يعد تخمين كمية المياه المستخدمة أحد أكبر التكاليف الخفية للزراعة. الكثير من الماء يؤدي إلى الجريان السطحي، ويغسل العناصر الغذائية، ويهدر الطاقة. إن قلة المياه تؤثر على المحاصيل وتقلل من إنتاجيتها. هذا يتعلق بالدقة.
يمنحك الحساب العلمي لمياه الري طريقة واضحة لتحديد كمية المياه التي تحتاجها محاصيلك بالضبط ومتى تحتاج إليها. وهذا يشكل أساس إدارة المزرعة الذكية. يرشدك هذا الدليل خلال العملية الكاملة.
فهم المبادئ الأساسية
لحساب مياه الري بدقة، يجب عليك أولاً أن تفهم ما الذي يدفع الطلب على المياه في المزارع. تشرح هذه المعرفة "السبب" وراء الرياضيات.
1.1 تحديد الاحتياجات المائية
○ متطلبات مياه المحاصيل (CWR) هي إجمالي المياه التي يحتاجها المحصول من الزراعة إلى الحصاد في ظل ظروف نمو مثالية.
○ تختلف متطلبات مياه الري. إنه الجزء من CWR الذي يجب عليك توفيره من خلال الري. وهذا يساوي CWR ناقص المياه من مصادر أخرى مثل هطول الأمطار ورطوبة التربة المخزنة.
1.2 نموذج توازن الماء
تصور مجالك كحساب مصرفي. يتتبع نموذج توازن الماء كل قطرة مثل دفتر الأستاذ. المبدأ واضح ومباشر: ما يدخل يجب أن يساوي ما يخرج بالإضافة إلى أي تغيير في التخزين.
☆ المدخلات (الري + هطول الأمطار)=المخرجات (التبخر + الجريان السطحي + الترشيح العميق) + التغير في تخزين مياه التربة
هدفك هو إدارة مدخلات "الري". وهذا يحافظ على "التغير في تخزين مياه التربة" عند المستوى الأمثل لمحاصيل صحية.
1.3 تفكيك المكونات الرئيسية
هناك العديد من المتغيرات الرئيسية التي تقود معادلة توازن الماء هذه. فهمها ضروري لإجراء حسابات دقيقة.
○ التبخر المحتمل (ET₀) هو نقطة البداية. إنه يوضح الحد الأقصى لمعدل فقدان الماء إلى الغلاف الجوي من سطح عشبي عادي مروي ببئر-. يحرك الطقس هذا المقياس من خلال الإشعاع الشمسي ودرجة الحرارة والرياح والرطوبة.
○ يقوم معامل المحاصيل (Kc) بضبط ET₀ لمحصولك المحدد. يستخدم نبات الذرة الصغير كمية أقل من المياه مقارنة بالنبات الكامل النمو. ويعكس عامل Kc هذا التغيير. ويختلف خلال مراحل نمو المحصول: الموسم الأولي، والتطور، ومنتصف-الموسم، وأواخر-.
○ هطول الأمطار الفعال (Pe) هو جزء من إجمالي هطول الأمطار الذي يساعد المحصول بالفعل. هذا هو المطر الذي ينقع في التربة ويبقى في منطقة الجذر. قد يتسبب هطول أمطار غزيرة قصيرة في حدوث جريان كبير. هطول الأمطار الفعال أقل بكثير من إجمالي الكمية المقاسة.
إتقان الصيغة الأساسية
الآن بعد أن فهمت المبادئ، يمكنك بناءها في معادلة عملية. هذه هي أداتك الرئيسية لحساب احتياجات الري.
2.1 مرحلة التصميم: التقدير استنادًا إلى "سيناريو الحالة-الأسوأ"
2.1.1 حساب استخدام مياه الري في مرحلة التصميم
في مرحلة التصميم والتخطيط، يعتمد حساب استخدام مياه الري على عوامل مثل طريقة الري غير المواتية في موقع المشروع، والحد الأقصى لاستهلاك المياه خلال فترة نمو المحصول، والظروف الجوية غير المواتية (بافتراض عدم هطول الأمطار لفترة ممتدة، أي هطول الأمطار=0). أولاً، من الضروري تحديد موسم نمو المحصول والحد الأقصى المطلوب للري خلال فترة نموه. إن أكثر الظروف المناخية غير المواتية هي حاجة المحصول إلى المياه خلال فصل الصيف. عند تدوير محاصيل متعددة، يجب اختيار المحصول الأكثر طلبًا على المياه في الصيف لحسابات استهلاك المياه. وأخيرًا، استنادًا إلى معايير تصميم نظام الري، مثل طريقة الري وكفاءة الري وما إلى ذلك، يتم حساب استخدام مياه الري.
في مرحلة التخطيط والتصميم يجب اختيار الفترة التي ينمو خلالها المحصول كأساس للتصميم. الاختيار الصحيح هو استخدام الطلب المائي للمحصول خلال فترة النمو بأعلى استهلاك للمياه حسب الطلب المصمم للمحصول على المياه.
2.1.2 الجدول المرجعي وأساس تحديد كثافة استهلاك المياه التصميمية (ETc)
يوفر معيار-تصميم هندسة الري الجزئي GB/T 50485-2020 "المعايير الفنية لهندسة الري الجزئي" بشكل مباشر استهلاك المياه التصميمي للمحاصيل، كما هو موضح في الجدول 1: تصميم كثافة استهلاك المياه (مم/ي). يتم استخدام الطلب المصمم على المياه للمحصول فقط لحساب تصميم دورة الري.
|
المحاصيل |
الري بالتنقيط |
الري بالرش الصغير- |
المحاصيل |
الري بالتنقيط |
الري بالرش الصغير- |
|
العنب والأشجار والبطيخ |
3-7 |
4-8 |
الخضروات (حقل مفتوح) |
4-7 |
5-8 |
|
الحبوب والقطن والنباتات الزيتية |
4-7 |
\ |
-أعشاب موسمية رائعة |
\ |
5-8 |
|
الخضروات (المناطق المحمية) |
2-4 |
\ |
-أعشاب الموسم الدافئة |
\ |
3-5 |
وذلك لأنه بالنسبة للمحاصيل التي تتوافق مع طريقة ري معينة، ليست هناك حاجة إلى مراعاة فترة النمو والتغيرات الجوية الزائدة. قد يكون من المستحيل تلبية هذه المتطلبات في مرحلة التصميم. يُطلق على استخدام مياه الري التقليدي، والذي يشير إلى كمية المياه المستخدمة في حدث ري واحد، حصة الري (تشير حصة الري إلى عمق المياه المطبقة خلال عملية ري واحدة أو كمية المياه المطبقة لكل وحدة مساحة خلال عملية ري واحدة).
2.1.3 حصص الري التصميمية والحد الأقصى لكمية الري لكل حدث
الحد الأقصى لكمية الري لكل حدث:
أين:
max′- الحد الأعلى لمحتوى رطوبة التربة المناسب (بالنسبة المئوية)، ويتم حسابه بواسطة نسبة الحجم؛
min′- الحد الأدنى لمحتوى رطوبة التربة المناسب (بالنسبة المئوية)، محسوبًا بنسبة الحجم؛
η- معامل الاستفادة من مياه الري. طرق الري المختلفة لها قيم مختلفة لهذا المعامل. بشكل عام، بالنسبة للري بالتنقيط: η=0.9; للري بالرش: η=0.85.
الحد الأقصى ′=95% من السعة الميدانية، والحد الأدنى ′=70% من السعة الميدانية.
2.1.4 طريقة الحساب القياسية لتصميم دورة الري
في مرحلة التصميم، يمكن حساب دورة الري وفقًا للمعيار الفني للري بالرش GB/T 50085-2007، الصيغة 4.3.4. ويجب تحديد دورة الري وعدد مرات الري بناءً على البيانات التجريبية المحلية. في حالة عدم وجود بيانات تجريبية، يمكن تحديد عدد الريات بناءً على سنة التصميم التمثيلية ونظام الري المصمم وفقًا لمبدأ التوازن المائي. ويمكن حساب دورة الري على النحو التالي:
أين:
○ ت - تصميم دورة الري، القيمة المحسوبة هي عدد صحيح (أيام)؛
○ إتa- كثافة استهلاك المياه لتصميم المحاصيل، يتم تحديدها من الجدول أو يتم أخذها كقيمة متوسطة لفترة ذروة الري للسنة التمثيلية للتصميم (ملم/يوم)؛
○ md- حصص الري التصميمية (مم).
صيغة حساب استخدام مياه الري الشائعة:
أنا=إلخ +W−P
أين:
○ I - استخدام مياه الري، بالملليمتر؛
○ إلخ - تصميم كثافة استهلاك المياه، بوحدة مم/يوم؛
○ P - هطول الأمطار، بالملم؛
○ W - العجز في رطوبة التربة، بالملم. تُستخدم هذه الصيغة بشكل شائع لحساب استخدام مياه الري أثناء مرحلة تصميم نظام الري. والفكرة هي أن استخدام مياه الري يحتاج إلى تلبية استهلاك المحصول من المياه.
2.2 مرحلة التشغيل: الحساب الدقيق بناءً على "الظروف اليومية الفعلية"
أثناء مرحلة التشغيل والإدارة، يعتمد حساب استخدام مياه الري على الطلب اليومي الفعلي على الري وظروف إمدادات المياه لنظام الري. قبل بدء نظام الري (قبل الري)، يجب تحديد الطلب على الري بناءً على مرحلة نمو المحصول، والظروف الجوية، وما إلى ذلك. وبعد ذلك، استنادًا إلى محتوى رطوبة التربة الحالي وصافي هطول الأمطار من آخر رية إلى الري الحالي، يتم حساب كمية الري المطلوبة لتجديد المياه التي فقدها المحصول من آخر رية إلى هذا الري. وينبغي أيضًا مراعاة المياه المخزنة في التربة، أي دورة الري التصميمية. القيمة المحسوبة هي:
○ استخدام مياه الري=استهلاك مياه المحاصيل - (صافي هطول الأمطار + مياه التربة المتاحة).
○ المياه المتوفرة بالتربة=السعة الحقلية - محتوى رطوبة التربة الحالي.
عندما لا تؤخذ دورة الري في الاعتبار يصبح الحساب:
○ استخدام مياه الري=استهلاك مياه المحاصيل - صافي هطول الأمطار.
2.3 صافي متطلبات الري (NIR)
تحسب صيغة صافي متطلبات الري (NIR) كمية المياه التي تحتاج إلى استخدامها لتلبية احتياجات المحاصيل. وهو يمثل هطول الأمطار وخسائر النظام.
الصيغة الأولية هي:
○ NIR=(ETc - Pe) / Ea
هنا، ETc هو تبخر المحاصيل، وPe هو هطول الأمطار الفعال، وEa هو كفاءة تطبيق نظام الري الخاص بك.
دعنا نحلل كل متغير حتى تعرف بالضبط كيفية العثور عليه أو حسابه.
⒈ ETc (تبخر ونتح المحاصيل): يوضح هذا استخدام المياه المحدد لمحصولك. احسبها باستخدام: ETc=ET₀ * Kc. تتوفر قيم Kc لمختلف المحاصيل ومراحل النمو من مصادر مثل منظمة الأغذية والزراعة (الفاو) أو الأبحاث الجامعية.
⒉ Pe (هطول الأمطار الفعال): يمكن أن يكون تقدير هطول الأمطار الفعال أمرًا بسيطًا أو معقدًا. تفترض الطريقة الشائعة أن Pe هي نسبة مئوية من إجمالي هطول الأمطار، وغالبًا ما تكون 70-80%، اعتمادًا على نوع التربة وشدة العاصفة. تستخدم الحسابات الأكثر دقة، مثل طريقة USDA-SCS، قدرة التربة على الاحتفاظ بمياه التربة وبيانات هطول الأمطار اليومية للحصول على دقة أفضل.
⒊ Ea (كفاءة التطبيق): غالبًا ما يتم التغاضي عن هذا العامل الحاسم. فهو يوضح النسبة المئوية للمياه التي تصل بالفعل إلى منطقة جذر المحصول من نظام الري الخاص بك. لا يوجد نظام فعال بنسبة 100%. تحدث الخسائر بسبب الرياح والتبخر والجريان السطحي. سنستكشف هذا بالتفصيل لاحقًا.
2.4 مراقبة العملية
أثناء عملية الري، من الضروري مراقبة محتوى رطوبة التربة وظروف نمو المحاصيل، وضبط كمية الري في الوقت المناسب لضمان حصول المحاصيل على كمية كافية من المياه. بالإضافة إلى ذلك، يجب حساب وقت الري أو حجم المياه وتعديلهما يوميًا بناءً على الظروف الفعلية لتحقيق نتائج الري المثالية.
في الختام، فإن فهم وحساب استخدام مياه الري بدقة أمر بالغ الأهمية في تصميم وإدارة تشغيل أنظمة الري.
اختيار النظام الخاص بك
يؤثر نظام الري الذي تستخدمه بشكل كبير على حساب المياه لديك. يتم التقاط ذلك بواسطة متغير كفاءة التطبيق (Ea) في صيغتنا الأساسية.
3.1 دور كفاءة التطبيق
كفاءة التطبيق (Ea) هي النسبة المئوية للمياه المخزنة بنجاح في منطقة جذر المحصول، والجاهزة للامتصاص. يتم فقدان الماء المتبقي بسبب التبخر أو انجراف الرياح أو الجريان السطحي أو الترشيح العميق تحت الجذور.
يتطلب النظام الذي يحتوي على Ea منخفض بنسبة 50% منك استخدام ضعف كمية المياه التي يحتاجها محصولك فعليًا. النظام الذي يحتوي على نسبة Ea عالية تصل إلى 95% يزيل هذه النفايات تقريبًا. وهذا يقلل بشكل مباشر من تكاليف الضخ واستهلاك المياه.
3.2 مقارنة كفاءات النظام
يعد فهم الكفاءة النموذجية للأنظمة المختلفة أمرًا أساسيًا لاختيار قيمة Ea الصحيحة لحساباتك. كما أنه يساعد عند القيام باستثمارات استراتيجية في المعدات الجديدة.
|
طريقة الري |
إي النموذجي (٪) |
الأسباب الرئيسية للخسارة |
أفضل ل |
|
فيضان / ثلم |
40 - 60% |
ارتفاع التبخر السطحي، الجريان السطحي، والترشيح العميق غير المستوي. |
الحقول المستوية، والمساحات الوفيرة-المائية، والمحاصيل التي تتحمل الملوحة المحددة-. |
|
مركز المحور / الرش |
75 - 85% |
تبخر الرذاذ، انجراف الرياح، اعتراض المظلة. |
حقول كبيرة وموحدة للحبوب والأعلاف والخضروات. |
|
الري بالتنقيط/الري الجزئي-. |
90 - 95%+ |
الحد الأدنى. - بعض التبخر السطحي من البقع الرطبة. |
-محاصيل ذات قيمة عالية، وبساتين، وكروم، ومناطق شحيحة المياه-. |
3.3 حالة الري بالتنقيط
تظهر البيانات بوضوح أن الري بالتنقيط يوفر أعلى إمكانية لكفاءة استخدام المياه في الري. إن ارتفاع Ea يقلل بشكل مباشر من إجمالي المياه اللازمة في حساب صافي متطلبات الري.
تعمل أنظمة التنقيط على توصيل المياه ببطء وبشكل مباشر إلى منطقة الجذر. وهذا يقلل من الخسائر الناجمة عن التبخر والرياح. تعمل هذه الطريقة أيضًا على تقليل نمو الأعشاب الضارة بين الصفوف وتسمح "بالتسميد" عالي الكفاءة - من خلال تطبيق العناصر الغذائية من خلال مياه الري.
بالنسبة لأولئك الذين يتطلعون إلى تحقيق أقصى قدر من كفاءة التطبيق، يعد الاستثمار في المعدات عالية الجودة أمرًا أساسيًا. منتجات موثوقة، مثل أشرطة التنقيط متوفرة من الشركات المصنعة المتخصصة، ضمان توصيل المياه بشكل ثابت ومتانة. ويساهم هذا بشكل مباشر في زيادة كفاءة استخدام المياه وتحسين نتائج المحاصيل.
تعديلات ديناميكية متقدمة
توفر الحسابات الموسمية الثابتة خط أساس متين. ومع ذلك، لتحقيق أعلى كفاءة في استخدام المياه الزراعية، يجب عليك تجاوز المتوسطات واستخدام بيانات الوقت الفعلي- لإدارة الري الديناميكية.
4.1 الاستماع إلى التربة الخاصة بك
أجهزة استشعار رطوبة التربة هي خط الاتصال المباشر مع منطقة جذر المحصول. يجيبون على الأسئلة الحرجة: "متى يجب أن أقوم بالري؟" و"كم تبقى من الماء في التربة؟"
توفر هذه الأدوات قياسات ميدانية مباشرة- لمحتوى مياه التربة. هذا يزيل التخمين من الجدولة. تشمل الأنواع الشائعة أجهزة قياس التوتر، التي تقيس توتر الماء في التربة، والمسابير الإلكترونية (TDR، السعة)، التي تقيس محتوى الماء الحجمي.
ضع أجهزة الاستشعار على أعماق مختلفة داخل منطقة الجذر لإنشاء محفزات الري. على سبيل المثال، تتمثل الإستراتيجية الشائعة في الري عندما تنخفض رطوبة التربة إلى 50% من المياه المتوفرة للنباتات. وهذا يمنع أي ضغط على المحصول.
4.2 دمج بيانات الطقس
بدلاً من استخدام المتوسطات الشهرية التاريخية لـ ET₀، يستخدم النظام الذكي حقًا بيانات الطقس-في الوقت الفعلي.
توفر محطات الطقس الحديثة قيم ET₀ يومية أو حتى كل ساعة. يمكن أن تكون هذه في-مزرعة أو جزءًا من شبكة إقليمية. يتيح دمج هذه البيانات المباشرة في حساباتك إجراء تعديلات فورية على جدول الري الخاص بك.
تمنع هذه الممارسة الإفراط في الري قبل حدوث عاصفة ممطرة متوقعة. وعلى العكس من ذلك، فهو يضمن لك استخدام كمية كافية من الماء للتغلب على موجة الحر غير المتوقعة. فهو يقوم بضبط-تطبيق المياه الخاص بك ليتوافق مع الظروف الفعلية لأي يوم محدد.
4.3 المحاسبة عن خسائر المياه
إن الحساب المتقدم حقًا يتجاوز مجرد احتياجات المحاصيل. وهو يمثل تطبيقات وخسائر المياه الضرورية الأخرى. نادرًا ما تتم تغطية هذا المستوى من التفاصيل في الأدلة الأساسية.
أحد العوامل الرئيسية هو متطلبات الترشيح (LR). في المناطق ذات التربة أو المياه المالحة، يجب استخدام مياه إضافية لطرد الأملاح المتراكمة أسفل منطقة الجذر. يمكن أن يؤدي تجاهل ذلك إلى تراكم الأملاح السامة وانخفاض شديد في الإنتاجية بمرور الوقت.
يجب عليك أيضًا العمل على تقليل الخسائر الناجمة عن الجريان السطحي والترشيح العميق وحسابها. يمكن لتقنيات مثل "الري النبضي" أن تقلل بشكل كبير من الجريان السطحي على التربة المنحدرة أو الضيقة. يطبق هذا الماء على دفعات قصيرة للسماح بامتصاص التربة. تعد مطابقة معدل تطبيق النظام الخاص بك مع معدل تسرب التربة أمرًا بالغ الأهمية. وهذا يمنع الماء من المرور عبر منطقة الجذر قبل أن يتمكن المحصول من استخدامه.
خاتمة
لقد انتهى عصر الري بالتقويم أو بمحس التربة. إن الطريق إلى عملية زراعية أكثر ربحية ومرونة واستدامة ممهد بالبيانات. إن الحفاظ على المياه في الزراعة من خلال هذا النهج يحقق أرباحًا متسقة في شكل توفير المياه، والحفاظ على الطاقة، وإنتاجية محاصيل أعلى وأكثر موثوقية.