Master teza nastala u okviru SmartWater projekta

Protekli semestar, Benjamin Crljenković, master student na Univerzitetu u Sarajevu proveo je radeći svoju master tezu. Naslov master teze kandidata je bio „Komparativna analiza različitih softverskih modela za određivanje potreba za navodnjavanjem u usjevu kukuruza“, a mentor tokom njegove izrade bio je doc. dr Sabrija Čadro sa Univerziteta u Sarajevu

Benjamin u uvodnom dijelu rada ukazuje na značaj vode, posebno se fokusirajući na njen značaj u poljoprivredi kao jednom od najvećih potrošača svježe vode, što je pojašnjeno kroz primjere pozitivnog djelovanja navodnjavanja na mnoge aspekte biljne proizvodnje. Značaj vode je zatim stavljen u kontekst izazova sa kojima se čovječanstvo trenutno susreće, pri čemu su posebno izdvojene klimatske promjene. U takvim uslovima, kako je navedeno, potrebno je racionalnije korištenje vodnih resursa, a koje se može postići detaljnom analizom hidrološkog ciklusa. Ovakve analize počivaju na bilansiranju sadržaja vode u tlu, a u tu svrhu danas postoji veliki broj softverskih alata, aplikacija i modela koji mogu imati i znatno širu upotrebu nego samo za navedeno. Na kraju samog uvoda, u kratkim crtama predstavljena je problematika istraživanja i odgovor na ranije definirane izazove.

Definirani osnovni cilj istraživanja je utvrđivanje mogućnosti korištenja nekoliko različitih softverskih modela za izračunavanje potreba za navodnjavanjem u usjevu kukuruza, odnosno davanje preporuke za izbor softverskih modela prema različitim grupama korisnika. U skladu sa postavljenim ciljem istraživanja definisano je nekoliko specifičnih ciljeva:

1. prikupljanje podataka o agronomskim/biološkim faktorima u usjevu,
2. prikupljanje podataka o klimatskim faktorima na oglednoj parceli,
3. prikupljanje podataka o zemljišnim faktorima na oglednoj parceli,
4. podešavanje i upotreba softverskih modela za izračunavanje potreba za navodnjavanjem usjeva u egzaktnim uslovima kakvi su zabilježeni tokom ogleda, i
5. usporedba različitim softverima generisanih vrijednosti, analiza i komentar dobivenih rezultata.

Metodologija rada prikazuje prevashodno prostor i usjev na kome je obavljeno istraživanje, kroz skupinu opserviranih meteoroloških, pedoloških i agronomskih karakteristika. Istraživanje je obavljeno u periodu od maja do oktobra 2021. godine, na oglednom poligonu Poljoprivredno-prehrambenog fakulteta u Butmiru, kod Sarajeva, na usjevu kukuruza hibrida BL-43 koji je posijan za potrebe zajedničkog eksperimenta u okviru projekta „Promoting SMART Agricultural WATER Management in Bosnia and Herzegovina – SMARTWATER“.

Nakon prikupljanja i pripreme pomenutih podataka, isti su uneseni u četiri korištena softverska modela i alata za procjenu potreba za navodnjavanjem, i to: CROPWAT 8.0, EXCEL-IRR, AquaCrop v6.1 i SIMDualKc. Rezultati modeliranja, odnosno produkti upotrebe softverskih alata su kasnije predstavljeni kroz vrijednosti evapotranspiracije, dinamiku pražnjenja rezerve vode iz tla ili njegovo stanje vlažnosti te potrebe za navodnjavanjem ili predviđene termine navodnjavanja.

Godina u kojoj je obavljeno istraživanje je bila iznimno sušna, gdje je, pored, u odnosu na višegodišnji prosjek, povišenih temperatura, tokom cijelog vegetacionog perioda zabilježen i nedostatak padavina. Padavine su za vegetacioni period 2021. Godine na lokaciji istraživanja iznosile 189 mm, dok višegodišnji prosjek iznosi 403 mm. Utvrđeni tip tla na lokaciji istraživanja je aluvij, teksturne klase glinovita ilovača. Prema tome radi se o težem tipu tla, maksimalne dubine prodiranja korijena do 1,2 m. Sjetva kukuruza (hibrid BL-43) je obavljena 7. maja, a žetva 30. septembra 2021. godine, što znači da je vegetacija trajala ukupno 147 dana. Sjetva je obavljena na međuredni razmak od 70 cm, a razmak u redu iznosio je prosječno 25,7 cm, čime je ostvaren sklop od 55.580 biljaka po hektaru.

Na osnovu korištenih softverskih modela, specifičnosti pripreme, obima i unosa podataka dobiveni su različiti rezultati. Prije svega, kod dnevne vrijednosti evapotranspiracije kulture primjetna su značajna variranja izračunate evapotranspiracije kulture kod različitih modela u početku vegetacije. Poređenjem prosječnih vrijednosti Etc i vrijednosti dobivenih pojedinačnim modelima utvđena je visoka korelacija. Korelacioni faktor za CROPWAT i EXCEL-IRR iznosio je 0,99 dok je za SIMDualKc iznosio 0,96 te 0,94 AquaCrop. Iako se radi o relativno visokim faktorima, koji dokazuju sličnost rezultata svih korištenih modela, ipak je primjetno veće variranje vrijednosti koje generišu SIMDualKc i AquaCrop.

Modeli se razlikuju i po rasporedu potreba za navodnjavanjem po mjesecima trajanja vegetacije, odnosno ukupnoj sumi potrebne vode. Najveće potrebe za navodnjavajem dobivene su kod jednostavnijih modela – CROPWAT i EXCEL-IRR, gdje su iznosila 360 mm, nešto manje kod SIMDualKc (330 mm), a najmanje vrijednosti dao je AquaCrop, svega 270 mm. Dobiven je i različit broj navodnjavanja, pa tako CROPWAT i EXCEL-IRR predviđaju po 12 obroka, SIMDualKc 11, a AquaCrop tek devet.

Važno je naglasiti da, iako su procijenjene različite količine potrebne vode i broj navodnjavanja, ispražnjenost rezerve vode u tlu nikada nije padala ispod granice lako pristupačne vode. To potvrđuje ispravnost svakog od korištenih modela. Na osnovu pripreme i korištenja ova četiri modela, zaključeno je da svaki od njih ima određene prednosti i da praktična primjena zavisi od vrste korisnika i raspoloživih podataka. Primjera radi, farmeri će se radije koristiti jednostavnim modelima kao što je CROPWAT i EXCEL-IRR, dok će istraživaći i profesionalci više koristiti preciznije modele kakvi su SIMDualKc i AquaCrop.

Na osnovu dobivenih rezultata istraživanja izvedeni su sljedeći zaključci:

1. U svijetu postoji veliki broj različitih modela i alata za proračun evapotranspiracije i simulaciju vodnog bilansa tla, a razlikuju se po složenosti, pristupu, korištenim metodama, namjeni i sl.,
2. Različiti softverski alati imaju različite zahtjeve u pogledu ulaznih parametara, što može predstavljati problem korisnicima, naročito u nedostatku meteoroloških i drugih mjernih stanica,
3. Uprkos činjenici da koriste isti metod za proračun referentne evapotranspiracije, svi korišteni modeli imaju različite rezultate proračuna evapotranspiracije kulture i shodno tome predlažu različite termine navodnjavanja,
4. Poređenjem CROPWAT, EXCEL-IRR, AquaCrop i SIMDualKc modela utvrđeno je da ne postoje velika odstupanja među vrijednostima izračunatim upotrebom četiri navedena softverska alata,
5. Budući da se upotrebom svih modela postižu zadovoljavajući rezultati, preporuka je farmerima, neprofesionalcima i neiskusnim korisnicima da koriste jednostavnije alate za određivanje potreba za navodnjavanjem, kakvi su EXCEL-IRR ili CROPWAT,
6. Zahtjevniji modeli – AquaCrop i SIMDualKc bi se trebali doraditi, kako bi bili intuitivniji i olakšali korisnicima svakodnevnu upotrebu.

Odbrana master teze upriličena je 14. Septembra 2022. Godine, pred tročlanom komisijom koju su činili prof. dr Drena Gadžo, prof. dr Jasmin Grahić i doc. dr Sabrija Čadro, a uspješnom odbranom kandidat je stekao akademsku titulu i stručno zvanje magistra biljne proizvodnje.

Kao učesnik u SMARTWATER projektu, Benjamin je prisustvovao ljetnim školama i naprednim kursevima koji su održani tokom prve dvije godine realizacije projekta, a stečena znanja bila su od velike koristi tokom definiranja i izrade master teze. Zbog svega navedenog izražava veliku zahvalnost na prilici da bude direktno uključen u aktivnosti projekta „Promoting SMART Agricultural WATER Management in Bosnia and Herzegovina – SMARTWATER“.