Đoán xem cần sử dụng bao nhiêu nước là một trong những chi phí tiềm ẩn lớn nhất của nông nghiệp. Quá nhiều nước tạo ra dòng chảy tràn, rửa trôi chất dinh dưỡng và lãng phí năng lượng. Quá ít nước gây căng thẳng cho cây trồng và làm giảm năng suất. Đây là về độ chính xác.
Tính toán lượng nước tưới khoa học cung cấp cho bạn một phương pháp rõ ràng để xác định chính xác lượng nước mà cây trồng của bạn cần và khi nào chúng cần. Điều này tạo thành nền tảng của quản lý trang trại thông minh. Hướng dẫn này sẽ hướng dẫn bạn qua toàn bộ quá trình.
Hiểu các nguyên tắc cốt lõi
Để tính toán chính xác lượng nước tưới, trước tiên bạn phải hiểu điều gì thúc đẩy nhu cầu nước ở trang trại. Kiến thức này giải thích "tại sao" đằng sau môn toán.
1.1 Xác định nhu cầu nước
○ Nhu cầu nước cho cây trồng (CWR) là tổng lượng nước mà cây trồng cần từ khi trồng đến khi thu hoạch trong điều kiện phát triển hoàn hảo.
○ Yêu cầu về nước tưới (IWR) là khác nhau. Đó là phần CWR bạn phải cung cấp thông qua việc tưới tiêu. Con số này bằng CWR trừ đi lượng nước từ các nguồn khác như lượng mưa và độ ẩm đất dự trữ.
1.2 Mô hình cân bằng nước
Hãy hình dung lĩnh vực của bạn như một tài khoản ngân hàng. Mô hình cân bằng nước theo dõi từng giọt nước như một cuốn sổ cái. Nguyên tắc rất đơn giản: những gì đưa vào phải bằng những gì đưa ra cộng với bất kỳ thay đổi nào về lưu trữ.
☆ Đầu vào (Thủy lợi + Lượng mưa)=Đầu ra (Bốc thoát hơi nước + Dòng chảy + Thấm sâu) + Thay đổi khả năng trữ nước trong đất
Mục tiêu của bạn là quản lý đầu vào "Thủy lợi". Điều này giữ cho "Sự thay đổi lượng nước dự trữ trong đất" ở mức tối ưu để cây trồng khỏe mạnh.
1.3 Giải cấu trúc các thành phần chính
Một số biến chính điều khiển phương trình cân bằng nước này. Hiểu chúng là điều cần thiết để tính toán chính xác.
○ Sự thoát hơi nước tiềm năng (ET₀) là điểm khởi đầu của bạn. Nó cho thấy tốc độ mất nước tối đa vào khí quyển từ bề mặt cỏ tiêu chuẩn,{1}}được tưới nước đầy đủ. Thời tiết điều khiển số liệu này thông qua bức xạ mặt trời, nhiệt độ, gió và độ ẩm.
○ Hệ số cắt (Kc) điều chỉnh ET₀ cho loại cây trồng cụ thể của bạn. Cây ngô non sử dụng ít nước hơn cây ngô trưởng thành. Yếu tố Kc phản ánh sự thay đổi này. Nó thay đổi trong suốt các giai đoạn sinh trưởng của cây trồng: ban đầu, phát triển, giữa-vụ và cuối-vụ.
○ Lượng mưa hiệu quả (Pe) là phần tổng lượng mưa thực sự có ích cho cây trồng. Đây là mưa thấm vào đất và đọng lại ở vùng rễ. Một trận mưa lớn và ngắn có thể gây ra dòng chảy đáng kể. Lượng mưa hiệu quả của nó thấp hơn nhiều so với tổng lượng đo được.
Nắm vững công thức cốt lõi
Bây giờ bạn đã hiểu các nguyên tắc, bạn có thể xây dựng chúng thành một phương trình thực tế. Đây là công cụ chính để tính toán nhu cầu tưới tiêu.
2.1 Giai đoạn thiết kế: Ước tính dựa trên "Kịch bản trường hợp xấu nhất"
2.1.1 Tính toán sử dụng nước tưới trong giai đoạn thiết kế
Trong giai đoạn thiết kế và lập kế hoạch, việc tính toán mức sử dụng nước tưới dựa trên các yếu tố như phương pháp tưới bất lợi nhất tại địa điểm dự án, lượng nước tiêu thụ tối đa trong thời kỳ sinh trưởng của cây trồng và điều kiện thời tiết bất lợi nhất (giả sử không có mưa trong thời gian dài, tức là lượng mưa=0). Đầu tiên, cần xác định mùa sinh trưởng của cây trồng và nhu cầu tưới tối đa trong thời kỳ sinh trưởng của cây. Điều kiện thời tiết bất lợi nhất là nhu cầu nước của cây trồng trong mùa hè. Khi luân canh nhiều loại cây trồng, nên chọn cây trồng có nhu cầu nước cao nhất vào mùa hè để tính toán lượng nước tiêu thụ. Cuối cùng, dựa trên các thông số thiết kế của hệ thống tưới như phương pháp tưới, hiệu quả tưới,… sẽ tính toán lượng nước tưới sử dụng.
Trong giai đoạn lập kế hoạch và thiết kế, cần chọn thời kỳ cây trồng phát triển làm cơ sở cho thiết kế. Lựa chọn đúng đắn là sử dụng nhu cầu nước của cây trồng trong thời kỳ sinh trưởng với lượng nước tiêu thụ cao nhất theo nhu cầu nước thiết kế của cây trồng.
2.1.2 Bảng tham khảo và cơ sở xác định cường độ tiêu thụ nước thiết kế (ETc)
Tiêu chuẩn thiết kế kỹ thuật tưới vi mô-GB/T 50485-2020 "Tiêu chuẩn kỹ thuật cho kỹ thuật tưới vi mô" trực tiếp cung cấp mức tiêu thụ nước theo thiết kế cho cây trồng, như được trình bày trong Bảng 1: Cường độ tiêu thụ nước thiết kế (mm/d). Nhu cầu nước thiết kế của cây trồng chỉ được sử dụng để tính toán thiết kế chu trình tưới.
|
Cây trồng |
Tưới nhỏ giọt |
Tưới phun mưa-vi mô |
Cây trồng |
Tưới nhỏ giọt |
Tưới phun mưa-vi mô |
|
Nho, Cây, Dưa |
3-7 |
4-8 |
Rau (Cánh đồng mở) |
4-7 |
5-8 |
|
Ngũ cốc, bông, cây có dầu |
4-7 |
\ |
Mùa cỏ-mát mẻ |
\ |
5-8 |
|
Rau quả (Khu vực được bảo vệ) |
2-4 |
\ |
Mùa cỏ-ấm áp |
\ |
3-5 |
Điều này là do, đối với các loại cây trồng tương ứng với một phương pháp tưới cụ thể, không cần phải xem xét quá mức đến thời gian sinh trưởng và sự thay đổi thời tiết. Những yêu cầu này có thể không được đáp ứng trong giai đoạn thiết kế. Việc sử dụng nước tưới thông thường, đề cập đến lượng nước sử dụng trong một lần tưới, được gọi là hạn ngạch tưới (hạn ngạch tưới đề cập đến độ sâu của nước áp dụng trong một lần tưới hoặc lượng nước áp dụng trên một đơn vị diện tích trong một lần tưới).
2.1.3 Hạn mức tưới thiết kế và lượng tưới tối đa cho mỗi đợt
Số lượng tưới tối đa cho mỗi sự kiện:
Ở đâu:
max′- giới hạn trên của độ ẩm đất thích hợp (tính bằng %), tính theo tỷ lệ thể tích;
min′- giới hạn dưới của độ ẩm đất thích hợp (tính bằng %), tính theo tỷ lệ thể tích;
η- hệ số sử dụng nước tưới. Các phương pháp tưới khác nhau có giá trị khác nhau cho hệ số này. Nói chung, đối với tưới nhỏ giọt: η=0.9; để tưới phun mưa: η=0.85.
tối đa′=95% công suất trường, tối thiểu′=70% công suất trường.
2.1.4 Phương pháp tính toán tiêu chuẩn thiết kế chu trình tưới
Trong giai đoạn thiết kế, chu trình tưới có thể được tính toán theo tiêu chuẩn kỹ thuật tưới phun GB/T 50085-2007, công thức 4.3.4. Chu kỳ tưới và số lần tưới cần được xác định dựa trên dữ liệu thực nghiệm tại địa phương. Nếu thiếu dữ liệu thực nghiệm, số lần tưới có thể được xác định dựa trên năm tiêu biểu thiết kế và chế độ tưới được xây dựng theo nguyên tắc cân bằng nước. Chu kỳ tưới có thể được tính như sau:
Ở đâu:
○ T - chu trình tưới thiết kế, giá trị tính toán là số nguyên (ngày);
○ ETa- cường độ tiêu thụ nước trong thiết kế cây trồng, được chọn từ bảng hoặc lấy làm giá trị trung bình của giai đoạn tưới cao điểm cho năm đại diện thiết kế (mm/d);
○ md- hạn mức tưới thiết kế (mm).
Công thức tính lượng nước tưới phổ biến:
Tôi=ETc +W−P
Ở đâu:
○ I - lượng nước tưới, tính bằng mm;
○ ETc - cường độ tiêu thụ nước thiết kế, tính bằng mm/d;
○ Lượng mưa P -, tính bằng mm;
○ W - độ ẩm đất thiếu, tính bằng mm. Công thức này thường được sử dụng để tính toán lượng nước tưới tiêu trong giai đoạn thiết kế hệ thống tưới. Ý tưởng là việc sử dụng nước tưới cần phải đáp ứng được lượng nước tiêu thụ của cây trồng.
2.2 Giai đoạn vận hành: Tính toán chính xác dựa trên “Điều kiện thực tế hàng ngày”
Trong giai đoạn vận hành và quản lý, việc tính toán lượng nước tưới sử dụng được căn cứ vào nhu cầu tưới thực tế hàng ngày và điều kiện cấp nước của hệ thống thủy lợi. Trước khi hệ thống tưới bắt đầu (trước khi tưới), cần xác định nhu cầu tưới dựa trên giai đoạn sinh trưởng của cây trồng, điều kiện thời tiết, v.v. Sau đó, dựa trên độ ẩm của đất hiện tại và lượng mưa ròng từ lần tưới cuối cùng đến lần tưới hiện tại, lượng nước tưới cần thiết để bổ sung lượng nước bị mất cho cây trồng từ lần tưới cuối cùng đến lần tưới này được tính toán. Nước dự trữ trong đất cũng cần được xem xét, tức là chu trình tưới được thiết kế. Giá trị tính toán là:
○ Mức sử dụng nước tưới=Mức tiêu thụ nước trồng trọt - (Lượng mưa ròng + Nước có sẵn trong đất).
○ Đất có sẵn Nước=Công suất hiện trường - Độ ẩm đất hiện tại.
Khi chu trình tưới không được xem xét, phép tính sẽ trở thành:
○ Lượng nước sử dụng cho tưới tiêu=Lượng nước tiêu thụ cho cây trồng - Lượng mưa ròng.
2.3 Yêu cầu tưới ròng (NIR)
Công thức Yêu cầu tưới ròng (NIR) tính toán lượng nước bạn cần bón để đáp ứng nhu cầu của cây trồng. Nó tính đến lượng mưa và tổn thất hệ thống.
Công thức chính là:
○ NIR=(ETc - Pe) / Ea
Ở đây, ETc là lượng thoát hơi nước của cây trồng, Pe là lượng mưa hiệu quả và Ea là hiệu quả ứng dụng của hệ thống tưới tiêu của bạn.
Hãy chia nhỏ từng biến để bạn biết chính xác cách tìm hoặc tính toán nó.
⒈ ETc (Sự thoát hơi nước của cây trồng): Số liệu này cho biết mức độ sử dụng nước cụ thể của cây trồng của bạn. Tính toán nó với: ETc=ET₀ * Kc. Giá trị Kc cho các loại cây trồng và giai đoạn tăng trưởng khác nhau có sẵn từ các nguồn như Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp (FAO) hoặc nghiên cứu của trường đại học.
⒉ Pe (Lượng mưa hiệu quả): Việc ước tính lượng mưa hiệu quả có thể đơn giản hoặc phức tạp. Một phương pháp phổ biến giả định Pe là phần trăm của tổng lượng mưa, thường là 70-80%, tùy thuộc vào loại đất và cường độ bão. Các phép tính chính xác hơn, như phương pháp USDA-SCS, sử dụng khả năng giữ nước trong đất và dữ liệu lượng mưa hàng ngày để có độ chính xác cao hơn.
⒊ Ea (Hiệu quả ứng dụng): Yếu tố quan trọng này thường bị bỏ qua. Nó cho thấy tỷ lệ phần trăm nước thực sự đến được vùng rễ của cây trồng từ hệ thống tưới tiêu của bạn. Không có hệ thống nào hiệu quả 100%. Tổn thất xảy ra do gió, bốc hơi và dòng chảy. Chúng ta sẽ khám phá điều này một cách chi tiết sau.
2.4 Giám sát quá trình
Trong quá trình tưới cần theo dõi độ ẩm của đất và điều kiện sinh trưởng của cây trồng, điều chỉnh lượng nước tưới kịp thời để đảm bảo cây trồng nhận đủ nước. Ngoài ra, thời gian tưới hoặc lượng nước tưới cần được tính toán và điều chỉnh hàng ngày dựa trên điều kiện thực tế để đạt được kết quả tưới tối ưu.
Tóm lại, việc hiểu và tính toán chính xác lượng nước tưới tiêu là rất quan trọng trong việc thiết kế và quản lý vận hành hệ thống tưới.
Chọn hệ thống của bạn
Hệ thống tưới bạn sử dụng ảnh hưởng đáng kể đến việc tính toán lượng nước của bạn. Điều này được thể hiện bằng biến Hiệu suất ứng dụng (Ea) trong công thức cốt lõi của chúng tôi.
3.1 Vai trò của Hiệu quả Ứng dụng
Hiệu quả sử dụng (Ea) là phần trăm lượng nước được lưu trữ thành công trong vùng rễ của cây trồng, sẵn sàng để hấp thụ. Lượng nước còn lại bị mất đi do bốc hơi, gió cuốn, dòng chảy hoặc thấm sâu bên dưới rễ.
Một hệ thống có Ea thấp 50% yêu cầu bạn tưới gấp đôi lượng nước mà cây trồng thực sự cần. Một hệ thống có Ea cao 95% gần như loại bỏ được sự lãng phí này. Điều này trực tiếp làm giảm chi phí bơm và tiêu thụ nước.
3.2 So sánh hiệu quả của hệ thống
Hiểu được hiệu quả điển hình của các hệ thống khác nhau là chìa khóa để chọn giá trị Ea chính xác cho các phép tính của bạn. Nó cũng hữu ích khi thực hiện đầu tư chiến lược vào thiết bị mới.
|
Phương pháp tưới |
Ea điển hình (%) |
Nguyên nhân chính gây mất mát |
Tốt nhất cho |
|
Lũ lụt / rãnh |
40 - 60% |
Lượng bốc hơi bề mặt cao, dòng chảy, thấm sâu không đều. |
Những cánh đồng bằng phẳng, những khu vực{0}}dồi dào nước, những loại cây trồng cụ thể có khả năng chịu mặn-. |
|
Trục trung tâm / Vòi phun nước |
75 - 85% |
Phun bay hơi, trôi gió, chặn tán. |
Cánh đồng lớn, đồng đều dành cho ngũ cốc, thức ăn thô xanh và rau. |
|
Tưới nhỏ giọt/vi mô- |
90 - 95%+ |
Tối thiểu. Một số bốc hơi bề mặt từ các điểm ẩm ướt. |
Cây trồng theo hàng có giá trị cao, vườn cây ăn trái, vườn nho, những khu vực khan hiếm nước{1}}. |
3.3 Trường hợp tưới nhỏ giọt
Dữ liệu cho thấy rõ ràng rằng tưới nhỏ giọt mang lại tiềm năng sử dụng nước hiệu quả cao nhất trong tưới tiêu. Ea cao của nó trực tiếp làm giảm tổng lượng nước cần thiết trong tính toán Yêu cầu tưới thực.
Hệ thống nhỏ giọt cung cấp nước từ từ và trực tiếp đến vùng rễ. Điều này giảm thiểu tổn thất do bốc hơi và gió. Phương pháp này cũng làm giảm sự phát triển của cỏ dại giữa các hàng và cho phép "bón phân" - áp dụng chất dinh dưỡng hiệu quả cao thông qua nước tưới.
Đối với những người muốn tối đa hóa hiệu quả ứng dụng, đầu tư vào thiết bị chất lượng là điều quan trọng. Những sản phẩm đáng tin cậy như băng nhỏ giọt có sẵn từ các nhà sản xuất chuyên dụng, đảm bảo cung cấp nước ổn định và độ bền. Điều này trực tiếp góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng nước và mang lại kết quả cây trồng tốt hơn.
Điều chỉnh động nâng cao
Tính toán tĩnh, theo mùa cung cấp một đường cơ sở vững chắc. Tuy nhiên, để đạt được hiệu quả sử dụng nước cao nhất trong nông nghiệp, bạn phải vượt xa mức trung bình và sử dụng dữ liệu-thời gian thực để quản lý tưới linh hoạt.
4.1 Lắng nghe đất của bạn
Cảm biến độ ẩm đất là đường dây liên lạc trực tiếp của bạn với vùng rễ cây trồng. Họ trả lời những câu hỏi quan trọng: "Khi nào tôi nên tưới nước?" và "Bao nhiêu nước còn lại trong đất?"
Những công cụ này cung cấp các phép đo trực tiếp,{0}}tại hiện trường về hàm lượng nước trong đất. Điều này loại bỏ phỏng đoán khỏi việc lập kế hoạch. Các loại phổ biến bao gồm Máy đo độ căng, đo sức căng của nước trong đất và đầu dò điện tử (TDR, Điện dung), đo hàm lượng nước theo thể tích.
Đặt các cảm biến ở các độ sâu khác nhau trong vùng rễ để thiết lập các yếu tố kích hoạt tưới tiêu. Ví dụ: chiến lược phổ biến là tưới khi độ ẩm của đất giảm xuống còn 50% lượng nước sẵn có của cây. Điều này ngăn ngừa bất kỳ căng thẳng nào trên cây trồng.
4.2 Tích hợp dữ liệu thời tiết
Thay vì sử dụng mức trung bình hàng tháng trước đây cho ET₀, một hệ thống thực sự thông minh sử dụng dữ liệu thời tiết theo thời gian thực.
Các trạm thời tiết hiện đại cung cấp giá trị ET₀ hàng ngày hoặc thậm chí hàng giờ. Đây có thể là-tại trang trại hoặc một phần của mạng lưới khu vực. Việc tích hợp dữ liệu trực tiếp này vào tính toán của bạn cho phép điều chỉnh ngay lập tức lịch tưới của bạn.
Thực hành này ngăn chặn tình trạng ngập nước trước cơn mưa dự đoán. Ngược lại, nó đảm bảo bạn tưới đủ nước để vượt qua đợt nắng nóng bất ngờ. Nó tinh chỉnh-ứng dụng cấp nước của bạn cho phù hợp với điều kiện thực tế của bất kỳ ngày nào.
4.3 Tính toán tổn thất nước
Một phép tính thực sự tiên tiến không chỉ đáp ứng nhu cầu về cây trồng. Nó tính đến các ứng dụng và tổn thất nước cần thiết khác. Mức độ chi tiết này hiếm khi được đề cập trong các hướng dẫn cơ bản.
Một yếu tố quan trọng là Yêu cầu lọc (LR). Ở những vùng có đất hoặc nước mặn, phải bón thêm nước để đẩy muối tích tụ xuống dưới vùng rễ. Bỏ qua điều này có thể dẫn đến sự tích tụ muối độc hại và giảm năng suất nghiêm trọng theo thời gian.
Bạn cũng phải nỗ lực giảm thiểu và tính đến tổn thất do dòng chảy tràn và thấm sâu. Các kỹ thuật như "tưới xung" có thể làm giảm đáng kể dòng chảy trên đất dốc hoặc đất chật. Điều này áp dụng nước theo từng đợt ngắn để cho phép đất hấp thụ. Việc kết hợp tốc độ áp dụng hệ thống của bạn với tốc độ thấm của đất là rất quan trọng. Điều này ngăn nước di chuyển qua vùng rễ trước khi cây trồng có thể sử dụng được.
Phần kết luận
Thời đại tưới theo lịch hay cảm nhận đất đã qua. Con đường dẫn đến hoạt động nông nghiệp bền vững, linh hoạt và có lợi hơn được lát bằng dữ liệu. Bảo tồn nước trong nông nghiệp thông qua phương pháp này mang lại lợi ích nhất quán dưới hình thức tiết kiệm nước, bảo tồn năng lượng và năng suất cây trồng cao hơn, đáng tin cậy hơn.