ในกระบวนการสังเคราะห์แสงเพื่อการเจริญเติบโตนั้น พืชต้องอาศัยปัจจัยที่สำคัญคือก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ โดยที่ปากใบจะเปิดในเวลากลางวัน เพื่อให้พืชดูดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศเข้าไปใช้ และคายน้ำออกมา เมื่อมีการสูญเสียน้ำอกไปจากพืช ก็จะเกิดแรงดูด ดึงน้ำจากดินผ่านรากและต้นขึ้นมาแทน น้ำที่อยู่ในดินก็ลดลงน้อยลง จนในที่สุดก็จะไม่เหลือพอให้พืชดูดไปใช้ พืชก็จะเหี่ยวแห้งตายไป
โดยปกติ ฝนที่ตกลงมาจำนวนพอเหมาะจะช่วยรักษาสมดุลของน้ำในดินไว้ แต่ปรากฏการณ์ดังกล่าวนี้ในธรรมชาติไม่มีฝนตกลงมาตลอดปี ดังนั้นการให้น้ำจึงเป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับพืช เพื่อชดเชยน้ำฝนในธรรมชาติที่ขาดหายไป หลักการให้น้ำแก่พืชที่สำคัญคือ ต้องมีความรู้ความเข้าใจเรื่องดิน น้ำ และพืช เพื่อกำหนดว่าจะให้น้ำปริมาณเท่าไร และเมื่อไรก่อน จึงจะนำข้อกำหนดต่างๆ เหล่านี้ไปออกแบบวางผังเดินท่อน้ำ ตลอดจรเลือกใช้หัวฉีดฝอยหรือหัวสปริงเกอร์ และเครื่องสูบน้ำได้อย่างถูกต้อง
ความสัมพันธ์ระหว่าง ดิน น้ำ และพืช
ดินเป็นฐานให้พืชใช้เป็นที่ยึดเกาะ เป็นแหล่งให้น้ำ ธาตุอาหาร และอากาศที่สำคัญของพืช โดยที่น้ำจะเป็นตัวละลายธาตุอาหารที่อยู่ในดิน ให้อยู่ในสภาพของสารละลาย ซึ่งพืชสามารถลำเลียงไปสร้างความเจริญเติบโตได้ ขบวนการเจริญเติบโตของพืชจึงมีความสัมพันธ์มากกับดิน และน้ำในดิน การเปลี่ยนแปลงใดๆ ที่เกิดขึ้นกับดิน และสภาวะของน้ำในดิน ย่อมส่งผลกระทบโดยตรงกับการเจริญเติบโตของพืช ดังนั้น ถ้าเข้าใจความสัมพันธ์ของดิน น้ำและพืชเป็นอย่างดีก็สามารถให้น้ำแก่ดินได้ตรงกับความต้องการของพืชใน ปริมาณและจังหวะเวลาที่เหมาะสม
ดินมีคุณสมบัติหลายประการ แต่คุณสมบัติที่เกี่ยวข้องกับการให้น้ำคือ การซึมน้ำ ซึ่งเกิดจากการเคลื่อนที่ของน้ำจากผิวดิน เข้าไปในช่องว่างระหว่างเม็ดดินด้วยแรงดึงดูดของโลก และแรงเนื่องจากความกดดันของน้ำที่ขังอยู่บนผิวดิน ถ้ามีหน่วยต่อเวลา เช่น มม./ชม. ก็เรียกว่า อัตราการซึมน้ำของดิน อัตราการซึมน้ำนี้เป็นข้อมูลที่จะนำไปใช้มนการออกแบบระบบการให้น้ำ โดยเป็นตัวกำหนดอัตรา และระยะเวลาของการให้น้ำ เพื่อที่จะได้จัดส่งน้ำในอัตราและปริมาณที่เพียงพอกับความต้องการใช้น้ำของ พืช
ตาราง แสดงอัตราการซึมน้ำของดิน
ชนิดของดิน | อัตราการซึมน้ำของดิน(มม./ชม .) |
ดินทราย | มากกว่า 20 |
ดินร่วนปนทราย | 10 - 20 |
ดินร่วน | 5 - 10 |
ดินเหนียว | 1 - 5 |
น้ำหรือความชื้นในดิน ถ้ามีอยู่ในอัตราส่วนที่พอเหมาะก็จะเป็นประโยชน์ต่อพืช แต่ถ้ามีปริมาณมากเกินไป ก็สามารถให้โทษต่อพืชที่ปลุกได้เช่นกัน ความชื้นในดินแบ่งออกได้เป็น 3 ระดับ คือ
1. ความชื้นที่จุดอิ่มตัว เป็นสภาวะที่น้ำเข้าไปแทนที่ช่องว่างระหว่างเม็ดดินเต็มทุกช่องว่าง จนไม่มีอากาศเหลืออยู่เลย หรืออาจจะมีอยู่บ้างในช่องว่างขนาดเล็กๆ แต่มีปริมาณน้อยมาก และน้ำที่อยู่ในช่องว่างทั้งหมดจะเป็นปริมาตรของน้ำสูงสุดที่ดินจะเก็บไว้ ได้ชั่วระยะเวลาหนึ่ง
2. ความชื้นชลประทาน เป็นระดับความชื้นที่ดินสามารถอุ้มไว้ได้ หลังจากน้ำถูกระบายออกไปหมดแล้ว โดยต้านทานกับแรงดึงดูดของโลก ในสภาวะนี้ปริมาณน้ำที่เหลืออยู่ในช่องว่างขนาดใหญ่ จะอยู่ได้ด้วยแรงดึงระหว่างโมเลกุลของน้ำกับเม้ดดิน ซึ่งมีค่ามากกว่าแรงดึงดูดของโลกที่ทำต่อโมเลกุลของน้ำ
ตาราง แสดงความสามารถในการอุ้มน้ำของดินชนิดต่างๆ
ชนิดของดิน | ความสามารถ ในการอุ้มน้ำของดิน (ม.ม. น้ำ/ซ.ม. ดิน) | ||
รวมทั้งหมด | พืชนำไปใช้ ได้ | พืชนำไปใช้ ไม่ได้ | |
| ดินทราย | 0.65 - 1.50 | 0.35 - 0.85 | 0.30 - 0.65 |
| ดินร่วนปนทราย | 1.50 - 2.30 | 0.75 - 1.15 | 0.75 - 1.15 |
| ดินร่วน | 2.30 - 3.40 | 1.15 - 1.70 | 1.15 - 1.70 |
| ดินร่วนปนตะกอนทราย | 3.40 - 4.00 | 1.70 - 2.00 | 1.70 - 2.00 |
| ดินร่วนปนดินเหนียว | 3.60 - 4.15 | 1.50 - 1.80 | 2.10 - 2.35 |
| ดินเหนียว | 3.80 - 4.15 | 1.50 - 1.60 | 2.30 - 2.55 |
3. ความชื้นที่จุดเหี่ยวเฉาถาวร เป็นความชื้นในดินที่พืชไม่สามารถดูดไปใช้ให้เพียงพอต่อการคายน้ำได้อีกต่อ ไป พืชบางชนิดจะเกิดอาการเหี่ยวเฉาให้เห็นอย่างชัดเจนเมื่อความชื้นลดลงมาถึง จุดนี้
หลังจากการให้น้ำ น้ำที่อยู่ระหว่างความชื้นที่จุดอิ่มตัว และความชื้นชลประทาน จะไหลลงสู่เบื้องล่างอย่างรวดเร็วด้วยแรงดูดของโลก พืชสามารถนำไปใช้ได้เพียงเล็กน้อย
ปริมาณของน้ำที่อยู่ระหว่างความชื้นชลประทาน และความชื้นที่จุดเหี่ยวเฉาถาวร เป็นน้ำหรือความชื้นที่พืชสามารถดูดขึ้นไปใช้เพื่อการเจริญเติบโตได้ จนกว่าปริมาณของความชื้นในดินจะลดลงจนถึงจุดเหี่ยวเฉาถาวร น้ำดังกล่าวคือความชื้นที่พืชนำไปใช้ได้ทั้งหมด อย่างไรก็ตาม ในแง่ของการชลประทานหรือการให้น้ำแก่พืช ต้องให้น้ำแก่พืชก่อนที่ความชื้นในดินจะลดลงจนถึงจุดเหี่ยวเฉาถาวร หรือประมาณ 50 % ของความชื้นที่พืชนำไปใช้ได้ทั้งหมด ซึ่งก็ขึ้นอยู่กับชนิดของพืชที่อาจทนแล้งได้มากหรือน้อย
สำหรับพืชแต่ละชนิดนั้นมีความแตกต่างกัน เช่น ราก ทรงพุ่ม ความสามารถในการทนแล้ง ดังนั้น ความต้องการใช้น้ำของพืชในการเจริญเติบโตจึงแตกต่างกัน
ความต้องการใช้น้ำของพืช เกิดจาก 2 กระบวนการคือ กระบวนการคายน้ำ ซึ่งเป็นกระบวนการที่พืชใช้ในการเจริญเติบโต และกระบวนการระเหยน้ำซึ่งเป็นการแพร่กระจายของน้ำในรูปของไอน้ำ จากน้ำที่อยู่บนใบพืช และผิวดินบริเวณต้นพืชสู่บรรยายกาศในเวลากลางวัน ทั้งนี้เมื่อกระบวนการคายน้ำ รวมกับกระบวนการระเหยน้ำจะถูกเรียกว่า กระบวนการคายระเหย หรือความต้องการใช้น้ำของพืช โดยมีหน่วยที่ใช้วัดเป็น ม.ม./วัน
ปัจจัยที่มีผลกระทบต่อความต้องการใช้น้ำของ พืชมีอยู่ 4 อย่างด้วยกันคือ แสงแดด อุณหภูมิ ความชื้น และลม
ความต้องการใช้น้ำของพืชจะสูงเมื่อมีแดดจัด อุณหภูมิสูง ความชื้นต่ำ และลมแรง แต่เนื่องจากการวัดค่าของปัจจัยทางภูมิอากาศหลายๆ อย่างนั้นทำได้ยากและเสียเวลา นักวิทยาศาสตร์จึงได้คิดวิธีประเมินความต้องการใช้น้ำของพืช โดยอาศัยตัวแปรต่างๆ มาทำเป็นสูตรคำนวณ วิธีที่สะดวก และยอมรับกันทั่วไป คือวิธีประเมินเปรียบเทียบกับการระเหยจากถาดระเหยน้ำ ที่เรียกว่า ถาดวัดการระเหยน้ำ มาตรฐานเอ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในสถานีอุตุนิยมวิทยาทั่วไป
ค่าความต้องการใช้น้ำของพืชจึงสามารถคำนวณ ได้จากสูตร ความต้องการใช้น้ำของพืช = อัตราการระเหยน้ำวัดจากถาดวัดการระเหยน้ำ x ค่าสัมประสิทธิ์ของถาดวัดการระเหย x ค่าสัมปรัสิทธิ์ของพืช |
ค่าสัมประสิทธิ์ของถาดวัดการระเหยจะขึ้นอยู่ กับสภาพแวดล้อมที่วางถาดซึ่งเกี่ยวข้องกับความเร็วลม ความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศ ตลอดจนสถานที่วางถาดวัดการระเหยว่าเป็นที่ดินว่างเปล่าหรือมีหญ้าที่ตัดสั้น ล้อมรอบ โดยปกติจะมีค่าระหว่าง 0.35 - 0.85 ในกรณีที่ไม่ทราบค่าแน่นอนมักจะใช้ 0.8
ค่าสัมประสิทธิ์ของพืชจะแปรเปลี่ยนไปตามชนิด และช่วงระยะการเจริญเติบโตของพืช ซึ่งได้จากการทดลอง เช่น พืชตามตาราง ในกรณีที่ไม่ทราบค่าแน่นอนมักจะใช้ 0.8
ช่วงพัฒนาของพืช | ชนิดของไม้ ผล | ||||
ทุเรียน | เงาะ | มังคุด | ส้ม | อื่นๆ | |
| การพัฒนาการทางด้านกิ่งก้าน | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.65 | 0.75 |
| การชักนำการออกดอก | 0.00 | 0.00 - 0.60 * | 0.00 | 0.00 - 0.65* | 0.00 |
| การพัฒนาการของดอก | 0.75 | 0.75 | 0.75 | 0.70 | 0.75 |
| การติดผล | 0.50 | 0.75 | 0.75 | 0.70 | 0.75 |
| การพัฒนาการของผลอ่อน | 0.60 | 0.80 | 0.80 | 0.70 | 0.75 |
| การเจริญเติบโตของผล | 0.85 | 0.85 | 0.85 | 0.75 | 0.80 |
| การเริ่มสุกแก่ | 0.75 | 0.85 | 0.85 | 0.75 | 0.75 |
* ในช่วงการชักนำให้ออกดอกของเงาะและส้ม ต้องผ่านช่วงแล้งระยะหนึ่ง จากนั้นจึงเริ่มให้น้ำอย่างสม่ำเสมอ เพื่อกระตุ้นการออกดอก
สำหรับรากของพืชนั้น พืชแต่ละอย่างจะมีความยาวและลักษณะการกระจายไม่เหมือนกัน รากส่วนใหญ่หากินอยู่บริเวณผิวดิน แผ่ไปตามขนาดของทรงพุ่ม ถ้าหากแบ่งความลึกของรากออกเป็น 4 ส่วน พืชจะได้น้ำส่วนใหญ่จากดิน ตั้งแต่ผิวดินลงไปประมาณ 1/4 ของความลึกของระบบราก โดยใช้น้ำจากในดินส่วนนี้ถึง 40 % แต่ทั้งนี้มิได้หมายความว่า พืชใช้น้ำส่วนนี้ทั้งหมดก่อน แล้วจึงใช้น้ำส่วนที่ลึกลงไป การดูดน้ำไปใช้ของพืชจะเกิดขึ้นที่ทุกระดับความลึกพร้อมๆ กัน แต่ปริมาณน้ำในชั้นนี้สูญเสียไปมาก จะส่งผลกระทบต่อการเจริญเติบโตของพืชได้ การกำหนดเวลาการให้น้ำจึงอาศัยการติดตามระดับความชื้นในดินชั้นบนสุดเป็น เกณฑ์
ตาราง แสดงความลึกของรากพืชที่ใช้ในการดูดน้ำ
ชนิดไม้ผล | ความลึกของระบบราก (ซ.ม.) |
ทุเรียน | 10 - 30 |
เงาะ | 30 - 60 |
มังคุด | 90 - 120 |
ส้มต่างๆ | 120 - 150 |
ไม้ผลอื่นๆ | 100 - 200 |
การให้น้ำแก่พืชนั้นสามารถทำได้หลายระบบ ระบบให้น้ำที่เหมาะสมแก่การนำมาใช้งานนั้นจะถูกกำหนดคุณสมบัติด้วยข้อมูล ต่างๆ คือ ดิน และพืช ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว เช่น อัตราการให้น้ำของระบบให้น้ำที่เลือก จะต้องต่ำกว่าอัตราการซึมน้ำของดิน สำหรับในส่วนของพืชนั้นการกระจายของราก การให้น้ำถูกใบได้หรือไม่เหล่านี้ เป็นต้น จะเป็นตัวบ่งชี้ว่า ควรจะนำระบบให้น้ำแบบใดมาใช้
สิ่งที่สำคัญที่สุดที่จะต้องทราบในการให้น้ำ แก่พืช คือ ต้องรู้ว่าพืชใช้น้ำไปเท่าไร ควรให้น้ำเมื่อใด และจะต้องให้เท่าไร จึงเหมาะสมกับข้อกำหนดของดินและพืช
การให้น้ำในอัตราเท่ากับค่าความต้องการใช้ น้ำของพืช ทุกวันย่อมเป็นไปไม่ได้ เพราะสิ้นเปลืองทั้งแรงงาน และเวลา จึงต้องหาช่วงเวลาที่เหมาะสมที่จะให้น้ำ โดยทั่วไป การ ให้น้ำจะเริ่มเมื่อความชื้นในเขตรากพืชถูกใช้ไปประมาณ 50 % หรือครึ่งหนึ่งความชื้นที่พืชนำไปใช้ทั้งหมด แต่ เปอร์เซ็นนี้อาจเปลี่ยนแปลงได้ ขึ้นอยู่กับการตอบสนองต่อการทนแล้งของพืช
ความชื้นในดินที่ยอมให้ พืชนำไปใช้ได้ = (1/4) x ความลึกของราก x น้ำที่ดินอุ้มไว้ให้พืชนำไปใช้ได้ x 0.5 |
เมื่อได้ค่าความชื้นในดินที่ยอมให้พืชนำไป ใช้ได้แล้ว ก็คำนวณว่าควรจะให้น้ำเมื่อไร หรือเรียกว่ารอบเวรของการให้น้ำ ซึ่งก็หมายความว่าเมื่อให้น้ำวันใดแล้ว เว้นไปอีกกี่วันจึงจะให้น้ำอีกครั้ง เป็นเช่นนี้เรื่อยไป
รอบเวรของการให้น้ำ = ความชื้นในดินที่ยอมให้พืชนำไปใช้ได้ / ความต้องการใช้น้ำของพืช |
การให้น้ำแต่ละครั้งนั้น ต้องทราบปริมาณของน้ำด้วย ซึ่งค่านี้ก็คือ
ปริมาณน้ำที่จะให้ในแต่ละรอบเวร = ความชื้นในดินที่ยอมให้พืชนำไปใช้ได้ / (รอบเวรของการให้น้ำ x ความต้องการใช้น้ำของพืช) |
ระบบให้น้ำแต่ละระบบไม่มีประสิทธิภาพในการ จ่ายน้ำให้แก่ดินได้ 100 % เต็ม ดังนั้น การให้น้ำจะต้องนำจำนวนเปอร์เซนต์ของน้ำส่วนที่ขาดไปมาเพิ่ม เพื่อให้น้ำได้คืนสู่ดินเท่ากับที่พืชใช้ไป โดยปกติ ระบบให้น้ำแบบสปริงเกอร์มีประสิทธิภาพ 70 - 80 % มินิสปริงเกอร์ 80 - 90 % และน้ำหยด 90 - 95 % ดังนั้น ปริมาณน้ำที่จะให้ในแต่ละรอบเวรที่แท้จริง คือ
ปริมาณน้ำที่จะให้ในแต่ละ รอบเวร = (รอบเวรของการให้น้ำ x ความต้องการใช้น้ำของพืช) / ประ สิทธิภาพของระบบให้น้ำ |
เมื่อได้ค่าปริมาณน้ำที่ให้ในแต่ละรอบเวรที่ แท้จริงแล้ว ก็ต้องคำนวณว่าใช้เวลาในการให้น้ำเท่าไรจึงจะได้ค่านั้น โดยคำนวณจากสมการ
ระยะเวลาในการให้น้ำแต่ละ รอบเวร = ปริมาณน้ำที่ให้ในแต่ละรอบเวร / อัตราการให้น้ำของระบบให้น้ำที่เลือกใช้ |
ทั้งนี้ ต้องเลือกชนิดของหัวฉีดฝอยก่อน จึงจะทราบค่าอัตราการให้น้ำ รัศมีของการพ่น (รัศมีวงเปียก) และความดัน
