Jakość wody do fertygacji

Jakość wody stosowanej do nawadniania i fertygacji jest często czynnikiem decydującym o powodzeniu produkcji. W Polsce najczęściej pozyskuje się wodę z ujęć gruntowych. Są to ujęcia płytkie – czerpanie wody z warstw wodonośnych do głębokości 8 m i głębinowe – poniżej tej głębokości. Wody płytkie mogą zawierać różne ilości składników mineralnych wypłukiwanych z gleb (zmienny skład chemiczny w ciągu roku) oraz zanieczyszczenia mikrobiologiczne. Wydajność takich źródeł jest niska (zależy zazwyczaj od ilości opadów), ale niskie są też koszty wykonania studni. 

Wody gruntowe głębokie (z ujęć poniżej 8 metrów) są zazwyczaj wolne od zanieczyszczeń mikrobiologicznych, ale mogą mieć również zróżnicowany skład chemiczny, zależny od budowy geologicznej warstw wodonośnych. Zazwyczaj skład chemiczny wody z danej studni jest dość stabilny, wystarcza więc jedna analiza w roku. Woda głębinowa jest zazwyczaj twarda (duże ilości związków wapnia i magnezu), może też zawierać duże ilości żelaza i manganu (zatykanie kapilar). Dyskwalifikująca dla wody jest podwyższona koncentracja sodu i chlorków. Wody głębinowe są zimne – zazwyczaj około 10–12^oC. Budowa studni głębinowej jest kosztowna – głębokość odwiertu, projekty wodnoprawne.

Alternatywą dla studni mogą być ujęcia powierzchniowe – rzeki, strumienie, rowy, jeziora, stawy. Mają bardzo zmienny skład i bywają zanieczyszczone fizycznie, chemicznie i biologicznie. 
Do nawadniania doskonale nadają się wody deszczowe. Są naturalnie miękkie i kwaśne, o niskiej zawartości soli. Wody deszczowe warto więc zbierać z każdego dachu, zwłaszcza jeżeli uprawia się rośliny wrażliwe na zasolenie oraz rozsady. Można je również mieszać z gorszej jakości wodami z ujęć gruntowych lub powierzchniowych. 
Do nawadniania warzyw można również wykorzystywać wody wodociągowe przeznaczone dla gospodarstw domowych. Są one zazwyczaj wystarczająco dobrej jakości, ale bardzo drogie. 

[Natlenianie wody sprzyja wytrącaniu się tlenku żelaza]

Uzdatnianie wody

Jakość wody można poprawić różnymi technikami filtrowania. Najłatwiejsze do usunięcia są zanieczyszczenia mechaniczne. Dzięki systemowi filtrów dość łatwo, skutecznie i stosunkowo niskim kosztem można wyeliminować ciała stałe tworzące w wodzie zawiesinę. Do usuwania dużych cząstek można wykorzystać naturalne zjawisko sedymentacji, czyli ich samoistnego opadania pod wpływem grawitacji. Ta metoda wymaga zbiorników o dużej powierzchni (ruch wody musi być jak najwolniejszy). 

[Stacje uzdatniania wody]

Zanieczyszczenia mechaniczne i biologiczne usuwają filtry piaskowo-żwirowe. Woda przepływa w nich przez złoże filtracyjne, zbudowane według schematu od najgrubszych frakcji żwiru do najdrobniejszych piasku. Filtry są praktycznie bezobsługowe, tylko co jakiś czas trzeba je przepłukać, przepuszczając wodę w odwrotnym kierunku na tzw. rewersie. Płukanie filtra może być ręczne lub automatyczne. Zaletą tego typu filtrów jest wysoka skuteczność, prostota budowy, niskie koszty eksploatacji i łatwość obsługi. W filtrach piaskowo-żwirowych można również częściowo usunąć zanieczyszczenia chemiczne (wodorotlenki żelaza i manganu) oraz część zanieczyszczeń mikrobiologicznych. Najdrobniejsze zanieczyszczenia usuwa się na filtrach dyskowych, które należy obowiązkowo instalować w systemach nawodnieniowych z kroplowym wydatkowaniem cieczy.

Do oczyszczania wody służą też hydrocyklony, pracujące na zasadzie siły odśrodkowej. Woda przepływająca przez urządzenie jest wprowadzana w szybki ruch kołowy i pod wpływem siły odśrodkowej następuje oddzielanie cząstek stałych od roztworu. Hydrocyklonami usuwa się zanieczyszczenia średniej wielkości. Jest to metoda szybka i wydajna. Do usuwania dużych zanieczyszczeń mechanicznych używa się również filtrów siatkowych. 

Czystość biologiczna

Bardzo niebezpieczne i trudne do wyeliminowania są zanieczyszczenia mikrobiologiczne, mogące zainfekować rośliny. Dlatego konieczna jest profilaktyka, tj. kontrola mikrobiologiczna wody, przede wszystkim z cieków i zbiorników otwartych oraz likwidowanie źródeł infekcji. Skutecznym rozwiązaniem może być dodawanie środków ochrony roślin do wody, ale jest to rozwiązanie kosztowne i niebezpieczne dla środowiska. Jest więc stosowane tylko w sytuacjach stwierdzonego wystąpienia mikroorganizmów chorobotwórczych w wodzie. Z powodu wysokich kosztów inne metody dezynfekcji wody, tj. odkażanie termiczne, ozonowanie lub stosowanie promieniowania UV stosuje się sporadycznie w systemach zamkniętych w uprawach pod osłonami.

[Lampy UV do dezynfekcji wody]

Bardzo skutecznym rozwiązaniem usuwania zanieczyszczeń biologicznych są oczyszczalnie roślinno-gruntowe. Zasada działania jest podobna jak w filtrze piaskowo-żwirowym, z tą różnicą, że woda grawitacyjnie przepływa przez kolejne warstwy biologiczne i sedymentacyjne. Ten typ filtrowania nie wymaga dużych nakładów energii (do pracy nie jest potrzebne ciśnienie). Dodatkowym elementem takiej oczyszczalni są rośliny (tatarak, trzcina, wierzba), które absorbują część zanieczyszczeń. Niestety, oczyszczalnie roślinno-gruntowe wymagają dużych powierzchni i znacznych nakładów na zbudowanie złoża, ale za to ich późniejsza eksploatacja jest niekłopotliwa. Zaletą jest wysoka skuteczność oczyszczania wody, niskie koszty eksploatacyjne i brak negatywnego wpływu na środowisko. W takich instalacjach można oczyszczać różne wody odpadowe, np. z przetwórni warzywno-owocowej w gospodarstwie.

Zasolenie – EC

Najtrudniejsze do usunięcia są zanieczyszczenia chemiczne, czyli rozpuszczone w wodzie związki chemiczne, czasem fitotoksyczne. Podstawowymi parametrami chemicznymi branymi pod uwagę są odczyn, zasolenie (warzywa są w dużym procencie gatunków wrażliwe na zasolenie podłoża) i twardość wody. Obecnie standardem staje się wyrażanie ogólnego stężenia soli, potocznie zwanego zasoleniem, w jednostkach przewodności elektrolitycznej roztworu EC. Przewodność mierzy się za pomocą konduktometru i wyraża milisimensach na centymetr (mS∙cm^–1). Im więcej jonów jest rozpuszczonych w wodzie, tym większe EC. Nawadnianie wodą o wysokim EC powoduje stopniowy wzrost zasolenia gleby, a co za tym idzie – stres solny. 

W naszym kraju zazwyczaj nie ma problemu ze zbyt wysokim zasoleniem wód do nawodnień (a występuje w krajach południowej Europy). Problem może występować, jeżeli używa się wody z oczyszczalni lub przemysłu. Dla większości ujęć EC wody wynosi poniżej 0,75 mS∙cm^–1, co kwalifikuje je jako zasolone w stopniu niskim lub umiarkowanym. 

Które niepożądane?

Jony rozpuszczone w wodzie mogą w różnorodny sposób wpływać na rośliny, np. wywoływać stres solny z powodu wzrostu ciśnienia osmotycznego lub być toksyczne w dużych stężeniach (bor, molibden, mangan, glin, bar, lit). Gdy zasolenie jest spowodowane jonami, będącymi składnikami pokarmowymi (NO₃^–, K⁺, Ca⁺², Mg⁺², SO4^–2) nie stanowi to zazwyczaj problemu, pod warunkiem, że nie występują w patologicznym nadmiarze. Sytuacja jest znacznie gorsza, gdy wywołują je tzw. składniki balastowe (Cl^–, Na⁺, HCO3^–, SO4^–2). 

Szczególne znaczenie dla jakości wody do podlewania ma występowanie żelaza, które jest potrzebne roślinom jako mikroelement i jest tolerowane przez nie w dużych stężeniach, ale jego nadmiar może niekorzystnie wpływać na pracę kropelkowych systemów nawodnieniowych. Analizując wody pod kątem ich przydatności do podlewania, należy oznaczać ilość Fe rozpuszczalnego i ogólnego. Mechanizm tego procesu jest następujący, jony żelaza w kontakcie z tlenem rozpuszczonym w wodzie tworzą wodorotlenek żelaza, wg reakcji:

Fe⁺³ + 3OH^–→Fe(OH)₃

Powstały wodorotlenek żelaza wytrąca się w postaci żelowego osadu i zapycha kapilary. Skuteczną metodą pozbycia się nadmiaru żelaza i manganu jest stosowanie specjalnych filtrów, tzw. odżelaziaczy lub napowietrzanie wody w otwartych zbiornikach. Jest to jeden z niewielu przykładów skutecznego i w miarę taniego usuwania zanieczyszczeń chemicznych. W ten sposób można oprócz żelaza wyeliminować z wody nadmiar manganu, który oprócz zapychania kapilar jest bardzo fitotoksyczny.

Problem twardości wody

Twardość wody jest spowodowana głównie obecnością kwaśnych węglanów wapnia i magnezu i nazywa się twardością węglanową (przemijającą). Oprócz tego wyróżnia się twardość niewęglanową, wywołaną obecnością innych jonów, przede wszystkim chlorków, azotanów, siarczanów i krzemianów. Do wyrażania twardości wody używa się różnych jednostek. W Polsce najczęściej stosuje się stopnie niemieckie (^odH lub on) lub miligramorównoważniki jonów wapnia i magnezu w 1 dm³ wody (mval∙dm^–3).

1^odH = 10 mg CaO∙dm^–3 = 7,1 mg Ca∙dm^–3

1^odH = 17,8 mg MgO∙dm^–3 = 10,7 mg Mg∙dm^–3

1 mval = 2,8 ^odH

Tab. 1. Przydatność wody do podlewania roślin ogrodniczych (Breś i in. 2003, zmodyfikowane)

Tab. 2. Dopuszczalne zawartości niektórych składników w wodach stosowanych w zamkniętych systemach fertygacyjnych (Breś i in. 2003)

Tab. 3. Klasyfikacja wody pod względem twardości 

dr Piotr Chohura, UP Wrocław

fot. Chohura, Wieczyński