Nagađanje koliko vode koristiti jedan je od najvećih skrivenih troškova poljoprivrede. Previše vode stvara otjecanje, ispire hranjive tvari i gubi energiju. Premalo vode opterećuje usjeve i smanjuje prinose. Ovdje se radi o preciznosti.
Znanstveni izračun vode za navodnjavanje daje vam jasnu metodu za točno određivanje koliko vode vaši usjevi trebaju i kada im je potrebna. Ovo čini temelj pametnog upravljanja farmom. Ovaj vas vodič vodi kroz cijeli postupak.
Razumijevanje temeljnih načela
Da biste točno izračunali vodu za navodnjavanje, prvo morate razumjeti što pokreće potražnju vode na farmama. Ovo znanje objašnjava "zašto" iza matematike.
1.1 Definiranje potrebe za vodom
○ Potreba za vodom usjeva (CWR) je ukupna količina vode koju usjev treba od sadnje do žetve u savršenim uvjetima rasta.
○ Potreba za vodom za navodnjavanje (IWR) je drugačija. To je dio CWR-a koji morate opskrbiti putem navodnjavanja. To je jednako CWR minus voda iz drugih izvora kao što su oborine i uskladištena vlaga u tlu.
1.2 Model bilance vode
Zamislite svoje polje kao bankovni račun. Model ravnoteže vode prati svaku kap poput glavne knjige. Načelo je jednostavno: ono što ulazi mora biti jednako onome što izlazi plus svaka promjena u skladištu.
☆ Unosi (navodnjavanje + oborine)=izlazi (evapotranspiracija + otjecanje + duboka perkolacija) + promjena u skladištenju vode u tlu
Vaš cilj je upravljati unosom "Navodnjavanje". Ovo održava "Promjenu u skladištenju vode u tlu" na optimalnoj razini za zdrave usjeve.
1.3 Dekonstrukcija ključnih komponenti
Nekoliko ključnih varijabli pokreće ovu jednadžbu ravnoteže vode. Njihovo razumijevanje bitno je za točne izračune.
○ Potencijalna evapotranspiracija (ET₀) vaša je početna točka. Prikazuje maksimalnu stopu gubitka vode u atmosferu sa standardne, dobro{1}}navodnjene travnate površine. Vrijeme pokreće ovu metriku kroz sunčevo zračenje, temperaturu, vjetar i vlažnost.
○ Koeficijent usjeva (Kc) prilagođava ET₀ za vaš specifični usjev. Mlada biljka kukuruza koristi manje vode nego potpuno izrasla. Faktor Kc odražava ovu promjenu. Razlikuje se kroz faze rasta usjeva: početna, razvojna, sredi-sezona i kasna-sezona.
○ Efektivna kiša (Pe) je dio ukupne kiše koji zapravo pomaže usjevu. To je kiša koja se upija u tlo i ostaje u zoni korijena. Kratak, jak pljusak može uzrokovati znatno otjecanje. Njegova efektivna količina oborina znatno je manja od ukupne izmjerene količine.
Ovladavanje temeljnom formulom
Sada kada razumijete načela, možete ih ugraditi u praktičnu jednadžbu. Ovo je vaš glavni alat za izračun potreba za navodnjavanjem.
2.1 Faza dizajna: Procjena temeljena na "-najgorem scenariju"
2.1.1 Proračun potrošnje vode za navodnjavanje u fazi projektiranja
U fazi projektiranja i planiranja, izračun potrošnje vode za navodnjavanje temelji se na čimbenicima kao što su najnepovoljniji način navodnjavanja na lokaciji projekta, maksimalna potrošnja vode tijekom razdoblja rasta usjeva i najnepovoljniji vremenski uvjeti (pod pretpostavkom da duže vrijeme nema oborina, tj. padalina=0). Prvo, potrebno je odrediti sezonu rasta usjeva i maksimalnu potrebu za navodnjavanjem tijekom razdoblja rasta. Najnepovoljniji vremenski uvjeti su potreba usjeva za vodom tijekom ljeta. Kada se izmjenjuje više usjeva, za izračun potrošnje vode treba odabrati usjev s najvećom potrebom za vodom ljeti. Na kraju, na temelju projektiranih parametara sustava za navodnjavanje, kao što su način navodnjavanja, učinkovitost navodnjavanja itd., izračunava se potrošnja vode za navodnjavanje.
U fazi planiranja i projektiranja, razdoblje u kojem usjev raste treba odabrati kao osnovu za projektiranje. Ispravan izbor je korištenje potrebe usjeva za vodom tijekom razdoblja rasta s najvećom potrošnjom vode kao projektirane potrebe usjeva za vodom.
2.1.2 Referentna tablica i osnova za određivanje projektiranog intenziteta potrošnje vode (ETc)
Standard za projektiranje mikro{0}}navodnjavanja GB/T 50485-2020 "Tehnički standardi za inženjering mikronavodnjavanja" izravno daje projektiranu potrošnju vode za usjeve, kao što je prikazano u tablici 1: Projektni intenzitet potrošnje vode (mm/d). Projektirana potreba usjeva za vodom koristi se samo za izračun dizajna ciklusa navodnjavanja.
|
Usjevi |
Navodnjavanje kap po kap |
Mikro-navodnjavanje prskalicama |
Usjevi |
Navodnjavanje kap po kap |
Mikro-navodnjavanje prskalicama |
|
Grožđe, drveće, dinje |
3-7 |
4-8 |
Povrće (otvoreno polje) |
4-7 |
5-8 |
|
Žitarice, pamuk, uljarice |
4-7 |
\ |
Cool-sezonske trave |
\ |
5-8 |
|
Povrće (zaštićena područja) |
2-4 |
\ |
Tople{0}}sezonske trave |
\ |
3-5 |
To je zato što, za usjeve koji odgovaraju određenoj metodi navodnjavanja, nema potrebe da se pretjerano uzimaju u obzir razdoblje rasta i vremenske promjene. Ove zahtjeve možda nije moguće ispuniti u fazi projektiranja. Konvencionalna potrošnja vode za navodnjavanje, koja se odnosi na količinu vode koja se koristi u jednom navodnjavanju, naziva se kvota navodnjavanja (kvota navodnjavanja odnosi se na dubinu vode primijenjene tijekom jednog navodnjavanja ili količinu vode primijenjenu po jedinici površine tijekom jednog navodnjavanja).
2.1.3 Projektirana kvota navodnjavanja i maksimalna količina navodnjavanja po događaju
Maksimalna količina navodnjavanja po događaju:
Gdje:
max′- gornja granica prikladnog sadržaja vlage u tlu (u %), izračunata volumnim omjerom;
min′- donja granica odgovarajućeg sadržaja vlage u tlu (u %), izračunata volumnim omjerom;
η- koeficijent iskorištenja vode za navodnjavanje. Različite metode navodnjavanja imaju različite vrijednosti ovog koeficijenta. Općenito, za navodnjavanje kap po kap: η=0.9; za navodnjavanje prskalicama: η=0.85.
max′=95% kapaciteta polja, min′=70% kapaciteta polja.
2.1.4 Standardna metoda proračuna za projektiranje ciklusa navodnjavanja
U fazi projektiranja, ciklus navodnjavanja može se izračunati prema tehničkoj normi za navodnjavanje prskalicama GB/T 50085-2007, formula 4.3.4. Ciklus navodnjavanja i broj navodnjavanja treba odrediti na temelju lokalnih eksperimentalnih podataka. Ako eksperimentalni podaci nedostaju, broj navodnjavanja može se odrediti na temelju projektne reprezentativne godine i režima navodnjavanja formuliranog prema načelu vodne bilance. Ciklus navodnjavanja može se izračunati kao:
Gdje:
○ T - projektirani ciklus navodnjavanja, izračunata vrijednost je cijeli broj (dani);
○ ETa- intenzitet potrošnje vode za dizajn usjeva, odabran iz tablice ili uzet kao prosječna vrijednost vršnog razdoblja navodnjavanja za reprezentativnu godinu za dizajn (mm/d);
○ md- projektirana kvota navodnjavanja (mm).
Uobičajena formula za izračun potrošnje vode za navodnjavanje:
I=ETc +W−P
Gdje:
○ I - potrošnja vode za navodnjavanje, u mm;
○ ETc - projektirani intenzitet potrošnje vode, u mm/d;
○ P - oborina, u mm;
○ W - deficit vlage u tlu, u mm. Ova formula se obično koristi za izračun potrošnje vode za navodnjavanje tijekom faze projektiranja sustava za navodnjavanje. Ideja je da potrošnja vode za navodnjavanje treba zadovoljiti potrošnju vode usjeva.
2.2 Faza rada: Precizan izračun temeljen na "stvarnim dnevnim uvjetima"
Tijekom faze rada i upravljanja, izračun potrošnje vode za navodnjavanje temelji se na stvarnoj dnevnoj potrebi za navodnjavanjem i uvjetima opskrbe vodom sustava za navodnjavanje. Prije pokretanja sustava navodnjavanja (prije navodnjavanja), potrebno je odrediti potrebu za navodnjavanjem na temelju faze rasta usjeva, vremenskih uvjeta itd. Zatim se, na temelju trenutnog sadržaja vlage u tlu i neto oborine od zadnjeg navodnjavanja do trenutnog navodnjavanja, izračunava količina navodnjavanja potrebna za nadoknadu vode koju je usjev izgubio od posljednjeg navodnjavanja do ovog navodnjavanja. Također treba uzeti u obzir i vodu pohranjenu u tlu, tj. projektirani ciklus navodnjavanja. Izračunata vrijednost je:
○ Potrošnja vode za navodnjavanje=Potrošnja vode za usjeve - (neto oborina + dostupna voda u tlu).
○ Dostupna voda u tlu=Kapacitet polja - Trenutačni sadržaj vlage u tlu.
Kada se ciklus navodnjavanja ne uzme u obzir, izračun postaje:
○ Potrošnja vode za navodnjavanje=Potrošnja vode usjeva - Neto oborina.
2.3 Neto zahtjev za navodnjavanje (NIR)
Formula za neto potrebe za navodnjavanjem (NIR) izračunava koliko vode trebate primijeniti da zadovoljite potrebe usjeva. Obračunava padaline i gubitke u sustavu.
Primarna formula je:
○ NIR=(ETc - Pe) / Ea
Ovdje je ETc evapotranspiracija usjeva, Pe je efektivna količina oborina, a Ea je učinkovitost primjene vašeg sustava za navodnjavanje.
Raščlanimo svaku varijablu kako biste točno znali kako je pronaći ili izračunati.
⒈ ETc (Evapotranspiracija usjeva): Ovo pokazuje specifičnu potrošnju vode za vaš usjev. Izračunajte ga pomoću: ETc=ET₀ * Kc. Kc vrijednosti za različite usjeve i faze rasta dostupne su iz izvora poput Organizacije za hranu i poljoprivredu (FAO) ili sveučilišnih istraživanja.
⒉ Pe (Efektivna količina oborina): Procjena efektivne količine oborine može biti jednostavna ili složena. Uobičajena metoda pretpostavlja da je Pe postotak ukupne količine padalina, često 70-80%, ovisno o vrsti tla i intenzitetu oluje. Precizniji izračuni, poput USDA-SCS metode, koriste kapacitet tla za zadržavanje vode i dnevne podatke o oborinama za veću točnost.
⒊ Ea (Učinkovitost primjene): Ovaj se ključni faktor često zanemaruje. Pokazuje postotak vode koji iz vašeg sustava za navodnjavanje stvarno dopire do zone korijena usjeva. Nijedan sustav nije 100% učinkovit. Gubici se događaju zbog vjetra, isparavanja i otjecanja. Kasnije ćemo to detaljno istražiti.
2.4 Praćenje procesa
Tijekom procesa navodnjavanja potrebno je pratiti vlažnost tla i uvjete rasta usjeva, pravovremeno prilagoditi količinu navodnjavanja kako bi usjevi dobili dovoljno vode. Dodatno, vrijeme navodnjavanja ili volumen vode treba izračunati i prilagođavati dnevno na temelju stvarnih uvjeta kako bi se postigli optimalni rezultati navodnjavanja.
Zaključno, razumijevanje i točan izračun potrošnje vode za navodnjavanje ključno je u projektiranju i upravljanju radom sustava za navodnjavanje.
Odabir vašeg sustava
Sustav navodnjavanja koji koristite dramatično utječe na vaš proračun vode. To je zabilježeno varijablom učinkovitosti primjene (Ea) u našoj temeljnoj formuli.
3.1 Uloga učinkovitosti aplikacije
Učinkovitost primjene (Ea) je postotak vode koja je uspješno pohranjena u zoni korijena usjeva, spremna za upijanje. Preostala voda gubi se isparavanjem, zanošenjem vjetrom, otjecanjem ili dubokim procjeđivanjem ispod korijena.
Sustav s niskim Ea od 50% zahtijeva da primijenite duplo više vode nego što vaš usjev zapravo treba. Sustav s visokim Ea od 95% gotovo eliminira ovaj otpad. To izravno smanjuje troškove crpljenja i potrošnju vode.
3.2 Usporedba učinkovitosti sustava
Razumijevanje tipične učinkovitosti različitih sustava ključno je za odabir točne vrijednosti Ea za vaše izračune. Također pomaže pri strateškim ulaganjima u novu opremu.
|
Metoda navodnjavanja |
Tipični Ea (%) |
Primarni uzroci gubitka |
Najbolje za |
|
Poplava / brazda |
40 - 60% |
Visoko površinsko isparavanje, otjecanje, neravnomjerna dubinska perkolacija. |
Ravna polja, područja-obilna vodom, specifični-usjevi otporni na sol. |
|
Središnja osovina / prskalica |
75 - 85% |
Isparavanje spreja, zanošenje vjetra, presretanje krošnje. |
Velika, ujednačena polja za žitarice, stočnu hranu i povrće. |
|
Navodnjavanje kap po kap / mikro{0}}navodnjavanje |
90 - 95%+ |
Minimalno. Nešto površinskog isparavanja s mokrih mrlja. |
Visoko{0}}vrjedni usjevi, voćnjaci, vinogradi, vodo{1}}oskudna područja. |
3.3 Slučaj za navodnjavanje kap po kap
Podaci jasno pokazuju da navodnjavanje kap po kap nudi najveći potencijal za učinkovitost korištenja vode u navodnjavanju. Njegov visoki Ea izravno smanjuje ukupnu potrebnu vodu u izračunu neto potreba za navodnjavanjem.
Sustavi kap po kap isporučuju vodu polako i izravno u zonu korijena. Ovo smanjuje gubitke zbog isparavanja i vjetra. Ova metoda također smanjuje rast korova između redova i omogućuje vrlo učinkovitu "fertirigaciju" - primjenom hranjivih tvari kroz vodu za navodnjavanje.
Za one koji žele povećati učinkovitost primjene, ulaganje u kvalitetnu opremu je ključno. Pouzdani proizvodi, kao što su kapajuće trake dostupne od specijaliziranih proizvođača, osiguravaju dosljednu isporuku vode i trajnost. To izravno doprinosi većoj učinkovitosti korištenja vode i boljim rezultatima usjeva.
Napredne dinamičke prilagodbe
Statički, sezonski izračuni daju solidnu osnovu. Međutim, da biste postigli vrhunsku učinkovitost korištenja vode u poljoprivredi, morate ići iznad prosjeka i koristiti-podatke u stvarnom vremenu za dinamičko upravljanje navodnjavanjem.
4.1 Osluškivanje vašeg tla
Senzori vlage u tlu vaša su izravna linija komunikacije sa zonom korijena usjeva. Odgovaraju na kritična pitanja: "Kada trebam navodnjavati?" i "Koliko je vode ostalo u tlu?"
Ovi alati pružaju izravna, -terenska mjerenja sadržaja vode u tlu. Ovo uklanja nagađanje iz rasporeda. Uobičajene vrste uključuju tenziometre, koji mjere napetost vode u tlu, i elektroničke sonde (TDR, kapacitivnost), koje mjere volumetrijski sadržaj vode.
Postavite senzore na različite dubine unutar zone korijena kako biste uspostavili okidače za navodnjavanje. Na primjer, uobičajena strategija je navodnjavanje kada vlažnost tla padne na 50% biljke-raspoložive vode. Time se sprječava bilo kakav stres na usjevu.
4.2 Integracija podataka o vremenu
Umjesto korištenja povijesnih mjesečnih prosjeka za ET₀, istinski pametan sustav koristi vremenske-podatke u stvarnom vremenu.
Moderne meteorološke stanice daju dnevne ili čak satne vrijednosti ET₀. Oni mogu biti na-farmi ili dio regionalne mreže. Integracija ovih živih podataka u vaše izračune omogućuje trenutne prilagodbe vašeg rasporeda navodnjavanja.
Ova praksa sprječava prekomjerno zalijevanje prije predviđene kišne oluje. Suprotno tome, osigurava da nanesete dovoljno vode da prebrodite neočekivani toplinski val. Fino-podešava vašu primjenu vode kako bi odgovarala stvarnim uvjetima bilo kojeg dana.
4.3 Računovodstvo gubitaka vode
Zaista napredan izračun nadilazi samo potrebe usjeva. Obračunava ostale potrebne vode i gubitke. Ova razina detalja rijetko je pokrivena osnovnim vodičima.
Jedan od ključnih čimbenika je zahtjev za ispiranjem (LR). U područjima sa slanim tlom ili vodom, mora se primijeniti dodatna količina vode kako bi se isprale nakupljene soli ispod zone korijena. Ignoriranje toga može dovesti do nakupljanja toksične soli i ozbiljnog smanjenja prinosa tijekom vremena.
Morate također raditi na minimiziranju i uzimanju u obzir gubitaka od otjecanja i duboke perkolacije. Tehnike poput "pulsnog navodnjavanja" mogu drastično smanjiti otjecanje na nagnutim ili tijesnim tlima. Ovo primjenjuje vodu u kratkim naletima kako bi se omogućilo upijanje tla. Od ključne je važnosti uskladiti količinu primjene vašeg sustava sa stopom infiltracije tla. To sprječava da voda prođe kroz zonu korijena prije nego što je usjev može iskoristiti.
Zaključak
Završeno je doba navodnjavanja po kalendaru ili po opipu tla. Put do profitabilnijeg, otpornijeg i održivijeg poljoprivrednog poslovanja popločan je podacima. Očuvanje vode u poljoprivredi putem ovog pristupa donosi dosljedne dividende u obliku ušteđene vode, ušteđene energije i viših, pouzdanijih prinosa usjeva.