УДК 631.674 Способы орошения (полив)
ГРНТИ 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
ОКСО 35.04.09 Ландшафтная архитектура
ББК 40 Естественнонаучные и технические основы сельского хозяйства
ТБК 5613 Специальное (частное) растениеводство
ТБК 5611 Общее растениеводство. Земледелие. Агротехника
BISAC TEC003050 Agriculture / Irrigation
Обзор литературных источников позволил установить, что в Российской Федерации проведение капельного орошения по использованию оросительной воды считается наиболее водосберегающим и экологически безопасным способом орошения, а по своей технической реализации наиболее автоматизированным. В Российской Федерации имеется площадь капельного орошения до 150 тыс. га в 2021 г. Ежегодно происходит увеличение площади под капельным орошением и в 2025 г. Для промышленного производства в Российской Федерации выпускаются ленты и трубки капельного полива в масштабах около 1 млрд п.м в год. Характеристики трубок позволяют подобрать необходимые параметры полива для любой культуры и почвенных особенностей. Выпускаются ленты и трубки капельного орошения диаметром 16 мм с толщиной стенки от 0,15 до 1,2 мм с расстоянием между капельницами от 10 см и больше, расходом от 0,6 до 8 л/ч по давлению воды водовыпусками, позволяющими подобрать необходимую длину капельной линии в зависимости от величины участка. При современном требовании экономии водных и энергетических ресурсов, сохранение и повышение плодородия почв, защиты растений и агроландшафтов в целом нашли подтверждение конкретно при выращивании растений «Патриарший сад» в центральной части города Владимир. На склонах оврага созданы террасы в сложных условиях рельефа, где размещается весь комплекс агроландшафта, в частности, полив цветочных растений, яблонь, вишни и других произрастающих растений, что делает сад завершенным для отдыха людей города со своим дизайном. Кроме того, обеспечивает зону отдыха в летний жаркий период на данном объекте.
капельное орошение, поливная вода, полив цветочных растений
Введение. Ресурсосбережение в мелиорации связано с совершенствованием технологий орошения, применением ресурсосберегающих режимов и дифференцированных технологий орошения, охранной водных ресурсов и др. Объект парковой зоны использует природный склоновый ладшафтный овраг, глубиной (высотой) до 30 м, расположенный в центральной и исторической части города Владимир. Рядом протекает река Клязъма. Следует отметить, что многие элементы сада были спроектированы и заложены в послевоенные годы (http://patsad.ouvlad.ru). Исходя из расположения территории оврага, полив производят из распределительной трубопроводной сети (городской водопровод) для капельного полива. Для внедрения выбран участок «Южный склон» для капельного полива. В большей степени реализация соответствует капельный полив, который благодаря нормированной подаче поливной воды, подается непосредственно в зону питания каждого растения, согласно его биологическим потребностям при одновременном улучшении качества роста и развития растений, в частности в жаркий период времени на площади 4 га, имеющей в своем составе зоны отдыха. «Патриарший сад» города Владимир, расположен на склоне оврага с террасами, имеет также свой дизайн, который помогает людям всех возрастов проводить здесь свой отдых. При этом такие парки превращаются в цветущий красивый сад для различных экскурсионных посещений туристов, специалистов и научных работников многих профессий, молодежи, а также составляет методическую и научную базы на данном объекте. Поэтому система капельного полива является одной из главных задач по совершенствованию новых технологий полива охрана водных ресурсов, исходя из местоположения сложности рельефа территории [1-4].
Цель исследования. Разработать оптимальный режим полива цветочных растений, кустарников, плодовых деревьев, смородины и других растений способа полива данного ландшафта.
Материалы и методы. Если достоинства и недостатки капельного орошения доказаны многочисленными исследователями в различных регионах Российской Федерации, то относительно той и или иной систем орошения склоновых земель оврага в условиях полива растений на практике существенно не раскрывается достаточно полно (5-14).
Модернизация существующей системы полива включала в себя на первом этапе создание пилотного проекта для внедрения капельного полива склонового оврага с различными многочисленными построенными террасами, начиная сверху до подошвы оврага с перепадом высот до 30 м.
На рис. 1 приведена существующая схема полива с узлами для подключения поливных шлангов. В центре, на дне подошвы оврага, расположен многоструйный фонтан.
Рисунок 1- Общая схема полива сада на склонах оврага (существующая)
Опыты проводили к привязке к существующей распределительной открытой трубопроводной системы полива.
На примере посадки цветочных разных видов растений рассматривали расстояние между капельницами порядка 30 см, расход капельницы 1,6 л/ч, а также укладка капельных лент, как на землю, так и на высоте 20-30 см выше растений, чтобы проводить все операции по уходу за растениями. Для полива использовали капельную ленту, «Зеленая река», выпускаемая во Владимирской области, Александровский район, г. Струнино (ЗАО «Центр инноваций»), а также материалы авторских исследований, посвященных геометрических размеров (параметров) контура увлажнения для известных растений в данных рельефных условиях, учитывающей количество расположенных цветочных растений по длине не менее 50 штук, на капельной линии длиной до 180 м на каждой террасе.
Результаты и обсуждения. При проведении исследований известной разработанной капельной ленты с водовыпусками (эмиттеров), выше отмеченной разработки, принята следующая методика капельного полива на склонах оврага с многочисленными террасами.
В качестве первого этапа выполнение этой задачи был предложен пилотный проект, с привязкой всех ее узлов к существующей поливной трубопроводной системе, с требованием оптимизации водообеспеченности выращивания разных видов цветочных растений при отсутствии смыва почвы на склонах, а с другой стороны, дефицит водопроводной воды из городского водопровода в пределах парковой зоны города Владимир, определяющий необходимость оптимизации забора данной нормы полива для растений при сохранении почвенного плодородия.
Для реализации поставленной задачи и для поддержания влажности активного слоя почвы на уровне не менее 70% НВ производился полив нормой одной капельницей 1,6 л/ч (может быть до 2,2 л/ч), с возможностью использования существующей разводящей сети. В зависимости от погодных условий для поддержания предполивного порога 70% НВ полив проводили в основном в утренние и вечерние часы, так как исходили также от требований поочередного поддержания на террасах предполивной нормы порога влажности каждого высаженного вида цветочных растений и разбора водопроводной воды, поступающей из городского трубопровода для данной территории.
Большое значение имело место это в жаркий летний период, чтобы поддерживать предполивной порог влажности растений и ресурсосбережения, особенно с недостаточностью в данном районе города.
В данной работе рассматривается внедрение в эксплуатацию капельного полива и ее узлов распределения на узких террасах от вершины до подошвы оврага, в центре которого построен, и функционирует многоструйный фонтан (рис.1, 2, 3).
Поэтому, прежде всего, принято оценивать воду по степени жесткости (мг-экв/дм3): очень мягкая – 1,5-3,0; средней жесткости – 3,0-6,0; жесткая – 6,0-10,0; очень жесткая – 10,0 и более.
Вода поступала на полив цветочных растений из городского трубопровода, поэтому задача не ставилась об определении ее содержания микроэлементов (жесткой воды), таких как Ca2+ и Mg2+, которые могут засорить эпиттер - капельниц в системе капельного полива. Срок службы применяемой капельной линии в данных условиях составил не менее 3-х лет эксплуатации, и показал надежность и простоту ее работы, а также экономию поливной воды. В связи с этим, целью исследования является обобщения требований к возможности эксплуатации для внедрения системы капельного полива и рассмотрения способов предотвращения размыва грунта на участках террас на склонах оврага парковой зоны отдыха, т.е., отсутствует опыт полива склоновых оврагов с ярусным трассированием трасы полива, каким является объект «Патриарший сад» в центре города Владимира и системы в ее отдельных элементах.
Имеются рекомендации по расчету влажности, базирующихся на условии (эмпирически) принятых их в формах в виде «шарового пояса», «усеченного конуса», «цилиндра», «эллипсоида вращения» и других формах, которые имеют локальный характер. В реальной практике известно орошение [2, 3].
Известны предложения по определению поливных норм, рассчитанных в объемах поливной воды (в кубических метрах или литрах) на одно растение, на один капельный водовыпуск (одну капельницу) и на один локальный (единичный) контур увлажнения (в литрах кубических на растение, метрах кубических на капельницу, метрах кубических на контур). Данные предложения по разновидностям поливных норм имеют определенное физическое обоснование, но формально не соответствуют общепринятому определению термина «поливная норма». В общепринятом толковании под термином «поливная норма» понимается «количество (объем) воды, подаваемое (ый) на единицу увлажнения площади за один полив».
Несмотря на значительное количество предложений в области разработок искусственно-напорных (принудительно) напорных капельных систем орошения, в частности, при поливе склоновых земель (агроландшафта) отсутствует разработка методик до настоящего времени. Указанное обстоятельство позволяет сформулировать предложения по компоновочно-конструктивным решениям и методологическим основам проектирования полно-самонапорным («без - насосных», или «внешне - энергозависимых) капельных систем для таких склоновых земель, где склоны оврага от вершины до подошвы оврага устраивают целый каскад узких террас. Капельные линии укладывали, как на землю, так и подвешивали на высоте 20-30 см выше растений, что дает возможность проводить все операции по уходу за растениями. Узел распределения воды включал стандартный фильтр тонкой очистки, счетчик холодной воды, измеритель давления воды (манометр давления воды стандартный), регулируемые шаровые краны, в конце линии шаровой кран для промывки и сброса воды по окончанию полива.
Следует привести пример (таблица 1) скорости впитывания воды в почву в мм/мин и мм/ч, в зависимости от грануметрического состава почв.
Таблица 1 – Скорость впитывания воды в почву
|
Тип почвы |
Коэффициент впитывания |
|
|
мм/мин |
м/ч |
|
|
Глины тяжелые |
0,015-0,08 |
0,9-4,8 |
|
Глины средние |
0,17-0,84 |
10,2-50,5 |
|
Суглинки |
0,84-1,7 |
50,4-102,0 |
|
Супеси |
1,7-2,5 |
102,0-150,0 |
|
Пески |
˃ 3,3 |
˃ 200,0 |
Общий требуемый расход подачи единичной поливной нормы рассчитывается по зависимости: q =K˖μ/K2˖t, м3/ч, (1)
где μ – единичная поливная норма, м3; К – коэффициент, учитывающий возможные потери, при поливе (К = 1,05-1,1) на испарение и за пределы контура увлажнения; К2 – коэффициент, учитывающий почвенные условия, принимается 1,1 для песчаных почв; для суглинок – 1,2-1,3; для глинистых – 1,4.
В зависимости от принятого типа капельниц, при увлажнении поливная норма м3/га определяется по известным формулам. Однако, локальный характер увлажнения почв при капельном орошении зависит от уровня предполивной влажности зоны орошения. При этом существует общая закономерность уменьшения диаметра зоны увлажнения с увеличением исходной влажности почва-грунта [3].
Таким образом, расчеты по режиму капельного полива, привязаны к данным водно-физическим исследованиям. Расход воды, контур промачивания, время перераспределения влаги по профилю зависит от водно-физических свойств почвы.
Следует отметить в системах капельного орошения можно использовать переходные, или, как их называют, солоноватые воды, но стоить учитывать, что вода должна иметь минерализацию не более 1-3 г/л, т.е. должны являться слабосолоноватыми, по мнению автора [15, 16].
Таким образом, если водозабор для капельного полива осуществляется из источника воды, загрязненного наносами более допустимого пределов, то требуется установка усиленного блока механической очистки в системе капельного полива (орошения) или оптимизированного водозабрно-очистного сооружения. Однако на данный момент отсутствуют данные нормативно-технической документации. Поэтому следует принимать согласно рекомендациям [1].
Авторами также было установлено, что при использовании капельной линии при поливе необходимо периодически осуществлять колебание рабочего давления, что помогает снизить содержание веществ, закупоривающих внутри расположенных эпиттер - капельниц, применяемой известной капельной линии. Для этого, в конце каждой капельной линии имеются сбросные шаровые краны, соответственно.
Для предложенного участка капельного полива (орошения) в различных природных климатических зонах, и для различных типов почв необходимо разрабатывать проект. Следует также отметить, что ориентировочная продолжительность полива, (ч), определяется средней скоростью впитывания в интервале от 1 до четырех часов, которая рассчитывается по кривой построения, на основании данных водно-физических исследований почвы на конкретном участке при влажности почвы, близкой к предполивной, что отмечено было выше.
В зависимости от принятого типа капельницы и ее расхода количество капельниц при увлажнении поливная норма, м3/га, определяется по формуле известной в литературных источниках. Однако локальный характер увлажнения почв при капельном поливе (орошении) зависит от уровня предполивной влажности зоны орошения [4].
Продолжительность времени межполивного периода, устанавливается отношением величины поливной нормы нетто к суточному дефициту водопотребления культуры.
Выводы. Применение капельного полива на склонах оврага с террасами в данных рельефных климатической зоны, благодаря пилотному проекту, позволил получить значительную экономию воды и других средств (трудовых затрат и энергии), предотвращения эрозии почвы и сорняков.
Установлено, что используемая водопроводная вода из городской трубопроводной системы не допускала засорения эмиттеров – капельниц с диаметром отверстий меньше 1 мм, который использовался на данной капельной линии полива сада на склоновых землях парка. Это показатель для капельных систем является нормой. Требования по химическим и физическим показателям, которые нормируются по [1].
Для сокращения объема статьи, и правильной оценке выбора технических решений, связанных с капельным поливом на склоновых землях, предлагается использовать новые технические предложения, защищенными патентами, что дает возможность улучшить капельный полив данной территории, сохранить благоприятную экологическую обстановку и сэкономить природной воды по сравнению с другими способами.
1. Гост 17.1.2.03-90.Охрана природы. Гидросфера. Критерии и показатели качества воды для орошения. Введ. 1991-07-01. М.: Изд-во стандартов, 2001. 8 с.
2. Храбов М.Ю., Губин В.К., Колосова Н.Г. Определение технологических параметров систем капельного орошения //Пути повышения эффективности орошаемого земледелия.2016, № 1(61). С. 132-136 EDN: https://elibrary.ru/VRCUDB.
3. Мелихов Е.В. Моделирование и обоснование ресурсосберегающих параметров капельного орошения при возделывании корнеплодов. Волгоград: Волгоградский ГАУ. 2017. 112 с. TDN: ZHVNIP.
4. Бородычев В.В. Современные технологии капельного орошения овощных культур. Коломна: ФГБНУ «Радуга». 2010. 241 с.
5. Пат. 2576441 Российская Федерация. МПК A01G 25/00. Капельница М.И. Голубенко. Опубл. 10.03.2016.
6. Пат. 2686231 Российская Федерация. МПК A01G 25/00. Низконапорная сеть капельного орошения при поливе склоновых земель /М.И. Голубенко. Опубл. 24.04.2010.
7. Пат. 2683520 Российская Федерация. МПК A01G 25/00, A01G 25/06. Способ орошения плодовых деревьев и кустарников на склонах оврага /А.Н. Стариков,М.И. Голубенко Опубл. 28.03.2019.
8. Пат. 2685139 Российская Федерация. МПК A01G 25/00. Способ капельного орошения плодово-ягодных кустарниковых культур и цветочных растений /М.И. Голубенко. Опубл. 16.04.2025.
9. Пат. 2719029 Российская Федерация. МПК A01G 25/00. Низконапорная система капельного полива склоновых земель /М.И. Голубенко. Опубл. 16.04.2020.
10. Пат. 2736640 Российская Федерация. МПК A01G 25/02, A01G 25/16, A01G 17/00. Способ для капельного полива многолетних насаждений склоновых земель /М.И. Голубенко. Опубл. 19.11.2020.
11. Пат. 2729812 Российская Федерация. МПК A01G 22/25, A01G 25/02, A01B 79/02. Способ интенсивного выращивания картофеля с обогащением почвы водой с помощью суперсорбента при капельном орошении /М.И. Голубенко. Опубл. 12.08.2020.
12. Пат. 2796683 Российская Федерация. МПК A01C 22/25, A01M 5/06. Способ интенсивного выращивания картофеля с обогащением почвы питательными веществами и сбора колорадского жука и его личинок /С.А. Апреликов, М.И. Голубенко, А.Я. Конова. Опубл. 29.05.2023.
13. Пат. 2622910 Российская Федерация. МПК A01G 25/00. Система капельного орошения /М.И. Голубенко. Опубл. 21.06.2017.
14. Пат. 2720910 Российская Федерация. МПК A01G 9/24, A01G 25/02. Способ полива растений при выращивании их в условиях защищенного грунта в оранжереях (варианты) /М.И. Голубенко. Опубл. 14.05.2020.
15. Воеводина А.А. Оценка качества воды для систем капельного орошения //Пути повышения эффективности орошаемого земледелия: Сб. научн. тр./ФГБНУ «РосНИИПМ». Новочеркасск. 2009. Вып. 42.. С. 174-179.
16. Воеводина Л.А. Влияние капельного орошения донской водой на фзико - химические свойства черноземов обыкновенных //Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации [Электронный ресурс]. 2021. № 2(2). 8 с.URL: http:www.rosniipt-sm.ru/article? n=439 (дата обращения: 20.08.2021).
