Рекомендации при проектировании системы подпочвенного капельного орошения
Подпочвенное капельное орошение — это техника полива, которая позволяет подавать воду и питательные вещества под поверхностью почвы. Данная система позволяет создать оптимальные условия для развития корневой системы и растения.
Описываемая техника позволяет более оптимально использовать водные ресурсы, энергию и удобрения, являясь очень эффективным альтернативным методом по экономическим, агрономическим и экологическим показателям.
Благодаря особенностям данной технологии полива при подпочвенном орошении пространственное распределение воды зависит от нескольких факторов, которые обязательно нужно учитывать при построении дизайна системы:
- физические характеристики почвы
- вылив капельниц-эмиттеров
- расстояние между капельницами
- норма и частота поливов
- эвапотранспирация растения
- глубина размещения капельниц.
Основные характеристики системы подпочвенного орошения:
- локальный характер и высокая частота поливов
- снижение или отсутствие зоны намокания поверхности почвы
- отсутствие элементов системы орошения на поверхности почвы
Система подпочвенного орошения подходит для следующих культур:
Древесные культуры: Миндаль, Оливковое дерево, Персиковое дерево и др.
Экстенсивные культуры: Кукуруза, Виноградная лоза, Ячмень и др.
Преимущества системы подпочвенного орошения
Подача воды непосредственно в корневую зону:
- лучшая эффективность распределения поливной воды
- экономия и эффективное использование удобрений
- снижение энергозатрат
- предотвращение стока воды
- снижение стресса для растений
Отсутствие элементов системы полива на поверхности почвы:
- точность размещения капельниц в точки подачи воды
- снижение повреждений животными и случаев вандализма
- отличная интеграция в ландшафт
- отсутствие воздействия солнечного излучения на компоненты системы
- снижение трудозатрат на обслуживание
- снижение стоимости обслуживания
- снижение и облегчение работ по культивации
Снижение или отсутствие зоны намокания поверхности почв:
- сокращение развития сорняков или их отсутствие
- снижение риска возникновения заболеваний и грибков
- положительное влияние на качественные характеристики почвы
Рекомендации при проектировании системы подпочвенного капельного полива
Чтобы получить все преимущества системы подпочвенного полива, требуется ее тщательное проектирование, установка, эксплуатация и обслуживание.
Критерии по выбору прокладки системы трубопровода являются аналогичными традиционной системе капельного полива, но с учетом некоторых важных факторов: выбора, размера и размещения сопутствующих элементов.
Установка системы должна включать в себя тщательный отбор элементов и точное проведение работ для предотвращения проблем с засорением капельниц в будущем. Правильное проведение работ также предполагает простоту в проверке системы и ее наладке.
Сопутствующие элементы системы можно классифицировать по группам:
- основные компоненты системы
- полевые элементы
Основные элементы системы
Позволяет получить поточный расход каждого из поливаемых секторов, его оценку и временные параметры.
Система подачи удобрений
Позволяет подать запланированный объем удобрений требуемого содержания. Доза питания подается непосредственно в корневую зону.
Обеспечивает надлежащие качество воды, поступающее в систему вне зависимости от нормы вылива, давления и состояния фильтруемой среды.
Дренажные коллекторы в конце линий
Облегчают проведение проверки и обслуживания, снижают риск засорения трубопровода твердыми отложениями внутри системы.
Клапаны сброса воздуха
Размеры, количество и размещение клапанов сброса воздуха должны гарантировать давление в капельницах ниже атмосферного после остановок полива.
Постоянный контроль давления в различных частях системы.
С другой стороны ручные клапаны изолируют сектора полива друг от друга, что позволяет лучше контролировать отдельный сектор и выдерживать необходимые для него требования. В системе также могут применятся и другие виды клапанов, такие как обратный или клапан поддержания давления, которые помогают избежать потери части установки и дополняют функции клапанов сброса воздуха.Чаще всего в системах подпочвенного капельного орошения используются клапаны с регулировкой давления. Они предотвращают возникновение в системе избыточного давления и поддерживают его на необходимом для систем SDI уровне.
Размещение капельниц под землей предъявляет высокие требования к качественным характеристикам компенсированных капельниц-эмиттеров с анти-всасывающим эффектом с высокой эффективность от засорения.
Строение капельница с анти-всасывающим эффектом против засорения является жизненно необходимым условием для надлежащей работы системы подпочвенного орошения.
Использование орошаемых земель в степных зонах
Подпочвенное орошение, как один из перспективных способов полива, привлекает все большее внимание исследователей. Данные ученых многих стран говорят о высокой эффективности подпочвенного орошения. Широко применяемые сейчас способы полива — поверхностное орошение и дождевание — имеют существенные недостатки: разрушается структура почвы, много воды уходит на испарение, создаются условия для возникновения болезней, на последующую обработку почвы затрачивается много труда и средств.
При подпочвенном орошении вода поступает непосредственно к корневой системе растений. Ее запасы равномерно распределяются в нижних слоях почвы, защищенных от испарения, и долго сохраняются. Поэтому снижается количество воды, подаваемой на орошение, повышается коэффициент ее полезного использования. Создаются благоприятные условия для жизнедеятельности полезных почвенных бактерий, в первую очередь нитрифицирующих, затруднено распространение вирусных и грибковых заболеваний растений.
Верхний слой почвы увлажняется слабо. Мелкоукоренившиеся сорняки гибнут от недостатка влаги. Поскольку нет нужды в послеполивной обработке почвы, ее структура не разрушается. Затраты труда на подпочвенный полив ниже, чем при поверхностных поливах и дождевании. Отсутсвие на поверхности почвы борозд и валиков временных оросителей позволяет вести перекрестную обработку полей. Подача воды легко регулируется в необходимых дозах.
Вместе с водой можно вносить удобрения непосредственно к корням растений. Процесс подачи воды можно легко автоматизировать, что повысит производительность труда поливальщиков и значительно улучшит условия их работы.
Системы подпочвенного орошения используют для двустороннего регулирования режима влажности почвы. В период весеннего снеготаяния по системе отводится избыточная влага, и это ускоряет созревание почвы, а в вегетационный период, когда влаги в почве недостаточно для оптимального развития растений, вода по системе подпочвенных увлажнителей подается к корням растений.
В настоящее время в России подпочвенное орошение делят на три основных вида:
- Технические способы подпочвенного орошения — по уложенным на некоторой глубине от поверхности почвы искусственным трубам;
- Подпочвенное орошение за счет подъема и регулирования уровня пресных грунтовых вод;
- Машинные способы подпочвенного орошения.
Кроме этого, применяется и кротовое подпочвенное орошение.
Внутрипочвенное орошение
Внутрипочвенное орошение (ВПО) представляет собой способ подачи воды в корнеобитаемый слой почвы с помощью различных увлажнителей, прокладываемых в почве на глубине 40. 60 см от поверхности земли. ВПО наиболее надежно функционирует на тех почвах, которые отличаются хорошими капиллярными свойствами и одновременно малопроницаемым подстилающим горизонтом.
Существует несколько схем внутрипочвенного орошения, отличающихся друг от друга способом подачи оросительной воды (рис. 8.7).
Применение ВПО преследует определенные цели и имеет ряд преимуществ перед другими способами орошения:
- • высокий коэффициент земельного использования (0,98. 0,99) благодаря подземным коммуникациям;
- • снижение суммарного водопотребления на 15. 40% благодаря снижению испарения с поверхности почвы и более экономному расходованию оросительной воды, подаваемой непосредственно к корням растений;
Рис. 8.7. Схемы внутрипочвенного орошения: а — упрошенная; б — дренажная; в — кротовая; г — очагово-дренажная; / — дно и стенки траншеи; 2 — почва; 3 — увлажнители; 4 — шель от ножа кротователя
• улучшенный рост и развитие растений, а также увеличение урожайности на 20. 40%.
Наряду с этим ВПО имеет и свои недостатки, которые в основном заключаются в следующем: верхний 10-сантиметровый слой почвы увлажняется недостаточно; затраты на строительство ВПО, особенно при использовании полиэтиленовых увлажнителей, достаточно высоки.
По характеру поступления воды в почву ВПО подразделяется на напорное, безнапорное и вакуумное. При напорном ВПО влага в почву поступает при напоре большем, чем глубина заложения увлажнителей (0,6. 2,0 м), при безнапорном ВПО — от0,1 до 0,5 м; при вакуумном ВПО влага в почву поступает под действием сосущей силы.
Проектируют ВПО обычно на участках со спокойным рельефом местности. По длине увлажнителей допускаются обратные уклоны с превышением на 5. 10 см (это также является положительной особенностью ВПО). Проектирование ведут по продольной схеме, при которой увлажнители располагают по наибольшему уклону (см. рис. 8.7).
Магистральную и распределительную сети выполняют из асбестоцементных и полиэтиленовых труб (последние предпочтительнее), увлажнительную — из полиэтиленовых труб, а также из закрепленных или обычных кротовин.
Систему кротового орошения устраивают по открытой или закрытой схеме. При закрытой сети вода в кротовины поступает из оросительного трубопровода через пористую (щебеночную) засыпку (см. рис. 8.8). Подача воды в оросительный трубопровод регулируется задвижкой. Уклон оросительного трубопровода принимают не более 0,001. Длина оросительных трубопроводов обычно составляет 100. 150 м, расстояние между ними — 150. 180 м, а между распределительными трубопроводами — 200. 300 м. Расстояние между кротовинами составляет 0,8. 1,2 м, а расход воды в них — 0,2. 0,5 л/с. Кротовые увлажнители нарезают с одновременным закреплением их раствором полимера.
Рекомендуемые контуры увлажнения почвы при применении полиэтиленовых увлажнителей ВПО [13]
Чем отличается подпочвенное орошение от капельного
«Сандэнс фармз» в аризонской долине Каса Гранде представляет собой образец эффективности в орошаемом земледелии. Как показывает Говард Вюрц, на 830 гектарах, где выращиваются хлопок, пшеница, ячмень, сорго, кукуруза, арбузы без косточек, мускусная дыня, эффективность сельскохозяйственных ресурсов является результатом целого комплекса мероприятий.
Для некоторых ресурсов и видов человеческой деятельности характерная на сегодня производительность делает «фактор четыре» труднодостижимым. В орошаемом земледелии, где отдельные хозяйства используют воду очень неэффективно, многие более крупные промышленные фермы достигают эффективности водопользования на уровне 40—60%. Это означает, что из всей воды, подаваемой на поля, 40—60% сначала забирается культурами для удовлетворения своих потребностей, а затем испаряется каждым растением. Остальная часть теряется из-за поверхностного стока, просачивания воды в глубь почвы или уносится ветром при разбрызгивании дождевальной установкой. Повышение эффективности водопользования до 100%, так, чтобы каждая подаваемая на поле капля воды в конечном итоге испарялась самим растением, увеличило бы экономию ресурсов лишь в 1,7—2,5 раза.
Когда Говард Вюрц в 1980 г. начал переходить с полива по бороздам и по поверхности на подпочвенное капельное орошение, он повысил эффективность использования воды на поле примерно с 60% до 95% и более, т. е. в 1,6 раза. Линии капельного орошения, закопанные на глубину 20—25 см, испускают небольшие количества воды прямо в зоне корней растения. Поверхность почвы обычно остается сухой, что уменьшает поверхностное испарение, а корневая зона никогда не смачивается до насыщения, что сокращает объем стока и просачивание в глубину. Несколько процентов теряемой воды приходятся в основном на то, чтобы время от времени промывать линии капельного орошения.
Экономия воды важна для засушливой Аризоны, но, быть может, еще важнее были другие выгоды. Сначала Вюрц установил, что может сократить операции по обработке почвы, заменив вспашку, обработку бороной, разравнивание земли (отдельные этапы подготовки ложа для посадки семян и эффективного поверхностного полива) просто неглубокой обработкой поверхности. Исследования, проведенные Ари-зонским университетом на его ферме, показали, что он сократил потребление энергии на обработку почвы на 50%. Упрощенная обработка обеспечивала также ускоренный севооборот полей после сбора урожая, позволяя в отдельные годы снимать по два урожая. Далее, поскольку линии капельного орошения сократили потери воды, с полей меньше вымывалось гербицидов и удобрений. Использование гербицидов сократилось на 50%, а расход азотных удобрений уменьшился на 25—50%. Кроме того, меньше воды нужно было качать турбинами из глубоких скважин, что сократило расход энергии на 50%.
Наконец, урожайность возросла на 15—50%. Этому, вероятно, способствовал ряд факторов: более равномерная подача воды, большая эффективность системных инсектицидов, подаваемых теперь через линии капельного орошения непосредственно к корням растений, лучшее решение проблемы борьбы с понижающими урожайность солями, которые часто накапливаются на полях при поверхностном орошении. Более высокие урожаи при меньшем потреблении воды означали сокращение расхода воды в 1,8—2,4 раза в жаркой пустыне, где затраты на орошение сводили на нет даже самые очевидные возможности экономии.
«Сандэнс фармз» — не какой-нибудь пижонский участок, на котором выращиваются овощи. Это серьезное промышленное производство. Установка линий капельного орошения, закопанных на глубину, недоступную для сельскохозяйственной техники, обошлась дорого, но совокупное сокращение затрат и повышение производительности сделали капиталовложения весьма эффективными. В будущем, следуя примеру таких фермеров, как Говард Вюрц, бережливые хозяева крупных сельскохозяйственных предприятий будут все больше стремиться к достижению тех многочисленных выгод, которые обеспечиваются передовыми сельскохозяйственными технологиями и методами управления.
А тем, кто заинтересован в «факторе четыре» или в еще большем повышении эффективности, скажем, что необходимо либо перейти на культуры, потребляющие меньше воды (хлопок едва ли предназначен для выращивания в пустынях), либо использовать сами культуры более эффективно.
Как вы думаете, кто изобрел способ подачи драгоценной воды растущим в пустыне культурам по капле, непосредственно к корням и со скоростью, которая им необходима? Конечно же, анасази — индейцы, жившие когда-то на американском юго-западе. Они закапывали неглазурованный глиняный горшок по горлышко в землю, заполняли его водой, закрывали крышкой и сажали вокруг него кукурузу и бобы. Питаясь медленно просачивающейся через глиняный горшок влагой, растения начинали расти вокруг горшка, их корни проникали во влажную глину, а листья затеняли крышку от солнца. Каждую неделю добавлялся другой такой же горшок. Сегодня у нас есть высокотехнологичные полимерные эмиттеры и трубы вместо глиняных сосудов и компьютерное управление для поддержания водоснабжения, но принцип современной капельной системы удивительно похож на древние методы.
