Проведение исследований, разработка технологий и подготовка технических предложений на модули передвижной системы капельного орошения сельскохозяйственных культур рядового сева

Титульный лист и исполнители

РЕФЕРАТ

Отчет содержит 141 с., 41 рис., 14 табл., 78 использованных источников, 3 приложения.

Название темы: Проведение исследований, разработка технологии и подготовка технических предложений на модули передвижной системы капельного орошения сельскохозяйственных культур рядового сева.

Ключевые слова: орошение, капельное орошение, передвижной модуль, комплект, система, технология капельного орошения.

Объект исследования: модульный комплект передвижной системы капельного орошения сельскохозяйственных культур.

Цель работы – разработать технологию полива и передвижное техническое средство капельного орошения культур рядового сева.

Описание проделанной работы и ее результаты. Методология проведения работ базируется на изучении литературных, технических и патентных источников, ранее созданных технических средств для оросительных сетей с технологией капельного орошения, материалов научных исследований и их анализе, сбору и анализе информации эксплуатационных организаций. Работы проводились по ГОСТам, рекомендациям, методикам и другим нормативным документам, действующим на данный момент.

На основе анализа статистического материала установлены: оптимальные размеры площадей участков орошения и природно-климатические и характеристики регионов применения системы капельного орошения.

В результате исследований проведен анализ существующих технологий и технических средств капельного орошения и их конструктивных особенностей.

На основании проанализированного материала разработано техническое предложение модуля системы капельного орошения культур рядового сева на основе передвижного модуля системы капельного орошения с насосно-силовым оборудованием, системой фильтров, узлом подготовки и внесения удобрений, магистральным, двумя разборными распределительными трубопроводами и поливными трубопроводами капельного орошения.

Областью применения является орошаемое земледелие, преимущественно на сельскохозяйственных культурах рядового сева мелкоконтурных участков хозяйств всех форм собственности в зонах орошаемого земледелия АПК.

ВВЕДЕНИЕ

В рамках Государственной программы развития сельского хозяйства на 2013-2020 годы осуществляется реализация масштабной программы по модернизации мелиорации, поэтому данная отрасль имеет высокие перспективы развития, а спрос на мелиоративные системы постепенно увеличивается. По предварительным подсчётам Министерства Сельского Хозяйства РФ Федеральная целевая программа «Развитие мелиорации сельскохозяйственных земель России на период до 2020 года» позволит возмещать с 2013 года до 50 % затрат сельхоз товаропроизводителей, реконструкцию и техническое перевооружение, а также на строительство новых, в том числе ресурсо- и энергосберегающих, мелиоративных систем общего и индивидуального пользования. Строительство новых систем, а также восстановление и реконструкция существующего мелиоративного комплекса РФ будет способствовать не только увеличению валового производства продукции, но и обеспечит снижение рисков отказов работы систем и увеличит сроки службы и эффективность работы ГТС.

Необходимо отметить, что в настоящее время высокие цены на энергоносители не позволяют вести рентабельное конкурентоспособное сельскохозяйственное производство на орошаемых землях. С целью повышения заинтересованности сельскохозяйственных предприятий в производстве сельскохозяйственной продукции на орошаемых площадях необходимо осуществлять финансовую поддержку в части компенсации затрат на подачу воды к участку орошения, а также за используемые при поливе электроэнергию и дизельное топливо в размере не менее 50 % от затрат предприятий на полив.

В последние годы в связи с ростом цен на энергоносители и необходимостью сохранения рентабельности орошаемого земледелия, большое внимание стали уделять вопросам экономической эффективности орошения при условии снижения энергопотребления и непроизводительных потерь оросительной воды. В решении данной масштабной задачи одним из перспективных способов полива является капельное орошение. Указанный способ полива обеспечивает создание наиболее благоприятных условий для растений, позволяет подавать поливную воду непосредственно к корням растений и дает возможность автоматизации орошения. Повышение эффективности капельного орошения основано на получении максимума продукции при минимуме затрат поливной воды и труда. Но перспективы внедрения капельного орошения в настоящее время сдерживаются отсутствием конкретных режимов орошения и теоретических исследований использования таких систем и технологий полива.

Капельное орошение по использованию оросительной воды является более ресурсо- и энергосберегающим, а также экологически безопасным способом полива, а по своей технической реализации наиболее автоматизированным. С применением капельного орошения в зарубежной практике экономия оросительной воды может достигать 50…80 % по сравнению с традиционными способами орошения, а КПД может быть доведен до 0,80-0,95, вместо 0,5-0,6 – при поверхностном поливе и 0,7-0,8 – при дождевании. При этом снижение затрат труда при поливе достигает 85-95 % по сравнению с традиционным поверхностным поливом и 60-75 % по сравнению с дождеванием. Возможность поддержания оптимального уровня влажности почвы и снабжение питательными элементами способствует повышению урожайности орошаемых культур при капельном орошении: плодовых – на 20…50 %, виноградников – на 30…40 %; овощных – на 50…100 %. Капитальные затраты на устройство систем капельного орошения с применением зарубежного оборудования и комплектующих, в зависимости от вида орошаемых культур, составляют 180-300 тыс. руб/га.

В настоящее время в РФ площади капельного орошения составляют около 30 тыс. га и распространены в основном в ЮФО и СКФО. Темпы ввода площадей капельного орошения в последние годы составляют в среднем 1,8-2,1 тыс. га в год. Популярность капельного орошения растёт и требует стандартизации подходов для улучшения развития собственного производства.

Создание отечественных систем капельного орошения сегодня находится на этапе освоения. На внутреннем рынке существует и успешно функционирует целый ряд отечественных производителей, начавших освоение производства отдельных элементов оборудования систем капельного орошения (капельные трубки, фитинги и т.п.). Стоимость систем капельного орошения зависит от ряда факторов, и в первую очередь, от применяемой системы очистки оросительной воды. При всех равных условиях их стоимость зависит от параметров водопроводящей и распределительной сети, что и определяет более низкую стоимость систем капельного орошения садов по сравнению с системами для орошения овощных культур.

Тем не менее, несмотря на существенную стоимость систем капельного полива, они имеют значительную популярность у фермеров и в личных подсобных хозяйствах, где данные системы используются в виде стационарно-сезонных комплектов. Таким образом, разработка более доступных по цене и энергоэффективных по затратам систем капельного орошения для мелкоконтурных участков имеет значительную перспективу в РФ, в том числе учитывая большое количество дачных, огородных и садовых участков, находящихся в частной собственности граждан. Снижение стоимости таких систем для мелкоконтурных участков может быть достигнуто с выбором наиболее дешевых изделий для их комплектации и с применением в конструкции стационарно-сезонных комплектов мобильных элементов, например, переносных распределительных (участковых) трубопроводов.

Цель работы – разработка технологий и подготовка технических предложений на модули передвижной системы капельного орошения сельскохозяйственных культур рядового сева.

Задачи исследований:

1 этап: проанализировать существующие технологии и технические средства капельного орошения;

2 этап: разработать технологию и подготовить технические предложения на модули передвижной системы капельного орошения сельскохозяйственных культур рядового сева;

3 этап: — изготовить опытный образец для полевых исследований;

— провести испытания опытного образца системы;

— подготовить протокол полевых испытаний опытного образца.

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ. НАУЧНО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПО ТЕХНИЧЕСКИМ СРЕДСТВАМ КАПЕЛЬНОГО ОРОШЕНИЯ ДЛЯ МЕЛКО-КОНТУРНЫХ УЧАСТКОВ

1.1 Технология капельного орошения и ее эффективность

Объемы запасов пресной воды на планете являются ограниченными. Суммарно на них приходится всего не более 2,78 % [1]. При это главным их потребителем является сельское хозяйство (60-80 % от общего объема). Например, для производства 1 т хлопка необходимо 4-5 тыс. м³ воды, 1 т риса – 8 тыс. м³, пшеницы – 1,6 тыс. м³, ржи – 1,2 тыс. м3, картофеля – до 3 тыс. м³ [2; 3].

Для производства суточной нормы продовольствия на одного человека необходимо 6 тонн воды [4]. На даже при таких затратах пресной воды уменьшить её объёмы для нужд сельскохозяйственного производства невозможно, так как орошаемые ими земли дают около 40 % всего общемирового урожая.

Неравномерное распределение пресной воды приводит к дефициту не только при орошении, но и нехватке её для питьевых нужд. По данным доклада ООН, подготовленном к III Всемирному форуму по водным ресурсам более 400 млн. человек живут в регионах с большой нехваткой воды, а к 2050 г. их число может увеличиться до 2 млрд [1,5].

Одним из способов для экономии оросительной воды может быть переход на водосберегающие технологии орошения. Капельное орошение относится к одному из самых водосберегающих способов полива сельскохозяйственных культур [6; 7; 8; 9; 10; 11]. Но применение этого способа полива становится наиболее эффективным на оросительных системах больших площадей. Присущая им высокая стоимость оборудования (100…200 тыс. руб./га) часто недоступна для мелких сельхозпроизводителей [12].

Для вовлечения мелких сельхозпроизводителей в стратегию экономии водных ресурсов с одновременным повышением рентабельности производства рядом зарубежных фирм освоен выпуск малых систем капельного орошения, не превышающих площади орошения 1…2 га. В Соединенных Штатах Америки при помощи таких систем проводится орошение более 250 тыс. га сельскохозяйственных земель [13; 14].

Капельное орошение является способом полива, при котором вода подаётся непосредственно в прикорневую зону выращиваемых растений регулируемыми малыми порциями с использованием дозаторов-капельниц. В работах В.В. Бородычева с соавт. [15], Н.Н. Дубенка [16], С.Я. Семененко с соавт. [17] показано, что использование систем капельного орошения позволяет получать значительную экономию воды и других ресурсов (удобрений, трудовых затрат, энергии). Капельное орошение также даёт другие преимущества, например, позволяет получать более ранний урожай, способствует предотвращению эрозии почвы, уменьшению вероятности распространения болезней и сорняков).

Капельное орошение характеризуется наличием постоянной распределительной сети под давлением, позволяющей осуществлять непрерывные или частые поливы, точно соответствующие водопотреблению насаждений.

В настоящее время базовая комплектация системы капельного орошения включает (рисунок 1):

— источник водоснабжения (насосную станцию);

— фильтростанцию;

— узел подготовки и внесения удобрений;

— магистральный трубопровод;

— регулятор давления;

— распределительный трубопровода;

— клапаны высвобождения воздуха;

— соединительную и запорную арматуру;

— поливные трубопроводы капельного орошения;

— контрольно-измерительные приборы.

Рисунок 1 – Базовая комплектация системы капельного орошения

Капельное орошение относится к многофункциональным способам орошения. Дозированное локальное внесение растворов минеральных удобрений вместе с поливной водой обеспечивает их экономию, эффективное применение в необходимых количествах и нужное время. В целом это способствует повышению урожайности орошаемых сельскохозяйственных культур (рисунок 2, 3). Капельное орошение в зависимости от выращиваемой сельскохозяйственной культуры позволяет повысить товарный урожай в 1,5-4 раза по сравнению с традиционными методами полива и внесения удобрений.

Рисунок 2 — Сравнительный анализ товарного урожая овощей по опыту хозяйств России

Рисунок 3 — Повышение урожаев сельскохозяйственных культур при капельном орошении по сравнению с другими способами полива

Современный уровень развития сельскохозяйственных технологий, исследования водных и пищевых режимов при капельном орошении сельскохозяйственных культур дают возможность повысить эффективность применения систем капельного орошения [18].

Проведение анализа направлений развития во всех странах мира поливной техники за последние годы убедительно показывает об интенсивной разработке совершенных оросительных систем нового типа, основанных на «непрерывном» водоснабжении сельскохозяйственных культур водой на протяжении всего вегетационного периода с учетом динамики их водопотребления [19].

Например, к таким способам капельного орошения относится импульсно-капельное орошение. Система импульсно-капельного орошения, разработанная во ВНИИ «Радуга» [20], оснащена водоаккумуляторами объемом 5-150 г. Данная система обеспечивает непрерывное суточное увлажнение почвы подачей от 10 до 60 м³/га. Она способна поддерживать влагу в верхних слоях почвы при их низкой водоудерживающей способности (рисунок 4).

Рисунок 4 — Общий вид системы капельного орошения ВНИИ «Радуга»

Стоимость современных систем капельного орошения в зависимости от их назначения и конструктивных особенностей применяемого оборудования лежит в пределах от 50 до 150 тыс. руб./га или в среднем 100 тыс. руб./га. Стоимость систем капельного орошения при равной степени их технического оснащения зависит от назначения систем, определяемого видом орошаемых культур [18].

Совершенствование технологий и технических средств капельного орошения, представленных на рынке многообразия комплектующих изделий, позволяет комплектовать системы капельного орошения для конкретных условий их применения [18]. Стоимость таких систем несколько разнится от приведенных в таблице 1, но общие тенденции различий по их назначению сохраняются.

Таблица 1 – Укрупненные стоимостные характеристики систем капельного орошения с распределительной и поливной сетью из полиэтиленовых труб

Орошаемая культура	Стоимость системы, тыс. руб./га	Доля распределительной и поливной сети, %	Стоимость распределительной и поливной сети, тыс. руб./га
Сады и цитрусовые (300 дер./га)	49	65	31,8
Пальметтные сады (625 дер./га)	60	69	41,4
Виноградники, хмель (2700 раст./га)	98	74	72,5
Смородина, малина, крыжовник	125	76	95,0
Земляника, овощи	150	77	115,5

Основными преимуществами капельного орошения являются [21; 19; 22]:

— повышение урожайности культур с одновременным снижением поливных норм и уменьшением затрат воды на получение единицы продукции;

— уменьшение площади увлажняемой зоны и, как следствие, снижение потерь влаги за счет испарения;

— возможность проведения поливов при сильном ветре с сохранением равномерности распределения влаги на орошаемом участке;

— отсутствие необходимости тщательной планировки орошаемого участка, так как поливные трубопроводы с компенсирующими давление капельницами позволяют применять их в самых сложных топографических условиях при отсутствии поверхностного стока;

— снижение оросительных норм, практически исключающее возможность фильтрации в нижележащие горизонты, и позволяет применять системы капельного орошения (СКО) на территориях с залеганием уровня грунтовых вод выше, чем допустимо для других способов полива, без опасности вторичного засоления;

— предоставляется возможность проведения сельскохозяйственных работ во время орошения;

— обеспечивается подача удобрений непосредственно в корнеобитаемый слой;

— исключаются периферийные потери воды;

— уменьшается количество сорняков в междурядьях;

— при переходе от других типов орошения к капельному, процесс адаптации происходит быстро и без проблем;

— улучшение экологической обстановки за счет исключения водной эрозии и стока с участков, где применяется капельное орошение;

— возможность использования на крутых склонах, где другие методы могут вызвать чрезмерную эрозию.

Основными недостатками капельного орошения являются [19;22]:

высокая стоимость;
большое количество пластмассовых труб, которые необходимо утилизировать, следовательно, увеличение количества отходов;
засорение капельниц;
непригодность для использования в качестве противозаморозкового орошения;
оно неприемлемо для вспомогательных технических поливов;
при определенных типах почв и поливной воды возможно увеличение концентрации солей в зоне смоченного контура, влекущее за собой опасность их попадания в корневой горизонт в случае длительного выпадения осадков небольшими расходами;
наличие высококвалифицированного персонала;
некоторым культурам для хорошего роста и развития необходимо смачивание листьев.

В последние двадцать лет площади, занятые капельным орошением, расширились более чем в 6,5 раз и в настоящее время в мире составляют порядка 10,3 млн га. Причем эта цифра считается заниженной, так как в Международный комитет по ирригации и дренажу входят не все страны мира [23]. При таких темпах роста к 2020 году площадь, занятая системами микроорошения, может составить около 28 млн га. Наибольший прирост площадей, занятых системами микроорошения наблюдается в Китае и Индии. Здесь за последние 20 лет площади увеличились соответственно в 88 и 111 раз и, например, в Индии составляют порядка 2 млн га [23]. На 2011 год по данным компании «Юг-Полив» в нашей стране системы капельного орошения применялись на площади 35-40 тыс. га овощных культур и 6,5-7,0 тыс. га садов, винограда и ягодников [24]. По данным других источников эта цифра меньше и составляет 25 тыс. га [25]. Таким образом, доля микроорошения в Российской Федерации составляет от 2 до 4 процентов. У нашего ближайшего соседа – Украины площади под капельным орошением составляют порядка 54 тыс. га и несмотря на кризис площади под микроорошением растут. Так, по оценкам Института водных проблем и мелиорации Национальной академии аграрных наук Украины доля микроорошения может составить 200-250 тыс. га или 20-25 % от общей площади орошаемых земель [26].

Согласно данным, опубликованным в докладе о трендах рынка систем микроорошения и прогнозах до 2016 года, ожидается, что среднегодовые темпы роста рынка составят 19 % и к 2016 году мировой рынок систем капельного орошения достигнет 996,7 млн долларов США [27].

Стоимость системы капельного орошения в зависимости от применяемого оборудования и технологии его промывки сравнительно высока и составляет от 1 до 3 тыс. долларов на га, при этом стоимость системы очистки воды составляет от 10-15 % до 30 %. Высокая стоимость систем капельного орошения, комплектуемых из зарубежного оборудования, определяется затратами на его перевозку, оплату таможенной пошлины и начислениями посреднических фирм. Стоимость систем капельного орошения зависит от степени их автоматизации и оснащения оборудованием для подготовки и ввода удобрений и сопровождения при эксплуатации и составляет от 71 тыс. руб./га (Испания) до 122 тыс. руб./га (Нетафим) без учёта стоимости оросительной сети и агрегатов для раскладки и сборки капельных линий (таблица 2).

Таблица 2 – Стоимость систем капельного орошения

Фирма производитель, страна	Наименование и назначение системы	Стоимость системы, $	Стоимость тыс. руб/1 га
НЕТАФИМ, Израиль, дилерское представительство в РФ	Для открытого грунта с капельными линиями RAM	~ 4600	~ 121,9
ООО «АИК», дилер в России	Для открытого грунта с капельными линиями GR	~ 3335	~ 88,4
— «-	Для малообъёмной гидропоники с капельницами «Супертиф»	~ 29000	~ 768,5
ОАО «Ортех», Россия	Для открытого грунта с капельными линиями EOLOS	~ 3600	~ 95,5
T-Systems Europe, S.A., США	Для открытого грунта с капельными линиями Т-Таре	~ 4897-7051 €	~168,95- 43,25
Агрополив, дилер в России	Для открытого грунта с капельными линиями Т-Таре	~ 3100	~ 82,6
Доркон, дилер в России	теплицы	10000-37000	~ 265-980
Система капельного орошения СКО-10 ВНИИ «Радуга»	Для открытого грунта, полив овощей с внесением удобрений		~ 121,0^*

Цены — по прайс-листам фирм и заводов изготовителей. (2010 г.)

* — по фактической цене покупных комплектующих изделий

Примерная стоимость систем капельного орошения в ценах 2017 года по данным НТЦ Агросектор (г. Краснодар) в зависимости от выращиваемой культуры и схемы посадки показана в таблице 3. Стоимость оборудования территории системами капельного орошения снижается до 1/3 на 1 га при увеличении площади с 1 га до 20 га.

Таблица 3 – Примерная стоимость систем капельного орошения

Культура	Схема посадки	Стоимость оборудования руб / га
Культура	Схема посадки	1 га	5 га	10 га	20 га
Картофель	0,7 м	154 200	115 800	106 800	102 600
Лук, морковь	0,7 м+0,15+ 0,15*0,10	143 400	111 600	102 600	98 400
Томаты, перец, баклажан, капуста	0,9м+0,5+0,3	118 800	105 600	99 600	93 000
Огурцы	1,4м+0,5+0,3	111 600	98 400	94 200	85 800
Арбузы	2,1м+0,7+0,7	100 800	90 000	88 200	79 200

Системы капельное орошения находят применение при осуществении полива садов, виноградников, ягодников, овощных и бахчевых культур в условиях открытого грунта, всех сельскохозяйственных культур в теплицах, на приусадебных и садово-огородных участках, а также газонов в садово-парковых комплексах [28; 29; 30; 31]. По данным проведенных научных исследований разработаны режимы оптимального орошения плодовых культур (яблони, груши, персика, абрикосов, черешни и др.), винограда, ягодных культур и т.д. [32; 33; 34; 35; 36], разработан метод расчётов систем капельного орошения, в первую очередь гидравлический.

С помощью микроорошения и капельного орошения, в частности, можно поливать виноградники, сады, полевые культуры (такие как кукуруза, соя, сахарная свекла, рис, семенная люцерна), лекарственные культуры, лесозащитные полосы, овощные культуры, тепличные культуры, а также ландшафтные системы [19].

Расширение площадей под капельным орошением возможно за счет полей неправильной формы, где применять другие способы орошения затруднительно; на площадях, которые можно орошать из малодебитных источников водоснабжения. Кроме того, применение капельного орошения весьма перспективно при использовании местного стока, который в Ростовской области может обеспечить полив на площади около 120 тыс. га [19]. Организация площадей на местном стоке с использованием капельного орошения может реализовать принципы циклического орошения, когда система капельного орошения проектируются с учетом возможной переустановки ее на другие поля севооборота.

Несмотря на то, что системы капельного орошения в условиях юга России дороги (оборудование одного гектара обходится от 80 до 150 тыс. руб.), они дают ощутимую экономическую отдачу как в плане прибыли, так и в плане экономии воды и питательных веществ. Сейчас на орошаемых площадях средняя урожайность составляет по луку – 80-90 т/га, по картофелю – 35-40 т/га [19].

Еще больший эффект дает использование капельного орошения для поливов овощных культур в открытом и закрытом грунте. Так, урожай томатов на уровне 100 тонн в условиях открытой почвы и 150 тонн с гектара — в теплицах — это обычный результат [37].

Высокая эффективность капельного орошения способствовала тому, что за сравнительно короткое время значительно расширился видовой состав культур, которые выращиваются с использованием этой технологии полива.

Для обеспечения механизации строительства систем капельного орошения в зарубежной практике применяют бестраншейные трубоукладчики линий поливных трубопроводов и лент капельного полива в полевых условиях (рисунок 5).

В 2011 г. ВНИИ «Радуга» разработан укладчик лент капельного орошения при формировании грядок (рисунок 6).

Рисунок 5 — Укладчик капельных линий фирмы Naan (Израиль)

Рисунок 6 — Общий вид укладчика лент капельного орошения ВНИИ «Радуга»

Обобщение опыта применения систем капельного орошения показывает его высокую эффективность по сравнению с другими способами полива [38]:

— экономия воды – на 30…50 % и более по сравнению с дождеванием и поверхностным поливом;

— урожайность увеличивается в 1,5…2 раза: плодовые культуры – на 20…50 %, виноградники на 30…40 %, овощи в теплицах – на 20…30 %;

— КО применимо в условиях неровного рельефа с уклонами до 600, где не применимы другие способы полива;

— снижение трудозатрат в теплицах происходит на 150…250 чел.-дн/га или в 12…19 раз по сравнению с дождеванием;

— снижение затрат ручного труда в теплицах на 50…70 чел.-дн/га;

— производительность труда в теплицах повышается на 20 %;

— затраты на внедрение КО в теплицах на 40…50 % ниже, чем при внедрении малообъёмной гидропоники;

— снижает расход удобрений на 10…15 %;

— повышает производительность труда в орошаемом земледелии на 5…10 %;

— экономит земельные ресурсы на 5…10 %;

— экономит трудовые ресурсы на 10…25 %;

— экономит материальные ресурсы на 5…10 %.

Дальнейшее развитие оросительных мелиораций требует перехода отраслей водного хозяйства и орошаемого земледелия к инновационной модели, которая базируется на эколого-экономических принципах, прежде всего ресурсосбережения, энергосбережения и восстановления потенциала земельных и водных ресурсов, системности, комплексности, ориентации на удовлетворение потребностей и запросов потребителей с учетом экологических ограничений. Инновационная модель развития предусматривает принципиально новые подходы организационно-экономического, технологического, технического, нормативно-правового характера использования поливных земель [39].

В отличие от технико-технологических инноваций, внедрение организационно-экономических нововведений требует изменений в институциональной среде, преобразований в организационной структуре сельскохозяйственных предприятий и органов государственной власти. Соответственно, возрастает термин их реализации. За годы реформирования сельского хозяйства Украины произошла трансформация форм собственности, реструктуризация коллективных сельскохозяйственных предприятий и создание на их базе новых форм хозяйствования на селе, которые функционируют на основе государственной, частной и смешанной форм собственности. С их утверждением возникла проблема создания и внедрения в таких предприятиях принципиально нового внутрихозяйственного экономического механизма, который заинтересовал бы наемных работников в эффективном труде, в достижении высоких результатов хозяйствования отдельными производственными подразделениями и предприятием в целом. Решаться эта проблема должна вместе с дальнейшим усовершенствованием арендных отношений на селе (имущественных и земельных), а также с внедрением адекватных статусу частных предприятий их построения и организационной структуры управления.

Таблица 4 — Виды инноваций в системах капельного полива

Вид инноваций	Требования
Производственные	По техническим параметрам обеспечения своевременное и качественное выполнение технологических операций выращивания сельскохозяйственных культур на орошаемых землях Высокий уровень эргономичности и безопасности труда Ресурсосбережение – обеспечение уменьшения затрат природных и материальных ресурсов на единицу продукции (работы)
Организационно-экономические	Внедрение оптимальных форм хозяйствования и управления водными и земельными ресурсами в зоне орошения, которые отвечают экономическим, экологическим, социальным условиям и рыночной конъюнктуре Усовершенствование нормативно-правовой базы ведения хозяйственной деятельности на орошаемых землях. Разработка и принятие Закона Украины «Об особом статусе мелиорированных земель» Оптимизация экономических инструментов системы управления природопользованием в зоне орошения
Маркетинговые	Усовершенствование существующих и разработка новых путей реализации сельскохозяйственной продукции на орошаемых землях
Экологические	Усовершенствование нормативно-правовой базы в сфере использования природных ресурсов и охраны окружающей природной среды при ведении земледелия на орошаемых землях
Экологические	Разработка технических и организационных мероприятий по уменьшению негативного влияния на окружающую среду в процессе ведения хозяйственной деятельности на орошаемых землях
Социальные	Повышение уровня жизни и социальной защищенности населения

Кроме рассмотренных, важными составляющими звеньями организационно-экономических нововведений является разработка более точных методов планирования и прогнозирования производства, обоснование более объективных критериев оценки рыночной позиции предприятий, обеспечение маркетинговых преимуществ, усовершенствование организации производственных процессов.

Сегодня организационно-управленческие инновации в отраслях орошаемого земледелия и водного хозяйства целесообразно направлять на восстановление технологической целостности оросительных систем путем: разработки и принятия законодательно-нормативных и методологических основ консолидации землевладений в зоне орошения; перехода на бассейновый принцип управления водораспределением и водоподачей на орошение в условиях водохозяйственных систем комплексного назначения не только в зоне формирования гидрологического режима рек, но и в зоне функционирования больших магистральных каналов; усовершенствования методики определения стоимости услуг водохозяйственных организаций по подаче воды на потребности орошения; усовершенствования законодательно-нормативной базы земле- и водопользования в зоне орошения.

Опыт стран Европы, США, Японии и Южной Кореи, которые характеризуются высоким уровнем инновационной активности, показывает, что благодаря внедрению инноваций в производственный процесс привлекается высококвалифицированная рабочая сила с предпринимательским опытом, создаются новые системы, технические средства и методы управления, обеспечивается выпуск продукции улучшенного качества.

Конечно, размещение оросительных систем и, прежде всего, систем капельного орошения (СКО) требует дополнительных и существенных капиталовложений. Стоимость строительства таких систем составляет, по нашим подсчетам, в среднем приблизительно 2,5-3 тыс. дол. США на 1 га. Хотя есть компании, которые продают упрощенные СКО стоимостью в 700-720 дол./га с оптимальной площадью около 0,4 га.

В США под СКО находится 1,5 млн га. По расчетам американских ученых использование капельного способа полива обеспечивает экономию оросительной воды до 70% и повышение урожайности культур на 20-90%. На Филиппинах внедрение подпочвенных СКО на ферме сахарного тростника способствовало увеличению прибыльности на 90% в сравнении с поливами дождеванием на фоне экономии оросительной воды до 70%.

В Израиле, благодаря использованию ресурсосберегающих способов полива культур, расход пресной воды на сельскохозяйственные нужды был сокращен до 580 млн м³. Основное преимущество капельного орошения состоит в том, что вода подается непосредственно в прикорневую зону выращиваемых растений и в строго необходимых количествах. Капельное орошение с расходом воды 1-20 л/час на одну капельницу, с максимальным показателем полезного использования воды 95% применяется для интенсивного орошения. Вторая разновидность – малообъемное капельное орошение с расходом воды до 200 г/час на одну капельницу, широко применяется в тепличных хозяйствах, особенно при использовании малообъемных технологий на искусственном субстрате. Всевозможные конструкции спринклеров и распылителей применяются в садах, когда к каждому дереву подведен персональный распылитель, и в теплицах для полива и поддержания заданной влажности воздуха, а также для охлаждения [40].

В исследованиях с применением разных способов полива под сахарную свеклу, проведенных в Турции, урожайность корнеплодов при применении СКО составляла 75 т/га, что соответственно на 20 и 25% выше, чем при дождевании и поливе по бороздах, т.е. высокая стоимость СКО быстро компенсируется. К тому же использование СКО, сравнительно с дождеванием, способствует экономии затрат водных ресурсов в 1,6 раза, затрат на работы, связанные с борьбой с сорняками, – в 1,4 раза, с внесением удобрений – в 1,6, на электроэнергию для подачи воды – в 1,8 раза. В Южной Степи Украины, в зоне рискованного земледелия, в засушливые годы общее производство зерновых и овощных культур уменьшается в 2-3 раза, что подтверждает целесообразность развития орошаемого земледелия [41].

Применение капельного орошения дает возможность экономно расходовать воду, дозировано подавая ее непосредственно в корнеобитаемую зону растений в соответствии с их водопотреблением. При такой технологии полива снижаются затраты оросительной воды на единицу продукции. Оросительные нормы определяются практически только физиологическими потребностями культур, а коэффициент земельного использования повышается до 95…98 % [42; 43; 44].

При использовании современного капельного оборудования с элементами систем автоматизации технологического процесса в весенних пленочных теплицах при выращивании огурца орошение следует сочетать с внесением расчетных доз минеральных удобрений на планируемые, до 120 т/га, уровни урожайности плодов огурца. Для получения 80 т/га плодов огурца экономически целесообразно поддерживать порог предполивной влажности почвы на уровне 85 % НВ в слое 0,4 и 0,15 м в сочетании с внесением минеральных удобрений при планировании урожайности 120 т/га стандартных плодов. При дефиците водных ресурсов для получения 80 т/га плодов огурца в сочетании с внесением Н5оР8оКо поддерживать предполивной уровень влажности почвы, 85 % НВ, в слое 0,4 м, чем обеспечивается наибольшая эффективность расходования воды на формирование урожая [45].

Инвестирование проекта возделывания огурцов при капельном орошении экономически выгодно. При сочетании управляемых факторов, обеспечивающих урожайность стандартных плодов огурца на планируемом уровне 30 т/га экономически целесообразно поддерживать порог предполивной влажности почвы на уровне 80 % НВ в сочетании с внесением N65P40K20 на фоне общепринятой технологии подготовки почвы. При этом обеспечивается наибольшее значение индекса доходности инвестиций 3,67 при чистом дисконтированном доходе 4653869 руб. (за расчетный период 4 года). В условиях дефицита водных ресурсов порог предполивной влажности можно снизить до 70 % НВ в сочетании с внесением соломы в зону увлажняемого почвогрунта, что обеспечивает наиболее эффективное использование водных ресурсов (86,7 м /т) при индексе доходности инвестиций 3,66 и чистом дисконтированном доходе 4457296 руб. При сочетании управляемых факторов, обеспечивающих урожайность стандартных плодов огурца на планируемом уровне 50 т/га, для получения наибольшего чистого дисконтированного дохода от реализации проекта в размере 8718655 руб. и индекса доходности инвестиций 4,9 необходимо сочетать внесение минеральных удобрений дозой N105P60K40 с поддержанием порога предполивной влажности почвы 80 % НВ на фоне полосного внесения соломы в зону увлажняемого почвогрунта. При сочетании управляемых факторов, обеспечивающих урожайность стандартных плодов огурца на планируемом уровне 70 т/га, размер чистого дисконтированного дохода и индекс доходности инвестиций были наибольшими и составили 11435036 руб. и 5,16 соответственно. Срок окупаемости проекта на всех уровнях продуктивности посевов составляет 1 год [46].

Использование капельного орошения томатов в подзоне светло-каштановых почв Волго-Донского междуречья технологически, особенно в крестьянских хозяйствах возможно, и при соблюдении рекомендуемых технологий обеспечивает получение плодов томатов в пределах от 60 до 100 т/га при экономии оросительной воды из расчёта на 1 га по сравнению с дождеванием на 30-40 и более процентов. Рекомендуемые по результатам исследований варианты сочетания регулируемых факторов для получения 60, 80 и 100 т/га плодов томатов энергетически, экономически и экологически обоснованные. Отношение вновь созданной при капельном орошении энергии к совокупным затратам на получение планируемого объёма томатов больше единицы. Чистый доход от реализации 60 т/га томатов составляет в среднем 105,7 тыс. руб. при рентабельности 138,7 %, при урожайности 80 т/га эти показатели повышаются соответственно до 153,6 тыс. руб. и 200,1 %, 100 т/га — 188,7 тыс. руб. и 225,4 %. Экологическая безопасность изучаемого способа орошения характеризуется высоким водосбережением, отсутствием проявления ирригационной эрозии почв и подпитывания грунтовых вод, получением экологически безопасной по содержанию нитратов продукции [47].

Применение капельного орошения при выращивании томатов с использованием тоннельных укрытий обеспечивает получение ранней продукции высокого качества. Соблюдение рекомендуемых технологий обеспечивает получение плодов томатов в пределах от 60 до 80 т/га при экономии оросительной воды до 40% в сравнении с дождеванием. Для выращивания рассады ранних томатов следует применять кассетную технологию. Использование кассеты № 49 с ячейками 5x5x5, с объемом ячейки 80 см, позволяет выращивать высококачественную 45 дневную рассаду, которая к моменту высадки в грунт имеет высоту 15-18 см, 67 настоящих листьев, массу растений 20-22 грамма и единичные раскрытые цветки на первой кисти. Посев семян в кассеты проводить в середине третьей декады февраля. Выход рассады с 1 м площади 400 растений. Инвестирование проекта производства ранних томатов с использованием тоннельных укрытий при капельном орошении экономически выгодно. Индекс удельных затрат при получении 60 т/га плодов томатов 0,371 при внутренней норме доходности 167%. При формировании 80 т/га стандартной продукции индекс удельных затрат 0,351 при внутренней норме доходности 182 %. Срок окупаемости инвестиций 1 год [48].

Для обеспечения эффективного производства плодов баклажана в почвенно-климатических условиях Нижнего Поволжья необходимо применять капельное орошение в сочетании с внесением расчетных доз удобрений, под планируемые 70 т/га уровни урожайности. Урожай баклажан зависит от качества рассады, для выращивания которой следует применять кассетную технологию. Использование кассеты № 49 с ячейками 5x5x5 с объемом ячейки 80 см³ позволяет получать высококачественную 50-55 дневную рассаду, которая к моменту высадки в грунт имеет высоту 18-20 см, 5-6 настоящих листьев. Семена в кассеты в условиях Нижнего Поволжья следует высевать во 2-3 декадах марта. Высадку рассады проводить в зависимости от погодных условий в период с 12 по 30 мая. Схема посадки: расстояние между строками 0,7 м, между растениями в ряду 0,28 м. Расстояние между капельными линиями 1,4 м, капельницами 0,5 м, густота стояния 4-6 растений на 1 м². Температура почвы на глубине 8-10 см должна быть выше 12°С. Для получения при капельном орошении 70 т/га плодов баклажана экономически целесообразно поддерживать порог предполивной влажности почвы на уровне 80% НВ в слое 0,3 м (фаза «высадка рассады-бутонизация») и 90-80% НВ в слое 0,5м (фаза «бутонизация-последний сбор») в сочетании с внесением удобрений дозой N205P130K60. Планировать урожайность 50 т/га стандартных плодов баклажана возможно при поддержании дифференцированного порога влажности почвы на уровне 70%НВ или 80%НВ в слое 0,3 м в фазу «высадка рассады-бутонизация», 80-80%НВ или 90-80%НВ в слое 0,5 м «бутонизация-последний сбор» в сочетании с внесением удобрений дозой N125P80K30 [49].

Инвестирование проекта производства баклажан при капельном орошении экономически выгодно. Индекс доходности вложенных в производство затрат возрастает с 0,88 до 2,16 при увеличении урожайности баклажана. Повышение урожайности баклажана от 30 до 70 т/га увеличило значение накопленного притока с 143000 до 380600 руб. и способствовало росту накопленного экономического эффекта до 202630 руб/га. Срок окупаемости проекта, с учетом затрат на приобретение и монтаж системы капельного орошения составил около 1 года [49].

Для обеспечения эффективного производства ранней капусты в почвенно-климатических условиях Волго-Донского междуречья следует применять капельное орошение в сочетании с внесением расчетных доз удобрений на планируемые до 60 т/га уровни урожайности. Для получения 40 т/га кочанов ранней капусты поддерживать предполивной уровень влагосодержания увлажняемой зоны почвогрунта 70 % НВ в сочетании с внесением N40P20K20 и плотностью посадки растений 60 тыс. шт./га. Для получения 60 т/га кочанов ранней капусты поддерживать предполивной уровень влагосодержания увлажняемой зоны почвогрунта 80 % НВ в сочетании с внесением N100P45K90 и плотностью посадки растений 70 тыс. шт./га. Реализация рекомендуемых условий выращивания ранней капусты при капельном орошении экономически выгодно. Индекс доходности вложенных в производство затрат при планируемом уровне продуктивности 40 т/га кочанов капусты равен 1,9, при формировании 60 т/га стандартных кочанов капусты — 2,24. Срок окупаемости проекта с учетом затрат на приобретение и монтаж системы капельного орошения 1 год [50].

Для увеличения производства плодов сладкого перца на светло-каштановых почвах Волго-донского междуречья следует применять капельное орошение в сочетании с внесением расчетных доз удобрений на планируемый урожай. При планировании урожайности сладкого перца 40.60 т/га в условиях капельного орошения необходимо поддерживать предполивной порог влажности на уровне 80 % НВ в сочетании с внесением минеральных удобрений дозами 80.180 кг д.в./га азота, 45.115 кг д.в./га фосфора, 50. .170 кг д.в./га калия. Максимальная урожайность плодов перца 62,2 т/га и чистый доход (86450 руб.) обеспечивается при поддержании предполивной влажности почвы на уровне 80 % НВ в сочетании с внесением минеральных удобрений [51].

Использование капельного орошения на посадках картофеля на светло-каштановых почвах Волго-Донского междуречья возможно, и при соблюдении рекомендуемых технологий обеспечивает получение урожая в пределах до 50 т/га при весенней посадке товарной продукции и дополнительно 30 т/га при летней посадке — семенного материала. В условиях светло-каштановых почв Волго-Донского междуречья лучшие условия гарантированного получения запланированных урожаев картофеля при капельном способе полива обеспечиваются следующим сочетанием регулируемых факторов: 1) на уровне 30 т/га — поддержанием поливами влажности активного слоя почвы (0,6 м) не ниже 70% НВ и внесением минеральных удобрений расчетной дозой N150P60K200 при весенней посадке и не ниже 80% НВ, с внесением такой же дозы удобрений при летней посадке; 2) на уровне 40 т/га — поддержанием предполивного порога влажности 70…80, 80% НВ и внесением дозы удобрений N2ООP8oK25О; 3) на уровне 50 т/га — соблюдением режима орошения 70-80, 80% НВ, расчетного питательного режима почвы N250P100K335; 4)Для поддержания предполивной влажности почвы 70% НВ при капельном способе, необходимо проводить поливы нормой 260 м /га продолжительностью 6 часов. Соблюдение режима орошения 80% НВ требует проведения поливов нормой 175 м /га, продолжительностью 4 часа. Чистый доход от реализации 30 т/га картофеля весной составляет в среднем 350 тыс. руб. при рентабельности 85 % и летом 250 тыс. руб. при рентабельности 50 %. При урожайности 40 т/га эти показатели повышаются соответственно до 500 тыс. руб. и 120 %, 50 т/га — 560 тыс. руб. и 138 % [52].

Для формирования урожайности лука на уровне 80 т/га требуется при внесении удобрений дозой N90P80K30 проводить 18-24 полива по 160-250 о м /га, что обеспечивает поддержание порога предполивной влажности почвы 80 % НВ минимум в период «образование 5-го листа — начало созревания луковицы», максимум — в течение вегетационного периода. При внесении N150P105K120 достаточно проведения 15-17 поливов по 160-250 м7га, что обеспечивает поддержание порога предполивной влажности почвы на уровне 8070-80 % НВ. Для формирования урожайности лука на уровне 100 т/га требуется при внесении удобрений дозой N150P105K120 проводить 20-25 поливов по 160-250 5 м /га, что обеспечивает поддержание порога предполивной влажности почвы 80 % НВ минимум в периоды «образование 5-го листа — начало созревания луковицы», «посев — начало созревания луковицы, «образование 5-го листа — техническая спелость» или в течение вегетационного периода. Для формирования урожайности лука на уровне 100-120 т/га требуется в сочетании с внесением удобрений дозой N210P130K210 порог предполивной влажности почвы на уровне 80 % НВ поддерживать в период «образование 5-го листа — техническая спелость» или в течение вегетационного периода, что обеспечивается проведением 23-26 поливов по 160-250 м /га. Инвестиции в строительство систем капельного орошения при возделывании лука окупаются за 1 год. Индекс доходности дисконтированных затрат при формировании урожайности лука 80-120 т/га составляет 2,0-2,12 при росте чистого дисконтированного дохода с повышением уровня продуктивности более, чем на 50 % [53].

1.2 Конструктивные характеристики системы капельного орошения и её элементов

Техника и технологии полива систем капельного орошения в значительной степени отличаются от других способов орошения. Следует учитывать, что местный сток содержит много примесей, в том числе и химических, смытых с ближайшей территории, в связи с чем приходится устанавливать более мощные фильтры и возможно чаще выполнять их техническое обслуживание по осмотру, промывке и замене в случае необходимости.

Правильное устройство системы капельного орошения позволяет получать высокие урожаи сельскохозяйственных культур, не нарушая при этом плодородие черноземных почв.

Первый шаг к созданию надежной системы – это правильный выбор ее компонентов (рисунок 7). На системы капельного орошения отсутствуют единые агротехнические требования, так как организация системы предполагает многовариантные решения как по набору технических элементов, так и культур [54]. Так как техника капельного полива непрерывно совершенствуется, а, следовательно, и требования к ней повышаются, то частные требования к конкретной системе капельного орошения с ограниченным сроком регламента базируются на более общих требованиях сельскохозяйственного производства к технике полива.

Современный этап развития СКО имеет свои характерные особенности, учет которых необходим при формировании требований к технике полива, среди которых можно выделить три группы: агробиологические, почвенно-мелиоративные, экологические и организационно-хозяйственные. Оно должно обеспечить выполнение целого ряда требований, основными из которых являются агробиологические и экологические.

Агробиологические требования сводятся к оптимальным условиям снабжения растений водой.

Почвенно-мелиоративные и экологические требования сводятся к сохранению и улучшению плодородия почв, мелиоративного их состояния. Организационно-хозяйственные требования сводятся к высокоэффективному использованию капельного орошения, всех природных и материальных ресурсов, рациональной организации территории, труда и водопользования на орошаемых землях, без ухудшения условий проведения других агроприемов по уходу за сельскохозяйственными культурами.

Рисунок 7 – Схематическое изображение системы капельного орошения

Система капельного орошения включает следующие конструкционно-технические элементы [55]:

1) узел подготовки и распределения воды (регулирующий бассейн-отстойник, насосные агрегаты, средства автоматизации управления, фильтры очистки оросительной воды, запорно-регулирующая арматура),

2) магистральные участковые и распределительные трубопроводы,

3) оросительные трубопроводы с микроводовыпусками,

4) устройство для ввода удобрений;

5) линии связи,

6) систему автоматизации.

На насосных станциях систем капельного орошения наиболее целесообразно применять низконапорные центробежные насосы и насосы консольного типа. Главным критерием оценки является их производительность, экономичность и надёжность. Производительность выбираемого насоса должна отвечать потребности участка в воде. Рекомендуется выбирать насос с запасом производительности (около 10%). Водозаборный патрубок насосной станции должен быть оборудован фильтром грубой очистки и сороудерживающими устройствами.

Магистральные и распределительные трубопроводы должны быть выполнены из материала, который не поддается коррозии. Они должны иметь достаточный диаметр и запас прочности, чтобы пропустить необходимый объём воды и выдержать создаваемое давление.

Диаметр магистрального трубопровода рассчитывается, исходя из объёма транспортируемой воды, расстояния, на которое её нужно подать, и коэффициента трения материала, из которого изготовлена труба. Для устройства магистральных трубопроводов в системах могут использоваться асбестоцементные, полиэтиленовые или поливинилхлоридные трубы с соответствующим типом соединений, а для сезонно-стационарных систем может применяться гибкий рукав LAY FLAT (LFT) с ПВХ пропиткой, армированный синтетической нитью. Он выпускается диаметрами от 2″ до 6″ и рассчитан на давление от 0,3 до 0,9 МПа. Рукав не деформируется под влиянием температуры окружающей среды, устойчив к солнечной радиации, имеет продолжительный срок эксплуатации (свыше 5 лет) и при его опорожнении позволяет прохождению по нему колёсной техники. Для подсоединения к нему линий капельного орошения предусмотрен широкий ассортимент соединительной и запорной арматуры.

Глубина заложения стационарной сети трубопроводов – 0,5…0,7 м. Расположение оросительных трубопроводов систем капельного орошения может быть наземным и подземным. При подземном расположении оросителя капельные водовыпуски выводятся на поверхность при помощи отводных питателей. Глубина заложения оросительного трубопровода должна быть 0,45…0,55 м.

Наиболее важным элементом системы капельного орошения, от которого зависит качество и надежность технологического процесса, являются микроводовыпуски (капельницы), устанавливаемые на поливном трубопроводе и обеспечивающие подачу воды непосредственно к корневой системе растений.

На поливных трубопроводах применяют встроенные и наружные капельницы с расходами от 0,5 до 15 л/ч.

Поливные трубопроводы с наружными капельницами применяются в основном на поливе в условиях защищенного грунта или на плодово-ягодных многолетних насаждениях.

Наружные капельницы могут быть применены лишь при условии монтажа на жестких полиэтиленовых трубах цилиндрической формы диаметром от 12 до 25 мм с толщиной стенки от 0,7 до 2,2 мм.

Поливные трубопроводы со встроенными капельницами более технологичны в применении прежде всего, благодаря меньшим затратам труда на их монтаж, демонтаж и удобство транспортировки и могут быть использованы при любых посадках сельскохозяйственных культур с учетом подбора характеристик.

Встраиваемые (интегрированные) капельницы, размещаются через заданный интервал внутри самого трубопровода при его изготовлении путем экструзии в заводских условиях и разделяются на три основных типа (рисунок 8): плоские, вклеенные к внутренней поверхности эмиттеры; цилиндрические вставки; и изготовленные непосредственно в его стенке при склеивании из полоски пленки путем теснения сплошного лабиринта с регулярно устроенными впускными и выпускными отверстиями, расположенными с внутренней и внешней сторон трубопровода соответственно, так называемые «мягкие» капельницы.

a б

а – плоский эмиттер;

б – цилиндрический эмиттер; в – щелевые «мягкие» водовыпуски.

Рисунок 8 ‒ Типы встраиваемых капельных водовыпусков

Встроенные и наружные капельницы в зависимости от их конструкции могут быть постоянного или переменного расхода. Первые из них характеризуются постоянным расходом в определенном диапазоне изменения рабочего давления, что даёт возможность обеспечить высокую равномерность водораспределения вдоль поливных трубопроводов большой длины на равнинных участках и в условиях небольших склонов (длину и уклон рекомендует производитель). Однако с технической точки зрения они являются более сложными и более дорогостоящими.

Во втором типе капельниц расход напрямую зависит от давления. Поэтому их целесообразно применять на равнинном и безуклонном рельефе или на склонах при использовании специальных схем размещения поливных трубопроводов и средств регулирования давления на каждом поливном трубопроводе. Однако это делает такие схемы более сложными, а системы капельного орошения более дорогостоящими. Такие капельницы целесообразны для применения на линиях капельного орошения короткой длины.

По толщине стенки капельные поливные трубопроводы разделяют на ленты (от 0,1 до 0,85 мм) и трубки (свыше 0,85 мм). Обычно лентами называют плоскосворачиваемые при намотке на бобины трубопровод капельного полива. Трубками капельного орошения называют не меняющие форму при намотке трубопроводы. В качестве единицы измерения толщины стенки капельной трубки (ленты) иностранные производители пользуются «мил» (1 мил (mil) — единица длины (расстояния) = 0,0254 мм или 1 мм = 39,37 mils).

Все типы капельниц имеют устройство для гашения напора в сети и один или несколько водовыпусков. Гашение избыточного давления или дозирование пропускаемого расхода воды, который должен обеспечиваться на протяжении всего периода эксплуатации происходит за счет потока воды проходящего по извилистому лабиринту. Лабиринт капельницы должен также обеспечивать создание такого турбулентного потока воды, который минимизирует возможность отложения осадка внутри водовыпуска. Обеспечение надёжности работы капельных линий в системе достигается соответствующей очисткой оросительной воды и выбором типа капельниц.

Технические характеристики капельных поливных трубопроводов подбираются под соответствующие агротребования к возделываемым культурам. Основными показателями капельной трубки (ленты) являются часовой расход капельницы, расстояние между водовыпусками, номинальное давление и толщина стенки. Толщина стенки в основном влияет на стоимость капельных линий и ее износостойкость. Тонкая капельная трубка (5, 6, 8 мил) рекомендуется к использованию в течение одного сезона, а толстая (10 мил и более) может использоваться в течение 2-3 лет при соблюдении требований технологии. Данные по основным и сопутствующим (возможные длины капельных линий) техническим показателям капельных трубопроводов должен предоставлять производитель данной продукции.

На системах капельного орошения могут применяться системы автоматического, полуавтоматического или ручного управления поливом. Тип управления системой капельного орошения определяется заказчиком исходя из потребности и экономических возможностей.

Ручное управление предусматривает на входе в каждый канал системы полива шарового крана.

Все типы систем должны быть оборудованы контрольно-измерительными приборами: манометрами контроля давления, расходомерами для определения объемов поданной воды и т.п.

Полуавтоматические системы предусматривают элементы прямого действия без обратной связи и могут оснащаться редукционными клапанами, гидрометрами, растворными узлами и контроллерами-таймерами с простой программой управления электроуправляемыми клапанами.

Автоматические системы полива предусматривают обратную связь с контролируемым параметром среды и могут включать в систему управления программные и анализирующие устройства обработки информации (компьютер), связанные с измерительными, контрольными и исполнительными элементами (клапана, тензиометры, датчики дождя, температуры, давления, кислотности и электропроводности раствора и т.п.). В более сложные системы включают метеостанции.

Все управляющие устройства объединяются в блоки и размещаются либо в помещениях, либо непосредственно на территории. При проектировании систем автоматического полива требуются детальные рабочие проекты блоков и узлов управления, принципиальные и функциональные электрические и гидравлические схемы, выполненные в соответствии с ГОСТами, ЕСКД и другими нормами, и правилами.

Очистка поливной воды является обязательным элементом системы капельного орошения, от которого зависит её надёжность эксплуатации, эффективность и долговечность.

Технология и технические средства очистки воды зависят от расчетного расхода, конструкции микроводовыпусков и принципа их работы, а также от ее физико-химических и гидробиологических свойств.

Выбор очистных сооружений в каждом отдельном случае проводят на основе технико-экономических расчетов сравнением различных вариантов.

Расчёт пропускной способности фильтростанции производят по формуле:

Q=Sm / t, (1)

где S – плановая площадь орошения, га; m – плановая максимальная ежедневная поливная норма, м³/га; t – плановое время работы системы в сутки, ч.

В расчетах должен быть предусмотрен резервный запас воды на промывку системы и другие технические и хозяйственные нужды (до 10 %). В зависимости от качества используемой воды на системе может предусматриваться установка фильтров грубой, основной, тонкой очистки или их сочетания, а для повышения производительности группировка фильтров в блоки. В любом случае конечным должен быть предусмотрен фильтр тонкой очистки.

Станция фильтрации может включать сетчатые, дисковые, гравийные, гидроциклонные, автоматические самопромывные фильтры (рисунок 9).

Для предварительной грубой очистки воды используют фильтры-отстойники или гидроциклоны. Используются при большом загрязнении воды тяжелыми частицами (в основном песка).

Если необходима дополнительная очистка, то предусматривают фильтры с песчано-гравийным наполнителем. Они гарантируют, фильтрацию всех частиц сора с размером, выше 80 микронов. Гравийные фильтры используются для удаления органических и неорганических частиц Фракционный состав гравийно-песчаного наполнителя должен соответствовать размерам частиц от 0,5 до 2,8 мм, причем крупная фракция (1,2-2,8 мм) засыпается снизу, а мелкая (0,5-0,8) засыпается сверху.

Рисунок 9 ‒ Основные типы сороудерживающих устройств: гидроциклон; сетчатый фильтр; дисковый фильтр; песчано-гравийный фильтр; самопромывной фильтр-автомат.

Давление воды, рекомендуемое на входе в фильтростанцию, должно составлять не менее 3 атм. (при более низком давлении снижается эффективность промывания гравийного наполнителя обратным потоком воды). Перепад давления на входе и выходе из фильтростанции не должен превышать 0,3 атм. – более высокий перепад указывает на необходимость промывки фильтрующего материала. Периодичность промывания фильтров зависит от степени загрязнения воды и интенсивности водопотока. При «грязной» воде необходимо промывать фильтры не реже 1 раза в час. Минимальное количество промываний (при «чистой» воде) – не менее 2 раз в сутки. Средний срок службы гравия составляет 3…5 лет и зависит от интенсивности работы фильтра, после чего подлежит полной замене.

Новый песок, загруженный в фильтры, содержит тонкие частицы, которые не вымываются при его производстве. Эти частицы затрудняют ток воды и, должны быть удалены обратной промывкой до подачи воды в систему.

Сетчатые фильтры применяют для фильтрования воды при невысоком содержании неорганических частиц.

Рисунок 10 – Фильтр тонкой очистки

Дисковые фильтры применяют для более глубокого фильтрования. Они состоят из корпуса и фильтрующего элемента в виде набора плотно сжатых тонких дисков с радиальными канавками. Используются для удаления неорганических и органических частиц. Обычно используются при заборе воды из скважин в сочетании с гидроциклонами, удаляющих частицы песка.

Уровень очистки воды при фильтрации должен составлять от 400 до 20 мкм в зависимости от типа применяемых капельниц. Для большинства используемых в промышленном производстве капельных водовыпусков уровень очистки воды должен соответствовать 130…120 mesh или 0,125 мм.

При засорении фильтра (сетчатых, дисковых, гравийных) фильтрующий элемент промывается обратным потоком воды (рисунок 11).

Рисунок 11 – Песчано-гравийный фильтр

Рисунок 12 — Соединение лайфлетов на передвижной системе капельного орошения

Рисунок 13 – Соединение капельных линий

Рисунок 14 – Раскладка капельных линий на посевах лука

Автоматические самопромывные фильтры серии FILTOMAT M100, TAF – это сложные, но легко управляемые автоматические фильтры, снабженные механизмом самоочистки с гидравлическим управлением или серии SAF – активируемые электроприводом. Фильтры предназначены для работы с различными типами фильтрующих сеток, имеющих степень фильтрации от 800 до 10 мкм.

В отличие от песчано-гравийных фильтров на промывку такого фильтра требуется 15 л воды, продолжительность цикла промывки – 5 сек, подача чистой воды в капельные линии осуществляется без перерыва.

На рисунке 15 приведена схема базовой комплектации фильтровальной станции для системы капельного орошения, при этом размеры фильтров и степень фильтрации для каждого конкретного случая строго индивидуальны.

Рисунок 15 – Схемы промывки песчано-гравийной фильтростанции

однокамерного и двухкамерного типов

Внесение растворённых удобрений и микроэлементов с поливной водой (фертигация) получила широкое распространение на системах капельного орошения, в связи с переходом на более эффективные способы поддержания питательных режимов почв и рационального использования удобрений.

Удобрительный полив с помощью капельного орошения позволяет осуществлять локальное внесение удобрений в корнеобитаемую зону растений.

Для подачи удобрений в оросительную сеть устанавливают стационарный подкормщик для удобрений. Концентрированные (маточные) растворы удобрений готовят заранее. Концентрированный раствор удобрений в систему подают двумя способами: эжекционным (в системе в месте подключения подкормщика создают перепад давления) и при впрыскивании (инжектировании) удобрений в систему насосом-дозатором (рисунок 17).

1 – поступающая вода из насоса; 2 – отделитель песка – гидроциклон или центробежный сепаратор; 3 – входной трубопровод; 4, 10 – вентиль или задвижка; 5 – коллектор фильтров (если их несколько); 6 – фильтр песочный; 7 – выходной трубопровод (ввод удобрений осуществляется именно в этом месте); 8 – фильтр картриджный тонкой очистки; 9 – очищенная вода на систему полива.

Рисунок 16 – Общий вид базовой комплектации фильтрационной станции

а – емкость для растворимых удобрений; б – инжекторный насос «Вентури»; в – насос-дозатор «Дозатрон».

Рисунок 17 – Типы устройств ввода растворов удобрений в поливную воду:

Равномерность поддержание заданной концентрации в процессе внесения удобрений гидроподкормщиками различных конструкций показана на рис. 18.

Рисунок 18 – Процесс поддержания концентрации раствора удобрений в оросительной воде при введении его через удобрительную емкость (а), насос-инжектор (б) и порционный насос-дозатор типа «Дозатрон» (в).

Годовые нормы (кг/га) минеральных удобрений вычисляют по формуле

FR =100 N_i Y_add / k_nus , (2)

где N i − вынос питательных веществ на тонну урожая, кг; Y_add − дополнительный урожай, т; k_nus − коэффициент использования питательных веществ, %.

Расход (л/с) маточного раствора удобрений рассчитывают по формуле

(3)

где fR_f − рекомендуемая норма внесения жидкого удобрения, кг/га; а − площадь одновременно поливаемого участка, га; C_ml − концентрация маточного раствора, г/л; k − коэффициент, выражающий зависимость между временем окончания подачи маточного раствора и окончания полива, с учетом промывки сети принимают равным 0,8; t_ir − продолжительность полива, ч.

Внесение удобрений желательно производить дробно и регулярно или ежедневно, небольшими дозами 0,5…3 г физического вещества удобрений на 1 метр гряды. В целом, подаваемые дозы не должны превышать 10…15 кг/га/день. Введение удобрений следует начинать через 20 минут после начала полива, когда стабилизируются гидравлические показатели. Продолжительность введения удобрений должна быть не менее 30 минут, с обязательной последующей промывкой системы в течение 20…30 минут. Все химикаты и удобрения должны вводиться в систему капельного орошения выше установки основных фильтров.

При применении удобрений необходимо иметь в виду возможность химического взаимодействия компонентов удобрений с некоторыми ингредиентами оросительной воды. Например, внесение фосфорных удобрений в природную воду с повышенной жесткостью может привести к выпадению осадка в трубе.

1.3 Методики расчета параметров режима капельного орошения

Режим орошения сельскохозяйственных культур понимают климатически и агротехнически обоснованную совокупность оросительных и поливных норм, их количество и сроки с учетом применяемого способа и техники орошения. При этом должны быть обеспечены оптимальные условия для роста и развития растений и экологическая безопасность проводимых мелиоративных мероприятий с сохранением почвенного плодородия, экономии водных и материальных ресурсов. В сложившихся условиях дефицита водных ресурсов и востребованности продукции растениеводства капельное орошение считается наиболее рациональным способом, обеспечивающим экономное расходование оросительной воды, поддержание водных, пищевых и воздушных режимов почв, способствующим повышению урожайности сельскохозяйственных культур [ 56; 57; 58].

Однако увеличение поливных норм при капельном орошении, как и при способах полива, может привести к подъему уровня грунтовых вод и засолению почвы, как это наблюдалось в Астраханской области. В этой связи проектные и оперативные режимы орошаемых культур при капельном орошении должны быть уточнены [59].

Проектирование системы капельного орошения, как и любого искусственного воздействия, необходимо проводить с учетом геосистемного подхода. При этом достигается выявление наиболее тесных связей между принятыми мероприятиями и их влиянием на все компоненты природного комплекса. В системе «почва-растение» обоснование режима орошения позволяет не только снизить деградационное влияние на почву и орошаемый агроландшафт, но также получать стабильно высокие урожаи сельскохозяйственных культур с минимальным использованием воды, удобрений и материальных затрат [60].

При анализе природных условий района применения капельного орошения, как и при выборе любого способа полива, исходной информацией является коэффициент природного увлажнения К_у, характеризующий увлажненность территории количеством осадков и испарением за год. Его расчет обычно проводят по формуле А.Н. Костякова [61]:

44)

где Р и Е – количество осадков и испарение за год соответственно, мм.

При более точных расчетах производится многофакторное обоснование коэффициента природного увлажнения. В данном случае используется несколько метеорологических параметров [62].

(5)

где Е – испаряемость (потенциальная эвапотранспирация) за период с температурой воздуха >5С (активные температуры), мм; Р – сумма атмосферных осадков за тот же период, мм; W_a – активные запасы влаги в метровом слое почвы на начало расчетного периода, мм.

Капельное орошение рекомендуется применять в зоне незначительного увлажнения при К_у 0,12…0,33 [63]. Однако капельный способ полива применяется и в зонах неустойчивого и избыточного увлажнения при К_у 0,77…1,33.

Исследования ФГБНУ ВНИИ «Радуга», проведенные для условий ЦЧР, показали, что коэффициент природного увлажнения имеет цикличный характер (рисунок 19). По динамике К_у можно установить периоды изменения климатических условий с температурой выше 5С [64]. Это позволяет предположить, что цикличность К_у характерна и для других районов.


Рисунок 19 — Цикличный характер коэффициента природного увлажнения

Одним из перспективных направлений является разработка оперативных приемов управления режимом капельного орошения сельскохозяйственных культур [65]. Основной информацией для принятия решений должны служить текущие агрометеорологические данные конкретных участков. Такую возможность, например, может дать спутниковый анализ состояния полей. Выполнить подобный анализ возможно с помощью системы Fieldlook. В режиме реального времени пользователю системы доступна информация по влажности, испарению, выпавшим осадкам, физиологическим особенностям выращиваемой культуры и другие параметры. Но открытым остается вопрос о возможности применения этих данных для расчета режимов орошения [65].

С.М. Алпатьев отмечает, что значительные трудности при проектировании систем капельного орошения возникают именно при определении режима поливов сельскохозяйственных культур [66]. Это становится очевидным после анализа литературных источников, поскольку исследователи пользуются различными методиками. Остановимся на некоторых методиках более подробно.

Оросительная норма представляет собой то количество воды, которое подается на единицу площади поля (1 га) для создания оптимальных по влажности условий корнеобитаемого слоя почвы в течение всей вегетации культуры (поливного периода). При этом следует понимать, что оросительная норма является валовым показателем, — суммой поливных норм [67]:

(6)

где М – оросительная норма, м³/га; m – поливная норма, м³/га; i – порядковый номер полива; n – число поливов за вегетацию.

Оросительная норма назначается с учетом расчетов по уравнению водного баланса орошаемого участка. Уравнение водного баланса составляется относительно изменения влагозапасов в почве до орошения и после [68]. Элементы водного баланса в случае капельного орошения представлены на рисунке 20.

Рисунок 20 — Элементы водного баланса при капельном орошении: а – на тяжелых почвах; б – на легких почвах; 1 – сухая поверхность почвы; 2 – капельница; 3 – зона переувлажненной почвы; 4 – зона нормально увлажненной почвы; 5 – зона частично увлажненной почвы; 6 – контуры зон увлажнения

Уравнение водного баланса записывается в следующем виде:

(7)

где W_ПП и W_ПО – влагозапасы в почве (в объеме контура увлажнения) соответственно до орошения и после, м³/га, разность влагозапасов соответствует количеству активной влаги в контуре увлажнения, т.е. —W_а; Р – количество осадков за вегетационный период, м³/га; — коэффициент использования осадков зависит от частоты и обильности их выпадения; Е_п и Е_р – испарение соответственно с поверхности почвы и растений, м³/га; М – оросительная норма, м³/га; g – водообмен между почвенными и грунтовыми водами, м³/га.

Решая это уравнение относительно оросительной нормы, получим:

(8)

Корнеобитаемый слой почвы большинства овощных культур, орошаемых капельным способом, составляет менее 1,0м. Грунтовые воды при этом оказывают незначительное влияние на влагообмен корнеобитаемого слоя [69]. Поскольку режим капельного орошения сельскохозяйственных культур направлен на поддержание оптимальных по влажности условий корнеобитаемого слоя почвы, то на данном этапе примем допущение, что водообмен между почвенными и грунтовыми водами g=0. Тогда, уравнение (8) примет вид

(9)

При близких грунтовых водах в расчет оросительной нормы следует вводить поправку на использование грунтовых в питании растений. Влияние грунтовых вод следует учитывать и при поливе большими расходами, в течение длительного промежутка времени, при орошении садов, ягодников. Тогда оросительная норма снизится и будет равна:

(10)

где М_i – оросительная норма i-го периода (фазы развития), рассчитанная в предположении, что грунтовые воды не используются в питании растений, м³/га; К_г,i – коэффициент влияния грунтовых вод на снижение оросительной нормы, определяемый по справочникам.

Член уравнения (9) Е_п+Е_р называется суммарным водопотреблением Е_v культуры:

(11)

Величины Е_п и Е_р дифференцированы по фазам развития растений, зависят от метеорологических параметров и агрофизических свойств почвы. За период вегетации для большинства сельскохозяйственных культур на испарение с поверхности почвы затрачивается около 30…40 % воды, на транспирацию растений — примерно 60…70 % от суммарного водопотребления [70].

Определение суммарного водопотребления сельскохозяйственных культур является наиболее трудной задачей при разработке режима орошения. Эта величина зависит от погодных условий t (температура, влажность воздуха, солнечная радиация, скорость ветра), влажности почвы и биологических особенностей растений К_б:

(12)

Существует несколько способов определения суммарного водопотребления. Наиболее известны метод турбулентной диффузии, биофизический и биоклиматический методы. Турбулентный метод предложен А.Р. Константиновым и характеризует влияние скорости ветра на испарение. Г.К. Льговский разработал биофизический метод, связывающий суммарное испарение с температурой воздуха [70]. В основу биоклиматического метода положена зависимость суммарного испарения с дефицитом влажности воздуха. В России биологические кривые для расчета водопотребления сельскохозяйственных культур впервые были предложены А.М. Алпатьевым, который исследовал и подтвердил пропорциональность между суммарным водопотреблением растений через биологический коэффициент К_б. Он показал, что К_б изменяется в соответствии с фазами развития растений, что и обуславливает характер биологической кривой при оптимальном водообеспечении растений. Степень надежности биологических кривых определяется продолжительностью экспериментальных исследований.

E_v может быть также определено биоклиматическим методом в модификации Н.В. Данильченко. Для этого используется следующая зависимость:

(13)

где К_б – биологический коэффициент, характеризующий роль растений в расходовании влаги полем; Е_рot – потенциальная эвапотранспирация (испаряемость), м³/га; К_о – микроклиматический коэффициент, учитывающий возможное изменение (уменьшение) испарения под влиянием орошения [71].

Биологический коэффициент К_б может быть определен по справочникам. Н.В. Данильченко отмечает, что К_о учитывается в расчетах суммарного водопотребления только в том случае, если используемые метеорологические данные характеризуют климат неорошаемой территории [72]. Данные, получаемые с помощью программы Fieldlook, относятся к орошаемому массиву, следовательно микроклиматический коэффициент в этих расчетах не учитывается. Тогда уравнение (12) примет вид:

(14)

Отметим, что (14) относится к определенному периоду, поскольку К_б и Е_рot изменяются в течение вегетации. Следовательно, оросительная норма должна уточняться и в соответствии с фазами развития растений.

Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (ФАО) провела оценку четырех расчетных методов определения потенциальной эвапотранспирации Е_pot: радиационного, метода Пенмана, метода с испарителем, уточненного метода Пенмана. По результатам этой оценки, проведенной под руководством Комитета по ирригации и водопотреблению Американского общества гражданских инженеров, ФАО рекомендовало для расчета эвапотранспирации метод Пенмана-Монтейта как единственный стандартный метод. Формулу для определения Е_pot по методу Пенмана-Монтейта в виду ее громоздкости не приводим [73].

Оценить потенциальную эвапотранспирацию можно и с помощью формулы Н.Н. Иванова:

(15)

где Т – средняя температура воздуха, ^оС; а – относительная влажность воздуха, %.

Стоит отметить, что метод определения суммарного водопотребления в модификации Н.В. Данильченко связывает метеорологические параметры и биологические особенности растений, однако не учитывает влажность почвы [73].

При отклонении влажности почвы ω в обе стороны от оптимальной ω_opt для рассматриваемой культуры реальное суммарное водопотребление E_v уменьшается из-за недоувлажнения или переувлажнения и может быть определено с помощью коэффициента ε, предложенного А.И. Головановым [74]:

(16)

ε = 2,72∙θ/θ_opt ·Exp(-θ/θ_opt)

где θ – относительные доступные влагозапасы в корнеобитаемом слое, θ = (ω–ВЗ)/(p–ВЗ); θ_opt –оптимальные относительные доступные влагозапасы в корнеобитаемом слое для конкретной культуры, θ = (ω_opt–ВЗ)/(p–ВЗ); p – пористость почвы в расчетном слое; ВЗ – влажность завядания [74].

Потенциальная эвапотранспирация состоит из потенциального испарения с поверхности почвы и потенциальной транспирации растений . Эти величины в течение вегетации сельскохозяйственной культуры изменяются пропорционально развитию растения и затененности поверхности почвы растительным покровом [74]. Учесть это влияние можно с помощью коэффициента затененности f_р:

	(17)
	(18)
	(19)

Определение суммарного водопотребления по способу А.И. Голованова, по нашему мнению, учитывает влияние большего количества параметров: метеорологических, биологических и водных свойств почвы.

Как отмечалось выше, суммарное водопотребление есть сумма испарения с почвы и транспирация растений. Фактическое значение последней можно получить с помощью программы Fieldlook. Тогда можно оценить фактическое значение испарения с поверхности почвы:

(20)

Очевидный минус программы Fieldlook состоит в невозможности получения значения фактического суммарного водопотребления.

Программа Fieldlook позволяет получать данные еженедельно. Тогда корректировка оросительной нормы может проводиться каждую неделю:

(21)

Режим капельного орошения должен обеспечивать оптимальную влажность корнеобитаемого слоя почвы. Если норма рассчитана с учетом свойств почвы удерживать воду в подвешенном состоянии, то увлажнение ее оптимально и не сопровождается оттоком ее в подпочву на пополнение грунтовых вод [73]. Тогда изменение влагозапасов (активные запасы):

(22)

где W_cr,i – критическая или допустимая влажность почвы в расчетном (корнеобитаемом) слое, м³/га. Поскольку корнеобитаемый слой изменяется в период вегетации культуры, то W_a будет меняться во времени.

Полученные таким образом значения оросительных норм характеризуют внутрисезонное (внутри вегетации) распределение воды, идущей на полив сельскохозяйственных культур. Сумма отдельных оросительных норма за всю вегетацию культуры называется нормой нетто:

(23)

Другим важным показателем капельного орошения является поливная норма. Поливную норму при капельном орошении определяют исходя из нормы суточного водопотребления орошаемых культур. Иными словами, это то количество воды, которое в случае капельного орошения практически поддерживает уровень оптимальной влажности почвы [75].

Капельное орошение отличается от других способов полива тем, что вода подается локально, малыми расходами непосредственно к каждому растению. Такой способ полива позволяет не тратить воду на увлажнение междурядий (площадь между грядами, гребнями) (рисунок 21) [76]. При расчете поливных норм необходимо учитывать это обстоятельство.

Рисунок 21. Работа модуля системы капельного орошения

Эта особенность капельного орошения указывает на то, что в отличие от других способов полива, возможно ввести поправку на увлажняемую площадь, которая будет учитывать снижение поливной нормы, т.е.:

(24)

где m^*_nt,i – поливная норма в случае увлажнения всего массива орошения, м³/га; А_nt – коэффициент увлажняемой площади в долях от посадочной.

Поливная норма нетто определяется по следующей формуле:

(25)

где — объемная масса почвы, г/см³; h_к – глубина расчетного (корнеобитаемого) слоя, м; _НВ,i и _cr,i – влажность, соответствующая наименьшей влагоемкости и допустимый (предполивной) порог иссушения почвы в отдельную фазу, в % от массы сухой почвы.

С.М. Алпатьев отмечает, что практически площадь увлажнения под культурой можно определить следующим образом [76]:

(26)

где n – число водовыпусков под одной культурой, шт; А_i – площадь, увлажняемая из одного водовыпуска, м²; а – расстояние между культурами в ряду, м; b – расстояние между рядами культур, м.

Анализ формулы (25) позволяет сказать, что в целом поливная норма для конкретных почвенно-климатических условий будет зависеть от предполивной влажности почвы и глубины корнеобитаемого слоя. Последний параметр должен определяться фенологической фазой развития орошаемой культуры, наступление которой зависит от ряда факторов, в т.ч. её водопотреблением в соответствующую фазу развития.

Зарубежный опыт использования капельного орошения показал, что создание в зоне развития корневой системы оптимальных водных и питательных режимов позволит уменьшить глубину увлажняемого слоя почвы. Так обычно принимаемая глубина увлажнения почвы при бороздковом поливе хлопчатника 1,0 м при капельном орошении может быть ограничена 40 см без снижения урожайности [76].

Количество поливов n за рассматриваемый период (при использовании программы Fieldlook период равен одной неделе) определяется известным соотношением:

(27)

Частота поливов зависит от интенсивности использования влаги культурами, а также от поливной нормы.

Продолжительность выдачи поливной нормы t определяется по следующей зависимости:

(28)

где t_i – время выдачи нормы i-го полива, с; Е_f – коэффициент использования воды, равный примерно 0,96…0,98; q – расход воды капельницы, л/с; n_к – число капельниц на 1 га.

Межполивной период, t, – еще один параметр режима орошения. Это тот промежуток времени между двумя следующими, один за другим поливами. Рекомендуется определять по зависимости [75]:

(29)

где t_i – период до i-го полива, сут. Параметры, входящие в формулу (29), определяются за расчетный интервал времени. Как было отмечено выше, при использовании программы Fieldlook этот интервал равен одной неделе. Однако в отечественной практиве при поливе нормами, соизмеримыми с нормами суточного водопотребления, интервал между поливами обычно сокращают до одних-двое и реже до трех суток.

Полив нормами суточного водопотребления при капельном орошении позволяет использовать для его обоснования опыт непрерывного орошения, проведенный в трудах Ф.Н. Носенко, А.М. Шарко и др., в т.ч. зарубежных ученых [75].

Установленные в результате исследований нормы суточного водопотребления при сплошном увлажнении орошаемой площади могут быть положены в основу назначения норм суточного водопотребления при капельном орошении с учетом локального их внесения.

При капельном орошении овощных культур увлажненная поверхность, определяемая по уравнению (26), может составить 0,7 от орошаемой площади, что соответственно уменьшает величину суточной поливной поры при локальном орошении. Ориентировочные суточные нормы водопотребления овощных культур с использованием работы В.Н. Щедрина и В.А. Кулыгина [77] приведены в таблице 5.

Анализ параметров режима орошения показал, что использование данных, получаемых с помощью программы Fieldlook, не позволяет на основе фитомониторинга за культурой в полном объеме решать задачу оперативного управления водным режимом почв, а также предупреждать стрессовые состояния растений, которые могут быть вызваны природными условиями. Fieldlook с точки зрения вопроса водного режима агроландшафта позволяет оценивать уровень осадков и фактическую транспирацию.

В связи с чем, программа Fieldlook, по нашему мнению, не позволяет определять большое количество параметров, необходимых для расчета режима орошения и пользователю приходится прибегать к получению отсутствующих данных. Все это выражается в неудобстве применения этого программного продукта для рассмотренного вопроса [78].

Таблица 5 – Среднесуточное водопотребление овощных культур по фазам и суточные поливные нормы при капельном орошении

№ п/п	Фаза развития	Про-должи-тель-ность, сут	Сумма t за фазу, °С	Средне-суточ-ная t_сут, °С	Водопотребление			Суточная поливная норма при КО
№ п/п	Фаза развития	Про-должи-тель-ность, сут	Сумма t за фазу, °С	Средне-суточ-ная t_сут, °С	м³/га	м³/га на 1 °С	Средне-суточное, м³/га	Суточная поливная норма при КО
Капуста позднего созревания
1.	Посев-начало завязи кочана	61 41,2%	1169,8 39,5%	19,2	2089,7 33,2%	1,8	34,3			24,1
2.	Начало завязи кочана – начало технической спелости	57 38,5%	1318,9 44,6%	23,1	3203,7 51%	2,4	56,2			39,3
3.	Начало технической спелости– последний сбор	30 20,3%	469,7 15,9%	15,7	989,7 15,8%	2,1	33			23,1
	Вегетационный период	148 100%	2958,4 100%		2,1		42,5			29,8
Лук позднеспелый
1.	Посев-начало образования луковиц	50 34,7%	902,2 31,2%	18	1405 26,8%	1,56	28,1		19,7
2.	Начало образования луковиц — начало полегания	41 28,5%	963,7 33,3%	23,5	2778 53%	2,9	67,8		47,5
3.	Начало полегания — уборка	53 36,8%	1023,8 35,4%	19,3	1062 20,2%	1,04	20		14,0
	Вегетационный период	144 100%	2889,9 100%	20,1	5245 100%	1,8	36,4		25,5
Томаты среднепоздние
1.	Посев — ветвление	51 32,5%	979,1 32%	19,2	1519 25,3%	1,55	29,8		20,9
2.	Ветвление – начало цветения	29 18,5%	680,9 22,3%	23,5	1429 23,8%	2,1	49,3		34,5
3.	Начало цветения – 1-й сбор	25 15,9%	615,3 20,1%	24,6	1577 26,3%	2,56	63,1		44,2
4.	1-й сбор — последний сбор	52 33,1%	782,1 25,6%	15	1470 24,5%	1,88	28,3		19,8
	Вегетационный период	157 100%	3057,4 100%	19,5	5995 100%	1,96	38,2		26,7
Огурец среднеранний
1.	Посев – начало плодообразования	44 54,3%	846,1 49,4%	19,2	1276 33,6%	1,51	29		20,3
2.	Начало плодообразования – первые сборы	17 21%	387,5 22,6%	22,8	1269 33,4%	3,27	74,6		52,2
3.	Первые сборы – последние сборы	20 24,7%	480,3 28%	24	1251 33%	2,6	62,6		43,8
	Вегетационный период	81 100%	1713,9 100%	21,15	3793 100%	2,21	46,8		32,8

При проектировании систем капельного орошения овощных культур необходимо знать не только состав овощных культур, но и наибольшую их норму водопотребления по фазам развития (таблица 6). Кроме того, при капельном орошении овощных культур необходимо учитывать примененную технологию посева, что определяет расстояние между поливными трубопроводами капельного орошения.

Таблица 6 — Среднесуточные значения интенсивности испарения за вегетационный период, мм

Почвенно-климатическая область	Месяц
Почвенно-климатическая область	ΙV	V	VΙ	VΙΙ	VΙΙΙ	ΙX
Лиственно-лесная	0,8	2,2	2,6	2,4	2,0	1,4
Лесостепная	1,4	3,5	3,7	3,6	3,0	1,8
Степная	1,8	4,3	5,0	5,0	4,5	2,7
Сухостепная	2,3	4,7	5,8	6,3	6,0	3,8
Пустынно-степная	2,6	5,0	6,6	7,2	6,4	3,9

Основным источником воды для растений является почвенная влага. От ее содержания и степени доступности зависит влагообеспеченность растений. Чтобы определить уровень необходимого содержания доступной растениям влаги в почве для получения гарантированного урожая, необходимо знать закономерности водопотребления культуры в конкретных почвенно-климатических условиях.

Только на основании знания закономерностей водопотребления культуры за вегетационный период и в динамике, по периодам онтогенеза, можно эффективно проектировать и корректировать режим орошения, в том числе с использованием систем капельного орошения (таблица 7).

Наименьшие значения суммарного водопотребления лука (в среднем за годы исследований 3800 м³/га) формировались на участках, где в течение вегетационного периода от посева семян до формирования луковицы поддерживался предполивной порог влагосодержания увлажняемой зоны почвогрунта 80 % НВ, от формирования луковицы до технической спелости – 70%НВ, а минеральные удобрения вносили дозой N₁₁₅P₈₅K₆₅, рассчитанной на получение урожайности на уровне 60 т/га. Увеличение порога предполивной влажности почвы до 80 % НВ в период созревания луковицы и технической спелости повышало расход влаги посевами до 4150…4540 м³/га, что в среднем на 210 м³/га превышало показатели, полученные в варианте А1 (80-70 % НВ). В процентном соотношении эта цифра равняется 4,8 %.

Таблица 7 – Элементы водного баланса лукового поля при капельном орошении

Уровень предполивной влажности почвы, % НВ / горизонт промачивания, м		Год исследований	Оросительная норма		Приход влаги от осадков		Использование почвенной влаги
		Год исследований	м³/га	%	м³/га	%	м³/га	%
80-70 0,3		2004	2380	61,8	1366	35,5	106	2,7
		2005	2640	61,8	1269	29,7	361	8,5
		2006	1900	54,5	1420	40,7	168	4,8
		среднее	2310	59,4	1352	35,3	212	5,3
80-70 0,3-0,4		2004	1880	51,5	1366	38,3	372	10,2
		2005	2290	60,2	1269	31,8	321	8,0
		2006	2650	61,5	1420	32,9	242	5,6
		среднее	2270	58,1	1352	34,3	312	7,9
80-70 0,3-0,5	2004		1590	45,1	1366	39,7	536	15,2
	2005		1770	51,5	1269	36,9	401	11,6
	2006		2450	60,2	1420	34,9	202	4,9
	среднее		1935	52,3	1352	37,2	380	10,6
80-80 0,3	2004		2540	61,8	1366	34,0	174	4,2
	2005		2950	66,7	1269	28,7	203	4,6
	2006		2680	57,0	1420	30,1	612	12,9
	среднее		2720	61,8	1352	30,9	330	7,2

Значительно более существенно суммарное водопотребление лука при капельном орошении возрастало на участках, где влажность почвы поддерживалась на уровне 80 % НВ в течение всего вегетационного периода. В процентном соотношении превышение значений суммарного водопотребления в сравнении с вариантом А1 (80-70 % НВ) составило 13,8 %, а в абсолютных единицах 550 м³/га. Численные значение эвапотранспирации лука в зависимости от складывающихся по годам исследований климатическим условиям изменялись от 3800 до 4540 м³/га.

Приведенные закономерности справедливы для участков, где заданный программой исследований порог предполивного влагосодержания увлажняемой зоны почвогрунта поддерживался в слое 0,3 м в течение всего вегетационного периода. Дифференцирование глубины увлажняемой зоны почвы в течение вегетационного периода до определенной степени изменяло приведенные выше закономерности.

Поддержание постоянного порога предполивной влажности почвы на уровне 80 % НВ в слое 0,3 м до фазы формирования луковицы и в слое 0,4 м в периоды созревания и технической спелости способствовало снижению суммарного водопотребления (в среднем на 60…210 м³/га) в сравнении с вариантами, где такой же уровень предполивной влажности поддерживался в слое 0,3 м в течение всего вегетационного периода. Также снижение наблюдалось на варианте 80-70%НВ и изменении глубины увлажнения 0,3-0,5 м (в среднем 110…400 м³/га). Это обстоятельство объяснимо как снижением влажности почвы перед поливом в верхних горизонтах почвы, так и ошибкой определений в полевом эксперименте. Следует признать, что наряду с возможной ошибкой, тенденция к снижению эвапотранспирации на участках с дифференцированной глубиной промачивания почвы носит достаточно устойчивый характер.

Увеличение водопотребления на участках поддержания влажности почвы на уровне 80 % НВ (в сравнении с вариантом 70 % НВ) в течение вегетационного периода при глубине увлажнения 0,3 м по всем фазам развития суммарное водопотребление увеличивалось на 160…210 м³/га (3,9…4,8 %).

Увеличение доз внесения минеральных удобрений во все годы исследований статистически значимо повышало площадь испаряющей поверхности посева, что способствовало росту эвапотранспирации лука. Внесение минеральных удобрений дозой N₆₅P₅₅K₁₅ увеличивало суммарное за вегетационный период водопотребление лука на 80…100 м³/га или 2,1…2,5 % в сравнении с вариантами, где минеральные удобрения не вносились (контроль). Повышение доз внесения минеральных удобрений до N₁₁₅P₈₅K_65,N₁₆₅P₁₁₅K₁₁₅увеличивало затраты водных ресурсов на формирование валового урожая на 60…250 м³/га, 210…390 м³/га или на 1,5…6,0 % и 5,4…9,4% соответственно в сравнении с контролем. Наибольшее количество общей влаги (в среднем за 2004…2006 гг. 4540 м³/га) затрачивалось при внесении N₁₆₅P₁₁₅K₁₁₅ в сочетании с поддержанием постоянного в течение вегетационного периода порога предполивной влажности почвы на уровне 80 % НВ в слое 0,3 м.

Приход влаги от осадков изменялся по годам исследований от 28,7% до 40,7% приходных статей водного баланса. Отмечена тенденция к снижению доли атмосферных осадков в общем поступлении влаги на луковое поле с повышением порога предполивной влажности почвы. Так, при поддержании порога предполивной влажности почвы 80-70 % НВ в течение вегетационного периода в среднем за годы исследований за счет атмосферных осадков восполнялось 29,7% — 40,7% потребляемой влаги, а при повышении предполивного уровня до 80 % НВ – 28,7 %.

Использование почвенной влаги при капельном орошении носило преимущественно случайный, стохастический характер, и зависело от распределения атмосферных осадков и поливного режима лука. Оросительная норма с увеличением порога предполивной влажности почвы, напротив, возрастала. В зависимости от обеспеченности периода вегетации лука климатическими ресурсами доля участия оросительной воды в формировании приходной части водного баланса изменялась от 45,1 до 66,7 %.

В течение вегетационного периода вода посевами лука потребляется неравномерно. Динамика суммарного водопотребления наиболее полно соответствует ритму роста и развития растений лука.

В период от высева семян лука до появления всходов посевами расходовалось 77…140 м³/га продуктивной почвенной влаги. Преимущественное влияние на динамику испарения влаги в этот период развития растений оказывают складывающиеся погодные условия. Сухая и ветреная погода существенно увеличивала испарение воды с поверхности поля. Полив в период от посева до появления настоящих листьев у лука проводился только для поддержания предполивного уровня влажности почвы на уровне 80 % НВ.

Рост и развитие лука, нарастание и повышение активности испаряющей поверхности в последующие периоды вегетации культуры определили характер формирования водопотребления. В период от всходов до начала формирования луковицы испарялось 77…1140 м³/га, а в фазы формирования луковицы – техническая спелость луковым полем расходовалось 738…1250 м³/га продуктивной влаги. Наибольшее количество воды посевами лука расходуется в период формирования – созревания луковицы. В среднем за годы исследований в этот период расходовалось 839…1030 м³/га воды на формирование общей продуктивности и репродукционные процессы.

Наряду с существенным влиянием на интенсивность суммарного испарения условий водообеспечения растений, создаваемых проведением вегетационных поливов, наибольшая варьируемость численных значений водопотребления в этот период отмечена по фактору погодных условий.

В фазу технической спелости лука динамика водопотребления носила убывающий характер при сохранении высоких значений показателя в период созревания луковицы, что важно учитывать при проектировании режимов капельного орошения.

Таким образом, улучшение условий обеспечения растений водой и элементами минерального питания, активизируя процессы роста и развития лука, существенно повышает уровень потребления водных ресурсов посевами преимущественно в периоды наиболее интенсивного развития агрофитоценоза. Существенное влияние на динамику водопотребления лука оказывают метеорологические условия, складывающиеся в течение вегетационного периода, что требует обязательной корректировки поливного режима в разные по обеспеченности климатическими ресурсами годы.

Потребность картофеля в воде в течение вегетационного периода неодинаковая. Определяющее влияние на величину потребления воды в процессе формирования урожая оказывают режимы орошения растении их продолжительность. Наибольшее количество воды, как в целом за вегетацию, так и по периодам роста и развития растений картофеля, расходуется в варианте с предполивным порогом 80% НВ в слое 0,4 м, а наименьшее – в варианте с предполивным порогом в слое 0,6 м. Максимальное потребление воды растениями по всем вариантам водного режима почвы и менялось по годам исследований в пределах 794-1178 м³/га, а в среднем за три года – от 9530 до 1069,3 м³/га или 29,3 – 30,0% от суммарного водопотребления. В период посадка-всходы картофель расходует минимальное количество воды, которое по годам исследований изменятся в пределах 285-313 м³/га, а в среднем 296-302,7 м³/га, что составляет 8,5-9,1 % общей потребности картофеля в воде.

Рисунок 22 – Структура суммарного расхода влаги семенным картофелем летней посадки по периодам роста и развития, %

Капельное орошение направлено на снижение антропогенной нагрузки на почву. Поэтому параметры режима орошения должны корректироваться с учетом фенологической фазы развития растений, уровня предполивной влажности и плодородия почв.

Решение вышеуказанных проблем, как одним из перспективных вариантов, является технологическое перевооружение и/или дооснащение систем капельного орошения на фоне применения технологических решений, которые должны быть строго увязаны с особенностями агротехнологии не только отдельно взятых культур, но и в комплексе севооборота возделываемых культур в целом, в том числе с учётом правил ротации и охраны орошаемого агроландшафта.

Выводы

1. Показатели эффективности применения капельного орошения: экономия поливной воды 30-50%; минеральных удобрений на 10-15%; уменьшение размеров трудозатрат – до 25%, повышение урожайности на 50…200% при реализации обоснованных режимов орошения.

2. Разработанные режимы орошения определяют параметры систем капельного орошения и должны учитывать не только интенсивность испарения в зонах применения в вегетационный период в диапазоне от 1 мм до 7,2 мм, но и варьирование суточных поливных норм (от 30 до 100 м³/га для Волгоградской обл.) в зависимости от вида культур и фазы их развития.

3. Стоимость систем капельного орошения с комплектацией их зарубежным оборудованием составляет 200…500 тыс. руб/га, что определяет возможность их применения преимущественно в крупных хозяйствах.

4. В крестьянско-фермерских, личных подсобных и иных мелкоземельных хозяйствах сосредоточенно более 75% площадей, где капельное орошение может принести ожидаемую эффективность от применения капельного орошения.

5. Стоимость систем капельного орошения для мелкоконтурных участков, комплектуемых из зарубежного оборудования, составляет от 70 до 200 тыс. руб./га в зависимости от площади участка и не комплектуется средствами водоучета, внесения удобрений с оросительной водой, что не позволяет получить от их применения ожидаемого эффекта от комплексного капельного орошения.

6. При разработке передвижной (мобильной) системы капельного орошения (МСКО) для мелкоконтурных участков необходимо провести анализ стоимости оборудования и рабочих элементов для систем капельного орошения и разработать комплект оборудования с учетом сделанных выводов.

1.3 РАЗРАБОТКА модуля передвижной системы капельного орошения сельскохозяйственных культур рядового сева

1.3.1 Обоснование принципа конструкции передвижной системы капельного орошения сельскохозяйственных культур рядового сева

Подтвержденное практическим опытом применения капельного орошения в увеличении урожайности орошаемых культур на 20…100% при снижении расходования оросительной воды на 25…40%, а следовательно, и снижение энергетических затрат на ее подачу, определили востребованность этого способа орошения в больших специализированных хозяйствах.

Однако высокая стоимость оборудования систем капельного орошения, достигающее 200…500 тыс. рублей на га, остается недоступным для мелких фермерских хозяйств.

В странах развитого орошаемого земледелия для реализации мер экономии оросительной воды в хозяйствах малых форм земельной собственности организован выпуск проектных и наиболее дешевых систем капельного орошения мелкоконтурных участков. В США такие системы в виде поливных комплектов применяются в 250 тыс. хозяйств на площади более 250 тыс. га.

Для орошения мелкоконтурных участков на отечественном рынке представлены системы капельного полива от 150 м² до 60 га. стоимость таких систем без их оснащения гидроподкормщиками, регуляторами давления и средствами защиты воды достигают от 1750 руб. до 231960 руб. (от 39 до 117 тыс. руб./га.). Однако представленная комплектация системы не отвечает современным требованиям к водосбережению и комплектности проведения орошения. Но главная – не обеспечивается та ожидаемая прибавка урожая, получаемая с применением комплексного капельного орошения. (см. таблицу 1) Естественно, что доукомплектация таких систем увеличит их стоимость.

В РФ собственное производство оборудования систем капельного орошения пока находится на начальной стадии и преимущественно ограничено выпуском поливных трубопроводов (лент капельного орошения).

Предлагаемые комплекты капельного орошения для мелкоконтурных участков с целью их удешевления не комплектуют средствами учета воды, поддержания рабочих напоров и внесения удобрений с поливной водой. Такая комплектация не отвечает современным требованиям экономии оросительной воды и минеральных удобрений на 10-15% и главное не обеспечивается та ожидаемая прибавка урожая, получаемая в хозяйствах с применением комплексного капельного орошения (см. таблицу 1).

Остальное оборудование систем капельного орошения зарубежного производства, что и определяет высокую стоимость сетей капельного орошения 1500…2000 евро на га (по данным ООО «Агрополив СПБ», 2014г.) или 90…120 тыс. руб/га. Распределение стоимости системы капельного орошения овощных культур по основному оборудованию приведено в таблице 8.

Таблица 8 — Распределение стоимости оборудования системы капельного орошения (на примере площади системы 12,8 га)

Оборудование	Стоимость, руб.	% от стоимости системы
1	2	3
1. Транспортирующий трубопровод (8000м, LFT, 4″, 6 атм.)	244765,1	16,16
2. Фильтростанция	67040,8	4,43
3. Участковые распределители (1500м, LFT, 4″, 4 атм.)	442957,1	29,25
4. Ленты капельного полива (Углич) с соединениями	397210,0	26,23
5. Удобрительный узел	22356,9	1,48
6. Насосная станция (Н=0,7-10МПа, Q=91-63 м³/ч)	340000,0	22,45
Всего на 12,8 га	1514329,9	100%
На 1 га	118307,0

Анализ таблицы показывает, что наибольшая доля затрат на создание систем капельного орошения приходится на водопроводящие гибкие трубопроводы: транспортирующий трубопровод – 16,16% и участковые распределители – 29,25%. Их суммарная стоимость в сети составляет 45%. Снижение стоимости проводящих и распределительных трубопроводов на системах для мелкоконтурных участков может быть достигнуто, если вместо гибких трубопроводов на них использовать жесткие разборные трубопроводы, выполненные из полиэтиленовых труб соответствующего диаметра.

Стоимость полиэтиленовых труб ниже стоимости гибких трубопроводов диаметром 50…102 мм ниже на 14…28% (см. таблицу 8) таким образом, для снижения стоимости систем капельного орошения для мелкоконтурных участков целесообразно применять трубопроводы, выполненные из полиэтиленовых труб.

Удельная стоимость трубопроводов систем капельного орошения может быть дополнительно снижена на 40…60%, если их выполнить не стационарно-сезонными, а переносными разборными, как это делается с применением переносных дождевальных комплектов.

Естественно, что с применением переносных трубопроводов увеличатся затраты труда на их эксплуатацию. Однако востребованность наиболее дешевых технических средств полива вполне объективна.

Таким образом, следует ожидать перспективность разработки комплектов капельного орошения для мелкоконтурных участков.

Проведенные исследования ФГБНУ ВНИИ «Радуга» по определению базовых систем водообеспечения малых фермерских хозяйств и садово-огородных участков показали, что их площадь составляет от 0,06 до 1,2 га, из них орошается 25% площади, количество проживающих 2-3 чел.

С применением дождевальных поливных устройств вегетационная поливная норма 300 м³/га может быть выдана за 10-20 ч., что в свою очередь определяет соответствующий расход подводимой воды (таблица 9).

Таблица 9 – Расход воды, необходимый для малых фермерских хозяйств и садово-огородных участков при их поливе дождеванием (по данным Давшан С.М., Савушкин С.С.)

Общая площадь участков, га	Поливаемая площадь, га	Объем воды при норме полива 300 м³/га, м³	Объем воды с учетом потребления на питьевые нужды, м³	Расход при продолжительности полива, м³/ч
Общая площадь участков, га	Поливаемая площадь, га	Объем воды при норме полива 300 м³/га, м³	Объем воды с учетом потребления на питьевые нужды, м³	20	10
0,06	0,015	4,5	4,7	0,235	0,45
0,12	0,03	9,0	9,5	0,475	0,9
0,24	0,06	18,0	20,0	1,0	1,8
0,54	0,135	40,5	44,0	2,2	4,05
1,2	0,3	90,0	91,0	4,55	9,0

Для отработки конструкции комплекта капельного орошения в условиях полевых испытаний достаточно ограничится его площадью полива 0,5 – 1,5 га, а его трубопроводную сеть выполнить из разборных трубопроводов малого диаметра.

1.3.2. Модуль передвижной системы капельного орошения сельскохозяйственных культур рядового сева

В качестве основы для разрабатываемой системы принята система капельного полива для мелкоконтурных участков с переносными участковыми трубопроводами (рисунок 23).

Разработанный комплект системы капельного орошения (СКО) предназначен для орошения сельскохозяйственных культур путём подачи воды или воды с растворёнными в ней удобрениями в виде капель, на поверхность почвы в зоне роста растения на площади 0,94 га.

Применяется для орошения пропашных и овощных культур на мелкоконтурных участках площадью 0,94 га.

Оросительная система (рисунок 23) включает водоисточник 1, насосную станцию 2 с запорной арматурой 3 и 4 и манометром 5, магистральный трубопровод 6, последовательно установленные распределительные трубопроводы 7 и 8 внутрипочвенного орошения (I) и капельного орошения (II), параллельно установленные по длине распределительных трубопроводов 7 и 8 оросительные трубопроводы 9. В магистральном трубопроводе 6 капельного орошения смонтированы гидроциклон 13, песчано-гравийный фильтр 14, сетчатый фильтр 15,

Рисунок 23 – Принципиальная схема модульного участка капельного полива

вентиль 16 и манометр 17. Напорный резервуар 18 с магистральным трубопроводом 6 соединен посредством запорной арматуры 3, а с распределительным трубопроводом 7 – посредством вентиля 19. В каждом переходнике 20 между распределительным трубопроводом 7 (8) и оросительном трубопроводе 9 последовательно смонтированы запорная арматура 21, фильтр тонкой очистки 22, счетчик 23 расхода очищенной поливной воды и напорно-регулирующее устройство 24, а также манометр 25.

Существенно снизить материалоемкость системы капельного орошения при ее применении для малых участков фермерских хозяйств и приусадебных участков можно, если распределительный и поливные трубопроводы выполнить передвижными, а для этого их необходимо выполнить на колёсной передвижной платформе, оснастить быстроразъемными соединениями, а звенья быстроразъемных труб распределительного трубопровода выполнить из труб постоянного диаметра с равным количеством выполненных на них водовыпусков и оснастить их быстроразборными соединениями с уложенными поливными трубопроводами с капельницами. При этом узлы сопряжений распределительного трубопровода с магистральным и участковым трубопроводами необходимо выполнить шарнирными с возможностью их укладки по обе стороны от магистрального трубопровода.

Перемещение модуля передвижной системы капельного орошения сельскохозяйственных культур рядового сева должно осуществляться с помощью трактора на передвижной колёсной платформе. Это достигается тем, что головная насосная станция, магистральный трубопровод, запорно-регулирующая арматура, установка внесения удобрений; фильтр для очистки воды «компакт», регулирующий накопительный бак, быстроразъёмный распределительный трубопровод и штанга с бухтами капельных линий устанавливаются на передвижную колёсную платформу.

Головная насосная станция, работает от электро- или дизельгенератора в случае подачи воды из открытой оросительной сети (каналов, участковых распределителей и др.). Конструкция разработанной мобильной системы капельного орошения представлена на рисунке 24. Блок передвижной системы капельного орошения включает 24 модуля по 0,94 га каждый.

В состав блока входят:

узел забора воды из канала;
насосная станция К 100/250;
фильтростанция;
гидроподкорщик;
магистральный трубопровод диаметром 150 мм
участковый трубопровод диаметром 100 мм;
узел соединения;
кран;
распределительный;
конъекторы;
капельницы (эмиттеры);
капельные линии;
номера модулей;
открытый канал (сбросной канал Ленинской ОС Волгоградская область);
распределительный трубопровод диаметром 100 мм.

word image 502 Проведение исследований, разработка технологий и подготовка технических предложений на модули передвижной системы капельного орошения сельскохозяйственных культур рядового сева

Рисунок 24. Блок передвижной системы капельного орошения

Параметры модуля передвижной системы капельного орошения:

Площадь – 0,94 га ( 300 м Х 31 м)
Длина капельных линий – 150 м Х 2 = 300 м
Расстояние между капельными линями (лук) 2Х40 см.
Расстояние между грядами (лук) – 0,7 м.
Количество линий на модуле (20 Х 2 = 40 шт.)
Ширина гряды – 1,20 м.
Количество капельниц на 1 модуль – 3,6 тыс. шт. (Qм = 5,76 м3/час).

1.2.3. Модуль комплекта капельно2о орошения для мелкоконтурных участков

За основу разрабатываемой системы принята система капельного орошения для мелкоконтурных участков с переносными участковыми трубопроводами (рисунок 25).

Рисунок 25 – Принципиальная схема модульного участка капельного орошения

Существенно снизить материалоемкость системы капельного орошения и повысить её эффективность при применении её для на малых участках КФХ и приусадебных участков можно, если распределительный и участковый трубопроводы на орошаемых участках выполнить переносными, многопозиционными. Для этого необходимо данные трубопроводы выполнить из звеньев труб равной длины и оснастить быстроразъемными соединениями, а звенья быстроразъемных труб участкового трубопровода выполнить из труб (шлангов) постоянного диаметра, с равным количеством выполненных на них водовыпусков и оснастить их быстроразборными соединениями с уложенными поливными трубопроводами с капельницами. При этом узлы сопряжений распределительного трубопровода с магистральным и участковым трубопроводами необходимо выполнять шарнирными с возможностью их укладки по обе стороны от магистрального трубопровода.

Рисунок 26 — Система капельного орошения при поливе посевов лука

Перемещение труб участкового трубопровода с одного участка на другой должно осуществляться вручную, без применения каких-либо механизмов. Данное требование достигается тем, что участковый трубопровод устройства капельного орошения выполнен переносным, разборным, снабжен быстроразъемным подсоединением его к распределительному трубопроводу с любого торца, состоящим из звеньев быстроразъемных труб равной длины и диаметра, оснащенных водовыпусками с патрубками и быстроразъемными соединениями с поливными трубопроводами, а распределительный трубопровод соединен с магистральным трубопроводом шарнирно, с возможностью его укладки поочередно с двух сторон от магистрального трубопровода, и снабжен поворотным уголком для подсоединения к нему участкового трубопровода последовательно с двух сторон.

2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Монтаж и технология работы комплекта передвижной (мобильной) системы капельного орошения

На рисунке 28 изображен общий вид устройства капельного орошения на территории опытного участка в границах 1, разделенных на последовательно поливаемые участки 2, и состоит из выполненных, например, из полиэтиленовых труб, магистрального напорного трубопровода 3 с входным краном 4, сетчатого фильтра 5, с подсоединенным к нему, через шарнирно установленный уголок 6, распределительного трубопровода 7 с поворотным уголком 8 и подсоединяемым к нему переносного участкового трубопровода 9, выполненного из мягкого плоскосворачиваемого ПВХ-шланга 10 с быстроразъемными соединениями 11, заглушкой 12 и установленных на звеньях 10 водовыпусков 13 с патрубками 14 с быстроразъемными соединениями 15, для подсоединения поливных трубопроводов капельного орошения 16 с заглушками 17.

Раскладку комплекта осуществляют согласно схеме, приведенной на рисунке 24. Поливные трубопроводы 6 (рисунок 27) укладывают вдоль рядов растений.

word image 67 Проведение исследований, разработка технологий и подготовка технических предложений на модули передвижной системы капельного орошения сельскохозяйственных культур рядового сева

Рисунок 27 — Раскладка капельных линий после посева репчатого лука

Рисунок 28 – Общий вид модуля системы капельного орошения

На рис. 29 изображена конструкция переносного участкового трубопровода с узлами его соединений с распределительным и поливными трубопроводами.

Переносной участковый трубопровод 9 состоит из мягкого плоскосворачиваемого ПВХ-шланга 10, оснащенных быстроразъемными соединениями 11, концевой заглушкой 12 и установленных равномерно по его длине водовыпусков 13 с патрубками 14 и быстроразъемными соединениями 15 для подсоединения к поливным трубопроводам 16 с капельницами и заглушками 17 в их концевой части. Переносной участковый трубопровод 9 подсоединен быстроразъемным соединением к поворотному уголку 8, установленному на распределительном трубопроводе 7.

Технология работы устройства капельного орошения заключается в следующем. На орошаемой площади 1, на каждом её отдельном участке 2 в соответствии с принятой схемой посадки сельскохозяйственных культур укладывают поливные трубопроводы с капельницами 16 и устанавливают на них концевые заглушки 17. Вода от насоса или трубопровода напорной сети подается в магистральный трубопровод 3 через открытый кран 4, проходит очистку через фильтр 5 и поступает в распределительный трубопровод 7 через шарнирный уголок 6. Из распределительного трубопровода 7 через поворотный уголок 8 вода поступает в участковый трубопровод 9 с установленной в его концевой части концевой заглушкой 12 и через его открытые водовыпуски 13 по патрубкам 14 с быстроразъемными соединениями 15 поступает в поливные трубопроводы капельного орошения 16 и через его капельницы подается на орошаемую поверхность первого участка (модуль 1, 2).

После проведённого полива в соответствии с заданной поливной нормой на магистральном трубопроводе 3 закрывают кран 4 и промывают фильтр 5. Отсоединяют участковый трубопровод 9 от поворотного уголка 8 и поворачивают уголок на 180⁰ в направлении следующего поливного участка. Разъединяют участковый трубопровод 9 на отдельные звенья 10 в быстроразъемных соединениях 11, отсоединяют в быстроразъемных соединениях 15 от патрубков 14 его водовыпусков 13 поливные трубопроводы капельного орошения 16, и звенья труб с установленными на них водовыпусками 13 с патрубками 14 и быстроразъемными соединениями 15 последовательно переносят в осевом направлении магистрального трубопровода на следующий второй участок (модуль 3, 4).

Рисунок 29 – Конструкция переносного участкового трубопровода с

узлами его соединения с распределительным и поливными трубопроводами

На втором участке 2 последовательно подсоединяют звенья 10 переносного участкового трубопровода 9 к повернутому уголку 8 и соединяют все его звенья 10 между собой, подсоединяют поливные трубопроводы 16 с капельницами к быстроразъемным соединениям 15 водовыпусков 13, устанавливают на участковом трубопроводе концевую заглушку 12 и открывают входной кран 4 на магистральном трубопроводе 3, после чего проводят полив.

После проведения полива на втором участке 2 в аналогичном порядке закрывают входной кран 4, промывают фильтр 5, отсоединяют участковый трубопровод 9 от поворотного уголка 8 распределительного трубопровода 7 и отсоединяют поливные трубопроводы 16. Разбирают участковый трубопровод 9 на ПВХ-шланг 10, поворачивают распределительный трубопровод 7 вместе с уголком 8 в шарнире 6 на 180⁰ в направлении следующего (третьего) поливного участка и поворачивают уголок 8 для подсоединения к нему участкового трубопровода 9. Переносят плоскосворачиваемый ПВХ-шланг 10 в осевом направлении на следующий участок, собирают их в трубопровод и подсоединяют его к поворотному уголку 8 на распределительном трубопроводе 7, подсоединяют к водовыпускам трубопровода 9 поливные трубопроводы 16, устанавливают концевую заглушку, открывают входной кран и проводят полив.

В аналогичном порядке проводят полив четвертого участка, для чего поворотный уголок 8 распределительного трубопровода 7 поворачивают в направлении последнего поливного участка.

После окончания проведения полива последнего участка закрывают кран 4, промывают фильтр 5, отсоединяют участковый трубопровод 9 от поворотного уголка 8 распределительного трубопровода 7, отсоединяют от него поливные трубопроводы 16, поворачивают распределительный трубопровод 7 с уголком 8 в шарнире 6 в первоначальное положение. Разбирают участковый трубопровод 9 и переносят его на исходную позицию, соединяют между собой в трубопровод, подсоединяют к нему поливные трубопроводы 16 и устанавливают на нем концевую заглушку 12 для проведения следующего полива.

Эффективность использования данной модели определяется следующими преимуществами:

− упрощением конструкции устройства;

− снижением единовременных материальных затрат на приобретение;

− использованием серийно выпускаемых материалов и изделий;

− возможностью проведения поливов дифференцированными нормами в зависимости от вида возделываемых культур на отдельных участках;

− упрощением доставки оборудования и его хранения.

Конструкция устройства капельного орошения позволяет использовать его при поливе садов, ягодников и овощных культур с соответствующим соблюдением расстояний между уложенными поливными трубопроводами и открытыми водовыпусками участкового трубопровода.

Выводы

Анализ стоимости основного оборудования для комплектации систем капельного орошения показал, что наибольший процент составляющей – стоимость приходится на транспортирующие трубопроводы – 16%, участковые распределители – 30%, поливные трубопроводы (ленты капельного орошения 27% и насосную станцию 27%.
Стоимость трубопроводной сети на системах для мелкоконтурных участков может быть уменьшена, при условии выполнения трубопроводов разборными и их применения для многопозиционной работы.
В основу разработки конструкции комплекта капельного орошения для мелкоконтурных участков предложено использование переносных шлангов с быстроразборными соединениями.
Разработано техническое предложение на комплект капельного орошения для мелкоконтурных участков, состоящий: из установленного стационарно на поливной сезон головного узла с устройством внесения удобрений, расходомером, регулятором давления; разборного участкового трубопровода с переносной разборный секционный трубопровод, оснащенный адаптерами для подсоединения к ним поливных трубопроводов (лент капельного орошения), укладываемых на поливной сезон на орошаемой комплектом площади.
Параметры комплекта капельного орошения отвечают требованиям разработанного технического задания, и заложены в технический проект.
Для проверки технического предложения и установления его конструктивных параметров на соответствие предложено изготовление фрагмента комплекта капельного орошения с площадью поливного блока 22,5 га с 24 модулями по 0,94 га каждый и проведение его полевых испытаний.

2.2. Технология работы комплекта передвижной (мобильной) системы капельного орошения на блоке орошения

Поливная вода от насосно-силовой установки (рис. 28) или напорного трубопровода вода поступает в магистральный трубопровод 1, с установленным на нем головным узлом 2, проходит очистку и далее – в разборный участковый трубопровод 3 и через шарнир 4 – в подсоединенный к нему секционный разборный трубопровод 5 (рисунок 26, 27, 28) и через его старт-конекторы поступает в подсоединенные к ним поливные трубопроводов 10 (рисунок 27-29) через их водовыпуски на поверхность почвы и увлажняет полосу вдоль рядов растений. После выдачи заданной поливной нормы подачу воды во входной трубопровод перекрывают с помощью крана.

word image 68 Проведение исследований, разработка технологий и подготовка технических предложений на модули передвижной системы капельного орошения сельскохозяйственных культур рядового сева

Рисунок 30 — Насосно-силовое оборудование на системе капельного орошения

Магистральный трубопровод. Подаёт оросительную воду в систему очистки воды и внесения удобрений. Может работать также от закрытой оросительной сети.

Рисунок 31 — Соединение разборных трубопроводов (лайфлетов) разного диаметра

Система фильтров для очистки воды имеют большое значение для надёжной и бесперебойной работы системы капельного орошения. Песчано-гравийный фильтр (рисунок 33) и фильтр тонкой очистки (рисунок 34.) устанавливаются на магистральном трубопроводе в сочетании с запорно-регулирующая арматурой.

word image 70 Проведение исследований, разработка технологий и подготовка технических предложений на модули передвижной системы капельного орошения сельскохозяйственных культур рядового сева

Рисунок 32 — Подсоединение капельных линий конъекторами к трубопроводу

Регулирующий накопительный бак устанавливается между системой очистки воды и внесения удобрений и распределительным трубопроводом для регулирования объёмов поливной воды и давления в распределительном трубопроводе и капельных линиях.

word image 71 Проведение исследований, разработка технологий и подготовка технических предложений на модули передвижной системы капельного орошения сельскохозяйственных культур рядового сева

Рисунок 33 — Песчано-гравийный фильтр при работе передвижного модуля СКО

word image 72 Проведение исследований, разработка технологий и подготовка технических предложений на модули передвижной системы капельного орошения сельскохозяйственных культур рядового сева

Рисунок 34 — Фильтр тонкой очистки на системе капельного орошения

Сезонно-стационарная передвижная система капельного орошения состоит из четырёх блоков. Каждый блок включает 24 модуля площадью 0,94 га. Общая площадь одного блока 22,5 га. Общая площадь системы капельного орошения 90,0 га. Система спроектирована таким образом, чтобы обеспечить максимальное потребление в воде растений при наиболее засушливых условиях.

Очередность полива модулей, следующая: 1-2, 3-4, 5-6, 7-8, 9-10, 11-12, 13-14, 15-16, 17-18.

Передвижная система капельного орошения эксплуатируется вдоль оросительного канала Ленинской оросительной системы в Волгоградской области (рисунок 35). Длина участка около 1000 м, ширина 700 м. В 2020 году основные возделываемые овощные культуры – репчатый лук (49,2 га), картофель (14,4 га), 4,1 га земли была отведена под морковь, томаты, арбуз, дыню, столовую свеклу.

word image 73 Проведение исследований, разработка технологий и подготовка технических предложений на модули передвижной системы капельного орошения сельскохозяйственных культур рядового сева

Рисунок 35 — Всасывающий трубопровод при работе на мобильной насосно-силовой установке.

Длина участка вдоль канала около 1000 м, площадь одного участка, который будет занимать система капельного орошения, 322х700 м.

Последовательность перемещения системы капельного орошения вдоль канала следующее (рисунок 36). В 2019 году территория первого участка была отведена под черный пар, второго участка под озимые зерновые культуры, третьего участка под систему капельного орошения, четвёртого участка – под посевы горчицы сарептской.

В 2020 году схема посева выглядела следующим образом. Первый участок был отведен под систему капельного орошения (90,0 га). Второй участок – черный пар (90,0 га), третий участок озимые зерновые культуры (90,0 га), четвёртый участок планируется отвести под посевы горчицы сарептской.

Рисунок 36 — Выделенная земельная площадь в виде 4-х участков под расположение передвижной системы капельного орошения вдоль оросительного канала.

Капельная система, демонтированная в 2020 году осенью, переместится в 2021 году на территорию второго участка, на соседней земельной площади будет располагаться черный пар, а на первом участке поле после капельного орошения будет засеяно озимой пшеницей с. Лидия, четвёртый участок планируется отвести под посевы горчицы сарептской для содержания поля по принципу полупара с запашкой посевов горчицы в фазу «бутонизации».

Рисунок 37 — Посевы репчатого лука на системе капельного орошения

На 2022 года последовательность посева сельскохозяйственных культур сохранится: первый участок отведут под черный пар, второй участок под озимую пшеницу, а систему капельного орошения смонтируют на третьем участке, а на четвёртом участке будет посеяна культуры горчицы сарептской в качестве фитомелиоранта. Такая последовательность использования земельной площади вдоль водоема (сбросной канал ОС) позволит крестьянско-фермерскому хозяйству не только рационально использовать ее, но сохранить и улучшить почвенное плодородие, а самое главное позволит хозяйству избежать засоления почвы.

Рисунок 38 — Урожай репчатого лука на орошаемых землях

2.3. Элементы конструктивно-компановочной системы, применяемые при работе передвижной (мобильной) системы капельного орошения

При проведении полевых опытных исследований передвижного (мобильного) модуля системы капельного орошения применялись следующие основные элементы.

Насос К 100-65-250 – центробежный, консольный, одноступенчатый насос с односторонним подводом жидкости к рабочему колесу, предназначен для перекачивания чистой воды, производственно-технического назначения (кроме морской) с рН 6…9, температурой от от 0 до + 85 ⁰ С с сальниковой набивкой и от 0 до 105⁰С с торцевым уплотнением, и других жидкостей, сходных с водой по плотности, вязкости и химической активности, содержащих твердые. Техническая характеристика насоса К 100-65-250 : подача воды 100 м³/ч, напор 80 м, двигатель квт – 45, двигатель об/мин – 2900 (рис. 39).

Распределительные и магистральные трубопроводы российского производства выполнены из мягкого плоскосворачиваемого ПВХ-шланга. Для сезонно-стационарной системы как наилучший вариант в качестве транспортирующих и распределительных трубопроводов выбран мягкий ПВХ-шланг или LAY FLAT (LFT) с ПВХ пропиткой, армированный синтетической нитью (полиэстер и полиамид). Шланг не деформируется от температуры и устойчив к ультрафиолетовым лучам. В составе отсутствуют негативно действующие на растения хлор и другие агрессивные химические элементы. Использование мягкого шланга позволяет прохождению колесной техники при снятии давления в сети. Он удобен в эксплуатации и хранении. Служит до 5-7 лет. Выпускается в отрезках 50-100 м диаметрами от 1″ до 8″ и более с рабочими давлениями от 2 до 16 атм. Пропускная способность плоскосворачиваемого ПВХ шланга, при обеспечении 90 % равномерности полива, составляет для Ø 150 мм – 150 м3/ч, Ø 100 мм – 70 м3/ч, Ø 75 мм – 30 м3/ч.

Капельная лента (поливной трубопровод со встроенными компенсированными капельницами). В настоящее время капельная лента производится в широком диапазоне диаметров (16, 22 и 35 мм), расстояний между выпускными отверстиями (от 0,1 до 0,6 м и более) и расходом воды от 0,5 до 6,0 л/ч и более при рабочем давлении в пределах 0,03-0,3 МПа.

Рисунок 39 — График расходно-напорных характеристик насоса К 100-65-250

Длина капельной линии 115 м, капельницы расположены через 30 см, расход воды одной капельницей 1,6 л/ч.

Капельницы с компенсацией давления дополнительно оборудуются устройством компенсации давления (силиконовым клапаном), открывающим водовыпуск при достижении давления внутри капельной линии близкой к номинальному (рисунок 40). Их применение исключает подтекание воды после окончания полива и может сохранять давление в системе. Капельницы работают в широком диапазоне давлений, поддерживая относительно равный расход на линиях длиной до нескольких сотен метров в зависимости от расстояния между капельницами.

Рисунок 40 — Капельница с клапаном компенсации давления

Интегрированные капельницы капельных трубок стационарных систем подвержены засорению и срок службы их ориентировочно может быть равен 6- 8 лет, при условии соблюдения норм регламента профилактики засорения и эксплуатации.

Разработанная технология позволяет оперативно, в течение 1 суток, осуществить сборку, перемещение, установку и ввод в эксплуатацию модуля системы капельного полива. Это достигается тем, что участковый трубопровод системы капельного полива выполнен разборным, переносным и обеспечен быстроразъемным подсоединением его к распределительному трубопроводу с любого торца, состоящим из звеньев быстроразъемных труб равной длины и диаметра, оснащенных водовыпусками с патрубками и быстроразъемными соединениями с поливными трубопроводами, а распределительный трубопровод соединен с магистральным трубопроводом шарнирно, с возможностью его укладки поочередно с двух сторон от магистрального трубопровода, и снабжен поворотным уголком для подсоединения к нему участкового трубопровода последовательно с двух сторон.

Распределительный трубопровод устройства капельного орошения выполнен передвижным, разборным, снабжен быстроразъемным подсоединением его к гибкому магистральному трубопроводу с любого торца, состоящим из звеньев быстроразъемных труб равной длины и диаметра, оснащенных водовыпусками с патрубками и быстроразъемными соединениями с поливными трубопроводами, а распределительный трубопровод соединен с магистральным трубопроводом шарнирно, с возможностью его укладки поочередно с двух сторон от магистрального трубопровода, и снабжен поворотным уголком для подсоединения к нему участкового трубопровода последовательно с двух сторон.

Перемещение капельных линий с одного участка на другой должно осуществляться с помощью бестраншейного трубоукладчика линий поливных трубопроводов. Количество бухт капельных линий на укладчике может быть различным (4-12 шт.) и определяется агротехническими особенностями (расстояние междурядий, количеств растений в ряду) и режимом орошения культуры.

3. Изготовление, монтаж и проведение испытаний опытного образца передвижной системы капельного орошения сельскохозяйственных культур рядового сева

3.1. Изготовление опытного образца комплектам капельного орошения

По разработанному техническому проекту и ТЗ оценки моделирования и экспериментального производства совместно с Волгоградским Комплексным отделом ВНИИГиМ на основе макетов опытных образцов, разработанных ФГБНУ ВНИИ «Радуга» был изготовлен фрагмент передвижной системы капельного орошения сельскохозяйственных культур рядового сева в количестве 1 шт.

Общий вид головного узла комплекта приведен на рис. 41.

Рисунок 41 — Общий вид головного узла комплекта капельного орошения.

Фрагмент комплекта был принят комиссией и рекомендован для проведения лабораторных испытаний.

Акт приемки изготовленного образца прилагается (Приложение В).

3.2. Проведение полевых испытаний опытного образца комплекта капельного орошения

Изготовленный фрагмент комплекта капельного орошения проходил испытания в полевых условиях на территории землепользования К(Ф)Х В.Д.Выборнов.

Испытанию подвергались поливные трубопроводы комплекта (ленты капельного орошения) производства Угличевского завода полимеров с капельницами, расположенными с расстоянием 0,3 м. Средний расход капельниц составил 1,60 л/ч, коэффициент эффективного полива – 0,91.

Монтаж разборных полиэтиленовых трубопроводов с использованием компрессионных муфт оказался более трудоемким, чем с применением быстроразъемных соединений типа «Комлок».

Для установления эксплуатационных показателей комплекта, трудоемкости сборки и демонтажа рекомендовано внести изменения в конструкцию соединений разборных трубопроводов, изготовить образец и провести его испытания в опытно-полевых условиях.

Полевые испытания передвижного (мобильного) модуля капельного орошения приведены в Протоколе испытаний (Приложение А).

По результатам испытаний составлен Акт приемки (Приложение Б) и

акт внедрения (Приложение В).

Выводы

1. В соответствии с техническим проектом изготовлен опытный образец комплекта капельного орошения на мелкоконтурном участке площадью 3,75 га, состоящий из четырех последовательно поливаемых участков (модулей) площадью 0,94 га.

2. Лабораторные испытания фрагмента комплекта капельного орошения показали соответствие его показателей требованиям разработанного ТЗ.

3. Основные технические параметры комплекта капельного орошения мелкоконтурных участков по результатам лабораторных испытаний: расход – 0,45 л/с; рабочее давление на входе – 0,25 МПа; площадь, поливаемая с одной позиции – 0,94 га; коэффициент эффективного полива – 0,91.

4. К выполненным недостаткам конструкции следует отнести трудоемкость соединений звеньев труб разборного трубопровода, выполненных из компрессионных муфт.

5. Для установления эксплуатационных характеристик комплекта капельного орошения в плане развития разрабатываемой темы необходимо устранить отмеченные недостатки конструкции комплекта, изготовить опытный образец и провести отработку технологического процесса полива в опытно-полевых условиях.

Изготовленный фрагмент комплекта капельного орошения мелкоконтурных участков соответствует документации Технического проекта РАМП.271241.073ТП и требованиям ТЗ

Конструкция комплекта не требует специальной подготовки обслуживающего персонала для его монтажа и эксплуатации.

Общая наработка комплекта составила 60 часов. Отказов и неисправностей в комплекте не наблюдалось.

Показатели агротехнической оценки по равномерности полива, расходам водовыпусков и комплекту соответствуют ТЗ: расход водовыпуска 1,60 л/ч, коэффициент эффективного полива 0,91, расход модуля 1,5 м³/ч, орошаемая площадь 0,94 га.

Заключение по главе

В результате выполнения темы проведен научно-аналитический обзор по технологии и техническим средствам капельного орошения.

Впервые разработана конструктивно-компановочная технология работы сезонно-стационарной передвижной системы капельного орошения.

В рамках предложенной технологии впервые предложена схема расположения элементов передвижной (мобильной) системы капельного орошения (МСКО) по участку землепользования с одного блока на другой.

На основании предложенной технологии разработана последовательность использования земельной площади, позволяющая сельскохозяйственному предприятию рационально использовать земельный участок.

Для более точного установления производственных характеристик, в том числе КПД предлагаемой системы передвижного (мобильного) комплекта капельного орошения и себестоимости сельскохозяйственной продукции для разработанной технологии на орошаемых землях необходимо осуществить доукомплектование системы на блоке и провести отработку технологического процесса полива в опытно-полевых условиях в течение ряда лет.

4. ОСНОВНЫЕ ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ КУЛЬТУР РЯДОВОГО СЕВА ПРИ РАБОТЕ МОДУЛЕЙ ПЕРЕДВИЖНОЙ СИСТЕМЫ КАПЕЛЬНОГО ОРОШЕНИЯ

При проведении полевых испытаний передвижной (мобильной) системы капельного орошения были проведены исследования по оценке продуктивности культуры репчатого лука различных сроков созревания при поддержании различных предполивных режимов влажности почвы. Были произведены расчёты трудовых затрат по наиболее важным технологическим процессам, результаты которых представлены в таблице 10.

Общая сумма затрат труда на 1 гектар при подержании водного режима почвы не ниже 80-85% НВ (вариант А₁) и минимальной номе высева 600 тыс.всх.сем./га составляет 1275,0 чел.-ч. Последовательное увеличение нормы высева до максимальной, сопровождающееся повышением урожайности и приводит к росту трудовых затрат до 1470,4 чел.-ч./га только за счёт увеличения объёма уборочных работ – затраты труда на которые поднимаются с 772,1 до 967,5 чел.-ч./га. С переходом на более влагообеспеченный режим орошения (90-95% НВ — вариант А₂) возрастают трудовые затраты на проведение большего количества поливов (с 116,6 до 122,8 чел.-ч./га) и уборку урожая (с 794,6 – до 1012,6 чел.-ч./га), что увеличивает трудоёмкость всего производственного процесса до 1303,7 – 1521,7 чел.-ч./га в зависимости от нормы высева (вариант В₁-В₄).

Анализ структуры трудовых затрат показывает, что наиболее трудоёмким технологическим процессом является ручная уборка урожая. На её долю на варианте А₁ (80-85% НВ) приходится от 60,6 до 65,8% от общей суммы затраченных человеко-часов в зависимости от применяемой нормы высева (вариант В₁-В₄). На варианте А₂ (90-95% НВ) удельный вес уборки урожая увеличивается незначительно – до 60,9 – 66,5%. В связи с этим можно сделать вывод, что фактор В (норма высева) в значительно большей степени оказывает влияние на структуру затрат труда, чем фактор А (водный режим почвы).

Таблица 10 – Структура затрат труда при ручной технологии уборки урожая, 2020 г.
№ п/п	Показатель	Вариант
№ п/п	Показатель	А₁ (80-85% НВ)				А₂ (90-95% НВ)
1	Норма высева, тыс.шт. всхожих семян/га	600 (В₁)	800 (В₂)	1000 (В₃)	1200 (В₄)	600 (В₁)	800 (В₂)	1000 (В₃)	1200 (В₄)
2	Урожайность, т/га	71,9	81,6	87,5	90,1	74,0	84,5	91,4	94,3
3	Затраты труда всего, чел.-ч./га	1 275,0	1 379,1	1 442,5	1 470,4	1 303,7	1 416,5	1 490,6	1 521,7
	в том числе:
	на прополку, чел.-ч./га	355,6	355,6	355,6	355,6	355,6	355,6	355,6	355,6
	на полив, чел.-ч./га	116,6	116,6	116,6	116,6	122,8	122,8	122,8	122,8
	на уборку, чел.-ч./га	772,1	876,2	939,6	967,5	794,6	907,4	981,5	1 012,6
	прочие технологические операции, чел.-ч./га	30,7	30,7	30,7	30,7	30,7	30,7	30,7	30,7
4	Затраты труда всего, %	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0
	в том числе:
	на прополку, %	27,9	25,8	24,7	24,2	27,3	25,1	23,9	23,4
	на полив, %	9,1	8,5	8,1	7,9	9,4	8,7	8,2	8,1
	на уборку, %	60,6	63,5	65,1	65,8	60,9	64,1	65,8	66,5
	прочие технологические операции, %	2,4	2,2	2,1	2,1	2,4	2,2	2,1	2,0

На втором месте по трудоёмкости стоит ручная прополка. При существующем уровне засорённости полей для обеспечения чистоты посевов и снижения запасов семян и вегетативных органов размножения сорняков необходимо проведение не менее четырёх ручных прополок. Трудовые затраты на прополки не зависят от режима орошения и нормы высева и составляют в среднем за три года 355,6 чел.-ч./га, или 23,4 – 27,9% (в зависимости от сочетания вариантов режима орошения и нормы высева). Единственно верный путь уменьшения трудоёмкости прополочных работ – это сокращение их объёма путём целенаправленного применения целого комплекса профилактических и агротехнических мероприятий, направленных, прежде всего на снижение потенциальной засорённости полей. Только такой подход позволит свести количество ручных прополок до минимума и придать им характер зачисток.

Проведение поливов – третья по величине статья трудовых затрат, которая составляет 116,6 человеко-часов в расчёте на 1 гектар (7,9 – 9,1%) на варианте А₁ (80-85% НВ) и 122,8 (8,1 – 9,4%) – на варианте А₂ (90-95% НВ). Колебания удельного веса проведения поливов по вариантам нормы высева обусловлены увеличением доли уборочных работ.

Механизация процессов уборки урожая существенно снижает их трудоёмкость и коренным образом меняет соотношение основных статей затрат труда (таблица 11).

Так, если на ручную уборку урожая на варианте А₁ (80-85% НВ) при минимальной (вариант В₁) и максимальной (вариант В₄) нормах высева затрачивалось от 772,1 до 967,5 чел.-ч./га, то при механизированной уборке эти показатели снижаются соответственно до 287,1 и 351,6 чел.-ч./га, или на 62,8 – 63,7%. Общая сумма затрат труда при этом сокращается на 38,0 – 41,9% и составляет 790,0 – 854,5 чел.-ч./га в зависимости от варианта нормы высева (В). Аналогично происходит уменьшение затрат труда и на варианте А₂ (90-95% НВ).

Удельный вес механизированных уборочных работ в общей структуре трудовых затрат снижается в зависимости от нормы высева до 36,3 – 41,2% на варианте А₁ (80-85% НВ) и до 36,6 – 41,9% на варианте А₂ (90-95% НВ) (таблица 12).

Следует отметить, что в этом случае, наиболее трудоёмкими выступают уже прополочные работы, которые составляют в общей структуре от 40,6 до 45,0%.

Основными показателями экономической эффективности производства сельскохозяйственных культур являются: сумма денежных и трудовых затрат в расчёт на 1 гектар, стоимость валовой продукции, объём прибыли, себестоимость продукции и рентабельность.

Таблица 11 – Сравнительная оценка затрат труда на ручную и механизированную технологии уборки урожая, 2020 г.
№ п/п	Показатель	Вариант
№ п/п	Показатель	А₁ (80-85% НВ)				А₂ (90-95% НВ)
1	Норма высева, тыс.шт. всхожих семян/га	600 (В₁)	800 (В₂)	1000 (В₃)	1200 (В₄)	600 (В₁)	800 (В₂)	1000 (В₃)	1200 (В4)
2	Урожайность, т/га	71,9	81,6	87,5	90,1	74,0	84,5	91,4	94,3
3	Затраты на ручную уборку урожая, чел.-ч./га	772,1	876,2	939,6	967,5	794,6	907,4	981,5	1 012,6
4	Затраты на механизированную уборку урожая, чел.-ч./га	287,1	321,5	342,4	351,6	294,5	331,8	356,2	366,5
5	Снижение затрат при механизированной уборке урожая, чел.-ч./га	485,0	554,7	597,2	615,9	500,1	575,6	625,3	646,1
6	Снижение затрат при механизированной уборке урожая, %	62,8	63,3	63,6	63,7	62,9	63,4	63,7	63,8
7	Общая сумма затрат на выращивание лука при ручной уборке урожая, чел.-ч./га	1 275,0	1 379,1	1 442,5	1 470,4	1 303,7	1 416,5	1 490,6	1 521,7
8	Общая сумма затрат на выращивание лука при механизированной уборке урожая, чел.-ч./га	790,0	824,4	845,3	854,5	803,6	840,9	865,3	875,6
9	Снижение общей суммы затрат при механизированной уборке урожая, чел.-ч./га	485,0	554,7	597,2	615,9	500,1	575,6	625,3	646,1
10	Снижение общей суммы затрат при механизированной уборке урожая, %	38,0	40,2	41,4	41,9	38,4	40,6	41,9	42,5

Таблица 12 – Структура затрат труда при механизированной технологии уборки урожая, 2020 г.
№ п/п	Показатель	Вариант
№ п/п	Показатель	А₁ (80-85% НВ)				А₂ (90-95% НВ)
1	Норма высева, тыс.шт. всхожих семян/га	600 (В₁)	800 (В₂)	1000 (В₃)	1200 (В₄)	600 (В₁)	800 (В₂)	1000 (В₃)	1200 (В₄)
2	Урожайность, т/га	71,9	81,6	87,5	90,1	74,0	84,5	91,4	94,3
3	Затраты труда всего, чел.-ч./га	790,0	824,4	845,3	854,5	803,6	840,9	865,3	875,6
	в том числе:
	на прополку, чел.-ч./га	355,6	355,6	355,6	355,6	355,6	355,6	355,6	355,6
	на полив, чел.-ч./га	116,6	116,6	116,6	116,6	122,8	122,8	122,8	122,8
	на уборку, чел.-ч./га	287,1	321,5	342,4	351,6	294,5	331,8	356,2	366,5
	прочие технологические операции, чел.-ч./га	30,7	30,7	30,7	30,7	30,7	30,7	30,7	30,7
4	Затраты труда всего, %	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0
	в том числе:
	на прополку, %	45,0	43,1	42,1	41,6	44,3	42,3	41,1	40,6
	на полив, %	14,8	14,1	13,8	13,6	15,3	14,6	14,2	14,0
	на уборку, %	36,3	39,1	40,5	41,2	36,6	39,4	41,2	41,9
	прочие технологические операции, %	3,9	3,7	3,6	3,6	3,8	3,7	3,5	3,5

Сумма затрат по данным полевых опытных исследований в расчёте на 1 гектар на варианте А₁ (80-85% НВ) с увеличением нормы высева возрастает с 208,7 тыс.руб. до 250,1 тыс.руб. (таблица 13). Это вызвано увеличением расходов на приобретение семян и уборку дополнительно полученной продукции. Однако одновременно с затратами повышается и выход товарной продукции, что обусловливает снижение её себестоимости. Если при норме высева 600 тыс.всхож.сем./га (вариант В₁) себестоимость 1 кг составляет 2,89 рублей, то с повышением нормы высева до 800 тыс.всхож.сем./га (вариант В₂) она снижается до 2,76 руб., а при норме высева 1000 тыс.всхож.сем./га (вариант В₃) – до 2,74 руб. Применение максимальной нормы высева 1200 тыс.всхож.сем./га (вариант В₄) уже приводит к удорожанию продукции до 2,78 руб./кг. Это объясняется замедлением темпов роста урожайности при повышенных нормах высева.

Таблица 13 – Экономическая эффективность производства репчатого лука при ручной технологии уборки, 2020 г.
№ п/п	Показатель	Вариант
№ п/п	Показатель	А₁ (80-85% НВ)				А₂ (90-95% НВ)
1	Норма высева, тыс.шт. всхожих семян/га	600 (В₁)	800 (В₂)	1000 (В₃)	1200 (В₄)	600 (В₁)	800 (В₂)	1000 (В₃)	1200 (В₄)
2	Урожайность, т/га	71,9	81,6	87,5	90,1	74,0	84,5	91,4	94,3
3	Прибавка урожайности, т/га	—	9,7	15,6	18,2	—	10,5	17,4	20,3
4	Затраты труда, чел.-ч./га	1275,0	1379,1	1442,5	1470,4	1303,7	1416,5	1490,6	1521,7
5	Трудоемкость, чел.-ч./т	17,7	16,9	16,5	16,3	17,6	16,8	16,3	16,1
6	Производительность труда, кг/чел.-ч.	56,4	59,2	60,7	61,3	56,8	59,7	61,3	62,0
7	Производственные затраты, тыс.руб./га	207,8	225,5	239,5	250,1	212,7	231,2	246,2	257,1
8	Себестоимость, руб./кг	2,89	2,76	2,74	2,78	2,87	2,74	2,69	2,73
9	Цена реализации, руб./кг	6,46	6,42	6,33	6,26	6,52	6,48	6,40	6,36
10	Стоимость валовой продукции, тыс.руб./га	464,5	523,8	554,1	564,4	482,4	547,6	585,4	599,4
11	Производительность труда, руб./чел.-ч.	364,3	379,8	384,1	383,8	370,0	386,6	392,7	393,9
12	Расчетная прибыль на 1 кг продукции, руб.	3,57	3,66	3,60	3,49	3,64	3,74	3,71	3,63
13	Расчетная прибыль на 1 гектар, тыс.руб.	256,7	298,3	314,6	314,3	269,7	316,4	339,2	342,3
14	Дополнительная прибыль, полученная за счёт увеличения нормы высева, тыс.руб./га.	—	41,6	57,9	57,6	—	46,7	69,5	72,6
15	Дополнительная прибыль, полученная за счёт улучшения условий влагообеспеченности растений, тыс.руб./га.	—	—	—	—	13,0	18,1	24,6	28,0
16	Уровень рентабельности, %	123,5	132,3	131,4	125,7	126,8	136,9	137,8	133,1

Самая высокая прибыль в расчёте на 1 кг продукции наблюдается на варианте 800 тыс.шт. всхож. сем./га (вариант В₂) – 3,66 руб. Она определяется как разница между ценой реализации и себестоимостью продукции. Очевидно, что этот показатель зависит не только от себестоимости, но и от фактической цены реализации, то есть конъюнктуры рынка. Поэтому его значение в отдельные годы может очень сильно варьировать.

Прибыль в расчёте на 1 гектар – это разница между стоимостью валовой продукцией и суммой производственных затрат (либо произведение между прибылью в расчёте на 1 кг продукции и урожайностью). Минимальное значение этого показателя наблюдается на варианте В₁ (600 тыс. всхож. сем./га) – 256,7 тыс.руб./га. Повышение нормы высева до 1000 тыс. всхож. сем./га (вариант В₃) сопровождается увеличением прибыли до своего максимального значения – 314,6 тыс.руб./га. Самая высокая норма высева 1200 тыс. всхож. сем./га (вариант В₄) прибыль не увеличивает (314,3 тыс.руб./га). Это означает, что рост затрат на приобретение семян и уборку прибавки урожая практически равен стоимости дополнительно произведённой продукции.

Анализ дополнительной прибыли, полученной за счёт увеличения нормы высева семян, показывает, что наращивание нормы высева до 800 тыс.всхож.сем./га (вариант В₂) обеспечивает дополнительную прибыль в размере 41,6 тыс.руб./га. Повышение нормы высева до 1000 тыс.всхож.сем./га (вариант В₃) увеличивает дополнительную прибыль до максимума – 57,9 тыс.руб./га и в дальнейшем (вариант В₄ – 1200 тыс.всхож.сем./га) она уже начинает уменьшаться (57,6 тыс.руб./га).

Отношение прибыли к производственным затратам – рентабельность – свидетельствует об эффективности вложенных средств. Рентабельность производства репчатого лука при норме высева 600 тыс.всхож.сем./га (вариант В₁) составляет 123,5%, а при норме высева 800 тыс.всхож.сем./га (вариант В₂) достигает своего наибольшего значения – 132,3%. На варианте В₃ (1000 тыс.всхож.сем./га) уровень рентабельности начинает немного снижаться – 131,4% и до 125,7% на варианте В₄ (1200 тыс.всхож.сем./га).

Данные, характеризующие эффективность трудовых затрат, показывают, что для производства 1 тонны репчатого лука (трудоёмкость) необходимо затрачивать в зависимости от нормы высева от 16,3 человеко-часов на варианте В₄ (1200 тыс.всхож.сем./га) до 17,7 человеко-часов на варианте В₁ (600 тыс.всхож.сем./га). Производительность труда при этом соответственно составляет 61,3 и 56,4 кг/чел.-ч.

Производительность труда, выраженная в стоимости валовой продукции, произведённой за 1 человеко-час, изменяется несколько иначе. На варианте В₁ (600 тыс.всхож.сем./га) она имеет минимальное значение – 364,3 руб./чел.-ч. и возрастает с повышением нормы высева до 1000 тыс.всхож.сем./га (вариант В₃) – 384,1 руб./чел.-ч. При максимальной норме высева (1200 тыс.всхож.сем./га) намечается тенденция снижения производительности труда, выраженной в денежном эквиваленте.

На основании проведённого анализа можно заключить, что при поддержании водного режима почвы не ниже 80-85% НВ наиболее эффективной в экономическом плане является норма высева 1000 тыс.всхож.сем./га (вариант В₃). Именно она обеспечивает минимальную себестоимость продукции (2,74 руб./кг), максимальный объём прибыли на 1 гектар (314,6 тыс.руб.), максимальную производительность труда (384,1 руб./чел.-ч.) и высокий уровень рентабельности (131,4%). Более высокая норма высева 1200 тыс.всхож.сем./га (вариант В₄) увеличивает стоимость товарной продукции, но существенно ухудшает экономические показатели.

Переход на водный режим почвы 90-95% НВ (вариант А₂) сопровождается ростом производственных затрат по всем вариантам норм высева до 212,7 – 257,1 тыс.руб./га., но себестоимость товарной продукции при этом снижается до 2,69 – 2,87 руб./кг. Норма высева 1000 тыс.всхож.сем./га (вариант В₃) и в этом случае обеспечивает выход самой дешёвой продукции (2,69 руб./кг).

Снижение себестоимости обусловливает увеличение расчётной прибыли на 1 кг продукции по сравнению с вариантом А₁ (80-85% НВ), которая достигает максимального значения также на варианте В₂ – 3,74 руб./кг.

Прибыль в расчёте на 1 гектар при режиме орошения 90-95% НВ (вариант А₂) выше, чем при режиме 80-85% НВ (вариант А₁) на всех вариантах нормы высева (варианты В₁ – В₄). Она непрерывно возрастает при увеличении нормы высева от 600 до 1200 тыс.всхож.сем./га – с 269,7 до 342,3 тыс.руб./га. Однако при максимальной норме высева (вариант В₄) её рост существенно затормаживается (всего на 3,1 тысячи рублей превышает предыдущий вариант В₃).

Переход на более высокий режим влажности почвы (90-95% НВ) за счёт проведения более частых поливов, несмотря на увеличение затрат, обеспечивает получение дополнительной прибыли в размере от 13,0 тыс.руб./га на варианте В₁ до 28,0 тыс.руб./га на варианте В₄. При этом следует отметить повышение экономической эффективности увеличения норм высева. Об этом свидетельствует рост дополнительной прибыли за счёт увеличения норм высева, который по вариантам В₁ – В₄ составляет в данном случае 46,7 – 72,6 тыс.руб./га.

Одновременно на варианте А₂ (90-95% НВ) происходит повышение уровня рентабельности производства репчатого лука в зависимости от нормы высева до 126,8 – 137,8%. Минимальная рентабельность (126,8%) характерна для самой низкой нормы высева (вариант В₁ – 600 тыс.всхож.сем./га). С увеличением нормы высева до 1000 тыс.всхож.сем./га (вариант В₃) она непрерывно увеличивается и достигает максимума – 137,8%. Предельное загущение посевов на варианте В₄ (600 тыс.всхож.сем./га), несмотря на увеличение стоимости валовой продукции и прибыли в расчёте на 1 гектар, приводит к снижению рентабельности до 133,1%.

Выявлено, что повышение условий влагообеспеченности растений требует увеличения трудовых затрат, которые при этом возрастают до 1303,7 – 1521,7 чел.-ч./га в зависимости от нормы высева. Но трудоёмкость продукции при этом не увеличивается, даже несколько снижается, соответственно увеличивая производительность труда, которая достигает наибольшего значения на варианте В₄ (1200 тыс.всхож.сем./га) – 62,0 кг/чел.-ч. На этом же варианте максимальное значение имеет и производительность труда, выраженная в денежном эквиваленте – 393,9 руб./чел.-ч. Однако она всего на 1,2 руб. (0,3%) превышает аналогичный показатель для варианта В₃ (1000 тыс.всхож.сем./га), что даёт основание считать эти показатели одинаковыми для обоих вариантов.

На основании вышеизложенного можно заключить, что повышение уровня влагообеспеченности растений при поддержании влажности почвы не ниже 90-95% НВ (вариант А₂) вызывает рост производственных затрат. Однако стоимость урожая при этом растёт гораздо быстрее, что улучшает все другие показатели экономической эффективности производства репчатого лука. Норма высева 1000 тыс.всхож.сем./га (вариант В₃) при этом является наиболее экономически эффективной, так именно в этом случае себестоимость продукции достигает своего минимального значения (2,69 руб./кг), а рентабельность – максимального (137,8%). Расчётная прибыль (339,2 тыс.руб./га) при этом всего на 3,1 тысячи рублей (0,9%) ниже, чем на варианте В₄ (1200 тыс.всхож.сем./га). Производительность труда при этом составляет 392,7 руб./чел.-ч. и находится практически на самом верхнем уровне.

Существует несколько путей повышения экономической эффективности культуры репчатого лука. Один из них – снижение трудовых, а следовательно, и денежных затрат на уборку урожая за счёт механизации наиболее трудоёмких технологических операций (таблица 12, 14). В таблице 14 приводятся основные показатели экономической эффективности производства лука при механизированной технологии уборки урожая. Снижение затрат труда на уборке урожая обусловливает рост производительности труда, которая на варианте А₁ (80-85% НВ) в зависимости от нормы высева составляет уже 91,0 – 105,4 кг продукции на один отработанный человеко-час. В денежном эквиваленте это означает 588,0 – 660,5 руб./чел.-ч. Снижение затрат труда влечёт за собой уменьшение фонда оплаты труда и, в конечном итоге, сокращение всей суммы производственных издержек. В связи с этим мы наблюдаем снижение себестоимости продукции до 2,23 – 2,40 руб./кг. Самая дешёвая продукция (2,23 руб./кг) при этом получается на варианте В₃(1000 тыс.всхож.сем./га). Интенсивный рост прибыли в расчёте на 1 гектар с увеличением нормы высева происходит именно до нормы высева 1000 тыс.всхож.сем./га. Её размер при этом составляет 359,0 тыс.руб./га. На варианте с более высокой нормой высева прибыль практически не увеличивается (360,2 тыс.руб./га). Самая низкая себестоимость и почти самая высокая прибыль обусловливают на варианте В₃(1000 тыс.всхож.сем./га) максимальную рентабельность производства репчатого лука – 184,0 %.

При этом следует отметить, что механизация уборочных процессов повышает эффективность других факторов – нормы высева и орошения. Об этом свидетельствует рост дополнительной прибыли, полученной за счёт увеличения нормы высева до 47,2 – 68,2 тысячи рублей на гектар (против 41,6 – 57,6 тыс.руб./га при ручной уборке). На варианте А₂ (90-95% НВ) он ещё выше – 52,8 – 84,5 тыс.руб./га (при ручной уборке – 46,7 – 72,6 тыс.руб./га). Одновременно происходит увеличение дополнительной прибыли, полученной за счёт улучшения условий влагообеспеченности растений, с 13,0 – 28,0 тыс.руб./га при ручной уборке до 14,2 – 30,5 тыс.руб./га при механизированной уборке.

Таблица 14– Экономическая эффективность производства репчатого лука при механизированной технологии уборки. 2020 г.
№ п/п	Показатель	Вариант
№ п/п	Показатель	А₁ (80-85% НВ)				А₂ (90-95% НВ)
1	Норма высева, тыс.шт. всхожих семян/га	600 (В₁)	800 (В₂)	1000 (В₃)	1200 (В₄)	600 (В₁)	800 (В₂)	1000 (В₃)	1200 (В₄)
2	Урожайность, т/га	71,9	81,6	87,5	90,1	74,0	84,5	91,4	94,3
3	Прибавка урожайности, т/га	—	9,7	15,6	18,2	—	10,5	17,4	20,3
4	Затраты труда, чел.-ч./га	790,0	824,4	845,3	854,5	803,6	840,9	865,3	875,6
5	Трудоемкость, чел.-ч./т	11,0	10,1	9,7	9,5	10,9	10,0	9,5	9,3
6	Производительность труда, кг/чел.-ч.	91,0	99,0	103,5	105,4	92,1	100,5	105,6	107,7
7	Производственные затраты, тыс.руб./га	172,5	184,6	195,1	204,2	176,2	188,6	199,5	208,7
8	Себестоимость, руб./кг	2,40	2,26	2,23	2,27	2,38	2,23	2,18	2,21
9	Цена реализации, руб./кг	6,46	6,42	6,33	6,26	6,52	6,48	6,40	6,36
10	Стоимость валовой продукции, тыс.руб./га	464,5	523,8	554,1	564,4	482,4	547,6	585,4	599,4
11	Производительность труда, руб./чел.-ч.	588,0	635,4	655,5	660,5	600,3	651,2	676,5	684,6
12	Расчетная прибыль на 1 кг продукции, руб.	4,06	4,16	4,10	4,00	4,14	4,25	4,22	4,14
13	Расчетная прибыль на 1 гектар, тыс.руб.	292,0	339,2	359,0	360,2	306,2	359,0	385,9	390,7
14	Дополнительная прибыль, полученная за счёт увеличения нормы высева, тыс.руб./га.	—	47,2	67,0	68,2	—	52,8	79,7	84,5
15	Дополнительная прибыль, полученная за счёт улучшения условий влагообеспеченности растений, тыс.руб./га.	—	—	—	—	14,2	19,8	26,9	30,5
16	Уровень рентабельности, %	169,3	183,7	184,0	176,4	173,8	190,3	193,4	187,2

Повышение уровня влажности почвы на варианте А₂ (90-95% НВ) в сочетании с механизированной уборкой обеспечивает дальнейший рост производительности труда как в натуральном (92,1 – 107,7 кг/чел.-ч), так и в денежном выражении (600,3 – 684,6 руб./чел.-ч), которая достигает максимального значения на варианте В₄при самой высокой норме высева (1200 тыс.всхож.сем./га). Увеличение производительности труда, в свою очередь, обусловливает рост прибыли (до 306,2 – 390,7 тыс.руб./га) и рентабельности (до 173,8 – 193,4%). Наибольший размер прибыли обеспечивает норма высева 1200 тыс.всхож.сем./га (вариант В₄) – 390,7 тыс.руб./га, что превышает вариант В₃(1000 тыс.всхож.сем./га) всего на 4,8 тыс.руб./га (1,2%). В связи с этим, норма высева 1000 тыс.всхож.сем./га является наиболее рентабельной и при механизированной уборке (193,4%). На втором месте находится норма высева 800 тыс.всхож.сем./га (190,3%). Для максимальной нормы высева 1200 тыс.всхож.сем./га уровень рентабельности составляет 187,2%. Главная причина снижения рентабельности в данном случае – высокая стоимость гибридных семян.

В итоге можно сделать заключение, что механизация уборки урожая существенно улучшает все основные показатели экономической эффективности производства репчатого лука. В современных условиях, когда рост цен на материальные и трудовые ресурсы значительно опережает рост цен на выращенную продукцию, механизация наиболее трудоёмких технологических операций (в первую очередь уборочных) является жизненно важным условием стабильного развития производства.

ВЫВОДЫ

1. Для выращивания репчатого лука на режиме орошения 80-85% НВ (вариант А₁) и норме высева 600 тыс.всхож.сем./га (вариант В₁) на 1 гектар требуется затратить 207,8 тысяч рублей. Систематическое повышение нормы высева до максимальной (1200 тыс. всхож. сем./га) увеличивает затраты денежных средств до 250,1 тыс.руб./га.

2. Повышение водного режима почвы до 90-95% (вариант А₂) так же требует наращивания объёма затрачиваемых средств на всех вариантах норм высева от 600 до 1200 тысяч всхожих семян на 1 га. На варианте В₁ (600 тыс. всхож. сем./га) он поднимается с 207,8 до 212,7 тыс. руб./га (на 2,4%), а на варианте В₄— при самой большой норме высева 1200 тыс. всхож. сем./га – с 250,1 до 257,1 тыс. руб./га (на 2,7 %).

3. Наиболее ёмкой статьёй денежных затрат является ручная уборка урожая. Её доля на варианте А₁ (80-85% НВ) с увеличением нормы высева и продуктивностью посевов неуклонно возрастает с 34,6 до 36,0% (71,9 – 90,1 тыс.руб./га), а на варианте А₂ (90-95% НВ) – с 34,8 до 36,7% (74,0 – 94,3 тыс.руб./га) и слабо зависит от режима орошения.

4. Вторая по значимости статья расходов — это затраты на полив. При поддержании влажности почвы не ниже 80-85% НВ доля денежных затрат на полив (при общей сумме 55,6 тыс.руб./га) находится на уровне 22,2 – 26,8%. Переход на более высокий уровень предполивной влажности почвы 90-95% НВ требует увеличения издержек до 58,4 тыс.руб./га, что составляет в общей структуре затрат в зависимости от нормы высева 22,7 – 27,5 % .

5. На третьем месте стоят затраты на приобретение гибридных семян лука, которые возрастают с 24,1 тыс.руб./га (вариант В₁ – 600 тыс. всхож. сем./га) до 48,3 (вариант В₄ – 1200 тыс. всхож. сем./га), что составляет соответственно на вариантах А₁ (80-85% НВ) и А₂ (90-95% НВ) 11,6 – 19,3% и 11,3 – 18,8 % в общей сумме затрат.

6. Освоение механизированной уборки урожая приводит к значительному сокращению денежных затрат. На варианте А₁ (80-85% НВ) и норме высева 600 тыс. всхож. сем./га затраты на уборку снижаются до 36,6 тыс.руб./га, или почти в два раза, что влечёт за собой и сокращение общей суммы издержек в расчёте на 1 гектар до 172,5 тысяч, или на 17,0%. Такая же закономерность наблюдается на всех других вариантах опытов. При этом следует заметить, что с ростом урожайности экономия денежных средств увеличивается, достигая при максимальной норме высева (1200 тыс. всхож. сем./га) на варианте А₁ (80-85% НВ) 45,9 тыс.руб./га, а на варианте А₂ (90-95% НВ) – 48,4 тыс.руб./га. Общая сумма затрат при этом снижается соответственно до 204,2 и 208,7 тыс.руб./га, или на 18,4 и 18,8%.

7. Общая сумма затрат труда на 1 гектар при подержании водного режима почвы 80-85% НВ и минимальной номе высева 600 тыс.всх.сем./га составляет 1275,0 человеко-часов. Последовательное увеличение нормы высева до максимальной, сопровождающееся повышением урожайности, приводит к росту трудовых затрат до 1470,4 чел.-ч./га только за счёт увеличения объёма уборочных работ – затраты труда на уборку поднимаются с 772,1 до 967,5 чел.-ч./га. С переходом на более благоприятный режим орошения (90-95% НВ) возрастают трудовые затраты на проведение большего количества поливов (со 116,6 до 122,8 чел.-ч./га) и уборку урожая (794,6 – 1012,6 чел.-ч./га), что увеличивает трудоёмкость всего производственного процесса до 1303,7 – 1521,7 чел.-ч./га в зависимости от нормы высева.

8. Наиболее трудоёмким технологическим процессом является ручная уборка урожая. На её долю на варианте А₁ (80-85% НВ) приходится от 60,6 до 65,8% от общей суммы затраченных человеко-часов в зависимости от применяемой нормы высева. На варианте А₂ (90-95% НВ) удельный вес уборки увеличивается незначительно – до 60,9 – 66,5%. Фактор В (норма высева) в значительно большей степени оказывает влияние на структуру затрат труда, чем фактор А (водный режим почвы).

9. На втором месте по трудоёмкости стоит ручная прополка. Трудовые затраты на прополке в среднем за три года составляют 355,6 чел.-ч./га, или 23,4 – 27,9% (в зависимости от режима орошения и нормы высева).

10. Проведение поливов – третья по величине статья трудовых затрат, которая составляет 116,6 человеко-часов в расчёте на 1 гектар (7,9 – 9,1%) на варианте А₁ (80-85% НВ) и 122,8 (8,1 – 9,4%) – на варианте А₂ (90-95% НВ).

11. Механизация процессов уборки урожая снижает их трудоёмкость на варианте А₁ (80-85% НВ) при минимальной (вариант В₁) и максимальной (вариант В₄) нормах высева соответственно до 287,1 и 351,6 чел.-ч./га, или на 62,8 – 63,7%. Общая сумма затрат труда при этом сокращается на 38,0 – 41,9% и составляет 790,0 – 854,5 чел.-ч./га. На варианте А₂ (90-95% НВ) трудовые затраты снижаются соответственно до 294,5 – 366,5 чел.-ч./га, или на 62,9 – 63,8%. Общая сумма затрат труда в этом случае уменьшается до 803,6 – 875,6 чел.-ч./га.

12. Величина урожая и его структура в значительной степени влияют на стоимость валовой продукции. Самая низкая стоимость валовой продукции наблюдается на варианте А₁ (80-85% НВ) и норме высева 600 тыс.всхож.сем./га (В₁) – 464,5 тыс.руб./га. Повышение нормы высева до максимальной увеличивает выход денежных средств с гектара до 564,4 тыс.руб./га. На варианте А₂ (90-95% НВ) стоимость урожая возрастает соответственно с 482,4 до 599,4 тыс.руб./га. Рост дополнительного дохода с увеличение нормы высева замедляется.

13. При поддержании водного режима почвы 80-85% НВ наиболее эффективной в экономическом плане является норма высева 1000 тыс.всхож.сем./га (вариант В₃). Именно она обеспечивает минимальную себестоимость продукции (2,74 руб./кг), максимальный объём прибыли на 1 гектар (314,6 тыс.руб.), максимальную производительность труда (384,1 руб./чел.-ч.) и высокий уровень рентабельности (131,4%). Более высокая норма высева -1200 тыс.всхож.сем./га (вариант В₄) увеличивает стоимость товарной продукции, но существенно ухудшает экономические показатели.

14. При повышении водного режима почвы до 90-95% НВ наиболее экономически эффективной так же является норма высева 1000 тыс.всхож.сем./га (вариант В₃), так как именно в этом случае себестоимость продукции достигает своего минимального значения (2,69 руб./кг), а рентабельность – максимального (137,8%). Расчётная прибыль (339,2 тыс.руб./га) при этом всего на 3,1 тысячи рублей (0,9%) ниже, чем на варианте В₄ (1200 тыс.всхож.сем./га). Производительность труда при этом составляет 392,7 руб./чел.-ч.

15. Механизация уборки урожая существенно улучшает все основные показатели экономической эффективности производства репчатого лука. Производительность труда на варианте А₁ (80-85% НВ) в зависимости от нормы высева увеличивается до 91,0 – 105,4 кг продукции на один отработанный человеко-час, или до 588,0 – 660,5 руб./чел.-ч., себестоимость продукции снижается до 2,23 – 2,40 руб./кг, рентабельность производства репчатого лука увеличивается до 169,3 – 184,0 %. Повышение уровня влажности почвы на варианте А₂ (90-95% НВ) в сочетании с механизированной уборкой обеспечивает дальнейший рост производительности труда как в натуральном (92,1 – 107,7 кг/чел.-ч) так и в денежном выражении (600,3 – 684,6 руб./чел.-ч), снижение себестоимости (2,18 – 2,38 руб./кг) и повышение рентабельности до 173,8 – 193,4%.

16. Механизация уборочных процессов повышает эффективность других факторов – нормы высева и орошения. Об этом свидетельствует рост дополнительной прибыли, полученной за счёт увеличения нормы высева до 47,2 – 68,2 тысячи рублей на гектар (против 41,6 – 57,6 тыс.руб./га при ручной уборке). На варианте А₂ (90-95% НВ) прирост ещё выше – до 52,8 – 84,5 тыс.руб./га (при ручной уборке – 46,7 – 72,6 тыс.руб./га). Одновременно происходит увеличение дополнительной прибыли, полученной за счёт улучшения условий влагообеспеченности растений, с 13,0 – 28,0 тыс.руб./га до 14,2 – 30,5 тыс.руб./га.

17. Наиболее рентабельной при механизированной уборке является норма высева 1000 тыс.всхож.сем./га (в зависимости от режима орошения – 184,0% – 193,4%). На втором месте находится норма высева 800 тыс.всхож.сем./га (183,7% – 190,3%). Для максимальной нормы высева 1200 тыс.всхож.сем./га уровень рентабельности составляет 176,4% – 187,2%. Главная причина снижения рентабельности в данном случае – высокая стоимость гибридных семян.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В результате проведенного научно-аналитического обзора установлено, что применение систем капельного орошения по сравнению с традиционными способами полива дождеванием и по бороздам, позволяет экономить оросительную воду на 30-50 %, вносимые удобрения на 10 … 15%, получить прибавку урожая на 20 – 50% и до 150 %.

2. Для создания систем капельного орошения на рынке в РФ представлены комплектующие изделия зарубежного и частично отечественного производства. Стоимость систем капельного орошения зависит от стоимости применяемого оборудования и назначения системы по виду орошаемых культур и может достигать 150 тыс. руб./га и более, стоимость сети участковых и распределительных трубопроводов может достигать от 65 до 77 % от стоимости системы.

3. Для орошения мелкоконтурных участков на рынке представлены комплекты капельного орошения для площадей от 150 м² до 6 га стоимостью от 1750 руб. до 2320 тыс. руб. Для уменьшения их стоимости производители не комплектуют их гидроподкормщиками, средствами учета воды, регуляторами давления, что не отвечает современными тенденциям охраны водных, материальных ресурсов и не обеспечивают ожидаемый уровень повышения урожайности орошаемых культур. Недобор товарного урожая овощных культур может составить от 18 до 95 т/га.

4. Для капельного орошения на мелкоконтурных участках предложена конструкция мобильного комплекта капельного орошения с переносными распределительными трубопроводами, выполненными из ПВХ-труб (шлангов), позволяющих снизить единовременные затраты на создание распределительной сети в 2 раза и обеспечить внесение растворенных удобрений, учет воды, поддержание заданных давлений для повышения эффективности распределения воды и растворенных в ней элементов питания.

5. Изготовленный фрагмент образца комплекта капельного орошения прошел полевые испытания на соответствие ТЗ с результатами: расход – 0,45 л/с, рабочее давление на входе – 0,25 МПа, коэффициент эффективного полива – 0,91, площадь поливаемая с одной позиции – 0,94 га.

6. Отмечена необходимость снижения трудоёмкости соединения разборных трубопроводов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Комплект капельного орошения для полива мелкоконтурных участков отвечает требованиям ТЗ.

К достоинствам конструкции можно отнести: комплектность орошения в обеспечении водного и питательного режимов почвы для повышения урожайности орошаемых культур, простота и надежность конструкции.

К недостаткам конструкции следует отнести значительную трудоёмкость разборных соединений, выполненных из компрессионных муфт.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Рекомендуется провести доработку быстроразборных соединений переносных шлангов с их заменой на быстроразъёмные соединения типа «Камлок», изготовить улучшенный образец и провести лабораторно-полевые испытания для улучшения эксплуатационных показателей.

Список использованной литературы

Приложения

Автор НИР

ФГБОУ-ВО--РГАУ-МСХА-имени-К.А.Тимирязева

Механизация и электрификация сельского хозяйства, Растениеводство