GROND: DIE PRODUSENT SE BELANGRIKSTE BATE Deel 11: Grondwater (iii)

2122

Grond is die mees fundamentele hulpbron vir die produsent waarsonder voedsel en natuurlike vesel nie geproduseer kan word nie. Hierdie artikel vorm deel van ‘n reeks wat hierdie hulpbron uitlig.

Grondwaterbestuur is uiters belangrik in gewasproduksie. Die doel van grondwaterbestuur is om deurlopend so goed moontlik in die plant se waterbehoeftes te voldoen. Té mín water plaas vogstremming op die plant wat opbrengs verlaag; té véél water veroorsaak weer versuipingstoestande. In hierdie artikel bespreek ons grondwaterbestuur aan die hand van die grondwaterbalansvergelyking.

Grondwaterbalansvergelyking

Die grondwaterbalansvergelyking kan wiskundig soos volg voorgestel word: ΔW = (P+I) – (R±D+E+T)

Waar: ΔW = verandering in grondwaterinhoud

P =  presipitasie oftewel reënval
I = toevoeging deur besproeiingswater
R = afloop vanaf die grondoppervlakte
D = diep perkolasie of dreinering (verby die wortelsone) of kapillêre styging vanaf ‘n watertafel
E = verdampingsverliese vanuit die grond
T = transpirasie deur plantgemeenskappe op die grond

Die grondwaterbalansvergelyking word skematies in Figuur 1 voorgestel.

Figuur 1: ‘n Skematiese voorstelling van die grondwaterbalansvergelyking.

Verandering in grondwaterinhoud (ΔW)

Die grondwaterinhoud is dinamies oor tyd en veranderinge word deur ‘n reeks faktore teweeg gebring. Die grondwaterinhoud is vir die grondgebruiker in die landbou van groot belang omdat dit waarskynlik die grootste enkele faktor is wat plantegroei beïnvloed. Die droëlandprodusent poog om die fisiese en morfologiese grondeienskappe só aan te wend dat dit reënwater optimaal opgaar en om dit dan weer in die nie-reëntye aan die plante beskikbaar te stel. Die besproeiingsprodusent het dieselfde doelwit, maar met die voorbehoud dat oortollige water nie in die wortelsone opbou en die plante “versuip” nie.

Die verandering in grondwaterinhoud kan volgens ‘n paar metodes gemeet word, waarvan sommige metodes direkte en ander indirekte metings is.

Direkte metings

Met die gravimetriese metode word die nat grond vooraf geweeg, gedroog en weer geweeg. Die verskil in massa verteenwoordig die water wat in die grond was. Dit word dan as ‘n fraksie van die droë grond (g water/g grond) uitgedruk. Wanneer die brutodigtheid van die grond beskikbaar is, word dit as ‘n volumebasis uitgedruk (mm/m) en word na die volumetriese waterinhoud verwys. Laasgenoemde is meer verkieslik omdat dit maklik na die waterinhoud van die profiel omgeskakel kan word deur dit met die gronddiepte te vermenigvuldig.

Indirekte metings

Die eerste metode is met behulp van ‘n neutronwatermeter. Dit berus op die beginsel dat ‘n neutronbron via ‘n toegangsbuis in die grond laat sak word. Die neutronbron straal vinnig bewegende neutrone uit wat na ‘n aantal botsings met waterstofkerne vertraag word. ’n Teller meet die verhouding tussen vinnige en stadige neutrone, wat in verhouding met die waterstofinhoud, en dus die waterinhoud van die grond is. Dit is belangrik dat die neutronmeter reg met die grond se waterkonstantes gekalibreer is, anders word foutiewe lesings verkry.

Tensiometers meet die matrikspotensiaal (suigspanning) in die grond en is ‘n aanduiding van die arbeid wat ‘n plant moet verrig om water vanuit die grond te onttrek. ‘n Keramiekkop word aan die onderkant van ‘n watergevulde buis gekoppel en in die grond geïnstalleer. Bo-aan die buis word ‘n drukmeter gekoppel wat die suigspanning meet wanneer die droë grond die water deur die keramiekkop suig.

Deesdae is daar verskeie elektroniese toestelle op die mark beskikbaar wat elke dag die water meet (selfs op verskeie dieptes) en via SMS of ander tegnologie, die data na ‘n rekenaar stuur. Die verandering in waterinhoud word dan grafies oor tyd voorgestel. Dit is ‘n wonderlike hulpmiddel vir besproeiingskedulering.

Presipitasie oftewel reënval (P)

Vir die droëlandprodusent is reënval ‘n gegewe en deel van die natuurlike hulpbronne waarmee hy werk. Die uitdaging is om die reënval op die doeltreffendste wyse na ‘n bemarkbare produk, soos graan, vesel en vleis om te skakel. In die grondwaterbalansvergelyking is reënval die hoofbron van water wat die grond benat en derhalwe positief verander. Akkumulasie van afloopwater op laerliggende plekke verhoog in wese die presipitasie op daardie dele. Die toevoeging van reënwater kan bestuur word deur só te plant dat kritieke groeiperiodes met periodes met die hoogste waarskynlikhede vir reënval ooreenstem.

Toevoeging deur besproeiingswater (I)

Besproeiing verwys na die kunsmatige toevoeging van water (reënval is dus uitgesluit) en veroorsaak dus ‘n vermeerdering in die grondwater. P + I is die enigste winste in die waterbalansvergelyking. Die grondwaterbalansvergelyking kan kunsmatig deur boerderypraktyke bevoordeel of benadeel word.

Afloop vanaf die grondoppervlakte (A)

Afloop is die eerste verlies van water in die waterbalansvergelyking. Dit word direk deur infiltrasie beïnvloed. Water wat nie infiltreer nie, bly op die oppervlakte staan of dit loop af en is vir droëlandproduksie verlore. Beperking van afloopverliese is een van die belangrikste aspekte van die waterbalansvergelyking wat deur die produsent bestuur kan word, deurdat praktyke daarop gerig moet wees om infiltrasie te verhoog.

Wanneer die bogrond droog is en dan benat word, is die aanvanklike infiltrasie baie vinnig weens die baie lae matrikspotensiaal en die water word as’t ware in die grond ingesuig. Die infiltrasietempo neem vinnig af soos wat die eerste porieë met water gevul word en dit dan dieper gelei moet word. Gaandeweg neem die infiltrasietempo verder af tot by ‘n punt waarby dit konstant is, wat die finale infiltrasietempo van die spesifieke stuk grond genoem word (Figuur 2). Dit is gelyk aan die versadigde hidrouliese geleiding van die grond. In sand is dit relatief vinnig (>100 mm/uur), maar in slik- en kleigrond is dit baie stadiger (<1 mm/uur). Wanneer die presipitasie die infiltrasietempo oorskry, vind afloop plaas.

Figuur 2: Die verwantskap tussen infiltrasietempo en tyd van watervoorsiening.

Een van die bekendste metodes om infiltrasie te verhoog, is om die grondoppervlakte deur meganiese bewerking los en ontvanklik vir water te hou. Die nadeel hiervan is dat oormatig baie suurstof in die grond ingebring word wat mikrobe-aktiwiteit verhoog en op sy beurt organiese materiaal vinniger afbreek. Die effek hiervan is dat mikro-aggregate opbreek, die grond dispergeer en dan toeslaan, wat weer infiltrasie verlaag en afloop verhoog.

Die opbou van organiese materiaal in die bogrond het dit onder meer ten doel om infiltrasie te verhoog. Dit gebeur deurdat mikrobe-aktiwiteit waterstabiele mikro-aggregate, met relatief groot porieë tussenin, aan die oppervlakte vorm waardeur die water vinnig kan infiltreer. Voorts verminder plantreste op die grondoppervlakte die reëndruppel-impak en verlangsaam die vloei van water, wat vir die water meer tyd vir infiltrasie laat.

Die konstruksie van terrasse maak die terrein platter (verminder die helling) wat afloop verminder deur die water stadiger te laat afvloei en langer op die grond te hou, wat dit meer tyd gun om te infiltreer. Persele vir vloedbesproeiing word op so ‘n wyse gemaak dat die water stadig genoeg oor die perseel vloei dat dit genoeg tyd het om te infiltreer. Verlaagde infiltrasie kan ook weens chemiese probleme wees wat die bogrond laat dispergeer en toeslaan. Die bekendste is natrium wat met verbrakking geassosieer word; te veel magnesium (>35% van die KUV) het dieselfde effek. Dit kan met die toevoeging van landbougips verbeter word.

Diep perkolasie of dreinering verby die wortelsone (D)

Grondtipes verskil baie van mekaar ten opsigte van die vermoë om vrywater in die profiel teen diep perkolasie vas te hou, of aan die ander kant verby die wortelsone te laat diep perkoleer. Grondtipes met keerlae hou die water teen diep perkolasie vas en stel dit weer aan plante op die grond beskikbaar, dikwels deur kapillêre styging. Hierdie grond se eksterne dreinering is swak. Die bekende watertafelgrond van die Wes-Vrystaat is sprekende voorbeelde hiervan (Figuur 3). In die waterbalansvergelyking word D dan ‘n positiewe waarde en dus ‘n aanwins. Hierdie grondtipes is gewoonlik nie die eerste keuse vir besproeiing nie.

Figuur 3: ‘n Watertafel in ‘n sandgrond met swak eksterne dreinering.

Aan die ander kant het sommige grondtipes geen beperking om water na die onderliggende geologie deur te laat nie. Dit is die tipiese diep gedreineerde grondtipes. ‘n Betekenisvolle hoeveelheid water kan in sulke grondtipes vir plantproduksie verlore gaan. Omdat dit ‘n inherente grondeienskap is, kan die grondgebruiker dit nie manipuleer nie. Wat wel belangrik is, is dat die grondgebruiker moet weet waar watter grondtipes op sy plaas voorkom en die grondtipes dan volgens die dreineringseienskappe moet gebruik.

Verdampingsverliese vanuit die grond (E)

‘n Betekenisvolle hoeveelheid water verdamp jaarliks vanaf die grondoppervlakte. Wanneer die grond warm en droog is en ‘n ligte bui reën (<5 mm) val op die grond, verdamp dit maklik alles weer binne ‘n dag of twee. Gedurende ‘n jaar kom daar ‘n aantal sulke buie voor, wat sonder opvolgbuie, alles verdamp. Voorts verdamp daar van elke groter bui reën of reëntydperk, maklik 10 mm. In ‘n braakstelsel waar ‘n land vir ‘n hele jaar oorlê om water op te gaar, verdamp sowat 60% tot 70% van die jaar se totale neerslag. Wanneer daar ‘n gewas op die land is, is dit heelwat minder, maar daar word nietemin tussen 30% en 50% van die reënwater deur verdamping verloor.

Verdamping is een van die faktore wat deur landboupraktyke bestuur kan word. Plantreste op die grondoppervlakte speel ‘n rol om die grond te beskadu en derhalwe val daar minder sonenergie op die grond, wat dus die verdamping verminder. Die rol hiervan is van toepassing vir solank die oppervlaktegrond nat of klam is. Wanneer die boonste sowat 100 mm grond reeds uitgedroog het (wat die grootste deel van die jaar so is), is die effek van skadu en plantreste baie min, aangesien die tempo van waterverliese aan die tempo van kapillêre styging onderworpe is. Onder gedreineerde toestande is hierdie aanvulling vanuit die onderliggende grondlae, baie stadig, sowat 0,1 tot 0,2 mm/dag. Die aanvulling vanuit vlak watertafels (<600 mm vanaf die grondoppervlakte) is vinnig en dus kan verdampingsverliese betekenisvol wees.

Die bestuur van verdampingsverliese bied vir die innoverende produsent groot geleenthede aangesien beter bestuur daarvan ‘n baie groot invloed op graanopbrengste sal hê.

Transpirasie deur plantgemeenskappe (T)

Wanneer die humiditeit van die atmosfeer laer is as in die plant se blaar (wat normaalweg die geval is), ontstaan daar ‘n dampdrukgradiënt tussen die blaar se binnekant en die atmosfeer. Water beweeg dan vanuit die blaar na die atmosfeer (en koel die blaar af). Die blaar se vogstatus word weer vanuit die grond aangevul. Wanneer die atmosferiese aanvraag hoër as die tempo van aanvulling vanuit die grond is, verlep die plant, is dit onder stres en fotosintese staak.

Wanneer die grond nat is, is die water maklik beskikbaar en kan die plant dit maklik opneem om aan die blare te voorsien. Die plant bly turgied en fotosinteer optimaal. Hoe droër die atmosfeer, hoe hoër is die atmosferiese verdampingsaanvraag en hoe meer transpireer die plante. In die westelike saaistreke van Suid-Afrika is dit dikwels die geval. In die oostelike koeler en vogtiger saaistreke is die verdampingsaanvraag baie laer en verbruik die plante baie minder water.

Die idee is dat al die water in die grond deur slegs die gewas verbruik moet word en dat daar geen onnodige transpirasieverliese deur onkruid moet plaasvind nie. Uitmuntende onkruidbeheer is dus die eerste beheermaatreël deur die graanprodusent, om transpirasie te beperk.

Voorts is die keuse van gewasse en kultivars asook plantdigtheid belangrik. As voorbeeld kan onproduktiewe spruite by mielies as ongewens gesien word, omdat dit ‘n klomp onnodige water die atmosfeer inpomp. ‘n Plantdigtheid wat ‘n té groot blaararea op die land maak sonder om die oesopbrengs te verhoog, is onnodig en verhoog net transpirasie.

Transpirasie moet dus deur die saaiprodusent op so ‘n wyse bestuur word dat dit die oes optimaliseer. Onproduktiewe transpirasie moet ook uitgeskakel word.

Onderskepping

Wanneer ‘n gewas op die land staan en ‘n ligte bui reën val, reën die plante nat sonder dat daar veel van die reën op die grond beland. Hierdie water op die plante se blare verdamp vinnig sonder om ‘n bydrae tot die waterbalansvergelyking te lewer. Hierdie verlies word as onderskepping gedefinieer. Dit is gelukkig in totaal redelik min water, maar met elke reënbui is dié verlies daar. Die produsent kan nie veel hieraan doen nie.

Samevatting

‘n Deeglike begrip van die waterbalansvergelyking is vir die saaiprodusent van groot belang. Sekere komponente van die vergelyking kan deur boerderypraktyke gunstig beïnvloed word en dit kan ‘n betekenisvolle bydrae tot produksie lewer. Die saaiprodusent moet hom op hierdie aspekte toespits om sodoende produktiwiteit te verhoog. Doeltreffende bestuur hiervan gee aan hom die mededingende voordeel om sy boerdery oor die langtermyn volhoubaar te bedryf.

In die volgende artikel in hierdie reeks gaan die opname van grondwater deur plantwortels bespreek word.

Vir meer besonderhede skakel Martiens du Plessis by 072 285 5414 of stuur ‘n e-pos na: martiens@nwk.co.za of gesels met prof Cornie van Huyssteen by 051 401 9247, of stuur ‘n e-pos na: vhuystc.sci@ufs.ac.za.

Verwysings

  1. Bennie, ATP. 1981. Grondkunde 354. Grond en Waterbestuur. Ongepubliseerde klasnotas vir GKD354. Universiteit van die Vrystaat: Bloemfontein.
  2. Bennie, ATP. 1985. SA Koöp, Vol. 5, Nr. 1.
  3. Brady, NC. 1990. The nature and properties of soils. 10th ed. Macmillan Publishing Company: New York.