Выбор технологий и технических средств для рационального орошения земель

Для рационального использования водных, земельных, материально-технических и энергетических ресурсов большое значение имеет выбор технологий орошения и техники, адаптированной к различным природным и хозяйственным условиям. При обосновании необходимо учитывать выполнение экологических и экономических требований, предъявляемых к технологиям и техническим средствам полива:

• создание и поддержание оптимальной для роста и развития растений влажности почвы;
• сохранение структуры и физических свойств почвы;
• обеспечение активной деятельности микроорганизмов в почвообразовательном процессе и повышение плодородия почв;
• предотвращение процесса образования луж и поверхностного стока с целью исключения водной эрозии и переувлажнения почвы;
• рациональное использование тепловых и водных природных ресурсов;
• расчёт экологически безопасных поливных норм;
• внесение в почву с поливной водой минеральных и органических удобрений, микроэлементов, химических мелиорантов, гербицидов;
• предотвращение подъёма уровня грунтовых вод, образования верховодки и заболачивания почв, исключение потерь воды на глубинную фильтрацию;
• предотвращение подъёма солей в верхние горизонты почвы путем их выноса в дренажную сеть;
• рациональное использование интегральных ресурсов.

Таким образом, применение тех или иных способов орошения и технологий полива должно осуществляться с учётом конкретных природно-хозяйственных условий региона и наличия водных и земельных ресурсов, необходимых для получения устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур, сохранения и повышения плодородия земель.

Выбор способа и технологий орошения представляет собой сложную инженерно-экологическую задачу, для решения которой необходимо учитывать следующие факторы:

• почвенно-климатические условия (характер увлажнённости, температурный режим воздуха и почвы, водообеспеченность, испаряемость, ветровой режим, качество водоисточников, глубина залегания грунтовых вод и др.);
• выращиваемые сельскохозяйственные культуры (состав севооборота, характер развития растений, требования к режиму орошения, технология выращивания, урожайность);
• система ведения земледелия, механизация хозяйства, трудовые и энергетические ресурсы, другие организационные и хозяйственные условия.

В настоящее время в орошаемом земледелии применяются следующие способы орошения: поверхностный, дождевание, внутрипочвенный, капельный, аэрозольный (мелкодисперсное дождевание). В соответствии с принятой классификацией каждый способ имеет разновидности, определяемые способами подачи и распределения воды при поливе.

Рис. 26. Классификация способов орошения

В табл. 25 приведены примерные соотношения частей поливной нормы, идущих на увлажнение почвы и воздуха.

Для каждого способа орошения характерны особенности технологических процессов.

Самый распространённый способ механизированного полива дождевание. При строгом соблюдении технологии этот способ орошения не сопровождается заболачиванием и засолением почвы, обеспечивает высокую равномерность распределения воды. При таком способе полива не требуется тщательная планировка поля, одновременно с дождеванием можно вносить средства химизации, увлажнять приземный слой воздуха, что положительно сказывается на росте и развитии растений.

В настоящее время широкое распространение получил полив высокопроизводительными широкозахватными дождевальными машинами типа «Фрегат», «Кубань-К», предназначенными для по лива всех сельскохозяйственных культур, включая высокостебель ные и используемыми на любых типах почв. Технические характе ристики дождевальных машин обеспечивают экологически безо пасное ресурсосберегающее орошение сельскохозяйственных культур, т.е. допустимая интенсивность дождя (без стока и образования луж при заданной поливной норме) составляет: для тяжёлых почв ОД-0,2 мм/мин, средних - 0,2-0,3, лёгких - 0,5-0,8 мм/мин.

К особенностям орошения такими машинами относится необхо димость обеспечения равномерного слоя дождя по длине водопро водящего трубопровода. При этом интенсивность полива должна быть согласована с впитывающей способностью почвы таким обра зом, чтобы полив не сопровождался образованием стока воды и другими негативными последствиями.

Данная технология дает возможность создать контролируемые условия влагосодержания, повысить степень полезного использо вания естественных осадков, их аккумуляцию в верхних, почвен ных горизонтах.

Технология дождевания с низкой интенсивностью осадков реа лизуется на малорасходных модификациях дождевальных машин, работающих в движении, а также на стационарных дождевальных системах прерывистого и импульсного дождевания.

Система дождевальных машин и установок для небольших фер мерских участков обеспечивает возможность дождевания с низкой интенсивностью слоем до 10 мм. К разработкам данного класса относится комплект ирригационный с переносными крыльями КИ-5, который предназначен для поливов технических, кормовых, овощных и бахчевых культур, сенокосов и пастбищ на торфяных, песчаных и среднесуглинистых почвах на площади 5 га.

В условиях дефицита воды и роста тарифов на электроэнергию перед агрономом стоит задача снизить энергоемкость полива и защитить почву от переувлажнения. Решить эту проблему позволяют технологии дождевания низкой интенсивности, микроорошения и внутрипочвенного полива. Они обеспечивают растения влагой строго по графику их водопотребления, снижают эксплуатационные затраты и позволяют автоматизировать процесс ухода за посевами.

• Снижение расхода воды при внутрипочвенном орошении — 15–40%
• Рост урожайности культур при ВПО — 20–40%
• Коэффициент использования воды при микроорошении — 0,96–0,98
• Коэффициент земельного использования (КЗИ) при ВПО — 0,98–0,9

Технологии микроорошения и капельного полива

Микроорошение дозирует подачу воды в строгом соответствии с потребностями культуры. Режим полива рассчитывают индивидуально, учитывая поливные нормы, сроки и продолжительность орошения, конфигурацию зон увлажнения, количество и характеристики капельниц. Характеристики почвы и схема расстановки оборудования также напрямую влияют на параметры увлажнения.

Для точного расчета параметров микроорошения используют следующие формулы:

Объем увлажнения почвенного очага (Wlnt, м³):
Wlnt = 100 * y * h * Ant * (WFc - Wpw)
где:

• y — объемная масса почвы, т/м³;
• h — глубина расчетного слоя почвы, м;
• Ant — площадь увлажнения, м²;
• WFc — наименьшая влагоемкость абсолютно сухой почвы, %;
• Wpw — предполивная влажность почвы (нижняя граница оптимального увлажнения), доли единицы.

Предельно допустимая продолжительность полива (tadm, ч):
tadm = Wlnt / (Ef * gdr * n)
где:

• Ef — коэффициент использования воды (0,96–0,98);
• gdr — расход капельницы, л/ч;
• n — число капельниц на 1 га.

В зависимости от технических условий на поле выбирают один из вариантов капельного полива:

• Классическое капельное орошение. Применяется на участках с уклоном до 0,35. Рабочее давление в сети составляет 0,1–0,4 МПа при расходе капельницы 2–6 л/ч. Вода поступает каплями или тонкими струями строго в зону максимального развития корней.
• Низконапорное капельное орошение. Подходит для ровного пологого рельефа с уклоном от 0,03° до 0,35°. Расход воды составляет 4–20 л/ч. Метод поддерживает оптимальный водно-воздушный режим почвы, полностью исключая поверхностный или глубокий сброс воды, и позволяет получать планируемые урожаи овощей при фертигации.

Внутрипочвенное орошение и выбор техники

Внутрипочвенное орошение (ВПО) подает воду непосредственно к корням через систему увлажнителей, уложенных на глубине 40–60 см. К этому же типу полива относится субирригация — искусственный подъем уровня грунтовых вод. ВПО разделяется на три типа по способу подачи воды: напорное, безнапорное и вакуумное. По сравнению с дождеванием и поверхностным поливом эти системы имеют наивысший КПД.

Для определения параметров внутрипочвенного полива используют расчетные формулы:

Поливная норма (m, м³/га):
m = 0,65 * h * B * (WFc - WG) * l / n
где:

• l — длина увлажнителя, м;
• n — количество увлажнителей на 1 га (зависит от их длины и средней ширины полосы увлажнения B);
• h и B — параметры контура увлажнения, определяемые механическим составом почвы;
• WFc — наименьшая влагоемкость;
• WG — предполивная влажность почвы.

Продолжительность полива (t, ч):
t = rw / (vv * vi)^0,5
где:

• rw — условный слой воды, необходимый для насыщения почвенной колонки расчетной глубины, м;
• vv и vi — средняя скорость впитывания воды почвогрунтом за период от 1 до 12 часов, м/ч.

Если для полива выбрано дождевание, важно учитывать экологические ограничения местности. В таблице ниже приведены допустимые параметры для работы серийной дождевальной техники.

Критерии выбора дождевальной техники по условиям поля

При выборе дождевального оборудования главная задача агронома — сопоставить технические характеристики машин с реальными условиями конкретного поля. Важно учитывать уклон участка, скорость впитывания воды почвой, глубину залегания грунтовых вод и ветровой режим. Ошибка в расчетах приведет к переувлажнению, водной эрозии или быстрому выходу техники из строя. Ниже приведены жесткие лимиты, превышение которых делает полив неэффективным и опасным для структуры почвы.

• Допустимая скорость ветра для работы систем — До 5 м/с
• Несущая способность почвы для шланговых дождевателей — Не менее 70 кПа
• Максимальный уклон для стационарных систем СИД — До 0,3
• Минимальная глубина залегания минерализованных вод — Более 2 м

При выборе техники для фермерских хозяйств на первый план выходят экологические требования к орошению. Машины должны бережно расходовать воду, не разрушать структуру почвы и полностью исключать риск вторичного засоления. Для этого важно соотносить тип дождевателя с фактической водопроницаемостью грунта и уровнем залегания пресных или минерализованных грунтовых вод. Допустимые экологические границы применения для фермерских оросительных установок приведены ниже.

ы                                                                                                           П родолж ение табл. 27
о
                                          Коэффициент
                                                                        Глубиназале­
                                           естественной                                                    Макси­
    Наименование вида ирригационного                                    гания грунто­    Глубиназале­                  Показатель
                                          природной ув-   Водопрони­                                      мальный
    оборудования, поливного устройства,                                   вых вод, м     гания подсти­               выровценности
                                            лажненно-      цаемость                                      уклон по­
      характеристика технологического                                       (прес-      лающего почву                 поверхности
                                          сти/суточный    почвы, см/ч                                    верхности
                 процесса                                                ных/минера-        слоя, м                   участка, м3/га
                                          расход влаги,                                                   участка
                                                                        лизованных)
                                               м3/га
    Дождеватель импульсного дейст­          Более 0,3        1-30         Более 1         Более 0,3       0-0,05      М енее 1000
    вия, работающий в движении с             30-60                        Более 2
    забором воды из трубчатой сети
    (ДШИ-3)
    Перемещаемый дождевальный              Более 0,3         1-30         Более 1         Более 0,3        0-0,1      М енее 400
    шлейф импульсного действия с             30-80                        Более 2
    забором воды из трубчатой сети
    (шлейф с дождевальной тягой
    «Роса-3»)
    Дождевальная однопролетная             Более 0,3         5-30         Более 1         Более 0,5       0-0,03      М енее 500
    машина кругового действия с              30-80                        Более 2
    забором воды из трубчатой сети
    («Карусель», «Мини-Карусель-
    К»)
    Дождевальная многопролетная            Более 0,3         5-30         Более 1         Более 0,5       0-0,02      М енее 400
    машина кругового действия с              30-80                        Более 2
    забором воды из трубчатой сети
    («Фермер-Кубань-ЛК-1», «Ф ер­
    мер-Фрегат»)
Дождевальная машина фронталь­      Более 0,3   5-30     Более 1     Более 0,5   0-0,03   М енее 500
ного действия, работающая в         30-80               Более 2
движении с забором воды из пе­
ремещаемого шланга, питающе­
гося от трубопроводной сети
(«Мин и-Кубань-ЛК», «Мини-
Фрегат-ФШ»)
Дождевальный колесный трубо­       Более 0,3   5-20     Более 1     Более 0,5   0-0,02   М енее 400
провод позиционного действия с      30-80               Более 2
забором воды из гидрантов труб­
чатой сети (ТКА-24)
Стационарно-сезонный комплект      Более 0,3   5-20     Более 1     Более 0,3   0-0,1    М енее 1000
медленного, в том числе проти-      30-60               Более 2
возаморозкового дождевания
Стационарная система прерыви­      Более 0,3   10-30    Более 1     Более 1,0   0-0,05   М енее 400
стого дождевания с гидроавтома­     30-80               Более 2
тическим управлением (Д А У -30)
Стационарная система мелкодис­     Более 0,3   0,1-25   Более 0,5   Более 0,3   0-0,3    М енее 3000
персного дождевания с забором        20-60               Более 1
воды из трубчатой сети
        7, МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ