Vee äraarvamine on põllumajanduse üks suurimaid varjatud kulusid. Liiga palju vett tekitab äravoolu, peseb toitained ära ja raiskab energiat. Liiga vähe vett koormab põllukultuure ja vähendab saaki. See puudutab täpsust.
Teaduslik niisutusvee arvutus annab teile selge meetodi, kuidas täpselt määrata, kui palju vett teie põllukultuurid vajavad ja millal nad seda vajavad. See on targa farmijuhtimise alus. See juhend juhatab teid läbi kogu protsessi.
Põhiprintsiipide mõistmine
Niisutusvee täpseks arvutamiseks peate esmalt mõistma, mis põhjustab talude veevajadust. Need teadmised selgitavad "miks" matemaatika taga.
1.1 Veevajaduse määratlemine
○ Crop Water Requirement (CWR) on kogu vesi, mida põllukultuur vajab ideaalsetes kasvutingimustes istutamisest kuni koristamiseni.
○ Kastmisvee nõue (IWR) on erinev. See on osa CWR-st, mida peate kastmise kaudu varustama. See võrdub CWR-ga, millest on lahutatud muudest allikatest pärit vesi, nagu sademed ja mulla niiskus.
1.2 Veebilansi mudel
Kujutlege oma välja pangakontona. Veetasakaalu mudel jälgib iga tilka nagu pearaamat. Põhimõte on arusaadav: see, mis sisse läheb, peab võrduma väljaminekuga pluss kõik muudatused laos.
☆ Sisend (niisutus + sademed)=Väljundid (aurustumine + äravool + sügav imbumine) + pinnase vee säilitamise muutus
Teie eesmärk on hallata sisendit "Niisutus". See hoiab "Mullaveevarude muutus" tervete põllukultuuride jaoks optimaalsel tasemel.
1.3 Põhikomponentide dekonstrueerimine
Seda veetasakaalu võrrandit juhivad mitmed peamised muutujad. Nende mõistmine on täpsete arvutuste tegemiseks hädavajalik.
○ Potentsiaalne evapotranspiratsioon (ET₀) on teie lähtepunkt. See näitab maksimaalset veekao kiirust atmosfääri tavaliselt hästi-kastetud murupinnalt. Ilm juhib seda mõõdikut päikesekiirguse, temperatuuri, tuule ja niiskuse kaudu.
○ Kultuurikoefitsient (Kc) kohandab ET₀ teie konkreetse põllukultuuri jaoks. Noor maisitaim kasutab vähem vett kui täiskasvanud taim. Kc tegur peegeldab seda muutust. See varieerub kogu põllukultuuri kasvufaasis: alg-, arengu-, kesk-hooaja ja hiline-hooaeg.
○ Efektiivne sademete hulk (Pe) on see osa kogu sademete hulgast, mis tegelikult põllukultuuri aitab. See on vihm, mis imbub mulda ja jääb juuretsooni. Lühike tugev vihmasadu võib põhjustada märkimisväärset äravoolu. Selle efektiivne sademete hulk on palju väiksem kui mõõdetud koguhulk.
Põhivalemi valdamine
Nüüd, kui olete põhimõtetest aru saanud, saate need koostada praktiliseks võrrandiks. See on teie peamine tööriist niisutusvajaduste arvutamiseks.
2.1 Kavandamisetapp: prognoos "halvimal-juhtumi stsenaariumil"
2.1.1 Niisutusvee kasutuse arvutamine projekteerimisetapis
Projekteerimise ja planeerimise etapis põhineb niisutusvee kasutuse arvutamine sellistel teguritel nagu kõige ebasoodsam niisutusmeetod projekti asukohas, maksimaalne veetarbimine saagi kasvuperioodil ja kõige ebasoodsamad ilmastikutingimused (eeldusel, et pikema aja jooksul ei saja, st sademeid=0). Esiteks on vaja kindlaks määrata põllukultuuri kasvuperiood ja maksimaalne niisutusvajadus selle kasvuperioodil. Kõige ebasoodsamateks ilmastikutingimusteks on põllukultuuri suvine veevajadus. Mitme kultuuri külvikorrastamisel tuleks veekulu arvutamiseks valida see kultuur, mille veevajadus on suvel suurim. Lõpuks arvutatakse niisutussüsteemi konstruktsiooniparameetrite (nt niisutusmeetod, niisutusefektiivsus jne) põhjal kastmisvee tarbimine.
Planeerimise ja projekteerimisetapis tuleks projekteerimise aluseks valida periood, mille jooksul saak kasvab. Õige valik on kasutada põllukultuuri kavandatud veevajadusena suurima veetarbimisega kasvuperioodil põllukultuuri veevajadust.
2.1.2 Viitetabel ja arvestusliku veetarbimise intensiivsuse (ETc) määramise alus
Mikro-niisutustehnika projekteerimisstandard GB/T 50485-2020 "Mikro-niisutustehnika tehnilised standardid" annab otse kavandatud veetarbimise põllukultuuride jaoks, nagu on näidatud tabelis 1: kavandatud veetarbimise intensiivsus (mm/d). Põllukultuuri kavandatud veevajadust kasutatakse ainult niisutustsükli kavandi arvutamiseks.
|
Põllukultuurid |
Tilguti niisutamine |
Mikro-vihmutiga niisutamine |
Põllukultuurid |
Tilguti niisutamine |
Mikro-vihmutiga niisutamine |
|
Viinamarjad, puud, melonid |
3-7 |
4-8 |
Köögiviljad (avatud põld) |
4-7 |
5-8 |
|
Teravili, puuvill, õlitaimed |
4-7 |
\ |
Lahedad{0}}hooajalised rohud |
\ |
5-8 |
|
Köögiviljad (kaitsealad) |
2-4 |
\ |
Soe{0}}hooaeg kõrrelised |
\ |
3-5 |
Seda seetõttu, et konkreetsele niisutusmeetodile vastavate põllukultuuride puhul ei ole vaja kasvuperioodi ja ilmastikumuutusi liigselt arvesse võtta. Neid nõudeid võib projekteerimisetapis olla võimatu täita. Tavalist niisutusveekasutust, mis viitab ühel niisutuskorral kasutatud veekogusele, nimetatakse niisutuskvoodiks (niisutuskvoot viitab ühe niisutamise ajal kasutatava vee sügavusele või ühe niisutuskorra ajal pindalaühiku kohta kasutatud veekogusele).
2.1.3 Kavandatav kastmiskvoot ja maksimaalne kastmiskogus ürituse kohta
Maksimaalne niisutuskogus ürituse kohta:
Kus:
max′- sobiva mulla niiskusesisalduse ülempiir (%), arvutatuna mahusuhte järgi;
min′- sobiva mulla niiskusesisalduse alumine piir (%), arvutatuna mahusuhte järgi;
η- niisutusvee kasutuskoefitsient. Erinevatel niisutusmeetoditel on selle koefitsiendi väärtused erinevad. Üldjuhul tilguti niisutamiseks: η=0.9; sprinkleriga niisutamiseks: η=0.85.
max′=95% põlluvõimsusest, min′=70% põlluvõimsusest.
2.1.4 Niisutustsükli kavandamise standardne arvutusmeetod
Projekteerimisetapis saab niisutustsüklit arvutada sprinkler-kastmise tehnilise standardi GB/T 50085-2007 valemi 4.3.4 järgi. Niisutustsükkel ja kastmiskordade arv tuleks määrata kohalike katseandmete põhjal. Katsete andmete puudumisel saab niisutuskordade arvu määrata lähtuvalt projekti esindusaastast ja veetasakaalu põhimõttel sõnastatud kastmisrežiimist. Niisutustsüklit saab arvutada järgmiselt:
Kus:
○ T - kavandatud niisutustsükkel, arvutatud väärtus on täisarv (päevades);
○ ETa- põllukultuuride kavandatud veetarbimise intensiivsus, mis on valitud tabelist või võetud niisutustippperioodi keskmiseks väärtuseks kavandatud tüüpilisel aastal (mm/d);
○ md- disainitud niisutuskvoot (mm).
Ühine niisutusvee kasutamise arvutamise valem:
I=ETc +W−P
Kus:
○ I - kastmisvee tarbimine, mm;
○ ETc - arvutatud veetarbimise intensiivsus, mm/d;
○ P - sademed, mm;
○ W - mulla niiskuse puudujääk, mm. Seda valemit kasutatakse tavaliselt niisutusvee kasutamise arvutamiseks niisutussüsteemi projekteerimisetapis. Idee seisneb selles, et niisutusvee tarbimine peab vastama põllukultuuri veetarbimisele.
2.2 Tööfaas: täpne arvutus "Tegelike igapäevaste tingimuste" alusel
Kasutus- ja majandamisfaasis lähtutakse niisutusvee kasutamise arvutamisel tegelikust päevasest niisutusvajadusest ja niisutussüsteemi veevarustustingimustest. Enne niisutussüsteemi käivitumist (enne kastmist) tuleb põllukultuuri kasvufaasi, ilmastikutingimuste jms põhjal kindlaks määrata kastmisvajadus. Seejärel arvutatakse mulla praeguse niiskusesisalduse ja viimasest niisutuskorrast praeguseni niisutusse sattunud netosademete põhjal välja niisutuskogus, mis on vajalik põllukultuuri viimasest kastmisest kuni selle kastmiseni kaotatud vee täiendamiseks. Arvestada tuleks ka pinnasesse salvestatud veega, st kavandatud niisutustsükliga. Arvutatud väärtus on:
○ Niisutusvee tarbimine=Põllukultuuride veetarbimine - (netosademed + pinnase saadaolev vesi).
○ Pinnase saadaolev vesi=Põllu maht - Praegune pinnase niiskusesisaldus.
Kui niisutustsüklit ei võeta arvesse, tehakse arvutus:
○ Niisutusvee tarbimine=Põllukultuuride veetarbimine - Netosademed.
2.3 Neto niisutamise nõue (NIR)
Neto niisutamise vajaduse (NIR) valem arvutab välja, kui palju vett peate põllukultuuride vajaduste rahuldamiseks kasutama. Selle põhjuseks on sademed ja süsteemikadud.
Peamine valem on:
○ NIR=(ETc - Pe) / Ea
Siin on ETc põllukultuuride evapotranspiratsioon, Pe on tõhus vihmasadu ja Ea on teie niisutussüsteemi kasutamise tõhusus.
Jaotame kõik muutujad lahti, et teaksite täpselt, kuidas seda leida või arvutada.
⒈ ETc (Crop Evapotranspiration): see näitab teie põllukultuuri spetsiifilist veekasutust. Arvutage see järgmisega: ETc=ET₀ * Kc. Erinevate põllukultuuride ja kasvufaaside Kc väärtused on saadaval sellistest allikatest nagu Toidu- ja Põllumajandusorganisatsioon (FAO) või ülikoolide uuringud.
⒉ Pe (efektiivne sademete hulk): efektiivse sademete hulga hindamine võib olla lihtne või keeruline. Levinud meetod eeldab, et Pe on protsent kogu sademete hulgast, sageli 70-80%, olenevalt pinnase tüübist ja tormide intensiivsusest. Täpsemad arvutused, nagu USDA-SCS meetod, kasutavad parema täpsuse huvides mulla vee hoidmise võimet ja igapäevaseid sademete andmeid.
⒊ Ea (rakenduse tõhusus): see oluline tegur jäetakse sageli tähelepanuta. See näitab vee protsenti, mis teie niisutussüsteemist tegelikult põllukultuuri juurtsooni jõuab. Ükski süsteem pole 100% efektiivne. Kaod tekivad tuule, aurumise ja äravoolu tõttu. Uurime seda üksikasjalikult hiljem.
2.4 Protsessi jälgimine
Niisutusprotsessi käigus on vaja jälgida mulla niiskusesisaldust ja põllukultuuride kasvutingimusi, õigeaegselt reguleerida niisutuskogust, et tagada põllukultuuride piisava vee saamine. Lisaks tuleks optimaalsete niisutustulemuste saavutamiseks arvutada kastmisaega või veekogust iga päev ja kohandada seda tegelike tingimuste alusel.
Kokkuvõtteks võib öelda, et niisutusvee kasutamise mõistmine ja täpne arvutamine on niisutussüsteemide projekteerimisel ja töö juhtimisel ülioluline.
Süsteemi valimine
Teie kasutatav niisutussüsteem mõjutab oluliselt teie veearvutust. See on fikseeritud rakenduse tõhususe (Ea) muutujaga meie põhivalemis.
3.1 Rakenduse tõhususe roll
Kasutusefektiivsus (Ea) on vee osakaal, mis on edukalt säilitatud põllukultuuri juuretsoonis ja on valmis omastamiseks. Ülejäänud vesi kaob aurustumise, tuule triivi, äravoolu või juurte alla sügava imbumise tõttu.
Madala 50% Ea-ga süsteem nõuab, et kasutate topelt vett, mida teie põllukultuur tegelikult vajab. Kõrge 95% Ea-ga süsteem kõrvaldab need jäätmed peaaegu ära. See vähendab otseselt pumpamiskulusid ja veekulu.
3.2 Süsteemi tõhususe võrdlemine
Arvutuste jaoks õige Ea väärtuse valimisel on oluline mõista erinevate süsteemide tüüpilist tõhusust. See aitab ka uutesse seadmetesse strateegiliste investeeringute tegemisel.
|
Niisutusmeetod |
Tüüpiline Ea (%) |
Kaotuse peamised põhjused |
Parim jaoks |
|
Üleujutus / vagu |
40 - 60% |
Suur pinnaaurustumine, äravool, ebaühtlane sügav imbumine. |
Tasased põllud, veerohked alad-, spetsiifilised soola-taluvad põllukultuurid. |
|
Keskpööre / sprinkler |
75 - 85% |
Pihustatud aurustumine, tuule triiv, varikatuse katkestamine. |
Suured ühtlased põllud teravilja, sööda ja köögiviljade jaoks. |
|
Tilk-/mikro{0}}niisutus |
90 - 95%+ |
Minimaalne. Mõningane pinnaaurustumine märgadest kohtadest. |
Väärtuslikud-reakultuurid, viljapuuaiad, viinamarjaistandused, veepuud{1}}alad. |
3.3 Tilkniisutamise korpus
Andmed näitavad selgelt, et tilguti niisutamine pakub niisutusel veekasutuse tõhususe suurimat potentsiaali. Selle kõrge Ea vähendab otseselt netoniisutusvajaduse arvutamisel vajaliku vee koguhulka.
Tilgasüsteemid viivad vett aeglaselt ja otse juuretsooni. See minimeerib aurustumis- ja tuulekadusid. See meetod vähendab ka umbrohu kasvu ridade vahel ja võimaldab väga tõhusat "väetamist" -, kandes toitaineid läbi niisutusvee.
Nende jaoks, kes soovivad rakenduste tõhusust maksimeerida, on kvaliteetsetesse seadmetesse investeerimine võtmetähtsusega. Usaldusväärsed tooted, näiteks tilkumislindid saadaval spetsialiseeritud tootjatelt, tagavad ühtlase veevarustuse ja vastupidavuse. See aitab otseselt kaasa suuremale veekasutuse efektiivsusele ja parematele põllukultuuride tulemustele.
Täiustatud dünaamilised kohandused
Staatilised, hooajalised arvutused annavad kindla lähtealuse. Põllumajandusliku veekasutuse tipptaseme saavutamiseks peate siiski liikuma keskmistest väärtustest kaugemale ja kasutama dünaamilise niisutusjuhtimise jaoks-reaalajas andmeid.
4.1 Oma pinnase kuulamine
Mullaniiskuse andurid on teie otsene sideliin põllukultuuri juuretsooniga. Nad vastavad kriitilistele küsimustele: "Millal peaksin niisutama?" ja "Kui palju vett on mulda jäänud?"
Need tööriistad võimaldavad mulla veesisalduse{0}}välismõõtmisi. See eemaldab ajakavast arvamise. Levinud tüüpide hulka kuuluvad tensiomeetrid, mis mõõdavad pinnase vee pinget, ja elektroonilised sondid (TDR, mahtuvus), mis mõõdavad mahulist veesisaldust.
Niisutuspäästikute loomiseks asetage andurid juurtsooni erinevatele sügavustele. Näiteks on levinud strateegia niisutamine, kui mulla niiskus langeb 50%-ni taime{2}}saadavast veest. See hoiab ära igasuguse stressi saagile.
4.2 Ilmaandmete integreerimine
Selle asemel, et kasutada ET₀ ajaloolisi kuukeskmisi, kasutab tõeliselt nutikas süsteem reaalajas{0}}ilmaandmeid.
Kaasaegsed ilmajaamad pakuvad igapäevaseid või isegi tunniseid ET₀ väärtusi. Need võivad asuda-farmis või piirkondliku võrgu osana. Nende reaalajas andmete integreerimine oma arvutustesse võimaldab teie niisutusgraafikut koheselt kohandada.
See tava hoiab ära ülekastmise enne ennustatud vihmasaju. Vastupidi, see tagab, et kasutate piisavalt vett, et ootamatust kuumalainest üle saada. See täpselt-häälestab teie veekasutust vastavalt mis tahes päeva tegelikele tingimustele.
4.3 Veekadude arvestus
Tõeliselt arenenud arvutus läheb kaugemale ainult põllukultuuride vajadustest. See arvestab muid vajalikke veekasutusi ja -kadusid. Seda üksikasjalikkuse taset käsitletakse põhijuhendites harva.
Üks võtmetegur on leostumisnõue (LR). Soolase pinnase või veega piirkondades tuleb juureala alla kogunenud soolade loputamiseks kasutada lisavett. Selle ignoreerimine võib aja jooksul põhjustada mürgiste soolade kogunemist ja saagikuse tõsist vähenemist.
Samuti peate töötama selle nimel, et minimeerida ja arvesse võtta äravoolust ja sügavast imbumisest tulenevaid kadusid. Sellised meetodid nagu "impulssniisutus" võivad drastiliselt vähendada äravoolu kallakutel või kitsastel muldadel. See rakendab vett lühiajaliselt, et võimaldada mulla imendumist. Süsteemi kasutusnormi ja pinnase imbumismäära sobitamine on ülioluline. See takistab vee liikumist juurtest mööda enne, kui põllukultuur saab seda kasutada.
Järeldus
Kalendri või mullatunde järgi kastmise ajastu on möödas. Tee tulusama, vastupidavama ja jätkusuutlikuma põllumajandustegevuse poole on sillutatud andmetega. Vee säästmine põllumajanduses selle lähenemisviisi kaudu annab järjekindlaid dividende säästetud vee, energiasäästu ja kõrgema ja usaldusväärsema saagikuse näol.