Đang tải... (xem toàn văn)
Mô hình tính toán hệ thống cây trồng tối ưu trong điều kiện tưới nước Lê Thị NguyênMô hình tính toán hệ thống cây trồng tối ưu trong điều kiện tưới nước Lê Thị NguyênMô hình tính toán hệ thống cây trồng tối ưu trong điều kiện tưới nước Lê Thị NguyênMô hình tính toán hệ thống cây trồng tối ưu trong điều kiện tưới nước Lê Thị NguyênMô hình tính toán hệ thống cây trồng tối ưu trong điều kiện tưới nước Lê Thị NguyênMô hình tính toán hệ thống cây trồng tối ưu trong điều kiện tưới nước Lê Thị NguyênMô hình tính toán hệ thống cây trồng tối ưu trong điều kiện tưới nước Lê Thị Nguyên
1 Mô hình tính toán hệ thống trồng tối ưu điều kiện tưới nước Lê Thị Nguyên Trường ĐH Thủy lợi Tóm tắt Xác định mô hình hệ thống trồng tối ưu hệ thống thủy nông nhằm làm giảm đến mức tối đa lượng nước tưới, đồng thời làm tăng tối đa hiệu kinh tế đơn vị diện tích canh tác vấn đề cần thiết sản xuất quan tâm Mục tiêu báo giới thiệu mô hình phi tuyến cho phép sử dụng nguồn tài nguyên sẵn có cách hợp lý, đưa mô hình trồng thích hợp, phân bố diện tích canh tác cho lợi nhuận tối đa dựa vào hàm quan hệ suất trồng với nước Các yếu tố định hàm quan hệ nước, đất đai, thổ nhưỡng, lao động, tiêu thụ sản phẩm hệ thống tưới Đặt vấn đề Nước có vai trò quan trọng sản xuất nông nghiệp Hiện với 3/4 lượng nước dành cho nông nghiệp nhu cầu ngày tăng Mặt khác, yêu cầu dùng nước ngành kinh tế sinh hoạt ngày gia tăng Vì vậy, nguồn nước dành cho sản xuất nông nghiệp khan Do đó, việc sử dụng hợp lý nguồn nước trở nên cấp thiết Như biết lĩnh vực nghiên cứu quản lý nước nông nghiệp, mối quan hệ suất trồng với nước chiếm vị trí quan trọng, mấu chốt để lựa chọn phương pháp quản lý nước thích hợp hệ thống tưới Vấn đề nhà khoa học giới Việt Nam xem sở lý luận ứng dụng để phát triển dự án nghiên cứu tưới Nghiên cứu mối quan hệ suất trồng với nước điều kiện cụ thể tìm phương pháp phân phối lượng nước tưới thích hợp cho giai đoạn sinh trưởng, phát triển trồng cho mô hình trồng khác để thu hiệu ích kinh tế lớn tưới Mặt khác, để sử dụng nước tưới hợp lý, cần phải lựa chọn mô hình trồng bền vững kinh tế cho vùng sản xuất định phù hợp với nguồn tài nguyên có Đối với vùng có nguồn nước hạn chế vấn đề nghiên cứu mô hình trồng tối ưu nông nghiệp tưới trọng Trung Quốc, ấn Độ chẳng hạn nước nông nghiệp chiếm vị trí to lớn kinh tế quốc dân Đất nước rộng lớn có nhiều vùng khí hậu khác nhau, việc nghiên cứu phát triển mô hình trồng tối ưu quan tâm Nước ta nước phát triển kinh tế dựa vào nông nghiệp tiến hành mạnh mẽ cách mạng nghiên cứu khoa học kỹ thuật chuyển giao công nghệ cho sản xuất Vì vậy, viết xin giới thiệu phương pháp thiết lập hệ thống trồng tối ưu điều kiện có tưới với nhà nghiên cứu quan tâm đến vấn đề Phương pháp luận Các hàm quan hệ sản lượng trồng với nước Các hàm quan hệ nước sản lượng trồng thường xây dựng dựa số liệu từ thí nghiệm đồng ruộng loại đất, khí hậu, điều kiện canh tác khác Để nghiên cứu tác động tổng hợp yếu tố khí hậu đến sản lượng trồng, quan hệ dựa vào số liệu bốc thoát nước thực tiềm Để dễ dàng cho việc tham số hóa cho kết số liệu không đồng nhất, sản lượng trồng bốc thoát nước biểu thị dạng tương đối so với sản lượng bốc thoát lớn trồng (Holzapfel cộng tac 1985) Để có số liệu kết phù hợp nhất, số liệu phân tích sử dụng hồi qui tuyến tính phi tuyến Các hàm quan hệ nước sản lượng trồng tuân theo luật suất giảm dần biểu thị dạng đa thức sau (Holzapfel cộng tác 1990): NS td A B ETtd C ETtd a b (1) Hoặc NS tt A BET / ETmax a C ET / ETmax b NS max (2) Trong đó: NStt : Năng suất trồng thực (kg/ha) NSmax : Năng suất trồng lớn (kg/ha) NStđ : Năng suất trồng tương đối (NStt /NSmax) ET : Bốc thoát nước (mm) ETmax : Bốc thoát nước lớn (mm) ETtđ : Bốc thoát nước tương đối (ET / ETmax) A ; B ; C ; a ; b : Các hệ số thực nghiệm Hàm mục tiêu hệ thống trồng tưới Trong điều kiện hạn chế nước, diện tích đất nhân công lao động để làm tăng lợi nhuận lớn khu tưới, hàm mục tiêu mô hình phi tuyến sau : n m Fmax G j DTij NS ij CPij DTij (3) i j Trong đó: Fmax : Tổng lợi nhuận lớn khu canh tác (đồng) Gj : Giá trị trồng thứ j (đồng/ kg) DTij : Diện tích trồng trọt đất thứ i trồng thứ j (ha) NSij : Năng suất trồng thứ j diện tích đất thứ i (kg/ha) CPij : Chi phí sản xuất đơn vị diện tích (đ/ha), gồm có chi phí cho tưới nước (CPTij - đ/ha), chi phí hệ thống tưới (CPHTij - đ/ha), chi phí lao động (CPLĐij - đ/ha) chi phí khác (CPKij) giống, phân bón, thuốc trừ sâu bệnh, thuê máy móclàm đất, thu hoạch, chi phí đột xuất (đ/ha), CPij = CPTij + CPHTij + CPLĐij + CPKij i : Chỉ số biểu thị loại đất (1.2, , n) j : Chỉ số biểu thị trồng (1,2, , m) Thay công thức vào ta có: ET G j DTij Aij Bij i j ETmax n Fmax m a ET C ij ETmax b n m NS max CPij DTij i j (4) Thay chi phí vào công thức (4) ta : ET G j DTij Aij Bij i j ETmax n Fmax m n m n a ET C ij ETmax m b n m NS max DTij CPTij M ij i j n m DTij CPHTij DTij CPLDij LDij DTij CPK ij i j i j (5) i j Trong đó: Mij : Tổng lượng nước tưới cho loại đất trồng LĐij : Số lao động đơn vị diện tích cần cho trồng thứ j loại đất thứ i Tổng lượng nước tưới cần cho loại đất trồng tính sau: M ij IRij (6) AE ij Trong đó: IRij : Yêu cầu nước tưới trồng thứ j loại đất thứ i (mm) AEij : Hiệu suất sử dụng hệ thống tưới cho trồng thứ j loại đất thứ i Điều kiện áp dụng phương pháp tưới phun mưa, nhỏ giọt chi phí tưới (CPHT) nhỏ giọt, phun mưa chi phí trả dần thời gian 20 năm Hệ số hoàn vốn (CRF) tính sau: CRF = [(1 + z)t z] / [(1 + z)t - 1] (7) Trong đó: z = tỉ lệ lãi suất t = thời gian Vậy hàm mục tiêu cuối là: ET G j DTij Aij Bij i j ETmax n Fmax m n m n a ET C ij ETmax m b n m IRij NS max DTij CPTij AE ij i j n m DTij CPHTij DTij CPLDij LDij DTij CPK ij i j i j (8) i j Các điều kiện ràng buộc mô hình : 1) Đất đai: Diện tích đất canh tác khu vực có hạn nên tổng diện tích loại trồng không vượt diện tích canh tác m DT ij Si i = 1, 2, , n; j = 1, 2, , m (9) j n m DT TDT ij (10) i j Trong đó: Si = diện tích loại đất thứ i (ha); TDT = tổng diện tích đất canh tác (ha) 2) Khả nguồn nước Yêu cầu cung cấp nước mô hình trồng khu canh tác không vượt khả nguồn nước sẵn có n IRij DTij Wt j ij m AE i i = 1, 2, , n; j = 1, 2, , m (11) Trong đó: Wt = lượng nước sẵn có cấp cho khu canh tác (m3) 3) Khả lao động : Số lao động cho mô hình trồng tối ưu không vượt tổng lao động có vùng n m LD ij DTij TLD i = 1, 2, , n; j = 1, 2, , m (12) i j Trong đó: TLĐ = tổng lao động có sẵn vùng (người-ngày) 4) Thị trường tiêu thụ quản lý nông nghiệp Một số quản lý nông nghiệp nghiên cứu thị trường làm hạn chế tham số mô hình Chẳng hạn, luân canh trồng, giới hạn thị trường quản lý nông nghiệp làm hạn chế tối thiểu hay tối đa diện tích trồng đặc sản, thuật toán, ràng buộc thể sau: m S j DTij S j max j = 1, 2, , m j Trong đó: Sj Sj max : Diện tích canh tác tối thiểu tối đa trồng thứ j - Kết luận Nghiên cứu việc chuyển đổi hệ thống trồng kết hợp rải vụ trồng nhằm làm giảm cẳng thẳng nước trình dùng nước hệ thống thủy nông vấn đề cần thiết hoàn toàn phù hợp với quan điểm phát triển trồng phù hợp với điều kiện sinh thái đa dạng hóa trồng sản phẩm thu hoạch Mô hình hệ thống trồng tối ưu mô hình phi tuyến xác định dựa vào tài nguyên sẵn có tiêu thụ sản phẩm Mô hình nhà khoa học Mỹ, ấn Độ, Brazil nghiên cứu ứng dụng lựa chọn mô hình trồng phù hợp với điều kiện cụ thể vùng Việt Nam, mô hình tính toán hệ thống trồng tối ưu điều kiện tưới sử dụng vào lý thuyết áp dụng mô hình vào điều kiện nghiên cứu thí nghiệm cụ thể cho loại trồng vùng khác để tìm hệ số thực nghiệm chưa phổ biến Vì vậy, nghiên cứu ứng dụng mô hình điều kiện tưới khác vùng cụ thể góp phần tích cực vào việc tiết kiệm lượng nước tưới cho nông nghiệp, giảm chi phí tưới, bố trí diện tích trồng thích hợp nâng cao giá trị sản phẩm thu hoạch nông nghiệp Tài liệu tham khảo Chávez-Morales, J., Marino, M A., and Holzapfel, E.A (1992) "Planning simulation model of irrigation district" English, M., and Nakmura, B.(1989) "Effect of deficit irrigation and irrigation frequency on wheat yield" J Irrig and Drain Engrg., ASCE, Stewart, J I, and Hagan (1973) R M, Functions to predict effects of crop water deficit Holzapfel, E.A., Marino, M A., and Valenzuela, A (1990) "Drip irrigation nonlinear optimization model" J Irrig and Drain Engrg., ASCE Summary This paper develops a nonlinear optimization model for the determination of optimal cropping patterns in irrigated agriculture Decision variables are the cultivated area in each soil type at the farm The objective function of the model is based on crop-water production functions, irrigation technology used, and costs and prices of the products The model gives the optimal distribution of areas and crops, irrigation water needs, labor requirements and tatol profit ... ứng dụng lựa chọn mô hình trồng phù hợp với điều kiện cụ thể vùng Việt Nam, mô hình tính toán hệ thống trồng tối ưu điều kiện tưới sử dụng vào lý thuyết áp dụng mô hình vào điều kiện nghiên cứu... triển trồng phù hợp với điều kiện sinh thái đa dạng hóa trồng sản phẩm thu hoạch Mô hình hệ thống trồng tối ưu mô hình phi tuyến xác định dựa vào tài nguyên sẵn có tiêu thụ sản phẩm Mô hình nhà... pháp thiết lập hệ thống trồng tối ưu điều kiện có tưới với nhà nghiên cứu quan tâm đến vấn đề Phương pháp luận Các hàm quan hệ sản lượng trồng với nước Các hàm quan hệ nước sản lượng trồng thường