Основные направления разработки отечественных технических средств микроорошения для мелкоконтурных участков

УДК 631.347

основные направления разработки отечественных технических средств микроорошения для мелкоконтурных участков

Г.В. ОЛЬГАРЕНКО, доктор сельскохозяйственных наук, директор

Всероссийский научно-исследовательский институт систем орошения и сельхозводоснабжения «Радуга», пос. Радужный, 38, Коломенский р-н, Московская обл., 140483, Российская Федерация

Резюме. В статье представлены результаты исследований по созданию энерго-ресурсосберегающих технологий и технических средств микроорошения, адаптированных к почвенно-климатическим условиям районов применения, при максимизации критериев экономической эффективности, эргономичности, надежности, качества, экологической и технологической безопасности. Разработка экологически безопасных и ресурсосберегающих технологий и техники орошения реализуется путем создания мобильных оросительных комплексов (систем) на базе модульного принципа компоновки, включающих мобильную насосную станцию и оборудование для внесения удобрений с поливной водой, быстро сборную транспортирующую и водораспределительную сеть, типовые поливные модули различной площади орошения, которые комплектуют с использованием серийно выпускаемого технологического оборудования, в том числе широкозахватные дождевальные машины, ирригационные комплекты на базе быстро сборных трубопроводов и дождевальных аппаратов, системы микроорошения (синхронно-импульсного дождевания, капельного и импульсно-капельного полива, аэрозольного орошения), технические средства микро-дождевания с интенсивностью водоподачи, равной текущему водопотреблению агробиоце-нозов, автоматизированные стационарные системы полива с регулируемой подачей воды. За последние 10 лет ФГБНУ ВНИИ «Радуга» теоретически обоснованы и разработаны конструкции 16 типов технических средств для орошения и микроорошения мелкоконтурных участков со сложным рельефом площадью от 0,06 до 10 га, которые позволяют укомплектовать мобильные оросительные комплексы оборудованием для различных сельскохозяйственных культур и почвенно-климатических условий. Разработанные типовые технологические модули и технические средства орошения внедрены в 37 регионах Российской Федерации, в том числе в Московской, Тамбовской, Астраханской областях и Краснодарском крае, где обеспечили повышение урожайности сельскохозяйственных культур на 50-60%, экономию оросительной воды - на 20-30%, при снижении капитальных вложений - на 20-30% и энергетических затрат - на 15-30%, по сравнению с существующими технологиями орошения. Ключевые слова: технология, технические средства, микроорошение, мелко-контурные участки, оборудование для орошения, синхронно-импульсное, локально-импульсное, дождеватели, ирригационные комплекты, приземное орошение.

Для цитирования: Ольгаренко Г.В. Основные направления разработки отечественных технических средств микроорошения для мелкоконтурных участков //Достижения науки и техники АПК. 2016. Т.30. №5. С. 82-85.

Сельское хозяйство Российской Федерации отличается наличием как относительно крупных предприятий, располагающих значительными земельными и трудовыми ресурсами, так и хозяйств мелких землепользователей, к числу которых относится более 40 млн собственников земельных участков с общей площадью в 27,8 млн га, в том числе личные подсобные хозяйства населения - 12 млн га, фермерские хозяйства - 15,8 млн га. Уровень земельных наделов в личных подсобных хозяйствах варьирует от 0,04 до

2,0 га; в фермерских - от 0,1 до 40,0 га. Эти участки чаще всего характеризуются сложной конфигурацией и рельефом, наличием различных препятствий (мелколесье, дороги, линии электропередач и др.). Фермерские и личные подсобные хозяйства населения играют важную роль в обеспечении продовольственной безопасности Российской Федерации, так как в этом секторе аграрной экономики производится более 90% картофеля, 80% овощей и плодовых культур, около 50% молока [1].

Так как 60% угодий фермеров в России расположены в зонах с недостаточным естественным увлажнением, проблема создания орошаемых участков для этой категории землепользователей остается крайне актуальной. Без полива невозможно выращивать овощи, картофель, технические культуры, а в Южном, Северо-Кавказском и Поволжском федеральных округах в богарных условиях затруднительно и производство кормов для семейных ферм. В различных регионах страны, в зависимости от естественной тепло-, вла-гообеспеченности территории необходимо орошение от 20 до 80% возделываемых сельскохозяйственных культур, а в таких областях, как Астраханская, Волгоградская, Саратовская в засушливые годы величина этого показателя достигает 100% [2, 3].

Мировой и отечественный опыт эксплуатации гидромелиоративных систем показывает, что снижение удельного водо- и энергопотребления - главная и многоплановая задача, требующая реализации комплекса инженерно-технических, технологических, организационных, кадровых и экономических мероприятий. Необходимость ее решения определяется не только засушливыми погодными условиями последних лет, значительными потерями оросительной воды на сброс и инфильтрацию (средневзвешенный КПД по оросительным системам не превышает 0,7), которые негативно воздействуют на окружающую среду, но и значительным ростом цен на материально-технические и энергетические ресурсы [4].

Цель наших исследований - создание технологий и технических средств микроорошения, адаптированных к почвенно-климатическим условиям районов применения, при минимизации затрат интегральных ресурсов, зависимости от человеческого и климатического факторов, а также максимизации критериев экономической эффективности, экологической и технологической безопасности, эргономичности, надежности, управляемости и эстетичности.

Условия, материалы и методы. Важное научное и практическое значение имеет повышение эффективности использования орошаемых участков для производства высококачественной и дешёвой продукции. Решение этой проблемы связано с научным обоснованием, разработкой и внедрением ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий «точного орошения», в том числе под-кронового микро-орошения многолетних насаждений, обеспечивающего экономное использование водных, энергетических и трудовых ресурсов. Для реализации таких технологий нужны новые много— Достижения науки и техники АПК. 2016. Т 30. № 5

Таблица. Технические средства микро-орошения для мелко-контурных участков

Наименование

Технико-эксплуатационные характеристики

Патенты

Дождевальная установка для полива «Дождик»

Комплект оборудования приземного дискретного микродождевания КПДМ-0,4 Комплект оборудования импульсного микродождевания КИМД-0,1

Комплект оборудования импульсно-локального орошения теплиц КИЛО-0,4 Комплект синхронного импульсного дождевания КСИД-1

Модуль импульсно-локального орошения садов МИЛОС-М

Давление - 0,15-0,20 МПа, расход - 0,27 л/с, площадь орошения - 0,06 га, число аппаратов - 6 шт., удельная материалоемкость - 0,133 т/га, удельная энергоемкость на 1 м3 воды - 0,054 кВт • ч/м3.

Давление - 0,5 атм., расход - 0,4 л/с, площадь орошения -0,1 га, число насадок - 510 шт., удельная энергоемкость на 1 м3 воды - 0,018 кВт • ч/м3.

Давление - 0,25 МПа, расход - 0,1-0,2 л/с, площадь орошения - 0,1 га, число аппаратов - 16 шт., удельная материалоемкость - 0,54 т/га, удельная энергоемкость на 1 м3 воды - 0,09 кВт • ч/м3.

Давление - 0,1 МПа, расход - 0,4 л/с, площадь орошения 0,096-0,1 га, удельная материалоемкость - 1,75 га, удельная энергоемкость на 1 м3 воды - 0,036 кВт • ч/м3. Давление - 0,6 МПа, расход - 1 л/с, площадь орошения -1 га, число аппаратов - 6 шт., удельная материалоемкость - 0,5 т/га, удельная энергоемкость на 1 м3 воды -0,2176 кВт • ч/м3.

Напор - 3-5 м, расход - 0,4 л/с, площадь орошения - 0,4 га, удельная энергоемкость на 1 м3 воды - 0,011 кВт • ч/м3.

Комплект малоинтенсивного Давление - 0,6 МПа, расход - 0,3 л/с, площадь ороше-

синхронного импульсного дождевания КСИД-Р Комплект локально-импульсного полива КЛИП-36М

Комплект многофункционального синхронного импульсного дождевания КСИД-Р-1,0

ния - 0,3 га, удельная энергоемкость на 1 м3 воды -0,2176 кВт • ч/м3.

Напор - 1,5-5 м, расход - 2-60 л/ч, площадь орошения -до 36 м2, удельная энергоемкость на 1 м3 воды - 0,0054 кВт • ч/м3.

Давление - 0,65 МПа, расход - 1 л/с, (при непрерывном -10 л/с), площадь орошения - 1 га, удельная материалоемкость - 0,43 т/га, удельная энергоемкость на 1 м3 воды -0,236 кВт • ч/м3.

Комплект мелкоструйчатого Давление - до 0,15 МПа, расход - 1,2 л/с, площадь ороше-

импульсно-капельного орошения садов МИЛ0С-М-1,0

Комплект аэрозольного орошения (мелкодисперсного дождевания) КАУ-1 Комплект импульсного дождевания КИД-1

Комплект оборудования системы капельного орошения площадью до 10 га СК0-10 Комплект локально-импульсного полива КЛИП-36

Передвижная дождевальная установка ДШ-0,6П Шланговый дождеватель

.^ЩИ_

ния - 1,2 га, удельная энергоемкость на 1 м3 воды - 0,054 кВт • ч/м3.

Давление - до 0,6 МПа, расход - 0,54 л/с, площадь орошения - 1 га, удельная материалоемкость - 0,74 т/га, удельная энергоемкость на 1 м3 воды - 0,054-0,2176 кВт • ч/м3. Давление до 0,6 МПа, расход - 1,7-2,0 л/с, площадь орошения - 1 га, удельная материалоемкость - 0,287 т/га, удельная энергоемкость на 1 м3 воды - 0,2176 кВт • ч/м3. Давление - 0,4 МПа, расход - до 60 м3/ч, площадь орошения - до 10 га, удельная материалоемкость - 0,393 т/га, удельная энергоемкость на 1 м3 воды - 0,145 кВт • ч/м3. Напор - 1,5-5 м, расход - 2-60 л/ч, площадь орошения -до 36 м2, удельная энергоемкость на 1 м3 воды - 0,0054 кВт • ч/м3.

Расход воды - 0,6 л/с, давление на гидранте - 0,15 МПа, площадь орошения - 201 м2, радиус полива - 8,0 м Расход воды - 1,0 л/с, давление на гидранте - 0,2 МПа, площадь орошения - 250 м2, радиус полива - до 10,0 м_

Патенты 2108548, 2127833, 2183821, 2216031. А.С. 1606024, 1794410, 1806556, Патент 2087095.

Патенты 2108548, 2127833, 2183821,

2216031. Патенты 2028768, 2193838, 2300192.

Патенты 2127833, 2183821, 2216031, 2185048, 2308182,

2364079. Патенты 2028768, 2193838, 2300192, 2216031, 2365098. Патенты 2175831, 2181935, 2300646, 2308182, 2446319,

1192070. Патенты 2193838, 2300192, 2216031, 2365098.

Патенты 2127833, 2183821, 2216031, 2185048, 2308182, 2364079. А.С. 1316705, 1326336, Патенты 2207751, 2364079.

Патенты 2185048, 2319372,

Патенты 2175831, 2181935,23006460

А.С. 1729603

Патенты 1804289, 40838, 40839

функциональные технические средства для полива сельскохозяйственных культур, садов, виноградников, питомников, которые должны быть мобильными, надёжными и простыми в эксплуатации, недорогими и доступными в приобретении.

Внедрение новых технологий и технических средств позволит увеличить продуктивность орошаемых участков и эффективность использования материально-технических и энергетических ресурсов мелких землепользователей, что обеспечит повышение продовольственной безопасности, уровня занятости и улучшение социально-экономических условий жизни и труда сельского населения при соблюдении требований охраны окружающей природной среды.

Применение однотипной техники для принципиально отличающихся по почвенно-климатическим условиям районов отрицательно сказывается на эколо-

гической обстановке и эффективности использования водных, материально-технических и энергетических ресурсов.

Поэтому необходима разработка технологий орошения и эксплуатации технических средств в наибольшей степени соответствующих почвенно-климатическим условиям районов применения с качеством искусственного дождя, соответствующих качеству естественных дождей «средней» силы, наиболее благоприятных для почв и растений, базирующихся на принципах водо-энергосбережения и экологической устойчивости природных объектов. Как показывает анализ мировых и отечественных научно-технических материалов, этим требованиям лучше всего соответствуют системы микроорошения [4, 5, 6].

Проведение НИОКР включает обоснование инженерно-технических решений, разработку конструк-

торской документации, экспериментальные исследования и государственные испытания,изготовление на имеющихся в институте производственных мощностях опытных образцов мелких серий ирригационного оборудования.

результаты и обсуждение. За последние 10 лет ФГБНУ ВНИИ «Радуга» разработаны конструкции и проведены государственные испытания 16 типов технических средств для орошения мелкоконтурных участков со сложным рельефом (см. табл.), применительно к площадям от 0,06 до 10 га - система капельного орошения (СКО), комплект «Радуга» С0К-0,06, передвижная дождевальная установка ДШ-0,6П, шланговый дождеватель ДШ-1, комплект малоинтенсивного дождевания «Росинка» КМД-0,06, комплект микроорошения «Дождик», комплект импульсно-локального орошения ИЛО, комплект локально-импульсного орошения КЛИП; комплект модульного орошения КМДТ-0,1; система МИЛОС. Область применения разработанных технических средств: полив овощных и зеленных культур, рассады, черенков, плодово-ягодных насаждений, цветников, газонов и кустарников.

Прошли опытно-производственную проверку технические модули для полива садов и ягодников на мелкоконтурных участках сложной конфигурации с уклонами до 0,3, в том числе комплекты синхронного импульсного дождевания КСИД-1, импульсного дождевания КСИД-Р, импульсного дождевания автоколебательного действия АИД-1, импульсного микро-дождевания КИД-1, а также модуль системы импульсно-локального микро-орошения.

Технические решения по дождевальным и поливным установкам защищены патентами Российской Федерации [7, 8]. Все перечисленные разработки прошли государственные испытания, соответствуют требованиям государственных отраслевых стандартов и технических условий, рекомендованы к поставке на серийное производство.

По сравнению с традиционным поливом (дождевание или полив по бороздам), технология микроорошения имеет следующие преимущества:

экономия воды в 2-5 раз, эффективность орошения достигает 85-90%, поскольку вода поступает непосредственно к корневой системе растений;

обеспечение оптимальных затрат воды и удобрений согласно физиологическим потребностям растений на основе создания благоприятного водного и питательного режима грунта;

повышение урожайности орошаемых культур на 30-50% и улучшение качества продукции;

снижение эксплуатационных затрат, по сравнению с другими способами орошения, на 50-70%;

сведение к минимуму или полное исключение вредного влияния на окружающую среду;

уменьшение трудозатрат на строительство, эксплуатацию и техническое обслуживание благодаря высокой заводской готовности узлов и полной автоматизации управления процессом полива [7, 8].

Разработанные технологии и технические средства внедрены в 37 регионах Российской Федерации, в том числе в Московской, Тамбовской, Астраханской областях и Краснодарском крае, где обеспечили повышение урожайности сельскохозяйственных культур на 50-60%, экономию оросительной воды на 20-30%, при снижении капитальных вложений на 20-30% и энергозатрат на 15-30% [7, 8].

Технология полива с применением систем орошения теплиц для промышленного и индивидуального пользования обеспечивает экономию воды до 30%, повышение урожайности на 50-70%, степени автоматизации процесса полива - до 85%, снижение капитальных затрат на 55%, энергетических затрат - до 50%. Комплекты КЛИП-36 можно применять для орошения площади 14,5 га защищенного грунта, КПДМ-0,4 -3,9 га, КИМД-0,1 - 2,4 га, КИЛ0-0,4 - 11,9 га [7, 8].

Во ВНИИ «Радуга» в рамках выполнения Государственного задания осуществляют научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по дальнейшему совершенствования мобильных оросительных комплексов и систем микроорошения, в следующих направлениях:

разработка улучшенных компоновочных схем мобильных многофункциональных оросительных комплексов и совершенствование оборудования для внесенияудобрений, микроэлементов и агрохимикатов одновременно с поливной водой;

улучшение функционально-структурной схемы технических средств и оборудования, применение новых композиционных материалов, автоматизация, использование альтернативных источников энергии, компоновка из узлов равной надежности и жизненного цикла (коэффициент вариации не более 0,2), возможности широкого регулирования режима работы, унификация комплектующих узлов и снижение влияния человеческого фактора;

расширение функциональных возможностей на базе модульного принципа компоновки, модернизация узлов и элементов серийно выпускаемых систем микроорошения для повышения качества технологического процесса, надежности работы и увеличения жизненного цикла;

совершенствование конструкций фильтров очистки воды, регуляторов давления для капельного орошения, механизация раскладки и сборки капельной ленты на основе разработки специального навесного оборудования для отечественных тракторов, разработка импульсно-капельных и капельно-пульсационных систем;

обоснование инженерно-технических решений по компоновке водопроводящего пояса новыми дождевальными аппаратами, каскадными ударно-струйными насадками, улучшение гидродинамических параметров транспортирующих и распределительных трубопроводов;

улучшение технологии и технических средств аэрозольного орошения, оборудования для гидроавтоматического управления системой распределения и подачи воды для полива.

выводы. За последние 10 лет ФГБНУ ВНИИ «Радуга» разработаны конструкции и проведены государственные испытания 16 типов технических средств для орошения и микроорошения мелко контурных участков со сложным рельефом площадью от 0,06 до 10 га.

Разработанные технологии и технические средства, прошли Государственные испытания, отдельные образцы и мелкосерийные партии технических средств внедрены в 37 регионах Российской Федерации, в том числе в Московской, Тамбовской, Астраханской областях и Краснодарском крае, где обеспечили повышение урожайности сельскохозяйственных культур на 50-60%, экономию оросительной воды на 20-30%, при снижении капитальных вложений на 20-30% и энергетических затрат - на 15-30%.

Литература.

1. Агропромышленный комплекс России в 2014 году. М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2015. 704 с.

2. Мелиорация и водное хозяйство. Орошение: Справочник/под. ред. Б.Б. Шумакова М.: Колос, 1999. 432 с.

3. Оросительные нормы (нетто) и их внутрисезонное распределение для основных сельскохозяйственных культур по Федеральным округам Российской Федерации. Коломна: ФГНУ ВНИИ «Радуга», 2007.

4. Ольгаренко Г.В. Стратегия научно-технической деятельности по разработке новой техники орошения при реализации программы развития мелиорации// Мелиорация и водное хозяйство. 2011. №2. С. 5-8.

5. Ромащенко Н.И., Шатковский А.П., Рябков С.В. Капельное орошение овощных культур и картофеля в степных условиях Украины. Киев: Аграрна наука, 2012. 190 с.

6. Авдеев Ю.И., Жилкин А.А., Шляхов В.А. и др. Рекомендации по возделыванию сельскохозяйственных культур при капельном орошении. М.: ФГНУ «Росинформаргротех», 2003. 46 с.

7. Методические рекомендации по орошению сельскохозяйственных культур на участках со сложной топографией с применением комплектов импульсного дождевания: инструктивно-методическое издание / Г.В. Ольгаренко, В.И. Городничев, А.А. Терпигорев, А.В. Грушин, С.А. Асцатрян, С.А. Гжибовский. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2010. 100 с.

8. Ресурсосберегающие энергоэффективные экологически безопасные технологии и технические средства орошения: Справочник./Под. ред.Г.В. Ольгаренко - М: ФГБНУ «Росинформагротех», 2015. - 503 с.

MAIN DIRECTIONS OF DEVELOPMENT OF DOMESTIC ENGINEERING TOOLS OF MICRO-IRRIGATION FOR SMALL-SIZE PLOTS

G.V. Olgarenko

All-Russia Scientific and Research Institute for Irrigation and Farming Water Supply Systems «Raduga», pos. Raduzny, 38, Kolomenskii r-n, Moskovskaya obl., 140483, Russian Federation

Summary. The article presents the results of research on development of energy and resource saving technologies and engineering tools for micro-irrigation, adapted to soil and climate conditions of the areas of their use, with maximizing of economic efficiency coefficients, ergonomic parameters, security, quality, ecologic and technological safety. Designing of environmentally safe and resource saving technologies and micro-irrigation equipment is based on creation of mobile irrigation sets (systems) using module completion principle. It includes a mobile pumping unit and fertigation equipment, quickly assembling water supply and delivery pipelines, standard irrigation modules for different irrigated areas that are completed with serial produced technological equipment, including wide-range irrigation systems, irrigation sets with quickly assembled pipelines and sprinklers, micro-irrigation systems (synchronous impulse irrigation sets, drip and surge-drip irrigation systems, aerosol irrigation systems), micro-irrigation technical means delivering irrigation water with the rate equal to the current agricultural biocenosis water consumption, automatic permanent irrigation systems with regulated water supply. In last decade FGBNU VNII "Raduga" theoretically based and developed 16 types of engineering tools for irrigation and micro-irrigation of small-size plots with complex relief with the area from 0.06 up to 10 hectares that enables to complete the mobile irrigation sets with equipment for different crops and soil and climatic conditions. Designed typical technological modules and technical irrigation means are used in practice in 37 regions of the Russian Federation, including Moscow, Tambov, Astrakhan regions and Krasnodar Krai, where their use ensured 50-60% farming crops yield increase, 20-30% irrigation water savings, capital costs were lower by 20-30% and energy costs - by 15-30% in comparison with traditional irrigation technologies.

Key words: technology, engineering tools, micro-irrigation, small-size plots, irrigation sets, synchronized and impulse, local and impulse, sprinklers, irrigation complexes, surface irrigation.

Author Details: G.V. Olgarenko, D. Sc.

For citation: Olgarenko G.V. Main Directions of Development of Domestic Engineering Tools of Micro-Irrigation for Small-Size Plots. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2016. V.30. No 5. Pp. 82-85 (In Russ.).

Требования к оформлению статей в журнале «достижения науки и техники АПк»

В статье должно быть кратко изложено состояние дел по изучаемой проблеме со ссылками на публикации (желательно не менее трех ссылок). Затем указаны цели, задачи, условия и методы исследований. Подробно представлены результаты экспериментов и их анализ. Сделаны выводы и даны предложения производству. В статье следует по возможности выделять следующие блоки: введение; цель и задачи исследований; условия, материалы и методы исследований; результаты исследований; выводы.

Вместе со статьей должны быть представлены перевод названия на английский язык; аннотация (200-250 слов) на русском и английском языках; ключевые слова на русском и английском языках; полные почтовые адреса всех учреждений, в которых работают авторы, на русском и английском языке; ученые степени и должности авторов на русском и английском языке код УДК; библиографический список.

В тексте ссылка на источник отмечается соответствующей цифрой в квадратных скобках в порядке цитирования. В списке литературы приводятся только те источники, на которые есть ссылка в тексте. Использование цитат без указания источника информации запрещается.

Материал для подачи в журнал набирается в текстовом редакторе Word версия не ниже 97 файл с расширением *.rtf.

Объем публикации 12-16 стр. машинописного текста набранного шрифтом Times New Roman, размер кегля 14 с полуторным интервалом. На 2,5 страницы текста допускается не более 1 рисунка или таблицы.

Статьи необходимо направлять с сопроводительным письмом с указанием сведений об авторах (фамилия, имя, отчество -полностью, ученая степень, место работы и занимаемая должность) на русском и английском языке, контактных телефонов и адреса электронной почты для обратной связи.

На публикацию представляемых материалов необходимо письменное разрешение и рекомендация руководства организации, на средства которой проводились исследования. Его вместе с одним экземпляром рукописи, подписанным авторами, и статьей в электронном виде нужно отправлять по адресу: 101000, г. Москва, Моспочтамт, а/я 166, ООО «Редакция журнала «Достижения науки и техники АПК». Для ускорения выхода в свет материалы в электронном виде можно направлять по адресу: agroapk@mail.ru.

Плата с аспирантов за публикацию рукописей не взимается.

Несоответствие статьи по одному из перечисленных пунктов может служить основанием для отказа в публикации.

Все рукописи, содержащие сведения о результатах научных исследований, рецензируются, по итогам рецензирования принимается решение о целесообразности опубликования материалов.