Lợi nhuận:
- Khả năng kết nối các khái niệm về mức tiêu thụ nước của cây trồng (ET), cảm biến độ ẩm đất và cân bằng nước với các quyết định tưới tiêu
- Khả năng tạo dự thảo chương trình tưới và tính toán lượng nước từ ET tham chiếu và hệ số cây trồng bằng AI
- Khả năng ngăn ngừa lãng phí nước và năng lượng bằng cách xác minh các khuyến nghị tưới tiêu AI bằng dữ liệu cảm biến, loại đất và tốc độ dòng chảy của hệ thống
Nước là đầu vào khan hiếm nhất và đắt nhất trong nông nghiệp; Ở nhiều vùng, nước là yếu tố duy nhất quyết định năng suất. Nhưng tưới nước là con dao hai lưỡi: quá ít nước gây căng thẳng cho cây trồng và làm giảm năng suất, trong khi quá nhiều nước làm tắc nghẽn rễ, rửa trôi chất dinh dưỡng, tạo ra hiện tượng nhiễm mặn và cằn cỗi của đất, đồng thời lãng phí năng lượng và tiền bạc. Tưới nước đúng cách có nghĩa là biết cây thực sự cần bao nhiêu nước và cung cấp chính xác lượng nước đó. Học phần này dạy cơ sở khoa học để tính toán nhu cầu này—cân bằng nước và thoát hơi nước—chỉ cho bạn cách soạn thảo lịch tưới bằng AI và cho bạn biết cách xác minh lịch trình đó bằng cảm biến và thực tế tại hiện trường.
Cân bằng nước và thoát hơi nước
Hãy coi cánh đồng như một tài khoản nước. Giới thiệu: Lượng mưa và tưới tiêu. Đầu ra: bốc hơi (từ đất) và thoát hơi nước (từ cây). Tổng của hai kết quả đầu ra này được gọi là sự thoát hơi nước (tiếng Anh Evapotranspirst, ET); nghĩa là tổng lượng nước mất đi từ hệ thống đất-thực vật vào khí quyển. Quyết định tưới chỉ đơn giản là: lượng nước phải vào để đáp ứng dòng chảy ra (ET).
ET khó đo trực tiếp nên được ước tính theo hai bước. Đầu tiên, ET tham chiếu (ET0) được tính toán: lượng nước mà bề mặt cỏ tiêu chuẩn sẽ mất đi trong điều kiện thời tiết của ngày hôm đó (nhiệt độ, độ ẩm, gió, nắng). Đây hoàn toàn là khí tượng. Sau đó, giá trị này được nhân với hệ số cây trồng (Kc), phản ánh nhu cầu nước của sản phẩm đó ở giai đoạn phát triển đó:
ETc = ET0 × Kc
ETc là nhu cầu nước thực tế hàng ngày của sản phẩm (mm/ngày). Kc thay đổi từ khi trồng đến thu hoạch: nhỏ (0,3-0,5) ở giai đoạn cây con, cao nhất (1,0-1,2) ở giai đoạn phát triển đầy đủ, giảm dần khi trưởng thành. Lượng tưới được tính bằng cách trừ đi lượng mưa hiệu quả từ ETc và tính đến hiệu quả của hệ thống.
Mẹo: Hầu hết các dịch vụ thời tiết và cổng thông tin nông nghiệp đều xuất bản dữ liệu ET0 miễn phí. Bạn có thể yêu cầu AI nói "tính ETc với ET0 và Kc này", nhưng hãy xác minh giá trị Kc từ nguồn cục bộ theo sản phẩm và giai đoạn; Kc sai làm thay đổi toàn bộ quỹ nước.
Độ ẩm đất và cảm biến
Tính toán ET là mặt lý thuyết của quỹ nước; Cảm biến độ ẩm đất đo lường sự thật. Những cảm biến này liên tục đọc độ ẩm của đất ở các độ sâu cụ thể và dùng để theo dõi hai ngưỡng quan trọng: khả năng chứa nước của đồng ruộng (lượng nước lớn nhất mà đất có thể giữ được) và điểm héo (giới hạn dưới mà tại đó cây không thể hấp thụ nước nữa). Việc tưới lý tưởng sẽ giữ độ ẩm trong dải “nước có thể hấp thụ” giữa hai vùng này. Dữ liệu cảm biến và tính toán ET xác nhận lẫn nhau: ET cho biết "phải mất bao nhiêu", cảm biến cho biết "thực tế còn lại những gì". Khi cả hai xung đột, việc kiểm soát hiện trường là cần thiết (hiệu chỉnh cảm biến có thể bị tắt).
Hệ thống thủy lợi và năng suất
Cùng một nhu cầu về nước nhưng các hệ thống khác nhau sẽ đáp ứng được hiệu quả khác nhau. Tưới nhỏ giọt đưa nước trực tiếp đến vùng rễ, hiệu quả cao (85-95%); môi trường phun nước (70-85%); Tưới lũ thấp (40-60%) và dễ bị nhiễm mặn. Không thể tính được thời lượng nếu không biết tốc độ dòng chảy của hệ thống (nước được cung cấp mỗi giờ) và hiệu suất. Khi tính toán thời gian bằng AI, hãy đảm bảo cung cấp luồng và hiệu quả của hệ thống làm đầu vào; nếu không thì đầu ra là vô nghĩa.
Ba trường hợp nhỏ: Bằng những con số
Trường hợp 1 - Tiết kiệm bằng ngân sách nước. Một người sản xuất cà chua tưới nước theo lịch (thời gian cố định 2 ngày một lần). Khi chuyển sang chương trình dựa trên ET, ETc được nhận thấy giảm vào những ngày mát mẻ và ẩm ướt; Số lần tưới giảm 22% trong suốt vụ nhưng năng suất không thay đổi. Lợi ích thu được là cả nước và năng lượng máy bơm.
Trường hợp 2 - Lỗi Kc. Đối với ruộng ngô, AI sử dụng Kc = 1,2 trong suốt vụ và khuyến nghị lượng nước nhiều hơn 3 lần trong thời kỳ cây con. Người kỹ sư biết rằng Kc phải là 0,4 ở giai đoạn cây con; Quá nhiều nước sẽ gây ngạt thở cho rễ và rửa trôi nitơ. Khi tôi sửa Kc theo từng giai đoạn thì chương trình trở nên thực tế hơn.
Trường hợp 3 - Xung đột cảm biến-ET. Trong khi tính toán của ET cho biết "đất chắc chắn đã khô" thì cảm biến vẫn hiển thị độ ẩm cao. Chúng tôi đến hiện trường: lớp chống thấm ở tầng dưới đang giữ nước, thoát nước có vấn đề. Theo ET, nếu được tưới nước, nước sẽ đọng lại và thối rễ; cảm biến và thực tế hiện trường đã ngăn chặn được lỗi.
Nhắc yếu / Nhắc mạnh
Dấu nhắc yếu:
Tôi nên tưới nước cho cánh đồng này bao lâu một lần?
Lời nhắc mạnh mẽ:
Vai trò của bạn: Kỹ sư nông nghiệp chuyên gia thủy lợi. Tính toán lịch tưới DRAFT.Đầu vào:- Sản phẩm: [cây trồng], giai đoạn phát triển: [giai đoạn], Kc (từ nguồn địa phương): [giá trị]- 7 ngày qua ET0 (mm/ngày): [mảng], lượng mưa hiệu quả (mm): [mảng]- Loại đất: [cát/mùn/đất sét], hệ thống: [nhỏ giọt, hiệu suất 85%], tốc độ dòng chảy: [L/giờ]Nhiệm vụ:- ETc hàng ngày = ET0 × Tính toán Kc, với bảng hiển thị.- Tìm nhu cầu nước ròng trong 7 ngày (ETc - lượng mưa) và tổng lượng nước với hiệu suất của hệ thống.- Trừ thời gian tưới dựa trên tốc độ dòng chảy.- Lưu ý rằng nó phải được XÁC MINH bằng dữ liệu cảm biến độ ẩm của đất.- Hiển thị từng bước tính toán; Đánh dấu nơi bạn đưa ra giả định.
Lời nhắc mạnh mẽ làm rõ tất cả các yêu cầu đầu vào, công thức, hiệu chỉnh năng suất và xác minh cảm biến; Nó ngăn AI đưa ra các giả định ẩn.
Bốn mẫu có thể sao chép
1) Tài khoản ETc:
Tính toán và cộng ETc hàng ngày với chuỗi ET0 và giá trị Kc sau. Hiển thị từng bước. Viết rằng tôi cần xác nhận xem Kc có đúng với sản phẩm/pha hay không. ET0: […], Kc: […]
2) Nhu cầu nước ròng và nước thô:
Trừ lượng mưa hiệu quả (yêu cầu ròng) khỏi tổng lượng ETc trong 7 ngày. Tìm tổng lượng nước bằng cách chia% hiệu suất hệ thống cho [..]. Cho kết quả theo mm và m3/da; Hiển thị chuyển đổi đơn vị.
3) So sánh cảm biến-ET:
Theo tính toán của ET, độ ẩm của đất dự kiến sẽ giảm bao nhiêu? So sánh điều này với kết quả cảm biến mà tôi đã đưa cho bạn. Nếu chênh lệch lớn, hãy liệt kê các nguyên nhân có thể xảy ra (thoát nước, hiệu chuẩn, rò rỉ, kết tủa). Ra quyết định; danh sách kiểm tra xuất hiện.
4) Kịch bản hạn hán/hạn hán nước:
Nếu lượng nước có hạn (có sẵn: [m3]), hãy chỉ ra giai đoạn phát triển nào của cây trồng này nhạy cảm nhất với nước và đề xuất đề cương ưu tiên nước ở giai đoạn quan trọng đó. Bao gồm rủi ro lợi nhuận.
Hệ thống
Năng suất điển hình
tình huống thích hợp
Rủi ro
thả
85-95%
Hàng lúa, nước hạn chế
tắc nghẽn, đầu tư
vòi phun nước
70-85%
cây ngũ cốc, cây thức ăn gia súc
Mất gió, ẩm bệnh
sống tàu
40-60%
Nước nhiều, đất bằng phẳng
muối, rửa
thụ tinh
85-95%
Phân bón + nước kết hợp
Độ chính xác của liều lượng/hiệu chuẩn
Những lỗi thường gặp
- Tưới nước theo lịch. Phạm vi ngày cố định bỏ qua thời tiết; Nó cung cấp nhiều nước hơn vào những ngày mát mẻ và ít nước hơn vào những ngày nóng bức.
- Sử dụng hằng số Kc. Kc thay đổi theo giai đoạn phát triển; Giá trị duy nhất là phạm sai lầm lớn trong quá trình gieo hạt hoặc trưởng thành.
- Bỏ qua hiệu quả của hệ thống. Nếu bạn không chuyển nhu cầu thực thành tổng, lượng nước thực tế sẽ đến được vùng rễ sẽ ít hơn.
- Niềm tin mù quáng vào ET. Thoát nước, rò rỉ và hiệu chuẩn làm sai lệch tính toán ET; Việc kiểm tra chéo giữa cảm biến và hiện trường là điều bắt buộc.
- Nghĩ rằng thừa nước là an toàn. Quá nhiều nước gây ra hiện tượng rễ cây bị ngạt thở, nhiễm mặn, rửa trôi chất dinh dưỡng và lãng phí năng lượng.
Lưu ý: Quyết định tưới không chỉ liên quan đến năng suất mà còn liên quan đến tình trạng lâu dài của đất và tính bền vững của nguồn cung cấp nước. Thấu chi làm giảm lượng nước ngầm; Tưới nước quá nhiều làm cho đất cằn cỗi. AI tính toán lượng nước tiêu thụ nhưng việc đánh giá tính bền vững lại tùy thuộc vào kỹ sư.
Tóm lại
Khoa học tưới tiêu là cân bằng nước: lượng nước phải đổ vào để đáp ứng lượng nước thoát ra (sự thoát hơi nước). Công thức ETc = ET0 × Kc cho biết nhu cầu thực tế của sản phẩm; Hiệu suất hệ thống quyết định tổng lượng nước, dữ liệu cảm biến xác định thực tế. AI nhanh chóng soạn thảo phép tính này, nhưng cần phải xác minh Kc cục bộ, nhập hiệu suất hệ thống và kiểm tra chéo kết quả với cảm biến/trường. Quá ít hay quá nhiều nước đều có hại; Tưới đúng cách chính xác là lượng nước cần thiết và quyết định cuối cùng được đưa ra dựa trên đánh giá về tính bền vững của kỹ sư.
Nhiệm vụ ứng dụng
Chọn sản phẩm và giai đoạn phát triển; Tìm giá trị Kc với dữ liệu ET0 và lượng mưa trong 7 ngày (thực tế hoặc đại diện). Tạo ngân sách nước hàng tuần cho AI bằng các mẫu "tính toán ETc" và "nhu cầu nước ròng và tổng" trong đơn vị này. Sau đó lặp lại phép tính tương tự, cố tình cho Kc sai (ngược pha) và so sánh hai kết quả: Kc sai đã làm thay đổi nhu cầu nước bao nhiêu? Viết cách bạn thiết lập bước xác minh bằng cảm biến.
danh sách kiểm tra
- [ ] Tôi đã tính ETc bằng ET0 × Kc và xác minh Kc theo sản phẩm/pha.
- [ ] Tôi đã chuyển từ nhu cầu thực sang tổng lượng nước với hiệu suất của hệ thống; Tôi đã kiểm tra các đơn vị.
- [ ] Tôi đã tính thời gian tưới theo tốc độ dòng chảy của hệ thống.
- [ ] Tôi đã kiểm tra chéo tính toán ET với cảm biến độ ẩm đất và đồng ruộng.
- [ ] Tôi đã đánh giá nguy cơ thừa nước và tính bền vững và để lại quyết định cuối cùng cho kỹ sư.