ניחוש כמה מים להשתמש היא אחת העלויות הנסתרות הגדולות של החקלאות. יותר מדי מים יוצר נגר, שוטף חומרים מזינים ומבזבז אנרגיה. מעט מדי מים מלחיצים את היבולים ומפחיתים את היבולים. מדובר כאן על דיוק.
חישוב מי השקיה מדעי נותן לך שיטה ברורה לקבוע בדיוק כמה מים צריכים היבולים שלך ומתי הם צריכים אותם. זה מהווה את הבסיס לניהול חוות חכם. מדריך זה ילווה אותך בתהליך המלא.
הבנת עקרונות הליבה
כדי לחשב במדויק את מי ההשקיה, תחילה עליך להבין מה מניע את הביקוש למים בחוות. ידע זה מסביר את ה"למה" מאחורי המתמטיקה.
1.1 הגדרת דרישת מים
○ דרישת המים של היבול (CWR) היא סך המים שהיבול צריך משתילה ועד לקציר בתנאי גידול מושלמים.
○ דרישת המים להשקיה (IWR) שונה. זה החלק של CWR שאתה חייב לספק באמצעות השקיה. זה שווה CWR מינוס מים ממקורות אחרים כמו גשמים ולחות קרקע מאוחסנת.
1.2 מודל מאזן המים
דמיינו את השדה שלכם כחשבון בנק. דגם מאזן המים עוקב אחר כל טיפה כמו ספר חשבונות. העיקרון הוא פשוט: מה שנכנס חייב להיות שווה למה שיוצא בתוספת כל שינוי באחסון.
☆ כניסות (השקיה + גשם)=תפוקות (איידוי + נגר + חלחול עמוק) + שינוי באגירת מים בקרקע
המטרה שלך היא לנהל את הקלט "השקיה". זה שומר על "שינוי באחסון מי קרקע" ברמה האופטימלית לגידולים בריאים.
1.3 פירוק רכיבי מפתח
מספר משתני מפתח מניעים את משוואת מאזן המים הזו. הבנתם חיונית לחישובים מדויקים.
○ פוטנציאל אופוטרנספירציה (ET₀) היא נקודת המוצא שלך. הוא מציג את השיעור המרבי של איבוד מים לאטמוספירה ממשטח דשא סטנדרטי-שמושקה היטב. מזג האוויר מניע את המדד הזה באמצעות קרינת השמש, טמפרטורה, רוח ולחות.
○ מקדם היבול (Kc) מתאים את ET₀ ליבול הספציפי שלך. צמח תירס צעיר משתמש בפחות מים מאשר צמח שגדל במלואו. גורם Kc משקף שינוי זה. זה משתנה לאורך שלבי הגידול של היבול: התחלה, התפתחות, אמצע-עונה ומאוחר-עונה.
○ גשם אפקטיבי (Pe) הוא החלק של הגשמים הכולל שלמעשה עוזר ליבול. זהו גשם שנספג באדמה ונשאר באזור השורשים. גשם קצר וכבד עלול לגרום לנגר משמעותי. כמות המשקעים האפקטיבית שלו נמוכה בהרבה מהכמות הכוללת שנמדדה.
שליטה בנוסחת הליבה
עכשיו כשאתה מבין את העקרונות, אתה יכול לבנות אותם למשוואה מעשית. זהו הכלי העיקרי שלך לחישוב צורכי השקיה.
2.1 שלב התכנון: הערכה המבוססת על "תרחיש -המקרה הגרוע ביותר"
2.1.1 חישוב צריכת מי השקיה בשלב התכנון
בשלב התכנון והתכנון, חישוב צריכת מי ההשקיה מתבסס על גורמים כמו שיטת ההשקיה הבלתי חיובית ביותר במיקום הפרויקט, צריכת המים המרבית בתקופת גידול היבול ותנאי מזג האוויר הלא נוחים ביותר (בהנחה שלא ירדו גשמים לאורך תקופה ממושכת, כלומר משקעים=0). ראשית, יש לקבוע את עונת הגידול של היבול ואת דרישת ההשקיה המקסימלית במהלך תקופת גידולו. תנאי מזג האוויר הלא נוחים ביותר הם דרישת המים של היבול במהלך הקיץ. כאשר מסובבים גידולים מרובים, יש לבחור את היבול עם דרישת המים הגבוהה ביותר בקיץ לחישובי צריכת המים. לבסוף, בהתבסס על פרמטרי התכנון של מערכת ההשקיה, כגון שיטת השקיה, יעילות השקיה וכדומה, מחושב צריכת מי ההשקיה.
בשלב התכנון והעיצוב יש לבחור את התקופה בה גדל היבול כבסיס לתכנון. הבחירה הנכונה היא להשתמש בדרישת המים של הגידול בתקופת הגידול עם צריכת המים הגבוהה ביותר כדרישת המים המעוצבת של הגידול.
2.1.2 טבלת התייחסות ובסיס לקביעת עוצמת צריכת מים בתכנון (ETc)
המיקרו-תקן לתכנון הנדסת השקיה GB/T 50485-2020 "תקנים טכניים להנדסת מיקרו-השקיה" מספק ישירות את צריכת המים המתוכננת עבור גידולים, כפי שמוצג בטבלה 1: עוצמת צריכת מים בתכנון (מ"מ/ד). דרישת המים המתוכננת של היבול משמשת רק לחישוב תכנון מחזור ההשקיה.
|
גידולים |
השקיה בטפטוף |
מיקרו-השקיית ספרינקלרים |
גידולים |
השקיה בטפטוף |
מיקרו-השקיית ספרינקלרים |
|
ענבים, עצים, מלונים |
3-7 |
4-8 |
ירקות (שדה פתוח) |
4-7 |
5-8 |
|
דגנים, כותנה, צמחי שמן |
4-7 |
\ |
מגניב-עשבים העונה |
\ |
5-8 |
|
ירקות (אזורים מוגנים) |
2-4 |
\ |
עשבים חמים- העונה |
\ |
3-5 |
הסיבה לכך היא שעבור גידולים התואמים לשיטת השקיה מסוימת, אין צורך להתחשב בתקופת הגידול ובשינויי מזג האוויר בעודף. ייתכן שלא ניתן לעמוד בדרישות אלו בשלב התכנון. השימוש במי ההשקיה הקונבנציונלי, המתייחס לכמות המים המשמשת באירוע השקיה בודד, נקרא מכסת השקיה (מכסת השקיה מתייחסת לעומק המים שהופעל במהלך השקיה בודדת או לכמות המים המיושמת ליחידת שטח במהלך השקיה בודדת).
2.1.3 מכסת השקיה עיצובית וכמות השקיה מרבית לאירוע
כמות השקיה מקסימלית לאירוע:
אֵיפֹה:
max′- הגבול העליון של תכולת הלחות המתאימה בקרקע (ב%), מחושב לפי יחס נפח;
min′- הגבול התחתון של תכולת הלחות המתאימה בקרקע (ב%), מחושב לפי יחס נפח;
η- מקדם ניצול מי ההשקיה. לשיטות השקיה שונות יש ערכים שונים למקדם זה. בדרך כלל, עבור השקיה בטפטוף: η=0.9; להשקיית ממטרה: η=0.85.
max′=95% מקיבולת השדה, min′=70% מקיבולת השדה.
2.1.4 שיטת חישוב סטנדרטית לתכנון מחזור השקיה
בשלב התכנון ניתן לחשב את מחזור ההשקיה לפי התקן הטכני השקיה ממטרה GB/T 50085-2007, נוסחה 4.3.4. יש לקבוע את מחזור ההשקיה ומספר ההשקיות על סמך נתוני ניסוי מקומיים. אם חסרים נתונים ניסיוניים, ניתן לקבוע את מספר ההשקיות על סמך שנת התכנון ומשטר ההשקיה שגובש על פי עקרון מאזן המים. ניתן לחשב את מחזור ההשקיה כך:
אֵיפֹה:
○ T - עיצוב מחזור השקיה, הערך המחושב הוא מספר שלם (ימים);
○ ETa- עוצמת צריכת מים בתכנון היבול, נבחרה מהטבלה או נלקחת כערך הממוצע של תקופת שיא ההשקיה עבור השנה המייצגת בתכנון (מ"מ/ד);
○ md- עיצוב מכסת השקיה (מ"מ).
נוסחת חישוב נפוצה של מי השקיה:
I=ETc +W−P
אֵיפֹה:
○ I - צריכת מי השקיה, במ"מ;
○ ETc - עיצוב עוצמת צריכת מים, ב-mm/d;
○ P - משקעים, במ"מ;
○ W - מחסור בלחות בקרקע, במ"מ. נוסחה זו משמשת בדרך כלל לחישוב צריכת מי השקיה בשלב תכנון מערכת ההשקיה. הרעיון הוא שצריכת מי ההשקיה צריכה לעמוד בצריכת המים של הגידול.
2.2 שלב הפעולה: חישוב מדויק על בסיס "תנאים יומיומיים בפועל"
בשלב התפעול והניהול, חישוב צריכת מי ההשקיה מבוסס על הביקוש היומי בפועל להשקיה ותנאי אספקת המים של מערכת ההשקיה. לפני תחילת מערכת ההשקיה (לפני ההשקיה), יש לקבוע את דרישת ההשקיה בהתבסס על שלב הגידול של היבול, תנאי מזג האוויר וכו'. לאחר מכן, בהתבסס על תכולת הלחות הנוכחית של הקרקע והמשקעים נטו מההשקיה האחרונה להשקיה הנוכחית, כמות ההשקיה הנדרשת כדי למלא את המים שאבדו מההשקיה עד אחרון ההשקיה. יש לקחת בחשבון גם את המים האגורים של האדמה, כלומר, מחזור ההשקיה העיצובי. הערך המחושב הוא:
○ שימוש במי השקיה=צריכת מים של יבול - (משקעים נטו + מים זמינים בקרקע).
○ מים זמינים בקרקע=קיבולת שדה - תכולת הלחות הנוכחית של הקרקע.
כאשר מחזור ההשקיה אינו נחשב, החישוב הופך:
○ שימוש במים להשקיה=צריכת מים ביבול - משקעים נטו.
2.3 דרישת השקיה נטו (NIR)
הנוסחה של דרישת השקיה נטו (NIR) מחשבת כמה מים אתה צריך ליישם כדי לענות על צורכי היבול. זה אחראי על גשמים ואובדן מערכת.
הנוסחה העיקרית היא:
○ NIR=(ETc - Pe) / Ea
כאן, ETc הוא Evapotranspiration של יבול, Pe הוא גשמים יעילים, ו-Ea הוא יעילות היישום של מערכת ההשקיה שלך.
בואו נחלק כל משתנה כדי שתדע בדיוק איך למצוא או לחשב אותו.
⒈ ETc (Crop Evapotranspiration): זה מראה את השימוש הספציפי במים של היבול שלך. חשב אותו עם: ETc=ET₀ * Kc. ערכי Kc עבור יבולים ושלבי צמיחה שונים זמינים ממקורות כמו ארגון המזון והחקלאות (FAO) או מחקר באוניברסיטה.
⒉ Pe (גשם יעיל): הערכת כמות גשם יעילה יכולה להיות פשוטה או מורכבת. שיטה נפוצה מניחה ש-Pe הוא אחוז מסך הגשמים, לרוב 70-80%, תלוי בסוג הקרקע ובעוצמת הסערה. חישובים מדויקים יותר, כמו שיטת USDA-SCS, משתמשים ביכולת החזקת מי הקרקע ובנתוני גשמים יומיים לדיוק טוב יותר.
⒊ Ea (יעילות יישום): לעתים קרובות מתעלמים מגורם מכריע זה. זה מראה את אחוז המים שבאמת מגיע לאזור השורשים של היבול ממערכת ההשקיה שלך. אף מערכת לא יעילה ב-100%. הפסדים קורים כתוצאה מרוח, אידוי ונגר. אנו נחקור זאת בפירוט מאוחר יותר.
2.4 ניטור תהליכים
במהלך תהליך ההשקיה, יש צורך לעקוב אחר תכולת הלחות בקרקע ותנאי גידול היבול, תוך התאמת כמות ההשקיה בזמן כדי להבטיח שהגידולים יקבלו מספיק מים. בנוסף, יש לחשב את זמן ההשקיה או את נפח המים ולהתאים אותם מדי יום על סמך התנאים בפועל כדי להשיג תוצאות השקיה אופטימליות.
לסיכום, הבנה וחישוב מדויק של צריכת מי השקיה היא חיונית בתכנון ותפעול ניהול מערכות השקיה.
בחירת המערכת שלך
מערכת ההשקיה שבה אתה משתמש משפיעה באופן דרמטי על חישוב המים שלך. זה נתפס על ידי המשתנה Application Efficiency (Ea) בנוסחת הליבה שלנו.
3.1 תפקיד יעילות היישום
יעילות היישום (Ea) היא אחוז המים המאוחסנים בהצלחה באזור השורשים של היבול, מוכנים לספיגה. המים הנותרים אובדים לאידוי, סחף רוח, נגר או חלחול עמוק מתחת לשורשים.
מערכת עם Ea נמוך של 50% מחייבת אותך למרוח כפול מהמים שהיבול שלך באמת צריך. מערכת עם Ea גבוה של 95% כמעט מסלקת את הפסולת הזו. זה מפחית ישירות את עלויות השאיבה ואת צריכת המים.
3.2 השוואת יעילות מערכת
הבנת היעילות האופיינית של מערכות שונות היא המפתח לבחירת ערך Ea הנכון עבור החישובים שלך. זה גם עוזר בעת ביצוע השקעות אסטרטגיות בציוד חדש.
|
שיטת השקיה |
Ea טיפוסי (%) |
גורמים ראשוניים לאובדן |
הטוב ביותר עבור |
|
מבול / תלם |
40 - 60% |
אידוי משטח גבוה, נגר, חלחול עמוק לא אחיד. |
שדות מפולסים, אזורים בשפע-מים, יבולים ספציפיים שסובלים ממלח-. |
|
ציר מרכזי / ספרינקלר |
75 - 85% |
אידוי רסס, סחף רוח, יירוט חופה. |
שדות גדולים ואחידים לדגנים, מספוא וירקות. |
|
השקיה בטפטוף/מיקרו- |
90 - 95%+ |
מִינִימָלִי. מעט אידוי פני השטח מנקודות רטובות. |
גידולי שורות-בעלי ערך גבוה, פרדסים, כרמים, אזורים דלי- מים. |
3.3 מארז ההשקיה בטפטוף
הנתונים מראים בבירור כי השקיה בטפטוף מציעה את הפוטנציאל הגבוה ביותר ליעילות השימוש במים בהשקיה. ה-Ea הגבוה שלו מפחית ישירות את סך המים הדרושים בחישוב דרישת השקיה נטו.
מערכות טפטוף מעבירות מים לאט וישירות לאזור השורשים. זה ממזער הפסדים לאידוי ולרוח. שיטה זו גם מפחיתה את צמיחת העשבים בין השורות ומאפשרת "הפריה" יעילה ביותר - יישום חומרי הזנה דרך מי השקיה.
למי שמחפש למקסם את יעילות היישום, השקעה בציוד איכותי היא המפתח. מוצרים אמינים, כגון סרטי טפטוף זמינים מיצרנים מיוחדים, להבטיח אספקת מים עקבית ועמידות. זה תורם ישירות ליעילות גבוהה יותר של שימוש במים ולתוצאות טובות יותר של יבול.
התאמות דינמיות מתקדמות
חישובים סטטיים ועונתיים מספקים קו בסיס מוצק. עם זאת, כדי להשיג יעילות שיא בשימוש במים חקלאיים, עליך לעבור מעבר לממוצעים ולהשתמש בנתוני-זמן אמת לניהול השקיה דינמי.
4.1 הקשבה לאדמתך
חיישני לחות בקרקע הם קו התקשורת הישיר שלך עם אזור השורש של היבול. הם עונים על שאלות קריטיות: "מתי צריך להשקות?" ו"כמה מים נשארו באדמה?"
כלים אלה מספקים מדידות ישירות-בשטח של תכולת מי הקרקע. זה מסיר ניחושים מתזמון. הסוגים הנפוצים כוללים Tensiometers, המודדים מתח מי הקרקע, ובדיקות אלקטרוניות (TDR, Capacitance), המודדות תכולת מים נפחית.
הצב חיישנים בעומקים שונים בתוך אזור השורש כדי ליצור מפעילי השקיה. לדוגמה, אסטרטגיה נפוצה היא השקיה כאשר לחות הקרקע יורדת ל-50% מהמים הזמינים-בצמח. זה מונע כל לחץ על היבול.
4.2 שילוב נתוני מזג אוויר
במקום להשתמש בממוצעים חודשיים היסטוריים עבור ET₀, מערכת חכמה באמת משתמשת בנתוני מזג אוויר בזמן אמת.-
תחנות מזג אוויר מודרניות מספקות ערכי ET₀ יומיים או אפילו שעתיים. אלה יכולים להיות ב-חווה או חלק מרשת אזורית. שילוב הנתונים החיים האלה בחישובים שלך מאפשר התאמות מיידיות ללוח הזמנים של ההשקיה שלך.
תרגול זה מונע השקיית יתר לפני סופת גשם צפויה. לעומת זאת, זה מבטיח שתמרח מספיק מים כדי לעבור גל חום בלתי צפוי. זה -מתאים את יישום המים שלך כך שיתאים לתנאים בפועל של כל יום נתון.
4.3 חשבונאות על הפסדי מים
חישוב מתקדם באמת חורג מעבר לצרכי היבול בלבד. זה אחראי ליישומי מים נחוצים והפסדים אחרים. רמת פירוט זו מכוסה רק לעתים רחוקות במדריכים בסיסיים.
גורם מפתח אחד הוא דרישת השטיפה (LR). באזורים עם אדמה מלוחה או מים, יש ליישם מים נוספים כדי לשטוף מלחים שהצטברו מתחת לאזור השורשים. התעלמות מכך עלולה להוביל להצטברות מלח רעיל ולהפחתת תפוקה חמורה לאורך זמן.
עליך גם לפעול כדי למזער ולהביא בחשבון הפסדים מנגר וחלחול עמוק. טכניקות כמו "השקיה בדופק" יכולות להפחית באופן דרסטי את הנגר על קרקעות משופעות או הדוקות. זה מחיל מים בהתפרצויות קצרות כדי לאפשר ספיגת אדמה. התאמת קצב היישום של המערכת שלך לקצב חדירת האדמה היא קריטית. זה מונע מהמים לעבור מעבר לאזור השורשים לפני שהיבול יכול להשתמש בהם.
מַסְקָנָה
תם עידן ההשקיה לפי לוח השנה או לפי תחושת האדמה. הדרך לפעילות חקלאית רווחית, עמידה ובר קיימא רצופה בנתונים. חיסכון במים בחקלאות באמצעות גישה זו משלם דיבידנדים עקביים בצורה של חסכון במים, חסכון באנרגיה ותשואות יבול גבוהות ואמינות יותר.