Способ комбинированного капельного орошения овощных культур
METHOD FOR COMBINED DRIP IRRIGATION OF VEGETABLE CROPS

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть применено в мелиорации, в частности при выращивании любых овощных культур.
Известен капельный способ полива овощных культур, при котором оросительную воду по густо разветвленным трубопроводам через специальные микроводовыпуски (капельницы) подают малыми расходами непосредственно в корнеобитаемую зону растений (Шонтуков Т.З., Дышеков А.X. Особенности капельного орошения овощных культур // DISCOVERY SCIENCE RESEARCH: сборник статей международной научно-практической конференции. - Петрозаводск: МЦНП «Новая наука», 2020. - С. 235-239).
Недостатком данного способа является невозможность регулирования микроклимата в посевах.
Известен дождевальный способ орошения овощных культур, при котором происходит разбрызгивание оросительной воды над растениями и почвой специальными дождевальными машинами (Овощеводство: учебное пособие / Котов В.П., Адрицкая Н.А., Пуць Н.М. [и др.]; под ред. Котова В.П., Адрицкой Н.А. - 5 изд. - СПб.: Лань, 2020. - С. 126-127).
Недостатком данного способа является большой расход оросительной воды.
Известен комбинированный способ орошения овощных культур, при котором полив проводят с помощью капельного орошения (КО) и мелкодисперсного дождевания (МДД), заключающегося в распылении дождя малой интенсивности в виде мелкодисперсных капель воды специальными дождевателями (Курбанов С.Я., Майер А.В., Магомедова Д.С. Комбинированное орошение при возделывании овощных культур в Дагестане // Мелиорация и водное хозяйство. - 2013. - №1. - С. 8-10.).
Недостатком данного способа является необходимость в монтаже дополнительной стационарной системы для полива МДД, снижающей вероятность безотказной работы, включающей участковый трубопровод для подачи воды в систему КО+МДД, поливной трубопровод для КО+МДД, установку МДД с распылительной насадкой и перепускным клапаном и гидроподкормщик для проведения внекорневых подкормок и обработки ядохимикатами.
За прототип выбран дождевально-капельный способ орошения овощных культур, при котором полив осуществляется с помощью водовыпусков, позволяющих проводить, как дождевание, так и капельное орошение в зависимости от сложившихся температурных условий в течение всего вегетационного периода растений (Калашников А.А., Жарков В.А., Ангольд Е.В. Технология и технические средства комбинированного дождевально-капельного орошения // Наука и мир: международный научный журнал. - 2014. - №11 (15). - С. 63-65).
Недостатками данного способа являются:
- необходимость в монтаже дополнительного стационарного оборудования для полива, повышающего риск нарушения безотказной работы системы КО, в виде дополнительного напорообразующего устройства, датчика температуры воздуха, генератора командных импульсов и насадки для полива дождеванием;
- повышенный расход оросительной воды при поливе дождеванием;
- усложнение конструкции капельниц за счет необходимости их работы в двух режимах («капельный полив» и «дождевание»).
Задача - совершенствование капельного способа орошения для повышения урожайности овощных культур.
Технический результат - возможность создания благоприятного микроклимата в посевах в межфазный период с максимальным водопотреблением для повышения урожайности овощных культур при капельном орошении без монтажа дополнительного стационарного оборудования для полива и усложнения конструкций капельниц одновременно со снижением расхода оросительной воды.
3
Технический результат достигается способом комбинированного капельного орошения овощных культур, включающий капельное орошение и поливы дождеванием, при котором дождевание осуществляют мобильным штанговым опрыскивателем в количестве 1-3 полива каждый с поливной нормой до 50 м/га в межфазный период с максимальным водопотреблением овощных культур. Способом комбинированного капельного орошения овощных культур, при котором проведение от 1 до 3 поливов дождеванием устанавливается в зависимости от продолжительности и интенсивности атмосферной засухи в межфазный период с максимальным водопотреблением овощных культур.
Существенными признаками при комбинированном капельном орошении, влияющими на достижение заявленного технического результата, являются:
- осуществление поливов дождеванием мобильным штанговым опрыскивателем;
3
- поливы дождеванием с поливной нормой до 50 м/га каждый;
- проведение от 1 до 3 поливов дождеванием для создания благоприятного микроклимата в посевах в зависимости от продолжительности и интенсивности атмосферной засухи в межфазный период с максимальным водопотреблением овощных культур.
Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем.
Известно, что при сильной атмосферной засухе (высокая температура и низкая влажность воздуха, особенно во время суховеев), даже при относительно высокой влажности почвы, интенсивность транспирации (испарение влаги с поверхности листа) может превысить скорость поступления воды из почвы через корневую систему в растение. В результате чего содержание воды в тканях растений снижается ниже оптимального уровня и начинается депрессия фотосинтеза. Депрессия фотосинтеза у большинства сельскохозяйственных культур начинается при +18…28°С.
У овощных культур это особенно опасно в период от цветения до начала плодообразования, когда во многом определяется уровень будущей урожайности. Именно в этот период растениям необходимо подать максимальное количество воды за все время вегетации и создать благоприятный микроклимат в посевах для их развития.
Известно, что в системах капельного орошения овощных культур регулировать температуру и влажность воздуха в посевах невозможно. Регулирование микроклимата в посевах достигается только проведением поливов обычным или мелкодисперсным дождеванием. При капельном поливе для создания благоприятного микроклимата, позволяющего значительно повысить урожайность овощных культур необходимо устанавливать дополнительное стационарное оборудование. Чтобы исключить необходимость в монтаже дополнительного стационарного оборудования для проведения регулирующих микроклимат поливов дождеванием предлагается использовать штанговый опрыскиватель, заправленный оросительной водой, так как он не привязан к конкретному участку, легкодоступен и имеется в каждом хозяйстве с целью обработки посевов различными пестицидами для борьбы с вредителями, болезнями и сорняками.
3
В таблице 1 представлены параметры полива дождеванием для 1 га при использовании различных моделей и вариантов комплектации прицепных штанговых опрыскивателей с шириной захвата штанги от 18 до 40 м, производительностью насоса от 170 до 500 л/мин и общим объемом емкости для раствора пестицидов (в нашем случае для подачи оросительной воды) от 2620 до 7130 л. Количество заправок емкости опрыскивателя напрямую зависит от ее объема и поливной нормы. При поливной норме 50 м/га с увеличением вместимости опрыскивателя от 2620 до 7130 л количество заправок снижается от 20 до 8 ед. При дальнейшем снижении величины поливной нормы количество заправок уменьшится еще больше.
3
3
3
Для обеспечения равномерности полива была рассчитана скорость движения опрыскивателя. Для указанных моделей опрыскивателей и вариантов комплектации эта скорость различается, и составляет от 0,15 до 0,57 км/ч при подаче поливной нормы 50 м/га в 2 приема по 25 м/га. Главным параметром при таком поливе является его продолжительность. В данных расчетах приводится продолжительность самого полива. Время, затраченное на заправку емкости опрыскивателя, не учитывается, так как оно может существенно различаться для каждого частного случая. Среди рассмотренных штанговых прицепных опрыскивателей максимальная продолжительность полива 1 га поливной нормой 50 м/га составляет 5,3 ч, а минимальная - 1,6 ч.
3
Таким образом, расчеты показали, что применение широко распространенных штанговых опрыскивателей для проведения 1-3 поливов дождеванием поливной нормой до 50 м/га технически вполне допустимо.
Примеры конкретного выполнения.
В 2018-2019 гг. на базе УНПЦ «Горная Поляна» Волгоградского ГАУ были отработаны все элементы заявленной технологии комбинированного капельного способа орошения сельскохозяйственных культур на примере капельного полива таких овощных культур, как столовая свекла гибрида «Пабло F1», томаты сорта «Рио Гранде» и перец сорта «Калифорнийское чудо» на светло-каштановых почвах Нижнего Поволжья. Для этого был проведен полевой опыт, цель которого заключалась в совершенствование комбинированного способа капельного орошения для повышения урожайности овощных культур.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
- определить возможность проведения поливов дождеванием существующим в хозяйстве мобильным штанговым опрыскивателем для обработки полей пестицидами;
- определить повышение урожайности овощных культур при капельном поливе за счет создания благоприятного микроклимата в межфазный период максимального водопотребления растений;
- установить возможное снижение расхода оросительной воды при использовании предлагаемого способа комбинированного капельного орошения овощных культур в сравнении с прототипом.
3
В наших опытах в 2018-2019 гг. использовался прицепной штанговый опрыскиватель ОП-2500 серии "АГРО" с шириной захвата штанги 24 м, производительностью насоса 170 л/мин и объемом емкости 2620 л. При поливной норме 30…50 м/га параметры полива на 1 га были следующими: количество заправок - 12…20 ед.; скорость движения опрыскивателя - 0,14…0,17 км/ч и продолжительность полива (без учета времени на заправку емкости) - 2,8…4,7 ч. Время, затрачиваемое на дорогу к месту заправки, заправку емкости силами самого механизатора и возвращение опрыскивателя к месту, где закончилась вода, для продолжения полива, в среднем составляло 4 мин 4 сек (0,067 ч). Таким образом, общее время полива 1 га в наших опытах составляло 3,6…6,0 ч.
Количество поливов при капельном орошении и дождевании напрямую зависело от обеспеченности осадками и температуры воздуха. По гидротермическому коэффициенту Г.Т. Селянинова, показывающему уровень влагообеспеченности территории по соотношению суммы осадков к сумме температур воздуха, период вегетации растений с 31 мая по 30 сентября в 2018 году был острозасушливый (ГТК=0,22), а в 2019 году - сухой (ГТК=0,49).
Необходимое количество поливов дождеванием для создания благоприятного микроклимата в посевах полностью зависело от продолжительности и интенсивности атмосферной засухи в период максимального водопотребления мелкосемянных сельскохозяйственных культур. Полив дождеванием назначали при продолжительном отсутствии атмосферных осадков в сочетании с установлением температуры воздуха в посевах свыше 25°С и скорости ветра более 5 м/с.
Для определения влияния микроклимата на урожайность в 2018-2019 гг. на базе УНПЦ «Горная Поляна» Волгоградского ГАУ была проведена серия однофакторных полевых опытов с различными овощными культурами: столовая свекла гибрида «Пабло F1», томат сорта «Рио Гранде» и перец сорта «Калифорнийское чудо» на светло-каштановых почвах Нижнего Поволжья.
Исследованы были два варианта орошения: капельное и капельное комбинированное (капельный полив + дождевание), где поливы дождеванием проводили только в межфазный период максимального водопотребления: у корнеплодов (на примере столовой свеклы) в период «плодообразование - техническая спелость», а у пасленовых культур (на примере томатов и перца) - «цветение - начало плодообразование».
В опытах со столовой свеклой на всем протяжении вегетации поддерживался режим орошения с дифференцированным предполивным порогом влажности почвы 75-85-75% НВ в активном слое почвы 0,5 м. с изменением интенсивности орошения в течение трех межфазных периодов: «посев - начало плодообразования», «плодообразование - техническая спелость», «техническая спелость - уборка», а у томатов и перца - 80-70% НВ с изменением интенсивности орошения при переходе от межфазного периода «высадка рассады - начало плодообразования» к периоду «плодообразование - последний сбор». Дозы минеральных удобрений были рассчитаны под планируемую урожайность 60 т/га для столовой свеклы, 80 т/га - для томатов и 70 т/га - для перца.
В таблице 2 приведена урожайность исследуемых овощных культур по вариантам опыта.
Результаты полевых опытов показывают, что в среднем за 2018-2019 гг. урожайность столовой свеклы при капельном поливе составляла 60,4 т/га, томатов - 80,8 т/га, а перца - 70,6 т/га. При поливе комбинированным капельным орошением (капельный полив + дождевание) урожайность столовой свеклы увеличилась до 67,4 т/га, томатов - до 89,4 т/га, а перца - до 79,1 т/га.
Таким образом, было установлено, что создание благоприятного микроклимата при капельном орошении в посевах исследуемых овощных культур в период максимального водопотребления действительно эффективно воздействует на развитие растений, стимулируя получение прибавки урожайности 7,0…8,6 т/га или 10,6…12,0%.
В процессе разработки режимов орошения изучаемых культур были выделены следующие межфазные периоды:
1) начальный межфазный период развития растений: у столовой свеклы - «посев - начало плодообразования», а у томатов и перца - «высадка рассады - цветение»;
2) центральный межфазный период развития растений с максимальным водопотреблением: у столовой свеклы - «плодообразование - техническая спелость», а у томатов и перца - «цветение - начало плодообразование»;
3) конечный межфазный период развития растений: у столовой свеклы - «техническая спелость - уборка», а у томатов и перца - «плодообразование - последний сбор».
Расчет поливных норм при дождевании был проведен по общеизвестной формуле академика А.Н. Костякова, а при капельном орошении по методу, разработанному, академиком РАН И.П. Кружилиным и профессором Е.А. Ходяковым (патент №2204241 от 20.05.2003 г.).
В таблице 3 показаны режимы орошения исследуемых овощных культур при комбинированном капельном орошении (капельное орошение + дождевание).
3
3
3
Результаты полевых опытов показали, что в среднем за 2018-2019 гг. суммарное количество оросительной воды за весь период вегетации (оросительная норма) столовой свеклы составило 3211 м/га, томатов - 5148 м/га, а перца - 4922 м/га.
В таблице 4 приведены возможные режимы орошения исследуемых овощных культур при дождевально-капельном способе орошении (по прототипу) в зависимости от погодных условий.
На основании полученных в полевых опытах режимов орошения при комбинированном капельном поливе и метеоданных, полученных от метеостанции, расположенной непосредственно на опытном участке, были разработаны возможные режимы орошения исследуемых овощных культур при поливе дождевально-капельным способом, описанном в прототипе.
На основании метеоданных за 2018-2019 гг. было установлено, что в среднем в течении начального межфазного периода исследуемых овощных культур неблагоприятные погодные условия устанавливались 1…2 раза, а в течении конечного межфазного периода - 2…3 раза, что непременно вызвало бы необходимость проведения поливов дождеванием в эти периоды развития растений.
3
3
3
Анализ возможных режимов орошения при дождевально-капельном способе полива показал, что оросительная норма у столовой свеклы здесь увеличилась бы до 3812…4175 м/га, у томатов - до 5709…6041 м/га, а у перца до 5645…5977 м/га.
3
3
3
В этом случае, при комбинированном способе капельного орошения овощных культур оросительная норма у столовой свеклы снизилась бы на 601…964 м/га или на 15,8…23,1%, у томатов - на 561…893 м/га или на 9,8…14,8% и у перца - на 723…1055 м/га или на 12,8…17,7%,
Снижение расхода оросительной воды при комбинированном способе капельного орошения овощных культур по сравнению с дождевально-капельным способом, описанном в прототипе можно объяснить следующими обстоятельствами:
1) Наибольшее влияние на уменьшение оросительной нормы при комбинированном капельном способе орошения оказывало отсутствие поливов дождеванием в начальный и конечный межфазные периоды. Регулирование микроклимата в этом время особого значения не имеет из-за пониженного водопотребления овощных культур в эти периоды и отсутствия его существенного влияния на урожайность на этих этапах развития растений. В связи с этим количество поливов дождеванием при дождевально-капельном способе орошения составляло 6…8 ед., а при комбинированном способе капельного орошения - 2…3 ед.
2) Поливные нормы при дождевании были значительно больше, чем при капельном поливе, поскольку при дождевании оросительная вода при каждом поливе накрывает полностью всю площадь посева овощных культур, а при капельном орошении вода поступает только в прикорневую зону одного - двух рядов растений, промачивая полосу шириной до 0,5-0,6 м без потерь воды на испарение, которые при дождевании могут достигать 20-25%.
3
3) При дождевально-капельном способе орошения, заявленном в прототипе, вегетационные поливы дождеванием проводятся одновременно как для создания благоприятного микроклимата, так и для поддержания влажности почвы на всю глубину активного слоя (0,5 м) не ниже заданного предполивного порога также, как при капельном орошении исследуемых овощных культур, поэтому их величина составляла 229…458 м/га.
3
В процессе использования комбинированного капельного орошении нет необходимости в проведении полноценных вегетационных поливов дождеванием. Как показали исследования (таблица 2,3), выполнение 1-3 увлажнительных поливов дождеванием нормой 30…50 м/га каждый только в межфазный период развития растений с максимальным водопотреблением было достаточным для создания благоприятного микроклимата, способствующего повышению урожайности овощных культур на 7,0…8,6 т/га или на 10,6…12,0%.