КОМПЛЕКСНЫЙ СПОСОБ СОЗДАНИЯ МИКРОКЛИМАТА ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ И ЗАЩИТЫ ВИНОГРАДНИКОВ И СТАЦИОНАРНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ТРАНСПОРТИРУЮЩИХ ВОЗДУШНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ МИКРОКЛИМАТА НА ВИНОГРАДНИКАХ
INTEGRATED METHOD TO CREATE MICROCLIMATE FOR GROWING AND PROTECTING VINEYARDS, AND STATIONARY TECHNOLOGICAL SYSTEM OF TRANSPORTING AIR PIPELINES TO CREATE MICROCLIMATE IN VINEYARDS

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно, виноградарству, и предназначено для выращивания, орошения и защиты плантаций виноградников.
Увеличение производства винограда - одна из важнейших задач, которую можно решить за счет интенсификации виноградарства, совершенствования технологии возделывания культуры, а так же за счет управления ресурсами климата, связанного с регулированием влияния метеорологических факторов на процессы развития, роста, формирования, защиты урожая винограда, увеличения продуктивности и улучшения качества. В настоящее время не сформирована комплексная система, обеспечивающая решение всех технологических агроприемов, учитывающих результаты перезимовки, условия вегетации, цветения и созревания винограда. Промышленное виноградарство часто размещается в регионах с явно недостаточным для формирования режима влажности почвы и воздуха. Ввиду этого необходим комплекс мер для содержания и обработки почвы, направленной на оптимальное и экономное использование влаги.
Наиболее перспективным способом орошения и создания оптимального микроклимата является мелкодисперсионное дождевание, заключающееся в снижении температуры воздуха и самого растения в жаркие сухие дни, увеличение влажности приземного слоя воздуха в критические моменты, что способствует поднятию фотосинтетической активности листьев. Для мелкодисперсионного дождевания используют агрегаты ДДА-100 МА, ТОУ-7, опрыскиватели ОП-450, КСИД-50, ДСХИ-77.
Известен способ выращивания сельскохозяйственных культур и вегетационная система для создания микроклимата (патент RU №2338368), содержащая ветрозащитное ограждение по периметру земельного участка, клапаны, питающие трубу, накопитель воды, гидроаккумулятор, проточный нагреватель, колонну, имеющую подвижную часть для размещения как минимум двух распределительных труб, распределительные трубы, снабженные форсунками увлажнения, автоматизированную систему управления, содержащую управляющий контроллер и датчики увлажнения и температуры. Недостатком такого способа и системы является ограниченность применения ввиду использования для сельскохозяйственных культур, размещенных на небольшой площади.
Известен способ обработки и система орошения «Golden Spray», включающий мелкодисперсное орошение насаждений путем использования рабочего органа в виде шланга, в котором содержатся отверстия, сделанные лазером под разными углами (интернет-ресурс http://kazap.ru/water_garden/471, дата обращения 09.04.2015). Шланг может захватывать мелкодисперсным увлажнением полосу до 10-12 метров, по 5-6 метров с каждой стороны шланга. Эта система отличается надежностью и качеством и предназначена как для крупных сельхозпредприятий, фермерских хозяйств, так и для дачных участков. Легкий монтаж и демонтаж системы трубопроводов и запорной арматуры, простая эксплуатация, умеренный расход воды и электричества делает систему «Golden Spray» экономически привлекательной. Недостатком такой системы является узконаправленность, т.е. возможность осуществлять только орошение и сложность использования при загущенных посадках виноградников, возможность переувлажнения почвы при длительной или частой работе системы; невозможность подогрева среды за счет тепла увлажняющей воды в периоды похолодания, а также не обеспечивает получение требуемого урожая высокого качества и не исключает возможность поражения винограда грибными заболеваниями.
Известен способ орошения, включающий распределение воды по участку в системе трубопроводов, и оросительная система, включающая водоисточник, насосную станцию с запорной арматурой и манометром, магистральный трубопровод, последовательно установленные распределительные трубопроводы внутрипочвенного и капельного орошения, параллельно распределенные по длине распределительных трубопроводов оросительные трубопроводы и перпендикулярно к ним с заданным шагом увлажнители в виде полиэтиленовых труб с перфорациями внутрипочвенного орошения и гибкие поливные трубопроводы с капельными водовыпусками капельного орошения (патент RU №2346427).
Недостатком такого способа и системы для его осуществления также являются неэффективность применения для выращивания виноградников ввиду возможности переувлажнения почвы при длительной или частой работе системы; невозможность подогрева среды за счет увлажняющей воды в периоды похолодания, большой расход воды.
Известен способ дождевания, при котором система трубопроводов размещается по всей площади виноградников. Рабочие трубы установлены над рядами посадок, на трубах смонтированы стационарные короткоструйные насадки, расположенные в шахматном порядке через каждые 7,5 метров. Такая система узконаправленного назначения используется для орошения и внекорневой подкормки растений. Не выполняет комплексной задачи защиты растений (УДК 634.87.631.117 «Современные и перспективные способы орошения винограда на Украине», А.Д. Лянной, к.с.н. УНИИВиВ им. Тапрова, стр. 162).
Известна система для автоматизированного контроля и выращивания культур, таких как виноград, включая компьютерное управление орошением и доставкой химических веществ с использованием многоканального трубопровода Система выполняет точный контроль дозирования воды и химикатов, таких как инсектициды, фунгициды и т.п. Материалы, несовместимые по своим характеристикам, транспортируют через общую сборку многоканального трубопровода, каждый отдельно по своему каналу. Датчики, размещенные на трубопроводе, контролируют и регулируют техпроцесс. Трубы могут быть подняты над землей или опущены ниже уровня земли. Система размещается между рядами виноградника, а растворы перемещаются по набору гибких капиллярных трубок с отверстиями, которые снабжены излучателями для распыления реактивов или воды. Пользователь может настроить раздачу каждого химического вещества в заранее определенное время в определенных количествах (патент US 6874707, опубликовано 05.04.2005).
Все аналоги описанных способов и систем трубопроводов имеют сходные задачи и элементы систем, но решают узкие проблемы по орошению, опрыскиванию и питанию растений и частично выполняют функции контроля и управления. Не решают задачу комплексного подхода к выполнению всех необходимых технологических мероприятий для выращивания и защиты виноградников. Рабочие трубы трубопроводов устанавливают в каком-то одном уровне, или невысоко над почвой, или в подземном положении, или над рядами посадок, поэтому действуют недостаточно эффективно. Трубы снабжены перфорацией в виде мелких отверстий, применяемых при капельном или мелкодисперсном поливе. Отверстия снабжены капельными водовыпусками или капельницами, применяют также форсунки, излучатели, короткоструйные насадки и другие виды разбрызгивателей, которые имеют сложную конструкцию, часто засоряются и ненадежны в работе.
Задачей изобретения является создание комплексного способа создания микроклимата для выращивания и защиты виноградников с помощью стационарной системы транспортирующих воздушных трубопроводов для создания микроклимата на виноградниках.
Техническим результатом исследования способа и устройства для его реализации является осуществление улучшенного орошения, более надежной защиты растений, поддержание оптимальных условий роста, вегетации и плодоношения виноградников.
Технический результат достигается тем, что в комплексном способе создания микроклимата для выращивания и защиты виноградников, включающем распределение технологических компонентов по участку в системе трубопроводов, заключающемся в том, что для транспортировки и распыления технологических компонентов используют воздух, нагнетаемый под давлением в систему трубопроводов, а технологические компоненты предварительно распыляются или перемешиваются в смесительной камере потоком нагнетаемого воздуха, а затем выбрасываются в рабочую зону через открытые отверстия трубопроводов; причем в зависимости от метеоусловий осуществляют нагнетание под давлением воздуха разной температуры и влажности, производят принудительное регулирование давления нагнетаемого воздуха от минимального до максимально возможного с амплитудой по времени от 1 до 5 секунд, при этом потоки воздуха из верхних и нижних рабочих трубопроводов, направленные навстречу друг другу под разными углами, создают турбулентную среду в зоне обработки.
В качестве технологических компонентов используют воду, и/или измельченные сыпучие вещества, и/или растворы.
По окончании обработки производят очистку системы трубопроводов химическим нейтрализатором, и/или промывают водой, и/или продувают нагнетаемым под давлением воздухом.
Используемая для реализации способа стационарная технологическая система транспортирующих воздушных трубопроводов для создания микроклимата на виноградниках, включающая водоисточник, водяной насос, систему трубопроводов, дополнительно содержит компрессор, нагреватель воды, нагреватель и охладитель воздуха, смесительную камеру, и система трубопроводов представлена в виде магистрального трубопровода и соединенных с ним рабочих трубопроводов меньшего диаметра, размещенных вверху и внизу каждого ряда насаждений и снабженных перфорацией в виде открытых отверстий, выполненных по всей длине рабочих трубопроводов поясами, перпендикулярно или под углом к поверхности труб, через одинаковые расстояния от 20 до 100 сантиметров; причем на нижнем трубопроводе пояса отверстий выполнены только на верхней половине на 150° поперечного сечения, а на верхнем рабочем трубопроводе пояса отверстий выполнены вкруговую, по всей поверхности трубопровода в количестве вдвое большем, чем на нижнем трубопроводе.
Система также содержит резервуары для растворов и сыпучих веществ, дозаторы, датчики и приборы контроля параметров, пульт управления и контроля.
Для рабочих трубопроводов сечением от 1 до 4 дюймов соответствуют отверстия диаметром от 5 до 20 миллиметров.
В известных устройствах для полива и опрыскиваний сжатый воздух используется как средство для выталкивания жидкостей и растворов. В заявляемом способе нагнетаемый давлением воздух является транспортом для перемещения небольших количеств распыленных в объеме воздуха магистрали технологических компонентов с очень большой скоростью, создавая эффект распыления в виде тумана через относительно большие отверстия труб.
Стационарная технологическая система может работать в принудительном переменном режиме при изменяющемся давлении нагнетаемого в магистрали воздуха. При этом создается эффект «порывов ветра», направленный снизу вверх и улучшающий условия проветривания и особенно опрыскивания кустов винограда. При одинаковом давлении воздуха в магистралях скорость истечения струй из нижнего рабочего трубопровода будет вдвое выше, чем из верхнего, так как в нижнем рабочем трубопроводе отверстий вдвое меньше. За счет этого создается разность давлений в пространстве шпалеры, суммарная реакция которых направлена вверх.
При изменении давления эффект «порывов ветра» будет усиливаться, будут приводиться в движение побеги с листьями, хаотически перемещаясь, поднимаясь и опадая, поворачиваясь разными своими поверхностями, а распыленные в пришпалерном объеме виноградника вещества будут равномерно оседать со всех сторон лозы, листьев и гроздей. Расход веществ будет минимальный, так как сам процесс будет происходить в очень короткие сроки, в течение 10-30 секунд на всей площади плантации одновременно. После опрыскивания взвешенные в воздухе частицы вещества будут еще какое-то время оседать на разные поверхности кустов.
Применение системы позволяет проводить не только мелкодисперсное орошение, но и использовать всевозможные варианты влаготепловой, макро- и микроэлементной обработки для улучшения микроклимата в над- и приземном слое воздуха растения, установить оптимальные температурный и влажностный режим, сэкономить поливную воду и повысить урожайность виноградников.
На фиг. 1 показан схематический вид стационарной технологической системы транспортирующих воздушных трубопроводов, размещенной на винограднике.
На фиг. 2 изображены рабочие трубопроводы, установленные на опорах шпалеры.
На фиг. 3 показана схема обработки винограда на примере загущенных насадок перспективных формировок, размещенных на двухуровневой восьмикордонной шпалере.
На фиг. 4 показана схема обработки виноградинка со стороны междурядья.
На фиг. 5 изображена схема виноградарской фермы интенсивного типа с применением высокопродуктивных формировок.
Стационарная технологическая система транспортирующих воздушных трубопроводов (фиг. 1 и фиг. 2) включает компрессор 4, нагреватель 3 и охладитель 5 воздуха, насос 10 для подачи воды, нагреватель 13 воды, резервуары 7 для содержания сыпучих веществ с дозатором 8 для ввода сыпучих веществ в смесительную камеру 9, резервуары 11 для содержания и приготовления растворов, дозатор 14 для подачи растворов в смесительную камеру 9. Прокачка воздуха осуществляется от компрессора 4 через смесительную камеру 9 по магистральному трубопроводу 21, проложенному вдоль кварталов 19 насаждений, и рабочим трубопроводам меньшего диаметра 16 и 18, проложенным вдоль каждого ряда. Вода забирается из технологической скважины 15 и при необходимости может подогреваться нагревателем 13. Все трубопроводы снабжены запорной арматурой 20 и приборами 12 контроля давления и температуры.
Датчики 6 атмосферной температуры и влажности размещены по всей площади плантаций в наиболее характерных точках участков.
Работа системы ведется как в ручном, полуавтоматическом режиме, так и в автоматическом режиме с пульта 1 управления и контроля, размещенного в аппаратной 2 и обслуживаемого одним оператором-технологом.
Транспортировку распыленного раствора и/или сыпучих веществ в рабочую зону осуществляют через рабочие трубопроводы 16, 18, проложенные вдоль каждого ряда в две линии вверху и внизу шпалеры 17. Оптимальные параметры трубопровода (диаметр, длина) выбираются в зависимости от размеров плантации и необходимой мощности прокачки воды и воздуха. Предпочтительные диаметры рабочего трубопровода 1-4ʺ. Рабочий трубопровод выполнен перфорированным в виде открытых отверстий достаточно большого диаметра - от 5 до 20 мм. Отверстия расположены через 30° по сечению трубы поясами, перпендикулярно или под углом к поверхности труб, через одинаковые расстояния, через каждые 20-100 см. На верхнем трубопроводе пояса отверстий выполнены равномерно вкруговую, а на нижнем трубопроводе в том же порядке, но только на верхней поверхности, на 150° поперечного сечения, в количестве, вдвое меньшем. Потоки воздуха из верхнего и нижнего рабочих трубопроводов, направленные навстречу друг к другу под разными углами, создают турбулентную среду в зоне обработки, приводят в хаотическое движение побеги с листьями, что обеспечивает эффективное проветривание и опрыскивание растений.
В случае применения рабочего трубопровода, выполненного из пластика, система может эксплуатироваться без ремонта многие годы.
Описанная стационарная система позволяет проводить весь цикл агротехнических операций и получать гарантированные урожаи винограда.
Перед началом работ технологическую систему приводят в рабочее состояние. Для этого систему предварительно продувают одним воздухом и выводят на рабочие режимы процесса. Значение давления контролируют по показаниям приборов. Как только давление достигает устойчивых значений, система готова к работе, затем в смесительную камеру подают необходимые технологические компоненты, перемешивают или распыляют и по системе подают в рабочую зону.
Основными технологическими мероприятиями, решаемыми применением технических приемов с использованием стационарной технологической системы, являются:
- защита растений в зимнее время и весной от критических температур;
- проветривание и поддержание оптимальных режимов в летний период;
- защита растений от болезней и вредителей;
- удобрение виноградников:
- орошение виноградных плантаций:
- дополнительные мероприятия.
Примеры конкретного выполнения.
Защита растений в зимнее время и весной от критических температур.
Пример 1. Для неукрывных зон виноградарства зимой при температуре ниже -15°C в стационарной технологической системе включают режим обогрева виноградников теплым воздухом. Температуру воздуха на плантациях контролируют круглосуточно.
Пример 2. Для укрывных зон защита от морозов более эффективна. Лозы укладываются вдоль ряда, пришпиливаются к почве и укрываются плотной «дышащей» тканью. Верхний рабочий трубопровод на зиму перекрывается. В стационарной технологической системе через нижний рабочий трубопровод в зону укрытия медленно подают теплый воздух, поддерживая заданную температуру.
Пример 3. В зимнее время часто бывают продолжительные оттепели, которые раньше положенного времени выводят растения из состояния покоя. В этих случаях через стационарную технологическую систему подают холодный воздух, чтобы сгладить резкий перепад температур и поддержать оптимальную температуру.
Пример 4. С началом вегетации при угрозе утренников в стационарной технологической системе используют режим обогрева теплым воздухом с повышенной влажностью. Для этого в поток воздуха в смесительной камере 7 вводится струя воды. По окончанию работы система трубопроводов просушивается потоком воздуха, очищая трубы от влаги и загрязнений.
Проветривание и поддержание оптимальных режимов в летний период.
Пример 5. Проветривание осуществляют в жаркие безветренные дни путем прокачки через стационарную технологическую систему прохладного воздуха. Для повышения влажности в смесительную камеру 7 подают струю воды. Температуру и влажность контролируют с помощью датчиков. По окончанию работы систему трубопроводов просушивают,
Пример 6. Во время цветения винограда необходимо поддерживать оптимальную температуру и влажность для лучшего оплодотворения завязей. Поэтому круглосуточно проводят наблюдения и при необходимости включают стационарную технологическую систему, регулируя температуру и влажность в дневные и ночные часы.
Пример 7. Во время созревания урожая поддерживают температуру в необходимых пределах круглосуточно, особенно ночью, не допуская больших понижений.
Защита растений от болезней и вредителей.
Пример 8. Опрыскивание жидкими химическими растворами. Предварительно подготовленный раствор подают через дозатор 9 в смесительную камеру 7, где происходит распыление раствора потоком нагнетаемого воздуха и подача его по магистралям трубопроводов в рабочую зону. Процесс лучше вести при переменном давлении. После окончания опрыскивания в стационарную технологическую систему для очистки от остатков реактивов под небольшим давлением подают воду с химическим нейтрализатором. Затем нагнетают под давлением воздух для просушки трубопровода.
Пример 9. Распыление сыпучих веществ (н-р, серы, пепла и др.). Для этого предварительно проветривают виноградник путем подачи в стационарную технологическую систему воды для увеличения влажности воздуха. При этом на листьях создается пленка влаги. Затем просушивают систему потоком воздуха. После этого подготовленные сухие вещества через дозатор подаются в смесительную камеру, распыляются и нагнетаемым под давлением воздухом перемещаются в рабочую зону. Процесс лучше вести в режиме переменного давления. Облако пыли (распыленного вещества) равномерно оседает на все поверхности лозы и листьев. По окончанию распыления систему промывают и просушивают.
Пример 10. Опрыскивание листьев и гроздей раствором органического удобрения (жидкого, свежего навоза) для защиты от оидиума. Процесс проводят аналогично примеру 9.
Удобрение виноградников.
Пример 12. Удобрение виноградников внесением внекорневой подкормки, например, мочевины, осуществляют путем распыления. При этом для лучшего прилипания сыпучего реактива в воду добавляют стиральный порошок и обрабатывают растения. После этого стационарную технологическую систему промывают водой и просушивают. Затем распыляют подготовленное порошкообразное вещество в режиме переменного давления. После окончания работы стационарную технологическую систему кратковременно промывают водой и просушивают нагнетаемым воздухом.
Пример 13. В предзимний период для корневой подкормки проводят внесение сыпучих минеральных удобрений и пепла. Подготовленные технологические компоненты распыляют в обычном режиме. После распыления кратковременно включают режим переменного давления, чтобы стряхнуть остатки технологических компонентов на почву и подают в стационарную технологическую систему только воду, обмывают растения и поливают почву до полного впитывания удобрений. После окончания работы виноградные насаждения просушивают.
Пример 14. Удобрение виноградников внесением перепревшего навоза - «сыпца» осуществляют путем распыления через стационарную технологическую систему сухого размельченного сырья аналогично примеру 13.
Пример 15. Удобрение виноградников жидкими органическими удобрениями, разведенными водой, осуществляют аналогично примеру 8.
Пример 16. Мелкодисперсное орошение. Осуществляют путем смешения в смесительной камере 7 воды потоком нагнетаемого воздуха при различных значениях давления и в различных соотношениях вода-воздух в зависимости от назначения и периода вегетации.
Пример 17. Струйное орошение. Осуществляют путем подачи в систему только воды при оптимальном давлении.
Пример 18. Влагозарядковый полив осуществляют только водой при малом давлении и длительном напуске воды только через нижний рабочий трубопровод. После полива систему просушивают.
Проведение дополнительных мероприятий.
Пример 19. При необходимости после длительных затяжных дождей кусты просушиваю путем подачи в стационарную технологическую систему потоков воздуха. Если необходимо, кусты опрыскивают реактивами в режиме переменного давления, затем просушивают, а систему промывают и просушивают в обычном режиме.
Пример 20. С использованием стационарной технологической системы осуществляют подготовку кистей винограда к уборке. Непосредственно перед сбором урожая кусты с гроздьями винограда промывают умеренными по интенсивности струями воды, подаваемой в систему, с применением щадящего переменного режима подачи воздуха. Затем кусты с виноградом высушивают путем подачи в трубопровод нагнетаемого под давлением теплого воздуха в режиме переменного давления.
Пример 21. С использованием стационарной технологической системы осуществляют посев семян. Весной или осенью для задернения или культурного залужения почвы производят посев семян трав или сидератов. Для этого семена поступают через дозатор в смесительную камеру 7 и потоками нагнетаемого воздуха в обычном режиме рассеивают по участку. После окончания посева производят полив мелкодисперсионным способом. Затем тем же способом рассеивания почву мульчируют мелкоизмельченными материалами, такими как подсолнечная шелуха, солома, опилки, сухой, перепревший навоз. После мульчирования производят полив струйным способом малой интенсивности и до появления всходов содержат почву во влажном состоянии.
Пример 22. С использованием стационарной технологической системы для сохранения влаги в течение вегетационного периода проводят мульчирование почвы любым измельченным и пригодным для этого материалом.
Пример 23. С использованием стационарной технологической системы во время созревания винограда осуществляют отпугивание птиц и ос, распыляя в дневное время токсичные препараты, отпугивающие или уничтожающие вредителей.
Внедрение стационарной технологической системы транспортирующих воздушных трубопроводов и реализуемого с ее помощью способа создания микроклимата рассчитано также и на малые фермерские хозяйства в виде ферм интенсивного типа для выращивания виноградников с высокопродуктивными формировками, загущенными посадками с высокой концентрацией листовой массы побегов в объеме шпалерного пространства. Урожайность таких плантаций в зависимости от типа формировок по предварительным оценками в 3-13 раз выше существующих. Предлагаемая система может применяться в теплицах.
В качестве примера на фиг. 5 изображена ферма, на которой расположены 10 участков виноградников по 1 Га, жилой комплекс на 10 квартир и весь комплекс необходимых служб: 3 - въездные ворота с 4-х сторон участка; 4 - весовая; 5 - гаражи: 6 - мехдвор; 7 - автостоянка грузовых машин и сельхозтехники; 8 - механические мастерские; 9 – склады; 10 - технологическая лаборатория; 11 - холодильник; 12 - плодохранилище; 2 - аппаратная управления и контроля; 13 - школка для выращивания саженцев винограда; 14 - проездные дороги; 21 - магистральные трубопроводы; 15 - сад 1 га: 17 - скважина; 16, 18 - рабочие трубопроводы; 19-10 участков с I-X размером 100 м×100 м и площадью 1 га; 20 - огород на 10 участков по 0,05 га; 22 - жилой дом на 10 квартир; 23 - хозблоки на 10 хозяев; 24 - офис-проходная; 25 - гаражи для автотранспорта; 26 - двор; 27 - въездная дорога; 28 - посадки деревьев (каштан, тополь, ель, липа, грецкий орех, сосна); 29 - въездные ворота. Расположенный на ферме сад можно обрабатывать таким же образом, как и виноградник; огород и школку можно обрабатывать только от нижнего трубопровода.
Предлагаемая стационарная технологическая система для обработки виноградных плантаций в отличие от других оросительных систем работает круглосуточно в течение года и комплексно выполняет все необходимые технологические операции, решая задачи по оптимизации условий выращивания виноградных насаждений, позволяет оперативно управлять формированием потенциально возможного, присущего сорту урожая. При комплексном использовании высокоэффективных насыщенных зелеными побегами интенсивных объемных формировок и созданием здорового микроклимата можно значительно увеличивать продуктивность плантаций. Простая и надежная конструкция системы позволяет эффективно управлять приемами и параметрами технологического процесса, обеспечивать экономию материальных ресурсов и затрат человеческого труда, высокую окупаемость затрат, оперативность в работе, исключив работу агротехники.