УДК 631.674

к.т.н. Калашников А.А., Гричаная Т.С.

Казахский НИИ водного хозяйства, Республика Казахстан

ВЛИЯНИЕ ДИСКРЕТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ КАПЕЛЬНО-ДОЖДЕВАЛЬНОГО ОРОШЕНИЯ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ

В науке и практике наибольшее распространение имеет технология полива, основанная на принципе периодической аккумуляции влаги в активном слое почвы (поверхностный полив, обычное периодическое дождевание).

Более прогрессивным является принцип непрерывного водоснабжения растений и почвы в соответствии с их текущим водопотреблением. Этому принципу соответствует капельное орошение и импульсное дождевание.

Агрофизиологический эффект непрерывного орошения заключается в увеличении длительности воздействия искусственного увлажнения на растения и среду, что позволяет создать благоприятные условия для развития растений (повысить влажность, снизить температуру воздуха, поддерживать на оптимальном уровне влажность в активном слое почвы и другие) и обеспечить оптимальный водный режим растений, что способствует созданию наиболее благоприятных условий для роста и развития растений и тем самым приросту продукции по сравнению с периодическими обычным дождеванием и поверхностным поливом.

Анализ преимуществ и недостатков существующей техники орошения сельскохозяйственных культур с учетом биологических особенностей развития растений и условий окружающей их среды позволяет предполагать, что для обеспечения гибкого регулирования среды обитания растений в условиях высоких температур и низкой влажности воздуха в напряженный период вегетации целесообразно осуществлять сочетание существенно отличающихся между собой способов полива, таких как капельное орошения и мелкодисперсное дождевание.

Сочетание капельного полива и мелкодисперсного дождевания позволяет объединить положительные качества, присущие каждому способу в отдельности, устранить ряд недостатков, свойственных им при раздельном применении, и создать принципиально новое оборудование для комбинированных поливов с дискретной технологией.

Немаловажным фактором при создании такого оборудования является использование принципа импульсной подачи воды для предотвращения засорения капельно-дождевальных водовыпусков взвешенными наносами и отложениями солей, для чего в капельницах необходимо применение проходных отверстий диаметром 2,0 мм и более, что позволит снизить затраты на фильтростанции, так как в таких системах необходимость фильтров тонкой очистки воды исключается.

Системы дискретного капельного орошения позволят объединить положительные качества капельного орошения и мелкодисперсного дождевания при водоподаче максимально приближенной к текущему водопотреблению растений, создать благоприятные условия для роста и развития растений и обеспечивают технологию непрерывного орошения. Для осуществления дискретной технологии полива разработаны схемы комплектов капельно-дождевального орошения (рисунок 1).

Такая система при необходимости может иметь фильтростанцию, узел подготовки и внесения удобрений, регуляторы давления, клапана высвобождения воздуха (вантузы) и контрольно-измерительные приборы.

Работа системы орошения на примере принципиальной схемы с двумя модульными участками (рисунок 1а) осуществляется следующим образом.

При необходимости полива по сигналам датчика или в соответствии с программой включается в работу напорообразующее устройство 2, связанное с водоисточником 1 и вода через запорную арматуру 3 поступает в устройство водораспределения и управления работой (УВ и УР) 4, которым осуществляется подача воды на одну из зон полива и далее по распределительным и поливным трубопроводам этой зоны к капельницам непрерывного или импульсного принципа работы. При установке на поливных трубопроводах капельниц непрерывного полива осуществляется полив растений одной из зон в постоянном режиме водоподачи, время проведения которого задается УВ и УР. Далее аналогичный процесс происходит на другой зоне полива.

1 – водоисточник; 2 – напорообразующее устройство; 3 – запорная арматура; 4 – устройство водораспределения и управления работой; трубопроводы: 5 – распределительные, 6 –поливные; 7, 8 – модульный участок (зона); 9 –капельно-дождевальный водовыпуск

Рисунок 1 - Принципиальные схемы модульных комплектов

капельно–дождевального орошения

При установке на поливных трубопроводах капельно-дождевальных водовыпусков импульсного принципа работы в результате поступления воды на одну из зон полива происходит аккумуляция расхода и напора в емкостях гидроаккумуляторах водовыпусков до расчетных величин. Далее устройством УВ и УР осуществляется переключение водоподачи на другую зону полива. В первой зоне полива формируется сигнал понижения давления в сети технологических трубопроводов определенной продолжительности и происходит срабатывание запорных органов водовыпусков и подача накопленного объема воды к растениям в режиме капельного орошения или дождевания.

Во второй зоне полива происходит аккумуляция расхода и напора в емкостях водовыпусков до заданных величин и далее по сигналу понижения давления в сети трубопроводов осуществляется полив растений. Закрытие запорных органов капельниц или водовыпусков происходит за счет сигнала повышения давления.

Импульсные водовыпуски имеют одно устойчивое положение, когда в сети напорных трубопроводов давление повышается или остается постоянным во времени, и одно неустойчивое положение, когда в сети давление падает. Перевод водовыпусков из устойчивого положения в неустойчивое (рабочее) производится под воздействием запускающего импульса (падение давления в сети), вырабатываемого устройством УВ и УР при переключении водоподачи с одной зоны полива на другую.

Система позволяет в момент одновременного срабатывания всех капельно-дождевальных водовыпусков импульсного принципа работы достичь максимального давления, так как запускающий импульс посылается в тот момент, когда скорость движения воды в сети трубопроводов практически равна нулю.

Регулировка времени срабатывания технических средств полива на зонах полива обеспечивается запорно-регулирующей арматурой УВ и УР (рисунок 2).

1 – напорообразующее устройство;

2 - магистральный трубопровод;

3 - корпус устройства поочередной подачи воды; 4 – клапан; 5 (6) – седло;

7 (8) – распределительный трубопровод;

9 –дозатор; 10 – вилка; 11 (12) – каналы;

13 – клапан; 14 (17) – седло;

15 (16) – клапан; 18 – пружина;19 – кран

Рисунок 2 - Принципиальная схема устройства водораспределения и управления работой системы.

Установка капельно-дождевальных водовыпусков на поливных трубопроводах позволяет осуществлять подачу порций воды к растениям в режиме капельного полива или дождевания.

При размещении на орошаемом массиве одного модульного участка с группой аналогичных капельниц применяется принципиальная схема системы орошения, показанная на рисунке 1 б). В этом случае устройство водораспределения и управления работой системы осуществляет подачу воды только на данный модульный участок для капельниц непрерывного полива, а для капельниц или водовыпусков импульсного принципа работы применяется устройство управления типа генератора импульсов давления.

Основными элементами комплектов дискретного орошения являются капельно-дождевальные водовыпуски, а также устройства водораспределения и управления работой системы (генераторы импульсов давления) (рисунок 3).

1, 2 – задвижки; 3 – напорный клапан; 4 – сливной клапан; 5 – кран;

6 – трубопровод; 7 – клапан-распределитель; 8, 9 – реле давления; 10 –сеть;

11 – дождеватель импульсный; 12 – камера; 13-16 – шланги

Рисунок 3 - Принципиальная схема генератора импульсов давления

Наиболее перспективным для дискретной технологии полива является импульсный капельно-дождевальный водовыпуск (рисунок 4), который позволяет обеспечить фиксированный объем водоподачи к растениям независимо от рельефа местности, а в условиях высоких температур и низкой влажности воздуха за счет молоинтенсивного дождевания улучшить микроклиматические показатели, что тем самым способствует повышению их урожайности.

1 – корпус, 2, 3– крышка 4 – полупроводниковая манжета, 5 – колпак, 6 – эластичный шар, 7 – переходник, 8 – корпус крана, 9 – переключатель, 10 – дождевальная насадка, 11 – поливная трубка

Рисунок 4 - Импульсный капельно-дождевальный водовыпуск

Применение в водовыпуске эластичного водонепроницаемого вкладыша в виде шара позволяет устранить возможность выноса воздуха в атмосферу и тем самым обеспечить постоянный объем водоподачи. В водовыпуске применены проходные отверстия диаметром 2 мм и более, что обеспечивает вынос инородных частиц, имеющихся в поливной воде, и тем самым снижает требования к ее водоочистке.

Технология орошения дискретным капельно-дождевальным орошением складывается из чередующихся синхронного и асинхронного режимов работы водовыпусков (в случае простоев).

Асинхронный режим орошения оптимизируется путем возможной минимизации продолжительности цикла «накопление-выплеск», то есть увеличения интенсивности водоподачи.

Работа водовыпусков дискретного капельно-дождевального орошения в асинхронном режиме устанавливается из условий поддержания влажности почвы близкой к оптимальным значениям (75-80% НВ). При этом ее значения могут несколько превышать оптимум или требуют восполнения в кратчайшие сроки.

Проведенные наблюдения показали, что параметры, характеризующие микроклимат орошаемого поля изменяются в зависимости от применяемой технологической схемы полива. Наибольшая разность температуры и влажности воздуха отмечается на высоте 0,2 м от поверхности земли. Разность температур между капельно-дождевальным орошением и капельным орошением доходила до 2,3^оС, а разность между значениями влажности воздуха достигала 20-21%, то есть применение в напряженный период вегетации дополнительного дождевания позволяет значительно улучшить условия роста и развития молодого яблоневого сада.

В течение вегетационного периода капельно-дождевального орошения показал хорошую работоспособность и надежность. При этом в яблоневом саду 2007 года посадки (сорт Годлен Делишес) урожайность составила 69 ц/га – при обычном дождевании и 82,04 ц/га - при капельном орошении системой совместного производства Узбекистан-Израиль фирмы «Санпласт».

Урожайность яблоневого сада на участке полива системой дискретного капельно-дождевального орошения составила 85,48 ц/га, что на 22,3 % превысило урожайность по сравнению с обычным дождеванием и на 4,2% в сравнении с капельным орошением.

Экономическая эффективность на 1 га от применения системы дискретного капельно-дождевального орошения при стоимости яблок 150 тенге/кг составила в сравнении с обычным дождеванием 247200 тенге и 51600 тенге в сравнении с системой капельного орошения.

Выводы

Дискретная технология капельно-дождевального орошения позволят снизить требования к системе очистки воды, улучшить воздушно-тепловой режим сельскохозяйственных культур и повысить урожайность.