Информация для плодоовощного бизнеса СНГ
Особенности применения и эксплуатации систем капельного орошения
Наращивание производства овощей принадлежит к числу приоритетных задач аграрного производства в Украине, как для удовлетворения внутренних потребностей, так и для поставки их на экспорт. В решении этой задачи значительная роль принадлежит регионам, природно-климатические и хозяйственно-экономические условия которых благоприятны для успешного развития овощеводства. А учитывая многолетние традиции и высокий уровень профессиональной подготовки специалистов сельскохозяйственного производства, опыт населения и перемещение этого направления в частный сектор, можно смело утверждать не только о развитии овощеводства в Украине в ближайшие годы, а о его возрождении на основе внедрения высокопроизводительных современных технологий выращивания.
Учитывая, что две трети территории Украины, которые по природным условиям наиболее благоприятны для выращивания овощей, размещены в зонах неустойчивого и недостаточного увлажнения, интенсификация овощеводства возможна лишь при применении орошения. Речь идет не об орошении вообще, а о наиболее прогрессивном его виде – капельном орошении. Необходимость применения орошения обуславливается также повышенной требовательностью овощных культур к влагообеспечению, которая вызвана двумя причинами: во-первых, многоклеточным строением ткани, требующей значительных затрат воды; во-вторых, слабой силой впитывания корневой системы, которая может обеспечить растения водой только при достаточных ее запасах в грунте.
Как показывают обобщенные результаты исследований научных учреждений, а также передовой опыт получения высоких урожаев овощных культур, по требовательности к воде их можно разделить на четыре группы.
К первой группе принадлежат салат, редиска, шпинат, капуста, огурец, баклажан, перец. Они требуют повышенной влажности грунта, поскольку их корневая система слабо развита.
Ко второй группе принадлежат лук, чеснок, которые более экономно используют влагу, однако в период интенсивного роста вегетационной массы содержание влаги в грунте должно быть довольно высоким.
Третья группа – это помидор, морковь, петрушка. Корневая система таких культур густо разветвлена и проникает довольно глубоко, обеспечивая растение водой, а сравнительно небольшая листовая поверхность экономно ее тратит.
Четвертая группа – свекла, пастернак и прочие корнеплодные культуры, которые имеют очень разветвленную быстрорастущую корневую систему и довольно развитую надземную часть.
Хотя культуры третьей и четвертой групп и стойкие к грунтовой и воздушной засухе, эффективность их орошения также довольно высока.
В практике орошаемого овощеводства применяются такие способы полива: поверхностный (по бороздам, чеках, щелях), дождевание и микроорошение (капельное, подпочвенное, микродождевание). Каждый из этих способов создает разные условия для проведения агротехнических мероприятий и использования сельскохозяйственной техники.
Опыт применения разных способов полива свидетельствует, что эффективность орошаемого овощеводства значительно выросла именно благодаря появлению новейших водо- и ресурсосберегающих способов полива, прежде всего капельного.
Благодаря нормированной подаче поливной воды с растворенными в ней питательными веществами и микроэлементами непосредственно в зону питания каждого растения согласно его биологическим потребностям, капельное орошение дает возможность в 2 и больше раз повысить урожайность овощных культур при одновременном улучшении их качества.
В отличие от традиционных способов орошения, когда увлажняется вся площадь, при капельном способе полива грунт увлажняется в виде полосы. Размеры полосы увлажнения (ширина и глубина) определяются схемой высева, водно-физическими свойствами и предполивной влажностью грунта, размещением поливных трубопроводов относительно рядов растений, фазой их развития, величиной поливной нормы и т.п.
Высокая эффективность капельного орошения оказывала содействие тому, что за сравнительно небольшой период (около 30 лет) значительно расширился и видовой состав культур, которые выращиваются с использованием этой технологии.
По сравнению с традиционным поливом (дождевание или полив по бороздам) капельное орошение имеет такие главные преимущества (М.Ромащенко и др., 2003):
·экономия воды в 2-5 раз. Эффективность орошения достигает 85-90%, поскольку вода поступает непосредственно в корневую систему растений;
·обеспечение оптимальных затрат воды и удобрений согласно физиологическим потребностям растений на основе создания благоприятного водного и питательного режимов грунта;
·повышение урожайности орошаемых культур на 30-50% и улучшение качества продукции;
·уменьшение затрат минеральных удобрений, поскольку удобрения и вода поступают непосредственно в корневую систему растений;
·сокращение средств защиты растений, поскольку существенно уменьшается засоренность (земля между строками остается сухой) и поражение болезнями (сравнительно с традиционными системами орошения, при которых смачивается поверхность листьев);
·снижение эксплуатационных затрат сравнительно с энергозатратами другими способами орошения (на 50-70%);
·трудосберегающий метод: все тяжелее привлечь рабочую силу к выполнению трудных полевых работ;
·исключение влияния ветра на процесс орошения;
·снижение требований к системам дренажа;
·возможность использования минерализированных вод, непригодных для полива другими методами;
·сведение к минимуму или полнейшее исключение вредного влияния на окружающую среду;
·возможность освоения склонных земель до 300, а также малопродуктивных (маломощных, песчаных, супесчаных, рекультивированных) земель;
·уменьшение трудозатрат на строительство, эксплуатацию и техническое обслуживание систем микроорошения благодаря высокой заводской готовности узлов и полной автоматизации управления процессом полива.
Тем не менее, положительный результат от внедрения капельного орошения может быть достигнут только при суровом соблюдении как технологии самого капельного орошения, так и других технологических приемов выращивания овощных культур.
При этом чрезвычайно перспективно использовать системы капельного орошения для одновременного проведения поливов и внесения удобрений – фертигации, которая повышает коэффициент их использования в среднем на 25-30% и снижает общее использование удобрений на 20-40%. Фертигация предусматривает поддержание оптимальной концентрации элементов питания в грунтовом растворе на протяжении всего периода вегетации растений.
Итак, можно констатировать, что капельное орошение благодаря многим преимуществам сегодня служит основой переведения овощеводства на интенсивное развитие. Поэтому знание состояния технических средств и технологических особенностей капельного орошения является таким же необходимым, как знание традиционных средств и технологии сельскохозяйственного производства.
Как известно, в систему капельного орошения в общем виде входят: водозабор, узел подготовки воды и внесение удобрений, сеть магистральных, распределительных и поливных трубопроводов. В любом случае конструкция системы может изменяться соответственно конкретным условиям ее применения. При этом надо указать, что надежность работы системы капельного орошения определяется ее основными элементами, к которым, прежде всего, принадлежат капельницы и технические средства подготовки (очищения) воды.
Что касается капельниц, то эти элементы систем капельного орошения за почти 50-летний период своего развития в техническом плане прошли огромный путь: от первой капельницы – полиэтиленовой трубки небольшого диаметра в виде спирали или просто прямолинейного ее отрезка определенной длины – до технически сложного элемента, в котором происходит не только гашение давления и дозирование затрат, а еще и регулирование затрат при изменении рабочего давления и создания режима течения, что минимизирует возможность откладывания осадка и т.п.
Сегодня в мире есть огромное количество капельниц, которые различаются своей конструкцией, затратами, чувствительностью к загрязнениям, степенью регулирования затрат и т.п. Среди их многообразия по способу размещения относительно поливного трубопровода капельницы делятся на два основных типа (вида): тупиковые (ON LINЕ), которые монтируются на внешней стороне трубопровода, и интегрированные (ІN LINЕ), размещенные внутри самого трубопровода при его производстве. При этом надо сказать, что тупиковые капельницы, а именно они появились первыми и почти 30 лет определяли технический уровень капельного орошения, в последнее время уступают капельницам интегрированным, а точнее трубопроводам с интегрированными капельницами. Они являются более удобными в работе на всех этапах их использования, прежде всего, благодаря меньшим трудозатратам на монтаж и демонтаж систем.
Среди капельниц как тупиковых, так и интегрированных различают капельницы с регулированными и нерегулированными затратами. Первые из них характеризуются постоянными затратами в определенном диапазоне изменения рабочего давления. Применение их дает возможность обеспечить высшую равномерность водораспределения вдоль поливных трубопроводов большей длины на равнинных участках и в условиях обычного рельефа. С технической точки зрения они являются более сложными, а, значит, и более дорогими. В нерегулированных капельницах затрата выступает в функции давления. Поэтому они могут применяться большей частью на равнинном рельефе или на склонных землях при использовании специальных схем размещения поливных трубопроводов и средств регулирования давления на каждом поливном трубопроводе. Это делает такие схемы более громоздкими, а системы капельного орошения с их применением – более дорогими.
Капельницы могут также различаться по способу регулирования затрат, режиму течения воды, форме, размерам, другим конструктивным особенностям. В практической работе знания таких технических тонкостей не являются необходимой. Более важным, на наш взгляд, есть то, что тупиковые капельницы могут быть применены лишь при условии монтажа на жестких, преимущественно полиэтиленовых трубах цилиндрической формы диаметром 12, 16, 20 и 25 мм с толщиной стенки от 0,7 до 2,2 мм. А интегрированные капельницы могут устанавливаться как в жестких трубах, так и пленочных. При этом в жестких трубах могут монтироваться интегрированные капельницы, как правило, двух видов по форме – плоские и цилиндрические. При всех других равных условиях применение первых более целесообразно, поскольку они создают меньшее сопротивление внутри трубы, а, значит, при их применении потери давления вдоль трубопровода будут меньше. А это дает возможность использовать трубопроводы большей длины при одной и той же равномерности водоподачи, особенно при условии применения капельниц с нерегулированными затратами.
Что касается пленочных трубопроводов с интегрированными капельницами, то по конструкции и принципу их размещения можно выделить два основных типа: трубопроводы с капельницами, которые размещаются дискретно, через определенный интервал внутри трубопровода, и капельницы, которые имеют форму сплошного лабиринта с регулярно встроенными впускными и выпускными отверстиями, расположенными с внутренней и внешней сторон трубопровода соответственно. При этом капельницы первого типа могут быть как регулированными, так и нерегулированными; второго – большей частью нерегулированные.
Пленочные трубопроводы обоих типов сегодня наиболее распространены. Благодаря появлению пленочных трубопроводов с интегрированными капельницами капельное орошение получило широкое и практически безальтернативное использование для полива овощных, бахчевых и многих ценных технических культур в открытом грунте.
Ныне на рынке Украины представлено большое количество пленочных трубопроводов с интегрированными капельницами преимущественно зарубежных производителей.
Среди них наиболее распространенными являются трубопроводы типа Т-Таре® производства компании T-Sуstems (США), типа ”Ro-Drip” производства компании Roberts (США), типа ”EOLOS” производства компании Eurodrip (Греция), типа ”streamline” производства компании Netafim (Израиль), типа ”qUeen gil” производства компании qUeen gil (Израиль), типа ”pathfinder” производства компании uralita (Испания), типа ”Аqua traxx” производства компании Аqua traxx (Италия), типа ”tiger taРe” производства компании valducci (Италия), типа ”гИдролайт” производства фирмы ”AkВaВИta” (Украина, АР Крым). Технические характеристики этих пленочных трубопроводов приведены в табл. 1.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
* TSX-504-XX-XXX
|
Конечно, все эти капельные трубопроводы имеют разные технические характеристики (диаметр, толщину стенки, расстояние между капельницами, величину затрат и т.п.) и стоимость. Поэтому при обустройстве системы орошения выбор типа поливного трубопровода является сложной задачей и должен проводиться специалистами. Надо сказать, что именно правильный выбор типа поливного трубопровода и его размещение в плане дает возможность создать систему капельного орошения, которая по своим технико-технологическим возможностям сможет обеспечивать реализацию технологического процесса с нужной надежностью. Основным требованием при выборе того или иного поливного трубопровода должно быть максимальное соответствие его технических характеристик конкретным условиям применения по критерию ”цена-качество”.
Надо сказать, что схема размещения пленочных поливных трубопроводов довольно существенным образом влияет на стоимость системы в целом. В условиях тяжело- и среднесуглинистых грунтов при выращивании овощных культур с использованием ленточной схемы высева (посадки) пленочный поливной трубопровод целесообразно размещать внутри меньшего междурядья. При таком его размещении полоса увлажнения, образующаяся на тяжело- и среднесуглинистых грунтах, увлажняет два ряда культур. На легких грунтах (супесчаных, песчаных) для увлажнения необходимого слоя грунта нужно размещать в каждом ряде пленочные трубопроводы. Это значительно повышает стоимость системы.
Надежность работы и срок эксплуатации поливных трубопроводов во многом зависят от качества поливной воды.
Для капельного орошения используют воду естественных и искусственных водоемов, а также воду подземных источников. Пригодность воды для капельного орошения оценивают по степени ее влияния на грунт, на растение и элементы оросительной сети. Оценку пригодности воды по степени влияния на грунты и растения проводят по критериям ее качества в соответствии с ГОСТ 2730-94, по таким показателям:
— общая минерализация, мг/л;
— концентрация токсичных ионов, мг.экв/л;
— отношение суммы катионов натрия и калия (мг/экв/л) к сумме всех катионов (мг.экв/л), %;
— отношение концентрации катионов магния (мг.экв/л) к концентрации катионов кальция (мг.экв/л), %;
— содержание анионов хлора (Cl), мг.экв/л;
— содержание сульфатов (SO4), мг.экв/л;
— содержание карбонатов (НСО3), мг.экв/л;
— щелочность от нормальных карбонатов (СО3) и токсичная щелочность (НСО3 – СО2+), мг.экв/л;
— величина рН;
— термодинамические потенциалы;
— температура воды, 0С.
Качество оросительной воды по опасности вторичного засола грунтов и повышения их щелочности проводят в соответствии с ГОСТ 2730-94 на основе комплексной оценки показателей:
— токсичных ионов (в эквивалентах хлора) с учетом гранулометрического состава грунтов;
— величины рН;
— токсичной щелочности и щелочности от нормальных карбонатов.
Качество оросительной воды по опасности ее токсичного влияния на растения и засола грунтов определяют в соответствии с ГОСТ-2730-94 по таким показателям:
— содержание общей и токсичной щелочности;
— хлора;
— щелочности нормальных карбонатов;
— отношение (в процентах) суммы щелочных катионов натрия и калия (мг-экв/л) к сумме всех катионов (мг-экв/л) с учетом противозасоленной буферности и гранулометрического состава грунта, величины отношения в оросительной воде магния к кальцию и класса воды по опасности засола или повышения щелочности грунтов.
Качество оросительной воды по термодинамическим показателям определяют по активности ионов водорода, натрия, кальция и соотношением натриево-кальциевого потенциала (индекса стабильности Іс). Он характеризует коррозийное свойство воды или возможность выпадения в осадок труднорастворимых карбонатов кальция в результате нарушения карбонатно-бикарбонатного равновесия. Величина его может быть в пределах -0,5 < Іс < +0,5.
При Іс < -0,5 возможна коррозия металлических частей водопроводной системы. При Іс > +0,5 может выпадать в осадок карбонат кальция, что приводит к засорению трубопроводов и капельниц.
Для предотвращения возможного отрицательного влияния на компоненты природной среды и на здоровье населения проводится оценка качества воды для орошения по экологическим, гигиеничным и токсикологическим критериям согласно ГОСТ 17.1.2.03.
При оценке качества воды для орошения по экологическим критериям выделяют два класса воды:
— І класс — „Пригодна”,
— ІІ класс — „Ограничено пригодна”.
Вода более низкого качества, показатели которой выходят за пределы значений ІІ класса, непригодна для орошения без предварительного мелиоративного улучшения ее состава и свойств.
Воду ІІ класса используют для орошения при экологическом контроле и обязательном применении комплекса агромелиоративных мероприятий. Если по разным группам показателей вода для орошения отнесена к разным классам качества, ее оценивают по худшему показателю.
Нормирование качества воды для орошения по экологическим критериям согласно ГОСТ 17.1.2.03 надо проводить по двум группам показателей качества воды:
а) первая – свойства воды и содержание веществ, которые в определенном количестве необходимы для нормального функционирования агроэкосистемы. Нормирование показателей проводится с позиций биологической полноценности и положительного влияния на экологическое благополучие объектов окружающей природной среды;
б) вторая – свойства воды и содержание веществ, которые отрицательно влияют на состояние и функционирование агроэкосистемы и компонентов окружающей природной среды. Нормируются показатели с позиций условий пригодности воды для орошения.
Первая группа содержит такие общеэкологические и эколого-гигиеничные показатели:
— содержание азота, мг/л;
— содержание микроэлементов (марганец, железо, медь, бор, кобальт, цинк, молибден) и фтора, мг/л;
— содержание БПК5 – биологическая потребность в кислороде, мг О2/л.
Вторая группа содержит такие показатели:
а) эколого-токсикологические:
1) содержание тяжелых металлов (свинец, ртуть, кадмий, селен, мышьяк, хром общий, висмут, никель, ванадий), мг/л;
2) содержание пестицидов, мг/л;
3) содержание фенолов, цианидов, мг/л;
4) содержание нефти и нефтепродуктов, мг/л;
5) содержание детергентов (синтетические моющие средства), мг/л;
б) санитарно-бактериологические:
1) наличие бактерий группы кишечной палочки (колли-индекс);
2) наличие фагов кишечной палочки (индекс колли-фагов);
3) наличие патогенной микрофлоры;
4) наличие жизнеспособных яиц гельминтов (глистов);
в) радиоактивные вещества (нормируются согласно специальным нормативным документам).
Качество оросительной воды по показателю содержания макроэлементов питания растений оценивают для того, чтобы предотвратить ухудшение эколого-гигиеничных показателей качества сельскохозяйственной продукции, а также эколого-гигиеничного состояния подземных и поверхностных вод. А по содержанию отдельных микроэлементов, тяжелых металлов и пестицидов – чтобы исключить отрицательное влияние на сельскохозяйственные растения, грунты, подземные и поверхностные воды, растительное и животное царство.
Пригодность воды по степени действия на элементы системы капельного орошения оценивается по показателям, состав и значение которых приведены в табл. 2. Если качество воды не отвечает требованиям, используют ее для орошения только после проведения соответствующих мероприятий мелиорации грунтов и воды. Их целесообразность должна быть подтверждена технико-экономическими расчетами.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Допустимое содержание зависших веществ минерального и органического происхождения в поливной воде и предельные размеры частиц зависят от размеров проходных отверстий водовыпусков и средств автоматизации (табл. 3). Содержание зависших частиц в поливной воде и их размеры регламентируются техническими условиями применяемых технических средств.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||
Учитывая, что качество воды природных источников не всегда отвечает таким требованиям, одним из главных элементов системы капельного орошения являются средства очищения воды от механических и биологических загрязнений. Технологическая схема очистки воды для конкретного участка выбирается, исходя из качества воды в источнике водоснабжения, принятых типов трубопроводов и их требований к степени очищения воды.
В системах капельного орошения, как правило, применяется одно- и двухстепенное очищение воды с использованием сетчатых, дисковых и песчано-гравийных фильтров.
При использовании для полива воды из поверхностных источников (речка, озеро, пруд, водохранилище) необходимо применять двухстепенное очищение с использованием песчано-гравийных и сетчатых (дисковых) фильтров.
Если источником орошения является напорная водопроводная сеть или артезианская скважина, то может использоваться одноступенчатая схема очищения с помощью сетчатых или дисковых фильтров, которые могут быть пластмассовыми или металлическими. Металлические фильтры большей частью изготовляются с присоединительными размерами 3 и 4" на давление 1 МПа. Пластмассовые фильтры рассчитаны, как правило, на давление до 0,6 МПа.
Сегодня в конструкциях систем капельного орошения применяются пластмассовые дисковые фильтры, присоединительные размеры которых могут быть от 3/4" до 3" с затратой 4-50 м3/ч. На украинском рынке наиболее широко представлены фильтры фирм NЕTAFIM (Израиль), ARKAL (Франция), AZUD (Испания), ARAG, EDEN, IRRITEC (Италия), PALAPLAST (Греция).
Центром микроорошения и водоснабжения ИГиМ УААН также налажено производство дисковых фильтров производительностью до 7 м3/ч и присоединительными размерами до 5/4", а также разработана конструкция и налажено серийное производство типоразмерного ряда песчано-гравийных фильтров диаметрами 400, 800 и 1200 мм и производительностью соответственно 5, 20, 45 м3/ч.
Среди песчано-гравийных фильтров зарубежных фирм наиболее распространенными являются фильтры компаний DROP (Греция), MAZZALI, VALDUCCI (Италия) и др. Производительность таких фильтров составляет 10-60 м3/ч с присоединительными размерами до 4".
Для качественной работы песчано-гравийных фильтров необходимо обеспечить их периодическое промывание от загрязнений. Частота промывания фильтров (продолжительность фильтроцикла) зависит от их конструкции, качества исходной воды и может меняться от нескольких часов до нескольких дней.
Промывание может осуществляться в ручном или автоматическом режиме. Промывание фильтров в ручном режиме является довольно трудоемким процессом. Поэтому при применении капельного орошения овощных культур на больших площадях целесообразно использовать систему автоматического промывания фильтров. Исполнительными органами в таких системах подготовки воды являются дистанционно управляемые клапаны, которые обеспечивают перераспределение потоков воды в фильтрах при проведении промывания. Оно достигается установлением на каждом фильтре двух двухходовых или одного трехходового клапана. На фильтростанциях с автоматическим промыванием наиболее часто используются трехходовые клапаны или блоки, которые реализуют функцию трехходового клапана таких фирм-производителей: AQUATEС (Франция), BERMAD (Израиль), COMETAL, RAFAEL (Испания). Управление промывания фильтров проводится с использованием контроллера на основе программирования продолжительности фильтроцикла, времени промывания каждого фильтра и их количества в фильтростанции.
Для устройства магистральных, распределительных и участковых трубопроводов в системах могут использоваться полиэтиленовые или поливинилхлоридные трубы как отечественного, так и зарубежного производства с разъединительными соединениями. Основные характеристики полиэтиленовых труб отечественного производства приведены в табл. 4. Однако, как свидетельствует опыт выращивания овощных культур при капельном орошении, в системах сезонного действия для устройства участковых трубопроводов более целесообразным является использование шланговых трубопроводов типа LAY FLAT (LFT). Основными производителями таких трубопроводов являются фирмы ARAG (Италия), FRAG (Франция), SUNFLOW, Zen, LAY FLAT INDUSRIAL HOSE (США). Выпускаются они разного диаметра – от 2" до 6" и рассчитаны на давление от 0,3 до 0,7 МПа. В табл. 5. приведены основные характеристики таких трубопроводов. Сегодня на рынке Украины наиболее распространены трубопроводы диаметром 3 и 4", рассчитанные на максимальное давление 0,4 МПа.
Для соединения поливных трубопроводов с участковыми трубопроводами, а также между собою довольно часто используются соединительные детали компаний TECHNOPLASTIC (Греция) и Queen Gil (Израиль), Zen, LAY FLAT INDUSRIAL HOSE (США). Широко применяются также соединительные детали, разработанные Центром микроорошения и водоснабжения ИГиМ УААН, и серийно выпускаются СМП ”Джерело” ИГиМ.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Эффективное использование систем капельного орошения возможно только при своевременной подаче необходимого количества воды, питательных веществ и химмелиорантов в ручном, автоматизированном или автоматическом режиме управления поливом.
Для определения сроков полива и величины поливной нормы в зависимости от вида культуры, фазы ее развития, погодных условий применяются разные способы и приборы. В последнее время значительное распространение приобретает метод определения сроков и норм полива с помощью тензометров. Известно, что состояние грунтовой влаги и доступность для растений обусловлены связью ее с грунтом. Энергия связи в оптимальном диапазоне содержания влаги для растений определяется капиллярным потенциалом, который и измеряется с помощью тензометров. В практике хорошо себя зарекомендовали тензометры типа ВВТ, довольно простые по конструкции и надежные в эксплуатации, разработки и производства Центра микроорошения и водоснабжения ИГиМ.
Для автоматизированного управления поливами и промывания фильтров используют устройства разных конструкций. Большое распространение в Украине приобрели программаторы заграничных производителей Hunter, ORBIT, TORO, Rain Bird (США), Netafim (Израиль). В последнее время чаще используется программатор производства Центра микроорошения и водоснабжения ИГиМ. Его конструкция дает возможность руководить разным количеством электроклапанов – 6, 12, 18 и процессом внесения удобрений с поливной водой с применением узла внесения удобрений (насос и инжектор) также разработки Центра.
Для внесения удобрений с поливной водой могут использоваться также инжекторы, дозатроны зарубежного производства производительностью от 2,5 до 20 м3/ч и присоединительными размерами от 1" до 2". Основными производителями этого оснащения являются фирмы DGT (Бельгия), VALMATIC (Италия), DOSATRON (Франция), DOSMATIC, VALMONT (США).
Приведенные сведения свидетельствуют, что на рынке Украины имеется большое количество технических средств. Это дает возможность запроектировать систему капельного орошения любой конструкции в зависимости от вида культуры, схемы ее высева (посадки), размеров и конфигурации участка, водно-физических свойств грунтов, места культуры в севообороте, применения мульчирующего покрытия, источника орошения, качества в нем воды, которая согласовывалась бы с агротехническими приемами выращивания конкретной культуры. Как показывает зарубежный и отечественный опыт, для овощных культур наиболее эффективными являются конструкции систем капельного орошения сезонного и сезонно-стационарного типа. В системах сезонного типа все составные пригодны для монтажа в начале и демонтажа в конце периода вегетации. В системах сезонно-стационарного типа сеть магистральных и распределительных трубопроводов устраивается стационарно с подземным расположением для многолетнего использования, а сеть участковых и поливных трубопроводов с возможностью ежегодного монтажа и демонтажа.
Параметры системы капельного орошения (затрата, давление, диаметры и количество труб, стоимость) рассчитываются в зависимости от размеров и конфигурации участка, рельефа, схемы посадки (высева) культур, источника орошения и режима управления поливом. Как правило, конструкция системы предусматривает несколько модулей. Под модулем при этом понимается участок с системой капельного орошения, не имеющий водооборота, то есть в пределах которого полив проводится одновременно на всей площади. Модульный принцип капельного орошения дает возможность проводить поочередной полив на всей орошаемой площади, вносить химмелиоранты с поливной водой, а также локализовать аварийную ситуацию в системе на любом поливном модуле при значительных удельных затратах воды.
Достижение высокой эффективности применения капельного орошения для полива овощных культур возможно лишь при правильной их эксплуатации.
Одним из основных элементов, от которого зависит долговечность и эффективность эксплуатации систем капельного орошения, является узел водоподготовки. При использовании для очищения воды песчано-гравийных фильтров на его входе необходимо поддерживать давление не менее 0,3 МПа. Меньшее давление снижает эффективность промывки песчано-гравийного заполнения обратным потоком воды. Перепад давления на входе и выходе из фильтра не должен превышать 0,05 МПа. Больший перепад свидетельствует о необходимости промывания фильтрующего материала.
Его периодичность зависит от качества воды, используемой для орошения, и проводится 1-2 раза в сутки.
Для обеспечения максимальной равномерности полива и долговечности системы используются регуляторы давления, которые должны быть отрегулированы в необходимом диапазоне, определяемом требованиями капельниц к рабочему давлению.
Трудоспособность системы капельного орошения также в значительной мере зависит от трудоспособности пленочных поливных трубопроводов. В процессе эксплуатации возникает угроза их закупоривания осадками солей, а также микроводорослями. Кроме того, снаружи трубопроводы могут повреждаться во время проведения разных агротехнических мероприятий, а также грунтовыми вредителями, особенно при использовании тонкостенных труб.
Для нормальной работы пленочных трубопроводов на протяжении продолжительного периода необходимо проводить профилактические мероприятия, основными из которых являются:
1. Периодические промывания трубопроводов, что оказывает содействие устранению нерастворимых остатков удобрений, зависших частиц, водорослей, которые попали в трубопровод вследствие механических повреждений. Для этого надо открыть концы трубопроводов и промыть их до появления чистой воды. Частота промывания зависит от конкретных условий, но не реже, чем раз в месяц.
2. Подкисление воды, что дает возможность избежать закупоривания водовыпусков солями кальция. Наиболее эффективной для этого является азотная кислота, концентрация которой в поливной воде не должна превышать 0,5%, то есть на 1 м3 поливной воды нужно 5 л чистой кислоты. Продолжительность промывания – 30 минут. Столько же времени необходимо для промывания чистой водой. Частота – 1 раз в месяц и обязательно в конце оросительного сезона.
3. Хлорирование воды как средство избежания закупоривания капельниц водорослями и органическими веществами. Лучше всего использовать редкую хлорку с концентрацией в ней хлора 12,5%. Для получения необходимой концентрации на 1 м3 поливной воды расходуется 400 г жидкой хлорки. Частота и продолжительность промывания те же, что и при подкислении воды.
Лучше всего подкисление и хлорирование води проводить одновременно.
Для защиты поливных трубопроводов от грунтовых вредителей используют также агротехнический и химический методы борьбы. Агротехнический метод – это создание неблагоприятных условий для развития и размножения вредителей, то есть правильная организация севооборота. На численность грунтовых вредителей существенно влияют и мелиоративные и агрохимические мероприятия. Так, например, известкование кислых грунтов создает неблагоприятные условия для развития многих вредителей. Существенным образом ухудшает условия развития личинок пахота на зябь.
Химический метод борьбы – это обработка грунта, растений и накоплений вредителей химическими препаратами. Вносят их вместе с поливной водой. На практике наиболее эффективным является применение Базудина дозой 1,2-1,8 л/га, БИ-58 дозой 2 л/га. Эффективным является также использование протравленных приманок – зерна пшеницы, ячменя.
Обеспеченность растений влагой – один из основных факторов жизнедеятельности. Все физиологические и биохимические процессы проходят лишь тогда, когда есть влага. Поэтому эффективность орошения в основном зависит от того, отвечает ли характер увлажнения грунта особенностям роста и развития корневой системы и растения в целом. Потребность растений в воде зависит от фазы развития растений. Например, результаты исследований разных научных учреждений, а также опыт их выращивания в передовых хозяйствах свидетельствует, что в условиях Украины оптимальная предполивная влажность грунта для огурца к началу плодообразования составляет 75-80% НВ, а в период плодообразования и плодоношения – 85-90% НВ. При нормальных условиях водопотребление посевов может составлять до 30 тыс. л воды с 1 га в день (что равняется 3 мм осадков).
В отличие от традиционных способов орошения, когда увлажняется вся площадь, отведенная растению определенной схемой высева, особенностями капельного способа полива являются локальный характер увлажнения, возможность подачи воды непосредственно в зону интенсивного водопотребления растений согласно биологическим особенностям его формирования по фазам развития. Размеры и форма полосы увлажнения (ширина и глубина) определяются схемой высева, величиной поливной нормы, водно-физическими свойствами грунта, предполивной влажностью грунта, типом поливных трубопроводов и их размещением относительно строк растений, фазой их развития.
Поэтому для обеспечения формирования зоны увлажнения должны рассматриваться во взаимосвязи грунтовые (водоудерживающая способность, мощность слоя грунта, подлежащего увлажнению), агробиологические (развитие корневой системы на определенной фазе развития, оптимальный диапазон влажности грунта), технические (затраты водовыпусков и их взаимное размещение), режимные (поливная и оросительная нормы, продолжительность полива и межполивного периода) характеристики.
Продолжительность полива при капельном орошении определяется двумя показателями: величиной поливной нормы, которая может выражаться в м3/га, л на 1 м строки, а также затратами поливного трубопровода, которые зависят от расстояния между водовыпусками (10, 20, 30, 40, 50, 60 см) и интенсивности их затрат, которые соответственно составляют: 1000, 500, 340, 250, 400, 210 л/ч на 100 м поливного трубопровода (при р = 0,55 атм.). Для орошения овощных культур наиболее экономичными являются первые три типа (модели), то есть с расстояниями между водовыпусками 10, 20 и 30 см и соответственно затратами 1000, 500 и 340 л/ч на 100 м трубопровода.
В каждом конкретном случае тип поливного трубопровода, который используется для полива, определяется водно-физическими свойствами грунтов, схемой посева (высадки) растений в строке.
Определение продолжительности полива по величине поливной нормы и конкретному типу поливного трубопровода проводится по формуле:
t =
где: m – величина поливной нормы, м/га;
t – продолжительность полива, ч;
L – общая длина поливных трубопроводов, м/га;
q – удельные затраты поливного трубопровода, м3/ч на 1 м.
При выражении величины поливной нормы в л/м строке (поливного трубопровода) продолжительность полива можно рассчитать по формуле:
t =
где: m – величина поливной нормы, л/м строке;
q – удельные затраты поливного трубопровода л/ч на 1 м трубопровода.
При капельном орошении влагозапасы корневого слоя грунта, как и при других способах полива, изменяются в определенном диапазоне: от наименьшей влагоемкости (верхняя граница) до предполивного порога (нижняя граница), ниже которого не обеспечиваются оптимальные условия роста и развития растений.
Для учета количества поливной воды рекомендуется вести график полива, на котором отмечается количество поданной воды, продолжительность полива и рабочее давление, количество и концентрация внесенных удобрений.
Подкорм растений является залогом получения высоких урожаев. Для поддержки оптимальной концентрации элементов питания в грунтовом растворе на протяжении всего периода вегетации растений применяют внесение удобрений вместе с поливной водой (фертигация).
Наиболее эффективным является ежедневное внесение удобрений, низкой нормой (3-15 кг/га) с помощью инжекторов или дозатронов.
Для фертигации можно использовать водорастворимые минеральные удобрения зарубежного производства: Террафлекс, Кемира комби, Кристалон, Fегtісаге, Universol, МаdМіх, монофосфат калия, аммиачная и калийная селитра и др. Из отечественных удобрений хорошую растворимость имеют аммиачная селитра и мочевина. Нельзя использовать редкие комплексные удобрения (РКУ) – на практике есть случаи полного блокирования системы при их применении. Не рекомендуется использовать слабо растворенные удобрения типа нитроаммофоски. Всегда надо делать вытяжку из удобрений и проверять ее на отдельных частях поливного трубопровода (возможна специфическая реакция удобрений с поливной водой).
Внесение удобрений нужно начинать через 20 минут после начала полива, когда стабилизируются гидравлические показатели. Продолжительность фертигации может составлять не менее 30 минут с обязательным следующим промыванием (30 мин.).
Общее количество удобрений не должно превышать 1-1,2 кг удобрений на 1000 л воды. При этом нормы их внесения и соотношение зависят от почвенно-климатических условий выращивания, фазы развития растений и технологии их выращивания и разрабатываются специалистами для каждого участка индивидуально.
Михаил Ромащенко,
доктор технических наук, профессор, академик УААН, заслуженный деятель науки и техники,
первый заместитель директора Института гидротехники и мелиорации УААН,
директор Центра микроорошения и водоснабжения,
Владимир Корюненко,
кандидат технических наук,
заместитель директора по научной работе Института гидротехники и мелиорации УААН
Обсудить в форуме