Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

SCRI-MINDS – pokročilé zavlažování

Zodpovědné hospodaření se světovými vodními zdroji je jedna z největší výzev 21. století. Platí to i pro USA. Období sucha, růst populace, rozšiřující se urbanizace, přečerpávání podzemní vody a přerozdělování dostupné povrchové vody, to vše ve Spojených státech amerických přispívá k výraznému úbytku čerstvé vody. Právě těmito problémy se zabývá projekt SCRI-MINDS, který nedávno skončil a který tento článek shrnuje.

 
Na území USA je největším spotřebitelem vody zemědělství: k zavlažování se používá celkem 62 % veškeré vody (podzemní i povrchové), a v mnoha regionech proto není současná zemědělská spotřeba dlouhodobě udržitelná. V roce 2013 bylo více než 22,4 milionu hektarů země uměle zavlažováno, z toho na 72 % půdy byly k tomuto účelu použity mikrozavlažovacími systémy a postřikovače.
 

Řešení přináší PlantPoint

K vyřešení zmíněných problémů jsou v zemědělství třeba nové a lepší nástroje, které farmářům usnadní práci a zefektivní využití vody. V rámci projektu SCRI-MINDS, dotovaného z fondu Specialty Crops Research Initiative (SCRI) amerického ministerstva zemědělství USA, byl k zavlažování podle aktuálních potřeb rostlin vyvinut pokročilý bezdrátový systém pro měření parametrů půdy a prostředí s vestavěnou řídicí jednotkou k ovládání zavlažování, hnojení, popř. ošetřování rostlin. Bezdrátový systém WSC (Wireless Sensor Control), který se skládá z monitorovacích, retranslačních a řídicích jednotek, je nyní dostupný na trhu pod názvem PlantPoint (obr. 1). Součástí projektu SCRI-MINDS byl také vývoj pokročilého monitorovacího a řídicího softwaru, který dále rozšiřuje možnosti systému PlantPoint.
 
Od bezdrátového systému PlantPoint si autoři projektu slibují zlepšení především v těchto oblastech:
  • snížení spotřeby vody,
  • zvýšení úrody a kvality plodin,
  • přesné řízení zavlažování,
  • prediktivní zavlažování,
  • přesné dávkování živin,
  • poskytování informací v reálném čase,
  • snížení pracnosti.
 
Systém PlantPoint je složen z bezdrátových monitorovacích uzlů, řídicích uzlů, rádiových bran a řídicí stanice Smartbase. K monitorovacímu uzlu je možné připojit až pět senzorů (např. půdní a vzdušné vlhkosti, teploty půdy a vzduchu, vodivosti, povrchového napětí, větru apod.). Řídicí uzly umožňují připojit jen dva senzory (např. průtokoměr a snímač vodivosti pro zjišťování kvality vody), zato mají čtyři řídicí výstupy k ovládání ventilů, tedy např. pro čtyři zavlažovací zóny. Celý systém je sestaven metodou plug-and-play – všechny části systému se mezi sebou automaticky najdou a navážou komunikaci. Rádiový modul monitorovacích a řídicích uzlů podporuje různé frekvence, aby mohl pracovat po celém světě bez ohledu na různá legislativní omezení. Například v Americe a Kanadě používá frekvenční pásmo 900 MHz, v Evropě 868 MHz. Tyto rádiové moduly komunikují se vzdálenou stanicí SmartBase, která má na starosti všechny monitorovací a řídicí uzly okolo sebe. Stanice SmartBase komunikuje s dalšími stanicemi prostřednictvím sběrnice Ethernet (IEEE 802.3af), a to buď přes kabelové připojení společně s napájením, nebo bezdrátově rádiovým přenosem v pásmu 2,4 GHz. Prostřednictvím Ethernetu jsou potom údaje v podobě webových stránek jednotlivých stanic předávány do řídicího střediska.
 

Ověřeno v praxi

Systém byl experimentálně použit v zahradnictví ve státě Georgia v USA, kde po jeho zavedení výrazně vzrostl zisk především díky zkrácení doby pěstování rostlin, zvláště těch velmi náročných na správné podmínky pěstování (např. pointsettie – vánoční hvězdy, jejíž listy nejrychleji zčervenají jen za správných světelných podmínek a optimálního zavlažování, nebo určitých druhů kvetoucích pokojových rostlin, které nejbohatěji kvetou po vystavení krátkodobému nedostatku vody). Další výrazné faktory byly snížení výdajů za ošetřování rostlin proti nemocem a nižší ztrátovost.
 
Jiným místem, kde byl systém testován, byla lesnická školka v Tennessee. Největším přínosem zde bylo snížení spotřeby vody na zavlažování a zkrácení doby potřebné na správu provozu školky, u obojího o více než polovinu. Zisk zde vzrostl i přesto, že firma čerpá vodu z nedaleké řeky, využívá tedy zdroj vody zadarmo. Měření v této pěstitelské školce ukázalo, že systém je přínosný především pro země, kde je voda nedostatkovou komoditou – jako např. v Kalifornii.
 
Potřetí byl systém zaveden do praxe v zahradnictví ve státě Maryland, kde se ve skleníku pěstují k řezu hledíky větší. Při použití systému byl zaznamenán nárůst výnosu až o 80 %, v závislosti na kultivaru. Prokázána byla i vyšší kvalita květin.
 

Závěr

Na pětiletém projektu SCRI-MINDS pracovalo celkem více než třicet vědců, vývojových pracovníků a studentů. Systém Plant-Point byl uveden na trh v loňském roce. Jeho cílem je především zefektivnit hospodaření s časem a s vodními zdroji při zavlažování. Užití najde zejména v zahradnictvích, lesních školkách, sklenících a na střešních zahradách. Více informací o tomto projektu a jeho použití mohou zájemci najít na na www.smart-farms.org.
Josef Černý
 

Obr. 1. Systém PlantPoint pro řízení zavlažování, hnojení a ošetřování rostlin, výsledek výzkumného projektu SCRI-MINDS, uvedený na trh v loňském roce