На́дсилання води та баланс ґрунтів

Вода в ґрунті як банківський рахунок

Найпростіший корисний модель обліку кореневої зони – це ведення бухгалтерського обліку: рахунок з депоновами (орошення, дощ) та вилученнями (ефективність відпарювання, дренаж, поверхневий стік), який відстежується щодня. Це спрощений варіант фізики насиченого потоку, але це модель, на основі якої працює більшість графіків зрошення у світі, оскільки вона потребує лише показів дощувальника, метеостанції та карти ґрунтів.

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

жива демонстрація · пов'язана симуляція● LIVE

Положення насиченості та критична точка зів'яння

Два пороги визначають корисний діапазон. Положення насиченості – це вміст води, що залишається після того, як сила тяжіння відмиває великі пори, що заповнені повітрям, зазвичай через 1-3 дні після насичення — практична межа, оскільки все, що вологе більше, стікає незалежно від потреб рослини. Критична точка зів'яння – це вміст води, при якому залишок утримується настільки міцно капілярними та адсорбційними силами, що корені не можуть видобувати його достатньо швидко, щоб уникнути постійного зів’янення. Різниця між ними – це загальна доступна вода (ТАВ) — весь резервуар, який теоретично може вичерпати культура.

Доступна вода та поріг виснаження ґрунтових вод

Кущі не використовують TAW рівномірно. Коли ґрунт висихає, пройшовши приблизно половину діапазону доступних ресурсів, рослина починає самостійно протидіяти надходженню води, закриваючи токові отвори для захисту фотосинтезу, значно до того, як стане видно зневодження. Цей поріг – зазвичай 40-60% від TAW, залежно від виду – визначає доступну воду (DAW), і саме DAW, а не TAW, намагається підтримувати добре налагоджений планувальник.

Повне виснаження DAW означає втрату врожайної продуктивності; поливання лише тоді, коли рослина вже зневоджена, – це втрата врожаю. Підтримка DAW у комфортному діапазоні дозволяє культурі залишатися в оптимальних умовах.

Evapotranspiration: ETo, Kc и ETc

Вода покидає зону кореневого середовища переважно через транспірацію та випаровування — сукупний збиток з ґрунту та рослинної транспірації. Метод FAO-56 (Allen et al., 1998) розділяє це на два етапи. По-перше, рівняння Пенмана-Монте-різа обчислює поправне випаровування ETo для стандартизованої короткої трави, виключно з даних про погоду: чиста радіація, температура, вологість і вітер. По-друге, коефіцієнт культури Kc перераховує ETo для фактичної культури та її фази росту:

ETc = Kc × ETo Kc_ini ≈ 0.3–0.5 розріджене листя, переважно випаровування з ґрунту Kc_mid ≈ 1.0–1.2 повне листя, пікове водопостачання Kc_end ≈ 0.6–0.9 згасаюче листя, знижена транспірація Ксії простежує криву протягом сезону, яка піднімається через утворення, стабілізується в середині сезону і падає через дозрівання — тому фіксований щоденний об’єм зрошення майже завжди неправильний; попит культури змінюється на два або три рази протягом свого життєвого циклу.

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

Чому графічне планування передує фіксованим інтервалам

Календарний план (поливати кожні N днів) ігнорує погоду повністю, або марно витрачаючи воду у прохолодній, хмарній тижневищі, або недодаючи її під час спеку, — це нераціонально. Графічне планування передує фіксованому: воно щодня перераховує водний баланс ґрунту (ВБ) з урахуванням фактичного ETc та опадів, і запускає полив лише тоді, коли ВБ перевищує поріг RAW — відновлюючи до початкового рівня ґрунту, ніколи не виходячи за межі, таким чином не допускаючи втрат води через дренаж. Саме логіку реалізує ця симуляція: поточний облік, криву попиту, яка змінюється залежно від стадії розвитку рослини та жорстке правило щодо моменту внесення платежу.

Frequently asked questions

Що таке поглинальна здатність ґрунту і чому це важливо?

Поглинальна здатність – це вміст води, який утримує ґрунт через один або два дні після насичення, після того як сила тяжіння витекла з найбільших пор. Це практичний верхній ліміт для зрошення – вода, застопована вище поглинальної здатності, просто проходить повз зону коріння, марную воду та часто переносить нітрати.

Що запускає подію зрошення в моделі водного балансу ґрунту?

Зменшення доступної швидкодоступної частки води, а не повного діапазону, доступного для рослин. Коли вологість ґрунту падає нижче приблизно 50% від розриву між поглинальною здатністю та точкою зів’ялості, стомати закриваються для збереження води, і виникає стрес, що обмежує врожайність, навіть якщо рослина ще не зів’яла. Зрошення планується для поповнення ґрунту до цього порогу, а не після нього.

Чому коефіцієнт випаровування використовує коефіцієнт культури?

Відносна випаровуваність (ETo) описує гіпотетичну коротку, добре зволожену траву, а не вашу конкретну культуру. Коефіцієнт культури Kc перераховує ETo для висоти покрову, площі листя та стадії росту – молоді саджанці майже не затінюють ґрунт і мають коефіцієнт Kc нижче 1, тоді як повний покрив у середині сезону може перевищувати 1.

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Irrigation & Soil Water Balance і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.

▶ Відкрити симуляцію Irrigation & Soil Water Balance

На́дсилання води та баланс ґрунтів: Ґрунт як банківський рахунок