Modelling soil water distribution under Moistube irrigation for cowpea (VIGNA unguiculata (L.) Walp.) crop

• Published in: Irrigation and drainage Vol. 69; no. 5; pp. 1116 - 1132
• Main Authors: Kanda, Edwin Kimutai, Senzanje, Aidan, Mabhaudhi, Tafadzwanashe
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Chichester Wiley Subscription Services, Inc 01.12.2020
• Subjects: Absorption; absorption racinaire de l'eau; bilan hydrique du sol; Clay; Clay soils; Cowpeas; Depth; Distribution; drainage fluxes; Drip irrigation; Dynamics; dynamique de l'eau dans le sol; flux de drainage; HYDRUS 2D/3D; Irrigation; irrigation goutte à goutte souterraine; Irrigation water; Loam; Loam soils; Mean square errors; Membranes; Moisture content; Placement; root water uptake; Root-mean-square errors; Semipermeable membranes; Simulation; Soil; Soil dynamics; Soil moisture; Soil water; soil water balance; soil water dynamics; Soil water potential; Soils; subsurface drip irrigation; Three dimensional models; Tubes; Tunnels; Two dimensional models; Uptake; Vigna unguiculata; Water content; Water depth; Water distribution; Water engineering; Water potential; Water uptake
• ISSN: 1531-0353; 1531-0361
• DOI: 10.1002/ird.2505

Moistube irrigation (MTI) is a type of technology which uses a semipermeable membrane to emit water continuously in response to soil water potential and applied pressure. Soil water dynamics under MTI incorporating plant water uptake have not been studied. Therefore, this study aimed at determining the soil water distribution under MTI, using cowpea as a reference crop. The effect of Moistube placement depth on the soil water dynamics under MTI was also determined. The experiment was carried out in tunnels with MTI and subsurface drip irrigation (SDI) as a control. The HYDRUS 2D/3D model was calibrated and thereafter used to simulate soil water dynamics for different placement depths. The soil water content above the Moistube/drip lateral was higher under SDI than MTI, while the lateral movement of water was similar for both irrigation types. The simulated soil water contents closely matched (coefficient of determination [R2] ≥ 0.57, root mean square error [RMSE] ≤ 0.029 cm3 cm−3, normalized root mean square error [NRMSE] ≤ 14.7% and efficiency [EF] ≥ 0.20) the observed values for both MTI and SDI. This showed that HYDRUS 2D/3D could be used to simulate water dynamics of irrigated cowpea. There was no significant difference (p > .05) between the root water uptake (RWU) in SDI and MTI. The Moistube placement depth did not significantly affect (p > .05) the RWU in loam soil but increased with increased placement depth in clay soil. The optimum placement depth of Moistube laterals for cowpea was 15 cm in loam and 20 cm in clay. This study forms the basis for design of MTI in terms of optimum placement depths for cowpea grown in loam and clay soils. Rėsumė L'irrigation par tuyau poreux (MTI) est un type de technologie qui utilise une membrane semi‐perméable pour émettre de l'eau en continu en réponse au potentiel hydrique du sol et à la pression appliquée. La dynamique de l'eau dans le sol sous MTI intégrant l'absorption d'eau des plantes n'a pas été étudiée. Par conséquent, cette étude visait à déterminer la distribution de l'eau dans le sol sous irrigation par tuyau poreux, en utilisant le niébé comme culture de référence. L'effet de la profondeur de positionnement des tubes poreux sur la dynamique de l'eau dans le sol sous MTI a également été déterminé. L'expérience a été réalisée dans des tunnels avec MTI et de l'irrigation goutte à goutte souterraine (SDI) comme contrôle. Le modèle HYDRUS 2D/3D a été calibré puis utilisé pour simuler la dynamique de l'eau dans le sol pour différentes profondeurs de positionnement. La teneur en eau dans le sol au‐dessus du tube poreux/latéral en goutte à goutte était plus élevée sous SDI que MTI, tandis que le mouvement latéral de l'eau était similaire pour les deux types d'irrigation. Les teneurs en eau simulées dans le sol correspondaient étroitement (R2 ≥ 0,57, RMSE ≤ 0,029 cm3 cm−3, NRMSE ≤ 14,7% et EF ≥ 0,20) aux valeurs observées pour le MTI et le SDI. Cela a montré que HYDRUS 2D/3D pouvait être utilisé pour simuler la dynamique de l'eau du niébé irrigué. Il n'y avait pas de différence significative (p > ,05) entre l'absorption d'eau des racines (RWU) dans SDI et MTI. La profondeur de positionnement du tube poreaux n'a pas affecté de manière significative (p > ,05) la RWU dans le sol limoneux mais a augmenté avec l'augmentation de la profondeur de positionnement dans le sol argileux. La profondeur de positionnement optimale des latéraux de tube poreux pour le niébé était de 15 cm dans le limon et de 20 cm dans l'argile. Cette étude constitue la base de la conception du MTI en termes de profondeurs de positionnement optimales pour le niébé cultivé dans des sols de limon et d'argile.