使用する水の量を推測することは、農業における最大の隠れたコストの 1 つです。水が多すぎると流出が発生し、栄養素が洗い流され、エネルギーが無駄になります。水が少なすぎると作物にストレスがかかり、収量が減少します。これは精度に関するものです。
科学的な灌漑用水計算により、作物に必要な水の量と必要な時期を正確に判断する明確な方法が得られます。これがスマート農場管理の基盤となります。このガイドでは、完全なプロセスを説明します。
基本原則を理解する
灌漑用水を正確に計算するには、まず農場での水需要の原因を理解する必要があります。この知識は、数学の背後にある「理由」を説明します。
1.1 水要件の定義
○ 作物水分要求量 (CWR) は、完璧な生育条件下で作物が植え付けから収穫までに必要とする総水量です。
○ 灌漑用水需要（IWR）が異なる。これは CWR のうち灌漑を通じて供給しなければならない部分です。これは、CWR から降雨や蓄積された土壌水分などの他の発生源からの水を差し引いたものに等しくなります。
1.2 水収支モデル
フィールドを銀行口座として想像してください。水バランスモデルは、帳簿のようにあらゆる水滴を追跡します。原則は簡単です。入るものは出ていくものにストレージ内の変更を加えたものと一致する必要があります。
☆ インプット (灌漑 + 降雨)=アウトプット (蒸発散 + 流出 + 深部浸透) + 土壌水貯留量の変化
あなたの目標は、「灌漑」入力を管理することです。これにより、「土壌水分貯蔵量の変化」が作物の健康に最適なレベルに保たれます。
1.3 主要コンポーネントの分解
この水分バランス方程式は、いくつかの重要な変数によって決まります。正確な計算にはそれらを理解することが不可欠です。
○ 潜在蒸発散量 (ET₀) が出発点です。これは、標準的な十分に水を与えられた芝生の表面から大気中に失われる水分の最大速度を示しています。-天気は、日射量、温度、風、湿度を通じてこの指標を決定します。
○ 作物係数 (Kc) は、特定の作物に合わせて ET₀ を調整します。若いトウモロコシの植物は、完全に成長したトウモロコシの植物よりも使用する水の量が少なくなります。 Kc 係数はこの変化を反映しています。それは作物の成長段階、つまり初期、発育、中期、後期を通して変化します。-
○ 有効雨量（Pe）は、総降雨量のうち作物に実際に役立つ部分です。これは、土壌に浸透して根の部分に留まる雨です。短時間の激しい雨が降ると、大量の流出が発生する可能性があります。その有効雨量は、測定された総量よりもはるかに少ないです。
コアフォーミュラをマスターする
原理を理解したので、それを実際の方程式に組み込むことができます。これは、灌漑の必要性を計算するための主要なツールです。
2.1 設計段階: 「最悪のシナリオ」に基づく見積もり
2.1.1 設計段階での灌漑用水使用量の計算
設計および計画段階では、灌漑用水の使用量の計算は、プロジェクトの場所で最も不利な灌漑方法、作物の成長期間中の最大水消費量、および最も不利な気象条件（長期間雨が降らないと仮定、つまり降水量=0）などの要因に基づいて行われます。まず、作物の生育期と生育期間中の最大灌漑需要を決定する必要があります。最も不利な気象条件は、夏の作物の水分需要です。複数の作物を輪作する場合、夏に水需要が最も高い作物を水消費量の計算に選択する必要があります。最後に、灌漑方法、灌漑効率などの灌漑システムの設計パラメータに基づいて、灌漑用水の使用量が計算されます。
計画と設計の段階では、作物が生育する期間を設計の基礎として選択する必要があります。正しい選択は、作物の計画的な水需要として、水消費量が最も多くなる成長期中の作物の水需要を使用することです。
2.1.2 設計水使用量原単位 (ETc) を決定するための参考表と根拠
マイクロ-灌漑工学設計基準 GB/T 50485-2020 年「マイクロ灌漑工学の技術基準」は、表 1: 設計水消費量強度 (mm/d) に示すように、作物の設計水消費量を直接提供します。作物の設計された水需要は、灌漑サイクル設計を計算するためにのみ使用されます。
|
作物 |
点滴灌漑 |
マイクロ-スプリンクラー灌漑 |
作物 |
点滴灌漑 |
マイクロ-スプリンクラー灌漑 |
|
ブドウ、木、メロン |
3-7 |
4-8 |
野菜（露地） |
4-7 |
5-8 |
|
穀物、綿花、油脂植物 |
4-7 |
\ |
涼しい-季節の草 |
\ |
5-8 |
|
野菜（保護区） |
2-4 |
\ |
暖かい季節の草- |
\ |
3-5 |
特定の灌漑方法に対応した作物については、生育期間や天候の変化を過度に考慮する必要がないからである。これらの要件は、設計段階では満たすことができない場合があります。従来の灌漑用水使用量は、1 回の灌漑で使用される水の量を指し、灌漑割当量と呼ばれます (灌漑割当量とは、1 回の灌漑で適用される水の深さ、または 1 回の灌漑で単位面積あたりに適用される水の量を指します)。
2.1.3 設計灌漑割当量とイベントごとの最大灌漑量
イベントごとの最大灌漑量:
どこ：
max'- 体積比で計算された、適切な土壌水分含量の上限 (%)。
min'- 体積比で計算された、適切な土壌水分含量の下限 (%)。
η- は灌漑用水利用係数です。灌漑方法が異なれば、この係数の値も異なります。一般に、点滴灌漑の場合: η=0.9;スプリンクラー灌漑用: η=0.85.
フィールド容量の最大'=95%、フィールド容量の最小'=70%。
2.1.4 灌漑サイクル設計の標準的な計算方法
設計段階では、スプリンクラー灌漑技術規格 GB/T 50085-2007 の式 4.3.4 に従って灌漑サイクルを計算できます。灌漑サイクルと灌漑回数は、現地の実験データに基づいて決定する必要があります。実験データが不足している場合は、設計代表年と水収支の原理に従って策定された灌漑体制に基づいて灌漑回数を決定できます。灌漑サイクルは次のように計算できます。
どこ：
○ T - 設計灌漑サイクル。計算値は整数 (日) です。
○ETa- 作物設計の水消費強度。表から選択するか、設計代表年の灌漑ピーク期間の平均値として取得します (mm/d)。
○ md- の設計灌漑割り当て (mm)。
一般的な灌漑用水使用量の計算式:
I=ETc +W−P
どこ：
○ I - の灌漑用水の使用量 (mm 単位)。
○ ETc - 設計水消費強度 (mm/d)。
○ P - 降水量 (mm)
○ W - の土壌水分不足 (mm 単位)。この式は、灌漑システムの設計段階で灌漑用水の使用量を計算するために一般的に使用されます。その考えは、灌漑用水の使用量は作物の水消費量を満たす必要があるということです。
2.2 運用フェーズ：「日常の実際の状況」に基づいた正確な計算
運営管理段階では、実際の毎日の灌漑需要と灌漑システムの水供給状況に基づいて灌漑用水使用量が計算されます。灌漑システムを開始する前（灌漑前）には、作物の成長段階や気象条件などに基づいて灌漑需要を決定する必要があります。そして、現在の土壌水分量と前回の灌漑から今回の灌漑までの正味降水量に基づいて、前回の灌漑から今回の灌漑までに作物が失った水を補充するために必要な灌漑量を計算します。土壌に蓄えられた水、つまり灌漑サイクルの設計も考慮する必要があります。計算された値は次のとおりです。
○ 灌漑用水の使用量=作物用水の消費量 - (純降水量 + 土壌利用可能な水)。
○ 土壌利用可能な水=圃場容量 - 現在の土壌水分含有量。
灌漑サイクルを考慮しない場合、計算は次のようになります。
○ 灌漑用水の使用量=作物用水の消費量 - 正味降水量。
2.3 正味灌漑要件 (NIR)
正味灌漑要件 (NIR) の計算式は、作物のニーズを満たすために適用する必要がある水の量を計算します。これは降雨量とシステム損失を考慮します。
主な式は次のとおりです。
○ NIR=(ETc - Pe) / Ea
ここで、ETc は作物蒸発散量、Pe は有効降雨量、Ea は灌漑システムの散布効率です。
各変数を分析して、その検索方法や計算方法を正確に理解しましょう。
⒈ ETc (作物蒸発散): これは、作物の具体的な水の使用量を示します。 ETc=ET₀ * Kc で計算します。さまざまな作物および成長段階の Kc 値は、食糧農業機関 (FAO) や大学の研究などの情報源から入手できます。
⒉ Pe (有効降雨量): 有効降雨量の推定は、単純な場合もあれば、複雑な場合もあります。一般的な方法では、Pe が総降雨量に占める割合であると想定され、土壌の種類や嵐の強さにもよりますが、多くの場合 70-80% となります。 USDA-SCS 法のようなより正確な計算では、精度を高めるために土壌の保水力と毎日の降雨量のデータが使用されます。
⒊ Ea (アプリケーション効率): この重要な要素は見落とされがちです。これは、灌漑システムから実際に作物の根域に到達する水の割合を示します。効率が 100% のシステムはありません。損失は風、蒸発、流出によって発生します。これについては後で詳しく説明します。
2.4 プロセス監視
灌漑プロセスでは、土壌水分含有量と作物の生育状態を監視し、適時に灌漑量を調整して作物に十分な水分が供給されるようにする必要があります。さらに、最適な灌漑結果を得るには、実際の条件に基づいて灌漑時間または水量を毎日計算および調整する必要があります。
結論として、灌漑システムの設計と運用管理においては、灌漑用水の使用量を把握し、正確に計算することが重要です。
システムの選択
使用する灌漑システムは水の計算に大きく影響します。これは、コアの式のアプリケーション効率 (Ea) 変数によって取得されます。
3.1 アプリケーション効率化の役割
施用効率 (Ea) は、作物の根域にうまく蓄えられ、すぐに取り込める状態になっている水の割合です。残りの水は、蒸発、風による漂流、流出、または根の下の深い浸透によって失われます。
Ea が 50% と低いシステムでは、作物が実際に必要とする水の 2 倍の水を散布する必要があります。 95% という高い Ea を備えたシステムでは、この無駄がほぼ排除されます。これにより、ポンプのコストと水の消費量が直接削減されます。
3.2 システム効率の比較
さまざまなシステムの一般的な効率を理解することが、計算に正しい Ea 値を選択するための鍵となります。新しい設備への戦略的投資を行う際にも役立ちます。
|
灌漑方法 |
典型的な Ea (%) |
損失の主な原因 |
最適な用途 |
|
洪水・溝 |
40 - 60% |
高い表面蒸発、流出、不均一な深部浸透。 |
平地、-水の豊富な地域、特定の耐塩性作物-。 |
|
センターピボット・スプリンクラー |
75 - 85% |
スプレーの蒸発、風の漂流、キャノピーの遮断。 |
穀物、飼料、野菜を栽培する大きく均一な畑。 |
|
点滴 / マイクロ-灌漑 |
90 - 95%+ |
最小限。濡れた箇所からの表面の蒸発。 |
-価値の高い条作物、果樹園、ブドウ園、水不足地域-。 |
3.3 点滴灌漑事件
データは、点滴灌漑が灌漑における水利用効率において最も高い可能性をもたらすことを明確に示しています。その高い Ea は、正味灌漑要件の計算に必要な総水量を直接削減します。
点滴システムは、根の部分にゆっくりと直接水を供給します。これにより、蒸発や風による損失が最小限に抑えられます。この方法はまた、列間の雑草の成長を減らし、灌漑用水を通じて栄養分を与える非常に効率的な「施肥」-を可能にします。
アプリケーションの効率を最大化したいと考えている人にとって、高品質の機器への投資は重要です。などの信頼できる製品 ドリップテープは専門メーカーから入手可能、一貫した水の供給と耐久性を保証します。これは、水利用効率の向上と作物の成果の向上に直接貢献します。
高度な動的調整
静的な季節計算により、確実なベースラインが得られます。ただし、農業用水の利用効率を最大限に高めるには、平均を超えてリアルタイム データを使用して動的な灌漑管理を行う必要があります。-
4.1 土壌の声に耳を傾ける
土壌水分センサーは、作物の根域との直接の通信手段です。これらは、「いつ灌水すべきか?」という重要な質問に答えます。 「土の中にどれくらいの水が残っているの？」
これらのツールは、土壌水分含有量を現場で直接測定できます。{0}これにより、スケジューリングから推測に頼る必要がなくなりました。一般的なタイプには、土壌水分張力を測定する張力計や、体積含水量を測定する電子プローブ (TDR、静電容量) が含まれます。
根ゾーン内のさまざまな深さにセンサーを配置して、灌漑トリガーを確立します。たとえば、一般的な戦略は、土壌水分が植物が利用できる水分の 50% に低下したときに灌漑することです。-これにより作物へのストレスを防ぎます。
4.2 気象データの統合
真にスマートなシステムは、ET₀ の過去の月平均を使用する代わりに、リアルタイムの気象データを使用します。{0}
最新の気象観測所は、毎日または毎時間の ET₀ 値を提供します。これらは、- ファーム上に存在することも、地域ネットワークの一部に存在することもできます。このライブデータを計算に統合すると、灌漑スケジュールを即座に調整できます。
これにより、暴風雨が予想される前に過剰な水やりを防ぐことができます。逆に言えば、予期せぬ熱波を乗り切るのに十分な水を確実に供給できるようになります。 -その日の実際の状況に合わせて水の使用を微調整します。
4.3 水損失の考慮
真に高度な計算は、作物のニーズだけにとどまりません。これは、その他の必要な水の用途と損失を考慮します。このレベルの詳細は、基本ガイドではほとんど取り上げられていません。
重要な要素の 1 つは浸出要件 (LR) です。塩分を含む土壌や水が存在する地域では、根域の下に蓄積した塩分を洗い流すために追加の水を適用する必要があります。これを無視すると、有毒な塩が蓄積し、時間の経過とともに収量が大幅に減少する可能性があります。
また、流出や深い浸透による損失を最小限に抑えて考慮するように努める必要があります。 「パルス灌漑」のような技術は、傾斜した土壌や固い土壌の流出を大幅に減らすことができます。これにより、土壌が吸収されるように短時間で水を与えます。システムの散布量と土壌浸透量を一致させることが重要です。これにより、作物が水を利用できるようになる前に、水が根域を越えて移動するのを防ぎます。
結論
カレンダーや土壌の感触に基づいて灌漑を行う時代は終わりました。より収益性が高く、回復力があり、持続可能な農業経営への道はデータによって舗装されます。このアプローチによる農業における節水は、水の節約、エネルギーの節約、より高く信頼性の高い作物収量という形で一貫した利益をもたらします。