το επίπεδο υδατικής καταπόνησης μιας καλλιέργειας συγκρίνοντας τη θερμοκρασία του θόλου με δύο θεωρητικές αναφορές υπό τις ίδιες ατμοσφαιρικές συνθήκες: τη θερμοκρασία που θα είχε η ίδια καλλιέργεια απουσία καταπόνησης (καλά ποτισμένη) και τη θερμοκρασία που θα είχε υπό μέγιστη καταπόνηση (τα στομάτια είναι εντελώς κλειστά).

Η φυσιολογική βάση του CWSI είναι απλή: ένα καλά ενυδατωμένο φυτό διαπνέεται και, μέσω της ψύξης από την εξάτμιση, διατηρεί το φύλλωμά του πιο δροσερό από τον αέρα- σε έλλειψη νερού, τα στομάτια κλείνουν, η διαπνοή μειώνεται και το φύλλωμα θερμαίνεται. Ο δείκτης υδατικής καταπόνησης των καλλιεργειών ομαλοποιεί αυτή τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ δύο θεωρητικών ορίων. Στην καθιερωμένη διατύπωση στη βιβλιογραφία (εμπειρική διατύπωση του Idso και θεωρητική διατύπωση του Jackson, 1981) ο δείκτης γράφεται σε κανονικοποιημένη μορφή ως εξής:

CWSI = (dT – dTLL) / (dTUL – dTLL)

όπου dT = Tc – Ta είναι η μετρούμενη διαφορά μεταξύ της θερμοκρασίας του θόλου(Tc, από τη θερμική απεικόνιση) και της θερμοκρασίας του αέρα(Ta), σε °C. Οι δύο όροι αναφοράς είναι:

• dTLL(κατώτεροόριο, κατώτερη γραμμή βάσης): διαφορά Tc – Ta που αναμένεται σε μιακαλά ποτισμένη, πλήρως διαπνεόμενη καλλιέργεια(γραμμή βάσης χωρίς υδατικό στρες). Είναι συνήθως αρνητική, επειδή ο θόλος είναι ψυχρότερος από τον αέρα, και εξαρτάται από το έλλειμμα πίεσης υδρατμών (VPD).
• dTUL(ανώτεροόριο, ανώτερη γραμμή βάσης): αναμενόμενη διαφορά σε μια πλήρως καταπονημένη, μη διαπνέουσα καλλιέργεια με κλειστά στομάτια και θόλο θερμότερο από τον αέρα- θετική τιμή.

Όταν το dT συμπίπτει με την κατώτερη γραμμή βάσης, ο δείκτης είναι 0 (ευημερία του νερού)- όταν συμπίπτει με την ανώτερη γραμμή βάσης είναι 1 (μέγιστη πίεση). Η κατώτερη γραμμή βάσης συνήθως μοντελοποιείται ως ευθεία γραμμή VPD της μορφής dTLL = a – b – VPD, με τους συντελεστές a και b να βαθμονομούνται ανάλογα με το είδος, την ποικιλία και το τοπικό κλίμα. Το VPD(έλλειμμα ατμοσφαιρικής πίεσης) λαμβάνεται από τον μετεωρολογικό σταθμό με την ταυτόχρονη μέτρηση της θερμοκρασίας και της υγρασίας του αέρα.

Τυπικά επιχειρησιακά όρια ερμηνείας είναι:

• CWSI 0 – 0,2: καλό νερό, καλά ποτισμένη καλλιέργεια, καμία παρέμβαση.
• CWSI 0,2 – 0,4: ήπιο στρες- στην ποιοτική αμπελουργία συχνά εμπίπτει στο όριο του ελεγχόμενου ελλείμματος άρδευσης (RDI) που επιδιώκεται μεταξύ μετά και πριν τον τρύγο για τη συγκράτηση της ζωηρότητας και τη βελτίωση της ποιότητας των σταφυλιών.
• CWSI 0,4 – 0,6: μέτρια καταπόνηση- η παρέμβαση άρδευσης πρέπει να αξιολογηθεί για τις περισσότερες καλλιέργειες (οπωρώνες, επιτραπέζιες ελιές).
• CWSI 0,6 – 0,8: σοβαρή καταπόνηση, κίνδυνος μείωσης της απόδοσης και της ποιότητας: παρέμβαση.
• CWSI > 0.8: κρίσιμο στρες, φυσιολογική βλάβη σε εξέλιξη.

Τα κατώτατα όρια είναι ενδεικτικά: πρέπει να βαθμονομηθούν στον αγρό ανάλογα με την καλλιέργεια, τη φαινολογία και τον στόχο παραγωγής. Το ελεγχόμενο έλλειμμα άρδευσης χορηγεί σκόπιμα μικρότερες ποσότητες από τις πιθανές απαιτήσεις σε επιλεγμένα φαινολογικά στάδια, εκμεταλλευόμενο την ανοχή της αμπέλου για τη βελτίωση της αναλογίας φλοιού προς πολτό και του πολυφαινολικού προφίλ των σταφυλιών.

Το υδατικό ισοζύγιο FAO-56: από το CWSI στις απαιτήσεις των καλλιεργειών

Το CWSI δείχνει αν η καλλιέργεια βρίσκεται σε κατάσταση στρες σε μια δεδομένη στιγμή- για να εκτιμηθεί πόσο νερό πρέπει να επιστραφεί, απαιτείται το υδατικό ισοζύγιο. Η διεθνής μέθοδος αναφοράς είναι ο συντελεστής καλλιέργειας που περιγράφεται στο FAO Irrigation and Drainage Paper 56, ο οποίος υπολογίζει την εξατμισοδιαπνοή της καλλιέργειας ως εξής:

ETc = Kc × ET0

όπου ETc είναι η εξατμισοδιαπνοή της καλλιέργειας (mm/ημέρα), δηλαδή το νερό που χάνεται πραγματικά από το σύστημα έδαφος-φυτό- ET0 είναι ηεξατμισοδιαπνοή αναφοράς (mm/ημέρα), η οποία υπολογίζεται με την εξίσωση FAO-56 Penman-Monteith σε ένα πρότυπο λιβάδι αναφοράς από την καθαρή ακτινοβολία, τη θερμοκρασία, την υγρασία και την ταχύτητα του ανέμου- Kc είναι ο συντελεστής καλλιέργειας (χωρίς διαστάσεις), ο οποίος διορθώνει την ET0 ανάλογα με το είδος, το φαινολογικό στάδιο και την αρχιτεκτονική του θόλου. Ο μετεωρολογικός σταθμός του αγροκτήματος παρέχει τις εισροές για την ET0, ενώ ο Kc σαρώνει την περίοδο άρδευσης ανά φαινολογικό στάδιο.

Οι ενδεικτικές τιμές Kc για τα μεσογειακά δέντρα (FAO-56 και τοπικές προσαρμογές, που πρέπει και πάλι να βαθμονομηθούν ανάλογα με την περιοχή και το σύστημα καλλιέργειας) είναι:

• Αμπέλι οινοποιήσιμο (σύστημα spalier): βλάστηση Kc ≈ 0,30-0,45- πλήρης βλάστηση/ανθοφορία Kc ≈ 0,70-0,80- βλαστική ωρίμανση Kc ≈ 0,45-0,60
• Ελιά: βλαστική επανέναρξη Kc ≈ 0,55-0,65, ανθοφορία/ωρίμανση έως ≈ 0,65-0,70, ανάπτυξη/ωρίμανση πυρηνόκαρπων Kc ≈ 0,50-0,65, μειωμένη σε ξηρό καθεστώς.

Η διασταύρωση μεταξύ του θεωρητικού ισοζυγίου (ETc) και των φυσιολογικών δεδομένων (CWSI) είναι η καρδιά της μεθόδου: εάν το CWSI δείχνει συνεχή πίεση ενώ το ισοζύγιο είναι ισορροπημένο, είναι ένα σημάδι ότι το υιοθετημένο Kc πρέπει να επικαιροποιηθεί ή ότι το σύστημα κατανέμει το νερό άνισα.

Όταν πετάτε με θερμικό drone

Η ποιότητα του CWSI εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις συνθήκες απόκτησης θερμικών δεδομένων. Το βέλτιστο παράθυρο είναι το χρονικό διάστημα 11:00-14:00, σε ηλιόλουστες, σταθερές και θυελλώδεις ημέρες, ιδανικά με καθαρό ουρανό για τουλάχιστον 30-60 λεπτά πριν από την πτήση. Υπό αυτές τις συνθήκες η διαφορά μεταξύ καλά ποτισμένου και καταπονημένου θόλου φτάνει στη μέγιστη θερμική αντίθεση και ο υπολογισμός του CWSI είναι αξιόπιστος.

Από την άλλη πλευρά, θα πρέπει να αποφεύγονται οι πτήσεις σε ημέρες με συννεφιά ή με μεταβλητή κάλυψη (ο θόλος ψύχεται ανομοιόμορφα), παρουσία ισχυρού ανέμου (αναταράξεις στις θερμοκρασίες του θόλου) ή κατά την ανατολή/δύση του ηλίου (πολύ χαμηλά θερμικά δέλτα). Η πρόσφατη παρουσία βροχής ή άρδευσης μεταβάλλει επίσης τα δεδομένα για λίγες ώρες.

Το επιχειρησιακό πρωτόκολλο απαιτεί τη μέτρηση της θερμοκρασίας του αέρα και της VPD ταυτόχρονα με την πτήση με τον τοπικό μετεωρολογικό σταθμό: χωρίς αυτές τις παραμέτρους, δεν είναι δυνατόν να οριστούν σωστά οι γραμμές βάσης dTLL και dTUL και το CWSI παραμένει ποιοτικά αναγνώσιμο αλλά ποσοτικά αναξιόπιστο. Η τυποποίηση των συνθηκών λήψης (ηλιόλουστο μεσημέρι, καθαρός ουρανός, σταθερή ακτινοβολία, χαμηλός άνεμος) είναι αυτή που καθιστά τους χάρτες υδατικής καταπόνησης από το ίδιο αγρόκτημα συγκρίσιμους διαχρονικά.

11:00-14:00: Συνιστώμενο χρονικό παράθυρο για θερμικές πτήσεις για τον υπολογισμό του CWSI σε μεσογειακές συνθήκες: μέγιστη θερμική αντίθεση μεταξύ καλά ποτισμένου και καταπονημένου θόλου, καθαρός ουρανός και υψηλή VPD.

Από το χάρτη θερμότητας στο σχέδιο άρδευσης

Ένας χάρτης CWSI έχει αξία μόνο αν γίνει σχέδιο άρδευσης. Η τυπική ροή εργασίας περιλαμβάνει πέντε στάδια: σχεδιασμός πτήσης, απόκτηση θερμικής και RGB αναφοράς, επεξεργασία μωσαϊκού και υπολογισμός CWSI, οριοθέτηση σε ομοιογενείς κλάσεις, μετατροπή σε σχέδιο άρδευσης ή χάρτη συνταγών για οριοθετημένα συστήματα μικροάρδευσης. Πρόκειται για μια διαδικασία που ενσωματώνει τη γεωπονία, την όραση υπολογιστών και τη μηχανική της άρδευσης.

Τάξεις οριοθέτησης και παρέμβασης

Η οριοθέτηση χωρίζει τον χάρτη CWSI σε 2-5 ομοιογενείς ζώνες ανά επίπεδο πίεσης. Κάθε ζώνη λαμβάνει μια σταθερή επιχειρησιακή σύσταση: καμία παρέμβαση όπου το CWSI είναι χαμηλό, κανονική άρδευση στο μέσο όρο, ενισχυμένη ή πρώιμη άρδευση όπου το CWSI είναι υψηλό. Σε πολλά αγροτεμάχια, ο χάρτης αποκαλύπτει επίσης διαφορές στο έδαφος ή στο βάθος του εδάφους που καθοδηγούν τον μελλοντικό επανασχεδιασμό του συστήματος άρδευσης.

Συμβατότητα με συστήματα μικροάρδευσης σε ζώνες

Η άρδευση ακριβείας μεταφράζεται σε δράση μέσω χωρικά συμβατών συστημάτων. Οι σταγόνες με τομείς, οι αρθρωτές πτέρυγες βροχής, οι σωλήνες μεταβλητής ροής είναι οι πιο ώριμες τεχνολογίες για την εφαρμογή ενός ζωνικού σχεδίου άρδευσης. Τα συστήματα αυτοματισμού που συνδέονται με ελεγκτές και DSS κλείνουν τον κύκλο, εναλλάσσοντας τις ποσότητες και τις βάρδιες σύμφωνα με τον τελευταίο χάρτη CWSI.

Περιπτώσεις χρήσης: αμπελώνας, ελαιώνας, οπωρώνας, κηπουρική

Οι επιχειρησιακές εφαρμογές του CWSI είναι ευρείες. Στους αμπελώνες DOC/DOCG, καθοδηγεί την ελεγχόμενη διαχείριση του ελλείμματος. Σε ελαιώνες υψηλής εντατικοποίησης εντοπίζει τις περιοχές όπου τα νεότερα φυτά ή εκείνα που βρίσκονται σε ελαφρά εδάφη υποφέρουν πρώτα. Σε οπωρώνες με πυρηνόκαρπα και πυρηνόκαρπα, συμβάλλει στη διασφάλιση του διαμετρήματος στη φάση της διόγκωσης. Στις κηπευτικές και βιομηχανικές καλλιέργειες (αραβόσιτος, τομάτες επεξεργασίας) υποστηρίζει τις εποχιακές επιλογές άρδευσης.

Οι θερμικές και πολυφασματικές έρευνες της υπηρεσίας iDrone περιλαμβάνουν τον υπολογισμό CWSI ως μέρος ολοκληρωμένων πακέτων αγρονομικής ανάλυσης για αλυσίδες εφοδιασμού υψηλής προστιθέμενης αξίας. Παραδείγματα από τον πραγματικό κόσμο αναφέρονται στις μελέτες περίπτωσης της Agrobit που είναι αφιερωμένες σε χάρτες και μοντέλα για την υποστήριξη των αμπελουργών και σε χάρτες και μοντέλα για την υποστήριξη των ελαιοπαραγωγών.

Ενσωμάτωση με επίγειους αισθητήρες και μετεωρολογικούς σταθμούς

Το CWSI από ένα drone φωτογραφίζει το άγχος σε μια στιγμή- για να προγραμματίσετε την άρδευση σε βάθος χρόνου χρειάζεστε συνεχή δεδομένα πεδίου. Ο νικηφόρος συνδυασμός είναι η τριάδα drone + ανιχνευτές εδάφους + ελεγκτής καιρού, που τροφοδοτείται από ένα DSS που συμβιβάζει τις τρεις πηγές και προτείνει ποσότητες και μετατοπίσεις.

Ανιχνευτές εδαφικής υγρασίας

Οι πολυεπίπεδοι χωρητικοί αισθητήρες ή οι αισθητήρες TDR μετρούν την υγρασία σε διάφορα βάθη (συνήθως 20, 40, 60 cm) και δείχνουν σε πραγματικό χρόνο πού "πέφτει" το νερό άρδευσης. Αποτελούν το τέλειο συμπλήρωμα του CWSI: ο χάρτης του drone δείχνει πού υπάρχει πίεση, οι ανιχνευτές δείχνουν αν το έδαφος είναι πραγματικά ελλειμματικό ή αν το ριζικό σύστημα αδυνατεί να απορροφήσει ακόμη και όταν υπάρχει διαθέσιμο νερό.

Φυσικοί και εικονικοί μετεωρολογικοί σταθμοί

Ο μετεωρολογικός σταθμός παρέχει τις παραμέτρους (θερμοκρασία, υγρασία, ακτινοβολία, βροχή, άνεμος) που απαιτούνται για την εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής αναφοράς (ETo) και της VPD. Οι εικονικοί μετεωρολογικοί σταθμοί υψηλής ανάλυσης ενσωματώνουν αριθμητικά μοντέλα και δορυφορικά δεδομένα όταν δεν υπάρχει διαθέσιμος φυσικός σταθμός. Ηδυνητική εξατμισοδιαπνοή αποτελεί τη ραχοκοκαλιά κάθε μοντέλου υδατικού ισοζυγίου καλλιέργειας.

DSS και μοντέλα υδατικού ισοζυγίου

Ένα σύστημα DSS άρδευσης συγκεντρώνει τις τρεις πηγές δεδομένων και υπολογίζει την υπολειπόμενη απαίτηση της καλλιέργειας. Το τυπικό μοντέλο βασίζεται στην εξίσωση FAO-56 (ETc = ETo × Kc), διορθωμένη με τα πραγματικά δεδομένα από τους ανιχνευτές και τον περιορισμό CWSI: εάν το CWSI λέει "πίεση στη θέση της" ακόμη και όταν το θεωρητικό ισοζύγιο είναι ισορροπημένο, είναι ένδειξη ότι το μοντέλο πρέπει να ενημερωθεί με ένα νέο Kc ή ότι το σύστημα άρδευσης έχει ανομοιόμορφη κατανομή. Η εφαρμογή iAgro ενσωματώνει υπερτοπικές μετεωρολογικές προβλέψεις, δορυφορικούς δείκτες (NDMI, ένας άλλος φασματικός δείκτης που χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση της υδατικής καταπόνησης) και μοντέλα καλλιεργειών για την υποστήριξη αυτών των αποφάσεων σε επίπεδο αγροκτήματος.

Επιχειρησιακή περίπτωση: ελεγχόμενο έλλειμμα νερού στον αμπελώνα

Ένας αμπελώνας 25 εκταρίων της Τοσκάνης με Sangiovese ΠΟΠ έχει ενσωματώσει ένα πρωτόκολλο βασισμένο στο CWSI για αρκετές εποχές. Η επιχειρησιακή λογική έχει ως εξής: δύο εποχιακές θερμικές έρευνες (μία μετά την αλλοίωση και μία μετά τον εμβολιασμό) δημιουργούν δύο χάρτες καταπόνησης με βάση τους οποίους βαθμονομείται η διαχείριση της άρδευσης. Ο στόχος δεν είναι να "μηδενιστεί η καταπόνηση", αλλά να διατηρηθεί εντός ενός ποιοτικού παραθύρου-στόχου (CWSI 0,2-0,4) μεταξύ της βερτισιόν και του τρύγου, προστατεύοντας παράλληλα τις πιο ευαίσθητες περιοχές (αμμώδη εδάφη, θερμότερες εκθέσεις).

Οι χάρτες αποκαλύπτουν σημαντικές διαφορές μεταξύ των περιοχών των αγροτεμαχίων: οι περιοχές σε βαθιά εδάφη με χαμηλό CWSI παραμένουν σε καθεστώς "μη άρδευσης", ενώ οι περιοχές σε ελαφριά εδάφη με λιγότερο ανεπτυγμένο ριζικό σύστημα λαμβάνουν στοχευμένες παρεμβάσεις. Διάφορες αναλύσεις στον ιταλικό γεωργικό τομέα δείχνουν ότι ο συνδυασμός τηλεπισκόπησης, ανιχνευτών πεδίου και DSS μπορεί να μειώσει τη συνολική κατανάλωση νερού στον αμπελώνα με την ίδια δυνητική ποιότητα- στην αμπελουργία υψηλής ποιότητας ο στόχος δεν είναι μόνο η εξοικονόμηση νερού αλλά και η καλύτερη κατανομή του.

Σχήμα 2: Από το χάρτη CWSI στο σχέδιο άρδευσης: αμπελουργός και γεωπόνος αποφασίζουν στον αγρό πού θα ενισχύσουν τις σταγόνες ανάλογα με τις περιοχές που βρίσκονται υπό πίεση, διασφαλίζοντας το έλλειμμα ποιότητας στις υπόλοιπες.

Συμμόρφωση με οικολογικά συστήματα και ανακοινώσεις

Η υιοθέτηση πρακτικών άρδευσης ακριβείας συνάδει με τους στόχους της ΚΓΠ 2023-2027 (οικολογικά συστήματα για τη βιώσιμη χρήση των πόρων), την ευρωπαϊκή Πράσινη Συμφωνία και τη στρατηγική " Από το αγρόκτημα στο πιρούνι " για τη μείωση των εισροών. Το PNRR Agri 4.0 και οι περιφερειακές προσκλήσεις (PSR/CSR, ERDF) χρηματοδοτούν αισθητήρες, drones, λογισμικό DSS και κατάρτιση, καθιστώντας ένα πρωτόκολλο CWSI προσιτό και σε μικρές και μεσαίες γεωργικές εκμεταλλεύσεις. Μάθετε περισσότερα για προσκλήσεις και χρηματοδότηση για την ψηφιακή γεωργία είναι διαθέσιμες στο ιστολόγιο Agrobit.

Συχνές ερωτήσεις σχετικά με την υδατική καταπόνηση και το CWSI

Τι είναι ο δείκτης CWSI;

Ο δείκτης CWSI (Crop Water Stress Index) είναι ένας δείκτης χωρίς διαστάσεις που κυμαίνεται από 0 (καθόλου στρες) έως 1 (μέγιστο στρες), ο οποίος μετρά το υδατικό στρες μιας καλλιέργειας συγκρίνοντας τη θερμοκρασία του θόλου με τη θερμοκρασία του αέρα και με θεωρητικές αναφορές μιας καλά ποτισμένης, πλήρως καταπονημένης καλλιέργειας υπό τις ίδιες καιρικές συνθήκες.

Πώς ανιχνεύετε την υδατική καταπόνηση σε ένα αμπέλι;

Ανιχνεύεται με τρεις συμπληρωματικές προσεγγίσεις: άμεσες μετρήσεις (δυναμικό φύλλων με θάλαμο Scholander, τενσιόμετρα ή ανιχνευτές εδαφικής υγρασίας), θερμική τηλεπισκόπηση (χάρτες CWSI από drone) και πολυφασματική τηλεπισκόπηση (NDRE, OSAVI). Η ενσωμάτωση χωρικών δεδομένων (drone) και συνεχών δεδομένων (ανιχνευτές) είναι το πιο ισχυρό επιχειρησιακό μοντέλο.

Μπορείτε να δείτε την πίεση του νερού μέσω δορυφόρου;

Ναι, εν μέρει. Ο δορυφόρος Sentinel-3 και άλλοι θερμικοί αισθητήρες παρέχουν χάρτες επιφανειακής θερμοκρασίας, αλλά με ανάλυση εκατοντάδων μέτρων, η οποία είναι ακατάλληλη για την κλίμακα του σύρματος. Ο δορυφόρος Sentinel-2 στη ζώνη SWIR και με δείκτες όπως ο NDWI παρέχει έμμεσες ενδείξεις. Για τον υπολογισμό ενός CWSI σε κλίμακα γραμμής, το θερμικό drone παραμένει το εργαλείο αναφοράς.

Πότε είναι η καλύτερη στιγμή για μια θερμική πτήση;

Το βέλτιστο παράθυρο είναι το χρονικό διάστημα 11:00-14:00 ηλιακή ώρα σε ηλιόλουστες, σταθερές ημέρες με καθαρό ουρανό για τουλάχιστον 30-60 λεπτά πριν από την πτήση. Θα πρέπει να αποφεύγονται οι μεταβλητοί ουρανοί, οι ισχυροί άνεμοι, οι ακραίες χρονοθυρίδες (ανατολή και δύση του ήλιου) και οι πτήσεις κοντά σε πρόσφατες βροχοπτώσεις ή άρδευση.

Είναι το ελεγχόμενο υδατικό στρες καλό για το κρασί;

Ένα μέτριο έλλειμμα νερού μεταξύ της βερτισιόν και του τρύγου μπορεί να βελτιώσει την πιθανή ποιότητα των δομημένων ερυθρών οίνων: αυξάνει τη συγκέντρωση σακχάρων, πολυφαινολών και ανθοκυανών, περιέχει βλαστική ζωηρότητα και βελτιώνει το οργανοληπτικό προφίλ. Ωστόσο, το παράθυρο ποιότητας είναι στενό: πέρα από το όριο γίνεται ζημιά. Η μέτρηση με το CWSI σας επιτρέπει να παραμείνετε εντός του σωστού παραθύρου.

Πόσα μπορείτε να εξοικονομήσετε με την άρδευση ακριβείας;

Τεκμηριωμένες εμπειρίες σε ιταλικές βιομηχανίες δείχνουν εξοικονόμηση νερού της τάξης του 20-50% σε σύγκριση με τα παραδοσιακά ομοιόμορφα αρδευτικά καθεστώτα, ανάλογα με την καλλιέργεια, τον τύπο του εδάφους και το σύστημα άρδευσης προέλευσης. Η εξοικονόμηση συνοδεύεται από καλύτερη κατανομή του νερού και καλύτερο ποιοτικό έλεγχο της παραγωγής.

Συμπεράσματα

Η Agrobit σχεδιάζει ολοκληρωμένα πρωτόκολλα CWSI για αμπελώνες, ελαιώνες, οπωρώνες και αροτραίες καλλιέργειες: θερμικές έρευνες με drone με το iDrone, ενσωμάτωση με ανιχνευτές πεδίου και μετεωρολογικούς σταθμούς, γεωπονική υποστήριξη για ανάγνωση χαρτών και προγραμματισμό άρδευσης. Μιλήστε με έναν από τους τεχνικούς μας για να δημιουργήσετε τη σωστή ροή για την αλυσίδα εφοδιασμού σας.

▶ Δείτε την υπηρεσία iDrone ▶ Βλέπε αισθητήρες και ελεγκτές πεδίου

Για τις εταιρείες που αναζητούν μια ολοκληρωμένη επιχειρησιακή διαδρομή, το εργαλεία για το αγρόκτημα και γνώσεις για την βιωσιμότητα των τεχνολογιών Agrobit.