Precision irrigation scheduling is critical to improving irrigation efficiency. It is a combined technical and managerial tool that determines accurately when, how much and how often irrigation is applied to meet optimum crop response. This is particularly challenging in humid regions such as Southwestern Ontario, where soil moisture is often influenced by periodic rainfalls. The overarching goal of this three year research project was to investigate different irrigation scheduling strategies for tomato production in Leamingtion, Ontario. There were four specific objectives. The first sought to develop an optimum irrigation schedule for intensive cultivation of processing tomatoes by examining different irrigation trigger levels. Moisture triggers were expressed as a fraction of field capacity and soil tension, which are also related to soil available water content (AWC). Triggers with moisture depletion levels of ≤ 40 % (AWC) produced the higher yields. However, the best yields were obtained from the tension treatment with an upper and lower moisture threshold of -10 kPa and -30 kPa, which represented 20 to 24% depletion in AWC.The second objective sought to develop a robust protocol for implementing an irrigation scheduling. Three different types of soil moisture sensors were evaluated. The tension based senor emerged with the highest evaluation score. However, all three sensors could be used to effect irrigation scheduling. The sensor based irrigation data was subsequently compared with the Peman-Monteith model. It was found that the soil moisture treatments with a moisture depletion level of ≤ 40 % soil available water content (AWC) adequately met crop water requirements throughout the season.The third objective examined the spatio-temporal variability of soil moisture under drip irrigation in a controlled greenhouse environment. The study indicated that soil moisture content was not uniformly distributed prior to or after an irrigation event. For double row planting of tomatoes with a central drip line, a row spacing of 50 cm was adequate for planting of seedlings, due to the higher soil moisture contents within that zone. Further, due to the lack of uniform distribution of moisture in the soil profile, paired sensors (with one either side of the drip line) can provide a better estimate of soil moisture depletion for sensor based irrigation scheduling.The fourth objective investigated the nutrient dynamics along the soil profile over the growing season. Soil nutrients (P and N) were monitored at three different levels of the profile (0 to 30, 30 to 50 and 50 to 70 cm) and at the pre-planting, mid-season and end of season stages. Statistical significance in Olsen P and NO3-N was obtained both across the season and along the profile for each of the three years. The variability among treatments was not significant. The P and N concentrations at the 50 to 70 cm depths were found to be high, with the potential of being leached through the subsurface drainage system. A modification in the application of P and N can help reduce leaching of nutrients below the rooting zone. This would necessitate a split application of P and more frequent application of liquid N in smaller quantities. / La planification précise de l'irrigation est critique à l'amélioration de son rendement. C'est un outil technique et de gestion qui permet d'évaluer avec précision la quantité et la fréquence d'application de l'irrigation afin de répondre à la demande pour une croissance optimale des cultures. Cette planification est particulièrement difficile dans les régions humides, comme celles du sud-ouest ontarien, où l'humidité des sols est influencée par des pluies périodiques. Le but fondamental de ce projet de recherche de trois ans était d'étudier les différentes stratégies de planification de l'irrigation pour la production de tomates à Leamington, Ontario. Il y a eu quatre objectifs spécifiques. Le premier a visé à développer une planification optimale de l'irrigation pour des conditions intensives de culture de la tomate destinée à la transformation en examinant différents facteurs déclencheurs pour l'irrigation. Le taux d'humidité, comme élément déclencheur, a été exprimé par une fraction de la capacité au champ et de la succion du sol, qui sont reliés à la réserve utile (RU) d'eau du sol. Le dispositif de déclenchement avec un appauvrissement en eau de ≤ 40% (RU) a produit les meilleurs rendements. Les meilleurs rendements ont été obtenus lors d'une tension entre les seuils critiques supérieur et inférieur d'humidité de -10 kPa et -30 kPa, ce qui représentait un appauvrissement de 20 à 24% de la RU. Le second objectif a visé le développement d'un protocole robuste pour la mise en opération d'une planification du calendrier d'irrigation. Trois différents types de capteurs de l'humidité du sol ont été évalués. Le capteur basé sur la mesure de succion est sorti gagnant avec la plus haute note d'évaluation. Cependant, les trois capteurs peuvent être utilisés avec succès pour le contrôle du calendrier d'irrigation. Les données obtenues lors de l'irrigation contrôlée par les capteurs ont été comparées avec le modèle de Peman-Monteith. Il a été démontré que les niveaux d'humidité du sol qui ont assuré un appauvrissement en eau de ≤ 40% de la réserve utile (RU) du sol en eau ont permis de remplir les besoins en eau des cultures tout au long de la saison. Le troisième objectif a examiné la variabilité spatio-temporelle de l'humidité du sol lors de l'irrigation au goutte-à-goutte dans une serre à environnement contrôlé. L'étude a montré que l'humidité du sol n'était pas distribuée uniformément et ce avant, comme après l'irrigation. Dans le cas des tomates de champ avec une ligne centrale de goutte-à-goutte, un espacement de rangée double de 50 cm fut adéquat pour le semis des jeunes pousses, grâce au plus haut taux d'humidité du sol dans cette zone. De plus, avec le manque d'uniformité de la distribution de l'humidité dans le sol, des capteurs jumelés (placés de chaque côté de la ligne goutte-à-goutte) pourraient donner une meilleure estimation de l'appauvrissement en eau du sol pour une meilleure programmation de l'irrigation contrôlée par capteur. Le quatrième objectif a étudié la cinétique des éléments nutritifs à travers le profil du sol tout au long de la saison de culture. Les éléments nutritifs du sol (P et N) ont été surveillés à différents niveaux du profil (0 à 30, 30 à 50 et 50 à 70 cm) et au moment précédant le semis, en mi-saison et en fin de saison. La signification statistique de P et N a été obtenue tout au long de la saison et selon le profil du sol et ce pour les trois années de l'étude. La variabilité entre les traitements n'a pas été significative. Les concentrations en P et N aux profondeurs de 50 et 70 cm se sont avérées élevées, avec un potentiel d'être emportées par le système de drainage souterrain. Une modification de l'application de P et N peut aider à réduire le lessivage du sol sous la zone racinaire.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.116875 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Jaria, Felix |
| Contributors | Chandra A Madramootoo (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Bioresource Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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