डॉ. सुनील गोरंटीवार
Irrigation Technology : प्रत्येक सजीव किंवा वनस्पती यांच्या वाढीसाठी मुख्यतः ऊर्जा आवश्यक असते. ही ऊर्जा वेगवेगळ्या पोषक घटकांच्या साह्याने मिळवली जाते किंवा तयार केली जाते. सजीव हे वनस्पती आणि अन्य प्राण्यांना खाऊन ऊर्जा मिळवतात.
तर हिरव्या (म्हणजेच हरितद्रव्ये असलेल्या) वनस्पती या प्रकाश संश्‍लेषण प्रक्रियेतून स्वतःचे अन्न स्वतः तयार करतात. या संश्‍लेषण प्रक्रियेसाठी सूर्यप्रकाशाच्या माध्यमातून ऊर्जा घेतली जाते. त्याच वेळी मुळांद्वारे जमिनीतून पाणी व अन्नद्रव्ये उचलली जातात.
पानांद्वारे हवेतून पर्णरंध्रांद्वारे कर्बवायू शोषला जातो. या दोन्ही बाबींवर सूर्यप्रकाशातून मिळवलेल्या ऊर्जेच्या साह्याने प्रक्रिया केली जाते. या प्रक्रियेतून शर्करा आणि ऑक्सिजन तयार होतो. अशा प्रकारे वनस्पतीला तिच्या वाढीसाठी पाण्याची आवश्यकता असते.
वनस्पतींना जमिनीमधून पाणी कसे उपलब्ध होते?
जमिनीमध्ये उपलब्ध असलेले पाणी वनस्पती आपल्या मुळांद्वारे शोषून घेते. मुळांनी शोषलेले पाणी वेगवेगळ्या पेशींच्या थरांमधून झायलेम (Xylem) मध्ये येते. झायलेम म्हणजे वनस्पतीमध्ये मुळापासून खोडाद्वारे अगदी पानांच्या टोकापर्यंत असलेला सूक्ष्म स्तंभ (साध्या भाषेत नळी) होय.
वरून पानांतील पाणी प्रकाश संश्‍लेषण क्रियेमध्ये वापरले गेल्यानंतर तिथे पाण्याची आणखी मागणी तयार होते. तितकेच पाणी वनस्पती मुळांद्वारे पाणी शोषते. शोषलेल्या पाण्याचा झायलेममध्ये मुळापासून पानापर्यंत एक पाण्याचा स्तंभ तयार होतो.
या स्तंभामधील पाण्याचे रेणू हे एकसंधता किंवा संलग्नता (Cohesion) या गुणधर्मामुळे एकमेकास चिकटून किंवा धरून असतात. त्यामुळे पाण्याच्या रेणूंमध्ये अजिबात खंड न पडणारा सलग किंवा अविरत (Continuous) असा हा पाण्याचा स्तंभ असतो.
सूर्यप्रकाश (म्हणजेच ऊर्जा) उपलब्ध असताना प्रकाशसंश्‍लेषण प्रक्रियेसाठी पानावरील पर्णरंध्रे (सूक्ष्मछिद्रे- Stomata) उघडली जाऊन हवेतील कर्ब वायू शोषला जातो. त्याच वेळी पानांच्या पेशीतील पाण्याचे वातावरणातील विविध घटकांना प्रतिक्रिया म्हणून बाष्पीभवन होते. यालाच पर्णोत्सर्जन (Transpiration) असेही म्हणतात.
पर्णोत्सर्जन या प्रक्रियेमुळे निर्माण झालेला ताण (tension) झायलेममधील पाणी खेचतो. वरच्या थरातील पाण्याच्या रेणूचे वातावरणात बाष्पीभवन झाल्याने एकसंधता (Cohesion) या गुणधर्मामुळे झायलममधील त्या खालील पाण्याचे रेणू वर सरकतात. ही क्रिया नियमित सुरू राहत असल्याने मुळापासून पानांपर्यंत सातत्याने पाणी शोषले जाते.
हा झायलेममधील पाण्याचा स्तंभ अविरत सुरू राहतो. म्हणजेच जमिनीमध्ये पुरेसे पाणी व अन्नद्रव्ये आणि प्रकाशसंश्लेषणासाठी आवश्यक ऊर्जा (सूर्यप्रकाश) उपलब्ध असल्यास अन्न व ऊर्जा तयार करण्याची प्रक्रिया नियमित चालू असते. या सूर्यप्रकाशाच्या सान्निध्यात अव्याहत चालणाऱ्या प्रक्रियेमुळे वनस्पतीची वाढ होते.
प्रत्यक्षात प्रकाशसंश्‍लेषण प्रक्रियेद्वारे अन्न व ऊर्जा तयार करण्यासाठी अतिशय कमी (केवळ ५ टक्के) पाण्याची आवश्यकता असते. मात्र पानावरील सूक्ष्मछिद्रे उघडून कर्ब वायू शोषते वेळी (कर्ब वायू शोषल्याच्या कितीतरी अधिक प्रमाणात) बाष्पीभवनाद्वारे पाणी निघून जाते. हे प्रमाण सुमारे ९५ टक्के इतके जास्त असते.
प्रकाशसंश्‍लेषण व पर्णोत्सर्जन या दोन्ही प्रक्रिया सूर्यप्रकाश आणि वातावरणातील घटक यानुसार कमी अधिक होत असल्यातरी वनस्पतीच्या आयुष्यामध्ये नियमित सुरू असतात. त्यामुळे वनस्पतीद्वारे (किंवा पिकांद्वारे) जमिनीमधून सातत्याने पाणी शोषून घेतले जात असते. यामुळे जमिनीमधील पाणी किंवा ओलावा कमी होतो.
पिकांना आवश्यक तितके पाणी जमिनीमधून उपलब्ध न झाल्यास वनस्पतीची पर्णरंध्रे बंद होतात. अन्य सर्व घटक त्या वेळी उपलब्ध असले तरी प्रकाशसंश्‍लेषणाद्वारे अन्न व ऊर्जा तयार करण्याची प्रक्रिया मंदावते किंवा बंद होते. त्याचा पीक वाढीवर विपरीत परिणाम होतो.
म्हणून पिकांच्या योग्य वाढीसाठी जमिनीमध्ये पाणी उपलब्ध करण्याची आवश्यकता असते. ते नैसर्गिकरीत्या पावसामुळे होते. किंवा आपल्याला पिकांच्या गरजेनुसार आवश्यक तेव्हा पाणी द्यावे लागते. यालाच आपण सिंचन व्यवस्थापन असे म्हणतो.
वनस्पतीमधील पाण्याची स्थिती व सिंचन व्यवस्थापन
वनस्पतीमधील पाण्याची स्थिती (Plant water status) किंवा सद्यपरिस्थितीतील वनस्पतीची पाणीधारण क्षमता (Plant water potential) वनस्पतीच्या वेगवेगळ्या अवयवात वेगवेगळी असते. म्हणजेच मुळांची, खोडाची व पानांची जलधारणक्षमता ही वेगवेगळी असते. त्यांचे एकत्रित प्रमाण म्हणजेच संपूर्ण वनस्पतीतील पाण्याची स्थिती (Plant water status) किंवा वनस्पतीतील सद्यपरिस्थितीमधील जलधारण क्षमता होय.
-वनस्पतीमधील पाण्याची स्थिती ही पिकाचा प्रकार व तिच्या वाढीची अवस्था, पर्णोत्सर्जनावर प्रभाव टाकणारे वातावरणातील विविध घटक (उदा. तापमान, आर्द्रता, सौर उत्सर्जन, वाऱ्याचा वेग इ.) आणि जमिनीमधील पाण्याचा ओलावा यावर अवलंबून असते. -जमिनीमध्ये पाण्याचा ओलावा हा प्रकाशसंश्‍लेषण या प्रक्रियेसाठी वनस्पतीमध्ये पाण्याची स्थिती जेवढी आवश्यक आहे तेवढा असावा.
-जर जमिनीमध्ये पाण्याचा ओलावा कमी झाल्यास वनस्पतीमधील पाण्याची स्थितीसुद्धा कमी होते. ही स्थिती एका विशिष्ट अनुज्ञेय पातळीपेक्षा कमी झाली तर प्रकाशसंश्‍लेषणाच्या प्रक्रियेवर विपरीत परिणाम होतो आणि पीक उत्पादनात घट होते.
म्हणजेच जमिनीमधील पाण्याचा ओलावा हा वनस्पतीमधील पाण्याची स्थिती या विशिष्ट अनुज्ञेय पातळीपेक्षा जास्त राहील इतकाच असावा. जर ही पातळी कमी झाली तर जमिनीमधील पाण्याचा ओलावा वाढवावा लागेल. म्हणजेच सिंचन आवश्यक आहे. हे आहे आपल्या नेहमीच्या ‘‘सिंचनाद्वारे पिकास पाणी केव्हा द्यावे?’’ या प्रश्‍नाचे शास्त्रीय उत्तर.
आता दुसरा प्रश्‍न ‘‘पाणी किती द्यावे?’’ तर वनस्पतीमधील पाण्याच्या स्थिती लक्षात घेऊन त्यानुसार जमिनीमधील ओलावा अंदाजित करावा. हा ओलावा त्या जमिनीच्या ओलाव्याच्या एका विशिष्ट क्षमतेपर्यंत (म्हणजेच आपल्या सामान्य भाषेत- वाफसा स्थितीपर्यंत) पाणी प्रमाण जाईल, इतके पाणी सिंचनाद्वारे देणे अपेक्षित आहे.
प्रत्यक्ष स्थान व वेळेनुसार बदलणाऱ्या सर्व घटकांचा प्रत्यक्ष त्या वेळीच माहिती मिळवून, कार्यक्षम व काटेकोर सिंचन व्यवस्थापन प्रणालीसाठी ‘पिकामधील पाण्याची स्थिती’ माहिती असणे आवश्यक आहे. आपल्या शेतातील विविध बदलत्या घटकांची त्याच वेळी माहिती मिळवण्यासाठी आयओटी सक्षम विविध संवेदके उपयोगी ठरतात.
यातून नियमितपणे मिळालेल्या माहितीला पिकामध्ये पाण्याच्या स्थितीची जोड दिल्यास उत्तम प्रणाली तयार होऊ शकते. पिकामधील पाण्याच्या स्थितीचे मोजमाप प्रत्यक्ष शेतामध्ये सतत करण्यासाठी संवेदकाचा वापर करता येतो.
आयओटी सक्षम वनस्पतीतील पाणी स्थिती मोजण्याची संवेदके
वनस्पती पाणी स्थिती संवेदकाचे दोन प्रकार आहेत.
१. संपर्क संवेदके (Contact Sensors)
२. संपर्क नसलेली संवेदके (Non contact Sensors)
संपर्क संवेदके : ही नावानुसार वनस्पतीच्या किंवा पिकाच्या अत्यंत जवळ (संपर्कात) असतात. या संपर्क संवेदकाद्वारे पिकाने रोजच्या प्रकाशसंश्‍लेषण व पर्णोत्सर्जन प्रक्रियेसाठी वापरलेले पाण्याचे प्रमाण मोजता येते. अशा ‘इंटरनेट ऑफ थिंग्ज’ सक्षम संपर्क संवेदकांचेही दोन प्रकार उपलब्ध आहेत.
१. रस प्रवाह संवेदके (Sap flow Sensors)
वनस्पतीमधून होणाऱ्या पाणी व पोषक द्रव्याच्या प्रवाहाला रस प्रवाह (Sap flow) असे संबोधतात. रस प्रवाह हा प्रकाशसंश्‍लेषण व पर्णोत्सर्जन या प्रक्रियेसाठी वापरल्या गेलेल्या पाण्याच्या प्रमाणाचे निदर्शक म्हणून वापरता येतो. पीक जोमदारपणे वाढत असेल तर पर्णोत्सर्जन जास्त असते. त्याच वेळी रस प्रवाहही जास्त असतो.
रस प्रवाह कमी झालेला आढळला, त्या काळात प्रकाशसंश्‍लेषण व पर्णोत्सर्जन कमी असते. म्हणजेच पिकांस ताण पडलेला असतो. अशा परिस्थितीत पिकास सिंचनाची आवश्यकता असते.
रस प्रवाह संवेदकाद्वारे वनस्पतीच्या झायलेम मधील पाण्याचा प्रवाह मोजता येतो. आकृतीमध्ये दर्शविल्याप्रमाणे ही संवेदके झाडाच्या खोडामध्ये स्थापित केली असतात. प्रत्यक्षात ही संवेदके झायलेममधील रसाच्या उष्णतेचे प्रमाण मोजतात.
या उष्णतेच्या प्रमाणाचे रस प्रवाहामध्ये रूपांतर करण्यात येते. रस प्रवाह हा दिवसा जेव्हा वनस्पतीद्वारे सक्रिय पर्णोत्सर्जन होत असते, तेव्हा जास्त असतो. तर रात्रीच्या वेळी जेव्हा पर्णोत्सर्जन कमी असते किंवा नसतेच, तेव्हा रसप्रवाह कमी असतो.
सोबत दर्शविलेल्या आलेखामध्ये प्रत्येक दिवशी व दिवसानुसार रस प्रवाह कसा बदलत असतो ते दाखविले आहे. दिवसा जेव्हा पर्णोत्सर्जन जास्त असते, तेव्हा रस प्रवाह जास्त असतो व रात्रीचे वेळी जेव्हा पर्णोत्सर्जन नसते तेव्हा रस प्रवाह कमी असतो.
-आकृतीमध्ये जेव्हा जमिनीमध्ये पाण्याचा ओलावा पुरेसा आहे, तेव्हाचा रस प्रवाह हा निळा रंगाच्या आलेखाद्वारे दर्शविला आहे. यामध्ये प्रत्येक दिवशीचा रस प्रवाह हा जवळपास सारखा आहे.
-जेव्हा जमिनीमधील ओलावा कमी होत जातो, तेव्हाचा रस प्रवाह लाल रंगाच्या आलेखाद्वारे दर्शविला आहे. रस प्रवाह हा दिवसाप्रमाणे कमी कमी होत जात आहे. या आलेखाप्रमाणे चौथ्या दिवशी रस प्रवाह निर्दिष्ट केलेल्या पातळीपेक्षा कमी झाल्यामुळे सिंचनाची गरज आहे.
या संवेदकाची वनस्पतीतील रस प्रवाह सतत मोजण्याची क्षमता असून, ते ‘इंटरनेट ऑफ थिंग्ज’ सक्षम आहेत. या संवेदकाचा वापर ‘वनस्पती जल’ (Plant water based) आधारित स्थान व वेळ परत्वे सिंचन प्रभावित करणारे घटक गृहीत धरून प्रत्यक्ष वेळेमध्ये स्वयंचलित कार्यक्षम व काटेकोर सिंचन व्यवस्थापन करू शकतो.
अशा प्रकारच्या संवेदकाचा वापर करून काही पिकांसाठी ‘इंटरनेट ऑफ थिंग्ज’ सक्षम सिंचन व्यवस्थापन प्रणाली विकसित केल्याची उदाहरणे आहेत. मात्र या संवेदकावर आधारित आयओटी सक्षम प्रणाली पूर्णपणे विकसित करण्यासाठी खाली नमूद केल्याप्रमाणे काही बाबी निश्चित कराव्या लागतात.
१. निर्दिष्ट पिकांसाठी अनुज्ञेय रस प्रवाह पातळी (म्हणजे ज्या पातळीपेक्षा रस प्रवाह कमी झाल्यावर सिंचनाची गरज आहे,) हे निश्चित करणे.
२. वेगवेगळ्या प्रकारच्या जमिनीसाठी जमिनीमधील पाण्याचा ओलावा व रस प्रवाह याचा परस्पर संबंध.
३. या प्रकारच्या संवेदकाद्वारे प्रत्यक्ष रस प्रवाह हा अनुज्ञेय रस प्रवाहापेक्षा कमी झाल्यास सिंचनाची आवश्यकता आहे हे माहिती होते.
‘सिंचन किती द्यावे?’ हे पर्णोत्सर्जनावर आधारित आहे. पिकाला सिंचनासाठी पाणी हे जमिनीत द्यावे लागते. त्यामुळे पर्णोत्सर्जनासोबतच जमिनीमधून होणाऱ्या पाण्याचे बाष्पीभवनही माहिती करून (किंवा अंदाजे) घ्यावे लागते. कारण जमिनीतील पाण्याचे बाष्पीभवन हवामानावर विविध घटकांवर अवलंबून असते.
म्हणूनच ‘वनस्पती जल’ आधारित सिंचन व्यवस्थापन करताना (म्हणजे पिकास पाणी किती व केव्हा द्यावे? हे ठरवताना) पिकास पाणी प्रत्यक्ष ज्या प्रक्रियेसाठी (प्रकाशसंश्‍लेषण व पर्णोत्सर्जन) आवश्यक त्यांचे व्यवस्थित मापन करणे गरजेचे आहे. त्याच सोबत वर दर्शविलेल्या काही बाबी निश्चित करून अशा प्रकारच्या प्रणाली विकसित करता येऊ शकतात.
ॲग्रोवनचे सदस्य व्हा
Read the Latest Agriculture News in Marathi & Watch Agriculture videos on Agrowon. Get the Latest Farming Updates on Market Intelligence, Market updates, Bazar Bhav, Animal Care, Weather Updates and Farmer Success Stories in Marathi.
ताज्या कृषी घडामोडींसाठी फेसबुक, ट्विटर, इन्स्टाग्राम , टेलिग्रामवर आणि व्हॉट्सॲप आम्हाला फॉलो करा. तसेच, ॲग्रोवनच्या यूट्यूब चॅनेलला आजच सबस्क्राइब करा.
