Защита от слана на овошки и лозя
В последните години овощните градини и лозята са засегнати сериозно от пролетни и есенни слани. Наблюдават се традиционни слани до -3ºС ÷ -4ºС и мразове до -8ºС. Докато овошките са податливи предимно на пролетните осланявания, които се отразяват негативно на стопанската година на овощарите, то при лозята и особено младите лози, към негативните природни явления се причисляват все повече и есенните студове. На овощарите и лозарите се налага да вземат мерки за защита от сланите, когато явлението се проявява често /два и повече пъти на пет години/ в определен район.
Мероприятията по защита от слани се делят най-общо на пасивни и активни. Пасивните дейности са тези, извършени преди поява на сланите и включват избор на място за отглеждане, поддръжка на терена, почвена влажност и други. Активните дейности включват защита чрез над коронно дъждуване, под коронно дъждуване, палене на слама за пушек, палене на печки с твърдо гориво, свещи и други емитери на топлина, защита чрез машини на газ – стационарни и мобилни, защита с перки против слана и хеликоптери. При различните видове защита важна роля играят метеорологични, физични и химични явления, които ще обясним накратко преди да разгледаме и самите методи за защита от слана.
Хортисмарт Солюшънс предлага цялата гама от работещи активни и пасивни решения против пролетните и есенни слани. Целта ни е да се предлагат финансово оправдани методи на защита на овощните градини и лозята, които са предназначени за конкретен терен и съобразени с отглежданите култури и сортове, дори с навиците и възможностите на даден овощар. Разбира се има и редица действия от пасивен характер, които е добре да се имат предвид от фермерите, които искат да се занимават професионално с овощарство и лозарство. Редица дадености у нас за съжаление пречат да се ползват най-благоприятните за определена култура терени, подложки и сортове. За това ще говорим и за пасивна защита от слана.
Нека сега разгледаме някои основни принципи и явления свързани със сланите и възможностите за противодействие. Най-добрата защита е правилния избор на място, което както вече споменахме не винаги е възможно у нас. Много важно е да се осигури и добър мониторинг на климата в района на градината. За целта Хортисмарт Солюшънс предла климатични станции и сензори, които да ни дават надеждна информация за параметрите на климата и да ни осигуряват натрупване на база от данни, полезна при вземане на решения за осигуряване на оптимални условия за развитие на отглежданите култури. Ще разгледаме основните методи за пасивна и активна защита, като отбелязваме принципите, на които се базират.
Основни методи за защита от слана
- Избор на правилно място за отглеждане на определена култура. Пасивен метод за защита, който се пропуска в началната фаза на инвестицията, а играе ключова роля за оптимално отглеждане на овошки и лозя. Тук влизат и важни мерки като изграждане на бариери на пътя на катабатичния вятър и просеки за лесното му дрениране в краищата на парцелите. Целта е въздухът да се движи бързо през градината и да не остава в нея за дълго.
- Смесване на въздушните маси с цел използване на най-големия резервоар за топлина – въздуха и предотвратяване на разслояването на въздушните маси. /перки против слана, машини за вятър и хеликоптери/
- Директно нагряване чрез конвекция /газови горелки, печки на твърдо гориво, свещи, разпръскване на затоплена вода под короните на дърветата и др./
- Излъчване на топлина към растенията /печки на твърдо гориво, подкоронно дъждуване, стационарни газови горелки и др./
- Освобождаване на латентна топлина при замръзване/ замръзване на водата върху дърветата при надкоронно дъждуване или замръзване на водата върху терена при подкоронно дъждуване с микроразпръсквачи/
- Освобождаване на латентна топлина при кондензация на водата / разпръскване на вода при овлажняване, мъгла или дъждуване/
- Прекъсване на излъчването на топлина от земната повърхност с цел да се спре изстиването и сланата. Прекъсването става чрез издигане на бариери като покриване на растенията с полиетилен или мрежа. Правят се опити да се прави бариера с мъгла, за които няма данни да са успешни.
- Използване на почвата като резервоар за топлина. /пасивни методи за защита, като поддържане на почвата без растителност или с ниска такава, както и овлажняване на почвата няколко дни преди сланата, с цел да акумулира повече топлина/
- Термично изолиране – оранжерии за плодове, които покриват изцяло насажденията и ги предпазват от студ.
- Забавяне на цъфтежа /дъждуване над короните на дърветата, пръскане с вар и химикали/
- Засаждане на издръжливи на студ видове и сортове с късен цъфтеж /пасивен метод на защита, който се нарежда по важност веднага след правилния избор на терен/
Видове студ
Студен фронт
Адвектен студ или студен фронт се наблюдава, когато студен въздух духа в определен район и измества наличния дотогава по-топъл въздух. При този вид студ не се наблюдава инверсия и обикновено влажността на въздуха е ниска. Температурите падат и се задържат ниски, включително през деня. Противодействието на този вид студ е трудно и малко активни методи могат да помогнат и опазят цветовете на дърветата през пролетта.
Температурна инверсия
Температурната инверсия се характеризира с ясно време през деня, тихо време без вятър или с много слаб ветрец и температури значително над нулата по Целзий. С настъпване на вечерта при ясно безоблачно време, повече енергия се излъчва от растенията в градината, отколкото те получават и температурите съответно се понижават. Температурата пада много бързо в близост до излъчването на енергията, в случая това са почвата и растенията, и се издига нагоре над земната повърхност. Наблюдава се явлението температурна инверсия.
Ако има как да измерите температурата във височина ще установите точка, в която температурата започва отново да се понижава. Това е мястото на тавана на инверсията. Обикновено висок таван на инверсията се наблюдава при малки разлики в температурата близо до земната повърхност и във височина. При нисък таван на инверсията, температурата се повишава значително с издигане по височина. На снимката на JohanTheGhost (Photo by S/V Moonrise), се вижда как димът издигащ се от земята се подпира в топлия въздушен слой на температурната инверсия. Инверсията се усилва от 10м нагоре, като може да достигне и до 50-60м във височина. Повечето активни методи за защита залагат на нисък таван на инверсията с по-големи разлики в температурата, за да повишат своята ефективност
ТРАНСФЕР НА ЕНЕРГИЯ
Енергията или преносът на топлина определя колко студено ще стане и колко ефективни ще са методите за противодействие на сланите. Процесите обвързани с обмен на енергия са: Излъчване, Проводимост, Конвекция /пренасяне/ и Скрита топлина. Разбирането на тези механизми на трансфер на енергия е много важно за избор работещ метод за защита и правилно управление на дейностите в противодействие на сланите.
Излъчване
Излъчването е електромагнитен трансфер на енергия. Прекрасен пример за това е слънчевата енергия, която се излъчва от слънцето на голямо разстояние от земята, но въпреки това достига земната повърхност и нагрява предметите, до които достига. Значително по-студени предмети на земята също излъчват топлина. Тук примерът е с почвата и дърветата, които се загряват от слънцето през деня, но при ясна нощ излъчват топлина към атмосферата и изстиват, като понижават значително своята температура. Когато определен предмет излъчва повече топлина, отколкото приема, той закономерно се охлажда.
Провидимост
Проводимостта се наблюдава като процес на обмен на енергия между предмети, които не се движат. Добър пример за проводимост е преноса на топлина на метален съд, поставен близо до огнище. Стоящите далеч от огъня части на предмета ще се нагорещят, въпреки че не са в пряк допир с пламъците. Проводимостта е важна за обмяната на топлина в почвата, а оттам и за защитата от слана на овошките и лозята.
Конвекция
Конвекцията е процес, при който частици от флуиди, като вода и въздух, при нагряване се придвижват от едно място на друго, като при движението си пренасят топлина. Топлината излъчвана от печките в градината се издига, като се смесва със студения въздух и затопля температурата сред овошките. При работа с печките се наблюдава и процеса излъчване, тъй като печката загрява близко стоящите дървета чрез излъчване на топлина.
Скрита(латентна) топлина
Водата при кондензация, охлаждане и замръзване отделя топлина, като скритата топлина се обръща в осезаема топлина. При промяна на агрегатното състояние на водата се отделя или поема топлина от атмосферата наоколо. Скритата латентна топлина е химическа енергия, която се съхранява във връзките, които държат молекулите на водата заедно, докато осезаемата топлина е тази, която може да се измери с термометър. При преминаване от латентна към осезаема топлина, въздуха наоколо се затопля, а при обратния процес въздуха се охлажда. В таблицата долу се виждат конкретните стойности на отделяната и поеманата от водата топлина при преминаване между различните агрегатни състояния.
Табл.1
Процес | Обмяна на топлина |
| Калории на грам |
Охлаждане на водата от 20°C до 0°C | + 20,0 |
Замръзване на водата при 0°C | + 79,7 |
Охлаждане на леда от 0°C до -5°C | + 2,5 |
Изпаряване на водата при 0°C | – 597,3 |
Водата кондензира при 0°C | + 597,3 |
Водата сублимира /от лед към водни пари/ при 0°C | – 677,0 |
Водата ресублимира /от лед към водни пари/ при 0°C | + 677,0 |
Какви процеси се случват в градините при ясна безоблачна вечер,
без наличие на вятър или със слаб вятър?
При такива нощи топлината се отделя от почвата и растенията чрез излъчване към атмосферата. Малки дози енергия се получават при обратния процес от небето към земята, както и при провеждане на топлина нагоре от почвата и при конвекцията на топъл въздух към по-хладните растения. При ясни нощи повече топлина се отделя, отколкото се получава от растенията. В таблицата е показан баланса на енергиите със стойности за цитрусови насаждения, които не се различават много за каквато и да е друга култура. При облачни условия и мъгла, излъчването към земята е по-високо и зависи от температурата на облаците или водната мъгла, като енергийния баланс се запазва без загуба на топлина.
Съществена роля играе вятъра, който увеличава значително преноса на енергия от въздуха към растенията. Когато в ясни нощи, с опасност от слана, вятъра увеличи скоростта си до 2 м/с или 7,2 км/ч енергийния обмен чрез конвекцията е достатъчно голям, за да компенсира загубата на топлина от растенията и рядко се наблюдават поражения. Скритата енергия на водата е сериозен фактор при дъждуване или микродъждуване, но се пренебрегва при почти всички останали методи на защита и в баланса на енергиите за незащитена овощна градина или лозов масив.
От табл.2 е видно, че загубата на енергия е -18 W/m2 за нощ с опасност от слана. Целта на активните методи за защита от слана е да ползват подобрени показатели за конвекция, проводимост, излъчване или на скритата топлина на водата, за да обърнат баланса към положителен и да се избегне поразяването на цветовете и младите части на дърветата и лозите.
Табл.2
Трансфер на енергия | Интензитет на потока, W/m2 |
Проводимост /от почвата/ | +28 |
Конвекция /от въздуха/ | +39 |
Излъчване надолу към земята | +230 |
Излъчване от земята нагоре | -315 |
Нетна загуба на енергия от растенията | – 18 |
ТЕМПЕРАТУРНА ИНВЕРСИЯ
В ясни безоблачни нощи без вятър, земята излъчва към небето топлина на дълги вълни. Осезаемата топлина във въздуха намалява и температурата близо до повърхността пада значително. Въздухът близко до земята изстива много по-бързо и се получава температурна инверсия, при която температурата се увеличава с издигане по височина. Температурата по целия вертикален разрез намалява, но значително по-бързо близо до повърхността, където се намират и клоните с цветовете на дървета и лози. Процесът се обръща с поява на слънчевите лъчи, които променят негативния баланс, излъчвайки дълговълнова топлина към земята.
Инверсията се онагледява и разбира лесно с използване на съвременни климатични станции със сензори разположени на 1м /или дори 0,5м/ на нивото на най-ниско разположените клонки с цвят, според формировката на насажденията с овошки и лозя и втори сензор на височина 10-11м, което е най-ниското ниво с икономически изгодна за стопаните температурна инверсия. Температурата продължава да нараства по вертикалата.
Хортисмарт Солюшънс предлага на клиентите си климатични станции под наем, с които бързо се установява наличието на температурна инверсия на даден терен.
Фигурите отдолу показват ясно дни с температурна инверсия /долу вдясно/ и такива с адвектен студ /студен фронт – долу вляво/, при които трудно може да се защитят цветовете на растенията от критичните за тях ниски температури. Методите за защита ще бъдат разгледани допълнително.
Температурните инверсии могат да се наблюдават целогодишно на определено място, което прави наблюдението им сравнително лесно, при наличие на специализирана климатична станция, с каквито разполага и предоставя под наем Хортисмарт Солюшънс. На диаграмата отдолу се виждат два последователни дни от края на месец май 2020 година.
През първата нощ се наблюдава инверсия с положителни температури, а на следващата вечер по-скоро се наблюдава нещо като фронт, съпроводен с вятър, който уеднаквява температурите на 1м и 10м над земната повърхност. Много често през деня, когато земята поема излъчваните на дълги вълни слънчеви лъчи, температурата близо до почвата е по-висока от тази на височина от 10м. Това се променя обикновено след залез слънце, като постепенно температурата близо до терена изстива с бързи темпове, а тази на 10м и по-високо се запазва или дори вдига. На тази температурна инверсия разчитат почти всички методи за защита от слана освен над коронното дъждуване. Температурната инверсия е особено важна за машините за вятър, горелките с пропан, печките на твърдо и течно гориво, свещите и др.
На диаграмата отгоре показваме и два дни с извънредно ниски температури до -7°С и -4°С съответно на 17 март и 18 март 2020 година за черешова градина разположена до старозагорското село Сладък кладенец. При температури от -7°С малко методи за защита могат да бъдат полезни, като например дъждуване над короните на дърветата или перка против слана в комбинация с под коронно дъждуване с микроразпръсквачи или печки на твърдо гориво. Методите за защита ще бъдат разгледани допълнително, като на някои от тях ще отделим особено внимание. Нека сега да обърнем внимание на явление, което повечето фермери наблюдават, но в директни разговори дори го отричат, като се поддават на общоприети норми и разбирания. Явлението се нарича катабатичен вятър. Характерно е за районите на полюсите, където се проявява с по-голяма сила, но се получава винаги при наличие на температурна инверсия и осланяване.
Катабатичен вятър
При слана обикновено хората казват, че няма вятър. Това донякъде е вярно, но винаги се наблядава едно течение на въздушните маси, което се нарича катабатичен вятър, известен също като горняк /по данни на Wikipedia/. Катабатичният вятър е низходящ вятър, който носи въздух с висока плътност от голяма надморска височина надолу по склоновете под действието на гравитацията. Катабатичните ветрове могат да се появяват внезапно по склоновете. Катабатичният вятър се поражда от охлаждането на въздуха върху възвишение, плато, планина или ледник. Тъй като плътността на въздуха е обратно пропорционална на температурата, въздухът започва да се спуска надолу, като по пътя си се затопля адиабатно. Температурата на въздуха зависи от района източник, както и от големината на спускането.
Катабатичният вятър играе важна роля при активната защита от слана, като се отразява на предприетите от фермерите дейности. Катабатичният вятър е течението, което се формира при движението на охладените въздушни маси, непосредствено над повърхността на терена. Много овощари в България са го наблюдавали при паленето на слама за пушек. Именно този вятър разнася пушека от сламата в цялата градина. Обикновено сламата се пали от подветрената страна. Пушекът в специализираната литература и статии се определя, като неработещо решение и ако оказва влияние, същото е пренебрежимо малко, в рамките може би на 0,5°С. Мнозина фермери, търсещи сериозно решение на проблема със сланите, дори не са си правили труда да палят слама за пушек.
Все повече овощари разбират безсмислието на това действие, което освен всичко друго им струва пари и време. Тези, които го правят, споделят, че просто не могат да наблюдават сланите безучастно и без да направят опит да спасят реколтата си. Целта на екипа на Хортисмарт Солюшънс е да помогне на овощарите и лозарите да намерят работещото за техните насаждения решение, което да бъде финансово оправдано и със съответната степен на изплащане на инвестицията. Тук фермерите следва да имат разумни очаквания за работата на различните методи и да ги избират не според нетната цена на инвестицията, а според възможностите за приложение и тяхната обоснована ефективност.
Влажност на въздуха. Точката на образуване на роса (втечняване) /Dew point/
Влажността на въздуха е особено важно понятие, когато говорим за защита от слана. Стана ясно, че при промяна на агрегатното състояние на водата се отделя или поема температура, което е съпроводено и с промяна на влажността на въздуха. Влажността на въздуха е важна и с факта, че влажния въздух поема /абсорбира/ повече излъчена топлинна енергия от сухия въздух. Когато температурата на повърхността на почвата достигне точката на втечняване, може да се наблюдава кондензация по повърхностите, при която се отделя топлина и това съответно забавя изстиването. Въздухът с по-висока влажност поема повече излъчена топлина и съответно я задържа по-дълго, като изстива по-бавно.
Сухите и студени ветрове увеличават евапорацията от овлажнените повърхности и може да охладят влажните части на растенията до температури, значително по-ниски от критичните за вида температури, което да има фатален ефект за растението. Това може да се наблюдава често при неправилна експлоатация на система за над коронно дъждуване с вода. Например може да се наблюдава формиране на лед при стартиране на дъждовалната система при температура над 0°С, но без да се следи скалата на мокрия термометър /уред, абсолютно задължителен за правилна експлоатация на надкоронно дъждуване, който Хортисмарт Солюшънс предлага на българските овощари – www.irrigationonline.com /, чиято скала може да бъде значително под нулата в същия момент. Фирмата предлага и климатични станции с мокър термометър, които изпращат аларми за достигане на зададени температури и стартиране на системите за дъждуване. Таблиците, по които се определят стартовите температури и методологията за определянето им ще бъдат разгледани и обяснени в специално посветена на темата статия на Хортисмарт Солюшънс за дъждуване против пролетни слани. Дъждуването спасява растенията и цветовете, като при продължителното му приложение се осигурява повече топлина от замръзване на водата, спрямо загубата на топлина от изпарение при условията на настъпваща слана. В същото време при необезпечен воден запас и рязко спиране на системата за дъждуване, поради липса на вода или работа на същата с по-нисък от необходимото интензитет, се рискува сериозно охлаждане на вече навлажнените части до температури под критичните за вегетационния стадий и загуба на реколта и дори растения. В такива случаи загубите ще са по-съществени, спрямо това дъждуването да не е стартирало изобщо.
Точката на втечняване се определя като температурата, при която въздуха се насища с водни пари, като в същото време въздуха се охлажда поради използването на топлината при този процес. Когато температурата на въздуха е в точката на втечняване, броя на водните молекули, които се изпаряват от гладка и чиста водна повърхност, ще бъде равен на тези, които се кондензират върху нея. Точката на образуване на роса е важна в метеорологията, понеже е в пряка зависимост с количеството на водни пари във въздуха и може да се ползва при определяне на много други променливи, като налягането на парите, относителната влажност, температурата на мокрия термометър и дефицита на водни пари. Всички тези параметри на климата се ползват в умното земеделие за производство на зеленчуци, плодове, грозде и полски и технически култури. В допълнение температурата на точката на оросяване се ползва за предсказване на най-ниската температура за следващата сутрин и опасността за растенията. С тази и друга методология на Калифорнийския университет за предварително изчисляване на най-ниската температура за сутринта ще ви запознаем в отделна статия. Стана ясно, че точката на втечняване Dew point е с голямо значение в борбата със сланите.
Латентна и осезаема топлина на водата за защита от слана
Нека си припомним, че при замръзване, охлаждане и кондензация на водата, температурата около водата се вдига, защото топлината от латентна /скрита/ се променя към осезаема топлина. Латентната топлина е химична енергия, която свързва молекулите на водата заедно, а осезаемата топлина е тази, която може да се измерва с термометър. Когато латентната топлина преминава в осезаема, температурата на въздуха се повишава. Обратно при стопяване на леда, затопляне на водата и изпарение на водата осезаемата топлина преминава в латентна и температурата на въздуха пада надолу.
Общото съдържание на топлина във въздуха е сумата от латентната и осезаемата топлина. Всъщност енергията във влажния въздух е значително повече от тази при сух въздух, при една и съща температура. Обръщали ли сте внимание, че сладоледа се стапя по-бързо при влажен въздух, отколкото при сух въздух.
От таблица 1 се вижда, че при охлаждане на 1 грам вода от 20 до 0 градуса и преминаването и към твърда фаза лед ще се отдели топлина около 419 Джаула, но в същото време при изпарение на този грам вода ще се усвои осезаема топлина 2500 Джаула. Явно е, че за да има баланс трябва да се добавя 6 пъти повече вода, която да се охлажда или замръзва. За щастие нивата на изпарение, при нощи със слана и замръз, са сравнително ниски и е възможно да се осигурява топлина чрез замръзване. Това всъщност се случва при процеса на дъждуване против слана.
От изложеното до тук става ясно, че при нощи със сух въздух и силен вятър трябва да се увеличава интензитета на подаваното водно количество, за да може затоплянето да вземе превес над охлаждането на въздуха и да се опазят цветовете на дърветата. При вледеняването на водата важна роля играе бактерия, която спомага процеса на замръзване при критичните за културите температури от 0 до -5 градуса по Целзий.
Описаните до тук физични и химични процеси имат пряка връзка с активната защита на овошките и лозята от слана и замръз. Изборът на метод за защита от слана е въпрос на икономически анализ. Очевидно, ако покрием градината като в оранжерия, тя ще бъде напълно защитена от сланите, но дали ще ни излиза сметката в края на годината? Много често комбинация от няколко метода за защита е по-удачна от ползването на само един вид защита от слана. Цената на началната инвестиция и тази за текущите разходи през ежегодната вегетация са важни, но е добре да се взема предвид и ефикасността на решенията и степента на възвращаемост на инвестициите.
Машини за вятър
Печки и газови горелки
Защита чрез дъждуване
