Κέρδη:
- Δυνατότητα σύνδεσης των εννοιών της κατανάλωσης νερού των φυτών (ET), του αισθητήρα υγρασίας του εδάφους και του ισοζυγίου νερού με τις αποφάσεις άρδευσης
- Δυνατότητα παραγωγής σχεδίου προγράμματος άρδευσης και υπολογισμού του προϋπολογισμού νερού από ET αναφοράς και καλλιεργητικό συντελεστή με AI
- Δυνατότητα αποτροπής σπατάλης νερού και ενέργειας επαληθεύοντας τις συστάσεις άρδευσης AI με δεδομένα αισθητήρων, τύπο εδάφους και ρυθμό ροής συστήματος
Το νερό είναι η πιο σπάνια και ακριβή εισροή στη γεωργία. Σε πολλές περιοχές, το νερό είναι ο μόνος παράγοντας που καθορίζει την παραγωγικότητα. Αλλά το πότισμα είναι ένα δίκοπο μαχαίρι: το πολύ λίγο νερό πιέζει το φυτό και μειώνει την απόδοση, ενώ το πολύ νερό πνίγει τις ρίζες, ξεπλένει τα θρεπτικά συστατικά, δημιουργεί αλάτωση και άγονη εδάφη και σπαταλά ενέργεια και χρήματα. Σωστό πότισμα σημαίνει να γνωρίζουμε πόσο νερό χρειάζεται πραγματικά το φυτό και να του δίνουμε ακριβώς αυτό. Αυτή η ενότητα διδάσκει την επιστημονική βάση για τον υπολογισμό αυτής της ανάγκης—ισοζύγιο νερού και εξατμισοδιαπνοή—σας δείχνει πώς να συντάξετε ένα πρόγραμμα άρδευσης με τεχνητή νοημοσύνη και σας λέει πώς να το επαληθεύσετε με αισθητήρες και την πραγματικότητα πεδίου.
Ισοζύγιο νερού και Εξατμισοδιαπνοή
Σκεφτείτε ένα χωράφι ως λογαριασμό νερού. Εισαγωγή: βροχοπτώσεις και άρδευση. Εκροή: εξάτμιση (από το έδαφος) και διαπνοή (από το φυτό). Το άθροισμα αυτών των δύο εξόδων ονομάζεται εξατμισοδιαπνοή (English Evapotranspiration, ET). δηλαδή τη συνολική απώλεια νερού από το σύστημα φυτού-εδάφους προς την ατμόσφαιρα. Η απόφαση άρδευσης είναι απλώς η εξής: πόσο νερό πρέπει να εισέλθει για να καλύψει την εκροή (ET).
Το ET είναι δύσκολο να μετρηθεί άμεσα, επομένως υπολογίζεται σε δύο βήματα. Αρχικά, υπολογίζεται το ET0 αναφοράς: το νερό που θα χάσει μια τυπική επιφάνεια χόρτου υπό τις καιρικές συνθήκες εκείνης της ημέρας (θερμοκρασία, υγρασία, άνεμος, ήλιος). Αυτό είναι καθαρά μετεωρολογικό. Στη συνέχεια, αυτή η τιμή πολλαπλασιάζεται με τον συντελεστή καλλιέργειας (Kc), ο οποίος αντανακλά την όρεξη για νερό αυτού του προϊόντος σε αυτό το στάδιο ανάπτυξης:
ETc = ET0 × Kc
ETc είναι η πραγματική ημερήσια απαίτηση νερού του προϊόντος (mm/ημέρα). Το Kc ποικίλλει από φύτευση σε συγκομιδή: μικρό (0,3-0,5) στο στάδιο της φύτευσης, υψηλότερο (1,0-1,2) σε πλήρη ανάπτυξη, μειώνεται ξανά στην ωριμότητα. Το ποσό άρδευσης υπολογίζεται αφαιρώντας την πραγματική βροχόπτωση από το ETc και λαμβάνοντας υπόψη την απόδοση του συστήματος.
Συμβουλή: Οι περισσότερες μετεωρολογικές υπηρεσίες και γεωργικές πύλες δημοσιεύουν δωρεάν δεδομένα ET0. Μπορείτε να βάλετε το AI να λέει "υπολογισμός ETc με αυτό το ET0 και Kc", αλλά επαληθεύστε την τιμή Kc από την τοπική πηγή ανά προϊόν και φάση. false Kc μετατοπίζει ολόκληρο τον προϋπολογισμό νερού.
Υγρασία εδάφους και αισθητήρες
Ο υπολογισμός του ET είναι η θεωρητική πλευρά του προϋπολογισμού για το νερό. Ο αισθητήρας υγρασίας εδάφους μετρά την αλήθεια. Αυτοί οι αισθητήρες διαβάζουν συνεχώς την υγρασία του εδάφους σε συγκεκριμένα βάθη και χρησιμεύουν για την παρακολούθηση δύο κρίσιμων ορίων: χωρητικότητα πεδίου (το περισσότερο νερό μπορεί να κρατήσει το έδαφος) και σημείο μαρασμού (το κατώτερο όριο στο οποίο το φυτό δεν μπορεί πλέον να απορροφήσει νερό). Το ιδανικό πότισμα διατηρεί την υγρασία στην ζώνη "απορροφήσιμου νερού" μεταξύ αυτών των δύο. Τα δεδομένα του αισθητήρα και ο υπολογισμός του ET επιβεβαιώνουν το ένα το άλλο: το ET λέει "πόσο πρέπει να φύγει", ο αισθητήρας λέει "τι έχει απομείνει πραγματικά". Όταν τα δύο συγκρούονται, ο έλεγχος πεδίου είναι απαραίτητος (η βαθμονόμηση του αισθητήρα μπορεί να είναι απενεργοποιημένη).
Σύστημα άρδευσης και απόδοση
Η ίδια ανάγκη νερού καλύπτεται με διαφορετική απόδοση από διαφορετικά συστήματα. Η στάγδην άρδευση παρέχει νερό απευθείας στη ζώνη της ρίζας, η απόδοσή του είναι υψηλή (85-95%). μέσο καταιονισμού (70-85%); Η πλημμυρική άρδευση είναι χαμηλή (40-60%) και επιρρεπής σε αλάτωση. Η διάρκεια δεν μπορεί να υπολογιστεί χωρίς να γνωρίζουμε τον ρυθμό ροής του συστήματος (νερό που παρέχεται ανά ώρα) και την απόδοση. Κατά τον υπολογισμό του χρόνου με τεχνητή νοημοσύνη, φροντίστε να παρέχετε τη ροή του συστήματος και την αποτελεσματικότητα ως είσοδο. διαφορετικά η έξοδος δεν έχει νόημα.
Three Mini Cases: By the Numbers
Περίπτωση 1 - Εξοικονόμηση με προϋπολογισμό νερού. Ένας παραγωγός τομάτας πότιζε με ημερολόγιο (καθορισμένη ώρα κάθε 2 ημέρες). Κατά τη μετάβαση στο πρόγραμμα που βασίζεται σε ET, το ETc βρέθηκε να μειώνεται σε δροσερές και υγρές ημέρες. Ο αριθμός των αρδεύσεων μειώθηκε κατά 22% σε όλη τη διάρκεια της σεζόν, αλλά η απόδοση δεν άλλαξε. Το κέρδος ήταν τόσο νερό όσο και ενέργεια αντλίας.
Περίπτωση 2 - Σφάλμα Kc. Για ένα χωράφι με καλαμπόκι, η ΑΙ χρησιμοποίησε Kc = 1,2 καθ' όλη τη διάρκεια της σεζόν και συνέστησε 3 φορές περισσότερο νερό κατά την περίοδο της φύτευσης. Ο μηχανικός ήξερε ότι το Kc θα έπρεπε να είναι 0,4 στο στάδιο του σπορόφυτου. Το πολύ νερό θα δημιουργούσε ασφυξία της ρίζας και έκπλυση αζώτου. Όταν διόρθωσα το Kc ανάλογα με το στάδιο, το πρόγραμμα έγινε ρεαλιστικό.
Περίπτωση 3 - Σύγκρουση αισθητήρα-ET. Ενώ ο υπολογισμός του ET είπε ότι "το χώμα πρέπει να έχει στεγνώσει", ο αισθητήρας εξακολουθούσε να δείχνει υψηλή υγρασία. Πήγαμε στην τοποθεσία: το αδιαπέραστο στρώμα στο κάτω στρώμα συγκρατούσε νερό, υπήρχε πρόβλημα αποχέτευσης. Σύμφωνα με τον ET, αν ποτιζόταν, το νερό θα λιμναζόταν και θα προέκυπτε σήψη των ριζών. Ο αισθητήρας και η πραγματικότητα πεδίου απέτρεψαν το σφάλμα.
Αδύναμη προτροπή / Ισχυρή προτροπή
Αδύναμη προτροπή:
Πόσο συχνά πρέπει να ποτίζω αυτό το χωράφι;
Ισχυρή προτροπή:
Ο ρόλος σας: Ειδικός αρδευτικός γεωπόνος μηχανικός. Υπολογίστε ένα πρόγραμμα άρδευσης ΣΧΕΔΙΟ.Είσοδοι:- Προϊόν: [καλλιέργεια], στάδιο ανάπτυξης: [στάδιο], Kc (από τοπική πηγή): [τιμή]- Τελευταίες 7 ημέρες ET0 (mm/ημέρα): [συστοιχία], αποτελεσματικές βροχοπτώσεις (mm): [συστοιχία]- Τύπος εδάφους: [άμμος/αργιλός/άργιλος], ποσοστό ροής: 5%] [L/ώρα]Εργασία:- Ημερήσιο ETc = ET0 × Υπολογίστε Kc, με εμφάνιση πίνακα.- Βρείτε την καθαρή απαίτηση 7 ημερών σε νερό (ETc - κατακρήμνιση) και το ακαθάριστο νερό με την απόδοση του συστήματος.- Αφαιρέστε τη διάρκεια άρδευσης με βάση το ρυθμό ροής.- Σημειώστε ότι πρέπει να ΕΛΕΓΘΕΙ.- Υπολογίστε τα δεδομένα υγρασίας του εδάφους Σημειώστε πού κάνετε μια υπόθεση.
Η ισχυρή προτροπή διευκρινίζει όλες τις απαιτήσεις εισόδου, τύπου, διόρθωσης απόδοσης και επαλήθευσης αισθητήρα. Αποτρέπει την τεχνητή νοημοσύνη από το να κάνει κρυφές υποθέσεις.
Τέσσερα αντιγράψιμα πρότυπα
1) Λογαριασμός ETc:
Υπολογίστε και προσθέστε ημερήσιο ETc με την ακόλουθη ακολουθία ET0 και τιμή Kc. Δείξτε κάθε βήμα. Γράψτε ότι πρέπει να επιβεβαιώσω εάν το Kc είναι σωστό για το προϊόν/φάση. ET0: [...], Kc: [...]
2) Καθαρή και ακαθάριστη ανάγκη σε νερό:
Αφαιρέστε την πραγματική βροχόπτωση (καθαρή απαίτηση) από το σύνολο ETc 7 ημερών. Βρείτε το ακαθάριστο νερό διαιρώντας την απόδοση του συστήματος% με [..]. Δώστε το αποτέλεσμα σε mm και m3/da. Εμφάνιση μετατροπής μονάδας.
3) Σύγκριση αισθητήρα-ET:
Σύμφωνα με τον υπολογισμό του ET, πόσο αναμένεται να μειωθεί η υγρασία του εδάφους; Συγκρίνετε αυτό με την ένδειξη του αισθητήρα που σας έδωσα. Εάν η διαφορά είναι μεγάλη, αναφέρετε πιθανές αιτίες (αποστράγγιση, βαθμονόμηση, διαρροή, βροχόπτωση). Λήψη αποφάσεων; εμφανίζεται η λίστα ελέγχου.
4) Σενάριο ξηρασίας/περιορισμένου νερού:
Εάν το νερό είναι περιορισμένο (διαθέσιμο: [m3]), υποδείξτε ποιο στάδιο ανάπτυξης αυτής της καλλιέργειας είναι πιο ευαίσθητο στο νερό και προτείνετε ένα περίγραμμα που δίνει προτεραιότητα στο νερό σε αυτό το κρίσιμο στάδιο. Συμπεριλάβετε τον κίνδυνο απόδοσης.
Σύστημα
Τυπική απόδοση
κατάλληλη κατάσταση
Κίνδυνος
πτώση
85-95%
Καλλιέργεια σειρών, περιορισμένο νερό
απόφραξη, επένδυση
ψεκαστήρας
70-85%
σιτηρά, κτηνοτροφικό φυτό
Απώλεια ανέμου, υγρασία ασθένειας
καρίνα
40-60%
Άφθονο νερό, επίπεδη γη
αλάτισμα, πλύσιμο
Γονιμοποίηση
85-95%
Λίπασμα + νερό μαζί
Ακρίβεια δόσης/βαθμονόμησης
Συνήθη λάθη
- Πότισμα με ημερολόγιο. Το σταθερό εύρος ημέρας αγνοεί τον καιρό. Παρέχει περισσότερο νερό τις δροσερές μέρες και λιγότερο νερό τις ζεστές μέρες.
- Χρησιμοποιώντας σταθερά Kc. Το Kc ποικίλλει ανάλογα με το αναπτυξιακό στάδιο. Η μόνη αξία είναι να κάνετε ένα μεγάλο λάθος στο σπορόφυτο ή στην ωρίμανση.
- Παράκαμψη της αποτελεσματικότητας του συστήματος. Εάν δεν μετατρέψετε την καθαρή απαίτηση σε ακαθάριστη, λιγότερο νερό θα φτάσει στη ζώνη της ρίζας.
- Τυφλή εμπιστοσύνη στον ΕΤ. Η αποστράγγιση, η διαρροή και η βαθμονόμηση παραμορφώνουν τον υπολογισμό του ET. Ο διασταυρούμενος έλεγχος με αισθητήρα και πεδίο είναι απαραίτητος.
- Νομίζοντας ότι το υπερβολικό νερό είναι ασφαλές. Το υπερβολικό νερό προκαλεί ασφυξία των ριζών, αλάτωση, έκπλυση θρεπτικών ουσιών και σπατάλη ενέργειας.
Προσοχή: Η απόφαση άρδευσης δεν αφορά μόνο την απόδοση, αφορά τη μακροπρόθεσμη υγεία του εδάφους και τη βιωσιμότητα της παροχής νερού. Η υπερανάληψη μειώνει τα υπόγεια ύδατα. Το υπερβολικό πότισμα κάνει το χώμα άγονο. Η τεχνητή νοημοσύνη υπολογίζει τον προϋπολογισμό του νερού, αλλά η κρίση της βιωσιμότητας εξαρτάται από τον μηχανικό.
Συνοπτικά
Η επιστήμη της άρδευσης είναι η ισορροπία του νερού: πόσο νερό πρέπει να εισέλθει για να καλύψει την εκροή (εξατμισοδιαπνοή). Ο τύπος ETc = ET0 × Kc δίνει την πραγματική ανάγκη του προϊόντος. Η απόδοση του συστήματος καθορίζει το ακαθάριστο νερό, τα δεδομένα αισθητήρων καθορίζουν την πραγματικότητα. Το AI συντάσσει γρήγορα αυτόν τον υπολογισμό, αλλά είναι απαραίτητο να επαληθεύσετε το Kc τοπικά, να εισαγάγετε την απόδοση του συστήματος και να διασταυρώσετε το αποτέλεσμα με τον αισθητήρα/πεδίο. Τόσο το πολύ λίγο όσο και το πολύ νερό είναι επιβλαβές. Η σωστή άρδευση είναι ακριβώς η ποσότητα του νερού που χρειάζεται και η τελική απόφαση λαμβάνεται από την κρίση βιωσιμότητας του μηχανικού.
Εργασία εφαρμογής
Επιλέξτε ένα προϊόν και ένα στάδιο ανάπτυξης. Βρείτε μια τιμή Kc με 7 ημέρες ET0 και δεδομένα βροχόπτωσης (πραγματικά ή αντιπροσωπευτικά). Δημιουργήστε έναν εβδομαδιαίο προϋπολογισμό νερού για τεχνητή νοημοσύνη με τα πρότυπα "υπολογισμός ETc" και "καθαρή και ακαθάριστη απαίτηση νερού" σε αυτήν την ενότητα. Στη συνέχεια, επαναλάβετε τον ίδιο υπολογισμό, δίνοντας εσκεμμένα το Kc λάθος (εκτός φάσης) και συγκρίνετε τα δύο αποτελέσματα: κατά πόσο το λάθος Kc μετατόπισε την απαίτηση σε νερό; Γράψτε πώς θα ρυθμίζατε το βήμα επαλήθευσης με τον αισθητήρα.
λίστα ελέγχου
- [ ] Υπολόγισα το ETc κατά ET0 × Kc και επαλήθευσα το Kc ανά προϊόν/φάση.
- [ ] Μετακινήθηκα από την καθαρή ανάγκη στο ακαθάριστο νερό με την αποδοτικότητα του συστήματος. Έλεγξα τις μονάδες.
- [ ] Υπολόγισα τον χρόνο άρδευσης σύμφωνα με τον ρυθμό ροής του συστήματος.
- [ ] Διασταύρωσα τον υπολογισμό ET με τον αισθητήρα υγρασίας εδάφους και το χωράφι.
- [ ] Αξιολόγησα τον κίνδυνο περίσσειας νερού και τη βιωσιμότητα και άφησα την τελική απόφαση στον μηχανικό.