بهینه سازی آبیاری و مدیریت آب

سود:

• قابلیت اتصال مفاهیم مصرف آب گیاهی (ET)، سنسور رطوبت خاک و تعادل آب به تصمیمات آبیاری
• امکان تولید پیش نویس برنامه آبیاری و محاسبه بودجه آب از ET مرجع و ضریب محصول با هوش مصنوعی
• امکان جلوگیری از اتلاف آب و انرژی با تأیید توصیه‌های آبیاری هوش مصنوعی با داده‌های حسگر، نوع خاک و سرعت جریان سیستم

آب کمیاب ترین و گران ترین نهاده در کشاورزی است. در بسیاری از مناطق، آب تنها عامل تعیین کننده بهره وری است. اما آبیاری یک شمشیر دو لبه است: آب بسیار کم به گیاه فشار وارد می‌کند و عملکرد را کاهش می‌دهد، در حالی که آب زیاد ریشه‌ها را خفه می‌کند، مواد مغذی را می‌شوید، باعث شوری و بی‌ثباتی خاک می‌شود و انرژی و پول را هدر می‌دهد. آبیاری صحیح به این معنی است که بدانیم گیاه واقعاً به چه مقدار آب نیاز دارد و دقیقاً به آن آب بدهی. این واحد پایه علمی محاسبه این نیاز - تعادل آب و تبخیر - تعرق - را به شما نشان می دهد که چگونه برنامه آبیاری را با هوش مصنوعی تهیه کنید و به شما می گوید که چگونه آن را با حسگرها و واقعیت مزرعه تأیید کنید.

تعادل آب و تبخیر و تعرق

یک مزرعه را به عنوان یک حساب آب در نظر بگیرید. مقدمه: بارندگی و آبیاری. خروجی: تبخیر (از خاک) و تعرق (از گیاه). مجموع این دو خروجی تبخیر و تعرق (English Evapotranspiration, ET) نامیده می شود. یعنی کل تلفات آب از سیستم خاک-گیاه به جو. تصمیم آبیاری به سادگی این است: چه مقدار آب باید وارد شود تا خروجی (ET) تامین شود.

اندازه گیری مستقیم ET دشوار است، بنابراین در دو مرحله تخمین زده می شود. ابتدا ET مرجع (ET0) محاسبه می شود: آبی که یک سطح چمن استاندارد تحت شرایط آب و هوایی آن روز (دما، رطوبت، باد، خورشید) از دست می دهد. این صرفاً هواشناسی است. سپس این مقدار در ضریب محصول (Kc) ضرب می شود، که نشان دهنده اشتهای آب آن محصول در آن مرحله رشد است:

ETc = ET0 × Kc

ETc نیاز واقعی آب روزانه محصول (mm/day) است. Kc از کاشت به برداشت متفاوت است: کوچک (0.3-0.5) در مرحله نهال، بالاترین (1.0-1.2) در رشد کامل، دوباره در بلوغ کاهش می یابد. مقدار آبیاری با کم کردن بارندگی موثر از ETc و با در نظر گرفتن کارایی سیستم محاسبه می‌شود.

نکته: اکثر خدمات آب و هوا و پورتال های کشاورزی داده های ET0 را رایگان منتشر می کنند. می‌توانید از هوش مصنوعی بگویید «ETc را با این ET0 و Kc محاسبه کنید»، اما مقدار Kc را از منبع محلی بر اساس محصول و فاز تأیید کنید. false Kc کل بودجه آب را تغییر می دهد.

رطوبت خاک و سنسورها

محاسبه ET جنبه نظری بودجه آب است. سنسور رطوبت خاک حقیقت را اندازه گیری می کند. این حسگرها به طور مداوم رطوبت خاک را در اعماق مشخص می خوانند و برای نظارت بر دو آستانه حیاتی کار می کنند: ظرفیت مزرعه (بیشترین آبی که خاک می تواند نگه دارد) و نقطه پژمردگی (حد پایینی که گیاه دیگر نمی تواند آب بگیرد). آبیاری ایده آل رطوبت را در نوار "آب قابل جذب" بین این دو نگه می دارد. داده‌های حسگر و محاسبه ET یکدیگر را تأیید می‌کنند: ET می‌گوید "چقدر باید از بین برود"، سنسور می‌گوید "در واقع چه چیزی باقی مانده است". هنگامی که این دو در تضاد هستند، کنترل میدان ضروری است (کالیبراسیون سنسور ممکن است خاموش باشد).

سیستم آبیاری و عملکرد

نیاز آبی یکسان توسط سیستم های مختلف با راندمان متفاوت برآورده می شود. آبیاری قطره ای آب را مستقیماً به ناحیه ریشه می رساند ، راندمان آن بالا است (85-95٪). رسانه آبپاش (70-85%)؛ آبیاری غرقابی کم (40-60 درصد) و مستعد شور شدن است. مدت زمان را نمی توان بدون دانستن نرخ جریان سیستم (آب تحویلی در ساعت) و بازده محاسبه کرد. هنگام محاسبه زمان با هوش مصنوعی، مطمئن شوید که جریان و کارایی سیستم را به عنوان ورودی ارائه دهید. در غیر این صورت خروجی بی معنی است.

سه مورد کوچک: با اعداد

مورد 1 - صرفه جویی با بودجه آب. یک تولید کننده گوجه فرنگی بر اساس تقویم (زمان ثابت هر 2 روز) آبیاری می کرد. هنگام تغییر به برنامه مبتنی بر ET، ETc در روزهای خنک و مرطوب کاهش می یابد. تعداد آبیاری ها در طول فصل 22 درصد کاهش یافت، اما عملکرد تغییری نکرد. سود هم انرژی آب و هم انرژی پمپ بود.

مورد 2 - خطای Kc. برای یک مزرعه ذرت، هوش مصنوعی از Kc = 1.2 در طول فصل استفاده کرد و 3 برابر آب بیشتر در طول دوره نهال توصیه کرد. مهندس می دانست که Kc در مرحله نهال باید 0.4 باشد. آب زیاد باعث خفگی ریشه و شستشوی نیتروژن می شود. وقتی Kc را مطابق مرحله تصحیح کردم، برنامه واقع گرایانه شد.

مورد 3 - تعارض سنسور-ET. در حالی که محاسبه ET می گوید "خاک باید خشک شده باشد" سنسور هنوز رطوبت بالایی را نشان می دهد. به سایت رفتیم: لایه نفوذ ناپذیر در لایه پایینی آب را نگه می داشت، مشکل زهکشی وجود داشت. به گفته ET، اگر آبیاری می شد، آب جمع می شد و پوسیدگی ریشه اتفاق می افتاد. حسگر و واقعیت میدانی از خطا جلوگیری کردند.

اعلان ضعیف / اعلان قوی

اعلان ضعیف:

هر چند وقت یکبار باید این مزرعه را آبیاری کنم؟

اعلان قدرتمند:

نقش شما: مهندس کشاورزی متخصص آبیاری. محاسبه برنامه آبیاری DRAFT. ورودی ها: - محصول: [زراعت]، مرحله نمو: [مرحله]، Kc (از منبع محلی): [ارزش] - ET0 7 روز گذشته (میلی متر/روز): [آرایه]، بارندگی موثر (میلی متر): [آرایه]- نوع خاک: [شن/لوم/رس]، سرعت 5 درصد] [L/hour]وظیفه:- ETc روزانه = ET0 × محاسبه Kc، با نمایش جدول.- نیاز خالص 7 روزه آب (ETc - بارش) و آب ناخالص را با راندمان سیستم بیابید.- مدت زمان آبیاری را بر اساس دبی کم کنید.- توجه داشته باشید که باید با استفاده از سنسور رطوبت خاک هر مرحله تأیید شود. جایی که فرض می کنید علامت بزنید.

اعلان قدرتمند تمام ورودی‌ها، فرمول، تصحیح عملکرد و نیازهای تأیید سنسور را روشن می‌کند. از ایجاد فرضیات پنهان توسط هوش مصنوعی جلوگیری می کند.

چهار قالب قابل کپی

1) حساب غیره:

ETc روزانه را با دنباله ET0 و مقدار Kc زیر محاسبه و اضافه کنید. هر مرحله را نشان دهید. بنویسید که باید تأیید کنم آیا Kc برای محصول/فاز صحیح است یا خیر. ET0: [...]، Kc: [...]

2) نیاز خالص و ناخالص آب:

بارندگی مؤثر (نیاز خالص) را از مجموع ETc 7 روزه کم کنید. آب ناخالص را با تقسیم درصد راندمان سیستم بر [..] بیابید. نتیجه را به میلی متر و m3/da بدهید. نمایش تبدیل واحد

3) مقایسه سنسور-ET:

با توجه به محاسبه ET، انتظار می رود رطوبت خاک چقدر کاهش یابد؟ این را با سنسوری که به شما دادم مقایسه کنید. اگر اختلاف زیاد است، علل احتمالی (زهکشی، کالیبراسیون، نشت، بارش) را فهرست کنید. تصمیم گیری؛ چک لیست ظاهر می شود

4) سناریوی خشکسالی/محدودیت آب:

اگر آب محدود است (موجود: [m3])، مشخص کنید که کدام مرحله رشد این محصول به آب حساس‌تر است و طرحی پیشنهاد کنید که آب را در آن مرحله بحرانی در اولویت قرار دهد. ریسک بازدهی را نیز لحاظ کنید.

سیستم

عملکرد معمولی

موقعیت مناسب

ریسک

رها کردن

85-95٪

کشت ردیفی، آب محدود

انسداد، سرمایه گذاری

آبپاش

70-85٪

غلات، گیاه علوفه ای

از دست دادن باد، رطوبت بیماری

قرقره

40-60٪

آب فراوان، زمین هموار

نمک زدن، شستشو

کود دهی

85-95٪

کود + آب با هم

دقت دوز/کالیبراسیون

اشتباهات رایج

• آبیاری بر اساس تقویم محدوده روز ثابت آب و هوا را نادیده می گیرد. در روزهای خنک آب بیشتری و در روزهای گرم آب کمتری ارائه می دهد.
• با استفاده از Kc ثابت. Kc با مرحله رشد متفاوت است. تنها ارزش مرتکب یک اشتباه بزرگ در نهال یا بلوغ است.
• دور زدن کارایی سیستم اگر نیاز خالص را به ناخالص تبدیل نکنید، آب کمتری به منطقه ریشه می رسد.
• اعتماد کور به ET زهکشی، نشت و کالیبراسیون محاسبات ET را مخدوش می کند. بررسی متقاطع با سنسور و میدان ضروری است.
• فکر کردن که آب اضافی بی خطر است. آب زیاد باعث خفگی ریشه، شور شدن، شستشوی مواد مغذی و اتلاف انرژی می شود.

توجه: تصمیم آبیاری فقط مربوط به عملکرد نیست، بلکه در مورد سلامت طولانی مدت خاک و پایداری تامین آب است. اضافه برداشت آب های زیرزمینی را کاهش می دهد. آبیاری زیاد خاک را بایر می کند. هوش مصنوعی بودجه آب را محاسبه می کند، اما قضاوت پایداری به عهده مهندس است.

به طور خلاصه

علم آبیاری تعادل آب است: چقدر آب باید وارد شود تا خروجی (تبخیر و تعرق) تامین شود. فرمول ETc = ET0 × Kc نیاز واقعی محصول را نشان می دهد. کارایی سیستم میزان آب ناخالص را تعیین می کند، داده های حسگر واقعیت را تعیین می کند. هوش مصنوعی به سرعت این محاسبه را پیش‌نویس می‌کند، اما لازم است Kc را به صورت محلی تأیید کنید، کارایی سیستم را وارد کنید و نتیجه را با حسگر/فیلد بررسی کنید. آب کم و زیاد هم مضر است. آبیاری صحیح دقیقاً مقدار آب مورد نیاز است و تصمیم نهایی با قضاوت پایداری مهندس گرفته می شود.

وظیفه کاربردی

یک محصول و مرحله توسعه را انتخاب کنید. مقدار Kc را با ET0 7 روزه و داده های بارش (واقعی یا نماینده) پیدا کنید. با الگوهای «محاسبه ETc» و «نیاز خالص و ناخالص آب» در این واحد، بودجه هفتگی آب برای هوش مصنوعی ایجاد کنید. سپس همان محاسبه را تکرار کنید، عمداً Kc را اشتباه (خارج از فاز)، و دو نتیجه را با هم مقایسه کنید: Kc اشتباه چقدر نیاز آب را تغییر داده است؟ نحوه تنظیم مرحله تأیید با سنسور را بنویسید.

چک لیست

• [ ] من ETc را با ET0 × Kc محاسبه کردم و Kc را بر اساس محصول/فاز تأیید کردم.
• [ ] من از نیاز خالص به آب ناخالص با بهره وری سیستم نقل مکان کردم. واحدها رو چک کردم
• [ ] من زمان آبیاری را با توجه به دبی سیستم محاسبه کردم.
• [ ] من محاسبه ET را با سنسور رطوبت خاک و مزرعه بررسی کردم.
• [ ] من خطر آب اضافی و پایداری را ارزیابی کردم و تصمیم نهایی را به مهندس واگذار کردم.