Вибір технологій та технічних засобів для раціонального зрошення земель

Для раціонального використання водних, земельних, матеріально-технічних та енергетичних ресурсів велике значення має вибір технологій зрошення і техніки, адаптованої до різних природних і господарських умов. При обґрунтуванні необхідно враховувати виконання екологічних та економічних вимог, що висуваються до технологій і технічних засобів поливу:

• створення і підтримання оптимальної для росту і розвитку рослин вологості ґрунту;
• збереження структури і фізичних властивостей ґрунту;
• забезпечення активної діяльності мікроорганізмів у ґрунтоутворювальному процесі та підвищення родючості ґрунтів;
• запобігання процесу утворення калюж і поверхневого стоку з метою виключення водної ерозії та перезволоження ґрунту;
• раціональне використання теплових і водних природних ресурсів;
• розрахунок екологічно безпечних поливних норм;
• внесення в ґрунт з поливною водою мінеральних і органічних добрив, мікроелементів, хімічних меліорантів, гербіцидів;
• запобігання підйому рівня ґрунтових вод, утворення верховодки і заболочування ґрунтів, виключення втрат води на глибинну фільтрацію;
• запобігання підйому солей у верхні горизонти ґрунту шляхом їх винесення в дренажну мережу;
• раціональне використання інтегральних ресурсів.

Таким чином, застосування тих чи інших способів зрошення і технологій поливу має здійснюватися з урахуванням конкретних природно-господарських умов регіону та наявності водних і земельних ресурсів, необхідних для отримання сталих урожаїв сільськогосподарських культур, збереження і підвищення родючості земель.

Вибір способу і технологій зрошення являє собою складну інженерно-екологічну задачу, для вирішення якої необхідно враховувати такі фактори:

• ґрунтово-кліматичні умови (характер зволоженості, температурний режим повітря і ґрунту, водозабезпеченість, випаровуваність, вітровий режим, якість вододжерел, глибина залягання ґрунтових вод та ін.);
• вирощувані сільськогосподарські культури (склад сівозміни, характер розвитку рослин, вимоги до режиму зрошення, технологія вирощування, урожайність);
• система ведення землеробства, механізація господарства, трудові та енергетичні ресурси, інші організаційні та господарські умови.

У наш час у зрошуваному землеробстві застосовуються такі способи зрошення: поверхневий, дощування, внутрішньоґрунтовий, краплинний, аерозольний (дрібнодисперсне дощування). Відповідно до прийнятої класифікації кожен спосіб має різновиди, що визначаються способами подачі та розподілу води при поливі.

Рис. 26. Класифікація способів зрошення

У табл. 25 наведено приблизні співвідношення частин поливної норми, що йдуть на зволоження ґрунту і повітря.

Для кожного способу зрошення характерні особливості технологічних процесів.

Найпоширеніший спосіб механізованого поливу дощування. При суворому дотриманні технології цей спосіб зрошення не супроводжується заболочуванням і засоленням ґрунту, забезпечує високу рівномірність розподілу води. При такому способі поливу не потрібне ретельне планування поля, одночасно з дощуванням можна вносити засоби хімізації, зволожувати приземний шар повітря, що позитивно позначається на рості та розвитку рослин.

У наш час широкого поширення набув полив високопродуктивними широкозахватними дощувальними машинами типу «Фрегат», «Кубань-К», призначеними для поливу всіх сільськогосподарських культур, включно з високостебловими, та використовуваними на будь-яких типах ґрунтів. Технічні характеристики дощувальних машин забезпечують екологічно безпечне ресурсоощадне зрошення сільськогосподарських культур, тобто допустима інтенсивність дощу (без стоку й утворення калюж при заданій поливній нормі) становить: для важких ґрунтів 0,1-0,2 мм/хв, середніх - 0,2-0,3, легких - 0,5-0,8 мм/хв.

До особливостей зрошення такими машинами належить необхідність забезпечення рівномірного шару дощу по довжині водопровідного трубопроводу. При цьому інтенсивність поливу має бути узгоджена зі вбирною здатністю ґрунту таким чином, щоб полив не супроводжувався утворенням стоку води та іншими негативними наслідками.

Дана технологія дає можливість створити контрольовані умови вологовмісту, підвищити ступінь корисного використання природних опадів, їх акумуляцію у верхніх ґрунтових горизонтах.

Технологія дощування з низькою інтенсивністю опадів реалізується на маловитратних модифікаціях дощувальних машин, що працюють у русі, а також на стаціонарних дощувальних системах переривчастого та імпульсного дощування.

Система дощувальних машин і установок для невеликих фермерських ділянок забезпечує можливість дощування з низькою інтенсивністю шаром до 10 мм. До розробок даного класу належить комплект іригаційний з переносними крилами КІ-5, який призначений для поливів технічних, кормових, овочевих і баштанних культур, сіножатей і пасовищ на торфових, піщаних і середньосуглинкових ґрунтах на площі 5 га.

В умовах дефіциту води і зростання тарифів на електроенергію перед агрономом стоїть завдання знизити енергомісткість поливу і захистити ґрунт від перезволоження. Вирішити цю проблему дозволяють технології дощування низької інтенсивності, мікрозрошення і внутрішньоґрунтового поливу. Вони забезпечують рослини вологою суворо за графіком їх водоспоживання, знижують експлуатаційні витрати і дозволяють автоматизувати процес догляду за посівами.

• Зниження витрати води при внутрішньоґрунтовому зрошенні — 15–40%
• Ріст урожайності культур при ВЗ — 20–40%
• Коефіцієнт використання води при мікрозрошенні — 0,96–0,98
• Коефіцієнт земельного використання (КЗВ) при ВЗ — 0,98–0,9

Технології мікрозрошення та крапельного поливу

Мікрозрошення дозує подачу води в суворій відповідності до потреб культури. Режим поливу розраховують індивідуально, враховуючи поливні норми, строки та тривалість зрошення, конфігурацію зон зволоження, кількість і характеристики крапельниць. Характеристики ґрунту та схема розміщення обладнання також безпосередньо впливають на параметри зволоження.

Для точного розрахунку параметрів мікрозрошення використовують такі формули:

Об'єм зволоження ґрунтового осередку (Wlnt, м³):
Wlnt = 100 * y * h * Ant * (WFc - Wpw)
де:

• y — об'ємна маса ґрунту, т/м³;
• h — глибина розрахункового шару ґрунту, м;
• Ant — площа зволоження, м²;
• WFc — найменша вологоємність абсолютно сухого ґрунту, %;
• Wpw — передполивна вологість ґрунту (нижня межа оптимального зволоження), частки одиниці.

Гранично допустима тривалість поливу (tadm, год):
tadm = Wlnt / (Ef * gdr * n)
де:

• Ef — коефіцієнт використання води (0,96–0,98);
• gdr — витрата крапельниці, л/год;
• n — кількість крапельниць на 1 га.

Залежно від технічних умов на полі обирають один із варіантів крапельного поливу:

• Класичне крапельне зрошення. Застосовується на ділянках з ухилом до 0,35. Робочий тиск у мережі становить 0,1–0,4 МПа при витраті крапельниці 2–6 л/год. Вода надходить краплями або тонкими струменями суворо в зону максимального розвитку коренів.
• Низьконапірне крапельне зрошення. Підходить для рівного пологого рельєфу з ухилом від 0,03° до 0,35°. Витрата води становить 4–20 л/год. Метод підтримує оптимальний водно-повітряний режим ґрунту, повністю виключаючи поверхневе або глибоке скидання води, і дозволяє отримувати заплановані врожаї овочів при фертигації.

Внутрішньоґрунтове зрошення та вибір техніки

Внутрішньоґрунтове зрошення (ВЗ) подає воду безпосередньо до коренів через систему зволожувачів, укладених на глибині 40–60 см. До цього ж типу поливу належить субіригація — штучне підняття рівня ґрунтових вод. ВЗ поділяється на три типи за способом подачі води: напірне, безнапірне та вакуумне. Порівняно з дощуванням і поверхневим поливом ці системи мають найвищий ККД.

Для визначення параметрів внутрішньоґрунтового поливу використовують розрахункові формули:

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

• l — довжина зволожувача, м;
• n — кількість зволожувачів на 1 га (залежить від їх довжини та середньої ширини смуги зволоження B);
• h та B — параметри контуру зволоження, що визначаються механічним складом ґрунту;
• WFc — найменша вологоємність;
• WG — передполивна вологість ґрунту.

Тривалість поливу (t, год):
t = rw / (vv * vi)^0,5
де:

• rw — умовний шар води, необхідний для насичення ґрунтової колонки розрахункової глибини, м;
• vv та vi — середня швидкість вбирання води ґрунтом за період від 1 до 12 годин, м/год.

Якщо для поливу обрано дощування, важливо враховувати екологічні обмеження місцевості. У таблиці нижче наведено допустимі параметри для роботи серійної дощувальної техніки.

Критерії вибору дощувальної техніки за умовами поля

При виборі дощувального обладнання головне завдання агронома — зіставити технічні характеристики машин з реальними умовами конкретного поля. Важливо враховувати ухил ділянки, швидкість вбирання води ґрунтом, глибину залягання ґрунтових вод і вітровий режим. Помилка в розрахунках призведе до перезволоження, водної ерозії або швидкого виходу техніки з ладу. Нижче наведено жорсткі ліміти, перевищення яких робить полив неефективним і небезпечним для структури ґрунту.

• Допустима швидкість вітру для роботи систем — До 5 м/с
• Несна здатність ґрунту для шлангових дощувачів — Не менше 70 кПа
• Максимальний ухил для стаціонарних систем СІД — До 0,3
• Мінімальна глибина залягання мінералізованих вод — Більше 2 м

При виборі техніки для фермерських господарств на перший план виходять екологічні вимоги до зрошення. Машини повинні дбайливо витрачати воду, не руйнувати структуру ґрунту та повністю виключати ризик вторинного засолення. Для цього важливо співвідносити тип дощувача з фактичною водопроникністю ґрунту та рівнем залягання прісних або мінералізованих ґрунтових вод. Допустимі екологічні межі застосування для фермерських зрошувальних установок наведено нижче.

                                                                                                           Продовження табл. 27
о
                                          Коефіцієнт
                                                                        Глибина заля-
                                           природного                                                      Макси-
    Найменування виду іригаційного                                      гання ґрунто-    Глибина заля-                  Показник
                                          зволоження/                                                      мальний
    обладнання, поливного пристрою,                                     вих вод, м       гання підсти-                вирівняності
                                            добова       Водопроник-                                      ухил по-
      характеристика технологічного                                       (пріс-         льного ґрунту                 поверхні
                                          витрата во-    ність ґрунту,                                    верхності
                 процесу                                                них/мінера-        шару, м                   ділянки, м3/га
                                          логи, м3/га      см/год                                         ділянки
                                                                        лізованих)
                                               м3/га
    Дощувач імпульсної дії, що пра-          Більше 0,3        1-30         Більше 1         Більше 0,3       0-0,05      Менше 1000
    цює в русі із забором води з              30-60                        Більше 2
    трубчастої мережі (ДШИ-3)
    Переміщуваний дощувальний                Більше 0,3        1-30         Більше 1         Більше 0,3        0-0,1      Менше 400
    шлейф імпульсної дії із забором           30-80                        Більше 2
    води з трубчастої мережі (шлейф
    з дощувальною тягою «Роса-3»)
    Дощувальна однопрогінна машина           Більше 0,3        5-30         Більше 1         Більше 0,5       0-0,03      Менше 500
    кругової дії із забором води з            30-80                        Більше 2
    трубчастої мережі («Карусель»,
    «Міні-Карусель-К»)
    Дощувальна багатопрогінна ма-            Більше 0,3        5-30         Більше 1         Більше 0,5       0-0,02      Менше 400
    шина кругової дії із забором во-          30-80                        Більше 2
    ди з трубчастої мережі («Фер-
    мер-Кубань-ЛК-1», «Фермер-
    Фрегат»)
Дощувальна машина фронтальної      Більше 0,3   5-30     Більше 1     Більше 0,5   0-0,03   Менше 500
дії, що працює в русі із забором    30-80               Більше 2
води з переміщуваного шланга,
що живиться від трубопровідної
мережі («Міні-Кубань-ЛК», «Мі-
ні-Фрегат-ФШ»)
Дощувальний колісний трубопрі-     Більше 0,3   5-20     Більше 1     Більше 0,5   0-0,02   Менше 400
від позиційної дії із забором во-   30-80               Більше 2
ди з гідрантів трубчастої мережі
(ТКА-24)
Стаціонарно-сезонний комплект      Більше 0,3   5-20     Більше 1     Більше 0,3   0-0,1    Менше 1000
повільного, у тому числі проти-     30-60               Більше 2
заморозкового дощування
Стаціонарна система переривчас-    Більше 0,3   10-30    Більше 1     Більше 1,0   0-0,05   Менше 400
того дощування з гідроавтоматич-    30-80               Більше 2
ним керуванням (ДАУ-30)
Стаціонарна система дрібнодис-     Більше 0,3   0,1-25   Більше 0,5   Більше 0,3   0-0,3    Менше 3000
персного дощування із забором        20-60               Більше 1
води з трубчастої мережі
        7, МЕТОДИКА ПРОГНОЗУВАННЯ