Разработка технических средств и метод определения интервала времени между увлажнениями в системе комбинированного орошения

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 631.674.6

РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ИНТЕРВАЛА ВРЕМЕНИ МЕЖДУ УВЛАЖНЕНИЯМИ В СИСТЕМЕ КОМБИНИРОВАННОГО ОРОШЕНИЯ

А.В. Майер, кандидат сельскохозяйственных наук

В.С. Бочарников, кандидат технических наук Е.А. Долгополова, аспирант

Волгоградский государственный аграрный университет

На основании комплексного анализа конструкций систем мелкодисперсного дождевания и капельного орошения разработана система комбинированного полива сельскохозяйственных культур и метод определения интервала времени между увлажнениями.

Ключевые слова: сельскохозяйственные культуры, технические средства, новый метод.

Современные экономические и экологические требования к мелиоративным системам ставят на первое место снижение отрицательного воздействия на окружающую среду. В комплексе различных мелиоративных мероприятий важную роль в решении этих задач занимает разработка и создание принципиально новых технических средств и технологий орошения. [4, 5, 6].

У подавляющего большинства сельскохозяйственных культур отмечается депрессия фотосинтеза, угнетение ростовых процессов, падение тургора, уже при температуре воздуха выше 35 0С, и относительной его влажности менее 50 %, такие условия характерны для засушливых регионов Российской Федерации. В условиях Нижнего Поволжья такие процессы характерны даже при локальных способах орошения, таких как внутрипочвенное и капельное. Поддерживая предполивной порог влажности почвы до 90 % НВ, при относительной влажности воздуха менее 30 %, при данных способах орошения присутствует вероятность потери урожая [2, 3].

В связи с этим, необходимо применять системный подход к решению данной научной проблемы. Задачей исследований является синтезированная характеристика взаимосвязи микроклимата, гидрологии и культурной растительности. При комбинированном орошении внимание уделяется не только орошению, но и системе мелиоративных, гидрологических и других мероприятий, позволяющих получать гарантированные урожаи сельскохозяйственных культур.

Периодичность засушливых и острозасушливых периодов по среднемноголетним данным в РФ очень велика. По данным министерства сельского хозяйства РФ за 2010 год от засух пострадали 21 субъект РФ, погибло 2787 тыс. га посевов, что составило 34,9 % от общих вредных воздействий. Ущерб при этом составил 8148 млн рублей. Даже в условиях орошения воздействию суховеев и атмосферным засухам сельскохозяйственные культуры за вегетационный период подвергаются множество раз. В таких условиях увлажнительные поливы являются актуальной необходимостью сохранения и увеличения урожая. Одним из направлений решения задачи при борьбе с суховеями и засухами - это создание технических средств мелкодисперсного (аэрозольного) увлажнения растений для регулирования фитоклимата в жаркие часы суток [1, 7].

Авторами предложена конструкция системы комбинированного капельного орошения с мелкодисперсным увлажнением.

Комбинированная система капельного орошения с мелкодисперсным увлажнением (МДУ) предназначена для поддержания микроклимата в среде растений при возделывании сельскохозяйственных культур, и многолетних садовых насаждений, путем снижения температуры воздуха на 3.. .5 0С, соответственно повышению относительной влажности воздуха на 10.15 %, за счет периодического распыления дождя малой интенсивности, в виде мелкодисперсных капель крупностью не более 600 мкм.

Система способна работать самостоятельно как в режиме капельного полива, так и в режиме мелкодисперсного увлажнения. Технические разработки системы комбинированного орошения позволяют производить капельный полив и мелкодисперсное увлажнение одновременно, в зависимости от поставленной задачи.

Рисунок 1 - Схема системы комбинированного орошения (капельное орошение с МДУ) с дополнительным распределительным трубопроводом

Система комбинированного орошения (КО + МДУ) с дополнительным распределительным трубопроводом включает следующие элементы комплектации: водозабор

1, насосная станция 2, фильтр 3, гидроподкормщик 4, регулятор давления 5, магистральный трубопровод 6, запорная арматура 7, участковый трубопровод для осуществления капельного орошения 8, участковый трубопровод для осуществления капельного орошения с МДУ 9, капельные поливные трубопроводы 10, капельница 11, поливной трубопровод капельного орошения с МДУ 12, установка МДУ с распылительной насадкой и перепускным клапаном 13, старт коннектор 14, манометр контроля давления воды 15.

В данную систему комбинированного орошения нами был введен в комплектацию дополнительный участковый трубопровод для более рационального и экономного расходования поливной воды, уменьшения количества комплектов установок мелко-

дисперсного увлажнения и снятия энергетических нагрузок при эксплуатации системы МДУ, а также при внесении с поливной водой питательных растворов для внекорневых подкормок и ядохимикатов при борьбе с болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур.

Введение дополнительного трубопровода дает возможность сократить количество аэрозольных установок в 1,5 раза и вывести из эксплуатации половину капельных линий системы орошения при осуществлении рабочего цикла МД увлажнения. Разработка данной системы орошения, схемы размещения и монтаж МД установок (рис. 1) обеспечивает устойчивую работу системы при различных схемах посева возделываемых культур. Количество капельных поливных трубопроводов на 1 га может увеличиваться в зависимости от схем посева (от двух до четырех и восьмистрочных схем). В зависимости от возделываемой культуры и схемы посева количество капельных линий может изменяться от 63 до 180 штук на 1 гектар. Поэтому нецелесообразно задействовать поливные капельные линии, которые не используются для подачи и распределения воды при работе системы в режиме мелкодисперсного дождевания. Капельными линиями проводят полив возделываемой культуры от 2 до 5 часов в сутки с межполивными интервалами 1.5 дней в зависимости от погодных условий, а МДУ проводят в жаркие часы суток, когда температура воздуха >25 0С. Практически МД увлажнение проводится ежедневно с интервалами 0,15.2 часа.

Реализация разработанной системы капельного орошения с МДУ заключается в следующем.

В качестве водоисточника может служить или открытый водоем, или скважина с дебитом воды, достаточным для обслуживания всей системы орошения.

Фильтр выполнен в виде гидроциклона для удаления растительного и минерального сора. В напорную сеть после фильтра гидравлически присоединен гидропод-кормщик, для приготовления маточных растворов микроэлементов. Система снабжена имеющими возможность изменения положения стоек по высоте над уровнем почвы сменными распылительными насадками. Система орошения для регулирования фитоклимата снабжена дополнительным водораспределительным трубопроводом. Участковый основной и дополнительный водораспределительный трубопроводы имеют диаметр 50 мм ПНДС длиной по 50 м на экспериментальном участке. Дополнительный участковый трубопровод и основной участковый трубопровод гидравлически соединены с магистральным трубопроводом.

Дополнительный участковый трубопровод 9 гидравлически связан с поливными трубопроводами, в полости которых с шагом 400 мм вмонтированы капельницы.

Один конец поливного комбинированного трубопровода с диаметром 20 мм связан с дополнительным участковым трубопроводом 9 разъемным соединением, переходной резьбовой втулкой и цанговым зажимом. В стенке участкового дополнительного распределительного трубопровода 9 выполнено водовыпускное отверстие диаметром 15 мм, в котором монтируется старт коннектор для соединения участкового трубопровода 9 с комбинированными поливными трубопроводами 12.

Принцип работы данной системы орошения осуществляется следующим образом.

Транспортировка поливной воды к орошаемому участку осуществляется через водозабор 1, блок фильтрующих элементов 2; 3 и магистральный трубопровод 6. При поддержании рабочего давления в участковом трубопроводе 8 и участковом дополнительном трубопроводе 9 до 0,01 МПа капельные 10 и поливные комбинированные трубопроводы 12 работают в режиме капельного орошения. При повышении давления во-

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА

ды до 0,02 МПа в комбинированном поливном трубопроводе в работу вступают аэрозольные установки с распылительными насадками 13, которые снабжены водоудерживающими клапанами.

Для внесения минеральных растворов или для опрыскивания растений ядохимикатами на дополнительном участковом трубопроводе 9 установлен гидроподкормщик с насосом-дозатором 16.

В процессе проведения эксперимента велось наблюдение за микроклиматом опытного поля. Регистрировались и изучались показатели: температура и влажность воздуха, влажность и температура почвы, скорость и направление ветра. Замеры температуры и влажности воздуха проводились через каждые 15 минут на уровне высоты стоек (1 метр) среди растений.

Время разового увлажнения определяли по методу интервала времени испарения капель воды с поверхности листа от температуры воздуха (рис. 2).

Рисунок 2 - Г рафик зависимости времени испарения влаги с поверхности площади листьев от температуры воздуха

Сущность данного метода заключается в следующем:

- опытным путем нами было установлено время испарения мелкодисперсных капель с площади листовой поверхности при температуре окружающего воздуха 25 0С, которое составило 48 минут. Затем мы установили время испарения мелкодисперсных капель при температурах окружающего воздуха 30; 35; 40; и 45 0С, которое соответственно составило 37; 32; 24; и 17 минут;

- обработанные данные занесли в компьютер и получили кривую соотношения температуры воздуха и временем испарения мелкодисперсных капель с площади листовой поверхности;

- цикл последующего увлажнения растений осуществлялся после полного испарения предыдущего разового увлажнения;

- промежуток времени между увлажнениями должен соответствовать условию:

"I исп. — "I инт.:>

где 1 исп. - время испарения влаги с листовой поверхности, мин; 1 инт. - временной интервал разового увлажнения, мин; - количество увлажнительных поливов зависит от продолжительности постоянной температуры окружающего воздуха:

п =—,

^2

где ^ - время продолжительности постоянной температуры, мин; 12 - временной интервал между увлажнениями, мин.

Опыты проводились в пятикратной повторности, в световое время суток, в течение пяти дней, при температуре окружающего воздуха 20.45 0С, на посевах сахарной кукурузы и сладкого перца. Кривая на графике (рис. 2) показывает соотношение между температурой воздуха и временем испарения воды с поверхности площади листьев.

Такая зависимость характеризуется высокой степенью надежности и может использоваться как метод определения временного цикла между разовыми увлажнениями. Начало следующего увлажнения производим согласно полученной кривой с учетом времени на релаксацию.

Применение мелкодисперсного увлажнения способствует усилению транспирации листьев, в результате температура лиственного покрова в среднем на 3.6 0С ниже, чем на контроле. Относительная влажность воздуха в среде растений повышается на 15.20 %.

Разработка системы комбинированного орошения при поливе пропашных культур позволит положительно влиять на физиологическое состояние растений, способствовать повышению содержания влаги в тканях листьев, уменьшению в них дефицита влаги и уменьшению стрессовой депрессии фотосинтеза. Введение в систему комбинированного орошения дополнительного участкового трубопровода позволит более экономно расходовать оросительную воду в режиме полива мелкодисперсным дождеванием.

Данное направление является одним из основных в разработке локальных стационарных систем, которое повышает надежность и экологическую безопасность орошения сельскохозяйственных культур, что очень важно для южных регионов, подверженных частым засухам и суховеям.

Библиографический список

1 Бородычев, В.В. Техника и технология мелкодисперсного дождевания [Текст]/В.В. Бородычев // Сборник научных трудов. - В., ВСХИ, 1983. - 71 с.

2. Овчинников, А.С. Конструктивные особенности систем капельного и внутрипочвен-ного орошения [Текст] / А.С. Овчинников, М.П. Мещеряков, В.С. Бочарников // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование.

- 2007. - № 1 (5). - С. 54-56.

3. Овчинников, А.С. Эффективность применения и конструкции систем внутрипочвен-ного и капельного орошения при возделывании сладкого перца [Текст] / А.С. Овчинников, М.П. Мещеряков // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. - 2007. - № 5. - С. 74-78.

4. Овчинников, А.С. Зона увлажнения почвы как фактор управления ростом корневой системы томатов при капельном орошении [Текст] / А.С. Овчинников, И.И. Азарьева // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2009. - № 4 (16). - С. 43-47.

5. Ресурсосберегающая технология капельного орошения огурца [Текст] / А.С. Овчинников, М.А. Акулинина, В.В. Бородычев, Е.В. Шенцева // Картофель и овощи. -2009. - № 3. -

С. 23-23.

6. Урожайность сладкого перца при капельном орошении [Текст]/ А.С. Овчинников, О.В. Бочарникова, Т.В. Пантюшина, Е.В. Шенцева // Мелиорация и водное хозяйство. - 2007. -№ 2. - С. 45-49.

7. Храбров, М.Ю. Некоторые результаты исследования аэрозольного орошения яровой пшеницы. [Текст] / М.Ю. Храбров // Материалы докладов молодых ученых Волгоградского СХИ. - Волгоград: ВСХИ, 1979. - С. 75-76.

E-mail: vgsha@ vgsha ru