Geometria Pól
Pola Są Geometryczne
Każde rolne pole jest kształtem geometrycznym: i ten kształt określa, jak efektywnie możesz zebrać, nawadniać, zbierać i odprowadzać wodę z niego.
Dwa dominujące kształty pól w mechanizowanym rolnictwie to prostokąty i koła.
Prostokątne pola to historyczny domyśł. Plugi, siewniki i kombajny poruszają się wzdłuż prostych linii. Odcinki przetłoczenia są proste. System Publicznych Służb Nadzorujących Ziemie w USA podzielił kraj na siatkę: każde majątek to 6 mil × 6 mil (36 mil kwadratowych), podzielone na 36 sekcji po 1 mil kwadratowej każda. Jedna sekcja = 640 akrów.
Kołowe pola pojawiły się z nawadnianiem środkowym w latach 50. XX wieku. Rama sterowana silnikiem, osadzona w centrum, przesuwa się w kółko, nawadniając wszystko, które rama może dotknąć. Z lotu ptaka Wielkie Płaskowyży wyglądają jak szachownica zielonych kół na brązowych prostokątach.
Geometria Nawadniania Środkowego
Problem Koła-w-Kwadracie
Typowa długość ramy nawadniającej to połowa mila (2,640 stóp), tworząc koło w środku kwadratowej milowej sekcji.
Pole nawodnionego koła wynosi: π × r² = π × (½)² = 0,785 mil kwadratowych (około 503 akrów).
Cała sekcja to 640 akrów. Cztery suche narożniki stanowią 640 − 503 = 137 akrów: około 21,5% pola jest marnowane.
Ten stosunek jest uniwersalny: dla każdego koła wpisanego w kwadrat, strata wynosi (1 − π/4) = 21,46%. Nie zależy to od rozmiaru pola.
Niektórzy rolnicy instalują systemy narożnikowe: rozszerzenia, które wychylają się, aby nawadniać narożniki. Inni sadzą suchą uprawę (pszenica, słoiczek) w narożnikach i nawadnianą uprawę (kukurydza, alfalfa) w kółku.
Następowanie wzdłuż krzywych terenu
Uprawa wzdłuż konturów & Terasy
Równinne pole to prosta geometria: prostokąty & kręgi. Ale wiekszość uprawianych obszarów na świecie znajduje się na nachyleniach, & nachylenia tworzą problem geometryczny: woda płynie w dół.
Gdy orzesz wprost w górę wzgórza, każda rowka staje się kanałem. Deszcze zbierają się w tych kanałach, przyspieszają w dół & noszą glebę z rowek. To jest erozja rowek: & może usunąć calki gleby na szczycie w pojedynczym burzy.
Uprawa wzdłuż konturów rozwiązuje ten problem, orężą po nachyleniu: wzdłuż linii konturu terenu. Każda rowka ma mały zapora, zatrzymując wodę & pozwala jej wchłonąć się zamiast płynąć.
Linie konturowe to linie równego wysokości: te same krzywe, które widzisz na mapie topograficznej. Gdy rolnik orze wzdłuż konturu, każdy punkt w tej rowce znajduje się na tej samej wysokości. Woda nie ma kierunku w dół, aby płynąć wzdłuż rowki, więc zatrzymuje się & wchłania się.
Terasowanie idzie dalej niż uprawa wzdłuż konturów. Na stromo nachylonych terenach (>8% nachylenie), terasy są wycinane w zbocze: płaskie geometryczne stopni, jak dla drzew wiatraczkowych. Na każdej terasie jest pozioma platforma o granicy stopnia. Geometria przekształca ciągłe nachylenie w dyskretnie płaskie powierzchnie.
Dlaczego Linie Konturowe Działają
Rozważ dwie farmsy na nachyleniu 5%: gleba opada o 5 stóp na każde 100 stóp poziomej odległości.
Farm A orze prosto w dół. Farm B orze wzdłuż linii konturu (poziomo względem nachylenia).
Obie otrzymują tę samą 2-calową burzę.
Geometryczne siatki do sadzenia
Rozstawienie wierszy & Rozstawienie roślin
Kiedy sadzasz pole, tworzysz geometryczną siatkę. Dwa liczby ją definiują: rozstawienie wierszy (odległość między wierszami) & rozstawienie roślin (odległość między roślinami w wierszu).
Standardowy obliczenie roślin na hektar:
roślin na hektar = 43,560 ÷ (rozstawienie wierszy × rozstawienie roślin)
gdzie oba rozstawienia są w metrach. Liczba 43,560 to liczba metrów kwadratowych w jednym hektarze.
Na przykład: kukurydza sadzona w rzędach o 30-calowych odstępach (2,5 ft) z przestrzenią między roślinami 8 cali (0,667 ft):
roślin na hektar = 43,560 ÷ (2,5 × 0,667) = 43,560 ÷ 1,667 = 26,130 roślin na hektar
Kwadratowe vs. Trójkątne Rozstawienie
Kwadratowe rozstawienie umieszcza rośliny na narożnikach kwadratów. Proste, łatwe do uprawy w dwóch kierunkach.
Równoległoboczne trójkątne rozstawienie (również nazywane przesunięciem lub przesunięciem wierszy) przesuwa co drugi wiersz o połowę rozstawienia roślin. To umożliwia umieszczenie ok. 15,5% więcej roślin na hektarze niż kwadratowe rozstawienie przy tej samej minimalnej odległości roślina do rośliny.
Dlaczego? W rozstawieniu kwadratowym, odległość pod kątem między roślinami wynosi d × √2 ≈ 1,414d: stracone miejsce. W rozstawieniu trójkątnym każda roślina jest równoległa do swoich sześciu sąsiadów, co sprawniej zajmuje miejsce. To samo tłumaczy, dlaczego heksagonalne uliczki pszczelarskie są najbardziej efektywnym sposobem tkania płaszczyzny.
Obliczanie Populacji Roślin
Rolnik sojowy rozważa dwa konfiguracje sadzenia:
Opcja A: 15-calowe rzędy (1,25 ft), 3-calowe przestrzenie między roślinami (0,25 ft): standardowa kwadratowa siatka.
Opcja B: Takie same 15-calowe rzędy, takie same 3-calowe przestrzenie między roślinami, ale z równoległobocznym trójkątnym (przesuniętym) rozstawieniem: co drugi wiersz przesunięty o 1,5 cala.
Pojęcie Pochyłości, Stopień, Przepływ Wody
Geometria Odwodnienia
Woda płynie w dół. Geometria szybkości jej płynięcia jest określana przez pochyłość, którą farmerzy i inżynierowie wyrażają jako stopień (procentowa pochyłość).
Stopień = (wzrost ÷ bieg) × 100
2% stopień oznacza, że grunty opadają o 2 stopy na każde 100 stóp poziomej odległości. 1% stopień opada o 1 stopę na 100 stóp.
Powierzchniowe Odwodnienie
Aby woda powierzchniowa prawidłowo odpływała, pola muszą mieć minimalny stopień pochyłości wynoszący 1-2%. Poniżej 1%, woda gromadzi się w niskich miejscach. Powyżej 5-8%, erozja staje się poważnym problemem. Najbardziej korzystny zakres dla większości gruntów ornych to 1-3%.
Wodne Odwodnienie
W płaskich, wilgotnych regionach (Pasa Zbożowy USA, Holandia), farmerzy instalują odwodnienie w postaci rur : sieci perforowanych rur, które są zakopane na głębokości 3-4 stóp. Woda przepływa przez glebę, wpada do otworów perforacyjnych i przepływa przez rury do wyjścia.
Dwa powszechnie stosowane wzory geometryczne:
- Wzorzec równoległy: Rury biegną równolegle wzdłuż pola, łącząc się z główną rurą na jednym końcu. Prosta geometria, działa na równomiernie pochyłych terenach.
- Wzorzec w kształcie śledzia: Boczne rury odchodzą od centralnej głównej pod kątem 45-60°, podobnie jak kości śledzia. Lepiej pokrywa dla nieregularnie kształtowanych pól lub pól z centralnym obszarem niskim.
Rozstaw rur zależy od rodzaju gleby: 30-50 stóp na gleby gliniaste (woda porusza się powoli), 80-100+ stóp na gleby piaskowe (woda porusza się szybko). same zakopane rury mają minimalny stopień pochyłości wynoszący 0,1%: wystarczająco dużo, aby utrzymać przepływ wody do wyjścia.
Projektowanie Odwodnienia
Farmer posiada 40-hektarowe pole, które ma 1320 stóp × 1320 stóp (ćwiartka kwartału). Pole opada równomiernie od północy do południa.
Północne brzeg ma wysokość 102 stopy. Południowy brzeg ma wysokość 100 stóp.
Chce zainstalować równoległe rury odwadniające biegnące od północy do południa, z rurami odległymi o 60 stóp.
Podstawy Geometrii Rolniczej — Podsumowanie
Co Nauczysz Się
Rolnictwo to zastosowanie geometrii na dużą skalę w krajobrazie:
- Rozkład pola: Prostokątne pola dla linii prostoliniowych maszyn, okrągłe pola dla nawadniania śrubowego. Koło w kwadracie traci 21,5% powierzchni: stała geometryczna.
- Rolowanie w linii: Obracanie rowów o 90° względem nachylenia przekształca kanały odpływowe w bariery infiltracji. Terasy tworzą geometryczne stopnie na stromo podchodzącym terenie.
- Rozstaw roślin: Sformuła roślin/akr = 43,560 ÷ (rzęd ÷ rozstaw roślin) rządzi gęstością uprawy. Rozstaw trójkątny pakuje ~15% więcej roślin niż kwadratowy na tej samej minimalnej odległości: heksagonalne blisko pakowanie.
- Odpływ wody: Stopień = wzrost/szybkość. Odpływ wody na powierzchni potrzebuje minimalnie 1-2%. Rury przeciwpowodziowe używają wzajemnie równoległych czy układu 'perkoz' o 0,1%+ stopniu. Rozstaw rur zależy od przepuszczalności gleby.
Każde decyzje podejmowane przez rolnika, gdzie orze, jak blisko sadzi, gdzie układa rury, to problem geometryczny. Geometria nie jest skomplikowana, ale błędy kosztują glebę, woda i plony.