Tưới trung tâm Pivot: Từ Dust Bowl đến các phương pháp kỷ nguyên hiện đại
Trên toàn cầu, nhu cầu về đất trồng trọt được tưới tiêu nhiều hơn do nhiệt độ tăng và hạn hán gia tăng do biến đổi khí hậu. Nhu cầu đó, kết hợp với những tiến bộ công nghệ mới làm cho các hệ thống trục trung tâm tiết kiệm nước và năng lượng hơn, dễ thích ứng, giá cả phải chăng và dễ sử dụng, đang thúc đẩy việc áp dụng. Và trong khi các hệ thống tưới trục trung tâm thường được kết hợp với nông dân quy mô lớn hơn, thì công nghệ này thậm chí còn được mua giữa các trang trại sản xuất nhỏ ở các quốc gia châu Phi thông qua các hệ thống chia sẻ hợp tác.
Nhưng trong khi Hoa Kỳ là quốc gia sử dụng hệ thống tưới trục trung tâm lớn nhất, thì công nghệ này đang lan rộng khắp hành tinh.
Hệ thống tưới trục trung tâm là gì?
Hệ thống tưới trục trung tâm là một phương pháp tưới nước cơ giới hóa, có áp lực .
Kiểu tưới gốc và được sử dụng nhiều nhất áp dụng nước theo hình tròn, xoay quanh một điểm trung tâm ở giữa cánh đồng. Một hệ thống trục bao gồm một đường ống bên, bằng thép không gỉ được gắn trên các cấu trúc giàn di động, liền kề để hỗ trợ đường ống. Mỗi giàn được gắn trên các bánh xe có động cơ, cho phép toàn bộ chiều dài của ống di chuyển qua cánh đồng.
Đầu phun Sprinkler được lắp đặt dọc theo đường ống hoặc treo xuống từ đường ống bên trên các đường ống hoặc dây cáp nhỏ hơn. Tốc độ dòng chảy và gallon mỗi phút (GPM) có thể dễ dàng được điều chỉnh trong hệ thống trục trung tâm và bộ điều chỉnh áp suất có thể được sử dụng để tạo ra hệ thống lưu lượng cao hoặc lưu lượng thấp tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng nước.
Kể từ khi giới thiệu hệ thống tưới theo trục trung tâm hơn 70 năm trước, mô hình vòng tròn độc đáo của cánh đồng được tưới bằng hệ thống trục đã trở thành biểu tượng của vựa lúa mì nông nghiệp năng suất cao của Hoa Kỳ.
Nebraska, tiểu bang được xếp hạng thứ ba của Hoa Kỳ về doanh thu nông nghiệp, là công ty tưới tiêu lớn nhất ở Hoa Kỳ và tự hào có nhiều hệ thống tưới tiêu trục trung tâm nhất . Ước tính có khoảng 55.000 hệ thống trục trung tâm tưới cho khoảng 6,7 triệu mẫu Anh ở Nebraska.
Trong khi đó, việc sử dụng phần mềm quản lý trang trại ngày càng tăng cho phép nông dân theo dõi và nắm bắt hồ sơ tưới tiêu của họ, bao gồm các phân tích như tần suất sử dụng, chi phí và kết quả ROI. Phần mềm quản lý trang trại như AGRIVI giúp nông dân quản lý tốt hơn tính bền vững của bất kỳ loại hệ thống tưới nào và đánh giá sự cân bằng kinh tế giữa việc lắp đặt trục trung tâm so với các hệ thống tưới khác như tưới lũ, tưới phun mưa hoặc tưới nhỏ giọt và tưới vi mô .
Mặc dù ban đầu chúng được chạy bằng nước, nhưng các hệ thống trục trung tâm ngày nay thường được cung cấp điện từ nguồn công cộng hoặc máy phát điện. Động cơ được lắp đặt trên đỉnh của mỗi tháp. Họ cũng có thể chạy tắt động cơ thủy lực. Nước được đưa đến điểm trục từ mương hoặc đường ống. Nguồn nước thường là giếng bơm nước ngầm từ hệ thống tầng ngậm nước.
Trục trung tâm có thể thích ứng với các địa hình khác nhau và có thể được sử dụng trong các trường có độ dốc lên tới 30%, mặc dù khuyến nghị là 15%. Chúng thậm chí có thể được sử dụng trên địa hình gồ ghề, làm cho các hệ thống trục trung tâm có thể tiếp cận được với nhiều vùng nông nghiệp. Điều này cũng có nghĩa là nông dân không phải di chuyển đất, san lấp mặt bằng hoặc xây dựng đê và đê cần thiết cho hệ thống tưới tiêu lũ.
Lịch sử của hệ thống tưới trục trung tâm
Các hệ thống tưới trục trung tâm đã phát triển song song với những tiến bộ trong giếng cơ giới và sau đó là điện khí hóa bơm nước ra khỏi những gì dường như là nguồn tài nguyên chứa nước rộng lớn. Nhiều hệ thống trục trung tâm của Nebraskan được tưới bằng nước lấy từ Tầng ngậm nước Ogallala , một hệ thống tầng chứa nước rộng lớn chạy bên dưới các khu vực của Colorado, Kansas, Nebraska, Oklahoma, Nam Dakota, Texas và Wyoming.
Trước khi có máy bơm giếng cơ giới, nước được hút ra khỏi các giếng nông được bơm bằng tay hoặc chạy bằng cối xay gió. Máy bơm cơ giới cho phép giếng được đào sâu hơn và nhiều nước hơn được bơm ra với khối lượng lớn hơn và nhanh hơn. Việc mở rộng nhanh chóng các giếng nước ngầm được bơm bằng động cơ đã xảy ra vào khoảng năm 1945, đặc biệt là ở các khu vực nằm trên các tầng chứa nước có đất nông nghiệp thích hợp.
Năm 1948, nông dân Nebraskan Frank Zybach đã phát minh ra hệ thống tưới trục trung tâm đầu tiên sau khi quan sát những người nông dân vất vả di chuyển các ống tưới trên mặt đất cung cấp các đầu phun nước khắp các cánh đồng nông trại. Ban đầu được gọi là “ Thiết bị phun nước tự hành Zybach,” Zybach đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế vào năm 1949. Các hệ thống xoay nhanh chóng trở nên phổ biến.
Theo USDA , ngày nay, khoảng 29% diện tích đất được tưới tiêu ở Hoa Kỳ được tưới tiêu bằng công nghệ trục trung tâm . Chỉ trong khoảng thời gian từ 1986 đến 1996, diện tích đất tưới tiêu ở trung tâm Hoa Kỳ đã tăng hơn 50%.
Hệ thống tưới trục trung tâm và bát bụi
Những năm Dust Bowl của thập niên 1930 đã khiến nông dân ở Colorado, Kansas, Texas và vùng cán xoong Oklahoma quay cuồng với tác động kéo dài của hạn hán kéo dài và sẵn sàng cho công nghệ mới ngăn chặn điều đó xảy ra lần nữa.
Trước sự trỗi dậy của hệ thống tưới tiêu trục trung tâm, nông dân ở vùng Great Plains đã canh tác trên vùng đất khô hạn. Họ dựa vào lượng mưa tự nhiên để cung cấp đủ độ ẩm cho sản xuất cây trồng của họ. Năm 1930, một đợt hạn hán nghiêm trọng kéo dài 10 năm bắt đầu, để lại những vùng đất nông nghiệp khô cằn nổi tiếng bị thổi bay trong những cơn bão bụi lớn.
Dust Bowl kéo dài một thập kỷ và có tác động kinh tế sâu sắc, tàn phá các cộng đồng nông thôn miền Trung Tây và khiến khoảng 35 triệu mẫu đất nông nghiệp cũ trở nên vô dụng. Mặc dù lượng mưa đều đặn trở lại vào năm 1939, nhưng những người nông dân vẫn không quên những năm Dust Bowl. Vì vậy, vào thời điểm Zybach phát minh ra hệ thống tưới tiêu trục trung tâm, nông dân Trung Tây đã sẵn sàng áp dụng một chiến lược đảm bảo về cơ bản là họ có thể giảm thiểu tác động của hạn hán.
Điều chỉnh và cải tiến hệ thống tưới trung tâm Pivot
Có rất nhiều cải tiến và điều chỉnh đối với thiết kế trục trung tâm truyền thống mà người trồng có thể muốn xem xét với hệ thống tưới tiêu trục trung tâm của họ.
Hệ thống tưới di chuyển bên
Máy tưới di chuyển ngang tương tự như hệ thống trục trung tâm truyền thống. Tuy nhiên, máy di chuyển ngang di chuyển theo đường thẳng song song chứ không phải trục xoay, cho phép bao phủ tốt hơn trong trường hình vuông hoặc hình chữ nhật. Tuy nhiên, do toàn bộ máy di chuyển nên nước được cấp từ mương cấp song song với mặt ruộng. Các hệ thống tưới di chuyển bên cũng sử dụng nhiều lao động hơn trong suốt mùa sinh trưởng so với các hệ thống trục trung tâm truyền thống.
Hệ thống góc
Các hệ thống góc được thêm vào hệ thống trục trung tâm để tăng diện tích được tưới tiêu ở các góc của cánh đồng và các khu vực không đối xứng khác mà vòng tròn trục truyền thống bỏ lỡ. Hệ thống góc, còn được gọi là chốt góc hoặc nhịp xoay, là một tháp và đường ống bổ sung thường được lắp đặt trên tháp cuối cùng của nhịp trục. Sử dụng một hệ thống hướng dẫn hướng tòa tháp đi đến đâu, hệ thống góc đi theo phía sau nhịp trục chính.
súng cuối
Hệ thống súng cuối là một giải pháp thay thế chi phí thấp hơn cho hệ thống góc. Súng kết thúc là một vòi phun nước lớn được lắp đặt ở cuối trục. Họ có thể cung cấp nước tưới lên đến 120 feet từ đầu bên ngoài của máy trục. Tuy nhiên, súng cuối không cung cấp nước đồng đều như trục thông thường, có khả năng gây ra các vấn đề về các phần được tưới dưới hoặc tưới quá nhiều của cây trồng.
Hệ thống có thể kéo
Hệ thống trục trung tâm có thể kéo được là hệ thống trục được lắp đặt trên tháp cuối có thể kéo được. Nông dân có thể móc máy kéo của họ vào tháp cuối và di chuyển trục giữa các cánh đồng. Các hệ thống có thể kéo được rất hữu ích cho các khu vực nhỏ hơn hoặc nơi người trồng đang sử dụng trục của họ để cung cấp nước tưới bổ sung cho lượng mưa trung bình. Tuy nhiên, vì chúng cần lao động để kéo chúng đi khắp nơi nên chúng có thể không thực tế ở những khu vực khô cằn cần tưới tiêu nhiều.
Hệ thống LEPA
LEPA là viết tắt của Ứng dụng chính xác năng lượng thấp. LEPA được sử dụng trong cả hệ thống trục trung tâm và hệ thống di chuyển tuyến tính. Trong một hệ thống LEPA, các vòi phun nước được gắn gần mặt đất và ứng dụng nước được phun ra ở áp suất thấp. Điều này làm giảm lượng nước sử dụng và tiết kiệm năng lượng. Các hệ thống LEPA rất hữu ích ở những khu vực gió lớn dễ bị bốc hơi. Tuy nhiên, các hệ thống LEPA góp phần tạo ra nhiều dòng chảy hơn, và vì ứng dụng nước có thể nằm dưới tán cây trồng, hệ thống LEPA có thể làm hỏng cây trồng.
Ưu điểm của hệ thống tưới trục trung tâm
Kinh tế cho các hoạt động lớn hơn
Bởi vì các hệ thống trục trung tâm hoạt động độc lập, cần rất ít lao động sau khi thiết lập và thường có tuổi thọ cao – một hệ thống thường có tuổi thọ khoảng 20 năm chỉ với việc bảo trì định kỳ hàng năm – chúng là một khoản đầu tư tốt cho các hoạt động trang trại lớn hơn.
Tiết kiệm nước cao
Trong điều kiện lý tưởng, hệ thống trục trung tâm được thiết kế tốt có thể có tỷ lệ hiệu quả sử dụng nước từ 85 đến 95%, làm cho chúng hiệu quả hơn hệ thống tưới phun mưa và tưới ngập.
Hữu ích cho các ứng dụng thuốc trừ sâu và phân bón
Các hệ thống trục trung tâm dễ dàng thích nghi với quá trình hóa học hoặc tưới tiêu, giúp nông dân áp dụng các đầu vào cây trồng như phân bón hoặc thuốc trừ sâu một cách thống nhất và tiết kiệm chi phí.
Nhược điểm của hệ thống tưới trục trung tâm
Chi phí ban đầu là tốn kém
Chi phí ban đầu của một hệ thống trục có thể rất đáng kể, lên tới gần 80.000 đô la cho một hệ thống 160 mẫu Anh tiêu chuẩn, bao gồm cả nguồn điện và nước. Chi phí nhiên liệu và điện cũng là một yếu tố cần cân nhắc trong vận hành trục.
Không hiệu quả đối với trường hình vuông hoặc hình chữ nhật
Không có tay đòn hoặc hệ thống góc, việc phân phối nước trong hệ thống tưới tiêu trục không đến được các góc của cánh đồng.
Có thể khuyến khích bệnh cây
Lịch trình tưới tiêu thường xuyên của hệ thống trục tạo ra điều kiện ẩm ướt, có thể khuyến khích các bệnh nấm, đặc biệt là gần tháp gần đế trục nhất.
Công nghệ thế hệ tiếp theo cho các hệ thống tưới trục trung tâm
Giống như tất cả các hệ thống tưới tiêu, công nghệ thế hệ tiếp theo và các phương pháp nông nghiệp chính xác cung cấp các chiến lược mới để làm cho hệ thống tưới tiêu trục trung tâm trở nên bền vững và tiết kiệm chi phí hơn.
Tưới tỷ lệ thay đổi cho các hệ thống trung tâm Pivot
Công nghệ tưới biến thiên cho phép nông dân thay đổi lượng nước tưới để phù hợp với điều kiện đất đai và nhu cầu của cây trồng. Công nghệ tỷ lệ thay đổi hoạt động cùng với hình ảnh vệ tinh hoặc máy bay không người lái, cảm biến độ ẩm của đất hoặc trạm dữ liệu thời tiết và công nghệ GPS, cho trục quay biết điểm nào và số lượng cần tưới.
Nông dân có thể sử dụng tốc độ thay đổi, thay đổi tốc độ di chuyển của trục qua cánh đồng và ở lại những phần cần nhiều nước hơn trong thời gian dài hơn. Hoặc, họ có thể sử dụng kỹ thuật tưới theo vùng có thể thay đổi, thay đổi tỷ lệ ứng dụng dọc theo chiều rộng của trục bên.
Phần mềm quản lý trang trại và quản lý tưới tiêu
Hệ thống quản lý trang trại AGRIVI giúp nông dân phân tích kết quả, giám sát chi phí và đưa ra các quyết định tưới tiêu hiệu quả, bất kể loại hệ thống tưới tiêu hoặc thiết bị tưới tiêu nào được sử dụng.
Nông dân có thể dễ dàng ghi lại và theo dõi các hoạt động liên quan đến tưới tiêu, chẳng hạn như tần suất và thời gian của các sự kiện tưới tiêu, nguồn và nước sử dụng cũng như phân tích chi phí. Sau đó, vào cuối vụ, nông dân có thể sử dụng phân tích AGRIVI để đánh giá các quyết định tưới tiêu của họ và thực hiện các thay đổi dựa trên ROI tốt nhất cho nhu cầu cây trồng và kinh tế trang trại.
Bạn đã sẵn sàng để quản lý tốt hơn và bền vững hơn hệ thống tưới trục trung tâm của mình chưa? Hay bạn cần trợ giúp để đánh giá xem hệ thống tưới trục trung tâm có phải là lựa chọn phù hợp cho trang trại của bạn không? AGRIVI và các dịch vụ tư vấn dành riêng cho trang trại của chúng tôi có thể giúp ích.
Câu hỏi thường gặp về hệ thống tưới trung tâm Pivot
Những loại cây trồng nào có thể được tưới bằng hệ thống tưới trục trung tâm?
Hầu như tất cả các loại cây trồng đều phù hợp với hệ thống tưới trục, bao gồm ngô, đậu tương, ngũ cốc nhỏ, cỏ linh lăng, khoai tây và cây rau. Vườn cây ăn quả và dây leo cũng có thể thích ứng với các hệ thống trục trung tâm.
Hệ thống tưới trung tâm Pivot có bền vững không?
Hệ thống tưới trục trung tâm là một trong những cách tiết kiệm nước nhất để tưới cho cây trồng, với hiệu suất sử dụng nước từ 85 đến 98%. Đây là cách sử dụng nước bền vững hơn nhiều so với các hệ thống tưới tiêu như tưới bề mặt, còn được gọi là tưới lũ. Tuy nhiên, sự bùng nổ trong các hệ thống tưới trục trung tâm sử dụng nước ngầm được bơm từ các hệ thống tầng ngậm nước đã được cho là nguyên nhân gây ra sự cạn kiệt tầng chứa nước nghiêm trọng ở nhiều vùng nông nghiệp chính.
Hệ thống trục trung tâm có tiết kiệm năng lượng không?
Mặc dù các hệ thống trục trung tâm yêu cầu nguồn điện để hoạt động vì chúng linh hoạt và được thiết kế để cung cấp nước hiệu quả trên một khu vực rộng lớn, nhưng chúng tiết kiệm năng lượng hơn nhiều hệ thống tưới tiêu khác, đặc biệt là hệ thống phun nước.
Sự bay hơi có phải là một vấn đề trong các hệ thống tưới trục trung tâm không?
Sự bay hơi được quan sát thấy trong các hệ thống tưới trục trung tâm trong điều kiện gió lớn. Các đầu phun gắn trên đỉnh ống có thể bị thất thoát do bay hơi và trôi theo gió lên đến 15%. Thiết kế hệ thống phù hợp có thể làm giảm đáng kể sự bay hơi.
Bảng điều khiển trục trung tâm là gì?
Bảng điều khiển là phần cứng được gắn vào điểm trục để đưa ra các lệnh cho máy trục. Điều khiển là những thứ như bắt đầu, dừng và thay đổi hướng.
Trung tâm Pivot Span là gì?
Một nhịp trong hệ thống trục trung tâm là một đường ống dài giữa các đơn vị truyền động (kèo) hỗ trợ nhịp. Nước r chạy dọc theo nhịp và các vòi phun nước được gắn vào nó.
