At gætte, hvor meget vand der skal bruges, er en af landbrugets største skjulte omkostninger. For meget vand skaber afstrømning, vasker næringsstoffer væk og spilder energi. For lidt vand belaster afgrøder og reducerer udbyttet. Det handler om præcision.
Videnskabelig beregning af vandingsvand giver dig en klar metode til at bestemme præcis, hvor meget vand dine afgrøder har brug for, og hvornår de har brug for det. Dette danner grundlaget for smart farm management. Denne guide guider dig gennem hele processen.
Forståelse af kerneprincipper
For at beregne kunstvandingsvand nøjagtigt, skal du først forstå, hvad der driver vandefterspørgslen på gårde. Denne viden forklarer "hvorfor" bag matematikken.
1.1 Definition af vandbehov
○ Crop Water Requirement (CWR) er det samlede vand, en afgrøde har brug for fra plantning til høst under perfekte vækstbetingelser.
○ Irrigation Water Requirement (IWR) er anderledes. Det er den del af CWR, du skal levere gennem kunstvanding. Dette svarer til CWR minus vand fra andre kilder som nedbør og lagret jordfugtighed.
1.2 Vandbalancemodellen
Forestil dig dit felt som en bankkonto. Vandbalancemodellen sporer hver dråbe som en hovedbog. Princippet er ligetil: det, der går ind, skal svare til det, der går ud plus enhver ændring i opbevaring.
☆ Input (vanding + nedbør)=output (evapotranspiration + afstrømning + dyb perkolation) + ændring i jordvandsopbevaring
Dit mål er at administrere "Irrigation" input. Dette holder "Change in Soil Water Storage" på det optimale niveau for sunde afgrøder.
1.3 Dekonstruktion af nøglekomponenter
Flere nøglevariable driver denne vandbalanceligning. At forstå dem er afgørende for nøjagtige beregninger.
○ Potentiel Evapotranspiration (ET₀) er dit udgangspunkt. Det viser den maksimale hastighed for vandtab til atmosfæren fra en standard, godt-vandet græsoverflade. Vejret driver denne metrik gennem solstråling, temperatur, vind og fugtighed.
○ Afgrødekoefficienten (Kc) justerer ET₀ til din specifikke afgrøde. En ung majsplante bruger mindre vand end en fuldt udvokset. Kc-faktoren afspejler denne ændring. Det varierer gennem afgrødens vækststadier: begyndelse, udvikling, midt--sæson og sen-sæson.
○ Effektiv nedbør (Pe) er den del af den samlede nedbør, der rent faktisk hjælper afgrøden. Dette er regn, der trænger ind i jorden og bliver i rodzonen. Et kort, kraftigt regnskyl kan forårsage betydelig afstrømning. Dens effektive nedbør er meget lavere end den samlede målte mængde.
Mestring af kerneformlen
Nu hvor du forstår principperne, kan du bygge dem ind i en praktisk ligning. Dette er dit vigtigste værktøj til at beregne vandingsbehov.
2.1 Designfase: Estimat baseret på "Worst-Case Scenario"
2.1.1 Beregning af vandforbrug i designfasen
I design- og planlægningsfasen er beregningen af vandforbruget baseret på faktorer som den mest ugunstige vandingsmetode på projektstedet, det maksimale vandforbrug i afgrødens vækstperiode og de mest ugunstige vejrforhold (forudsat ingen nedbør i en længere periode, dvs. nedbør=0). Først er det nødvendigt at bestemme afgrødens vækstsæson og det maksimale vandingsbehov i dens vækstperiode. De mest ugunstige vejrforhold er afgrødens vandbehov om sommeren. Når der roteres flere afgrøder, bør den afgrøde med det højeste vandbehov om sommeren vælges til vandforbrugsberegninger. Til sidst beregnes vandforbruget ud fra vandingsanlæggets designparametre, såsom vandingsmetode, vandingseffektivitet mv.
I planlægnings- og designfasen bør den periode, hvor afgrøden vokser, vælges som grundlag for design. Det rigtige valg er at bruge afgrødens vandbehov i vækstperioden med det højeste vandforbrug som afgrødens beregnede vandbehov.
2.1.2 Referencetabel og grundlag for bestemmelse af design vandforbrugsintensitet (ETc)
Micro-Irrigation Engineering Design Standard GB/T 50485-2020 "Technical Standards for Micro-Irrigation Engineering" giver direkte designvandforbruget til afgrøder, som vist i Tabel 1: Designet vandforbrugsintensitet (mm/d). Afgrødens beregnede vandbehov bruges kun til at beregne kunstvandingscyklusdesignet.
|
Afgrøder |
Drypvanding |
Mikro-sprinklervanding |
Afgrøder |
Drypvanding |
Mikro-sprinklervanding |
|
Druer, træer, meloner |
3-7 |
4-8 |
Grøntsager (åben mark) |
4-7 |
5-8 |
|
Korn, bomuld, olieplanter |
4-7 |
\ |
Seje-sæsongræsser |
\ |
5-8 |
|
Grøntsager (beskyttede områder) |
2-4 |
\ |
Varme-årstidens græsser |
\ |
3-5 |
Dette skyldes, at der for afgrøder, der svarer til en bestemt vandingsmetode, ikke er behov for at overveje vækstperioden og vejrudsvingene for meget. Disse krav kan være umulige at opfylde i designfasen. Det konventionelle vandforbrug, som refererer til mængden af vand, der bruges i en enkelt kunstvandingsbegivenhed, kaldes kunstvandingskvoten (vandingskvoten refererer til dybden af vand, der tilføres under en enkelt kunstvanding eller mængden af vand, der tilføres pr. arealenhed under en enkelt kunstvanding).
2.1.3 Design vandingskvote og maksimal vandingsmængde pr. begivenhed
Maksimal vandingsmængde pr. begivenhed:
Hvor:
max′- den øvre grænse for det passende jordfugtindhold (i %), beregnet ved volumenforhold;
min′- den nedre grænse for det passende jordfugtindhold (i %), beregnet efter volumenforhold;
η- brugskoefficienten for kunstvanding. Forskellige kunstvandingsmetoder har forskellige værdier for denne koefficient. Generelt for drypvanding: η=0.9; til sprinklervanding: η=0.85.
max′=95% af feltkapacitet, min′=70% af feltkapacitet.
2.1.4 Standard beregningsmetode til design af kunstvandingscyklus
I designfasen kan vandingscyklussen beregnes i henhold til den tekniske standard for sprinklervanding GB/T 50085-2007, formel 4.3.4. Vandingscyklussen og antallet af kunstvanding bør bestemmes ud fra lokale forsøgsdata. Hvis der mangler forsøgsdata, kan antallet af kunstvandinger bestemmes ud fra det designrepræsentative år og vandingsregimet formuleret efter princippet om vandbalance. Vandingscyklussen kan beregnes som:
Hvor:
○ T - design kunstvandingscyklus, den beregnede værdi er et heltal (dage);
○ ETa- afgrødedesign vandforbrugsintensitet, valgt fra tabellen eller taget som gennemsnitsværdien af spidsbelastningsperioden for kunstvanding for det designrepræsentative år (mm/d);
○ md- design vandingskvote (mm).
Fælles formel for beregning af vandforbruget:
I=ETc +W−P
Hvor:
○ I - vandforbrug, i mm;
○ ETc - design vandforbrugsintensitet i mm/d;
○ P - nedbør, i mm;
○ W - jordfugtighedsunderskud, i mm. Denne formel bruges almindeligvis til at beregne vandforbruget i kunstvandingssystemets designfase. Tanken er, at vandforbruget skal opfylde afgrødens vandforbrug.
2.2 Driftsfase: Præcis beregning baseret på "faktiske daglige forhold"
I drifts- og forvaltningsfasen er beregningen af vandforbruget baseret på det faktiske daglige vandingsbehov og vandforsyningsforholdene i vandingssystemet. Inden vandingsanlægget starter (før kunstvanding), skal vandingsbehovet bestemmes ud fra afgrødens vækststadie, vejrforhold osv. Derefter beregnes ud fra det aktuelle jordfugtindhold og nettonedbøren fra sidste vanding til den aktuelle kunstvanding den vandingsmængde, der kræves for at genopfylde det vand, der går tabt af afgrøden, til den sidste vandingsvanding, som afgrøden har mistet. Jordens oplagrede vand bør også tages i betragtning, dvs. designvandingscyklussen. Den beregnede værdi er:
○ Vandforbrug til kunstvanding=Afgrødevandforbrug - (nettonedbør + jord tilgængeligt vand).
○ Jordtilgængeligt vand=Markkapacitet - Aktuelt jordfugtindhold.
Når vandingscyklussen ikke tages i betragtning, bliver beregningen:
○ Vandforbrug til kunstvanding=Afgrødevandforbrug - Nettonedbør.
2.3 Net Irrigation Requirement (NIR)
Formlen for Net Irrigation Requirement (NIR) beregner, hvor meget vand du skal bruge for at imødekomme afgrødebehov. Det tegner sig for nedbør og systemtab.
Den primære formel er:
○ NIR=(ETc - Pe) / Ea
Her er ETc Crop Evapotranspiration, Pe er effektiv nedbør, og Ea er dit kunstvandingssystems påføringseffektivitet.
Lad os nedbryde hver variabel, så du ved præcis, hvordan du finder eller beregner den.
⒈ ETc (Crop Evapotranspiration): Dette viser din afgrødes specifikke vandforbrug. Beregn det med: ETc=ET₀ * Kc. Kc-værdier for forskellige afgrøder og vækststadier er tilgængelige fra kilder som Food and Agriculture Organization (FAO) eller universitetsforskning.
⒉ Pe (Effektiv nedbør): Beregning af effektiv nedbør kan være enkel eller kompleks. En almindelig metode antager, at Pe er en procentdel af den samlede nedbør, ofte 70-80 %, afhængigt af jordtype og stormintensitet. Mere præcise beregninger, som USDA-SCS-metoden, bruger jordens vandholdende kapacitet og daglige nedbørsdata for bedre nøjagtighed.
⒊ Ea (Application Efficiency): Denne afgørende faktor overses ofte. Den viser procentdelen af vand, der rent faktisk når afgrødens rodzone fra dit kunstvandingssystem. Intet system er 100 % effektivt. Tab sker fra vind, fordampning og afstrømning. Vi vil undersøge dette i detaljer senere.
2.4 Procesovervågning
Under kunstvandingsprocessen er det nødvendigt at overvåge jordens fugtindhold og afgrødernes vækstbetingelser, justere vandingsmængden rettidigt for at sikre, at afgrøderne får tilstrækkeligt med vand. Derudover bør vandingstid eller vandmængde beregnes og justeres dagligt baseret på faktiske forhold for at opnå optimale vandingsresultater.
Som konklusion er forståelse og nøjagtig beregning af vandforbruget afgørende i design og driftsstyring af kunstvandingssystemer.
Valg af dit system
Det vandingsanlæg, du bruger, påvirker din vandberegning dramatisk. Dette er fanget af Application Efficiency (Ea)-variablen i vores kerneformel.
3.1 Applikationseffektivitets rolle
Applikationseffektivitet (Ea) er den procentdel af vand, der med succes er lagret i afgrødens rodzone, klar til optagelse. Det resterende vand går tabt til fordampning, vinddrift, afstrømning eller dyb nedsivning under rødderne.
Et system med lav Ea på 50 % kræver, at du påfører det dobbelte af det vand, din afgrøde faktisk har brug for. Et system med høj Ea på 95 % eliminerer næsten dette spild. Dette reducerer direkte pumpeomkostninger og vandforbrug.
3.2 Sammenligning af systemeffektivitet
At forstå den typiske effektivitet af forskellige systemer er nøglen til at vælge den korrekte Ea-værdi til dine beregninger. Det hjælper også, når der skal foretages strategiske investeringer i nyt udstyr.
|
Vandingsmetode |
Typisk Ea (%) |
Primære årsager til tab |
Bedst til |
|
Oversvømmelse / Fure |
40 - 60% |
Høj overfladefordampning, afstrømning, ujævn dyb nedsivning. |
Plane marker, vand-rige områder, specifikke salt-tolerante afgrøder. |
|
Center Pivot / Sprinkler |
75 - 85% |
Sprayfordampning, vinddrift, baldakinaflytning. |
Store, ensartede marker til korn, foder og grøntsager. |
|
Dråbe-/mikro-vanding |
90 - 95%+ |
Minimal. Noget overfladefordampning fra våde pletter. |
Høj-rækkeafgrøder, frugtplantager, vinmarker,-vandknappe områder. |
3.3 Drypvandingskassen
Data viser tydeligt, at drypvanding giver det højeste potentiale for vandforbrugseffektivitet i kunstvanding. Dens høje Ea reducerer direkte det samlede vandbehov i beregningen af nettovandingsbehovet.
Drypsystemer leverer vand langsomt og direkte til rodzonen. Dette minimerer tab til fordampning og vind. Denne metode reducerer også ukrudtsvækst mellem rækkerne og giver mulighed for højeffektiv "gødning" - påføring af næringsstoffer gennem kunstvandingsvand.
For dem, der ønsker at maksimere anvendelseseffektiviteten, er investering i kvalitetsudstyr nøglen. Pålidelige produkter, såsom dryptape tilgængelige fra specialiserede producenter, sikre ensartet vandforsyning og holdbarhed. Dette bidrager direkte til højere vandforbrugseffektivitet og bedre afgrøderesultater.
Avancerede dynamiske justeringer
Statiske, sæsonbestemte beregninger giver en solid baseline. Men for at opnå maksimal effektivitet i landbrugets vandforbrug skal du bevæge dig ud over gennemsnittet og bruge realtidsdata til dynamisk kunstvandingsstyring.
4.1 Lyt til din jord
Jordfugtighedssensorer er din direkte kommunikationslinje med afgrødens rodzone. De besvarer kritiske spørgsmål: "Hvornår skal jeg vande?" og "Hvor meget vand er der tilbage i jorden?"
Disse værktøjer giver direkte målinger i-marken af jordens vandindhold. Dette fjerner gætværk fra planlægningen. Almindelige typer omfatter Tensiometre, som måler jordvandsspænding, og elektroniske sonder (TDR, Kapacitans), som måler volumetrisk vandindhold.
Placer sensorer i forskellige dybder inden for rodzonen for at etablere vandingsudløsere. En almindelig strategi er f.eks. at vande, når jordens fugtighed falder til 50 % af plant-tilgængeligt vand. Dette forhindrer stress på afgrøden.
4.2 Integrering af vejrdata
I stedet for at bruge historiske månedlige gennemsnit for ET₀, bruger et virkelig smart system vejrdata i-realtid.
Moderne vejrstationer giver daglige eller endda timelige ET₀-værdier. Disse kan være på-gård eller en del af et regionalt netværk. At integrere disse live-data i dine beregninger giver mulighed for øjeblikkelige justeringer af din vandingsplan.
Denne praksis forhindrer overvanding før en forudsagt regnbyge. Omvendt sikrer det, at du påfører nok vand til at komme igennem en uventet hedebølge. Den finjusterer-din vandpåføring, så den matcher de faktiske forhold på en given dag.
4.3 Regnskab for vandtab
En virkelig avanceret beregning rækker ud over kun afgrødebehov. Det tegner sig for andre nødvendige vandanvendelser og tab. Dette detaljeringsniveau er sjældent dækket i grundlæggende vejledninger.
En nøglefaktor er udvaskningskravet (LR). I områder med saltholdig jord eller vand skal der tilføres ekstra vand for at skylle ophobet salte ud under rodzonen. At ignorere dette kan føre til ophobning af giftigt salt og alvorlig reduktion af udbyttet over tid.
Du skal også arbejde på at minimere og tage højde for tab fra afstrømning og dyb nedsivning. Teknikker som "pulsvanding" kan drastisk reducere afstrømning på skrånende eller tætte jorder. Dette påfører vand i korte stød for at give mulighed for jordabsorption. At matche dit systems påføringshastighed med jordens infiltrationshastighed er kritisk. Dette forhindrer vandet i at bevæge sig forbi rodzonen, før afgrøden kan bruge den.
Konklusion
Tiden med vanding efter kalenderen eller fornemmelsen af jorden er forbi. Vejen til en mere rentabel, robust og bæredygtig landbrugsdrift er brolagt med data. Vandbesparelse i landbruget gennem denne tilgang giver konsekvent udbytte i form af sparet vand, sparet energi og højere, mere pålidelige afgrødeudbytter.