Nutrient Management – Nitrogen

Ziemia jako konto bankowe wody

Najprostszym użytecznym modelem wody w glebie pod korzeniem jest księgowość: konto z wpisami (opady, nawadnianie) i wypisaniami (parowanie, odpływ, spłyki), śledzone dzień po dniu. Jest to uproszczona wersja fizyki nasyconych przepływów gruntowych, ale to model, na którym opiera się większość harmonogramowania nawadnień w świecie, ponieważ potrzebuje jedynie zmierzenia opadów, stacji meteorologicznej i mapy glebowej.

SW(t) = SW(t-1) + Rain + Irrigation − ETc − Drainage − Runoff

SW      = root-zone soil water content
ETc     = crop evapotranspiration for that day
Drainage = water lost below the root zone once SW exceeds field capacity

demo na żywo · powiązana symulacja● LIVE

Przepuszczalność i punkt suszczenia

Dwa progi ograniczają użyteczny zakres. Przepuszczalność to zawartość wody pozostała po odfiltrowaniu przez grawitację z dużych, powietrze wypełniających porów, zwykle w ciągu 1 do 3 dni po nasyceniu – praktyczny limit, ponieważ wszystko, co jest mokre, odpłynie bez względu na to, czego potrzebuje roślina. Punkt suszczenia trwałego to zawartość wody, przy której pozostała woda jest tak mocno utrzymywana przez siły kapilarne i adsorpcji, że korzenie nie mogą z niej wydobywać jej wystarczająco szybko, aby uniknąć trwałego uschnięcia. Różnica między nimi stanowi całkowitą dostępną wodę (CAW) – całą resztę zbiornika, jaką teoretycznie może pobrać uprawa.

Dostępna woda i wyzwalacz osuszania

Uprawy nie wykorzystują TAW równomiernie. Wraz z wysychaniem gleby, przekraczając mniej więcej połowę dostępnego zakresu, rośnie opór rośliny przed pobraniem wody i zaczyna się zamykać naczynie podstawnikowe w celu ochrony przed nadmierną utratą fotosyntezy. Ten próg – zwykle 40 do 60% TAW w zależności od gatunku – definiuje dostępną wodę (RAW) i to RAW, a nie TAW, stara się uniknąć całkowitego wyczerpania dobrze działający harmonogram. Podlewanie dopiero wtedy, gdy roślina już więdnie, oznacza utratę plonów; podlewanie w momencie przekroczenia poziomu RAW utrzymuje roślinę w komfortowej strefie.

Ewapotranspiracja: ETo, Kc i ETc

Woda opuszcza strefę korzeniową głównie jako ewapotranspiracja – połączenie strat z parowania z gleby i transpiracji roślin. Metodologia FAO-56 (Allen et al., 1998) dzieli to na dwie fazy. Po pierwsze, równanie Penmana-Monteitha oblicza referencyjną ewapotranspirację ETo dla standaryzowanej powierzchni trawy, wyłącznie z danych pogodowych: bilans promieniowania netto, temperaturę, wilgotność i prędkość wiatru. Druga faza polega na skalowaniu ETo przez współczynnik Kc dla konkretnej rośliny i jej fazy wzrostu:

ETc = Kc × ETo Kc_ini ≈ 0,3–0,5 – gęste okrycie liściowe, głównie parowanie z gleby Kc_mid ≈ 1,0–1,2 – pełne okrycie liściowe, szczytowy zapotrzebowanie na wodę Kc_end ≈ 0,6–0,9 – okrycie liściowe w fazie dojrzewania, zmniejszone transpiracje Kc rysuje krzywą w trakcie sezonu, która rośnie przez okres zakładania, ustabilizuje się w okresie środkowym i maleje w okresie dojrzałości – dlatego stały dzienny wolumen nawadniania jest prawie zawsze niewłaściwy; zapotrzebowanie rośliny zmienia się o czynnik dwa lub trzy razy w jej cyklu życia.

ETc = Kc × ETo

Kc_ini  ≈ 0.3–0.5   sparse canopy, mostly bare-soil evaporation
Kc_mid  ≈ 1.0–1.2   full canopy, peak water demand
Kc_end  ≈ 0.6–0.9   senescing canopy, reduced transpiration

Dlaczego harmonogram z przepływami odwrotnymi jest lepszy niż stałe odstępy

Harmonogram oparty na kalendarzu (podlewaj co N dni) ignoruje całkowicie pogodę i albo marnuje wodę w chłodny, pochmurny tydzień, albo nie podlewaj podczas upału. Harmonogram oparty na bilansie ponownie oblicza SW każdego dnia z rzeczywistego ETc i opadów deszczu i uruchamia zdarzenie nawadniania tylko wtedy, gdy SW przekroczy próg RAW – uzupełniając do pełnej pojemności pola, nigdy nie przekraczając, więc nie ma marnowania wody jako odpływu. To jest logika, którą symulacja realizuje: bieżące konto, krzywa popytu, która zmienia się wraz z etapem wzrostu uprawy i twarde prawo, kiedy dokonać wpłaty.

Często zadawane pytania

Co to jest pojemność wilgotnościowa i dlaczego ma ona znaczenie?

Pojemność wilgotnościowa to zawartość wody, jaką gleba utrzymuje dzień lub dwa po napełnieniu, po tym jak siła grawitacji odprowadziła duże naczynia. Stanowi to praktyczny górny limit dla nawadniania – woda aplikowana powyżej pojemności wilgotnościowej po prostu przecieka obok strefy korzeniowej, marnując wodę i często przenosząc z nią azotany.

Co wywołuje zdarzenie nawadniania w modelu bilansu wody gleby?

Wykorzystanie łatwo dostępnej frakcji wody, a nie pełnego zakresu dostępnego dla roślin. Gdy poziom wody w glebie spada poniżej około 50% różnicy między pojemnością wilgotnościową a punktem suszy, stomata zaczynają się zamykać, aby oszczędzać wodę, a stres ograniczający plony zaczyna się objawiać, mimo że roślina jeszcze nie wyschła. Nawadnianie jest planowane tak, aby napełnić glebę przed przekroczeniem tego progu, a nie po nim.

Dlaczego evapotranspiracja używa współczynnika roślinności?

Referencyjna evapotranspiracja (ETo) opisuje hipotetyczną krótką, dobrze nawoloną trawę, a nie Twoją rzeczywistą uprawę. Współczynnik roślinności Kc reskaluje Eto dla wysokości korony, powierzchni liści i fazy wzrostu – młode sadzonki ledwo zacieniają glebę i mają Kc znacznie poniżej 1, podczas gdy pełna korona w środku sezonu może przekroczyć 1.

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Irrigation & Soil Water Balance i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.

▶ Otwórz symulację Irrigation & Soil Water Balance

Nutrient Management – Nitrogen: A Balancing Act