جبر الحقول
الحقول هندسية
كل حقل زراعي هو شكل هندسي: وهذا الشكل يحدد مدى كفاءة زراعته، إمداده بالماء، حصاده، وتصريف المياه.
يتسم شكل الحقل الزراعي بثلاثة أشكال هي: المنحني، الطولاني، المستطيل.
الحقول المستطيلة هي الافتراض التاريخي. تنتشر المحراثات، المحاصيل، والجمعيات في خطوط مستقيمة. انعطاف الركنات بسيط. قسمت نظام التوزيع العام للتربة الولايات المتحدة إلى شبكة: كل بلدة هي 6 أميال × 6 أميال (36 ميل مربع)، مقسمة إلى 36 الجزء من ميل مربع واحد لكل منها. جزء واحد = 640 فدان.
الحقول الدائرية ظهرت مع توزيع المياه المركزية في الخمسينيات من القرن العشرين. تتميز ذراع محمولة يدويًا موقعة في المركز وتغطي دائرة، مما يغذي كل شيء يمكن أن يصل إليه الذراع. من الأعلى، تبدو سهول الغرب الأوسط مثل شاش دائري الأخضر في مربع البني.
هندسة الدائرة المركزية
مشكلة الدائرة في المربع
عادة ما تكون ذراع التبديل نصف ميل (2,640 قدم)، مما يكرس دائرة داخل مربع الميل.
تبلغ مساحة الدائرة المليئة = π × r² = π × (½)² = 0.785 ميل مربع (حوالي 503 فدان).
الميل الكامل هو 640 فدان. تتألف الأراضي الجافة في الركن الأربعة من 640 - 503 = 137 فدان: حوالي 21.5% من الحقل ضيع.
هذه النسبة ثابتة: في أي دائرة مكررة في مربع، يتم ضبط النسبة المئوية الضائعة على (1 - π/4) = 21.46%. لا يعتمد هذا على حجم الحقل.
تثبت بعض المزارعين أنظمة الركن: امتدادات تطفو لترحيب بالركن. يزرع البعض المحاصيل الجافة (القمح، الحشائش) في الركن والزراعة المليئة (الذرة، الألبق) في الدائرة.
اتباع خطوط المنحدرات في الأرض
زراعة المنحدرات وتراسينغ
التربة المستوية هي هندسة سهلة: مربعات & دائريات. لكن معظم أرض زراعية العالم على المنحدرات، وإنشاء هندسة مشكلة: الماء يهرب نحو الأسفل.
عند زراعة المزرعة بشكل مستقيم نحو الجبل، تصبح كل حفرة قناة. تجمع المياه في تلك القنوات وتتسارع نحو الأسفل وتحمل التربة العلوية بعدها. هذا هو التهب الرملية: ويمكن أن تُزيل بوصات عديدة من التربة العلوية في عاصفة واحدة.
زراعة المنحدرات تแก هذا عن طريق زراعة عبر المنحدر: اتباع خطوط المنحدرات في التربة. تصبح كل حفرة قناة صغيرة، تجمع المياه وتسمح لها بالتجاوز بدلاً من الهروب.
خطوط المنحدر هي خطوط مساوية للارتفاع: نفس الخطوط التي تراها على الخريطة التضاريسية. عندما يزرع المزارع على طول المنحدر، يكون كل نقطة في تلك الحفرة في نفس الارتفاع. الماء ليس لديه اتجاه هبوطي للهروب في الحفرة، لذا يتشكل المياه ويجتاح.
تراسينغ يذهب أبعد من زراعة المنحدرات. على المنحدرات الجانبية الشديدة (> 8% درجة)، يتم اقتطاع تراسينغ في الجانب الجبلي: منصات هندسية مستوية، مثل سلم للنباتات. كل تراس هو منصة مستوية محددة حدودها بواسطة قاعدة. تحول الهندسة لمنحدر مستمر إلى منصات مستوية محددة.
لماذا تعمل خطوط المنحدرات؟
خذ في الاعتبار مزرعتين على منحدر 5%: سينخفض الأرض 5 أقدام لكل 100 قدم من المسافة الأفقية.
مزرعة أ زرعت بشكل مستقيم نحو الأسفل. مزرعة ب زرعت على طول خطوط المنحدر (عبر المنحدر).
تلقي كل منهما عاصفة ممطرة 2 إنش.
الشبكة الجيوميترية لنقل النباتات
المسافة بين السلسلة & فضاء النباتات
عند زراعة حقل، أنت ت创造 شبكة جيوميترية. اثنين من الأرقام التي تحددها: مسافة السلسلة (البعد بين السلاسل) & فضاء النباتات (البعد بين النباتات داخل سلسلة).
الحساب القياسي للنباتات لكل فدان:
النباتات لكل فدان = 43,560 ÷ (مسافة السلسلة × فضاء النباتات)
حيث كلا المسافات في أقدام. الرقم 43,560 هو عدد الأقدام المربعة في فدان واحد.
على سبيل المثال: الذرة المزروعة في 30 بوصة (2.5 قدم) مع مسافة نباتية 8 بوصة (0.667 قدم):
النباتات لكل فدان = 43,560 ÷ (2.5 × 0.667) = 43,560 ÷ 1.667 = 26,130 نبات لكل فدان
التماثل مقابل التوزيع المثلثي
التوزيع التماثلي يضع النباتات في زوايا المربعات. بسيط، سهل التلقي في اتجاهين.
التوزيع المثلثي المتساوي (يسمى أيضًا إزاحة أو سلسلة متطايرة) يتحرى كل سلسلة التالية بنصف مسافة النبات. هذا يضيف تقريبًا 15.5% أكثر من النباتات لكل فدان من التوزيع التماثلي بنفس المسافة الاقل بين النباتات.
لماذا؟ في التوزيع التماثلي، البعد الطولي بين النباتات هو d × √2 ≈ 1.414d: المساحة المفقودة. في التوزيع المثلثي، كل نبات متساوي البعد من ستة جيران، تملأ المنطقة بشكل أكثر كفاءة. هذا هو نفس السبب الذي يجعل العسل الهرمي أقل تلوثًا لتلقي الأبعاد.
حساب تواجد النباتات
زراع سویا يعتبر فيما يلي:
الخيار أ: 15 بوصة (1.25 قدم)، 3 بوصة (0.25 قدم): الشبكة التماثلية القياسية.
الخيار ب: نفس 15 بوصة، نفس 3 بوصة، ولكن مع توزيع مثلثي متساوي (متوازي الأضلاع): كل سلسلة التالية تتحرى ببوصة وواحدة ونصف.
الفرشاة، والدرجة، وتدفق المياه
هندسة التصريف
تدفق المياه نحو الأسفل. هندسة سرعة تدفقها تحدد من قبل درجة الفرشاة، التي يعبِّر المزارعين والمهندسين بها كدرجة (نسبة الانحدار).
الدرجة = (الارتفاع ÷ المسافة) × 100
درجة 2% تعني أن الأرض تنخفض 2 أقدام لكل 100 قدم من المسافة الأفقية. درجة 1% تنخفض 1 قدم لكل 100 قدم.
التصريف السطحي
لتصريف المياه على السطح، تحتاج الحقول إلى درجة تصل إلى 1-2%. أقل من 1%، تجمع المياه في المنخفضات. أكثر من 5-8%، تصبح مشكلة خطيرة بالتعرية. أفضل منطقة لاغلب الأراضي الزراعية هي 1-3%.
التصريف بالأنابيب
في المناطق المتواضعة، الرطبة (منطقة حبوب الذرة في الولايات المتحدة، هولندا)، يُقِمُ المزارعون لصالح التصريف: شبكات من أنابيب مفتوحة الماء المتصلة ببعضها البعض، مغلفة عمقًا 3-4 أقدام. تتدفق المياه من خلال التربة، وتدخل الثقوب المفتوحة، وتتدفق من خلال الأنابيب إلى مخرج.
تسمى الأنماط الجيومترية التالية:
- النمط المتوازٍ: الأنابيب تتدفق متوازيةً عبر الحقل، وتصل إلى أنبوب جمعي رئيسي من أحد الأطراف. هندسة بسيطة، تعمل على الانحدار المنتظم.
- نمط الأسماك المخترقة: الأنابيب الفرعية تخرج من أنبوب رئيسي مركزي بزوايا 45-60°، مثل عظم الأسماك. تغطية أفضل للأراضي غير المنتظمة أو الأراضي ذات منطقة مركزية منخفضة.
تبلغ مسافة الأنابيب المغطاة حسب نوع التربة: 30-50 قدمًا في التربة الطينية (تتدفق المياه ببطء)، 80-100+ قدمًا في التربة الرملية (تتدفق المياه بسرعة). تُقِم الأنابيب المغطاة نفسها على درجة تصل إلى 0.1%: فقط ما يكفي لKEEP المياه تدفقها إلى المخرج.
تصميم التصريف
للمزارع 40 فدان من الحقول التي تبلغ 1,320 قدم × 1,320 قدم (ربع ربع الأراضي). تتجه الحقول بشكل منتظم من الشمال إلى الجنوب.
الطرف الشمالي هو 102 قدم. الطرف الجنوبي هو 100 قدم.
يريدون تثبيت التصريف بالأنابيب المتوازية التي تسير من الشمال إلى الجنوب، مع أنابيب مسافة 60 قدم.
المجسم الهندسي الزراعي - ملخص
ماذا تعلمت
الزراعة هي الهندسة التطبيقية على نطاق واسع للمناظر الطبيعية:
- تنسيق الميدان: ميدان مربع للمعدات ذات المسار المستقيم، وميدان دائري لري مركز النقطة. الدائرة داخل المربع تفقد 21.5% من المساحة: ثابت هندسي.
- زراعة المنحدر: إعادة تدوير الخنادق بزاوية 90° relative إلى الميل تحول قنوات التصريف إلى حواجز للاستيعاب. التراسات إنشاء خطوات هندسية على المنحدرات الجبلية.
- توزيع النباتات: الصيغة النباتات/أكر = 43,560 ÷ (الصف × مسافة النبات) تحكم كثافة المحصول. توزيع ثلاثي يضيف حوالي 15% أكثر من النباتات من توزيع مربع في المسافة نفسها: تجميع دائري قريب.
- تصريف المياه: الدرجة = الارتفاع/الانحدار. التصريف السطحية تحتاج إلى 1-2% إضافة. التصريف بالأنابيب يستخدم نمط الأنابيب المتناظر أو الأنماط متقاطعة بدرجة 0.1%+. تحدد مسافة الأنابيب حسب نفاذية التربة.
كل قرار يتخذ من قبل المزارع، حيث يزرع، وكيف قريب من زراعة، حيث يضع أنابيب، هو مشكلة هندسية. الهندسة ليست معقدة، لكن الخطأ في ذلك يؤدي إلى خسارة التربة، والماء، والثمار.