องค์ประกอบสองประการของกระบวนการคายระเหย ได้แก่ การระเหยและการคายน้ำ คุ้มค่าที่จะศึกษาในรายละเอียดเพิ่มเติม การระเหยคือการเปลี่ยนน้ำจากของเหลวไปเป็นสถานะไอหรือก๊าซ พลังงานแสงอาทิตย์ทำให้เกิดผลกระทบต่อแหล่งน้ำและดินที่ชื้น เมื่อโมเลกุลของน้ำดูดซับความร้อนได้เพียงพอ พวกมันจะได้รับพลังงานที่จำเป็นในการออกจากพื้นผิวของของเหลวและเข้าสู่อากาศในรูปของไอ กลไกนี้มีบทบาทสำคัญในการนำความชื้นจากโลกขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ

การคายน้ำคือการปล่อยไอน้ำออกสู่บรรยากาศ เกิดขึ้นได้จากรูพรุนขนาดเล็กมาก (ปากใบ) บนลำต้น ใบ และส่วนอื่นๆ ของพืชทางอากาศ ในระหว่างกระบวนการคายระเหยในส่วนนี้ พืชจะลำเลียงน้ำจากพื้นดินผ่านระบบรากไปยังส่วนทางอากาศซึ่งมันจะระเหยไป ดังนั้น เราอาจจำแนกระยะการคายออกเป็น 3 ระยะ คือ

1. รากดึงความชื้นขึ้นมาจากพื้นดิน
2. น้ำไหลผ่านต้นไม้เพื่อทำหน้าที่สำคัญตลอดทาง
3. ปากใบ “หายใจออก” ความชื้นออกสู่ชั้นบรรยากาศ

เกษตรกรที่คำนึงถึงการคายระเหยของพืชอาจใช้น้ำให้เกิดประโยชน์สูงสุดและเพิ่มผลผลิตพืชผล ในขณะเดียวกันก็มีส่วนทำให้เกิดความมั่นคงทางอาหารทั่วโลก การประมาณการ ET มีความสำคัญอย่างยิ่งในด้านการจัดการน้ำและการเพาะปลูกเพื่อการเกษตรสมัยใหม่ดังต่อไปนี้:

• การเพิ่มประสิทธิภาพการชลประทาน การใช้ข้อมูลการคายระเหยเพื่อปรับกำหนดการชลประทานจะช่วยหลีกเลี่ยงการให้น้ำล้นอย่างสิ้นเปลืองและปกป้องแหล่งน้ำอันมีค่า เกษตรกรสามารถลดการใช้น้ำและค่าพลังงานได้โดยใช้การชลประทานที่แม่นยำตามอัตรา ET

• ส่งเสริมสุขภาพพืชและผลผลิต  ET ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความชื้นในดินที่เหมาะสม ซึ่งจำเป็นต่อการเจริญเติบโตของรากและการดูดซึมสารอาหารที่ดีตลอดจนผลผลิตพืชผลที่เพิ่มขึ้น

• เตรียมรับมือภัยแล้ง. เนื่องจากการคายระเหยมักเพิ่มขึ้นในช่วงฤดูแล้ง ด้วยข้อมูล ET ในมือ คุณจะสามารถสร้างโปรแกรมการจัดการภัยแล้งที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น และจัดสรรทรัพยากรน้ำได้ดีขึ้นในกรณีที่เกิดภัยแล้ง

• การควบคุมความเครียดของน้ำ การติดตามการอ่านค่า ET ซึ่งเปิดความต้องการน้ำของพืช จะช่วยลดความเครียดจากน้ำและเพิ่มความยืดหยุ่นของพืชผล

• ยกระดับความแม่นยำทางการเกษตร ด้วยการรวมข้อมูล ET เข้ากับข้อมูลอื่นๆ เกษตรกรสามารถปรับกิจกรรมภาคสนามให้ตรงกับความต้องการที่แท้จริงของพืชผลและดินแต่ละประเภท

บทบาทของการคายระเหยในวัฏจักรของน้ำคืออะไร ?

หากไม่มีการคายระเหย วัฏจักรของน้ำก็จะขาด การทำความเข้าใจบทบาทของพืชใน ET และวัฏจักรของน้ำโดยทั่วไปเป็นสิ่งสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่แห้งแล้งซึ่งการอนุรักษ์น้ำมีความสำคัญสูงสุด เนื่องจากพืชทำให้ดินเย็นลง การมีพืชจำนวนมากอาจลดการระเหยได้ นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นแผงกันลม ทำให้อากาศชื้นอยู่ใกล้พื้นดินมากขึ้น ในทางกลับกัน การคลุมต้นไม้มากขึ้นอาจเพิ่มการสูญเสียความชื้นในดินผ่านการคายน้ำ

ปัจจัยกำหนดหลักของ ET คือสภาพอากาศและภูมิประเทศในท้องถิ่น ตลอดจนสรีรวิทยาเฉพาะของพืช มาดูรายละเอียดแต่ละรายการและอิทธิพลของมันกันดีกว่า

• ประเภทของดิน องค์ประกอบและโครงสร้างของดินเป็นตัวกำหนดความสามารถในการกักเก็บน้ำและคุณสมบัติการคายระเหยของดิน ดินที่มีทรายหรือกรวดในสัดส่วนสูงมีความสามารถกักเก็บน้ำได้ต่ำกว่าและจะสูญเสียการระเหยไปมากกว่าดินร่วนหรือดินเหนียว

• อุณหภูมิอากาศ อุณหภูมิของอากาศเป็นปัจจัยที่ทราบกันดีในกระบวนการคายระเหย เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความสามารถในการรับความชื้นของอากาศก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย นอกจากนี้ การเพิ่มปริมาณพลังงานความร้อนที่ใช้กับน้ำจะช่วยเร่งการกลายเป็นไอ ซึ่งจะทำให้อัตรา ET เพิ่มขึ้น

• รังสีแสงอาทิตย์ การแผ่รังสีจากแสงอาทิตย์มีมากกว่าความร้อนเพียงอย่างเดียว ความแปรผันของพลังงาน ความถี่ และอัลเบโด ซึ่งทั้งหมดนี้ส่งผลต่ออัตราการคายระเหย ขึ้นอยู่กับสถานที่และเวลา สิ่งเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญที่ต้องคำนึงถึง แต่การหาปริมาณโดยไม่มีวิธีการและเครื่องมือทางเทคโนโลยีขั้นสูงอาจเป็นเรื่องยาก

• ความชื้น ความชื้นสัมพัทธ์ (RH) คือปริมาณไอน้ำที่อากาศสามารถกักเก็บได้ ความชื้นสัมพัทธ์สูง (ดังที่เห็น เช่น หลังฝนตก) จะจำกัดปริมาณไอน้ำที่อากาศสามารถดูดซับได้ ส่งผลให้ ET ลดลง ความชื้นที่ลดลงจะทำให้การคายระเหยเพิ่มขึ้นเนื่องจากอากาศสามารถกักเก็บความชื้นได้มากขึ้น

• พืชคลุมดิน พืชปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมในรูปแบบต่างๆ บางชนิดเก็บน้ำไว้ใช้ในช่วงฤดูแล้งได้ดีกว่า ในขณะที่บางชนิดจะสูญเสียความชื้นได้เร็วกว่ามาก ค่าการคายระเหยยังขึ้นอยู่กับอายุและสภาวะสุขภาพของพืชด้วย ยิ่งรากหยั่งลึก พืชผลก็จะสามารถอยู่รอดได้ยาวนานโดยไม่ต้องมีฝนหรือรดน้ำ เนื่องจากความแตกต่างทางสรีรวิทยาระหว่างพืชประเภทต่างๆ อัตรา ET จึงแตกต่างกันมาก โดยเรียกร้องให้มีแนวทางการชลประทานที่เฉพาะเจาะจง

• ความเร็วลม เนื่องจากลมมักจะเป็นสิ่งที่ขับเคลื่อนทั้งการระเหยและการคายน้ำ จึงมีบทบาทสำคัญในการคายระเหยของความชื้นในดิน ลมแรงพัดชั้นอากาศชื้นที่ก่อตัวเหนือพื้นผิวที่ปกคลุมไปด้วยพืชผลออกไป ทำให้อัตรา ET เพิ่มขึ้น ผลกระทบของลมต่อการแพร่กระจายของไอจากรูขุมขนของพืชยังทำให้อัตราการคายน้ำเพิ่มขึ้นอีกด้วย ET ที่ลดลงอาจเกิดขึ้นได้ หากลมแห้งแรงมากจะป้องกันไม่ให้ไอน้ำแพร่กระจาย

การคายระเหยของพืชสามารถพิจารณาได้จากแนวคิดสามประการ:

1. ET(0) หรือการอ้างอิงการคายระเหย;
2. ET(c) หรือการคายระเหยในสภาพแวดล้อมทั่วไป
3. ET(c adj) หรือการคายระเหยในสภาพแวดล้อมที่ไม่ปกติ

พลังการคายระเหยของบรรยากาศ ซึ่งแสดงเป็น ET(0) เป็นพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับสภาพภูมิอากาศ ET(c) อธิบายปริมาณน้ำที่สูญเสียไปจากการคายระเหยในพื้นที่ที่ได้รับการดูแลเป็นอย่างดี มีขนาดใหญ่ และมีความชื้นอย่างเหมาะสม ซึ่งผลิตน้ำได้สูงสุดตามรูปแบบสภาพอากาศทั่วไป เนื่องจากการจัดการพืชผลที่ไม่มีประสิทธิภาพและข้อจำกัดด้านสิ่งแวดล้อมเป็นอุปสรรคต่อการคายระเหย จึงเป็นเรื่องปกติที่จะปรับ ET(c) ภายใต้สภาวะที่ไม่ปกติ

อ้างอิงถึงการคายระเหย

อัตราการคายระเหยที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวอ้างอิงที่มีน้ำมากเรียกว่า ET อ้างอิง หญ้าคลุมสมมุติที่ตรงตามเกณฑ์ที่กำหนดจะทำหน้าที่เป็นพื้นผิวอ้างอิง

ข้อมูลอ้างอิง ET ช่วยให้เราสามารถวิเคราะห์ความต้องการการระเหยในชั้นบรรยากาศ โดยไม่คำนึงถึงพันธุ์พืช ระยะการเจริญเติบโต และแนวทางปฏิบัติในการเพาะปลูก เนื่องจากพื้นผิวอ้างอิงที่ใช้ในการคำนวณ ET มีความชื้นดี สภาพดินจึงไม่ส่งผลกระทบต่อการคายระเหย ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องกำหนดเกณฑ์ ET ที่ไม่ซ้ำกันสำหรับพืชผลแต่ละชนิดในแต่ละระยะการเติบโต

ตัวแปรภูมิอากาศเป็นเพียงปัจจัยที่กำหนด ET(0) ตารางต่อไปนี้แสดงช่วงค่า ET(0) โดยทั่วไปสำหรับโซนทางการเกษตรที่แตกต่างกัน

ตัวเลขเหล่านี้มีไว้เพื่อให้เข้าใจถึงสิ่งที่พบบ่อยแต่ไม่ควรนำไปใช้โดยตรง

ET(0) ค่าเฉลี่ยสำหรับเขตเกษตรกรรมที่แตกต่างกัน

การคายระเหยภายใต้สภาวะมาตรฐาน

ET(c) หรือการคายระเหยภายใต้สภาวะมาตรฐาน คือปริมาณน้ำที่ปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศโดยพืชผลทั่วไป (พืชที่ปราศจากโรค มีปุ๋ยดี ปลูกบนทุ่งกว้างใหญ่ที่มีน้ำปริมาณมาก และให้ศักยภาพสูงสุด เนื่องจากสภาพอากาศและอุณหภูมิในปัจจุบัน) ET(c) คำนวณโดยการคูณสัมประสิทธิ์พืชผลเดี่ยว – K(c) – ด้วยการคายระเหยอ้างอิง:

ET(c) = ET(0) x K(c)

การคายระเหยภายใต้สภาวะที่ไม่ได้มาตรฐาน

การคายระเหยภายใต้สภาวะที่ไม่เป็นมาตรฐาน – ET(c adj) – หมายถึง ET ของพืชที่ปลูกภายใต้สภาพแวดล้อมและสภาพแวดล้อมการเพาะปลูกที่เบี่ยงเบนไปจากบรรทัดฐาน ภายใต้สภาวะที่ไม่เหมาะ เช่น ศัตรูพืชและโรครบกวน การขาดน้ำหรือมากเกินไป ความเค็มของดินที่เพิ่มขึ้น และความอุดมสมบูรณ์ของดินต่ำ การคายระเหยที่เกิดขึ้นจริงของพืชไร่สามารถแตกต่างจาก ET(c) เพื่อพิจารณาถึงความเครียดและผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมที่หลากหลายต่อการคายระเหยของพืช ET(c adj) จะถูกคำนวณโดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์ความเครียดของน้ำ – K(s) – และ/หรือค่าสัมประสิทธิ์พืชผลเดี่ยว:

ET(c adj) = ET(0) x K(c) x K(s)

หน่วยวัดมาตรฐานสำหรับอัตราการคายระเหยคือมิลลิเมตร (มม.) ต่อหน่วยเวลา หมายถึงอัตราที่ระดับความลึกของน้ำที่สูญเสียไปจากพื้นผิวที่ปกคลุมไปด้วยพืชผล หน่วยเวลาอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับเป้าหมายของคุณ ตั้งแต่สั้นเพียงหนึ่งชั่วโมงไปจนถึงตราบเท่าที่ทั้งฤดูปลูก

มีหลายวิธีในการวัดและคำนวณการคายระเหย ทุกตัวเลือกมาพร้อมกับข้อดีและข้อเสียของตัวเอง ซึ่งเราจะพูดถึงในตอนนี้

ไลซิมิเตอร์ (Lysimeters)

เพื่อให้อ่านค่า ET จริงได้อย่างถูกต้อง เกษตรกรบางรายใช้ไลซิมิเตอร์ซึ่งเป็นภาชนะดินใต้ดินพร้อมเครื่องมือชั่งน้ำหนักหรือระบบระบายน้ำ/สูญญากาศ ความท้าทายหลายประการของการสร้างแบบจำลองการคายระเหยสามารถหลีกเลี่ยงได้ เนื่องจากไม่จำเป็นต้องตีความหรือปรับขนาดการอ่านค่าไลซิมิเตอร์

เนื่องจากมีราคาสูงและการทำงานที่ยุ่งยาก ไลซิมิเตอร์จึงไม่มีข้อเสีย เกจเหล่านี้ดีสำหรับทุ่งนาหรือโรงเรือนขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม การวัดไลซิมิเตอร์แบบแมนนวลมีราคาแพงและใช้เวลานาน เมื่อนำไปใช้กับสวนขนาดใหญ่หรือสำหรับการตรวจติดตามการคายระเหยในแต่ละวัน

เครื่องวัดบรรยากาศ (Atmometers)

โดยทั่วไป เครื่องมือที่ใช้ในการตรวจวัดการคายระเหยนี้ประกอบด้วยภาชนะที่มีน้ำอยู่ภายในและพื้นผิวสำหรับการระเหย เช่น จาน ที่เปิดออกสู่อากาศ น้ำจากอ่างเก็บน้ำจะเติมน้ำที่ระเหยออกจากจานอย่างต่อเนื่อง นักปฐพีวิทยาคำนวณการระเหยโดยการวัดปริมาณน้ำจากภาชนะบรรจุที่สูญเสียสู่ชั้นบรรยากาศ

สมดุลของน้ำ (Water Balance)

วิธีการตรวจวัดการคายระเหยนี้มักใช้ในพื้นที่กว้างซึ่งมีกระแสน้ำและการตกตะกอนเป็นตัวกำหนดการไหลเข้าและไหลออกเพียงอย่างเดียว และบริเวณแอ่งแคบเพื่อแยกแหล่งที่มาหลักไหลเข้า/ไหลออกอื่นๆ วิธีการนี้สามารถให้ค่าประมาณคร่าวๆ ของปริมาณน้ำโดยเฉลี่ยที่สูญเสียไปจากการระเหยและการคายน้ำบนพื้นที่ที่ปกคลุมไปด้วยพืชผล

Eddy Covariance

แทนที่จะวัดสมดุลของน้ำแต่ละส่วนแยกกัน เทคนิคนี้อาศัยสมดุลพลังงานแทน เนื่องจากมีการติดตั้งเซ็นเซอร์ความแปรปรวนร่วมแบบเอ็ดดี้ไว้เหนือทรงพุ่ม จึงสามารถประมาณ ET สำหรับพืชหลายชนิดได้โดยไม่บิดเบือนเนื่องจากพื้นผิวดินไม่สม่ำเสมอ อย่างไรก็ตาม เป็นที่รู้กันว่าพลังงานที่ส่งออกจากพื้นผิวพื้นดินแตกต่างจากพลังงานที่ป้อนเข้าไป เนื่องจากไม่ค่อยบรรลุผลสำเร็จในการปิดสมดุล วิธีความแปรปรวนร่วมแบบเอ็ดดี้อาจประเมินการคายระเหยต่ำไป

การสำรวจระยะไกล (Remote Sensing)

การติดตามการคายระเหยด้วยการสำรวจระยะไกลกำลังได้รับความนิยมในหมู่เกษตรกร การวิเคราะห์สภาพอากาศ พืชพรรณ และข้อมูลอินฟราเรดความร้อนที่ได้รับจากดาวเทียม ช่วยให้พวกเขาทราบปริมาณไอน้ำที่ปล่อยออกมาจากพื้นผิวสนามผ่านการระเหยและการคายน้ำของพืช

ดัชนีพืชพรรณความแตกต่างที่ทำให้เป็นมาตรฐาน (NDVI) เป็นตัวชี้วัดเสริมตัวหนึ่งที่สามารถใช้ในการประมาณอัตรา ET ได้ เนื่องจากมีความสัมพันธ์ที่ดีระหว่างการคายระเหยและ NDVI แนวโน้ม NDVI แสดงให้เห็นว่ามีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดที่สุดกับรูปแบบใน ET ที่เป็นไปได้สำหรับการผสมผสานระหว่างพืชและดินที่เป็นเอกลักษณ์แต่ละชนิด ในทำนองเดียวกัน NDVI สะสมมีความสัมพันธ์สูงกับ ET จริงสะสมตลอดฤดูปลูก

ข้อมูลอุตุนิยมวิทยา (Meteo Data)

ข้อมูลสภาพอากาศช่วยให้เกษตรกรสามารถจับตาดูระดับ ET ได้อย่างใกล้ชิด และคาดการณ์ได้อย่างแม่นยำ แทนที่จะต้องคำนวณค่าด้วยตนเองหรือลงทุนในมาตรวัดภาคสนาม เกษตรกรสามารถใช้ประโยชน์จากสถานีตรวจอากาศที่มีการคายระเหย โซลูชันแบบครบวงจรของผู้ให้บริการด้านอุตุนิยมวิทยา และตัวบ่งชี้ ET ที่ดำเนินการได้

เทคโนโลยีที่มีอยู่ซึ่งมีต้นทุนสูงทำให้ยากสำหรับเกษตรกรรายย่อยในการตรวจจับการคายระเหยในพืชอย่างแม่นยำ โซลูชันที่คุ้มค่าที่สุดสำหรับพวกเขาคือเครื่องวัดบรรยากาศแบบพกพา เนื่องจากมีอุปกรณ์เพียงไม่กี่ชิ้นก็เพียงพอที่จะครอบคลุมพื้นที่ขนาดเล็กได้

ในทางกลับกัน สำหรับเกษตรกรขนาดใหญ่ที่มีทุ่งกว้างซึ่งอาจตั้งอยู่ในส่วนต่างๆ ของโลก ควรพิจารณาการคายระเหยโดยใช้ข้อมูลสภาพอากาศ ต่อไปนี้คือข้อดีบางประการของการประมาณค่าการคายระเหยโดยใช้ข้อมูลอุกกาบาต

• ไม่จำเป็นต้องซื้อ ติดตั้ง หรือบำรุงรักษาเกจ ET ใดๆ

• ข้อมูลภาคสนามสามารถเข้าถึงได้จากทุกที่

• ข้อมูลอุตุนิยมวิทยาบน ET พร้อมด้วยตัวบ่งชี้สำคัญอื่นๆ สำหรับการทำฟาร์ม สามารถเข้าถึงได้ผ่านแพลตฟอร์มเทคโนโลยีการเกษตรที่ใช้งานง่ายและใช้งานง่าย เช่น EOSDA Crop Monitoring