Spėliojimas, kiek vandens naudoti, yra viena didžiausių ūkininkavimo paslėptų išlaidų. Per daug vandens sukelia nuotėkį, išplauna maistines medžiagas ir eikvoja energiją. Per mažas vandens kiekis sukelia stresą pasėliams ir mažina derlių. Čia kalbama apie tikslumą.
Mokslinis drėkinimo vandens skaičiavimas suteikia jums aiškų metodą, kaip tiksliai nustatyti, kiek vandens reikia jūsų pasėliams ir kada jo reikia. Tai sudaro protingo ūkio valdymo pagrindą. Šis vadovas padės jums atlikti visą procesą.
Pagrindinių principų supratimas
Norėdami tiksliai apskaičiuoti drėkinimo vandenį, pirmiausia turite suprasti, kas lemia vandens poreikį ūkiuose. Šios žinios paaiškina „kodėl“ už matematikos.
1.1 Vandens poreikio apibrėžimas
○ Crop Water Requirement (CWR) – tai bendras vandens kiekis, kurio pasėliams reikia nuo sodinimo iki derliaus nuėmimo esant tobuloms augimo sąlygoms.
○ Drėkinimo vandens reikalavimas (IWR) skiriasi. Tai CWR dalis, kurią turite tiekti drėkindami. Tai prilygsta CWR atėmus vandenį iš kitų šaltinių, pavyzdžiui, kritulių ir sukauptos dirvožemio drėgmės.
1.2 Vandens balanso modelis
Įsivaizduokite savo lauką kaip banko sąskaitą. Vandens balanso modelis seka kiekvieną lašą kaip knyga. Principas yra paprastas: tai, kas patenka, turi prilygti išleidžiamam ir bet kokie saugojimo pakeitimai.
☆ Įėjimai (drėkinimas + krituliai)=išėjimai (garinimas + nuotėkis + gilus prasiskverbimas) + dirvožemio vandens kaupimo pakeitimas
Jūsų tikslas yra valdyti "Drėkinimo" įvestį. Taip „Dirvožemio vandens kaupimo pokytis“ išlieka optimaliame sveikiems pasėliams.
1.3 Pagrindinių komponentų dekonstruojimas
Keletas pagrindinių kintamųjų lemia šią vandens balanso lygtį. Norint atlikti tikslius skaičiavimus, būtina juos suprasti.
○ Potencialus garavimas (ET₀) yra jūsų atskaitos taškas. Tai rodo didžiausią vandens netekimo į atmosferą greitį nuo standartinio,{1}}gerai laistomo žolės paviršiaus. Orai lemia šią metriką per saulės spinduliuotę, temperatūrą, vėją ir drėgmę.
○ Derliaus koeficientas (Kc) koreguoja ET₀ pagal jūsų konkrečią pasėlių. Jaunas kukurūzų augalas sunaudoja mažiau vandens nei visiškai užaugęs. Kc koeficientas atspindi šį pokytį. Jis skiriasi visais pasėlių augimo tarpsniais: pradiniu, vystymosi, sezono vidurio-ir vėlyvuoju{4}}sezonu.
○ Efektyvus kritulių kiekis (Pe) – tai visų kritulių dalis, kuri iš tikrųjų padeda derliui. Tai lietus, kuris įsigeria į dirvą ir lieka šaknų zonoje. Trumpa, stipri liūtis gali sukelti didelį nuotėkį. Jo efektyvus kritulių kiekis yra daug mažesnis nei bendras išmatuotas kiekis.
Pagrindinės formulės įsisavinimas
Dabar, kai supratote principus, galite juos sudėti į praktinę lygtį. Tai jūsų pagrindinis įrankis drėkinimo poreikiams apskaičiuoti.
2.1. Projektavimo etapas: įvertinimas, pagrįstas „blogiausiu{1}}atvejo scenarijumi“
2.1.1 Laistymo vandens sunaudojimo skaičiavimas projektavimo etape
Projektavimo ir planavimo etape drėkinimo vandens sunaudojimas apskaičiuojamas atsižvelgiant į tokius veiksnius kaip nepalankiausias laistymo būdas projekto vietoje, didžiausias vandens suvartojimas pasėlių augimo laikotarpiu ir nepalankiausios oro sąlygos (darant prielaidą, kad ilgą laiką nebus kritulių, ty krituliai=0). Pirmiausia reikia nustatyti pasėlių auginimo sezoną ir didžiausią drėkinimo poreikį jo augimo laikotarpiu. Pačios nepalankiausios oro sąlygos – pasėlių vandens poreikis vasarą. Kai kaitaliojami keli pasėliai, vandens suvartojimo skaičiavimams reikėtų pasirinkti pasėlius, kurių vandens poreikis vasarą didžiausias. Galiausiai, remiantis laistymo sistemos projektiniais parametrais, tokiais kaip drėkinimo būdas, drėkinimo efektyvumas ir kt., apskaičiuojamas drėkinimo vandens sunaudojimas.
Planavimo ir projektavimo etape kaip projektavimo pagrindas turėtų būti pasirinktas laikotarpis, per kurį pasėliai auga. Tinkamas pasirinkimas yra naudoti pasėlių vandens poreikį augimo laikotarpiu, kai vandens suvartojimas didžiausias, kaip pasėlių vandens poreikį.
2.1.2 Nuorodų lentelė ir projektinio vandens suvartojimo intensyvumo (ETc) nustatymo pagrindas
Mikro-Drėkinimo inžinerijos projektavimo standartas GB/T 50485-2020 „Mikro drėkinimo inžinerijos techniniai standartai“ tiesiogiai nurodo numatomą vandens suvartojimą pasėliams, kaip parodyta 1 lentelėje: Projektinis vandens suvartojimo intensyvumas (mm/d). Numatytas pasėlių vandens poreikis naudojamas tik drėkinimo ciklo planui apskaičiuoti.
|
Pasėliai |
Lašelinis drėkinimas |
Mikro-laistymas purkštuvu |
Pasėliai |
Lašelinis drėkinimas |
Mikro-laistymas purkštuvu |
|
Vynuogės, medžiai, melionai |
3-7 |
4-8 |
Daržovės (atviras laukas) |
4-7 |
5-8 |
|
Javai, medvilnė, aliejiniai augalai |
4-7 |
\ |
Šauni{0}}sezoninė žolė |
\ |
5-8 |
|
Daržovės (saugomos teritorijos) |
2-4 |
\ |
Šiltos{0}}sezono žolės |
\ |
3-5 |
Taip yra todėl, kad pasėliams, atitinkantiems tam tikrą drėkinimo metodą, nereikia atsižvelgti į augimo laikotarpį ir pernelyg didelius oro pokyčius. Šių reikalavimų gali būti neįmanoma įvykdyti projektavimo etape. Įprastas drėkinimo vandens sunaudojimas, nurodantis vandens kiekį, sunaudotą per vieną drėkinimą, vadinamas drėkinimo kvota (drėkinimo kvota reiškia vandens gylį, panaudotą per vieną drėkinimą, arba vandens kiekį, sunaudotą ploto vienetui per vieną drėkinimą).
2.1.3 Planuojama drėkinimo kvota ir didžiausias drėkinimo kiekis vienam renginiui
Didžiausias drėkinimo kiekis vienam renginiui:
Kur:
max′- viršutinė tinkamo dirvožemio drėgmės kiekio riba (%), apskaičiuota pagal tūrio santykį;
min′- apatinė tinkamo dirvožemio drėgmės kiekio riba (%), apskaičiuojama pagal tūrio santykį;
η- drėkinimo vandens panaudojimo koeficientas. Skirtingi drėkinimo būdai turi skirtingas šio koeficiento vertes. Paprastai lašeliniam drėkinimui: η=0.9; laistymui purkštuvu: η=0.85.
max′=95% lauko talpos, min′=70% lauko talpos.
2.1.4 Standartinis drėkinimo ciklo projektavimo skaičiavimo metodas
Projektavimo etape drėkinimo ciklas gali būti skaičiuojamas pagal laistymo purkštuvu techninį standartą GB/T 50085-2007, formulę 4.3.4. Drėkinimo ciklas ir drėkinimų skaičius turėtų būti nustatyti remiantis vietiniais eksperimentiniais duomenimis. Jei eksperimentinių duomenų trūksta, drėkinimų skaičių galima nustatyti pagal projektinius reprezentacinius metus ir drėkinimo režimą, suformuluotą pagal vandens balanso principą. Drėkinimo ciklą galima apskaičiuoti taip:
Kur:
○ T - projektinis drėkinimo ciklas, apskaičiuota vertė yra sveikasis skaičius (dienomis);
○ ETa- pasėlių projektinis vandens suvartojimo intensyvumas, pasirinktas iš lentelės arba paimtas kaip vidutinė laistymo piko laikotarpio vertė projektiniams tipiniams metams (mm/d);
○ md- dizaino drėkinimo kvota (mm).
Įprasta drėkinimo vandens suvartojimo skaičiavimo formulė:
I=ETc +W−P
Kur:
○ I - drėkinimo vandens sunaudojimas, mm;
○ ETc - projektinis vandens suvartojimo intensyvumas, mm/d;
○ P - krituliai, mm;
○ W - dirvožemio drėgmės trūkumas, mm. Ši formulė dažniausiai naudojama drėkinimo vandens sunaudojimui skaičiuojant laistymo sistemos projektavimo etape. Idėja yra ta, kad drėkinimo vandens suvartojimas turi atitikti pasėlių vandens suvartojimą.
2.2 Veikimo fazė: tikslus skaičiavimas, pagrįstas faktinėmis dienos sąlygomis
Eksploatacijos ir valdymo etape drėkinimo vandens suvartojimas apskaičiuojamas pagal faktinį paros drėkinimo poreikį ir drėkinimo sistemos vandens tiekimo sąlygas. Prieš pradedant drėkinimo sistemą (prieš drėkinimą), reikia nustatyti drėkinimo poreikį, atsižvelgiant į pasėlių augimo tarpsnį, oro sąlygas ir kt. Tada, atsižvelgiant į esamą dirvožemio drėgmės kiekį ir grynąjį kritulių kiekį nuo paskutinio laistymo iki dabartinio drėkinimo, apskaičiuojamas drėkinimo kiekis, reikalingas pasėlių prarastam vandeniui papildyti nuo paskutinio drėkinimo iki šio drėkinimo. Taip pat reikėtų atsižvelgti į dirvožemyje sukauptą vandenį, ty į planuojamą drėkinimo ciklą. Apskaičiuota vertė yra tokia:
○ Drėkinimo vandens sunaudojimas=Pasėlių vandens suvartojimas - (grynasis kritulių kiekis + dirvoje esantis vanduo).
○ Dirvožemio turimas vanduo=Lauko talpa - Dabartinis dirvožemio drėgmės kiekis.
Kai neatsižvelgiama į drėkinimo ciklą, apskaičiuojama:
○ Drėkinimo vandens sunaudojimas=Pasėlių vandens suvartojimas - Grynasis kritulių kiekis.
2.3 Grynojo drėkinimo reikalavimas (NIR)
Grynojo drėkinimo poreikio (NIR) formulė apskaičiuoja, kiek vandens reikia išpilti, kad būtų patenkinti pasėlių poreikiai. Tai lemia kritulių kiekį ir sistemos nuostolius.
Pirminė formulė yra tokia:
○ NIR=(ETc - Pe) / Ea
Čia ETc yra pasėlių garinimas, Pe yra efektyvus kritulių kiekis, o Ea yra jūsų drėkinimo sistemos taikymo efektyvumas.
Išskaidykime kiekvieną kintamąjį, kad tiksliai žinotumėte, kaip jį rasti arba apskaičiuoti.
⒈ ETc (pasėlių išgarinimas): rodomas konkretus jūsų pasėlių vandens suvartojimas. Apskaičiuokite jį taip: ETc=ET₀ * Kc. Įvairių pasėlių ir augimo etapų Kc vertes galima gauti iš tokių šaltinių kaip Maisto ir žemės ūkio organizacija (FAO) arba universitetų tyrimai.
⒉ Pe (efektyvus kritulių kiekis): efektyvaus kritulių kiekio įvertinimas gali būti paprastas arba sudėtingas. Įprastas metodas daro prielaidą, kad Pe yra bendro kritulių kiekio procentas, dažnai 70-80%, priklausomai nuo dirvožemio tipo ir audros intensyvumo. Tikslesniems skaičiavimams, pvz., USDA-SCS metodui, naudojami dirvožemio vandens sulaikymo pajėgumai ir dienos kritulių duomenys, siekiant didesnio tikslumo.
⒊ Ea (taikymo efektyvumas): šis svarbus veiksnys dažnai nepaisomas. Tai rodo vandens procentą, kuris iš jūsų drėkinimo sistemos iš tikrųjų pasiekia pasėlių šaknų zoną. Jokia sistema nėra 100% efektyvi. Nuostoliai atsiranda dėl vėjo, garavimo ir nuotėkio. Mes tai išsamiai išnagrinėsime vėliau.
2.4 Proceso stebėjimas
Laistymo proceso metu būtina stebėti dirvožemio drėgmę ir pasėlių augimo sąlygas, laiku reguliuoti laistymo kiekį, kad pasėliai gautų pakankamai vandens. Be to, laistymo laikas arba vandens kiekis turi būti skaičiuojamas ir reguliuojamas kasdien, atsižvelgiant į faktines sąlygas, kad būtų pasiekti optimalūs drėkinimo rezultatai.
Apibendrinant galima pasakyti, kad laistymo vandens sunaudojimo supratimas ir tikslus apskaičiavimas yra labai svarbus kuriant ir valdant drėkinimo sistemas.
Sistemos pasirinkimas
Naudojama laistymo sistema labai paveikia vandens skaičiavimą. Tai užfiksuota taikymo efektyvumo (Ea) kintamuoju mūsų pagrindinėje formulėje.
3.1 Taikymo efektyvumo vaidmuo
Naudojimo efektyvumas (Ea) – tai vandens procentas, sėkmingai laikomas pasėlių šaknų zonoje, paruoštas įsisavinti. Likęs vanduo prarandamas dėl garavimo, vėjo dreifo, nuotėkio ar gilaus prasisunkimo žemiau šaknų.
Sistemoje su mažu 50 % Ea reikia naudoti dvigubai daugiau vandens, kurio iš tikrųjų reikia pasėliams. Sistema su dideliu 95% Ea beveik pašalina šias atliekas. Tai tiesiogiai sumažina siurbimo išlaidas ir vandens sąnaudas.
3.2 Sistemos efektyvumo palyginimas
Norint pasirinkti teisingą Ea vertę skaičiavimams, labai svarbu suprasti tipinį skirtingų sistemų efektyvumą. Tai taip pat padeda strategiškai investuojant į naują įrangą.
|
Drėkinimo būdas |
Tipinė Ea (%) |
Pagrindinės praradimo priežastys |
Geriausias skirtas |
|
Potvynis / vaga |
40 - 60% |
Didelis paviršiaus garavimas, nuotėkis, netolygus gilus prasiskverbimas. |
Lygi laukai,{0}}vešlūs plotai, specifiniai druskai-toleruojantys pasėliai. |
|
Centrinis suktuvas / purkštuvas |
75 - 85% |
Purškimo garavimas, vėjo dreifas, baldakimo perėmimas. |
Dideli, vienodi laukai grūdams, pašarams ir daržovėms. |
|
Lašelinis / mikro{0}}drėkinimas |
90 - 95%+ |
Minimalus. Šiek tiek paviršiaus išgaravimas iš drėgnų dėmių. |
Didelės{0}}vertės eilučių pasėliai, vaismedžių sodai, vynuogynai,{1}}vandens plotai. |
3.3 Lašelinio drėkinimo dėklas
Duomenys aiškiai rodo, kad lašelinis drėkinimas suteikia didžiausią vandens naudojimo efektyvumo potencialą drėkinimui. Jo aukšta Ea tiesiogiai sumažina bendrą vandens poreikį apskaičiuojant grynojo drėkinimo poreikį.
Lašinimo sistemos vandenį tiekia lėtai ir tiesiai į šaknų zoną. Tai sumažina garavimo ir vėjo nuostolius. Šis metodas taip pat sumažina piktžolių augimą tarp eilių ir leidžia labai efektyviai „tręšti“ - maistines medžiagas naudojant drėkinamąjį vandenį.
Norintiems maksimaliai padidinti taikymo efektyvumą, labai svarbu investuoti į kokybišką įrangą. Patikimi produktai, tokie kaip lašinimo juostos, kurias galima įsigyti iš specializuotų gamintojų, užtikrinti pastovų vandens tiekimą ir ilgaamžiškumą. Tai tiesiogiai prisideda prie didesnio vandens naudojimo efektyvumo ir geresnių pasėlių rezultatų.
Išplėstiniai dinaminiai koregavimai
Statiniai, sezoniniai skaičiavimai suteikia tvirtą pagrindą. Tačiau norėdami pasiekti didžiausią žemės ūkio vandens naudojimo efektyvumą, turite neviršyti vidurkių ir naudoti{1}}realaus laiko duomenis dinaminiam drėkinimo valdymui.
4.1 Jūsų dirvožemio klausymas
Dirvožemio drėgmės jutikliai yra jūsų tiesioginis ryšys su pasėlių šaknų zona. Jie atsako į svarbius klausimus: "Kada turėčiau laistyti?" ir "Kiek vandens liko dirvožemyje?"
Šie įrankiai leidžia tiesiogiai{0}}matuoti dirvožemio vandens kiekį lauke. Tai pašalina spėliones iš planavimo. Įprasti tipai yra tensiometrai, matuojantys dirvožemio vandens įtampą, ir elektroniniai zondai (TDR, talpa), matuojantys tūrinį vandens kiekį.
Įdėkite jutiklius į skirtingą šaknų zonos gylį, kad nustatytumėte drėkinimo paleidiklius. Pavyzdžiui, įprasta strategija yra laistyti, kai dirvožemio drėgmė nukrenta iki 50 % augalo{2}}vandens. Taip išvengiama bet kokio streso pasėliui.
4.2 Orų duomenų integravimas
Užuot naudoję istorinius ET₀ mėnesio vidurkius, tikrai išmani sistema naudoja orų duomenis realiuoju laiku.
Šiuolaikinės meteorologinės stotys pateikia kasdienes ar net valandines ET₀ vertes. Jie gali būti-ūkyje arba regioninio tinklo dalyje. Integravus šiuos tiesioginius duomenis į savo skaičiavimus, galima nedelsiant pakoreguoti drėkinimo tvarkaraštį.
Ši praktika neleidžia perlaistyti prieš numatomą liūtį. Ir atvirkščiai, tai užtikrina, kad patepsite pakankamai vandens, kad išgyventumėte netikėtą karščio bangą. Jis tiksliai-sureguliuoja vandens naudojimą, kad atitiktų faktines bet kurios dienos sąlygas.
4.3 Vandens nuostolių apskaita
Tikrai pažangus skaičiavimas apima ne tik pasėlių poreikius. Tai apima kitus būtinus vandens panaudojimo ir nuostolius. Šis detalumo lygis retai aprašomas pagrindiniuose vadovuose.
Vienas iš pagrindinių veiksnių yra išplovimo reikalavimas (LR). Vietose, kuriose yra sūrus dirvožemis arba vanduo, reikia papildomai įpilti vandens, kad susikaupusios druskos būtų nuplaunamos žemiau šaknų zonos. Jei to nepaisysite, laikui bėgant gali kauptis toksiškos druskos ir smarkiai sumažėti derlius.
Taip pat turite stengtis sumažinti nuotėkio ir gilaus prasisunkimo nuostolius ir į juos atsižvelgti. Tokie metodai, kaip „impulsinis drėkinimas“, gali drastiškai sumažinti nuotėkį nuožulniose arba ankštose dirvose. Dėl to vanduo trumpai paleidžiamas, kad dirvožemis galėtų įsigerti. Labai svarbu suderinti sistemos naudojimo normą su dirvožemio infiltracijos greičiu. Tai neleidžia vandeniui prasiskverbti pro šaknų zoną, kol pasėliai gali jį panaudoti.
Išvada
Laistymo pagal kalendorių ar dirvožemio jausmą era baigėsi. Kelias į pelningesnę, atsparesnę ir tvaresnę žemės ūkio veiklą yra grįstas duomenimis. Vandens taupymas ūkininkaujant šiuo metodu duoda pastovius dividendus sutaupyto vandens, energijos taupymo ir didesnio bei patikimesnio pasėlių derliaus forma.