Воскресенье, 19.08.2018, 06:58
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту



Главная » Статьи » Сельское и приусадебное хозяйство

СИСТЕМА МЕЛКОСТРУЙЧАТОГО ВНУТРИПОЧВЕННОГО ОРОШЕНИЯ МНОГОЛЕТНИХ НАСАЖДЕНИЙ

Н.Н. Дубенок, академик РАН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор А.В. Майер, кандидат сельскохозяйственных наук

СИСТЕМА МЕЛКОСТРУЙЧАТОГО ВНУТРИПОЧВЕННОГО ОРОШЕНИЯ МНОГОЛЕТНИХ НАСАЖДЕНИЙ

Применение дождевания и поверхностных способов полива в сочетании с передовыми технологиями при возделывании сельскохозяйственных культур в ряде известных случаев не всегда дает ожидаемые результаты в виде высоких урожаев и повышения плодородия почв. При высоком залегании уровня грунтовых вод при орошении происходит их подъем к дневной поверхности почвы, в этом случае начинается процесс засоления пахотного горизонта. При обильных поливных нормах наблюдается эффект промывки плодородных горизонтов почвы. Вместе с поливным током перемещаются полезные элементы из верхних в более глубокие слои почвы, где они практически недоступны для питания сельскохозяйственных культур. Применение дождевания и поверхностных способов полива на склонах приводит к эрозии почв. Чрезмерное использование ядохимикатов и минеральных удобрений также приводит к заражению и зарастанию водоемов, особенно приемников сборных вод и оросительных систем. В современных условиях остро стоит вопрос охраны окружающей среды в зонах орошения и на прилегающих к ним территориях. Выходом из сложившейся ситуации в тех регионах, где использование традиционных способов полива связано с определенным риском, является применение ресурсосберегающих технологий орошения сельскохозяйственных культур. В последние годы получают развитие и широкое применение высокотехнологичные системы орошения. К таким системам относятся мелкодисперсное и синхронно-импульсное дождевание, внутрипочвенное, капельное и мелкоструйчатое орошение. Прежде чем приступить к разработке системы орошения локального многофункционального действия, нами проанализированы способы малообъемного орошения, в определение которых входят: внутрипочвенное, мелкоструйчатое, капельное и аэрозольное орошение. Для полной оценки факторов, влияющих на рост и формирование жизненных процессов многолетних насаждений и их корневой системы, учтены условия влияния водообеспеченности на влажность почвы, относительной влажности и температуры воздуха.

Ключевые слова: малообъемные способы орошения, рост и плодоношение, формирование корней, инновационные решения, система орошения, ресурсосбережение, регулирование, микроклимат.

 

Введение. По данным обследований систем капельного орошения (СКО), действующих в США, Израиле, Австралии и других государствах, снижение затрат воды составляет от 30 до 50 %. Экономное расходование оросительной воды обеспечивает высокую эффективность систем: КПД - 0,8...0,95 по сравнению с 0,5...0,6 и 0,7...0,8 при использовании поверхностных и дождевальных систем соответственно.

Медленная подача воды в зону корнеобитания способствует формированию оптимального водно-воздушного режима, поддержанию его на относительно постоянном уровне без периодической смены циклов переувлажнения и высыхания почвы от полива до полива. Все это положительно влияет на рост и развитие многолетних насаждений и сельскохозяйственных культур, позволяя получать при значительной экономии воды большие урожаи, чем при дождевании или поверхностном поливе. При этом наблюдается улучшение качества продукции, более ранние сроки созревания урожая, благоприятные условия уборки благодаря сухим приствольным кругам или междурядьям.

Еще одним важным преимуществом систем локального орошения является создание относительного экологического равновесия участка, которое выражается в восполнении питательных веществ почвы путем внесения минеральных удобрений, растворенных в оросительной воде.

В засушливых регионах России в полуденные часы летом температура воздуха превышает оптимальное значение для фотосинтеза. Сильно замедляется процесс ассимиляции, а при температуре выше 30-35 о С фотосинтез у большинства сельскохозяйственных культур прекращается, вследствие чего усиливается дыхание. В итоге происходит потеря органического вещества и, в конечном счете, части урожая [1, 7].

Если на неорошаемом фоне, по данным В.В. Бородычева, Е.И. Кузнецовой, А.В. Колганова, В.И. Генералова В.И. Тульникова. А.В. Майера [2, 3], мелкодисперсное дождевание снижало температуру воздуха на 1-2 о С, то при комбинированном орошении (МДД на фоне дождевания) температура воздуха и листьев уменьшалась на 3-4 о С, а относительная влажность воздуха повышалась в 1,5 раза.

Известно, что при низкой относительной влажности воздуха даже в условиях оптимальной влажности почвы не всегда удается создать необходимый уровень водного режима растений. Возникновение даже небольшого дефицита воды в органах растений сразу же сказывается на интенсивности и направленности физиолого- биохимических процессов, что замедляет рост и снижает урожайность сельскохозяйственных культур. Так, основной показатель - суточная норма полива - при мелкодисперсном дождевании зависит от объема разовой нормы увлажнения и количества поливов за сутки. Как указывают многие авторы, средняя за период вегетации растений суточная норма мелкодисперсного дождевания в зависимости от погодных условий находится в пределах 2-7 м3/га [2].

Важнейшим показателем режима мелкодисперсного дождевания является промежуток времени между двумя следующими один за другим увлажнениями, то есть межполивной интервал [3, 9]. В результате исследований, проведенных в различных природно-климатических условиях, установлено, что межполивной интервал зависит от размера разовой нормы увлажнения, конкретной культуры и гидротермических факторов (Adams, 1987; Бурдюгов, Зинковский, 1980; Рассолов, Губер, Горшков, 1980; Ми- хальцевич, Лихацевич, 1980; Грамматикати, Ильяшенко, Бородычев,1981, 1981; Мацко, 1982; Казаринова, 1983; Черновол, Опалко, 1983; Рассолов, Шахмейстер, 1983; Стель- мах, Кузин, 1985; Майер, Бочарников, 2015).

Сравнительная оценка возможности объединения малообъемных способов орошения и фактической продуктивности многолетних насаждений и сельскохозяйственных культур свидетельствует о наличии большого нереализованного резерва. Внутри- почвенный полив - это способ орошения, при котором поливная вода поступает в корнеобитаемый слой почвы из системы орошения к подпочвенным увлажнителям через водовыпуски. При этом обеспечивается равномерность полива, поддерживается влажность корнеобитаемого слоя почвы, сохраняется структура почвы, предотвращается появление на ней корки, снижается расход поливной воды и уменьшаются ее потери на испарение с поверхности почвы, создаются условия для автоматизации всего технологического процесса орошения. По способу подачи воды оросительные системы делятся на вакуумные, или адсорбционные, безнапорные и напорные [10]. В безнапорных системах вода поступает к растениям вследствие капиллярного движения воды, в напорных - в результате создаваемого напора воды.
Системы внутрипочвенного орошения можно применять в степных полупустынных и пустынных зонах, в зонах с крутым рельефом местности, при остром дефиците воды для полива высокорентабельных сельскохозяйственных и многолетних культур.

Система мелкоструйчатого орошения - это целый комплекс различных технологических звеньев, связанных между собой системой трубопроводной сети, последним звеном которой является мелкоструйчатый водовыпуск. Поливная вода в виде тонкой струи подается по гибкой микротрубке к внутрипочвенному гофрированному увлажнителю с перфорацией для водовыпусков оросительной воды, откуда она просачивается в активный корнеобитаемый слой многолетнего насаждения. Каждый внутрипоч- венный увлажнитель имеет 15...20 водовыпусков, что естественно сокращает время, затрачиваемое на поливную норму и в конечном итоге приведет к экономии энергетических ресурсов. Поскольку локальный характер увлажнения ограниченного объема почвы исключает расходование воды на смачивание поверхности почвы приствольных кругов и междурядий многолетних насаждений, мы получаем экономию водных ресурсов за счет исключения потери поливной воды на испарение. Все комплектующие элементы гидромелиоративной системы мелкоструйчатого внутрипочвенного орошения монтируются из материалов, выпускаемых отечественной промышленностью.

Материалы и методы. Гидромелиорационная система мелкоструйчатого внутри- почвенного орошения разрабатывалась с использованием методов системного подхода, системотехники, теории проектирования новой техники, теории технических систем.
Методикой для разработки новой орошаемой стационарной техники является теория и практика комплексных мелиораций с использованием «Современного районирования способов орошения агроландшафтов» (2004 г.), выполненных ВНИИГиМ, теории технических систем (Хубка В., 1987 г.), основных положений Федерального закона «О техническом регулировании (№184-ФЗ от 27.12. 2002, № 45-ФЗ от 09.05.2005, № 65 ФЗ от 01.05.2007, № 309- ФЗ от 01.12. 2007г.), Федеральных регистров базовых и зональных технологий и технических средств для мелиоративных работ в сельскохозяйственном производстве России.

Результаты и обсуждение. Исследованиями выявлено, что основным достоинством мелкоструйчатого орошения является энергосбережение, экономное расходование оросительной воды на единицу полученной прибавки урожая от полива. Возможность малого расхода воды заложена в самом принципе мелкоструйчатого полива: в локальной подаче воды в соответствии с оптимальной потребностью культуры в ней. Расход воды при мелкоструйчатом орошении многолетних насаждений на каждый трубчатый водовыпуск может варьировать от 15,0 до 30 л/ч на одно многолетнее насаждение, при водяном давлении в поливных трубопроводах до 0,01 МПА.

Внутрипочвенный мелкоструйчатый полив, подающий воду в корневую зону, обеспечивает угнетение сорной растительности и облегчает борьбу с ней. Уменьшение смачиваемой доли увлажняемой площади сохраняет в почве больший запас влаги на более длительный срок, поскольку снижает испарение с почвенной поверхности. Это же предохраняет почву от вторичного засоления ее пахотного горизонта при высоком залегании грунтовых вод.

Влияние условий влагообеспеченности на рост и формирование корневой системы. Роль корневой системы в жизни плодового дерева трудно переоценить. Корни снабжают деревья водой и питательными элементами, служат хранилищем питательных веществ, осуществляют синтез органических соединений. С каждым годом открываются все новые и новые стороны жизнедеятельности корневой системы, устанавливаются взаимосвязи между состоянием надземной части и почвенной средой, намечаются пути регулирования этого важного органа растения.

Фермер осуществляет поливы в зависимости от площади орошаемого участка, в основном по модулям (рисунок 1), когда он может направлять формирование корневой системы закладкой и целесообразным расположением внутрипочвенных увлажнителей, а также применять разные сроки, нормы и способы полива. Регулярное водообеспече- ние многолетних насаждений вносит существенные коррективы и в удаляемость корней от штамба многолетнего насаждения. Распространение корней вглубь и в стороны многолетнего насаждения определяет плотность структуры почвогрунта, из которого плодовое дерево берет влагу и элементы питания. Чем равномернее распределены корни у плодового дерева или ягодника, тем равномернее расходуется влага из него. Основная корневая масса, как правило, сосредоточивается в верхнем плодородном слое почвы, и лишь незначительная часть корней проникает на большую глубину. Установлено также, что корни неравномерно расположены в почве, на разном удалении от штамба дерева. Большая насыщенность корневой массы наблюдается в верхних богатых и более аэрируемых горизонтах [8].

Рисунок 1 - Поливной модуль системы внутрипочвенного и мелкоструйчатого орошения: 1 - водоем; 2 - насосная станция; 3 - магистральный трубопровод; 4 - насос-регулятор; 5 - распределительный трубопровод; 6 - поливной трубопровод; 7 - граница модуля; 8 - номер модуля; 9 - участковый регулятор; 10 - запорная арматура

Установлено, что в молодом саду увлажняемая площадь поверхности почвы может быть уменьшена до 10 %, в то время как в плодоносящем саду она не превышает 30..35 %. При внутрипочвенном мелкоструйчатом орошении практически не наблюдается потерь воды на сток и сброс, которые при поверхностном поливе могут достигать 30...40 % оросительной нормы. Отсутствие поверхностного стока исключает появление ирригационной эрозии почвы, наносящей урон ее плодородию при поверхностном поливе и дождевании. Очень ограничены потери воды на фильтрацию ниже корнеобитаемого слоя и на испарение. При внутрипочвенном поливе не происходит сноса воды ветром, что наблюдается при дождевании и составляет от 10 до 20 % оросительной нормы.

Цель объединения двух малообъемных способов орошения - экономия времени, затрачиваемого на поливную норму, а в конечном результате и на оросительную норму за счет большого числа водовыпусков в внутрипочвенных увлажнителях и мелкоструйчатой подачи поливной воды к ним, причем для фильтрации воды достаточно только фильтров грубой очистки (рисунок 2), так как водовыпуски по всей системе имеют диаметр не менее 3 мм. Расход и подачу поливной воды можно регулировать понижением или повышением давления в поливных трубопроводах.

Рисунок 2 - Сетчатый фильтр грубой очистки: 1 - корпус фильтра; 2 - фильтрующий элемент; 3 - крышка съемная;
4 - запорное устройство; 5 - водопроводный элемент; 6 - крепежный фланец

Проанализировав два инновационных способа полива, внутрипочвенный и мелкоструйчатый, выявив их достоинства и недостатки, мы пришли к выводу о необходимости объединения этих двух малообъемных способа орошения для создания оптимальных условий жизнедеятельности многолетних насаждений, для сбережения энергетических и водных ресурсов.

При закладке и дальнейшем выращивании многолетних насаждений в систему внутрипочвенного орошения вместо ленточных или вертикальных трубчатых внутри- почвенных увлажнителей нами были установлены гофрированные трубчатые до 25 мм внутрипочвенные увлажнители с перфорацией с шагом 120 мм для водовыпусков. Внутрипочвенные увлажнители расположены по кругу нижнего уровня приствольной посадочной чаши многолетнего насаждения, то есть ниже оси горизонта поверхности почвы на 400...450 мм, и оба конца внутрипочвенного увлажнителя выведены на 100...120 мм выше поверхности почвы. В выведенные на поверхность почвы концы увлажнителей нами были свободно вложены гибкие микротрубки диаметром 3,5 мм мелкоструйчатого орошения на глубину до 200 мм для соединения внутрипочвенных увлажнителей с поливным трубопроводом. Таким образом, нами были объединены два способа орошения: внутрипочвенный и мелкоструйчатый.

Принцип работы системы внутрипочвенного и мелкостручатого орошения (рисунок 1) многолетних насаждений заключается в следующем: водозабор осуществляется насосной станцией из открытого или закрытого водоисточника, затем поливная вода под давлением до 0.02 МПа подается в сетчатый или дисковый фильтр (рисунок 2) грубой очистки, очищенная вода поступает в магистральный трубопровод и транспортируется к распределительному трубопроводу орошаемого модуля и поступает в поливные трубопроводы, в которые вмонтированы с шагом 4000.. .5000 мм гибкие микротрубки, из них поливная вода тонкими струйками подается во внутрипочвенные гофрированные увлажнители с перфорацией для водовыпусков, с шагом перфорации до 150 мм. Таким образом, оросительная вода с перфорированных водовыпусков внутрипоч- венных увлажнителей поступает непосредственно в корневую зону выращиваемых многолетних насаждений. Питательный режим осуществляется жидкими удобрениями, при помощи насоса дозатора (рисунок 3).

Рисунок 3 - Насос-дозатор: 1 - корпус насоса; 2 - съемная крышка; 3 - ёмкость с раствором; 4 - запорная арматура; 5 - трубопровод; 6 - манометр

Пищевой режим многолетних насаждений при необходимости можно производить органическими и химическими удобрениямии, внося их непосредственно в приствольную чашу насаждения с повышением разовой поливной нормы на время подкормки.

Заключение. Своевременное внедрение системы внутрипочвенного мелкоструйчатого орошения позволит фермерским хозяйствам сэкономить водные и энергетические ресурсы, выйти на новый уровень при разработке новых агротехнологий, повысить урожайность многолетних насаждений.

Полученные результаты исследований свидетельствуют о положительной динамике работы системы внутрипочвенного мелкоструйчатого орошения. В дальнейшем нами будут проведены исследования по разработке системы внутрипочвенного и мелкоструйчатого орошения в сочетании с аэрозольным увлажнением без дополнительной поливной емкости и дополнительного малого водяного насоса, что поспособствует уменьшению энергозатрат, повышению оводнености тканей листового покрова, уменьшит дефицит влаги и снизит депрессию фотосинтеза. Такое сочетание малообъёмных способов орошения положительно отразится на фитоклимате возделываемых многолетних культур.

Библиографический список

1. Александров, А.Д. Мелиорация микроклимата [Текст]/ А.Д. Александров // Земля Сибирская дальневосточная. - 1978. - № 4. - С. 28-30.
2. Бородычев, В.В. Опыт мелкодисперсного дождевания сельскохозяйственных культур [Текст] / В.В. Бородычев, М.Ю. Храбров // Новая техника и технология для предгорных районов аридной зоны: сб. научн. тр. ВНИИГиМ. - М., 1983. - С. 56-58.
3. Бородычев, В.В. Мелкодисперсное дождевание сельскохозяйственных культур в условиях Волгоградской области [Текст]/ В.В. Бородычев, И.Н. Таран / ЦНТИ. - Волгоград, 1981. - № 226. - 3 с.
4. Губер К.В. Создание экологически ориентированных гидромелиоративных систем: итоги и перспективы. [Текст] / К.В. Губер //Методы и технологии комплексной мелиорации и экосистемного водопользования. - М., 2006. - 281 с.
5. Дубенок, Н.Н. Разработка систем комбинированного орошения для полива сельскохозяйственных культур [Текст]/ Н.Н. Дубенок, А.В. Майер // Известия Нижневолжского агро- университетского комплекса: наука и профессиональное образование. - 2018. - С. 9-19.
6. Кузнецов, Ю.В. Новая система капельного орошения [Текст] / Ю.В. Кузнецов // Мелиорация и водное хозяйство. - 2003. - №4. -С. 6-9.
7. Новая система капельного орошения [Текст] / Р.А. Бальбеков, В.В. Бородычев, A.M. Салдаев, А.В. Дементьев, Ю.В. Кузнецов // Мелиорация и водное хозяйство. - 2003. - № 4. - С. 6-9.
8. Система капельного орошения [Текст] : патент Российской Федерации № 2322047. С1. МПК А0Ш 25/02 (2006.01) / Кизяев Б.М., Салдаев А.М., Майер А.В. и др. // Изобретения. Полезные модели. - 2008. - № 11.
9. Шумаков, Б.Б. Аэрозольное орошение: технология и эффективность [Текст] / Б.Б. Шумаков, В.В. Бородычев // Мелиорация и водное хозяйство. - 1988. - № 7. - С. 3-8.

"Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса" № 2 (50), 2018

Категория: Сельское и приусадебное хозяйство | Добавил: x5443 (31.07.2018)
Просмотров: 18 | Теги: система орошения | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2018 Обратная связь