تخفيف خزان التسميد بالري: لماذا يتغير تركيز العناصر الغذائية أثناء الحقن

يتعرض المحلول في خزان تسميد يمر الماء عبره لتخفيف تدريجي عندما يحل ماء الري الداخل محل المحلول المغذي الخارج. لذلك، لا يضمن ثبات تدفق الماء عبر هذا الخزان ثبات معدل حقن كتلة العنصر الغذائي. حدد ما إذا كان الماء يدخل أثناء الحقن، وقس التدفقات المعنية، وميز بين تغير تركيز الخزان وتركيز المحلول الذي يدخل خط الري الرئيسي.

خزانات لتخزين المحلول بجوار وحدة حقن للتسميد بالري. يختلف هذا الترتيب عن خزان سماد يمر الماء عبره بفعل فرق الضغط. الصورة: IrriNex.

حدد نوع الخزان الذي يستخدمه نظامك

يشكل خزان الضغط التفاضلي مسارا جانبيا بين نقطتين مختلفتين في الضغط. يدخل الماء إلى الوعاء ويحمل المحلول عائدا إلى خط الري. توضح إرشادات جامعة ولاية نيو مكسيكو للتسميد بالري وأنظمة الحقن التخفيف التدريجي في هذا الترتيب ذي الشحنة الأولية، وحدوده عندما يكون المطلوب تركيزا ثابتا. ويجب كذلك أن يكون الوعاء ملائما لظروف التشغيل الفعلية تحت الضغط.

يختلف سلوك خزان المحلول الأم الذي يغذي حاقنا للجرعات إذا لم يدخل إليه ماء بديل. ينخفض مستوى السائل مع سحب المحلول، بينما يمكن للمحلول المتجانس والمذاب بالكامل أن يحتفظ بتركيز ثابت تقريبا. ولا يحول وجود غطاء خزان التخزين إلى وعاء ضغط. وبالمقابل، فإن بقاء الوعاء ممتلئا أثناء تشغيل المسار الجانبي لا يعني أنه ما زال يحتوي على الكتلة الأولية من العنصر الغذائي.

وضح مدخل الماء ومخرج المحلول ونقطة الحقن وأي وصلة تعبئة تلقائية على مخطط بسيط للمعدات. حدد ما إذا كان حجم السائل في الخزان ينخفض، أو كان يتلقى ماء بديلا، أو يتضمن حجرة إذابة منفصلة. يميز فصل التسميد بالري في دليل منظمة الأغذية والزراعة بين الخزانات المغلقة على المسارات الجانبية وترتيبات الحقن الأخرى. لا تختر معادلة التركيز بناء على كلمة «خزان» وحدها.

يدرس هذا الدليل عنصرا غذائيا مذابا مسبقا داخل خزان مثالي يمر عبره تدفق مستمر مع خلط دائم. توضح أرقامه الأصلية حساب الكتلة، ولا تمثل وصفة سماد أو إعداد ضغط أو توصية لمحصول أو أداء مقاسا لأحد منتجات IrriNex.

اكتب ميزان كتلة الخزان قبل استخدام معامل تخفيف

افترض حجما ثابتا للسائل V، وتساوي تدفقي الدخول والخروج عند q، وخلطا كاملا وفوريا، وعدم حدوث إذابة إضافية للعنصر الغذائي أو ترسيب أو تفاعل أو تسرب. وليكن C تركيز العنصر الغذائي المذاب المراد تتبعه فوق تركيز خلفية ثابت في ماء المصدر. وفق هذه الافتراضات، تكون كتلة العنصر الغذائي الزائدة في الخزان V × C، وتخرج بمعدل كتلي q × C.

إذا كان V باللتر وq باللتر في الدقيقة وC بالغرام لكل لتر والزمن المنقضي t بالدقائق، يصبح الميزان V × dC/dt = −q × C. ويكون حله C(t) = C0 × exp(−q × t ÷ V)، حيث C0 هو التركيز الأولي الزائد. والكمية داخل الدالة الأسية بلا أبعاد. فهي تصف إحلالا مستمرا، وليس سلسلة من دفعات التفريغ الكامل ثم إعادة الملء.

عندما يكون تركيز الخلفية Cb ثابتا وغير صفري، يكون التركيز المطلق المقابل Cb + (Cinitial − Cb) × exp(−q × t ÷ V). يستخدم المثال التالي التركيز الزائد لفصل العناصر الغذائية الموجودة أصلا في ماء المصدر عن الجرعة المضافة. وكتلة منتج السماد وكتلة عنصر غذائي منفرد وإجمالي الأملاح الذائبة كميات مختلفة؛ لذا يجب الالتزام بأساس التركيز نفسه طوال الحساب.

قد تختلف الخزانات الحقيقية عن هذا النموذج بسبب عدم اكتمال الخلط، أو وجود مسارات تدفق تتجاوز جزءا من الوعاء، أو استمرار ذوبان مواد صلبة أثناء الحقن، أو تغير التدفق. والحساب الأسي نموذج مثالي معلن للمقارنة مع القياسات. وهو لا يحل محل مخطط التشغيل الخاص بالخزان ولا يثبت سلوك جهاز مجهول التصميم الداخلي.

احسب منحنى تخفيف وسجل كتلة بأرقام أصلية

افترض V = 100 L وq = 5 L/min وC0 = 10 g/L من العنصر الغذائي المضاف المراد تتبعه. تكون كتلته الأولية 1000 g. ويساوي زمن مرور حجم خزان واحد V ÷ q مدة 20 min، فتصبح معادلة التركيز C(t) = 10 × exp(−t ÷ 20). جرى تقريب جميع النتائج المعروضة انطلاقا من هذه المعادلة.

بعد زمن مرور حجم خزان واحد، تكون 100 L قد عبرت خزانا ما زال حجم السائل فيه 100 L. خرجت نحو 632.12 g وبقيت 367.88 g. فمرور حجم واحد من الخزان لا يستبدل كل جزيء فيه بالكامل عندما يكون الوعاء مخلوطا باستمرار. ولا يعني كذلك أن تركيز الخزان انخفض خطيا حتى الصفر.

بعد 60 min، يكون نحو 95.02% من العنصر الغذائي المضاف في البداية قد خرج من الخزان المثالي، لكن نحو 49.79 g تبقى فيه. ولا يزال مستوى السائل دون تغير. فلا مظهر الوعاء الممتلئ ولا مرور عدة أحجام من الماء يحددان الكتلة المتبقية من دون نموذج للتركيز أو قياس له.

تكون الكتلة المصروفة Mout(t) = V × C0 × [1 − exp(−q × t ÷ V)]. وهذه هي الكتلة التي تعبر مخرج الخزان. وهي لا تعني تلقائيا الكتلة التي وصلت بالفعل إلى كل نقاطة أو احتجزت في منطقة الجذور أو امتصتها النباتات. فتلك المواقع والعمليات تحتاج إلى حسابات إضافية.

ميز بين تركيز الخزان وتركيز الخط الرئيسي ومتوسط الحدث

افترض الآن أن إجمالي تدفق الري بعد عودة المسار الجانبي هو Q = 200 L/min، ويشمل تدفق العودة من الخزان البالغ 5 L/min. أما 195 L/min المتبقية فتسلك الطريق الآخر. لا تضف تدفق العودة الجانبي إلى Q مرة أخرى. مع الخلط الكامل عند نقطة العودة، يكون التركيز المضاف في الخط الرئيسي q ÷ Q × C(t).

عند البداية، يكون 5 ÷ 200 × 10 = 0.25 g/L، أي 250 mg/L من العنصر الغذائي المضاف المراد تتبعه. وعند 20 min، يصبح نحو 91.97 mg/L. ولا يجوز عرض تركيز الخزان البالغ 3.679 g/L في تلك اللحظة باعتباره تركيز الخط الرئيسي، لأن المحلول خففته كمية الماء المتدفقة المجمعة.

متوسط الفترة أعلى من التركيز النهائي لأن المحلول المصروف في البداية كان أكثر تركيزا. وضرب التركيز النهائي في كامل الفترة يؤدي إلى تقدير أقل من الحقيقة للكتلة التي سلمت خلال هذا المنحنى المتناقص. وبالمثل، لا تمثل عينة مأخوذة في بداية الحدث كل دقيقة تالية.

أبق هدف الكتلة منفصلا عن هدف التركيز عند استخدام دليل حساب معدل الحقن في التسميد بالري. فقد تكتمل الجرعة الإجمالية مع استمرار تغير التركيز عبر الزمن. أما ملاءمة هذا التسلسل للمحصول والشبكة فتحتاج إلى تقييم زراعي وتقييم للتوزيع، ولا يكفي أن يكون مجموع الكتلة صحيحا.

تحقق مما يتغير عند تعديل التدفق الجانبي أو حجم الخزان

في المعادلة المثالية، تتحكم النسبة q ÷ V في سرعة انخفاض التركيز. ويؤدي الحجم الأكبر من السائل، عند ثبات q وC0، إلى انخفاض أبطأ، كما يبدأ بكتلة أكبر من العنصر الغذائي. وإذا كان المطلوب إبقاء الكتلة الإجمالية المستهدفة ثابتة، فإن زيادة V تتطلب تغيير C0. حدد الكمية التي ستظل ثابتة قبل المقارنة بين الخزانات.

تؤدي مضاعفة q من 5 إلى 10 L/min في الخزان المثالي نفسه ذي الحجم 100 L إلى خفض زمن مرور حجم واحد إلى النصف، من 20 إلى 10 min. وإذا بقي إجمالي التدفق المفترض Q في المصب عند 200 L/min وبقي C0 عند 10 g/L، فإن التركيز المضاف الأولي في الخط الرئيسي يتضاعف من 250 إلى 500 mg/L. خروج العنصر الغذائي من الخزان بسرعة أكبر لا يعني أن منحنى التركيز أصبح ثابتا.

هذه مقارنة رياضية، وليست تعليمة لتضييق الخط الرئيسي أو تعديل فرق الضغط. فالتدفق الجانبي الفعلي يعتمد على الخزان والصمامات وخطوط التوصيل وضغوط التشغيل. والتغيير الذي يزيد التدفق الجانبي قد يغير الظروف في مواضع أخرى أيضا. تحقق من q وQ الفعليين بعد أي ضبط مصرح به للمعدات.

عند تغير q المقاس مع ثبات V، تعتمد الدالة الأسية المثالية على الحجم التراكمي المار في المسار الجانبي مقسوما على V. عندئذ لا يكفي الزمن المنقضي وحده للتنبؤ. استخدم قياس تدفق مناسبا ومجاميع نبضات مفسرة على نحو صحيح، كما يوضح دليل تحويل نبضات عداد تدفق الري. فكون وحدة التحكم في وضع التشغيل لا يثبت ثبات التدفق الجانبي.

قارن التخفيف بالماء المار بسحب محلول أم محضر مسبقا

في خزان محلول أم متجانس لا يعاد تزويده بالماء، يؤدي سحب المحلول إلى تقليل الكتلة الذائبة وحجم السائل معا. وإذا لم تغير أي عملية أخرى المحلول، يبقى التركيز ثابتا تقريبا حتى ينفد الحجم القابل للاستخدام. أما في الخزان الذي يمر الماء عبره، فإن الماء الداخل يحل محل الحجم المسحوب ويغير ذلك التركيز. ويحتاج كل ترتيب إلى سجلات متابعة مختلفة.

تشرح إرشادات جامعة ماساتشوستس تركيز المحلول الأم ونسب الحاقن، بما في ذلك سبب عدم اعتبار إعداد النسبة تركيزا للعنصر الغذائي في حد ذاته. ولا يضمن ثبات تركيز المحلول الأم ثبات تركيز الخط الرئيسي إذا تغير معدل حقن المحلول أو تدفق الري أو النسبة. تحقق مما يمثله مقام النسبة المحددة للحاقن، وقس الكمية المسلمة فعليا.

قبل افتراض ثبات المحلول الأم، تحقق من اكتمال ذوبانه وتوافق مكوناته في الظروف الفعلية. يعالج دليل ذوبانية المحاليل الأم وتوافق خلطها قرار التحضير المنفصل هذا. وقد يؤدي ترسب الجسيمات أو الترسيب الكيميائي أو التبخر أو التعبئة غير المقصودة أو استمرار الإذابة إلى إبطال افتراض التركيز الثابت.

لا تنقل مثال الخزان ذي التدفق المستمر البالغ 100 L إلى خزان سحب، ولا تشغل حاقنه حتى يصبح الوعاء فارغا فعليا. يعتمد الحجم القابل للاستخدام على الحد الأدنى للمستوى ومتطلبات السحب الخاصة بالمعدات. أوقف التشغيل وأعد التعبئة حسب الإجراء المعتمد؛ فزمن النفاد المحسوب رياضيا لا يلغي حدود التشغيل هذه.

اختبر تغير التركيز وحدد حدود القياس

استخدم ترتيبا معتمدا لأخذ العينات، واجمع عينات مؤرخة زمنيا من مواقع محددة: ماء المصدر، ومخرج الخزان أو عينة ممثلة من المحلول الأم المخلوط، والخط الرئيسي بعد الخلط، ونقاط تسليم مختارة في المصب حسب الحاجة. فالعينة من الخزان والعينة من نقاطة، إذا أخذتا في الوقت نفسه، لا تمثلان بالضرورة الجزء نفسه من المحلول بسبب زمن الانتقال والخلط داخل الشبكة.

قد تساعد الموصلية الكهربائية EC في تتبع محلول معروف باستخدام إجراء معاير مناسب، لكنها لا تحدد تركيز كل عنصر غذائي تحديدا فريدا. سجل خصائص ماء الخلفية وطريقة التعامل مع درجة الحرارة وتركيبة السماد وعلاقة التركيز المعتمدة. ولا يغني لون المحلول أو معامل عام لتحويل EC إلى تركيز عنصر غذائي عن تلك العلاقة.

لا تفتح وعاء مضغوطا للحصول على عينة أو لتقدير السماد المتبقي. استخدم إجراء أخذ العينات المعتمد في التركيب ووسائل العزل أو تفريغ الضغط المناسبة. حافظ على الحماية من التدفق العكسي والحقن غير المقصود أثناء الاختبار. يتناول دليل تشابكات المضخة وإذن الري حدود تحكم مرتبطة بالموضوع. ولا يحدد مثال المضخة الوارد فيه نظام حماية متكاملا للتسميد بالري.

اختتم الحدث بسجل للكتلة المتبقية وميزانية الماء

تقترب الدالة الأسية لخزان مثالي مخلوط تدريجيا من تركيز صفري، لكنها لا تصل إلى الصفر تماما خلال زمن محدود. في المثال، يتطلب صرف 99% من العنصر الغذائي المضاف أولا نحو 92.10 min و18.42 m³ من ماء الخط الرئيسي عند التدفقات الثابتة المفترضة. هذه نقطة محسوبة في النموذج، وليست هدفا موصى به للغسل أو إذنا بإضافة هذا الحجم إلى المحصول.

قد تتجاوز مواصلة الري لمجرد التخلص من بقايا ضئيلة في الخزان كمية الماء المسموح بها للحقل. حدد معا الجرعة المقبولة للحدث وتسلسل التركيز وكيفية التعامل مع المتبقي وإجراء إخلاء الخطوط من المحلول، وفقا لمتطلبات المحصول والمعدات المعنية. ويجب أن تظل أذونات الماء والعناصر الغذائية صالحة طوال العملية.

احتفظ بالحجم الفعلي للسائل وأساس التركيز الأولي وسجلات التدفق الجانبي والرئيسي وأوقات العينات وتقدير الكتلة المصروفة وتقدير المتبقي وأي انحرافات عن النموذج المفترض. وافصل الكتلة التي ما زالت في الخزان عن المحلول الذي ما زال ينتقل عبر الشبكة. فهذا الفصل يجعل مخزون بداية الحدث التالي وجرعة الحدث المنتهي واضحين وقابلين لإعادة الحساب.