Отчет изложен на 168 стр. компьютерного текста, содержит таблиц 33, рисунков 82, список использованной литературы включает 37 наименований.

Цель исследований – разработка и внедрение новых конструктивных элементов оросительных систем (новые конструкции дождевальных систем, систем малообъемного комбинированного орошения на основе капельного, внутрипочвенного и мелкодисперсного орошения, повышающие эффективность полива), обеспечивающих значительное снижение энергозатрат, экономию оросительной воды и материальных ресурсов.

Актуальность исследований

В настоящее время развитие способов орошения и техники полива осуществляется по следующим направлениям: снижение интенсивности водоподачи; улучшение качества полива за счет повышения равномерности увлажнения; направленное воздействие орошения на формирование среды обитания растений; совмещение разных способов орошения в зависимости от физиологических особенностей и фаз развития растений; многоцелевое использование поливной техники для внесения вместе с поливной водой удобрений, химмелиорантов, пестицидов, ростовых веществ; недопущение водной эрозии при орошении.

Постановка и решение этих задач требует проведения комплекса теоретических и экспериментальных исследований и особую актуальность приобретает разработка водосберегающих технологий орошения, направленных на получение посадочного материала высокого качества с максимальным количеством в урожае семенной фракции, который в течение длительного времени (3-4 года) может оставаться здоровым и сохранять высокий потенциал продуктивности.

Отчет включает введение, 3 главы, заключение и список используемой литературы.

Область применения планируемых результатов — внедрение результатов исследований планируется в хозяйствах различных форм собственности Волгоградской области.В результате на основании выполненных работ будут предложены и апробированы новые конструкции элементов и систем полива дождеванием, малообъемного комбинированного орошения на основе капельного, внутрипочвенного и мелкодисперсного орошения, повышающие качество полива, а также рекомендации по их применению.

Научная новизна и практическая значимость работы:

Заключается в получении научных данных и разработке технологических рекомендаций по использованию новых конструкций современных дождевальных машин, систем малообъемного комбинированного орошения на основе капельного, внутрипочвенного и мелкодисперсного орошения, обеспечивающих экономию оросительной воды, повышение эффективности и снижение ресурсоемкости полива до 20%.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время развитие способов орошения и техники полива осуществляется по следующим направлениям: снижение интенсивности водоподачи; улучшение качества полива за счет повышения равномерности увлажнения; направленное воздействие орошения на формирование среды обитания растений; совмещение разных способов орошения в зависимости от физиологических особенностей и фаз развития растений; многоцелевое использование поливной техники для внесения вместе с поливной водой удобрений, химмелиорантов, пестицидов, ростовых веществ; недопущение водной эрозии при орошении.

Физиологические процессы в растениях напрямую связаны с водой. Достаточно сказать, что в активно растущих растениях содержание влаги превышает в 3…4 раза вес сухого вещества. На каждый килограмм сухого вещества через растения проходит несколько сот килограммов воды и теряется с их поверхности в результате транспирации или испарения в атмосферу. Кроме того, вода, растворяя питательные вещества, находящиеся в почве, превращает их в форму, доступную для поглощения их корнями растений. В период вегетации, когда происходит активный рост растений, лишний день без воды может замедлить последующий рост или даже привести к гибели растение.

Все это говорит о необходимости проведения поливов для нормального роста и развития растений. Не следует забывать, что по мере возрастания содержания воды в корнеобитаемом слое почвы (переполив, поднятие грунтовых вод и т.п.) снижается одновременно количество доступного растению кислорода. Это положение также приводит к угнетению развития растений, снижая доступность питательных веществ.

Получение высококачественной продукции и сохранение природно-ресурсного потенциала возможно за счет создания оптимальных параметров гидротермического режима поля. Регулирование теплового и водного режима почвы должно осуществляться в зависимости от условий природной среды.

Разработка технологических рекомендаций по повышению эффективности использования поливной техники производилась по результатам испытаний в Учебном научно-производственном центре «Горная Поляна» (УНПЦ) Волгоградского ГАУ.

В 2020г. такие исследования были проведены во время полива новой российской широкозахватной дождевальной машины кругового действия «Дон-К», шланга GoldenSpray (Корея), а также двух дождевальных машин шлангобарабанного типа «Beinlich» (Германия) и «RM irrigation» (Италия).

Разработка комбинированного способа полива мелкосеменных культур на базе внутрипочвенного орошения, защищённая заявкой на патент, составленной в 2020г. и проходящая в настоящее время в ФИПС стадию «Экспертиза по существу» — это результат двух лет исследований и тщательного патентного поиска.

Цель исследований — разработка и внедрение новых конструктивных элементов оросительных систем (новые конструкции дождевальных систем, систем малообъемного комбинированного орошения на основе капельного, внутрипочвенного и мелкодисперсного орошения, повышающие эффективность полива), обеспечивающих значительное снижение энергозатрат, экономию оросительной воды и материальных ресурсов.

В результате на основании выполненных работ предложены и апробированы новые конструкции элементов и систем полива дождеванием, малообъемного комбинированного орошения на основе капельного, внутрипочвенного и мелкодисперсного орошения, повышающие качество полива, а также рекомендации по их применению.

Научная новизнаи практическая значимость работызаключается в получении научных данных и разработке технологических рекомендаций по использованию новых конструкций современных дождевальных машин, систем малообъемного комбинированного орошения на основе капельного, внутрипочвенного и мелкодисперсного орошения, обеспечивающих экономию оросительной воды, повышение эффективности и снижение ресурсоемкости полива до 20%.

1.РАЗРАБОТКА НОВЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

1.1 Разработка комбинированного способа внутрипочвенного орошения мелкосемянных сельскохозяйственных культур

В настоящее время в Нижнем Поволжье наиболее распространёнными способами полива являются дождевание и капельное орошение (КО). Однако, на наш взгляд, внутрипочвенное орошение (ВПО) тоже может успешно развиваться в этом регионе. Проведённые нами многолетние исследования показали, что ВПО так же, как КО, позволяет существенно повышать урожайность овощных культур и экономить оросительную воду, по сравнению с дождеванием. Однако, по сравнению с капельным поливом оно имеет следующие преимущества:

-высокую надёжность и долговечность работы;

-отсутствие в необходимости тщательной очистки воды перед её подачей в оросительную сеть;

-отсутствие угрозы засоления почв;

-отсутствие в необходимости ежегодного монтажа и демонтажа системы;

-свободное проведение любых агротехнических операций;

-отсутствие в необходимости ежегодной утилизации отработанных элементов конструкции и закупки новых.

-возможность комплектации системы ВПО из элементовтолько отечественного производства.

При КО напор в сети составляет до 2 атм (то есть, до 20 м водного столба), а при ВПО на участках с ровным, безуклонным рельефом при длине увлажнителей до 100 м он не превышает 0,5…0,6 м. В этом случае их можно считать безнапорными.

Развитие этого способа полива сдерживают 2 основных фактора. Первая проблема заключается в высоких затратах на устройство системы ВПО.

Сегодня стоимость системы ВПО составляют в среднем 300 тыс. р/га. Затраты на строительство с использованием одного современного экскаватора для разработки траншей, 3 монтажников для укладки труб-увлажнителей с экраном из полиэтиленовой плёнки сверху и снизу по всей их длине и бульдозера для закапывания траншей составят не более 50 тыс. р/га. При ежегодных промывках повышенным напором в конце каждого сезона такие системы могут эксплуатироваться неограниченно долго. При урожайности овощных культур не ниже 40…50 т/га и закупочной цене 10…15р/кг эти затраты эти затраты могут окупиться в первые 2…3 года эксплуатации, не требуя никаких дополнительных расходов в дальнейшем тогда, как при использовании систем КО необходимы ежегодные закупки новых капельных линий и фитингов взамен отработанных.А это затраты равные 33…70% стоимости самой системы КО.[6, 8, 12]

Остаётся вторая проблема. Общей особенностью внутрипочвенного орошения является наличие верхнего подсушенного слоя почвы (4-5 см), способствующего улучшению аэрация почвы, благодаря которому активизируются жизнедеятельность азотофиксирующих бактерий, в результате чего повышается урожайностьсельскохозяйственных культур. Однако этот подсушенный слой почвы создаёт существенные сложности для одновременного прорастания семян мелкосемянных культуртаких, как репа, редька, редис, свекла, морковь и др.

Существует так же критический период у растений, когда происходит максимальное водопотребление, в значительной степени формирующее урожай. Например, у овощных культур это период от цветения до начала плодообразования. В это время создание благоприятного микроклимата в посевахтолько за счёт внутрипочвенного орошения будет недостаточным.

В вязи с этим возникла цель исследований, заключающаяся в разработке комбинированного способа внутрипочвенного орошения для повышения урожайности мелкосемянных сельскохозяйственных культур за счёт получения максимальной одновременной всхожести семян и возможности регулирования микроклимата в посевах мелкосемянных сельскохозяйственных культур в период максимального водопотребления для повышения их урожайности.

Такой технический результат достигается способом внутрипочвенного орошения по трубкам, включающем подачу оросительной воды по внутрипочвенным трубам-увлажнителям, распространение её в почве восходящим потоком под действием капиллярных сил непосредственно в корнеобитаемый слой, при котором в последующие 48 часов после посева семян мелкосемянных сельскохозяйственных культур осуществляют единоразовый полив дождеванием нормой 50 м³/га для получения максимальной одновременной всхожести семян, а затем проводят 1… 3 полива дождеванием нормой до 50 м³/га каждый в период максимального водопотребления растений для создания благоприятного микроклимата в посевах мелкосемянных сельскохозяйственных культур. Количество поливов дождеванием нормой до 50 м³/га каждый устанавливается в зависимости от продолжительности и интенсивности атмосферной засухи.[2, 4, 10]

Такое техническое решение оформлено в виде заявки на патент и отправлено в ФИПС.

Существенными признаками, влияющими на достижение заявленного технического результата, являются:

— единоразовый полив дождеванием нормой 50 м³/га в последующие 48 часов после посева семян мелкосемянных сельскохозяйственных культур для получения максимальной одновременной всхожести семян;

— проведение 1… 3 поливов дождеванием нормой до 50 м³/га каждый в зависимости от продолжительности и интенсивности атмосферной засухи в период максимального водопотребления растений для создания благоприятного микроклимата в посевах мелкосемянных сельскохозяйственных культур.

Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем.

Известно, что семена мелкосемянных сельскохозяйственных культур высевают на глубину до 4 см, то есть в 4…5 см зону, которая из-за особенностей внутрипочвенного способа полива является подсушенной. В результате этого прорастание семян из-за недостатка влаги становится затруднительным, а в наихудшем случае – невозможным.

Посев семян мелкосемянных сельскохозяйственных культур обычно проводят в конце мая — начале июня, когда температура воздуха и почвы уже довольно высока, поэтому нахождение семян в подсушенной почве более 48 часов может привести к существенному снижению их всхожести.

Таким образом, при проведении единоразового полива дождеванием поливной нормой 50 м³/га в последующие 48 часов после посева семян мелкосемянных сельскохозяйственных культур в верхнем слое почвы (4…5 см), создаются благоприятные водно-воздушные условия для одновременного прорастания семян без снижения их всхожести из-за чрезмерного иссушения.[1, 5, 9]

Известно, что при сильной атмосферной засухе (высокая температура и низкая влажность воздуха, особенно во время суховеев), даже при относительно высокой влажности почвы, интенсивность транспирации (испарение влаги с поверхности листа) может превысить скорость поступления воды из почвы через корневую систему в растение. В результате чего содержание воды в тканях растений снижается ниже оптимального уровня и начинается депрессия фотосинтеза. Депрессия фотосинтеза у большинства мелкосемянных сельскохозяйственных культур начинается при +18…28 °С.

Регулирование микроклимата в посевах приобретает особую важность в период максимального водопотребления растений, так как в этот период у растений проходит процесс образования цветков или плодов, от степени успешности которого зависит будущая урожайность.

В этих условиях весьма эффективным оказывается внутрипочвенный способ полива в сочетании с проведением 1…3 поливов дождеванием нормойдо 50 м³/га для увлажнения листьев растений и поверхности почвы. В результате чего происходит охлаждение листового аппарата и приземного слоя воздуха, а также повышение влажности воздуха в посевах, в сочетании с оптимальной обеспеченностью влажности почвы, что способствует значительному улучшению физиологических процессов в растениях, благодаря которому повышается урожайность мелкосемянных сельскохозяйственных культур.

Предварительно, на базе УНПЦ «Горная Поляна» Волгоградского ГАУ на опытном участке внутрипочвенного орошения были отработаны все элементы заявленной технологии комбинированного внутрипочвенного орошения мелкосемянных сельскохозяйственных культур на примере редькисорта «Зимняя круглая чёрная», моркови сорта «Самсон» и свеклы гибрида «Пабло F1» на светло-каштановых почвах Нижнего Поволжья.

Система внутрипочвенного орошения на опытном участке представляла собой сеть перфорированных увлажнителей из полиэтиленовых труб, уложенных на расстоянии 1,2 м друг от друга и на глубину 0,4 м с экраном из полиэтиленовой плёнки снизу и сверху по всей их длине. Смонтированная система включала в себя бак-смеситель для приёма воды от гидранта существующей оросительной сети, создания напора 0,5…0,6 м, внесения удобрений и подачи воды в распределительную сеть и далее к увлажнителям. А уже от увлажнителей оросительная вода по почвенным капиллярам восходящим потоком поступала к корням растений. [3, 7, 11, 13]

Полученная всхожесть семян, исследуемых мелкосемянных сельскохозяйственных культур по вариантам опыта показана в таблице 1.

Таблица 1- Всхожесть семян, исследуемых мелкосемянныхсельскохозяйственных культур по вариантам опыта

В рамках этих исследований были проведены специальные опыты, направленные на установление рациональной поливной нормы при поливе дождеванием в сочетании с внутрипочвенным орошением для создания благоприятных водно-воздушных условий верхнего слоя почвы (4…5 см), при которых обеспечивается максимальное одновременное прорастание семян мелкосемянных сельскохозяйственных культур. Контролем служил вариант только внутрипочвенного полива без дождевания. Заявленная производителем лабораторная всхожесть семян редьки и свеклы составляла 98 %, а моркови — 99 %, однако в полевых условиях всхожесть семян мелкосемянных сельскохозяйственных культур почти всегда меньше лабораторной на 4…7 и более %.

В результате было установлено, чтоединоразовый полив дождеванием поливной нормой 40 м³/га в сочетании с внутрипочвенным орошением обеспечил получение одновременной всхожести семян исследуемых культур, посеянных на глубину 3…4 см, в среднем за 2020 гг. 73,4…75,6 %. С увеличением поливной нормы до 50 м³/га всхожесть семян значительно возросла и составила 93,1…94,1 %. Дальнейшее увеличение поливной нормы до 60 м³/га не привело к возрастанию числа проросших семян. На вариантах, где,полив осуществлялся только внутрипочвенным орошением, всхожесть семян составила52,5…56,6 %.

Таким образом, наиболее рациональной поливной нормой при поливе дождеванием в сочетании с внутрипочвенным орошением для создания благоприятных водно-воздушных условий верхнего слоя почвы (4…5 см), при которой обеспечивается максимальное одновременное прорастание семян мелкосемянных сельскохозяйственных культур, является 50 м³/га.

Для каждой культуры было выделено по 2 участка: на первом проводились только внутрипочвенные поливы, а на втором — внутрипочвенные в сочетании с поливами дождеванием, которыеподдерживали благоприятный микроклимат в посевах в период максимального водопотребления исследуемых мелкосемянных сельскохозяйственных культур.

На оба варианты опыта были внесены расчётные дозы удобрений под планируемую урожайность свеклы и редьки 60 т/га и моркови 70 т/га.

Посев семян исследуемых мелкосемянных культур каждый год проводили в течение 1…2 дней в период с 31 мая по 2 июня. Глубина заделки семян составляла 3…4 см.

Количество поливов при внутрипочвенном орошении и дождевании напрямую зависело от обеспеченности осадками и температуры воздуха. По гидротермическому коэффициенту Г. Т. Селянинова, показывающему уровень влагообеспеченности территории по соотношению суммы осадков к сумме температур воздуха, период с 31 мая по 30 сентября 2020 года был сухой (ГТК = 0,47).

На всём протяжении вегетационного периода редьки, свеклы и моркови с помощью внутрипочвенного способа полива поддерживался режим орошения с дифференцированным предполивным порогом влажности почвы 75-85-75 %НВ в активном слое почвы 0,5 м с изменением интенсивности орошения в 3 межфазных периода: «посев – начало плодообразования», «плодообразование – техническая спелость», «техническая спелость – уборка».

Необходимое количество поливов дождеванием для создания благоприятного микроклимата в посевах полностью зависело от продолжительности и интенсивности атмосферной засухи в период максимального водопотребления мелкосемянных сельскохозяйственных культур. Полив дождеванием назначалипри продолжительном отсутствии атмосферных осадков в сочетании с установлением температуры воздуха в посевах свыше 25° С и скорости ветра более 5 м/с.

Для проведения поливов дождеванием использовали прицепной штанговый опрыскиватель, заправленный оросительной водой,так как данное оборудование легкодоступно и имеется почти в каждом хозяйстве. В наших опытах использовался прицепной штанговый опрыскиватель ОП-2500 серии «АГРО».

Анализ изменения урожайности проводился по каждой культуре отдельно.

Полевые опыты с редькой сорта «Зимняя круглая чёрная».

Для максимального одновременного прорастания семян редьки в последующие 48 часов после посева на обоих вариантах опыта был проведён единоразовый полив дождеванием поливной нормой 50 м³/га, который в среднем за 2020 гг. обеспечил всхожесть семян 93,1% (таблица 1).

Поливной режим редьки при поливе только внутрипочвенным орошением в 2020 г. показан в таблице 2.

Таблица 2 – Поливные режимы исследуемых мелкосемянных сельскохозяйственных культур при внутрипочвенном орошении.

В среднем за год исследований режим орошения редьки с дифференцированной предполивной влажностью почвы 75-85-75 %НВ обеспечивался проведением 3-х внутрипочвенных поливов поливной нормой 143 м³/га в межфазный период «посев — начало плодообразования», 22-х поливов по 86 м³/га каждый в период «плодообразование — техническая спелость» и 8-и поливов поливной нормой 143 м³/га в период «техническая спелость — уборка».

Таким образом, за вегетационный период редьки общее количество поливов составило 34 ед., а количество оросительной воды — 3515 м³/га.

Режимы орошения редьки при внутрипочвенном орошении в сочетании с дождеванием показан в таблице 3.

Создание благоприятного микроклимата в посевах в период максимального водопотребления редьки в среднем за 2020 гг. потребовало, помимо внутрипочвенных поливов, проведение 2-х поливов дождеванием поливной нормой 50 м³/га, в результате общее количество поливов, с учётом внутрипочвенных, выросло до 36 ед., а оросительная норма — до 3615 м³/га.

Таблица 3 –Режимы орошения исследуемых мелкосемянных сельскохозяйственных культур при внутрипочвенном орошении в сочетании с дождеванием.

Урожайность редьки по вариантам опыта показана в таблице 4.

Таблица 4 — Урожайность (У) исследуемых мелкосемянных сельскохозяйственных культур по вариантам опыта.

В среднем за 2020 гг. урожайность редьки при поливе только с помощью внутрипочвенного орошения составила 61,4 т/га, а при сочетании внутрипочвенных поливов с дождеванием — 69,0 т/га. Таким образом, создание благоприятного микроклимата в посевах редьки в период максимального водопотребления среднем за 2020 гг. способствовало получению прибавки урожайности 7,7 т/га или 12,5 %.

Полевые опыты с морковью сорта «Самсон»

В опыте с морковью для максимального одновременного прорастания семян на обоих вариантах опыта так же был проведён 1 полив дождеванием поливной нормой 50 м³/га в последующие 48 часов после посева, который обеспечил всхожесть семян моркови в среднем за 2 года исследований 94,1 % (таблица 1).

Поливной режим моркови только при внутрипочвенном орошении в 2020 г. показан в таблице 2.

На варианте опыта с морковью было проведено 3 и 7 внутрипочвенных поливов поливной нормой 143 м³/га в первый и третий период роста и развития растений соответственно. Во второй межфазный период было проведено 19 внутрипочвенных поливов по 86 м³/га.

За период вегетации моркови в общей сложности было проведено 30 поливов с оросительной нормой 3114 м³/га.

Поливной режим моркови при внутрипочвенном орошении в сочетании с дождеванием показан в таблице 3.

На варианте опыта с сочетанием внутрипочвенного орошения и дождевания моркови в среднем за 2 года исследований помимо внутрипочвенных поливов было проведено 3 полива дождеванием по 30 м³/га для поддержания благоприятного микроклимата в посевах в период максимального водопотребления, в результате чего общее количество поливов, включая внутрипочвенные, увеличилось до 33 ед., а оросительная норма — до 3204 м³/га.

Урожайность моркови по вариантам опыта показана в таблице 4.

Средняя урожайность моркови в нашем опыте при внутрипочвенном орошении составила 71,6 т/га, а при комбинированном способе полива — 80,9 т/га. Следовательно, прибавка урожайности при поддержании благоприятного микроклимата в посевах в период максимального водопотребления в среднем за 2020 гг. составила 9,3 т/га или 13,0 %.

Полевые опыты со свеклой гибрида «Пабло F1»

В исследованиях 2020 гг. со свеклой на обоих вариантах опыта был проведён единоразовый полив дождеванием поливной нормой 50 м³/га в последующие 48 часов после посева семян, благодаря которому всхожесть семян составила в среднем 93,6 % (таблица 1).

Поливной режим свеклы при поливе только внутрипочвенным орошением в 2020 г. показан в таблице 2.

В посевах свеклы в среднем за 2020 гг. поддержание предполивного порога влажности почвы 75-85-75 %НВ обеспечивалось проведением 2-х и 7-и внутрипочвенных поливов по 143 м³/га в первый и третий межфазный период соответственно и 17-и поливов поливной нормой 86 м³/га во второй.

Общее количество поливов свеклы составило 27 ед., оросительная норма — 2799 м³/га.

Поливной режим свеклы при внутрипочвенном орошении в сочетании с дождеванием показан в таблице 3.

В посевах свеклы в среднем за 2020 гг. благоприятный микроклимат обеспечивался проведением 3-х поливов поливной нормой 40 м³/га в сочетании с внутрипочвенными поливами. Таким образом, вместе с поливами внутрипочвенным орошением общее количество поливов выросло до 30 ед., а оросительная норма — до 2919 м³/га.

Урожайность свеклы по вариантам опыта показана в таблице 4.

В опыте со свеклой средняя урожайность при внутрипочвенном способе орошения составила 60,8 т/га, а при комбинированном — 68,8 т/га. Таким образом, прибавка урожайности свеклы при поддержании благоприятного микроклимата в посевах в период максимального водопотребления в среднем за 2 года полевых опытов составила 8,0 т/га или 13,2 %.

При этом происходит значительная экономия оросительной воды для получения 1 тонны товарной продукции (таблица 5).

Таблица 5 – Затраты оросительной воды (ЗОВ) при ВПО и ВПО совместно с дождеванием (ВПО+Д), в среднем за 2020 гг.

Исследования показали, что применение комбинированного орошения позволяет снизить расход оросительной воды у редьки на 4,8 м³/т или на 8,4%; у моркови – 3,9 м³/т или 9,0 %; у свеклы – 3,6 м³/т или 7,8 %.

Следовательно, заявленный способ комбинированного внутрипочвенного орошения, в сравнении только с внутрипочвенным поливом мелкосемянных сельскохозяйственных культур на светло-каштановых почвах Нижнего Поволжья за 2020 г.полевых опытов позволил получить:

-максимальную одновременную всхожесть семян при проведении единоразового полива дождеванием поливной нормой 50 м³/га в последующие 48 часов после посева семян на примере редьки, моркови и свеклы, которая в среднем составила 93,1 %, 94,1 % и 93,6 % соответственно;

-возможность регулирования микроклимата в посевах в период максимального водопотребления исследуемых мелкосемянных культур, позволяющего повысить урожайность редьки на 7,7 т/га или 12,5 %, моркови на 9,3 т/га или 13,0 % и свеклы на 8,0 т/га или 13,2 %;

-снизить затраты оросительной воды у корнеплодов на 3,6 …4,8м³/т или на 7,8…9,0 %.

Анализ полученных результатов и проведённый патентный поиск позволил подобрать наиболее подходящие аналогичные технические решения:

1.Известен внутрипочвенный способ полива посредством конденсации парообразной влаги из почвенного воздуха, при котором в почве происходит охлаждение насыщенного воздуха до определённой температуры (температуры точки россы), в результате чего содержащийся в нём водяной пар насыщает воздух до 100% и дальнейшее охлаждение вызывает конденсацию водяных паров на почвенных частицах. (Григоров М. С., Внутрипочвенное орошение, учебное пособие, Москва, 1983 г., стр. 6,7).

2.Известен внутрипочвенный способ полива путём регулирования уровня грунтовых вод, при котором поверхность грунтовых вод искусственно поддерживается на небольшой глубине от поверхности почвы, а влага капиллярной каймы энергично расходуется растениями и с поверхности почвы. (Григоров М. С., Внутрипочвенное орошение, учебное пособие, Москва, 1983 г., стр. 8).

3.Известен машинный способ внутрипочвенного полива, основанный на механизированной подаче воды на заданную глубину одновременно с рыхлением. (Григоров М. С., Внутрипочвенное орошение, учебное пособие, Москва, 1983 г., стр. 37).

4.Известен внутрипочвенно-кротовый способ полива, основанный на применении искусственных кротовин, устраиваемые механизированным способом, для подачи воды в почву. (Григоров М. С., Внутрипочвенное орошение, учебное пособие, Москва, 1983 г., стр. 33).

5.Известен внутрипочвенно-капельный способ полива, при котором вода подаётся в корнеобитаемый слой почвы с помощью трубок небольшого диаметра со встроенными в них капельницами, контролирующие поток воды и распространяется по капиллярам к корням растений. (Григоров М. С., Внутрипочвенное орошение, учебное пособие, Москва, 1983 г., стр. 51)

За прототип выбран внутрипочвенный способ полива по трубкам, включающий подачу оросительной воды по внутрипочвенным трубам-увлажнителям и распространение её в почве восходящим потоком под действием капиллярных сил непосредственно в корнеобитаемый слой. (Григоров М. С., Внутрипочвенное орошение, учебное пособие, Москва, 1983 г., стр. 3, 4, 15).

Анализ полученных материалов позволил в 2020 г. разработать формулу изобретения.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

к заявке «Способ комбинированного внутрипочвенного орошения мелкосемянных сельскохозяйственных культур»

1. Способ комбинированного внутрипочвенного орошения мелкосемянных сельскохозяйственных культур, включающий подачу оросительной воды по внутрипочвенным трубам-увлажнителям, распространение её в почве восходящим потоком под действием капиллярных сил непосредственно в корнеобитаемый слой, отличающийся тем, что в последующие 48 часов после посева семян мелкосемянных сельскохозяйственных культур осуществляют единоразовый полив дождеванием нормой 50 м³/га для получения максимальной одновременной всхожести семян, затем проводят 1… 3 полива дождеванием нормой до 50 м³/га каждый в период максимального водопотребления растений для создания благоприятного микроклимата в посевах мелкосемянных сельскохозяйственных культур, при этом

2. Способ комбинированного внутрипочвенного орошения мелкосемянных сельскохозяйственных культур по п. 1, отличающийся тем, что проведение от 1 до 3 поливов дождеванием нормой до 50 м³/га каждый для создания благоприятного микроклимата в посевах мелкосемянных сельскохозяйственных культур в период максимального водопотребления растений устанавливается в зависимости от продолжительности и интенсивности атмосферной засухи.

Заявка на изобретение под № 2020124980 (авторы: Овчинников А.С, Бочарников В.С., Ходяков Е.А., Боровой Е.П., Пахомов А.А., Милованов С.Г., Бондаренко К.В.) поступила в ФИПС 09.07.2020г. В настоящее время она проходит стадию делопроизводства «Экспертиза по существу».

Разработка проведена с использованием технических решений по результатам патентного поиска. Проведенный патентный поиск определил направление исследований разработки конструкции систем орошения для комбинированных способов полива.

Известно, что основным направлением развития способов орошения и техники полива является создание экологически ориентированных гидромелиоративных систем с замкнутым циклом водооборота и многоцелевым использованием оросительной сети и поливной техники при высокой эффективности использования водных, земельных, трудовых, материальных и энергетических и временных ресурсов.[14, 17, 19]

Особое внимание должно быть уделено:

— автоматизации и мониторингу процессов сбора, контроля, управления технологическими процессами и их параметрами.

— комплексному регулированию режимов агробиоценозов в соответствии с водно-физическими свойствами почв и возделываемыми сельскохозяйственными культурами и фазами их развития;

— системам мониторинга и автоматизированного управления орошением в режиме реального времени, что является неотъемлемыми компонентами технологий и технических средств точного (координатного) орошения.

Гидротермический режим агрофитоценоза – это совокупность всех явлений поступления, расхода и переноса влаги и тепла.

Управление гидротермическим режимом агрофитоценоза является актуальной проблемой современной аграрной науки, комплексное решение которой возможно лишь при правильномобосновании водных мелиораций.

Как показывают результаты патентного поиска, в настоящее время ведутся активные поиски по снижению температурного и водного стресса на растения. Пути и способы решения указанной проблемы довольно разнообразны. Заслуживают внимания пути регулирования гидротермического режима поля в приземном слое воздуха.

Рассмотрим способы повышения устойчивости растений к стрессам с помощью химических веществ. Согласно Европатента ЕР 1891854 А 1 «Способ и смесь для полива растений» [1] полив растений выполняют путем подачи с водой к растениям раствора или взвеси полипропиленгликоля.

Применение упомянутого раствора приводит к существенному снижению количества воды, необходимого для полива растений вследствие уменьшения испаряемости.

Европатент ЕР 1929866 А 1 «Использование полимеров и олигомеров ксилодекстрана и производных соединений в качестве фитосанитарных продуктов и биоудобрений» [2] имеет целью утилизацию вещества, содержащего соединение олигозида формулы Х₁-Х₂-Х₃-(Х₄)n, в которой Х₁, Х₂, Х₃, и Х₄представляют, каждый независимо друг от друга, одну из моноза, выбранных среди глюкозы, галактозы, ксилозы, фруктозы или арабинозы. Монозы представлены в восстановленной форме и/или замещены группой алкида или ацила, такой как группа метила или ацетила, а n принимает значения 0 или 1. Изобретение предназначено для адаптации растений к абиотическому стрессу, для регулирования цветения и плодоношения растений и индуцирования защитных реакций против патогенных возбудителей. [16, 18, 22, 26, 31]

Предлагается патент Всемирной организации по охране интеллектуальной собственности (ВОИС) WO 2009079508 A1 на «Способы и составляющие снижения стресса у растений, обеспечивающие улучшенный рост и урожайность растений с помощью снижения стресса от абиотических факторов» [3]. Согласно патенту, раствор, содержащий одно или более веществ (растительные гормоны, аминокислоты, производные аминокислот и терпены, или смесь этих соединений), наносят на поверхность растений. При этом образуется защитная пленка, снижающая влияние таких абиотических факторов, как жара, холод, свет и водный стресс. При этом фотосинтез не испытывает отрицательного воздействия.

Следует отметить, что возможности повышения устойчивости растений к стрессам с помощью химикатов весьма ограничены.

Просматривается несколько направлений снижения стресса путём регулирования гидротермического режима поля в приземном слое воздуха.

Наиболее масштабным является техническое решение по патенту WO №2008050799 A1 [23]. Предложенная система использует реактор ядерного синтеза или распада в качестве источника тепла.

Для выработки пара применяют теплообменник, который выполнен в виде системы заполненных водой труб, обеспечивающих её циркуляцию и охлаждение реактора. В результате нагрева воды производится выработка пара. Струи пара направляются в атмосферу через выпускной паропровод. Пары воды образуют облака, закрывающие солнечный свет, что направлено на снижение температуры поверхности земли.

Комплекс, описанный в патенте WO № 2008052224 A2 [25], содержит систему орошения сельскохозяйственных культур и систему выработки электроэнергии. Система выработки электроэнергии содержит зеркальный солнечный коллектор и фотоэлементы, установленные на опоре и отслеживающие положение солнца. Комплекс снабжен источником воды и насосом, который обеспечивает ее подачу к обеим системам. В дневное время поток воды отбирает тепло, понижая температуру приземного слоя воздуха. При этом фотоэлементы вырабатывают энергию системой. В ночное время теплую воду используют для полива сельскохозяйственных культур. [15, 20, 21, 24]

Патент РФ RU № 2338368 C1 выдан на вегетационную систему для создания микроклимата при выращивании сельскохозяйственных культур в открытом грунте [27]. Регулирование микроклимата проводится с помощью автоматизированной системы управления, оборудованной датчиками влажности и температуры. Система управления регулирует подачу воды из оросительного устройства, имеющего гидроаккумуляторы и нагреватели, посредством системы труб, снабженных форсунками. Система содержит ветрозащитное ограждение по периметру земельного участка.

Патент РФ RU № 2337525 C1 «Способ орошения атмосферной парообразной влагой» [28, 29, 33] предусматривает обеспечение потребности растений во влаге за счет ее конденсации из воздуха, включает высадку деревьев и прокладку подпочвенных воздуховодов, периодически соединяющихся восходящими каналами с атмосферой. Подпочвенные воздуховоды выполняют в виде почвенных щелей, заполненных камнем, закрытых пленкой и засыпанны почвой. Восходящие каналы, соединяющие подпочвенный воздуховод с атмосферой, заполняют камнем до поверхности почвы.

Соединение подпочвенного воздуховода восходящими каналами с атмосферой чередуют с солнечной и теневой стороны деревьев, определяемой по наибольшему суточному интервалу времени. Согласно второму варианту в восходящий канал, расположенный с солнечной стороны деревьев, устанавливают вытяжную трубу. Труба выступает над поверхностью почвы и выполнена из теплопроводного материала. Технический результат заключается в повышении эффективности конденсации атмосферной влаги за счет интенсификации воздухообмена между атмосферой и почвой.

Предлагается Европейский патент EP № 2092820 A1 «Способ и устройство для защиты виноградных лоз от мороза» [30]. В предложенном устройстве газ, в частности воздух, нагревается в узле посредством сжатия и через распределительную систему подается к виноградным лозам. Распределительная система с помощью гибких шлангов с капиллярными отверстиями направляет подогретый воздух равномерно по всей поверхности шланга.

Согласно патента WO №2010006473 для защиты сельскохозяйственных культур от заморозков [32] используют специальные системы, которые включают мощные вентиляторы, датчики температуры, установленные в инверсионном слое и ниже его. Датчики передают информацию в режиме текущего времени на контроллер, который регулирует температуру.

Подобная система защиты сельскохозяйственных культур от заморозков описана в патенте ВОИС WO №2010008602 [34]. Она использует мощный вентилятор, установленный на мачте и снабжённый подогревателем воздуха.

В патенте ВОИС WO №2010076959 [35] описан способ обогрева участков с одновременным созданием благоприятных условий для формирования искусственного дождя.

В патенте US № 7654035, выданном в США [36], восходящий поток воздуха, формируемый вентилятором, используется для создания воздушного барьера на пути продвижения холодного воздуха. Этот барьер обеспечивает поднятие холодного воздуха выше приземного слоя, тем самым защищая растения от радиационных заморозков.

Согласно патенту РФ №2283580 предлагается дождевальная установка «Данус-Жанбыр»[37]. В установке для создания восходящего парогазового потока используют реактивный двигатель, снабжённый волновым активатором. Струя парогазовой смеси выбрасывается на высоту нескольких километров, что, по замыслу авторов, способствует формированию дождевых облаков.

Отличается оригинальностью предложение регулировать микроклимат поля путём формирования концентрированного потока солнечного излучения и направления его на заданный участок (Патент РФ №2071232) [33].

Анализ вышеизложенного материала подтверждает факт в большинстве случаев рассмотрение технических решений, направленных на защиту сельскохозяйственных культур от заморозков.

Что касается защиты растений от засухи и температурных стрессов, то в этом направлении преимущество имеют способы совершенствования технологии и техники орошения.

Возможность создавать оптимальные условия для произрастания растений в критические дни вегетационного периода дает комбинированное орошение, которое позволяет контролировать температуру и влажность приземного слоя воздуха, гибко регулируя запасы влаги в почве в соответствии с биологическими особенностями орошаемых культур. Наиболее эффективными и перспективными способами регулирования гидротермического режима поля следует признать стационарные системы, сочетающие капельное орошение с мелкодисперсным дождеванием (МДД).

1.2 Разработка новых конструктивных элементов оросительных систем капельного и комбинированного орошения

Капельное орошение — способ орошения, при котором увлажнение почвы осуществляется в зоне максимального развития корневой системы растений. Вода равномерно падающими каплями подается непрерывно к каждому растению на протяжении всего вегетационного периода в количестве, соответствующем водопотреблению данной культуры.

К элементам техники капельного орошения относят очаг увлажнения, увлажненную площадь поверхности почвы, контур увлажнения, расход капельного микроводовыпуска, число и схему расположения точек водоподачи в очаге увлажнения, равномерность распределения оросительной воды по микроводовыпускам, схему расположения микроводовыпусков по орошаемой площади. Расчетная зона увлажнения для плодовых кустарников и фруктовых деревьев определяется горизонтальной проекцией основной массы кроны и составляет 0,5 – 0,7 ширины междурядий. Расчетный слой увлажнения зависит от агробиологических показателей сельскохозяйственных культур, водно-физических свойств почвы и от расхода микроводовыпусков и продолжительности полива.

Из мировой практики (Австралия, Израиль, США, Франция, Греция, Италия и др.) известно, что система капельного орошения, по сравнению с традиционными способами полива (дождевание, полив по бороздам), обеспечивает прибавку урожая овощных культур на 50–80 %. При этом созревание овощей происходит на 5–10 дней раньше при одновременном снижении трудовых и энергозатрат в 1,5–2 раза и расхода поливной воды и удобрений на 30–50 %.

Система капельного орошения на склоновых землях.

Низконапорная система капельного орошения (рисунок 1, 2, 3, 4) состоит из подводящего трубопровода 1, сопряженного с ним распределительного трубопровода 2, к которому подключен через регулятор расхода 3 поливной трубопровод 4, снабженный водовыпусками 5, состоящими из напорообразующей части 6, подсоединенной одним концом к нижней поверхности трубопровода 4, а другим – к дозатору расхода 7 с калиброванным каналом 8. Дозатор 7 сопряжен с безнапорной, водоотводящей трубкой 9. Поливные трубопроводы 4 подвешены к шпалерной проволоке 10, натянутой на опорах 11, установленных в створе рядка растений 12.

Особенность работы данной конструкции системы низконапорного капельного орошения состоит в повышении равномерности распределения воды через капельные водовыпуски по длине поливных трубопроводов, за счёт использования специальных дозаторов с калиброванными каналами, устанавливаемыми на водоотводящих трубках. При этом использование данной конструкции водоотводящих трубок позволяет значительно увеличить ширину орошаемой полосы.

Основные технико-эксплуатационные показатели:

Расход воды капельного водовыпуска, л/ч …………..………………………..5-7

Напор воды в водовыпуске, м………………………………………………..0,05 -0,08

Площадь модульного участка, га…………………………………………1,0-10,0

Допустимый размер взвешенных частиц в воде, мм……………..……………0.5

Равномерность распределения воды по поливному трубопроводу, %…………..95

Новизна технических решенийзащищена патентом РФ на изобретение № 2384996.

Эффективность разработки: Система капельного орошения позволяет повысить равномерность распределения воды по длине поливных трубопроводов, расширить диапазон регулирования расхода воды и повысить надежность работы низконапорных водовыпусков.

1

4

2

5

3

5

6

7

8

9

10

11

5

6

7

12

Рисунок 2

Рисунок 3

Рисунок 4

Система капельного орошения на местном стоке – разработанная система предназначена для проведения капельного орошения любых сельскохозяйственных культур в открытом грунте.

Систему следует применять на землях с уклонами местности до 0,05, при глубине залегания грунтовых вод не менее 1,0 м и при минерализации оросительной воды до 6,0 г/л, в условиях сухостепной, полупустынной и пустынной зон на светло-каштановых и бурых полупустынных почвах.

Рисунок 5

В технологическом отношении при реализации технологии используется стандартная конструкция системы капельного орошения (зарубежная или отечественная), включающая: насосную станцию (3); оборудование для тонкой очистки воды — песчано-гравийный фильтр (6); узел приготовления и внесения удобрений, гербицидов и других веществ (8); магистральный (4) и распределительные (9) трубопроводы; запорную аппаратуру задвижки, вентили, краны, регуляторы давления и т. п. (7); поливные трубопроводы в виде гибких лент (10) со встроенными микроводовыпусками-капельницами (11).

Водоисточником (1) служит местный поверхностный сток (малые реки и балки), аккумулирующиеся в водоемах (2) – прудах, озерах и водохранилищах. Для улучшения физико-химических свойств воды (в первую очередь для уменьшения процесса кристаллизации взвешенных веществ и заиления микроводовыпусков) на напорном трубопроводе устанавливается специальный аппарат для обработки воды постоянным магнитным полем (5).

Технологический регламент работы системы капельного орошения в основном стандартный, с учетом специфики режима орошения конкретной с.-х. культуры. В качестве примера рассматривается система (рис.), отличительной особенностью которой является оригинальная схема посева лука, осуществляемая с помощью переоборудованной зернотравяной сеялки СЗТ-3,6. Путем закрытия определенного числа высевающих аппаратов достигается равномерный широкополосный четырехрядный посев семян лука (ширина полосы 30 см при расстоянии между рядами 7,5 см) при ширине междурядий 30 см. Такая схема позволяет размещать поливные трубопроводы через 60 см и располагать их строго посередине посевных полос, имея с обоих сторон по два ряда лука.

Основные технико-эксплуатационные показатели системы:

— расход капельниц 1,3…4 л/ч;

— расстояния между капельницами 0,1…0,4 м;

— поливная норма 20…240 м³/га;

— продолжительность полива 0,3…10,0 ч;

— количество поливов 14…35 шт.;

— оросительная норма 1900…3500 м³/га;

— межполивной период 2…4 дня;

— норма разовых минеральных подкормок, кг д.в./га N_2…20 P_5…8;

— коэффициент использования земли орошаемого участка 0,98;

— коэффициент эксплуатационной надежности системы 0,98;

— коэффициент использования рабочего времени смены более 0,8;

— повреждаемость растений при поливах – отсутствует;

— схема внесения удобрений и других и других веществ – прямоточная.

Технология впервые разработана и предложена для условий аридной зоны Калмыкии. Технология позволяет, в зависимости от доз вносимых минеральных удобрений, получать стабильную урожайность овоще – бахчевых культур, в частности лука, до 60 т/га, снизить оросительные нормы, по сравнению с поливом дождеванием, на 25…40 %. Чистый доход от реализации продукции при этом достигает 65…250 тыс. руб./га, а индекс доходности затрат – 1,5…2,0 и более.

1.3 Комбинированная система капельного орошения и мелкодисперсного дождевания

Мелкодисперсное дождевание (аэрозольное орошение) — способ орошения, представляющий собой дождевание мелкораспыленной водой для создания оптимального микроклимата на посевах сельскохозяйственных культур.

При мелкодисперсном дождевании распределение воды каплями диаметром 100…300 мкм обеспечивает снижение температуры растений и увеличение влажности воздуха, создавая, таким образом, оптимальный гидротермический режим растительного сообщества.

Для понижения температуры листового покрова на 5^о С и повышения влажности воздуха в среде растительного покрова на 20…25 % необходимо затратить около 150 л воды на 1 га, однако продолжительность действия такого увлажнения незначительна. Интервал между поливами можно установить по времени испарения капель воды, равный 30-40 мин, однако при этом нужно учитывать время последействия, которое в 1,5…2,0 раза превышает время испарения.

При жаркой сухой погоде с температурой воздуха в дневные часы выше 25^оС дождевальный агрегат должен дважды в день в наиболее напряжённые часы дня проходить по орошаемому участку с интервалом не более двух часов и распылять в виде капель размером не более 150 мкм слой дождя 1,5…2 мм за проход, что составляет 15 -20 м³ /га.

Комбинированное малообъемное орошение рационально применять в регионах с часто повторяющимися атмосферными засухами, наличием в течение вегетационного периода не менее 20 дней с температурой воздуха выше 25⁰С, относительной влажностью 50% и ниже.

Одним из вариантов регулирования фитоклимата поляявляется способ, описанный в патенте № 2567521[15], который включает периодическое мелкодисперсное увлажнение растений с учетом температуры и влажности приземного слоя воздуха и почвы, а также скорости и направления приземного ветра. Над поверхностью поля производят распыление аэрозоля с автоматическим регулированием высоты и направления его подачи, а также размера капель в нем. По результатам мониторинга температуры и влажности приземного слоя воздуха и почвы, скорости и направления приземного ветра в режиме реального времени проводится увлажнение посевов.

Все разрабатываемые в настоящее время оросительные системы ориентированы на широкое использование компьютерных технологий управления оросительной техникой с применением различных датчиков, установленных на поле. Как правило, датчики передают информацию в режиме текущего времени по беспроводной сети на центральный управляющий компьютер, который, используя базу данных и рабочие программы, выдаёт команды на контроллеры, управляющие работой клапанов и насосного оборудования (Патенты европейского патентного ведомства ЕР №№1872651 А1; 2201834 А1; 2215906 А1; 2243353 А1;

Аналогичные системы управления мелкодисперсными системами патентуются и в России (Патенты RU 20989464; 2463773; 2492626).

Для регионов с неустойчивым увлажнением предложена низконапорная сеть капельного орошения (патенты РФ 2365096, № 2352105).Особенность работы конструкции низконапорной сети капельного орошения состоит в том, что она позволяет проводить поливы в самотёчном безнапорном режиме независимо от наличия геодезического напора, создаваемого уклоном местности, а также без тонкой очистки воды. Необходимый для работы поливных трубопроводов уклон создается с помощью телескопических стоек, а величина расхода в поливной трубопровод поддерживается с помощью поплавкового регулятора расхода, установленного в накопительный бассейн.

Основные технико-эксплуатационные показатели: расход воды капельного водовыпуска 5-7 л/ч напор воды в водовыпуске 0,05 -0,08 м, площадь модульного участка 1,0-10,0 га, допустимый размер взвешенных частиц в водемм0.5 мм, равномерность распределения воды по поливному трубопроводу 90%. Проведение капельного орошения в самотёчном режиме снижает энергоёмкость на 40 – 50%, а снижение требований к качеству очистки воды позволяет снизить капиталовложения на 30%.

Низконапорная сеть капельного орошения (рисунок 1,2) включает: накопительный бассейн 1, сетчатый фильтр 2, подводящий патрубок с вентилем 3, подключённым к распределительному трубопроводу 4, оборудованному поплавковыми регуляторами расхода 5, к которым подключены поливные трубопроводы 6, состоящие из жёстких труб 7, соединённых раструбными соединениями 8 и установленных на телескопических стойках 9. К поливному трубопроводу 6 подключены водоотводящие трубки 10 с калиброванными насадками 11, концевые участки трубопроводов 6 снабжены коленчатым патрубком 12, установленным с возможностью осевого вращения в вертикальной плоскости.

Комбинированная система капельного орошения и мелкодисперсного дождеванияпредназначена для применения при возделывании овоще-бахчевых культур в условиях полупустынной и пустынной зон.

Основу рассматриваемого типа комбинированной системы составляет стационарная система капельного орошения (СКО). Дополнительно применяется другой вид малообъемного орошения – мелкодисперсное дождевание (аэрозольное увлажнение), обеспечивающее регулирование микро- и фитоклимата в приповерхностном слое воздуха и надземной части растений, в самый острозасушливый период вегетации (когда температура воздуха в летний период достигает +42, +44 ⁰С, а относительная влажность воздуха снижается до 15…20%).

В качестве средства, осуществляющего мелкодисперсное дождевание (аэрозольное увлажнение) без влияния на работу системы капельного орошения, используется любой серийный передвижной агрегат для защиты растений – опрыскиватель, имеющийся в хозяйстве. Помимо этого, машина обеспечивает также внесение удобрений для внекорневой подкормки, пестицидов для защиты от сорняков, вредителей и болезней, возможность нанесения на почву и листовую поверхность растений веществ, изменяющих оптические свойства, с целью искусственного увеличения отражательной способности.Схема мелкодисперсного увлажнения посевов на системе капельного орошения выглядит следующим образом (рисунок 6): транспортный агрегат (трактор или автомобиль) с навешенным на него опрыскивателем заезжает с конца капельных линий и движется по междурядью в направлении к началу участка, осуществляя мелкодисперсный полив.

Рисунок 6

1 — распределительный трубопровод системы капельного орошения; 2 — поливной трубопровод с капельницами; 3- транспортное средство (трактор, автомобиль); 4 — штанговый опрыскиватель.

Достигнув распределительного трубопровода (начало участка), агрегат останавливается и начинает движение в обратном направлении, также производя полив. Затем агрегат передвигается на следующую позицию и осуществляет такой же цикл полива. Для обеспечения более качественного полива с большей производительностью, опрыскиватель желательно располагать в передней части транспортного агрегата (например, как опрыскиватель «Радуга», размещаемый на переднем бампере автомобиля).

Основные технико-эксплуатационные показатели СКО:

— расход капельниц 1,3…4 л/ч;

— расстояния между капельницами 0,1…0,4 м;

— расстояние между капельными лентами на овощных культурах 0,6…1,4 м, на бахчевых – 2,1…4,2 м.

— поливная норма 20…240 м³/га;

— продолжительность полива 1…8 ч;

— количество поливов 14…35 шт.;

— оросительная норма 1400…3500 м³/га;

— межполивной период 2…5 дней;

— норма разовых минеральных подкормок, кг д.в./га N_2…20 P_5…8;

— коэффициент использования земли орошаемого участка 0,98;

— коэффициент эксплуатационной надежности системы 0,98;

— коэффициент использования рабочего времени смены более 0,8;

— повреждаемость растений при поливах – отсутствует;

— схема внесения удобрений и других и других веществ – прямоточная.

Основные технико-эксплуатационные показатели мелкодисперсного увлажнения: разовая норма увлажнения за цикл 0,3…2,3 м³/га (суточная норма 3…12 м³/га);периодичность циклов – через каждые 1…2 часа;продолжительность периода увлажнения 20…50 дней.

Новизна технологии: впервые разработана и предложена для условий полупустынной зоны Калмыкии.

Эффективность разработок: комбинированная система полива обеспечивает, за счет благоприятного воздействия аэрозольного увлажнения, увеличение урожая овоще-бахчевых культур на 10…20 % и соответствующее возрастание прибыли по сравнению с использованием только СКО (где сбор плодов составляет 35…60 т/га, а чистая прибыль 65…250 тыс. руб./га).

Комбинированная система капельного и аэрозольного орошенияпредназначена для полива овощных культур, кукурузы, многолетних насаждений и регулирования, микро- и фитоклимата посева в жаркие сухие дни вегетационного периода, когда температура воздуха превышает оптимальную температуру для каждой культуры, т.е. выше 25° С.

Оросительные системы данного типа могут создаваться в зонах недостаточного и незначительного увлажнения на всех типах местности, без ограничения их уклона. Оросительная система может быть закрытой стационарной или стационарно-сезонной. Системы формируются по блочно-модульному принципу при различном сочетании орошаемых участков.

Комбинированная система создана на основе сети капельного орошения, включает водоисточник, насосную станцию, фильтры очистки воды, оросительную сеть в виде поливных трубопроводов длиной 100 м диаметром 16 мм. Капельницы установлены на поливном трубопроводе через 0,4 м. Расстояние между капельными линиями 1,5 м. Каждый второй поливной трубопровод диаметром 20 мм оборудован стойками с распылителями для аэрозольного орошения.

Шаг размещения стоек на поливном трубопроводе 3×4 м. Насадки для аэрозольного орошения включают крепежные адаптеры, распылители и запорные клапаны. Запорный клапан состоит из корпуса с эластичной мембраной. На комбинированной системе капельного орошения и аэрозольного орошения устанавливается узел подачи удобрений и ростовых веществ вместе с поливной водой. Ввод растворов в систему осуществляется инжектором.

В режиме капельного орошения система работает следующим образом: вода из водоисточника подается насосом через фильтры, которые удаляют растительный и минеральный сор. Очищенная вода поступает в оросительную сеть и через регуляторы давления в распределительные трубопроводы, а через ниппели в них -в поливные трубопроводы. При установлении рабочего давления до 0,1 МПа начинают работать капельницы.

Для работы системы в режиме аэрозольного орошения давление в сети увеличивают до 0,2 МПа. За счет создавшегося напора, вода, преодолевая сопротивление мембраны, устремляется наружу, и начинают работать насадки. Поток воды в виде тонкой пленки выбрасывается с большой скоростью и разбивается в виде мелкодисперсных капель. Капли воды оседают на листьях и стеблях растений, чем достигается снижение температуры приземного воздуха и повышается его влажность. Такое регулирование микроклимата создает благоприятные условия для формирования высокого и устойчивого урожая.

Новизна технического решениязащищена патентом РФ №2322047 «Система капельного орошения».

Таблица 6 – Основные технико-эксплуатационные показатели системы

Комбинированная система полива обеспечивает, за счет регулирования фитоклимата посева проведением аэрозольного увлажнения, увеличение урожая сельскохозяйственных культур на 10-20% и соответствующее возрастание прибыли по сравнению с использованием только систем капельного орошения.

2. РАЗРАБОТКА НОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И ТЕХНОЛОГИЙ ОРОШЕНИЯ

2.1 Разработка технологий и технических средств фертигации при производстве сладкого перца

В последнее время в ускоренных темпах развивается автоматизация и роботизация производственных процессов во всех отраслях. Одна из востребованных и актуальных на сегодняшний день является сельскохозяйственная отрасль, прежде всего это связано с применением трудоемких тяжелых операций при выращивании и ухаживании пропашных культур. К таким операциям можно отнести междурядную обработку, которая основа на уничтожении сорняков механическим или химическим способом, а также химическая обработка от вредителей и болезней культурных растений. Погодные условия и вид культурных растений позволяют проводить междурядную обработку несколько раз и в кратчайшие сроки. При этом механическое уничтожение сорняков рабочими органами культиватора (лапы) возможно при сплошной культивации и только в междурядьях, не затрагивая сорняки, находящиеся в рядках между культурными растениями. К тому же, чем больше размеры возделываемого растения, тем больше вероятность его повреждения и требуется увеличение защитной зоны около растений. Удаление сорняков в рядках требует дополнительных экономических затрат и в основном такую работу выполняют с помощью ручного труда.

Для решения этих задач в зарубежных странах применяют роботизированные машины, позволяющие уничтожать сорняки механическим и химическим способом, при этом снижается объем гербицидов до 2-3 раз. Одной из таких стран производителей роботизированных машин является Швейцария, с разработкой сельскохозяйственного робота (Ecorobotix), рисунок 7, предназначенный для точечного прореживания и прополки.

Сельскохозяйственный робот (Ecorobotix) имеет ряд преимуществ, он оснащен системой компьютерного зрения, предназначенной для идентификации сорняков, опрыскивает сорняк небольшой дозой гербицида, а также ориентируется по GPS с использованием сенсорных датчиков. Использует питание от аккумулятора, заряжаемого от фотоэлектрических преобразователей, установленных на верхней плоскости. Может работать до 12 часов после подзарядки и способен обработать около 3 га посевов в день.

Рисунок 7 – Сельскохозяйственный робот (Ecorobotix)

На основе исследований манипуляционных систем зарубежных аналогов нами совместно с Овчинниковым А.С., Воробьевой Н.С., Дяшкиным А.В., Бочарниковым В.С., Фоминым С.Д. разработана (рисунок 8) конструкция мобильного робота-пропольщика с функцией опрыскивателя и фертигации, предназначенного для механического точечного удаления сорняков в рядках, а также с возможностью выборочного внесения с поливной водой макро- и микроудобрений, обработки от болезней и вредителей культурных растений.

Предлагаемый робот-пропольщик с функцией опрыскивателя и фертигации (рисунок 8) состоит из рамы 1 с управляющими колесами, системы управления и навигации с контрольно-измерительными приборами и системы питания 2, датчика технического зрения 3, который устанавливается спереди в нижней части рамы 1 для обнаружения сорняков в рядке и междурядьях, а также вредителей и больные растения.

Для механического уничтожения сорняков предусмотрен режущий инструмент рабочего органа 4, представленный в виде спирали с ножами, который вращается от двигателя постоянного тока 5 и вертикально перемещается с помощью линейного привода (актуатора) 6. Рабочий орган с приводами располагаются вертикально последовательно друг за другом и крепятся жестко на каретке 7 направляющей с кареткой 8.

Рисунок 8 – Робот-пропольщик с функцией опрыскивателя и фертигации

Перемещение в горизонтальной плоскости рабочего органа 4 осуществляются с помощью трех линейных приводов 6, расположенных в горизонтальной плоскости и соединяются между собой посредством трем направляющих и поперечины с каретками 7-10.

Для химической обработки растений от вредителей и болезней в задней нижней части рамы 1, устанавливается манипулятор-трипод, представляющий собой пирамиду, ребра которой являются исполнительные линейные привода 6 и соединяются в одной точке с распылительной форсункой 11 с помощью шарнирного пятиподвижного узла 12. Также в задней части на раме 1 крепятся резервуар с препаратом для обработки растений и насос с дозатором 13, которые соединяются с распылительной форсункой 11 с помощью гибкого шланга.Химическую обработку растений в рядках от вредителей и болезней, а также фертигацию выполняет распылительная форсунка, подвод которой осуществляет манипулятор-трипод.

2.2 Комбинированная система капельного и аэрозольного орошения

Сокращение норм расхода оросительной воды на единицу орошаемой площади путем мелкодисперсного дождевания с учетом экологической безопасности агроландшафтов и возможности получения максимально возможных урожаев сельскохозяйственных культур – это глобальная экономическая и экологическая проблема современности.

Новая техника для мелкодисперсного увлажнения требует создания новой методики её испытаний для определения дисперсионного состава капель дождя. Дисперсионный состав факела распыла дождя должен отвечать требованиям растений и почвы. При орошении и увлажнении почвы дисперсность капель воды должна обеспечивать увлажнение почвы, а при увлажнении растений диаметр капель должен соответствовать такому размеру, чтобы эти капли удерживались на листовом покрове растений.

Такие технические средства разработаны в ФГБНУ ВНИИГиМ им. А.Н.Костякова:

1. Распылитель жидкости (патент РФ № 2527022). Распылитель жидкости включает распыливающий диск, установленный на валу электродвигателя. Распылитель снабжен накопителем жидкости и перфорированной обечайкой, при этом верхний край накопителя имеет такую же обечайку с соосной перфорацией и наружным диаметром, соответствующим внутреннему диаметру обечайки распыливающего диска.Распыливающий диск надет на накопитель с возможностью поворота на 10-15° и сопряжен с валом посредством пружины, один конец которой закреплен на валу, другой — в одном из пазов, выполненных на обечайке распыливающего диска, при этом подводящая трубка выведена к дну накопителя и снабжена поплавковым регулятором расхода.Разработанная конструкция распылителя жидкости обеспечивает стабилизацию заданного расхода распыливаемой жидкости и равномерность ее распределения по обрабатываемой поверхности.

2.Устройство для создания газокапельной струи (патент РФ №2548886).Устройство включает корпус с системами подачи газа и жидкости и механизмом их смешения с образованием газокапельной струи.Система подачи газа выполнена в виде встроенного в корпус вентилятора и размещена на входе в корпус. Механизм смешения жидкости и газа представляет собой дисковый распылитель с электроприводом и водоподводящим патрубком, который размещен соосно с корпусом на выходе из него и имеет две распыливающие кромки разного диаметра, сообщающиеся между собой посредством водоперепускных отверстий. Устройство для создания газокапельной струи обеспечивает возможность разделения газокапельной струи на фракции для увлажнения почвенного покрова, листовой поверхности растений и приземного слоя воздуха.

3.Система регулирования микроклимата поля (патент РФ 2529725) Система регулирования микроклимата сельскохозяйственного поля включает размещенные по границе поля ветрозащитные и снегозадерживающие элементы, водоем, устраиваемый вдоль границы поля со стороны наиболее вероятного проникновения суховея. На противоположных берегах водоема вдоль поля размещены вертикальные жалюзи высотой не менее половины ширины водоема, установленные с возможностью поворота вокруг вертикальной оси и наклона в вертикальной плоскости. Дно водоема может быть покрыто противофильтрационным материалом, вдоль водоема могут быть установлены распылители воды, а в качестве источников энергии для распылителей воды система может быть снабжена одной или несколькими ветроэнергетическими установками и солнечными батареями. Техническим результатом изобретения является повышение степени защиты поля за счет снижения скорости и температуры суховея и повышения влажности приземного слоя воздуха, а также снижение энергозатрат за счет использования природных источников энергии.

4.Во ВНИИГиМ разработана и запатентована конструкция системы аэрозольного дождевания сельскохозяйственных культур (Патент РФ№2567521), которая позволяетне только регулировать температуру и влажность приземного слоя воздуха, но и поддерживать влажность почвы в заданных пределах, как в посевахпропашных культур, так и культур сплошного сева (рисунок9, 10, 11, 12).

Рисунок 9 –Оросительная сеть для регулирования фитоклимата в плане

Рисунок 10 –Общий вид генератора аэрозоля.

Рисунок 11 –Генератор аэрозоля (вид сверху)

Рисунок 12 –Генератораэрозоляв разрезе.

Оросительная сеть располагается на орошаемом участке 1 и включает водоисточник 2, энергетическую установку 3, насос 4, который связан трубопроводом 5 с водоисточником 2. К насосу 4 подключёнпроложенный вдоль поля транспортирующийтрубопровод 6 и отходящие от него по полю поливные трубопроводы 7. Насос 4 подключен кабелем 8 к центральному узлу 9, к которому также подключён кабель 10, проложенный вдоль трубопроводов 6 и 7.На поливных трубопроводах 7 установлены генераторы аэрозоля 11, каждый из которых состоит из корпуса 12 с электродвигателем 13. На валу электродвигателяустановлен вентилятор 14,за нимна кольцевой трубке 15 смонтированы форсунки высокой дисперсности 16, а на кольцевой трубке 17 — форсунки низкой дисперсности 18. Трубка15 присоединена шлангом 19 к насосу 20 высокого давления, который сообщён через управляемый контроллером электромагнитный клапан 21 и шланг 22с трубопроводом7. Кольцевая трубка 17 подключена к трубопроводу 7 шлангом 23 через электромагнитный клапан 24 с управляющим контроллером. Корпус генератора аэрозоля 12 с помощью полуосей 25 крепится на стойках 26 подвижной части 27 рамыс возможностью поворота в вертикальной плоскости на 180⁰. В верхней части стойки 26 установленэлектропривод 29 с управляющим контроллером, сопряжённый с шестернёй 34, установленной на полуоси 25. Подвижная часть рамы 27 сопряжена с неподвижной частью 28с помощью подшипников. На неподвижной части 28 рамы закреплён насос 20 высокого давления и размещён приводс управляющим контроллером 30, сопряжённый с помощью ремённой передачи 31 с подвижной частью 27 рамы.Управляющие контроллеры выполненына базе компактного встроенного компьютера (например, АКМ). Питание электрооборудования генератора аэрозоля осуществляется от кабеля 10 по проводу 32 через коммутатор 33, установленный на неподвижной части 28 рамы. Управление работой двигателя 13, насоса 20 высокого давления, электромагнитных клапанов 21 и 24, электроприводов 29 и 30 осуществляется с центрального узла 9. Передача сигнала производится по беспроводной системе (WiFi, WiHix, 3G/Lte) на основании информации, полученной от автоматизированного измерительного комплекса, включающего датчики температуры и влажности почвы и приземного слоя воздуха, а также скорости и направления приземного ветра.

Пример осуществления регулирования фитоклимата поля.

Среднюю площадь орошаемого участка 1 примем равной 50 га. Размеры поля 1000 х 500 м. Систему регулирования фитоклимата наполеразмещают с учётом розы ветров.Трубопроводы 7укладывают через100 м, перпендикулярнонаправлению ветра, преобладающего в период вегетации. Аэрозольные генераторы на поливных трубопроводах размещают через 50м.

Информация о скорости, направлении приземного ветра, температуре и влажности приземного слоя воздуха и почвы в режиме реального времени поступает на компьютер центрального узла 9, который по результатамеё анализа выбирает рабочую программу. Так, например, при достаточной влажности почвы и превышении дневной температуры более 25⁰С с влажностью воздуха менее 50% центральный узел 9 включает программу понижения температуры приземного слоя воздух и увеличения его влажности. В соответствии с этой программой включается энергетическая установка 3, которая обеспечивает энергопитание всей оросительной системы. В зависимостиот скорости приземного ветра центральный узел 9 с помощью управляющего контроллера и привода 29 устанавливает положение корпуса 12 в вертикальной плоскости. Чем больше скорость приземного ветра, темменьшеугол относительно поверхности поля.

Направление приземного ветра учитывается поворотом корпуса 12 в горизонтальной плоскости с помощью управляемого контроллером привода 30. После установки аэрозольных генераторов 11 в рабочее положение компьютер центрального узла 9 даёт команду на включение насоса 4 для подачи воды в трубопроводы 6 и 7 с последующим включением насосов 20 высокого давления. Контроллер открывает электромагнитный клапан 21, и вода по шлангу 19 и трубке 15 поступает в форсунки 16 высокой дисперсности(размер капель 50-70мк). Одновременно включается электродвигатель 13, и смонтированный на нём вентилятор 14 направляет поток воздуха на воду, распыляемую форсунками 16, при этом на высоту более 10 м выбрасывается факел аэрозоля с каплями воды 70 – 100мк. Скорость оседания таких капель составляет 0,12м/с. Таким образом, до поверхности земли эти капли будут оседать в течение 1,5-2 мин,поэтому большая часть их испарится, повышая влажность воздуха и понижая его температуру. Для увеличения относительной влажности воздуха над участком с 50% до 70 % необходимо распылить порядка 4,6 м³ воды. В процессе испарения воды одновременно с повышением влажности воздуха будет понижаться его температура на 6-8⁰С. При снижении температуры до 22 – 25⁰Сподача воды по команде компьютера прекращается.

В зависимости от конкретных условий микроклимата поля задаётся режим работы генераторов аэрозоля 11, например, одновременная работавсех генераторов, установленных на одном трубопроводе 7, с последующим их отключением и включением генераторов, установленных на следующем поливном трубопроводе 7. Порядок включения генераторов 11 изменяется также с учётом направления приземного ветра. Если оно совпадаетс направлением расположения поливных трубопроводов, то краевые аппаратыс подветренной стороны в работу не включают, предотвращая снос аэрозоля за пределы участка. Система дистанционного управления каждым отдельным генератором создаёт возможность наиболее рационального регулирования фитоклимата на поле путём применения различных схем включения генераторов аэрозоля.

При понижении влажности основного корнеобитаемого слоя почвы (20-25см) менее 60% НВ компьютер центрального узла 9 включает программу проведения увлажнительного полива. Увлажнительный полив проводятпреимущественно в период с 20 часов вечера до 10 часов утра, когданаблюдается минимальное испарение. Для его проведения подается сигнал на открытие клапана 24 и подачу воды из трубопровода 7 по шлангу 23 и трубопроводу 17 к форсункам 18. При этом корпус 12 устанавливают с помощью привода 29 под углом 10-15⁰ к горизонтальной плоскости. Привод 30 работает в режиме возвратно-поступательного движения по сектору 180⁰в горизонтальной плоскости. Поливпроводят циклами при одновременном включениигенераторов 11 на одном трубопроводе 7 на 20-30мин. После их отключения включаютсягенераторы 11следующего трубопровода 7. После завершения полива в одном направлении на всехтрубопроводах 7 корпус 12 разворачивают на 180⁰ в вертикальной плоскости и полив проводят в режиме возвратно- поступательного движения с противоположенной стороны трубопроводов 7. Размер капель, подаваемых из форсунок 18, составляет 100-300 мк. Скорость падения таких капель порядка 0,18м/с при высоте разбрызгивания 2-3м, поэтому большая часть капель осядет на почву и поверхность листьев с последующим стеканием на её поверхность. Чередование рабочих циклов с подачей воды по секторуобеспечит увлажнение почвы без образования поверхностного стока. Полив продолжается до достижения заданного программой уровня влажности почвы, после чего компьютер центрального узла 9 дает команду на прекращение полива.

Во время длительной воздушной засухи с образованием восходящего потока воздуха, создающего угрозу иссушения почвы и перехода воздушной засухи в почвенную засуху, генераторы 11включают в рабочий режим, который сочетает одновременноекрупнодисперсное увлажнение почвы и мелкодисперсное увлажнение воздуха на высоту до 2 м. При этом увлажнение почвы обеспечит снижение её температуры и температуры приземного слоя воздуха и прекратит формирование восходящего потока нагретого воздуха.

Во ВНИИГиМ им. А.Н.Костякова также разработана технология и технические средства мелкодисперсного дождевания, а также схема модульного участка.

При суховеях с 11 часов до 17 часов дня выполняют увлажнение приземного слоя воздуха разбрызгиванием воды с каплями диаметром около 100-500мкм микродождевателями. Увлажнение листьев сельскохозяйственных культур и приземного слоя воздуха производят распылом оросительной воды с часовыми интервалами. В зависимости от фазы вегетации растений количество воды необходимое для увлажнения листьев растений изменяется от 200 до 600 л/га. Высота установки микродождевателя также зависит от фазы развития растения и может изменяться от 1 до 3 метров. Для этого микродождеватели устанавливают на телескопические штанги, позволяющие по мере роста растений увеличивать их высоту расположения.

Система включает водоисточник, насосную станцию с фильтрами и оросительную сеть в виде поливных трубопроводов с капельницами. Система снабжена дополнительным водораспределительным трубопроводом с телескопическими стойками, на которых размещены микродождеватели. Каждый микродождеватель соединен гибким шлангом с дополнительным водораспределительным трубопроводом. Микродождеватели используются для многократного периодического увлажнения растений, что обеспечивает улучшение микроклимата при критических условиях.

Таким образом, применение аэрозольного орошения на базе инновационных технологий позволяет активно влиять на микроклимат поля, создавая условия для борьбы с температурным стрессом растений на фоне оптимальной влажности почвы.

Система капельного орошения может быть использована для орошения овощных культур, ягодников, карликовых и кустарниковых насаждений плодово-ягодного назначения, в теплицах, лесных питомниках, цветоводческих хозяйствах и др. местах использования.Предназначается для направленного регулирования параметров микро и фитоклимата растений с целью повышения урожайности и устойчивости растений к болезням.

Технический результат достигается тем, что в системе капельного орошения, включающей водоисточник, насосную станцию с фильтрами и оросительную сеть в виде поливных трубопроводов с капельницами, причем по крайней мере один поливной трубопровод с капельницами снабжен насадками для мелкодисперсного распыла воды, а также растворенных в ней макро- и микроэлементов.

Насадки размещены на телескопических штангах с возможностью изменения положения по высоте на уровне почвы.Каждая насадка с поливным трубопроводом соединена посредством рукава и тройника и имеет диффузор, выполненный единой деталью с корпусом, мембрану из упругоэластичногоматериала, регулировочный винт с иглой на конце и гайку с ребром жесткости, соединенную с корпусом, при этом мембрана смонтирована на игле регулировочного винта с возможностью сопряжения с конической полостью диффузора.

Рисунок 13 – Система комбинированного орошения

Шаг размещения насадок на поливном трубопроводе в 3÷4 раза больше предельного радиуса распыла воды насадкой.

Угол раствора конической полости диффузора может быть выполнен меньше 90°. Угол раствора конической полости диффузора может быть выполнен больше 90°, но меньше 180°. Диаметр мембраны в 1,05÷1,15 раз больше диаметра диффузора.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена в аксонометрическом изображении система капельного орошения.

На фиг.2 — размещение насадки на телескопической штанге для мелкодисперсного распыла растворенных в воде средств защиты растений при обработке высокостебельных культур, в т.ч. и растений, возделываемых на шпалере.

На фиг.3 показано размещение насадки для мелкодисперсного распыла растворенных в воде микроэлементов и удобрений при обработке ягодных, овощных и др. культур.

На фиг.4 изображено на виде в плане положение гибких поливных трубопроводов с капельницами и насадок на гибких поливных трубопроводах с телескопическими штангами для мелкодисперсного распыла фунгицидов, гербицидов при возделывании овощных культур.

На фиг.5 представлен диаметральный разрез насадки для мелкодисперсного распыла растворенных в воде фунгицидов с углом раствора λ2 диффузора больше 90°, но меньше 180° в рабочем положении мембраны.

На фиг.6 изображено диаметральное сечение насадки для мелкодисперсного распыла воды в виде тумана для изменения микроклимата с углом раствора λ1 диффузора меньше 90° (мембрана перед приведением в рабочее состояние).

На фиг.7 графиками показана производительность капельниц моделей Гидролайт 16/8/0,52(а) и Гидролайт 16/8/0,85(б) в заявленной системе капельного орошения.

На фиг.8 графиками изображена производительность капельниц моделей АКВА ПС с триггерами в полости гибких поливных трубопроводов с компенсацией потери давления воды по длине трубопровода при установке трубопроводов с расходом воды через каждый водовыпуск 1,35; 1,75; 2,35 и 3,75 л/ч.

На фиг.9 графиками изображена производительность капельниц моделей АКВА ГОЛ в полости гибких поливных трубопроводов без компенсации потери давления воды по длине трубопроводов при установке трубопроводов с расходом воды через каждый водовыпуск 1,1; 1,8; 2,2 и 4,1 л/ч.

На фиг.10 графиками изображена характеристика насадки для мелкодисперсного распыла воды с углом раствора λ2 конической полости диффузора больше 90° при увеличении давления, изменения диаметра капель, дальности полета струй и расхода воды.

Система капельного орошения включает водоисточник 1, насосную станцию 2, фильтры 3, 4 и 5, оросительную сеть 6 в виде распределительных трубопроводов 7, регуляторов давления 8, поливных трубопроводов 9 с капельницами 10 (см. фиг.1).

В качестве водоисточника 1 может служить или открытый водоем, или скважина с дебетом воды, достаточной для обслуживания всей системы капельного орошения.

Фильтр 3 выполнен в виде гидроциклона для удаления взвесей, растительного и минерального сора. Фильтр 4 выполнен песчано-гравийным для удаления иловатых примесей или глинистых включений из артезианских колодцев. Фильтр 5 выполнен сетчатым для удаления микроорганизмов и сора с размерами частичек менее 0,1 мм.

В напорную сеть после фильтра 3 гидравлически соединен гидроподкормщик 11 для приготовления маточного раствора из легкорастворимых минеральных удобрений и подачи в систему фильтра 4 для отделения шлама (не растворившийся в воде остаток).

По крайней мере хотя бы один поливной трубопровод 9 с капельницами 10 снабжен для мелкодисперсного распыла растворенных в воде макро- и микроэлементов минерального питания, гербицидов, фунгицидов и кислот насадками 12. Насадки 12 (см. фиг.2 и 3) размещены на телескопических штангах 13 с возможностью изменения положения насадок 12 по высоте над уровнем почвы. Каждая насадка 12 с поливным трубопроводом 9 соединена посредством рукава 14 и тройника 15. Рукав 14 закреплен на телескопической штанге 13 средствами крепления 16. При поливе короткостебельных сельскохозяйственных культур рукав 14 с насадкой 12 на поливном трубопроводе зафиксированы скобой 17 (см. фиг.3). Поливные трубопроводы 9 соединены с распределительным трубопроводом 7 ниппелями, вваренными в трубопровод 7 с шагом t (см. фиг.4). Величина шага t установлена из схемы размещения сельскохозяйственных культур на орошаемом поле (t=0,7; 1,1; 1,4 м и др.).

Шаг «а» распределения капельниц 10 по длине поливного трубопровода 9 установлен с учетом плотности растений на единицу орошаемой площади. Расстояние между водовыпусками капельниц 10 в поливном трубопроводе 9 — 0,1; 0,2; 0,3; 0,41; 0,61 м и др.

Шаг T1 размещения насадок 12 на поливном трубопроводе 9 в 3÷4 раза больше предельного радиуса распыла воды насадкой 12. Насадки 12 на поливном трубопроводе 9 размещены таким образом, чтобы зона перекрытия между смежными границами была минимальной (см. фиг.4).

Первые капельницы 10 на поливных трубопроводах смещены от распределительного трубопровода 7 на удаление «в». Насадками 12 увлажняется вся поверхность при создании микроклимата и санации почвы в верхнем слое при удалении патогенов. Каждая капельница 10 увлажняет зону, только занятую корневой системой растений, и при больших шагах посадки эти зоны увлажнения не смыкаются (см. фиг.4).

Каждая насадка 12 (см. фиг.5 и 6) имеет диффузор 18, мембрану 19, регулировочный винт 20 с иглой 21 на конце, гайку 22, ребро жесткости 23 и корпус 24. Корпус 24 и диффузор 18 выполнены единой деталью либо из стального трубопровода методом прокатки (развальцовки), либо из пластических масс. Регулировочный винт 20 из пластической массы на закругленном конце имеет армированную в нем иглу 21 с заострением на конце. Гайка 22 посредством ребра жесткости 23 сопряжена с тыльной конической поверхностью диффузора 18. Угол раствора λ2 конуса диффузора 18 для нанесения растворенных в воде микро- и макроэлементов для некорневой подкормки, фунгицидов для борьбы с сельскохозяйственными вредителями, гербицидов для подавления сорной растительности выполнен больше 90°, но меньше 180° (см. фиг.5). Для создания микроклимата капли воды должны иметь тонкий распыл и должны оседать на листостебельную массу в виде тумана.

По этой причине угол раствора λ2 конуса диффузора 18 выполнен меньше 90°. Корпус 24, диффузор 18, ребро жесткости 23 и гайка 22 образуют неразъемный или сварной, или литой узел. Мембрана 19 выполнена из упругоэластичного материала. Мембрана 19 имеет форму диска. В центре мембраны 19 выполнено отверстие под диаметр иглы 21. Диаметр мембраны 19 выполнен в 1,05÷1,15 раз больше диаметра большого основания конуса диффузора 18. Игла 21 исключает смещение мембраны 19 относительно диффузора 18. Закругленной вершиной винта 20 мембрана 19 сопряжена с корпусом 24 с возможностью смещения в полость диффузора 18.

В поджатом положении мембрана 19 в диффузоре 18 выполняет двойную функцию: в качестве редукционного клапана, работающего при давлении свыше 0,2 МПа; в качестве распылителя воды при пропускании жидкости между диффузором 18 и мембраной 19. Корпус 24 насадки 12 вдевают рукав 14 (см. фиг.6) и фиксируют хомутом 25.

Система капельного орошения работает следующим образом.

Воду для орошения насосной станцией 2 из открытого водоисточника 1 под давлением последовательно подают в фильтры 3, 4 и 5. Из воды удаляют растительный и минеральный сор и взвеси. Очищенная вода поступает в оросительную сеть 6 и через регуляторы давления 8 в распределительные трубопроводы 7, а через ниппели в нем — в поливные трубопроводы 9. При установлении рабочего давления до 0,1 МПа в работу вступают капельницы 10. На фиг.7 графиками показан расход воды в л/ч капельницами 10 моделей Гидролайт 16 мм÷8 мм завода «Аква вита» (Украина) моделей 16/8/0,52 (график б) и 16/8/0,85 (график а).

На фиг.8 представлена характеристика поливного трубопровода с водовыпусками с расходами поливной воды 3,75 л/ч (график а), 2,35 л/ч (график б), 1,75 л/ч (график в) и 1,35 л/ч (график г) с компенсацией потери давления воды по длине поливного трубопровода 9. На фиг.9 приведена характеристика расхода капельниц 10 в поливных трубопроводах 9 с некомпенсированными потерями давлений воды по длине трубопровода при расходах 4,1 л/ч (график а), 2,2 л/ч (график б), 1,8 л/ч (график в) и 1,1 л/ч (график г).

Тот или иной тип водовыпусков потребители приобретают с учетом рельефа местности и особенностей возделываемой культуры под системой капельного орошения.

При давлении до 0,2 МПа указанными капельницами в течение 4 часов выливается до 4 м³ на 0,01 га.

Для внекорневой и корневой подкормок сельскохозяйственных растений в емкость гидроподкормщика 11 засыпается (для ЖКУ заливается) расчетное количество удобрений. Создается в емкости гидроподкормщика 11 маточный раствор. Маточный раствор минеральных удобрений вводят в гравийно-песчаный фильтр 4. После очистки от шлама вместе с поливной водой растворенные удобрения через регулятор давления 8 поступают в распределительный и поливной трубопроводы 7 и 9. При давлении оросительной воды в поливных трубопроводах до 0,2 МПа удобрения в корневую систему растений вносятся только через капельницы 10.

Для внекорневой подкормки сельскохозяйственных растений регулятором давления 8 поднимают давление в сети 6 до 0,4÷0,6 МПа. В этом случае в работу вступают насадки 12. При повышении давления оросительной воды заостренным концом иглы 21 (см. фиг.5 и 6) поток воды направляется на мембрану 19. За счет создавшегося напора вода, преодолевая сопротивление мембраны 19 по поверхности диффузора 18, устремляется наружу. На выходе из диффузора 18 поток воды в виде тонкой конической поверхности выбрасывается с большой скоростью и, встретившись с воздухом, разбивается в виде мелкодисперсных водяных шариков. Микрокапельки воды с растворенными удобрениями оседают на листья и стебли растений. Одновременно с нанесением микро- и макроудобрений на растения снижается температура приземного воздуха и повышается влажность воздуха. Этим изменяется микроклимат окружающей среды и создаются комфортные условия для произрастания растений.

Защиту растений от болезней и сельскохозяйственных вредителей производят аналогичным образом, засыпав в емкость гидроподкормщика заданное количество препарата.

Таким образом, описанная система капельного орошения обеспечивает оптимальные условия роста растений и получение гарантированного урожая при капельном орошении.

Для повышения эффективности использования поливной воды, расширения диапазона зависимости изменения подачи поливной воды от ее давления в оросительной системе предлагается насадка системы комбинированного орошения овощных культур.

Распылительная насадка системы комбинированного орошения для возделывания овощных культур, включает насосную станцию с фильтром, оросительную сеть в виде поливных трубопроводов с капельницами и распылительными насадками для мелкодисперсного дождевания, содержащими конический диффузор и сопряженную с ним упруго эластичную мембрану. Упруго эластичная мембрана выполнена переменной толщины, уменьшающейся от центра к краям в соответствии с зависимостью:

где h — толщина мембраны на расстоянии r от её центра, мм;

h₀ — толщина мембраны в центральной части, мм;

a – численный параметр;

R – радиус окружности мембраны, мм;

r – расстояние до центра мембраны, мм,

при этом мембрана снабжена радиально ориентированными ребрами, расположенными на её верхней поверхности, а распылительные насадки подключены к насосной станции посредством отдельного регулятора давления.

На рисунке 14 представлена принципиальная гидравлическая схема системы комбинированного орошения; на рисунке 15 – относительное расположение распылительных насадок и капельниц системы комбинированного орошения; на рисунке 16 — продольное сечение распылительной насадки; на рисунке 17 – узел Б, на рисунке 18 – вид А рисунка 16, на рисунке 19 – гидравлические характеристики распылительной насадки.

5

5

1

20

19

18

17

16

15

13

12

14

11

8

7

9

6

6

Рисунок 14– Принципиальная гидравлическая схема

системы комбинированного орошения

Н

Рисунок 15–Относительное расположение распылительных насадок и капельницсистемы комбинированного орошения

Система комбинированного орошения для возделывания преимущественно овощных культур, включающей оросительную сеть в виде поливных трубопроводов 1-4 с капельницами 5 и трубопроводов 19 с распылительными насадками 6 для мелкодисперсного дождевания. Трубопроводы 1-4 и 19 подсоединены посредством вентилей 20 и 18, распределительных трубопроводов 17 и регуляторов давления 14 и 15 посредством вентилей 13 к насосной станции (рисунок 13),включающей водозаборное устройство 7, насос 8 с фильтром 9 и манометром 10, которыйсвязан и со смесителем 12, подключенным к блоку 11 подготовки маточного раствора.

27

Рисунок 16 — Продольное сечение распылительной насадки

Каждая из распылительных насадок 6 (рисунок 15) содержит патрубок 23 с коническим диффузором 21 и сопряженную с ним упругоэластичную мембрану 22, поджатую винтом 26, на конце которого выполнен конус с проточкой для удержания мембраны 22. Винт 26 с возможностью продольного перемещения по резьбе помещен в гайке 25, закреплённой на диффузоре 21 посредством боковых ребер 27. Мембрана 22 выполнена в виде плоской окружности радиуса R (рис.1.10), и снабжена радиально ориентированными ребрами 24, расположенными на её верхней поверхности. Толщина h упругоэластичной мембраны 22 выполнена переменной в радиальном направлении мембраны, и уменьшающейся от центра к краям в соответствии с зависимостью:

где h — толщина мембраны на расстоянии r от её центра, мм;

h₀— толщина мембраны в центральной части, мм;

a – численный параметр;

R – радиус окружности мембраны, мм;

r – расстояние до центра мембраны, мм.

Рисунок 17 – Вид Б рисунка 1.8

При подготовке системы комбинированного орошения поливные трубопроводы 1-4 с капельницами 5 раскладывают симметрично относительно оси рядков растений на расстоянии b, равном расчетному радиусумелкодисперсного дождевания посредством распылительных насадок 6 (рисунок 16). Расстояние Н между распылительными насадками 6 выбирают из условия смыкания радиусов мелкодисперсного дождевания.

Работа распылительных насадок системы комбинированного орошения осуществляется следующим образом.

Рисунок 18 – Вид А рисунка 1.8

Рисунок 19 – Гидравлические характеристики распылителя

Оросительная вода посредством водозаборного устройства 7 (рисунок 13), насоса 8 через фильтр 9 и смеситель 12 поступает в распределительные сети капельного и мелкодисперсного орошения через вентили 13 и регуляторы давления 15,14 для капельного и мелкодисперсного орошения соответственно. В общем случае, в зависимости от гидравлических характеристик капельниц 5 и распылительных насадок 6, регуляторы давления 14 и 15 по отдельности настраивают на различныедавления – 0,2…0,3 МПа для капельниц 5 и 0,5…0,7 Мпа для распылительных насадок 6. Давление в магистралях контролируется посредством манометров 10 и 16.

Из распределительной сети 17 через вентиль 18 вода поступает в участковые трубопроводы 19 с распылительными насадками 6. Из распределительной сети через вентиль 20 вода поступает в участковые трубопроводы 1 — 4 с капельницами 5 (рисунок 1.7). Совместная работа капельниц 5 и оросительных насадок 6 формируют оптимальные зоны увлажнения и фитоклимат растений, преимущественно овощных культур и корнеплодов, высаживаемых в рядках между капельницами 5.

Для обеспечения мелкодисперсного дождевания посредством распылительных насадок 6 оросительная вода под давлением 0,5…0,7 Мпа через патрубок 23 поступает в тонкий конический зазор между диффузором 21 и упругоэластичной мембраной 22. Величина зазора регулируется винтом 26 для обеспечения требуемого размера мелкодисперсных водяных капель, образующихся при столкновении потока воду с окружающим воздухом. Гидравлические характеристики распылительных насадок 6 (зависимость расхода воды и дальности водяной струи от давления в распределительной сети 17 мелкодисперсного дождевания), представленные на рис. 6, позволяют выбрать требуемые параметры мелкодисперсного дождевания. Повышенная податливость более тонкой мембраны 22 у её края обеспечивает мелкодисперсное дождевание при малых давлениях воды, а наличие радиально ориентированных ребер 24 корректирует расходную характеристику распылительной насадки 6 при высоких давлениях воды, расширяя диапазон регулирования расхода.

При необходимости осуществления фертигации (распыления растворенных в поливной воде макро- и микроэлементов, гербицидов и других веществ) в блоке 11 готовят маточный раствор, который посредством смесителя 12 подают в оросительную распределительную сеть 17.

За счет выполнения распылительных насадок системы комбинированного орошения с коническим диффузором и сопряженной с ним упругоэластичной мембраной, выполненной с переменной толщиной, уменьшающейся от центра к краям в соответствии с предложенной математической зависимостью, а также снабжением мембраны радиально ориентированными ребрами, расположенными на её верхней поверхности, достигается заявленный технический результат — расширение диапазона зависимости изменения подачи поливной воды от ее давления.

Цель полезной модели Горобея В.П. является расширение технологических возможностей мелкодисперсного пневмогидравлического увлажнителя по качеству распыления оросительной воды, сокращает расход влаги на суммарное водопотребление, а также обеспечивает оперативное регулирование размеров капель искусственного дождя, повышение эксплуатационной надежности и сокращение энергозатрат.

Приведено схематическое изображение мелкодисперсного пневмогидравлического увлажнителя: на фиг. 1 — вид сбоку. Мелкодисперсный пневмогидравлический увлажнитель содержит корпус 1 с крестообразно выполненными каналами. Вдоль оси 2 корпуса выполнен центральный канал, соединенный с противоположных концов с каналом подачи воды 3 штуцера 4 через камеру 5 и каналом подачи воздуха 6 штуцера 7 через камеру 8. Посредине центрального канала размещена камера смешения 9, соединенная с разгрузочным каналом, проходящим вдоль оси 10 перпендикулярно центральному каналу. Части центрального канала, контактирующие с камерой смешения, имеютконусообразные сужения, в которых созданы регулируемые кольцевые щели для подачи воды 11 и подачи воздуха 12. Щель подачи воды регулируют по резьбе 13 дроссельным устройством, состоящим из винта 14 со штоком 15 и конусообразным наконечником 16 с направителем 17. Положение дроссельного винта регулирования подачи воды фиксируют контргайкой 18. Щель подачи воздуха регулируется по резьбе 19 дроссельным устройством, состоящим из винта 20 со штоком 21 и конусообразным наконечником 22. Положение дроссельного винта регулирования подачи воздуха фиксируют контргайкой 23.

Разгрузочный канал корпуса с одного торца снабжен выходным соплом 24,включающим входной конус 25, заходное цилиндрическое сужение 26, переходящее в канал 27 с двухзаходным винтовым углублением 28 и выходным конусом 29.

По резьбе 30 выходное сопло ввинчивают в корпус и фиксируют контргайкой 31. На противоположной стороне выходному соплу разгрузочного канала по резьбе 32 в корпус ввинчена гайка 33, в отверстии которой по резьбе 34 установлен регулировочный винт 35 с контргайкой 36 положения диспергатора 37, выполненного из мелкоячеистой сетки цилиндрической формы диаметром, меньшим диаметра разгрузочного канала, с отверстиями 38 и 39 напротив кольцевых щелей подачи воды и воздуха и направленноготорцом зонтикообразной формы 40 во входной конус выходного сопла.

Мелкодисперсный пневмогидравлический увлажнитель работает следующим образом.

Поток воды под давлением поступает по каналу 3 штуцера 4, ввинченного в корпус 1 в полость 5. Из полости вода поступает вдоль штока 15 в кольцеобразную щель 11, образованную между конусообразным наконечником 16 и конусообразным сужением канала на его входе в камеру смешения 9.Поток воды в конусообразной кольцевой щели приобретает трубчатую пленочную форму, которая взаимодействует с направителем 17 и формирует полый веер в виде конусообразной воронки, который направляется через отверстие 38 в диспергатор 37 камеры смешения 9. Толщину пленки воды устанавливают по резьбе 13 дроссельным устройством, состоящим из винта 14 со штоком 15 и конусообразным наконечником 16 с направителем 17 и фиксируют контрагайкой 18. Поток воздуха поступает аналогично по каналу 6 штуцера 7 в полость 8 откуда поступает вдоль штока 21 в кольцеобразную щель 12, образованную между конусообразным наконечником 22 и конусообразным сужением канала на входе в камеру смешения. Кольцевую щель 12 подачи воздуха регулируют по резьбе 19 дроссельным устройством состоящим из винта 20 со штоком 19 и конусообразным наконечником 22, положение дроссельного винта регулирования подачи воздуха фиксируют контрагайкой 23. Из кольцевой щели воздух направляется через отверстие 39 в диспергатор 37 камеры смешения 9 и распределяясь по вееру потока воды движущемуся навстречу разрушает его в диспергаторе 37. Образованная водо-воздушная смесь поджимается к торцу зонтикообразной формы 38 диспергатора 37 и направляется сначала во входной конус 25, переходящий в заходное цилиндрическое сужение 26 выходного сопла 24, ускоряется и попадает в канал 27 с двухзаходным винтовым по спирали углублением 28, где частично завихряется и поступает в выходной конус,дополнительно диспергируясь при перепаде давления. Функцию дефлектора выполняетокружающая среда — воздух — по принципу струйных аппаратов. Положение диспергатора регулируют винтом 35 с фиксацией положения контрагайкой 36. Расстояние от выходной части 40 диспергатора 37 до входного конуса 25 выходного сопла 24 и объем камеры смешения 9 регулируют ввинчиванием выходного сопла 24 по резьбе 30 и фиксацией положения контрагайкой 31. При нагнетании воды и воздуха под давлением степень регулирования распыления жидкости осуществлена при изменении величины конусообразных кольцевых зазоров для подачи воды 11 и подачи воздуха 12 соосно каналу центральной оси 2, диспергаторе 37, камере смешения 9 и выходном сопле 24. Повышение однородности смешивания водо-воздушной смеси осуществлено также за счет регулирования положения диспергатора 37, выполненного из мелкоячеистой сетки в камере смешения 9 и выходного сопла 24, содержащего входной конус 25, заходное цилиндрическое сужение 26, канал с двухзаходным винтообразным углублением 28 и выходной конус 29. При распылении воды использование винтообразного спирального завихрителя в канале выходного сопла незначительно увеличивает гидравлическое сопротивление устройства, длина образующегося жидкостно-воздушного факела увеличена с уменьшением поверхностного натяжения и вязкости жидкости.

С увеличением поверхностного натяжения и вязкости возрастает диаметр образующихся при распаде струй капель.

Система капельного орошения содержит элементыводоснабжения, напорообразующий узел,оросительный резервуар (2), оборудованныйузлом поддержания уровня оросительной воды(1), оросительную сеть в виде поливныхтрубопроводов (6) с капельницами (7). Системадополнительно снабжена поливным и напорным (15) трубопроводами. Корпус капельниц (7)выполнен из упругого материала, внутрикоторого проходит часть поливноготрубопровода (6), выполненная из упруго — пластичного материала, образуя междувнутренними стенками корпуса капельницы ивокруг упруго-пластичного проточного элемента(8)камеру противодавления (10). Упруго-пластичный проточный элемент (8) одним концомсоединен с поливным трубопроводом (6), адругим — с оросителем (9). Камерапротиводавления (10) посредством тройников(11, 14) соединена с заливочным (12) и напорным(15) трубопроводами. В головной частизаливочный трубопровод (12) через запорныйэлемент (13) соединен с магистральныморосительным трубопроводом (3).Обеспечивается повышение урожайностисельскохозяйственных культур приодновременном снижении трудозатрат при возделывании их на орошаемых землях за счетобеспечения требуемого водного, воздушного и питательного режимов почвы.

2.3 Ярусная система капельного орошения

Ярусная система капельного орошениявключает водозаборный узел, напоробразующийузел, магистральный трубопровод свдольуклоновым расположением, блок водоподготовки, агрохимический узел икапельную оросительную сеть. Орошаемыеучастки на склоновых землях расположены в видеярусов. Уклон ярусов уменьшается от верхних ярусов к нижним. Конструкция оросительной сети каждого яруса включает необходимое для проведения капельных поливов оборудование и межъярусные трубопроводы. Параметры оборудования отличаются от яруса к ярусу и соответствуют топографическим условиям каждого яруса. Межъярусные трубопроводы соединяют соседние ярусы и позволяют использовать подготовленную в блоке водоподготовки и агрохимическом узле одного яруса оросительную воду или раствор для орошения растений на другом ярусе.

Обеспечивается равномерный капельный полив на разноуклонных склоновых участках. Повышается надежность и эффективность оросительной системы.

Ярусная система капельного орошения включает следующие элементы (фиг. 1):источник орошения 1, водозаборный узел 2, напороповышающее устройство 3, магистральный трубопровод 4, узел водораспределения первого яруса 5, узел водораспределения второго яруса 6, распределители первого порядка 7, блок водоподготовки 8, агрохимический узел 9, межъярусный водораспределительный узел10, поливной водораспределительный узел 11, распределитель второго порядка 12, капельный ороситель 13, капельная линия 14, капельница 15, межъярусный трубопровод 16, верхний ярус оросительной сети 17, нижний ярус оросительной сети 18. Ярусная система капельного орошения работает следующим образом. Оросительная вода изымается из источника орошения 1 с помощью водозаборного узла 2 и подается в напороповышающее устройство 3, из которого по магистральному трубопроводу 4 с вдоль уклоновымтрассированием подается к узлам водораспределения

Из соответствующих узлов водораспределения по распределителям первого порядка 7 оросительная вода подается в блок водоподготовки 8, где производится ее очистка до требуемого уровня, и далее в агрохимический узел 9, в котором при необходимости производится приготовление технологических растворов, из которых оросительная вода или раствор подается в оросительную сетьсоответствующего яруса, включающую водораспределительные узлы 10, поливные водораспределительные узлы 11, распределители второго порядка 12, капельные оросители 13, капельные линии 14 и капельницы 15. Ярусная система капельного орошения предусматривает наличие межъярусного трубопровода 16, который соединяет распределители второго порядка 12 верхнего яруса 17 и нижнего яруса 18 и позволяет при необходимости и возможности использовать подготовленные в блоке водоподготовки и агрохимическом узле одного яруса оросительную воду или раствор для орошения растений на другом ярусе. Управление работой межъярусного трубопровода 16 производится межъярусными водораспределителями.

2.4 Оросительная сеть для регулирования фитоклимата поля

Оросительная система включает водоисточник, энергетическую установку (ЭУ), насос, распределительный трубопровод и подключенные к нему поливные трубопроводы (ПТ) с мелкодисперсными распылителями. Распылители выполнены в виде генераторов аэрозоля (ГА), каждый из которых оборудован системой дистанционного управления и состоит из корпуса с установленным в нем электродвигателем с вентилятором, двух групп форсунок. Первая группа подключена через клапан, снабженный управляющим контроллером (УК), к ПТ. Вторая группа — к насосу высокого давления. Насос подключен к ПТ через аналогичный клапан. Корпус ГА оборудован механизмами поворота в вертикальной и горизонтальной плоскостях на 180°, снабженными электроприводами с УК. Электрооборудование ГА подключено к кабелю, проложенному вдоль ПТ от ЭУ. УК объединены беспроводной связью с центральным компьютером, получающим информацию в режиме реального времени от автоматизированного измерительного комплекса, включающего датчики влажности и температуры почвы и приземного слоя воздуха, а также скорости и направления движения приземного ветра. Технический результат — предотвращение ущерба от засухи.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и найдет применение при борьбе с воздушной засухой, засухой, суховеями, а также для регулирования микроклимата в посевах сельскохозяйственных культур.

Сущность проблемы состоит в том, что в условиях зоны недостаточного увлажнения почти ежегодно наблюдается воздушная засуха, характеризующаяся температурой воздуха более 25°С и его низкой влажностью (менее 30%). Даже при достаточной влажности почвы растения при воздушной засухе страдают из-за температурного стресса. Часто воздушная засуха совпадает с периодом цветения зерновых и резко снижает урожайность из-за пустозерности, когда часть зерен в колосьях не завязывается. Если воздушная засуха приходится на период налива зерна, то потери урожая вызываются неполнотой налива — щуплостью зерна. Продолжительная воздушная засуха переходит в засуху, при которой растения испытывают недостаток и в почвенной влаге. Во время засухи при температуре воздуха 35-40°С поверхность почвы может нагреваться до 70°С. Это вызывает формирование интенсивного восходящего потока воздуха, выносящего частички почвы с образованием пыльного тумана. Такая засуха может уничтожить урожай полностью.

Одним из современных способов борьбы с воздушной засухой является мелкодисперсное дождевание. Экспериментально установлено, что мелкодисперсное дождевание посевов нормами 1,5-2 м³/га во время воздушной засухи позволяет значительно снизить ущерб. Периодическое опрыскивание в наиболее жаркое время суток, когда температура воздуха превышает 25°С, позволяет снизить влияние температурного стресса на растения и повысить урожайность на 20%.

Известен способ регулирования фитоклимата на поле, включающий полив и периодическое опрыскивание растений при превышении температуры воздуха 25°С, реализуемый дождевальной машиной ДДА-100 м и смонтированной на ней мобильной установкой мелкодисперсного дождевания, включающей насос и подключенный к нему трубопровод с мелкодисперсными распылителями, закрепленный на ферме дождевальной машины (Патент РФ №2172583, МКИ A01G 25/09, БИ №24, 2001 г.).

Недостатками данного способа и установки являются недостаточная эффективность при борьбе с засухой, непроизводительные затраты воды на заполнение и поддержание уровня воды в распределительной сети, а также большие затраты горючего на проведение опрыскивания.

Известен способ регулирования фитоклимата поля, включающий капельное орошение участка и опрыскивание растений из насадок мелкодисперсного дождевания на основе периодических инструментальных определений температуры и влажности приземного слоя воздуха и почвы в слое 1-10 см, скорости и направления приземного ветра с последующим расчетом коэффициентов и сравнением их с оптимальными.

Оросительная система для осуществления этого способа включает водоисточник, энергетическую установку с насосной станцией, водоподводящий трубопровод и подключенные к нему с помощью регулирующей арматуры поливные трубопроводы с водовыпусками капельной подачи воды и поливные трубопроводы с мелкодисперсными распылителями (Патент РФ №2464776, МКИ A01G 25/00, 2011 г.).

Применение этого способа дает возможность производить опрыскивание растений с различной периодичностью и продолжительностью, что позволяет оказывать более значительное влияние на фитоклимат поля. При этом использование капельного орошения обеспечивает значительное сокращение поливной нормы благодаря увлажнению только 25-30% площади поля. Эти способ и оросительная система приняты в качестве прототипа.

Недостатком данного способа является его сложность и трудоемкость из-за необходимости инструментальных замеров показателей приземного слоя воздуха и почвы и последующих расчетов, значительное снижение эффективности мелкодисперсного дождевания и капельного орошения при переходе воздушной засухи в засуху в связи с нагреванием неувлажненной части почвы (70-75%) выше температуры воздуха и образованием устойчивого восходящего потока воздуха с поверхности поля, уносящего распыляемую влагу.

Недостатком оросительной системы является невозможность капельным орошением с ее помощью увлажнить всю площадь поля при засухе, а также невозможность использовать эту систему при возделывании культур сплошного сева из-за густой водопроводящей сети (отдельно для капельного орошениия и мелкодисперсного дождевания).

Устранить указанные недостатки позволяет предлагаемый способ регулирования фитоклимата поля, включающий периодическое мелкодисперсное увлажнение растений с учетом температуры и влажности приземного слоя воздуха и почвы, а также скорости и направления приземного ветра, в котором согласно изобретению над поверхностью поля производят распыление аэрозоля с автоматическим регулированием высоты и направления его подачи, а также размера капель в нем, по результатам мониторинга температуры и влажности приземного слоя воздуха и почвы, скорости и направления приземного ветра в режиме реального времени на основе данных, получаемых от автоматизировнного измерительного комплекса.

Оросительная система, включающая водоисточник, энергетическую установку, насос, распределительный трубопровод и подключенные к нему поливные трубопроводы с мелкодисперсными распылителями, в которой согласно изобретению распылители выполнены в виде генераторов аэрозоля, каждый из которых оборудован системой индивидуального дистанционного управления и состоит из корпуса с установленным в нем электродвигателем с вентилятором, двух групп форсунок, одна из которых подключена через снабженный управляющим контроллером клапан к поливному трубопроводу, а вторая группа — к насосу высокого давления, также подключенному к поливному трубопроводу через снабженный управляющим контроллером клапан, при этом корпус генератора смонтирован на раме и оборудован механизмами поворота в вертикальной и горизонтальной плоскостях на 180°, снабженными электроприводами с управляющими контроллерами, а электрооборудование генератора подключено к кабелю, проложенному вдоль поливного трубопровода от энергетической установки, причем управляющие контроллеры объединены беспроводной связью с компьютером центрального узла, получающего информацию в режиме реального времени от автоматизированного измерительного комплекса, включающего датчики влажности и температуры почвы и приземного слоя воздуха, а также скорости и направления движения приземного ветра.

Новый технический результат состоит в том, что на основе мониторинга в режиме реального времени температуры и влажности почвы и приземного слоя воздуха, а также направления и скорости его передвижения (приземного ветра) осуществляется автоматическое регулирование высоты и направления распыливания аэрозоля, а также его структуры, и позволяет путем дистанционного управления работой каждого отдельного генератора аэрозоля обеспечить поддержание влажности и температуры приземного слоя воздуха и почвы в оптимальных пределах на всей площади поля.

Конструктивное выполнение системы для осуществления предлагаемого способа обеспечивает контролирование в режиме реального времени параметров почвы и приземного слоя воздуха, а также скорости и направления его движения, и позволяет в соответствии с ними дистанционно управлять работой каждого генератора аэрозоля, автоматически регулируя высоту, направление и структуру распыляемого аэрозоля, при этом разреженная сеть трубопроводов позволяет применять эту систему при возделывании культур сплошного сева.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид системы для регулирования фитоклимата поля, на фиг. 2 — общий вид генератора аэрозоля, на фиг. 3 — генератор аэрозоля, вид сверху, на фиг. 4 — генератор аэрозоля в разрезе.

Система располагается на орошаемом участке 1 и включает водоисточник 2, энергетическую установку 3, насос 4, который связан трубопроводом 5 с водоисточником 2. К насосу 4 подключен проложенный вдоль поля транспортирующий трубопровод 6 и отходящие от него по полю поливные трубопроводы 7. Насос 4 подключен кабелем 8 к центральному узлу 9, к которому также подключен кабель 10, проложенный вдоль трубопроводов 6 и 7. На поливных трубопроводах 7 установлены генераторы аэрозоля 11, каждый из которых состоит из корпуса 12 с электродвигателем 13. На валу электродвигателя установлен вентилятор 14, за ним на кольцевой трубке 15 смонтированы форсунки высокой дисперсности 16, а на кольцевой трубке 17 — форсунки низкой дисперсности 18. Трубка 15 присоединена шлангом 19 к насосу 20 высокого давления, который сообщен через управляемый контроллером электромагнитный клапан 21 и шланг 22 с трубопроводом 7. Кольцевая трубка 17 подключена к трубопроводу 7 шлангом 23 через электромагнитный клапан 24 с управляющим контроллером. Корпус генератора аэрозоля 12 с помощью полуосей 25 крепится на стойках 26 подвижной части 27 рамы с возможностью поворота в вертикальной плоскости на 180°. В верхней части стойки 26 установлен электропривод 29 с управляющим контроллером, сопряженный с шестерней 34, установленной на полуоси 25. Подвижная часть 27 рамы сопряжена с неодвижной 28 с помощью подшипников. На неподвижной части 28 рамы закреплены насос 20 высокого давления и размещен привод с управляющим контроллером 30, сопряженный с помощью ременной передачи 31 с подвижной частью 27 рамы. Управляющие контроллеры выполнены на базе компактного встроенного компьютера (например, АКМ). Питание электрооборудования генератора аэрозоля осуществляется от кабеля 10 по проводу 32 через коммутатор 33, установленный на неподвижной части 28 рамы. Управление работой двигателя 13, насоса 20 высокого давления, электромагнитных клапанов 21 и 24, электроприводов 29 и 30 осуществляется с центрального узла 9 (фиг. 1) по беспроводной системе (WiFi, WiHix, 3G/Lte) на основании информации, полученной от автоматизированного измерительного комплекса, включающего датчики температуры и влажности почвы и приземного слоя воздуха, а также скорости и направления приземного ветра.

Пример осуществления рассматриваемого способа регулирования фитоклимата поля с помощью предлагаемой системы:

Среднюю площадь орошаемого участка 1 примем равной 50 га. Размеры поля — 1000×500 м. Систему регулирования фитоклимата на поле размещают с учетом розы ветров. Трубопроводы 7 укладывают через 100 м, перпендикулярно направлению ветра, преобладающего в период вегетации. Аэрозольные генераторы на поливных трубопроводах размещают через 50 м.

Информация о скорости, направлении приземного ветра, температуре и влажности приземного слоя воздуха и почвы в режиме реального времени поступает на компьютер центрального узла 9, который по результатам ее анализа выбирает рабочую программу. Так, например, при достаточной влажности почвы и превышении дневной температуры более 25°С с влажностью воздуха менее 50% центральный узел 9 включает программу понижения температуры приземного слоя воздух и увеличения его влажности. В соответствии с этой программой включается энергетическая установка 3, которая обеспечивает энергопитание всей оросительной системы. В зависимости от скорости приземного ветра центральный узел 9 с помощью управляющего контроллера и привода 29 устанавливает положение корпуса 12 в вертикальной плоскости. Чем больше скорость приземного ветра, тем меньше угол относительно поверхности поля.

Направление приземного ветра учитывается поворотом корпуса 12 в горизонтальной плоскости с помощью управляемого контроллером привода 30. После установки аэрозольных генераторов 11 в рабочее положение компьютер центрального узла 9 дает команду на включение насоса 4 для подачи воды в трубопроводы 6 и 7 с последующим включением насосов 20 высокого давления. Контроллер открывает электромагнитный клапан 21, и вода по шлангу 19 и трубке 15 поступает в форсунки 16 высокой дисперсности (размер капель 50-70 мкм). Одновременно включается электродвигатель 13. Вентилятор 14 подает поток воздуха на распыляемую форсунками 16 воду, выбрасывая факел аэрозоля на высоту до 10 м. Скорость оседания таких капель составляет 0,12 м/с. Таким образом, до поверхности земли эти капли будут оседать в течение 1,5-2 мин, поэтому большая часть их испарится, повышая влажность воздуха и понижая его температуру. Для увеличения влажности воздуха над участком 1 с 50-55% до 70% необходимо распылить порядка 4,6 м³ воды. В процессе испарения воды одновременно с повышением влажности воздуха будет понижаться его температура на 6-8°С. При снижении температуры до 22-25°С, подача воды согласно программе прекращается.

В зависимости от конкретных условий микроклимата поля задается режим работы генераторов аэрозоля 11, например, одновременная работа всех генераторов, установленных на одном трубопроводе 7, с последующим их отключением и включением генераторов, установленных на следующем поливном трубопроводе 7. Порядок включения генераторов 11 изменяется также с учетом направления приземного ветра. Если оно совпадает с направлением расположения поливных трубопроводов, то краевые аппараты с подветренной стороны в работу не включают, предотвращая снос аэрозоля за пределы участка 1. Система дистанционного управления каждым отдельным генератором создает возможность наиболее рационального регулирования фитоклимата на поле путем применения различных схем включения генераторов аэрозоля.

При понижении влажности основного корнеобитаемого слоя почвы (20-25 см) менее 60% НВ компьютер центрального узла 9 включает программу проведения увлажнительного полива. Увлажнительный полив проводят преимущественно в период с 20 часов вечера до 10 часов утра, когда наблюдается минимальное испарение. Для его проведения подается сигнал на открытие клапана 24 и подачу воды из трубопровода 7 по шлангу 23 и трубопроводу 17 к форсункам 18. При этом корпус 12 устанавливают с помощью привода 29 под углом 10-15° к горизонтальной плоскости. Привод 30 работает в режиме возвратно-поступательного движения по сектору 180° в горизонтальной плоскости. Полив проводят циклами при одновременном включении генераторов 11 на одном трубопроводе 7 на 20-30 мин. После их отключения включаются генераторы 11 следующего трубопровода 7. После завершения полива в одном направлении на всех трубопроводах 7 корпус 12 разворачивают на 180° в вертикальной плоскости и полив проводят в режиме возвратно поступательного движения с противоположенной стороны трубопроводов 7. Размер капель, подаваемых из форсунок 18, составляет 100-300 мкм. Скорость падения таких капель порядка 0,18 м/с, при высоте разбрызгивания 2-3 м большая часть капель осядет на почву и поверхность листьев с последующим отеканием на поверхность почвы. Чередование рабочих циклов с подачей воды по сектору обеспечит увлажнение почвы без образования поверхностного стока. Полив продолжается до достижения заданного программой уровня влажности почвы, после чего компьютер центрального узла 9 дает команду на прекращение полива.

Во время длительной воздушной засухи при установлении приборами образования восходящего потока воздуха, создающего угрозу иссушения почвы и перехода воздушной засухи в засуху, генераторы 11 включают в рабочий режим, сочетающий одновременное крупнодисперсное увлажнение почвы и мелкодисперсное увлажнение воздуха на высоту до 2 м. При этом увлажнение почвы обеспечит снижение ее температуры и температуры приземного слоя воздуха и соответственно прекратит формирование восходящего потока нагретого воздуха. Одновременное мелкодисперсное увлажнение воздуха обеспечит снятие возможного температурного стресса у растений.

Реализация предлагаемого способа регулирования фитоклимата поля с помощью, предназначенной для его осуществления оросительной системы обеспечивает автоматическое поддержание благоприятных для растений условий в течение всего вегетационного периода на всей площади поля и позволяет предотвратить ущерб от любых видов засухи, в том числе на посевах культур сплошного сева.

Таким образом, нами на основе патентного поиска проанализированы технические средства комбинированного орошения. В ходе патентного поиска рассмотрено около 200 патентов российских и зарубежных авторов, а также технологические схемы полива, представленные в научной литературе.

Выделены следующие способы орошения: дождевание, спринклерное орошение, мелкодисперсное (аэрозольное) орошение, капельное и комбинированное (капельное+мелкодисперсное). При анализе учтен забор воды из поверхностных, открытых и закрытых источников, условия водоподготовки, степень очистки воды, вопросы фертигации посевов, степень распыления воды и формирование микроклимата Это позволяет нам обосновать направление совершенствования конструктивных и технологических решений.

Следует выделить основные технические решения систем капельного и комбинированного орошения сельскохозяйственных культур. С целью повышения эксплуатационной надежности и упрощения конструктивного решения, необходимо в первую очередь обратить внимание на технологии и технологические параметры ресурсосбережения. В первую очередь это решение вопросов оптимизации технологических параметров орошения, включая одновременное выполнения фертигации (внесение удобрений с поливной водой), а также средств защиты растений. Особо внимание должно быть направлено на агротехнологии возделывания сельскохозяйственных культур, включая основную и предпосевную (предпосадочную) подготовку почвы, а также приемов ее обработки, направленные на снижение потерь поливной воды. Состав и последовательность проведения технологических операций ресурсосберегающего орошения направлено на повышение продуктивности орошаемого гектара. Важно в управление оросительными системами включение автоматизированных технологий управления поливами на основе информационно-управляющих систем с обратной связью, использование ГИС технологий для мониторинга и оптимизации геометрических параметров орошаемых участков овощных и полевых севооборотов.

Следует учитывать вопросы экологии орошения, включая мониторинг плодородия орошаемых участков с применением современных средств дистанционного зондирования, использование систем дистанционного спутникового мониторинга.

2.5 Экспериментальные исследования на опытном участке

В зависимости от размеров участка и задачи производства, нами разработана система комбинированного орошения в двух вариантах исполнения. Первый вариант с двумя насосными станциями, предполагает обеспечение большого поливного участка с несколькими автономными модулями. Второй вариант с одной насосной станцией и рассчитан на полив небольшого участка с одним поливным модулем.

Вариант 1.Система орошения включает основную насосную станцию, которая обеспечивает водой несколько участков – модулей, дополнительную насосную станцию меньшей производительности, обеспечивающую работу распылителей, магистральный трубопровод, разводящую сеть участковых трубопроводов. Подача воды дополнительной станции осуществляется по основному магистральному трубопроводу путем врезки в начале трубопровода на выходе из насосной станции. Основная и дополнительная насосные станции работают в своих независимых режимах, используя один трубопровод

Вариант 2.Система орошения имеет одну насосную станцию. Предположим, что размер небольшого участка 1 га. Он поделен на два участка по 0,5 га единовременного включения капельного орошения. При вылеве капельных линий 3 литра воды на погонный метр, необходима насосная станция, обеспечивающая производительность 10 м³/ч.

Один ряд распылителей (спринклеров) в количестве 10 шт. с расходом 0,42м³/ч имеет общий расход в зависимости от поданного давления от 4 до5 м³/ч. При заданном режиме контроллеров одновременного включения двух рядов распылителей, производительность насосной совпадает.

Режим работы системы. В режиме капельного орошения работает основная насосная станция. Регулирующие давление краны – клапаны, установленные после насосной, вначале и в конце трубопровода, открываются и закрываются в заданном режиме давления. По окончании полива, при отключении насосной станции краны — клапаны закрываются в последовательности, обеспечивающей остаточное давление в магистральном трубопроводе. В конце трубопровода, перед участковым трубопроводом, это давление может быть 1,5 – 2 атм.

В режиме мелкодисперсного орошения малая насосная станция включается автоматически в заданном режиме многоканального контроллера или в ручном режиме (первоначально). При повышении давления в трубопроводе до оптимального для работы распылителей (3атм), кран — клапан открывается, работают распылители (сприклеры). С помощью многоканального контроллера происходит поочередное включение и выключение соленоидных кранов – клапанов, установленных на каждой линии распылителей в заданном режиме «работа – пауза». Таким образом, в зависимости от экологических условий и задачи агротехники на данном этапе, зона увлажнения перемещается по участку от одного ряда распылителей к другому. Время работы и паузы запрограммированы так, чтобы время возврата от последнего ряда к первому соответствовало выбранному режиму паузы. В отличие от других систем, где распылители работают сразу на всем участке, нет необходимости включения и отключения насосной станции в режиме «работа пауза». Насосная станция работает в постоянном длительном режиме. Производительность основной насосной станции рассчитывается по потребности капельной системы на участке единовременного включения. Производительность дополнительной насосной станции, подбирается по производительности суммы дождевателей одного (или двух) рядов в зависимости от размеров участка.

В основу разработки системы комбинированного орошения, положен модульный принцип, позволяющий при проектировании оросительных систем устанавливать размеры водоподводящей сети и производительность оборудования в зависимости от конкретных условий объекта: размеров орошаемых участков, особенности водного режима орошаемой культуры, уклонов местности и других природно-хозяйственных условий. Затем в зависимости размеров проектируемого объекта в него включается необходимое количество модульных участков. Площадь принятого нами типового модульного участка составляет 10 га. В разработанном варианте он делится на 10 участков одновременного полива площадью 1 га при длине поливного и распределительного трубопроводов, равной 100м. Такое деление модульного участка позволяет производить поливы с интервалом в 5-10 дней. Увеличение площади одновременного полива влечёт за собой увеличение диаметра подводящей водораспределительной сети и, соответственно, удорожание стоимости системы. В разрабатываемом варианте системы комбинированного орошения площадь одновременного полива может увеличиваться до двух гектаров без изменения диаметра водоподводящих труб, используя возможность поочерёдной подачи воды на два смежных участка.Практическая реализация создаваемых технических решений и технологии комбинированного орошения овощных культур и картофеля (капельное+мелкодисперсное)будет способствоватьповышению эффективности и экологической защищенности при их возделывании.

Эффективность работы системы капельного и комбинированного орошения подтверждена при выращивании сладкого перца и картофеля. При выращивании перца проведено исследование и получены результаты, которые наилучшим образом подтверждают идею объединения капельного и мелкодисперсного орошения (комбинированная система) и эффективных агроприемов в единую адаптивную агротехнологию. В такой комбинации получен максимальный запланированный урожай с самым эффективным коэффициентом водопотребления. Несомненно, эти результаты обеспечены за счет снижения стрессорной нагрузки, благодаря работе мелкодисперсного орошения в критические фазы развития культуры и в пиковые, максимальные значения таких факторов, как высокая температура воздуха и почвы, низкая влажность воздуха. В свою очередь глубокое объемное рыхление обеспечило значительное улучшение кислородного режима для развития корневой системы в более глубоких слоях почвы, именно в тех слоях, где температурный режим и режим влажности почвы более стабилен, а температура почвы не выходит за рамки экологической валентности культуры перца. Кроме этого глубокое рыхление ограничивает зону увлажнения, разрушая капиллярность, создает барьер для неэффективной потери поливной воды и вносимых минеральных удобрений за счет вымывания за пределы корнеобитаемой зоны. Наблюдение за развитием корневой системы при раскопках показало, что основная масса сильно разветвленной активной корневой системы находится в толще почвы прилегающей к границе глубокого рыхления где обеспечены самые благоприятные условия кислородного режима и влажности почвы.

На системе комбинированного орошения влажность почвы определяли тензиометрическим способом. Для измерения использовали водоналивные тензиометры как иностранного, так и российского производства. Тензиометр имеет общую часть – трубку, переходящую в керамический пористый сосуд (сенсор), через который находящаяся в трубке вода и сосуде вода по порам поступает в грунт, создавая разрежение в трубке. Трубка герметично соединена в водомерным устройством барометр. При полном заполнении трубки водой и герметически вставленной в нее сверху трубке-вставке, барометр показывает О, а по мере испарения воды из почвы, она из керамической трубки переходит в почву, создавая в трубке разрежение, что изменяет показание давления в приборе, по которым и судили о степени влажности почвы.

Рисунок 17 – Комбинированное орошение посадок сладкого перца

Рисунок 18 – Комбинированное орошение посадок сладкого перца

Степень разрежения манометра определяли в следующих единицах: 1 Бар = 100 центибар – примерно 1 атмосфера (точнее 0,99 бар).

Известно, что с изменением гранулометрического состава светло-каштановой почвы нашего опытного участка нижний предел влажности почвы несильно изменяется, то в каждом конкретном случае до полива определяли нижнюю степень обеспечения почвы влагой в пределах 30-40 центибар (0,3-0,4 атм) и составили номограмму для оперативного расчета поливной нормы.

В одной точке располагали 2 тензиометра – один на глубине 0,10-0,15 м, а второй на глубине 0,30 м. Приборы располагали на расстоянии 0,15 м от капельницы.

Все показания снимали утром, когда температура еще стабильна после ночи. Расход воды из тензиометра проходит постоянно. Следует учитывать, что в жаркие и сухие дни вегетационного периода отмечаются резкие перепады из-за высокой испарительной способности почвы. Обычно высокий коэффициент транспирации мы наблюдали в период активного роста и созревания плодов.

Для долива прибора использовали только дистиллированную воду. Обязательно на 1 литр воды добавляли 20 мл 3-% раствора гипохлорита натрия. Гипохлорит натрия оказывает стерилизующее свойства против микрофлоры — бактерий, водорослей.

Таблица 7 – Показатели эффективности возделывания сладкого перца при разных способах орошения м³/га

Таблица 8– Затраты удобрений на возделывание сладкого перца

Технология возделывания картофеля при капельном и комбинированном способе орошения. Исследования по отработке перспективных технологий комбинированного орошения проводили в КФХ «Выборнова В.Д» (рисунок 18).

Рисунок 19 – Блок системы капельного орошения включает 18 модулей по 1.2 га каждый

1. Узел забора воды из канала, 2 – насосная станция К 100/250 3 -фильтростанция, 4 – гидроподкорщик 5 — лайфлет диаметром 150 мм 6 – лйфлет диаметром 100 мм 7 — узел соединения 8 — кран 9 -распределительный 10 — конъекторы 11 -капельницы(эмитеры) 12 – капельные линии 13- номера модулей 14 открытый канал (сбросной канал Ленинской ОС Волгоградская область). Стрелками указано направление движения воды в капельных линий.

Исследования по регулированию гидротермического режима на посадках картофеля в 2020 году были проведены на блоке 9, где оборудована система комбинированного орошения. В опытах использовали новый гибрид картофеля ЭволюшенF1. Это среднеспелый картофель, созревание наступает на 65-85 день после посадки.

Один куст формирует 11-12 крупных картофелин.Клубни весом 80-150 г, содержание крахмала 17,3%. Этот гибрид удачно был использован в опытах, так как гибрид Эволюшен тяжело переносит засуху и нарушение сроков полива. Хороший урожай картофеля можно получить только при орошении и регулировании параметров микро и фитоклимата.

Площадь экспериментального участка комбинированного орошения (капельное+мелкодисперсное) составляет 1,0 га. Поддержание в слое 0,5 м дифференцированного порога предполивной влажности почвы 70-80-80 % НВ обеспечивалось проведением поливов капельным способом: 70 % НВ в период от посадки до фазы бутонизации, 80 % НВ – с начала фазы бутонизации до завершения вегетационного периода.

В жаркие сухие дни вегетационного периода, когда температура воздуха превышала оптимальную для культуры, проводили мелкодисперсное орошение, которое обеспечивало устойчивое снижение температуры воздуха в среде растений на 5-7⁰ С, повышение относительной влажности воздуха на 17-19%, температуру растений на 3-5⁰ С.

Рисунок 20 — Капельное орошение картофеля

на опытном участке, май 2020 г.

Рисунок 21– Картофель с. Эволюшен на опытном поле, 2020 г.

В 2020 году урожайность клубней картофеля сорта Эволюшен на опытном участке капельного орошения составила 37,9 т/га при запланированной урожайности 40 т клубней с 1 га. Урожайность клубней картофеля в крестьянско-фермерском хозяйстве составила 32,2 т/га, что более чем на 5 т/га меньше в сравнении с контрольным участком.

Рисунок 22 – Система комбинированного орошения в работе, 2020 г.

Стоимость дополнительно полученной продукции при цене реализации 12 руб./кг составила 68,4 тыс. руб. с гектара.

Комплексная оптимизация параметров фитоклимата посадок картофеля при комбинированном орошении позволяет в широком спектре хозяйственно-экономических ситуаций формировать экологически безопасное экономически эффективное производство. Урожайность клубней картофеля с. Эволюшен в 2020 году при комбинированном орошении (капельное+мелкодисперсное) составила 41.8 т/га, при капельном орошении 32,0т/га (НСР ₀₅ = 3,4 т/га). Инвестирование проектов комбинированного орошения с учетом дисконтирования денежных потоков окупается в течение одного года, индекс доходности дисконтированных затрат составляет 2,32. Стоимость дополнительно полученной продукции (9,8 т/га) на участке комбинированного орошения составила при цене реализации 12 руб./кг 117,6 тыс. рублей.

3 РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

3.1 Разработка рекомендаций по работе с дождевальной машиной «Дон-К»

«Дон-К» -это первый опытный образец широкозахватой дождевальной машины (ШДМ) кругового действия отечественного производства(рисунок 23)

Рисунок 23 — Широкозахватная дождевальная машина «Дон-К».

Движение машины производится от электродвигателей, установленных на каждом колесе с пультом управления на центральной опоре.

Электродвигатели работают автоматически в непрерывном режиме. Потребляемая мощность для одной тележки 0,25кВт против 0,8-1,5 кВт у зарубежных аналогов.Поливной трубопровод выполнен из композитных материалов, что позволяет снизить вес конструкции на 20-30%, снизить потери по длине и убрать коррозионную опасность.

ШДМ «Дон-К» может работать с холостым и реверсивным ходом, подавая оросительную воду, как в чистом виде, так и в смеси с удобрениями и средствами защиты растений.

Колеса на резиновом ходу с установленными на них электродвигателями (при ширине колеи 0,25м) обеспечивают высокую проходимость ШДМ.

Радиус полива ШДМ вместе с концевым аппаратом 105 м. Давление на входе — 2…3 атм или 0,2…0,3 Мпа. Расход — 25…90 л/сек. Поливная норма — 25…300м³/га. Диаметр капель — 0,1…2,5 мм. В состав ШДМ входит 3 секции длиной по 30м. Количество дождевых аппаратов — 36 шт (включая 1 концевой) (рисунок 24).

Рисунок 24 — Один из дождевальных аппаратов,

установленных на ШДМ «Дон-К»

ШДМ «Дон-К» успешно прошла государственные испытания в УНПЦ «Горная Поляна»Волгоградского ГАУ и в настоящее время проходит этап производственных испытаний и доработок.

В 2020 г. проводили изучение структуры искусственного дождя при поливе ШДМ «Дон-К», которая характеризуется его интенсивностью и равномерностью распределения по орошаемой площади(рисунок 25).

Дождемеры в количестве 41 штук устанавливались через каждые 2 метра по длине ШДМ, устанавливались радиально на расстоянии 5 метров от неподвижной установки по ходу движения машины в трехкратной повторности. Направление и скорость ветра фиксировались метеостанцией «Soкol-M», расположенной на опытном поле в УНПЦ «Горная поляна».

Схема опытов по изучению основных элементов техники полива в виде слоя и интенсивности дождя включала варианты с различными режимами работы машины при скорости ветра до 6 м/c и давлении в трубопроводе равного 3 атм. Результаты опытов представлены в таблице 3 и 4, на основании которых построены диаграммы по динамике слоя дождя на рисунках 26 – 31. На основании этих данных была рассчитана интенсивность дождя (таблицы 9 и 10, рисунки 32-37).

Рисунок 25- Изучение структуры искусственного дождя при поливе ШДМ «Дон-К»

Таблица 9 —Объем воды в дождемерах при разных скоростях движения ШДМ «Дон-К», мл

Таблица 10 —Слой дождяв дождемерах при разных скоростях движения ШДМ «Дон-К», мм

Рисунок 26 — Слой дождя при 3 скорости движения ШДМ, мм

Рисунок 27 — Слой дождя при 4 скорости движения ШДМ, мм

Рисунок 28 — Слой дождяпри 5 скорости движения ШДМ, мм

Рисунок 29 — Слой дождя при 6 скорости движения ШДМ, мм

Рисунок 30 — Слой дождя при 7 скорости движения ШДМ, мм

Рисунок 31 — Слой дождя при 8 скорости движения ШДМ, мм

Таблица 11 -Интенсивность дождя при разных скоростях движения ШДМ «Дон-К», мм/мин

Рисунок 32 — Интенсивность дождя при 3 скорости движения ШДМ, мм/мин

Рисунок 33 — Интенсивность дождя при 4 скорости движения ШДМ, мм/мин

Рисунок 34 — Интенсивность дождя при 5 скорости движения ШДМ, мм/мин

Рисунок 35 —Интенсивность дождя при 6 скорости движения ШДМ, мм/мин

Рисунок 36 —Интенсивность дождя при 8 скорости движения ШДМ, мм/мин

Рисунок 37 —Интенсивность дождя при 8 скорости движения ШДМ, мм/мин

Изучение слоя дождя (таблица 6) и объемов воды в дождемерах показало, что при движении ШДМ изменение объёма подачи оросительной воды за 1 полив не был пропорционален изменению режима скорости (таблица 12).

Таблица 12 – Динамика слоя дождя, поливных норм и объемов воды в дождемерах при движении ШДМ «Дон-К»

При переходе от 3-ей к 4-ой скорости произошло неожиданное увеличение поданной поливной нормы на 10 м³/га, а объема воды в дождемерах — на 5 мл (хотя должно быть наоборот). При дальнейшем переключении ШДМ с 4-ой на 5-ую скорость наблюдалось значительное снижение поливной нормы на 20 м³/га, а объема воды в дождемерах на 13 мл. Самое большое уменьшение поливной нормы (на 60 м³/га) и объема воды в дождемерах (на 37 мл) было отмечено при переходе ШДМ с 5-ого на 6-ой скоростной режим работы.

Это было связано с фактической скоростью движения ШДМ при каждом заданном скоростном режиме (таблица13).

Фактические скорости движения изменялись очень неравномерно. Очень большой скачок скорости наблюдался при переключении с 3-его на 4-ый и с 4-ого на 5-ый режимы работы, когда разница между этими величинами составляла соответственно 21,0 и 35,1 %.

Таблица 13 – Фактическая скорость движения ШДМ «Дон-К» для заданных скоростных режимов

Практически небольшое изменение (3,5 % то есть, менее 5 %) скорости было при переходе с 5-ого на 6-ой режим работы. Примерно одинаковый интервал в 5,9…6,8 м/час или 13,8…13,9 % был получен только при изменении скоростного режима от 6-ого к 7-ому и от 7-ого к 8-ому.

Дальнейший анализ показал, что интенсивность дождя, составлявшая в среднем 0,1…0,2 мм/мин, была сравнительно низкой для дождевальной техники и также, как слой дождя, она сильно варьировала в зависимости от скоростных режимов.

Как видно из таблицы 13 наибольшие колебания слоя (10…20 мм) и интенсивности дождя (0,18 мм/мин) наблюдались при 3-ем и 4 -ом режимах работы ШДМ «Дон-К» и потом при других скоростях амплитуда колебаний выравнивалась.

Дальнейший анализ слоя дождя и интенсивности дождя показал, что в процессе испытаний очень слабо работал второй дождевой аппарат, установленный на расстоянии 5 м от неподвижной опоры, а последний аппарат вообще не работал.

Таблица 14 – Амплитуда колебаний слоя и интенсивностидождя при разных режимах работы ШДМ «Дон-К»

Таким образом, для улучшения структуры и качества дождя для разработчиков ШДМ «Дон-К» сформировались следующие рекомендации:

1.В процессе испытаний установлено, что 1-ая скорость не включалась вообще, а 2-ая позволяла двигаться машине только в «сухом режиме». В связи с этим рекомендуется отрегулировать настройку работы ШДМ «Дон-К» при этих двух скоростях.

2.Проведённые испытания показали, что интенсивность дождя, составлявшая в среднем 0,1…0,2 мм/мин, при работе «Дон-К» была сравнительно низкой для такого вида широкозахватной дождевальной техники. И верхний предел изменения поливных норм 80…180 м³/га не удовлетворяет необходимость подачи поливных норм до 300…400м³/га за один проход. В связи с этим рекомендуется заменить действующий комплект дождевальных аппаратов на более производительные.

3.Проведённые исследования позволили определить, что переход с одной скорости на другую происходил с разновеликими интервалами от 1,4 до 10,5 м/час, поэтому рекомендуется отрегулировать настройку ШДМ «Дон-К» так, чтобы она могла обеспечить равномерное изменение поливных норм при постепенном увеличении скоростного режима движения.

3.2 Разработка рекомендаций по работе с поливным шлангом GOLDEN SPRAY

GOLDENSPRAY – это поливной перфорированный гибкий шланг из Кореи. Диаметр шланга – 60 мм; толщина стенок – 0,20…0,35 мм; ширина полосы увлажнения – 3…8 м; давление – 0,5…1,0 атм; длина 100…200 м (рисунок 38).

Рисунок 38 — Поливной шланг GOLDENSPRAY

Мы проводили испытания со шлангом, имеющим ширину полосы увлажнения равную 6,0 м. Для испытаний дождемеры расставлялись в 3 ряда (то есть в 3-х кратной повторности) по 5 штук справа и слева, в начале, середине и конце шланга длиной 100 м (рисунок 39).

Полученные в дождемерах объёмы воды и, рассчитанный после этого, слой дождя показаны соответственно в таблицах 15 и 16.

На основании данных по слою дождя построены диаграммы на рисунках 43…45. Расчётные значения интенсивности дождя занесены в таблицу 10 и показаны на рисунках 46…48.

Рисунок 39 — Испытание поливного шланга GOLDENSPRAY

Таблица 15 – Объём воды в дождемерах при работе шланга GoldenSpray, мл

Таблица 16 — Слой дождя в дождемерахпри работе шланга GoldenSpray, мм

Рисунок40– Слой дождя после 1 часа полива в начале шланга Golden Spray

Рисунок 41–Слой дождя после 1 часаполива в середине шланга Golden Spray

Рисунок 42– Слой дождя после 1 часаполива в конце шланга Golden Spray

Таблица 17- Интенсивность дождяпри работе шланга GoldenSpray, мм/мин

Рисунок 43 – Интенсивность дождя в начале поливного шланга Golden Spray

Рисунок 44– Интенсивность дождя в середине поливного шланга Golden Spray

Рисунок 45– Интенсивность дождя в конце поливного шланга Golden Spray

В процессе испытаний было установлено, что шланг укладывается ровно, без загибов, легко поворачивается в любом направлении, что значительно упрощает монтаж и демонтаж системы.

Диаметр капель небольшой, что приближает, полив к аэрозольному, поэтому почва не уплотняется. При этом создаётся очень хороший, благоприятный микроклимат для растений.

Испытания проводили несколько раз. Здесь показаны наиболее типичные результаты. Напор в сети был 1,5 атм, время полива – 1 час. Направление ветра – западное. Скорость ветра -1,5 м/с. Интенсивность дождя высокая. В среднем по длине шланга она составила 0,67 мм/мин. За 1 час была подана поливная норма 400 м³/га. Однако из-за маленького диаметра капель и аэрозольного типа дождя уплотнения почвы не наблюдалось.

Вообще аэрозольное орошение создаёт очень хороший, благоприятный микроклимат для растений, однако равномерность полива очень сильно зависит от ветра. Здесь показаны результаты испытаний шланга при скорости ветра 1,5 м/с. Однако даже здесь уже видно влияние ветра, поскольку объём воды в дождемерах в начале 236…246, середине 227…240 и конце шланга 231…245 с правой его стороны были меньше соответствующих значений 261…265, 252…271, 257…270 с левой стороны. Такие же закономерности получены по слою дождя и интенсивности дождя.

Дальнейший анализ показал, что минимальный объём воды в дождемерах в начале, середине и конце шланга составил соответственно 236, 227, 231 с наибольшей разницей между собой в 9 мл, а наибольший объём воды составил 265, 271, 270с разницей между собой в 6 мл.

Минимальный слой воды в дождемерах в начале, середине и конце шланга составил соответственно 36,7; 36,5;37,1 с наибольшей разницей между собой в 0,4 мм, а наибольший слой воды составил 42,6;43,5;42,4 с разницей между собой в 1,2 мм.

Минимальная интенсивности дождя в начале, середине и конце шланга составила соответственно 0,61; 0,61; 0,62 с наибольшей разницей между собой в 0,01 мм/мин, а наибольший слой воды составил 0,71; 0,73; 0,72 с разницей между собой в 0,02 мм/мин.

То есть, минимальный объём воды в дождемерах в начале, середине и конце шланга составил в среднем 231 +5/-4 мл; слой воды в дождемерах – 36,8 +0,3/-0,3 мм; интенсивность дождя – 0,61 +0,01/-0,01 мм/мин. Максимальный объём воды в дождемерах в начале, середине и конце шланга составил в среднем 269 +2/-4 мл; слой воды в дождемерах – 42,8 +0,7/-0,4 мм; интенсивность дождя – 0,72 +0,01/-0,01 мм/мин. Это очень незначительные отклонения от средних значений, не превышающие 5 %. Следовательно, увлажнение по всей длине шланга в процессе наших испытаний распределялось очень равномерно.

Дальнейшие расчёты показали, что один шланг GoldenSpray, осуществляющий полив площади участка шириной 6 м может заменить 3 капельные ленты, расположенные для этих целей на расстоянии 1,5 м друг от друга. Хорошие капельные ленты стоят сегодня 8…10 руб./пог.м. Три ленты будут стоить 24…30 руб./м, а один шланг GoldenSpray – 25 руб./пог.м.

При этом использование шланга GoldenSpray, в сравнении с капельным орошением, обладает следующими преимуществами:

-создаёт прекрасный микроклимат для сельскохозяйственных культур, выращиваемых в любых (включая острозасушливые) условиях;

-отсутствует необходимость в тщательной очистке воды перед её подачей в шланг;

-в процессе полива создаёт водяное облако, которое отпугивает птиц, наносящих большой ущерб при капельном орошении лентами;

-по одному году это не оценить, но, судя по всему, шланг GoldenSpray можно успешно эксплуатировать в течение нескольких лет, не снижая его эффективности в то время, как при капельном орошении ленты необходимо ежегодно менять (а это дополнительные расходы не менее 30 тыс. руб./га в год).

Сравнение с дождеванием тоже показывает высокую эффективность применения шланга GoldenSpray:

-позволяет проводить полив с высокой эффективностью, поскольку за 1 час работы может создать слой дождя до 40 мм, что равносильно подаче поливной нормы 400 м³/га при хорошем впитывании и полном отсутствии уплотнения почвы;

-оборудование состоит из минимального количества комплектующих элементов;

-простота эксплуатации;

-при ширине полосы увлажнения 6 м на участке шириной 100 может быть расположено 17 ед. поливного шланга длиной 100 м, поэтому при цене 25 руб./пог. м затраты на 1га составят 42, 5 тыс. руб. А это значительно ниже, чем затраты на полив и широкозахватными дождевальными машинами, и дождевальной техникой шланго-барабанного типа.

Таким образом, мы предлагаем следующие рекомендации по использованию шлангаGoldenSpray:

1. Установлено, что шланг GoldenSpray обладает высокой производительностью. При интенсивности дождя 0,67 мм/мин и давлении 1,5 атм поливная норма 400 м³/га может быть подана за 1 час. Для подачи меньших по величине поливных норм рекомендуется изменять давление на входе в шлаг, а для повышения эффективности орошения подключить гидроподкорщик, чтобы создать режим фертигации и подавать удобрения вместе с поливной водой.
2. Поскольку определено, что использование шланга GoldenSpray, обладает рядом существенных преимуществ в сравнении с капельным орошением (создание прекрасного микроклимата для сельскохозяйственных культур, более низкая требовательность к водоподготовке, отпугивание птиц во время полива, более низкая стоимость) и дождеванием (высокая производительность, простота эксплуатации и более низкая стоимость), то этот шланг можно успешно использовать, для полива овощных культур и многолетних трав.
3. Главное условие — равномерный полив шлангом Golden Sprayможет достигаться только в безветренную погоду при силе ветра не более 2 м/сек.

3.3 Разработка рекомендаций по работе с дождевальной машиной шланго-барабанного типа «Beinlich» (Германия)

На опытных полях в УНПЦ «Горная Поляна» Волгоградского ГАУ в настоящее время работают 2 дождевальные машины шланго-барабанного типа (ДМ ШБТ). Одна из них — «Beinlich» (Германия) (рисунок 46).

Рисунок 46 — Дождевальная машина шланго-барабанного типа германской компании «Beinlich»

Дождевальные машины барабанного типа нередко еще именуются «катушками», потому что основу их составляет вращающийся барабан — катушка. На барабан наматывается шланг длиной (в нашем случае)300м. К концу шланга подключена тележка с консолью и форсунками (дождевальными аппаратами).

ДМ ШБТ устанавливается в начале поля и подключается к гидранту существующей оросительной сети. Трактор оттаскивает вглубь поля тележку с консолью, одновременно разматывая шланг катушки. Когда включается вода колесо барабана начинает вращаться и медленно наматывать шланг обратно. Вместе со шлангом движется тележка с консолью и равномерно орошает поле.

Это мобильный дождевальный комплекс, который легко перемещается с помощью колёсного трактора с одного поля на другое. Такая поливная техника не предназначена для самостоятельного полива в сотни гектар. Она очень удобна для полива небольших площадей или же для полива больших участков при работе двух и более однотипных машин.

Общая ширина полосы увлажнения в наших испытаниях составляла 54 м. Напор в сети составлял 3 атм. Опыты проводили несколько раз за сезон. Здесь представлены наиболее типичные результаты при силе ветра 2,0 м/сек. На левом крыле были установлены 5 штук ротационных спринклеров американской компании «Nelson»(рисунок 49), а на правом крыле — 5 штук распылителей российской компании «Харвест (г. Волжский) (рисунок 50). Радиус захвата ротационного спринклера американской компании «Nelson» составлял 6 м, а распылителей российской компании «Харвест» — 4 м. Дальность захвата центрального секторного спринклера американской компании «Nelson», осуществляющего полив сзади по ходу движения (чтобы не создавать переувлажнения почвы для колёс тележки) составляла 3 м.

Рисунок 47 — Ротационные спринклеры с регулятором давления американской компании «Nelson»

Рисунок 48– Распылителей российской компании «Харвест»

(г. Волжский) с регулятором давления

Ветер был западный и направление движения консоли тоже было западным, то есть ветер дул ей «в лицо», против её движения.

Испытания проводили на 6 скоростях; 10, 20, 30, 40, 50, 60 м/час. Каждая скорость движенияДМ ШБТ «Beinlich» должна обеспечивать была подачу определённой поливной нормы так, как показано в таблице 18.

Таблица 18 – Поливные нормы при разных скоростях движения тележки с консолью ДМ ШБТ «Beinlich»

Дождемеры были такой же приёмной площади, как в предыдущих исследованиях (62,18 см²). Они устанавливались по 8 штук через каждые 2 м справа и слева от центрального секторного спринклера американской компании «Nelson» в 3 параллельных ряда, обеспечивая 3-ёх кратную повторность опытов (рисунок 49).

Рисунок 49 — Исследование качества полива ДМ ШБТ «Beinlich»

Полученные в дождемерах объёмы воды, переливали в мерный цилиндр и, зная его площадь (62,18 см²), определяли слой дождя. Эти данные показаны соответственно в таблицах 19 и 20. На основании полученных значений по слою дождя построены диаграммы на рисунках 50…56.

Таблица 19–Объём воды в дождемерах, мл

Таблица 20– Слой дождя, мм

Рисунок 51- Слой дождя при скорости тележки 60 м/ч

Рисунок 52 – Слой дождя при скорости тележки 50 м/ч

Рисунок 53 – Слой дождя при скорости тележки 40 м/ч

Рисунок 54 – Слой дождя при скорости тележки 30 м/ч

Рисунок 55 – Слой дождя при скорости тележки 20 м/ч

Рисунок 56 – Слой дождя при скорости тележки 10 м/ч

Равномерность подачи объёма воды при разной скорости движения ДМ ШБТ«Beinlich», подсчитанная на основании данных в таблице 3.2, показана в таблице 20.

Таблица 20–Равномерность подачи объёма воды при разной скорости движения ДМ ШБТ «Beinlich»

Полученные результаты показывают, что переход скорости с одной на другую при работе сопровождался равномерным снижением объёма воды в дождемерах у спринклеров американской компании «Nelson» на 15 +1/-2, а у распылителей российской компании «Харвест» – на 6 +1/0 мл, что свидетельствует о высокой точности подобранных скоростных режимов.

При этом хорошо видно, что при одинаковом скоростном режиме объём воды, подаваемой российским распылителями 55…82 мл был значительно ниже, чем у американских производителей 69…145 мл.

Точность подачи поливных норм по слою дождя, показанного в таблице 21., определена на основании результатов таблицы 22.

Таблица 21 – Точность подачи поливных норм при разной скорости движения ДМ ШБТ «Beinlich»

Как показали испытания, заданная поливная норма при работе американских распылителей выдерживалась в достаточной степени точно с отклонением -11…24 м³/га или 6,4…9,6 %.

При работе российских дождевальных аппаратов поливная норма выдерживалась более точно, поскольку отклонения от заданных значений были не более -2…9 м³/га или 2,2…6,4 %.

При этом на рисунке 57хорошо видно, что при одинаковом скоростном режиме слой воды, подаваемой российским распылителями 8,8…13,1 мм был значительно ниже, чем у американских производителей 11,0…23,4 мл.

Рисунок 57 – Динамика слоя дождя в зависимости от скорости движения тележки с консольюДМ ШБТ «Beinlich»

Равномерность распределения слоя дождя по длине крыла в зависимости от скоростного режима при работе американских дождевых аппаратов показана в таблице 23, а российских – в таблице 24, а также на изоплетах слоя дождя (рисунки 58– 63).

Таблица 23– Равномерность распределения слоя дождя по длине крыла в зависимости от скоростного режима при работе спринклеров американской компании «Nelson»,м

Таблица 24– Равномерность распределения слоя дождя по длине крыла в зависимости от скоростного режима при работе распылителей российской компании «Харвест»

Рисунок 58– Изоплеты слоя дождя при скорости движения тележки с консолью 60 м/ч

Рисунок 58– Изоплеты слоя дождя при скорости движения тележки с консолью 50 м/ч

Рисунок 59– Изоплеты слоя дождя при скорости движения тележки с консолью 40 м/ч

Рисунок 60 – Изоплеты слоя дождя при скорости движения тележки с консолью 30 м/ч

Рисунок 61– Изоплеты слоя дождя при скорости движения тележки с консолью 20 м/ч

Рисунок 62- Изоплеты слоя дождя при скорости движения тележки с консолью 10 м/ч

Рисунок 63– Цветовые обозначения слоя дождя

Полученная сравнительная равномерность слоя дождя для двух типов распылителей, составленная на основании таблиц 23 и 24, показана в таблице 25.

Таблица 25 — Сравнительная равномерность слоя дождя (h) для двух типов распылителей при разной скорости (v) движения дождевальных машин

Рассчитанная производительность ДМ ШБТ «Beinlich», модели «R 30» показана в таблице 26.

Таблица 26–Производительность тележки с консолью германской кампании «Beinlich», модель «R 30»

На основании этих данных построены графики на рисунках 64 – 67.

Рисунок 64–Часовая производительность тележки с консолью германской кампании «Beinlich», модель «R 30» в зависимости от скорости движения

Рисунок65– Сменная производительность тележки с консолью германской кампании «Beinlich», модель «R 30″в зависимости от скорости движения

Рисунок66– Часовая производительность тележки с консолью германской кампании «Beinlich», модель «R 30″в зависимости от поливной нормы

Рисунок 67- Сменная производительность тележки с консолью германской кампании «Beinlich», модель «R 30″в зависимости от поливной нормы

Таким образом, согласно таблицы 3,8 и изоплет слоя дождя на рисунках 3.12- 3.18 проведённые исследования показали, что наиболее высокий слой дождя 23,4 и 20,8 мм при работе американских распылителей и 12,3 – 13,1 мм – при работе российских дождевателей формировались при движении ДМ ШБТ «Beinlich» на скорости соответственно 10 и 20 м/час, а затем снижались. При этом видно, что самая высокая равномерность дождя по длине крыла машины отмечалась тоже при скорости движения 10 и 20 м/час, поскольку здесь наблюдалась самая низкая амплитуда колебаний слоя дождя 14,1 …18,3 при работе дождевальных аппаратов из США и 25,2…25,3 мм — при работе отечественных распылителей.

При увеличении скорости от 30 до 60 м/час равномерность увлажнения вдоль крыла машины несколько снижалась, поскольку амплитуда колебаний слоя дождя возрастала до 21,8…23,3 и 29,5…33,3 % при поливе соответственно американских и российских дождевальных аппаратов.

Сравнение этих двух видов распылителей между собой показал, что в целом они обеспечивали хорошую, равномерную подачу воды вдоль крыла ДМ ШБТ «Beinlich». Если относительная амплитуда колебаний слоя дождя распылителей российской компании «Харвест» была выше (25,2…32,3 против 14,1…23,3 %), то абсолютная её величина была ниже (2,7…3,6 против 2,4…4,3 мм), чем у спринклеров американской компании «Nelson».Анализируя полученную производительность работы тележки с консолью германской кампании «Beinlich», на основании таблиц и графиков на рисунках 64 – 67необходимо отметить следующее, что при одинаковой скорости движения 10…60 м/час распылители российской компании «Харвест» выдавали поливную ному (90…140 м³/га) значительно меньшую, чем спринклеры американской компании «Nelson» (120…260 м³/час). Это главным образом, сказалось на том, что часовая 0,16 га и сменная производительность 1,30 га работы отечественных дождевателей при подаче одинаковой поливной нормы 120 м³/га были в 2 раза ниже, чем импортных (0,32 и 2,59 га).Таким образом, в результате проведённых испытаний ДМ ШБТ «Beinlich» сформировались следующие рекомендации:

1. Учитывая непрекращающиеся санкции со стороны ЕС, и особенно США, необходимо продолжать проводить импортозамещение на отечественное оборудование.
2. Установлено, что распылители российской компании «Харвест» и спринклеры американской компании «Nelson» обеспечивают высокую равномерность оросительной воды вдоль крыла машины при скорости движения от 10 до 60 м/час. Однако у российских дождевателей, по сравнению с американскими, подаваемый объём оросительной воды (55…82 мл против 69…145 мл.), слой воды (8,8…13,1 мм против 11,0…23,4 мл.) и производительность при норме 120 м³/га (0,16 га/час и 1,30 га/смену против 0,32 га/час и 2,59 га/смену) были значительно ниже.
3. В этом случае, разработчикам компании «Харвест» (г. Волжский) для повышения эффективности орошения рекомендуется разработать, изготовить и установить более производительные распылители, либо учесть существующую производительность дождевальных аппаратов при эксплуатации нескольких аналогичных машин.

3.4 Разработка рекомендаций по работе с дождевальной машиной шланго-барабанного типа «RM irrigation» (Италия)

На опытных полях в УНПЦ «Горная Поляна» Волгоградского ГАУ в настоящее время работают ещё одна дождевальная машины шланго-барабанного типа. Это ДМ «RM irrigation» (Италия)(рисунок 68).

Рисунок 68 — Дождевальная машина шланго-барабанного типа»RM irrigation» (Италия)

Внешний вид и принцип работы у неё такой же, как у ДМ ШБТ «Beinlich». Опыты проводили несколько раз за сезон. Они показали, что эта ДМ ШБТ хорошо работает в безветренную погоду, а также при силе ветра до 6 м/с, как показано в представленном материале.

Напор в сети составлял 2 атм. Направление ветра было северо-восточное западным и направление движения консоли — западным, то есть ветер дул ей «в спину», по ходу её движения.В отличие от ДМ ШБТ «Beinlich», при одинаковой ширине полосы увлажнения равной 54 м,на этой машине слева и справа от оси тележки установлено по 17 штук разбрызгивающих форсунок с шириной захвата 6 м(рисунок 69).

Рисунок 69 — Разбрызгивающие форсунки ДМ ШБТ»RM irrigation» (Италия)

Испытания проводили на 3-ёх скоростях; 20, 40 и 60 м/час. Каждая скорость движенияДМ ШБТ «RM irrigation» должна была обеспечивать подачу поливной нормы соответственно 100, 150 и 200 м³/га.

Дождемеры были такой же приёмной площади, как в предыдущих исследованиях (с приёмной площадью 62,18 см²). Они устанавливались по 22 штуки справа и слева от оси тележки в 3 параллельных ряда, обеспечивая 3-ёх кратную повторность опытов.

Полученные в дождемерах объёмы воды, переливали в мерный цилиндр и, зная его площадь (62,18 см²), определяли слой дождя. Эти данные показаны соответственно в таблицах. На основании полученных значений по слою дождя при 3-ёх скоростях движения ДМ построены диаграммы на рисунках 4.3…4.5, график по динамике слоя дождя в зависимости от скорости движения тележки с консолью, показанный на рисунках, а также изоплеты слоя дождя при скорости движения от 20 до 60 м/с на рисунках.

Таблица 27–Объём воды в дождемерах, мл

Таблица 28– Слой дождя, мм

Рисунок 69 –Слой дождя при скорости тележки 60 м/ч

Рисунок 70 –Слой дождя при скорости тележки 40 м/ч

Рисунок 71–Слой дождя при скорости тележки 20 м/ч

Рисунок 72–Динамика слоя дождя в зависимости от скорости движения тележки с консолью

Рисунок 73– Изоплеты слоя дождя при скорости движения тележки с консолью 60 м/ч

Рисунок 74– Изоплеты слоя дождя при скорости движения тележки с консолью 40 м/ч

Рисунок 75– Изоплеты слоя дождя при скорости движения тележки с консолью 20 м/ч

Рисунок 76– Цветовые обозначения слоя дождя

На основании расчётных значений в таблице 28 определена равномерность распределения слоя дождя (h) по длине левого крыла ДМ ШБТ «RM irrigation», которая показана в таблице 29. На правом крыле наблюдалась аналогичная закономерность.

Таблица 29 – Равномерность распределения слоя дождя (h) по длине левого крыла при разной скорости движения ДМ ШБТ «RM irrigation», мм

Крайние значения полученной амплитуды колебаний слоя дождя при работе ДМ ШБТ «RM irrigation» сведены в таблицу 30.

Таблица 30– Крайние значения амплитуды колебаний слоя дождя (h) по длине левого крыла при разной скорости движенияДМ ШБТ «RM irrigation»

Анализ данных таблицы 27 – 30 и диаграмм на рисунках 73 – 75 показывает, что увлажнения по длине крыла машины происходило неравномерно. Независимо от скорости движения при работе дождевых аппаратов периодически увеличение слоя дождя сопровождалась его резким снижением. Минимальные амплитуды колебаний 0,9…2,1 мм или 3,8…13,6 % по отношению к средним величинам была значительно ниже максимальных амплитуд, составлявших 20,2…24,4 мм или 102,8…198,0 %. Это очень хорошо видно на изоплетах слоя дождя при возрастании скорости движения тележки с консолью от 20 до 60 м/час. Точность подачи поливных норм при разной скорости движения ДМ ШБТ «RM irrigation» показана в таблице 31.

Таблица 31 – Точность подачи поливных норм при разной скорости движения ДМ ШБТ «RM irrigation»

Однако, работа 17 дождевых аппаратов, установленных на небольшом расстоянии друг от друга, на каждом крыле, в отличие от 5 у ДМ ШБТ «Beinlich», «нивелируют» эту неравномерность слоя дождя и через 2…3 часа после прохода ДМ ШБТ «RM irrigation» влажность почвы по всей ширине участка выравнивается. Это очень хорошо видно по стеблестою выращиваемых культур (в 2020 г. это была соя).

Результаты испытаний показали, что отклонения фактических поливных норм (102…216 м³/га) от заданных (100…200 м³/га) составляли +16/-6 м/час или +8,0/-4,0 %. Это не более 10 %, что является вполне допустимым для работы дождевальной техники в полевых условиях.

Рассчитанная производительность работы ДМ ШБТ «RM irrigation» представлена в таблице 32.

Таблица 32 — Производительность тележки с консолью с разбрызгивающими форсунками модели «Boom» итальянской фирмы «RM irrigation»

На основании данных этой таблицы построены графики на рисунках 77 – 80.

Рисунок 77 — Часовая производительность тележки с консолью итальянской кампании «RM irrigation» в зависимости от скорости движения

Рисунок 78–Сменная производительность тележки с консолью итальянской кампании «RM irrigation»в зависимости от скорости движения

Рисунок 79– Часовая производительность тележки с консолью итальянской кампании «RM irrigation»в зависимости от поливной нормы

Рисунок 80–Сменная производительность тележки с консолью итальянской кампании «RM irrigation»в зависимости от поливной нормы

Эти графики показали, что при снижении скорости движения ДМ от 60 до 20 м/час часовая производительность уменьшалась по линейной зависимости от 0,32 до 0,11 га/час, а сменная – от 2,59 до 0,86 га/смену.

Аналогичное снижение производительности работы ДМ ШБТ «RM irrigation» часовой — от 0,32 до 0,11 га/час и сменной – от 2,59 до 0,86 га/смену наблюдалось при равномерном увеличении поливной нормы от 100 до 200 м³/га, что объяснялось тесной связью величины поливных норм со скоростью движения машины. Сравнение производительности двух ДМ ШБТ «Beinlich» с разными распылителями воды и «RM irrigation» показано в таблице 4.14, а также на рисунках 4.15 и 4.16.

Таблица 33 — Производительность исследуемой оросительной техники

Рисунок 81–Часовая производительность исследуемой оросительной техники в зависимости от поливной нормы

Рисунок 82– Сменная производительность исследуемой оросительной техники в зависимости от поливной нормы

В таблице, а особенно на графиках очень хорошо видно, что при при подаче одинаковой поливной нормы, к примеру 120 м³/га самая низкая производительность 0,16 га/час и 1,30 га/смену наблюдалась при работе распылителей российской компании «Харвест» на ДМ ШБТ «Beinlich». С производительностью 0,28 га/час и 2,30 га/смену полив ДМ «RM irrigation» занимал промежуточное положение. Наиболее высокая производительность 0,32 га/час и 2,59 га/смену была отмечена при работе ротационных спринклеров американской компании «Nelson», установленных на ДМ ШБТ «Beinlich».

Таким образом, по итогам испытаний сформировались следующие рекомендации по эксплуатации дождевальной машины «RM irrigation»:

1.Испытания показали, что ДМ ШБТ«RM irrigation» можно уверенно рекомендовать для работы при трёх режимах скорости движения 20, 40 и 60 м/час в безветренную погоду, а также при силе ветра до 6 м/с.

2. Установлено, что амплитуды колебаний слоя дождя по длине крыла машины были очень высокими (от 0,9…2,1 до 20,2…24,4 мм).Однако, работа 17 дождевых аппаратов, установленных на расстоянии 1,13 м друг от друга, на каждом крыле, в отличие от 5 у ДМ ШБТ «Beinlich», «нивелируют» эту неравномерность слоя дождя и через 2…3 часа после прохода ДМ ШБТ «RM irrigation» влажность почвы по всей ширине участка выравнивается. Результаты испытаний показали, что отклонения фактических поливных норм (102…216 м³/га) от заданных (100…200 м³/га) составляли не более 10%. По производительности ДМ «RM irrigation» занимает промежуточное значение между работой российских распылителей «Харвест» и американских спринклеров «Nelson». В связи с этим рекомендуется использование ДМ ШБТ«RM irrigation» для полива любых сельскохозяйственных культур отдельно или совместно с другими аналогичными дождевальными машинами, учитывая, что их производительность выше российской поливной техники и ниже германских аналогов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработка проведена с использованием технических решений по результатам патентного поиска. Проведенный патентный поиск определил направление исследований разработки конструкции систем орошения для комбинированных способов полива.
2. Комбинированная система полива обеспечивает, за счет регулирования фитоклимата посева проведением аэрозольного увлажнения, увеличение урожая сельскохозяйственных культур на 10-20%.
3. В процессе испытаний установлено, что интенсивность дождя, составлявшая в среднем 0,1…0,2 мм/мин, при работе «Дон-К» была сравнительно низкой для такого вида широкозахватной дождевальной техники. И верхний предел изменения поливных норм 80…180 м³/га не удовлетворяет необходимость подачи поливных норм до 300…400м³/га за один проход. В связи с этим рекомендуется заменить действующий комплект дождевальных аппаратов на более производительные.
4. Проведённые исследования позволили определить, что переход с одной скорости на другую происходил с разновеликими интервалами от 1,4 до 10,5 м/час, поэтому рекомендуется отрегулировать настройку ШДМ «Дон-К» так, чтобы она могла обеспечить равномерное изменение поливных норм при постепенном увеличении скоростного режима движения.
5. Использование шланга GoldenSpray создаёт прекрасный микроклимат для сельскохозяйственных культур, выращиваемых в любых (включая острозасушливые) условиях, а также в процессе полива создаёт водяное облако, которое отпугивает птиц, наносящих большой ущерб при капельном орошении лентами.
6. Шланг GoldenSpray можно успешно эксплуатировать в течение нескольких лет, не снижая его эффективности в то время, как при капельном орошении ленты необходимо ежегодно менять (а это дополнительные расходы не менее 30 тыс. руб./га в год).
7. Применения шланга GoldenSprayпозволяет проводить полив с высокой эффективностью, поскольку за 1 час работы может создать слой дождя до 40 мм, что равносильно подаче поливной нормы 400 м³/га при хорошем впитывании и полном отсутствии уплотнения почвы. При ширине полосы увлажнения 6 м на участке шириной 100 может быть расположено 17 ед. поливного шланга длиной 100 м, поэтому при цене 25 руб./пог. м затраты на 1га составят 42, 5 тыс. руб. А это значительно ниже, чем затраты на полив и широкозахватными дождевальными машинами, и дождевальной техникой шланго-барабанного типа.
8. Установлено, что шланг GoldenSpray обладает высокой производительностью. При интенсивности дождя 0,67 мм/мин и давлении 1,5 атм поливная норма 400 м³/га может быть подана за 1 час. Для подачи меньших по величине поливных норм рекомендуется изменять давление на входе в шлаг, а для повышения эффективности орошения подключить гидроподкорщик, чтобы создать режим фертигации и подавать удобрения вместе с поливной водой.
9. Распылители российской компании «Харвест» и спринклеры американской компании «Nelson» обеспечивают высокую равномерность оросительной воды вдоль крыла машины при скорости движения от 10 до 60 м/час. Однако у российских дождевателей, по сравнению с американскими, подаваемый объём оросительной воды (55…82 мл против 69…145 мл.), слой воды (8,8…13,1 мм против 11,0…23,4 мл.) и производительность при норме 120 м³/га (0,16 га/час и 1,30 га/смену против 0,32 га/час и 2,59 га/смену) были значительно ниже.
10. Испытания показали, что ДМ ШБТ «RM irrigation» можно уверенно рекомендовать для работы при трёх режимах скорости движения 20, 40 и 60 м/час в безветренную погоду, а также при силе ветра до 6 м/с.
11. Установлено, что амплитуды колебаний слоя дождя по длине крыла машины были очень высокими (от 0,9…2,1 до 20,2…24,4 мм). Однако, работа 17 дождевых аппаратов, установленных на расстоянии 1,13 м друг от друга, на каждом крыле, в отличие от 5 у ДМ ШБТ «Beinlich», «нивелируют» эту неравномерность слоя дождя и через 2…3 часа после прохода ДМ ШБТ «RM irrigation» влажность почвы по всей ширине участка выравнивается. Результаты испытаний показали, что отклонения фактических поливных норм (102…216 м³/га) от заданных (100…200 м³/га) составляли не более 10%. По производительности ДМ «RM irrigation» занимает промежуточное значение между работой российских распылителей «Харвест» и американских спринклеров «Nelson». В связи с этим рекомендуется использование ДМ ШБТ «RM irrigation» для полива любых сельскохозяйственных культур отдельно или совместно с другими аналогичными дождевальными машинами, учитывая, что их производительность выше российской поливной техники и ниже германских аналогов.
12. Разработана и построена система комбинированного орошения овощных культур, которая является базовой для проведения исследований ВФ ВНИИГиМ, ВолГАУ, ТСХА им. Тимирязева К.А. и отработки технологии полива.

Проведена экспериментальная апробация эффективности технологий регулирования гидротермического режима агрофитоценоза на полях КФХ «Выборнов В.Д.» Волгоградской области. Получены е положительные результаты по оптимизации гидротермического режима в посевах сладкого перца и картофеля. Урожайность клубней картофеля с. Эволюшен в 2020 году при комбинированном орошении (капельное+мелкодисперсное) составила 41.8 т/га, при капельном орошении 32,0т/га (НСР ₀₅ = 3,4 т/га). Инвестирование проектов комбинированного орошения с учетом дисконтирования денежных потоков окупается в течение одного года, индекс доходности дисконтированных затрат составляет 2,32. Стоимость дополнительно полученной продукции (9,8 т/га) на участке комбинированного орошения составила при цене реализации 12 руб./кг 117,6 тыс. рублей.

Список использованной литературы

1. Бородычев, В.В. Технико-технологические основы регулирования гидротермического режима агрофитоценоза в условиях орошения / В.В. Бородычев, М.Н. Лытов // Научная жизнь. — 2019. — Т.14. — № 10 (98). — С. 1484-1495. DOI: 10.35679/1991-9476-2019-14-10-1484-1495

5. Майер, А.В. Универсальная многофункциональная система орошения для комбинированных способов полива / А.В. Майер, Ю.И. Захаров, Н.В. Криволуцкая // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. — 2015. — № 1 (37). — С. 206-210.

6. Бородычев, В.В. Система комбинированного орошения / В.В. Бородычев, М.Ю. Храбров, В.К. Губин, Н.Г. Колесова, Т.С. Акимова // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. — 2016. — № 1 (41). — С. 201-210.

7. Дубенок, Н.Н. Совершенствование технических средств комбинированного орошения / Н.Н. Дубенок, В.Г. Абезин, С.Я. Семененко, С.С. Марченко // Аграрный научный журнал. — 2018. — № 2. — С. 59-63.

8. Мелихова, Е.В. Функционально-морфологический анализ и совершенствование технических средств комбинированного орошения / Е.В. Мелихова, В.В. Бородычев, А.Ф. Рогачев // Мелиорация и водное хозяйство. — 2018. — № 4. — С. 30-36.

9. Бородычев, В.В. Технологические функции технической системы для регулирования гидротермического режима агрофитоценоза и комплексной протекции посевов от климатических рисков / В.В. Бородычев, М.Н. Лытов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. — 2020. — № 2 (58). — С. 307-319.

10. Хатхоху, Е.И. Основные положения проектирования мелиоративных систем нового поколения / Е.И. Хатхоху, Д.В. Прус, Г.Н. Фоминова // Символ науки: международный научный журнал. — 2016. — № 5-3 (17). — С. 86-89.

13. Курбанов, С.А. Исследование системы капельного орошения с мелкодисперсным дождеванием / С.А. Курбанов, А.В. Майер // Проблемы развития АПК региона. — 2012. — Т. 11. — № 3 (11). — С. 15-19.

14. Иванов, А.Г. Обоснование геометрических параметров робота-пропольщика / А.Г. Иванов, Н.С. Воробьева, А.В. Дяшкин.- Известия Волгоградского государственного технического университета.- №3 (226).- 2019.- с 22-25;

15. Патент ЕР №1891854 А1, МПК А 01G 25/00, Способ и смесь для полива растений (Текст) / Meurs, JanHermenHendrik. 21.08.2006.

16. Патент ЕР №1929866 А1, МПК А 01G 7/00, Использование полимеров и олигомеров ксилодекстрана и производных соединений в качестве фитосанитарных продуктов и биоудобрений (Текст) / Lienart, Yvette. 27.09.2001

17. Патент WO №2009079508 A1, МПК A 01Н 1/00, Способы и составляющие снижения стресса у растений (Текст) / Kupatt, Jr., CharlesChristian.16.12.2008.

18. Патент WO №2008050799 A1, МПК A 01G 15/00, Способ и система изменения климата пользованием парогенератора (Текст) / Nakamura, Tomoaki; Nakamura, Katsuhiko; Nakamura, Watanabe; 24.10.2007

19. Патент WO №2008052224 A2, МПК A 01G215/02, Многофункциональная сельскохозяйственная ферма (Текст) / Zinqher, Arthur, R. 29.10.2007.

20. Патент RU №23338368 С1 Российская Федерация, МПК А 01G 25/00, Вегетационная система для создания микроклимата (Текст) / Шохин А.М., Шохин К.А. 07.03.2007.

21. Патент RU 2337525 С1 Российская Федерация, МПК А 01G 25/00, Способ орошения парообразной атмосферной влагой (варианты) (Текст) / Демин В.А.; Овцинов В.И. 29.01.2007.

22. Патент ЕР №2092820 А1, МПК А 01G 13/06, Способ и устройство для защиты виноградных лоз от мороза (Текст) / Kellenberger, Stefan. 21.02.2008.

23. Патент WO 2010006473 A1, МПК A 01G 13/06, Метод управления и аппарат ветромашины Текст)/ Jiangsu University. .21.01.2010.

24. Патент WO 2010008602 A1, МПК A 01G 13/06, Система обогрева ветровой машины с установкой на шесте Текст)/Hill, Daryl, G. .17.07.2009.

25. Патент WO 2010076959 A1, МПК A 01Н 1/00, Система и способ вызывания искусственного дождевания при нагреве грунта (Текст) / Bynn Hi Ryong. Pukyong National University Jndustri University Cooporation Fondation. 20.10.2009.

26. Патент US 7 654 035 В2 МПКА 01G 25/16, Guarga Ferro (45) Feb. 2, 2010.

27. Патент RU 2283580 С2, МПК А 01 G 25/00, Дождевальная установка «Данус-Жанбыр» (варианты) (Текст) / Нусупбекова Дина Акаевна. Нурмамбетов Куаныш Эмилевич, Нурмамбетова Дамиля Эмилевна. 20.09.2006.

28. Патент. RU 2071232 С1, МПК А 01 G 7/04, Способ обработки почвы и растений (Текст) / Ильюхин М,С., Васянин В.И. 10.01.1997.

29.Патент RU 2567521 С1, МПК А 01 G 15/00, Оросительная сеть для регулирования фитоклимата поля. /Губин В.К., Максименко В.П., Матвеев А.В, Храбров М.Ю., Бородычев В.В., Майер А.В., Аристов Э.Г., Кудрявцева ЛД.В., Колесова Н.Г., Харитонов С.И., Силков М.В. 2015-11-10 –публикация, 2014-05-13- подача.

30.Патент РФ 2527022. Распылитель жидкости. Кизяев Б.М., Максименко В.П., Губин В.К., Храбров М.Ю., Максименко П.В., Айриян Н.В., Казакевич О.А., Аристов Э.Г., Мостовой Г.Я. 04.07.2014г.

31.Патент РФ 2548886 Устройство для создания газокапельной струи. Аристов Э.Г., Айриян Н.В., Кизяев Б.М., Колесова Н.Г., Максименко В.П., Губин В.К., Храбров М.Ю. 20.04.2015г.

32.Патент РФ 2529725. Система регулирования микроклимата поля. Кизяев Б.М., Максименко В.П., Губин В.К., Бородычёв В.В., Храбров М.Ю., Казакевич О.А., Олейников В.И.06.08.2014г.

33. Патент РФ №2567521, 10.11.2015г «Оросительная сеть для регулирования фитоклимата поля». Губин В.К., Максименко В.П., Матвеев А.В., Бородычев В.В., Храбров М.Ю., Майер А.В., Аристов Э.Г., Кудрявцева Л.В., Колесова Н.Г., Харитонов С.И., Силков М.В.

34.Albrecht, M., Roth, D. Beregnung lohnt sich. Kartoffelbau, 46, 1995, 3. Pp. 116-119.

35.Bertoft, D., Blennow, A. Structure of potato starch // Advances in potato chemistry and technology // 2009. Pp. 83-98.

36.Duncan, C. et al. Protection against oral and gastrointestinal diseases, Importance of dietary intake, oral nitrate reduction and enterosalivary nitrate circulation. Comp. Biochem. Physiol, 118, 1997. Pp. 939-948.

37. Kumar, D., Singh, B.P., Kumar, P. An overview of the factors affecting sugar content of potatoes // Ann. Appl. Biol. 2004. Vol. 145. Pp. 247-256.

38.Nitsch, A. Kartoffelbau. Agrimedia GmbH Spithal, 2003. 344 p.

39. Ovchinnikov, A.S. Kinematic study of a robot-weeder with a sprayer function and fertigation / A.S. Ovchinnikov, O.V. Bocharnikova, N.S. Vorobyeva, A.V. Dyashkin, V.S. Bocharnikov, S.D. Fomin // IOP Conference Series: Earth and Environmental ScienceVolume 422, Issue 1, 2020, Номер статьи 0121036th.

Реферат

Отчет содержит 81 с., 9 разделов, 40 табл., 9 рис., 51 литературных источников, 5 приложений.

Ключевые слова: БИОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД, ИНТЕГРИРОВАННАЯ ЗАЩИТА, ПРЕПАРАТЫ, БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ, БИОЛОГИЧЕСКИЕ УДОБРЕНИЯ.

Обоснован новый методологический подход к разработке системы интегрированной защиты растений для органического земледелия с учётом агроландшафтного обустройства территории и инновационных приёмов применения органических удобрений, биорегуляторов роста, орудий для обработки почвы оригинальных конструкций, биологических методов борьбы с вредителями и болезнями.

В результате исследований получены новые теоретические знания о синергическом влиянии на повышение продуктивности сельскохозяйственных культур биорегуляторов роста, новых приёмов обработки почвы, биопестицидов и энтомофагов в условиях применения органических удобрений и организмов-деструкторов растительных остатков.

Полученные новые знания применены для разработки высокоэффективных агротехнических приемов, и интегрированы в технологии органического возделывания сельскохозяйственных культур в Нижневолжском регионе. Разработаны практические рекомендации по повышению выхода товарной продукции высокого качества, снижению кратности и количества использования удобрений и пестицидов на землях сельскохозяйственного значения на 10-25 %. Обоснованы новые технологические приёмы возделывания сельскохозяйственных культур с применением запатентованных способов обработки почвы и опрыскивания, применения адаптивных сортов сельскохозяйственных растений.

Результаты исследований внедрены в УНПЦ «Горная поляна» Волгоградского ГАУ, ГУП ВОСХП «Заря» г. Волгограда, К(Ф)Х «Саютин Н.И.» Урюпинского района Волгоградской области.

Термины и определения

В отчете о НИР применяют следующие термины с соответствующими определениями:

Возбудитель болезни патоген (infectioun agent, pathogen) – биологические агенты, грибы, бактерии, вирусы, членистоногие, гельминты, и др.), эволюционно приспособившиеся к паразитированию в (на) организме растения, животного или человека и оказывающие на них вредное (специфическое болезнетворное) воздействие.

Гниль (rot) – один из симптомов болезней растений и сельскохозяйственной продукции, который проявляется в изменении окраски (нередко в побурении) отмирающих тканей и органов, их размягчении, разрыхлении, разложении. Клетки теряют связь между собой, меняется биохимический состав, появляется неприятный запах, горький вкус, фитотоксичность, ухудшается общее качество растениеводческой продукции. Гнили вызывают преимущественно возбудители грибной и бактериальной природы из двух эпифитотических групп; 1) почвенных, или корнеклубневых (обыкновенная и офиоболёзная корневая гнили зерновых культур белая и серая гнили овощных плодовых ягодных и других сельскохозяйственных культур, ризоктониоз, кагатная гниль, хвостовая гниль свёклы, гниль корней плодовых, ягодных культур и др.); 2) наземно-воздушных, или листостеблевых (гниль ягод винограда, гниль плодов и семян при хранении в сырых помещениях, гниль чёрная плодов томатов и др.).

Грибы (fungi, Mycota) – самостоятельное царство эукариотических организмов, ранее относившихся к группе низших растений, лишенных хлорофилла. Мицелиальные грибы (микромицеты) преобладают как возбудители болезней растений. Они имеют большое значение в регуляции численности насекомых, вызывая их заболевания. Насчитывают более 100 тыс. видов.

Деградация почвы – ухудшение свойств и плодородия почвы в результате воздействия природных или антропогенных факторов (ГОСТ 27593-88);

Земли сельскохозяйственного назначения – земли, предоставленные в пользование для нужд сельского хозяйства или предназначенные для этих целей (ГОСТ 26640-85);

Инфекция (infection) – состояние заражённости биологического хозяина возбудителем болезни, проявляющееся в двух формах: наличием определнных симптомов и латентной (скрытой) формы.

Исследование (investigation, research, study) – процесс научного изучения объекта, предмета, явления, с целью выявления закономерностей возникновения развития, изменения, использования, или преобразования, чего-либо. Основные компоненты исследования: постановка задачи, предварительный анализ имеющейся информации, условий и методов решения задач; формулировка исходных гипотез планирование, организация и проведение эксперимента; анализ и обобщение полученных результатов, проверка исходных гипотез на основе полученных фактов; окончательная формулировка новых знаний, фактов; их объяснение. Заключительный этап — внедрение полученных результатов в производство.

Плесень (mould) – характерные пушистые или бархатистые грибные спороношения налёты различной окраски (белой, серой, зелёной, чёрной, синей, красной, и др.), развивающиеся на продуктах питания, растительных, остатках, обоях, коже, древесине и других объектах при соответствующих условиях влажности и температуры. Мицелий, плесеней пронизывает субстрат, разрушает его с помощью ферментов, придавая нередко токсичность. Грибы-плесени принадлежат к различным таксонам: несовершенным, аскомицетам, низшим.

Плодородие почвы – способность почвы удовлетворять потребность растений в элементах питания, влаге и воздухе, а также обеспечивать условия для их нормальной жизнедеятельности (ГОСТ 27593-88);

Порог вредоносности: биологический (ПВ), экономический (ЭПВ) (threshold of species harmfulness: biological, economic) — биологический порог вредоносности (ПВ) представляет собой минимальную численность вредных организмов (фитофаги, фитопатогены, сорные растения) или поражение, повреждение растений, вызывающие статистически достоверное (с 95%-ным уровнем вероятности) снижение урожайности сельскохозяйственных культур или продуктивности агроэкосистем более высокого уровня сложности (севооборот, агроландшафт). ПВ относят к биологическому, или критическому порогу вредоносности. Экономический порог вредоносности (ЭПВ) – численность популяции вредных организмов или развития болезней по прогнозу, при которых применение защитных мероприятий экономически оправдано сохранением дополнительной продукции, окупающей затраты. Исторически ЭПВ был первоначально разработан для фитофагов с целью ограничения применения инсектицидов, затем стал применяться для принятия решений по применению гербицидов и фунгицидов для сдерживания болезней при прогнозах их развития выше ЭПВ. Например, применение фунгицидов против септориоза пшеницы рекомендуется при интенсивности поражения листьев в фазу выхода в трубку не более 5%, если по прогнозу ожидается развитие болезни более 25-30%. Ориентировочные экономические пороги периодически уточняются специалистами регионов в зависимости от вида препарата, способа его внесения, сорта защищаемой культуры других агротехнологических и природных факторов.

Раса фитопатогена (race of a phytopathogene) – генетически обусловленная форма фитопатогена, приуроченная к заражению сортов растений-хозяев. Различают моногенные и полигенные расы фитопатогенов, обусловливающие их вирулентность к сортам соответственно с моногенной и полигенной устойчивостью.

Резистентность вредных организмов к пестицидам (tolerance to pesticides noxious organisms) — возникновение генетически обусловленной устойчивости вредных организмов к пестицидам при их систематическом применении. Известны сотни видов вредных организмов (фитофаги, сорные растения, фитопатогены) которые обладают резистентностью к пестицидам преимущественно системного механизма действия.

Список сокращений

мг/кг – миллиграмм на килограмм;

мг. экв. – миллиграмм эквивалент;

г/кг – грамм на килограмм;

г/л – грамм на литр;

л/га – литр на гектар;

кг/га – килограмм на гектар;

т/га –тонн на гектар;

мм – миллиметры;

С – градусы Цельсия;

min – минимальные значения;

max – максимальные значения;

ООН – Организация объединённых наций;

ВВЕДЕНИЕ

Продовольственная безопасность Российской Федерации является фактором сохранения государственности и суверенитета России, важнейшей составляющей демографической политики, необходимым условием реализации стратегического национального приоритета — повышение качества жизни российских граждан путем гарантирования высоких стандартов жизнеобеспечения. ООН провозгласила 2020 год Международным годом охраны здоровья растений, с целью привлечения всеобщего внимания к вопросу охраны здоровья растений, как механизму борьбы с голодом, нищетой, защитой окружающей среды и ускорением экономического развития.

В связи с этим многократно возросла актуальность научных исследований в области интегрированной защиты растений, снижении пестицидной нагрузки на агроландшафты для производства органической и экологически безопасной продукции. Для условий Нижневолжского региона данное направление исследований является новым, так как большинство предприятий использует традиционные системы химической защиты растений. Снижение естественного инфекционного фона, численности вредных организмов в посадках и посевах сельскохозяйственных культур в жёстких природно-климатических условиях региона в интегрированной защите должно основываться на использовании биологических удобрений, биостимуляторов, гуматов, препаратов микоризы.

Исследования эффективности данных средств в зоне каштановых почв представляют теоретический интерес, так как обосновывают научный подход для разработки системы защиты различных культур. Его практическая реализация должна основываться на производственных рекомендациях, регламентах применения препаратов, опытных данных по снижению численности и распространения патогенных организмов. На решение данных задач направлена данная инновационная разработка.

Цель исследований — разработка интегрированной системы защиты растений для органического земледелия и агроландшафтного обустройства территорий с использованием адаптивных сортов сельскохозяйственных культур и приёмов повышения урожайности сельскохозяйственных культур на основе применения биоудобрений, регуляторов роста растений, энтомофагов, особых приёмов подготовки почвы и снижения пестицидной нагрузки при опрыскиваниях.

Содержание НИР:

1. Научное обоснование приёмов агроландшафтного обустройства территории для повышения эффективности органического земледелия.

2. Научное обоснование применения адаптивных сортов, сроков посева и норм высева сельскохозяйственных культур для улучшения фитосанитарной ситуации в агроландшафтах.

3. Научное обоснование интегрированной системы защиты растений для органического земледелия с использованием энтомофагов и биорегуляторов роста растений с фунгицидными свойствами.

4. Разработка приёмов повышения плодородия почвы и её оздоровления путём использования биоудобрений, микроорганизмов-деструкторов, влагосорбирующего полимерного материала, рабочих органов почвообрабатывающих орудий новых конструкций.

5. Разработка регламентов применения новых регуляторов роста на основе гуматов, хитозана, гиббереллинов для повышения стрессоустойчивости и продуктивности сельскохозяйственных растений.

6. Разработка способа опрыскивания, позволяющего снизить пестицидную нагрузку на агроландшафт на 20% в интегрированной системе защиты.

2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Условия и методы проведения исследований

2.1.1. Климат и погодные условия

Климатические и погодные условия определяют условия роста, развития и формирования урожая сельскохозяйственных культур. Знание об агроклиматических ресурсах территории является необходимым для возделывания сельскохозяйственных культур.

Биоклиматический потенциал территории (БКП) характеризуется комплексом климатических факторов, которые определяют возможность сельскохозяйственного производства

Климат Волгограда характеризуется как умеренно-континентальный, с относительно холодной зимой и жарким, засушливым летом. Данные многолетних метеонаблюдений свидетельствуют, что среднесезонная температура воздуха в этом городе составляет +8,2°C. Самая низкая температура в XXI веке была зафиксирована18 января 2006 года (-32,6°C), самая высокая – 1 августа 2010 года (+41,1°C). Описание климата в Волгограде свидетельствует о том, что в конце XX — начале XXI века происходит явный рост среднегодовой температуры воздуха.

Волгоградская область расположена на юго-востоке Русской равнины, в достаточной удаленности от морей и океанов. По обилию солнечного тепла регион не уступает крымскому побережью. Равнинный рельеф не препятствует проникновению на территорию области воздушных масс: в зимние месяцы вторгается сухой, холодный воздух Сибирского антициклона, что усиливает зимние морозы. В летние же месяцы наблюдается приток воздушных масс с Атлантического океана, которые, проходя над поверхностью Русской равнины, иссушаются и почти не умеряют жару. Не исключается проникновение в Волгоградский регион и сухого арктического воздуха, усиливающего мороз зимой и приносящего прохладу летом. Когда в летний период на территорию Волгоградской области вторгаются сухие, горячие воздушные массы из Казахстана, в регионе воцаряется жара до +39-45°С.

Исследования проводились в на экспериментальном участке ФГБОУ ВО Волгоградского Государственного Аграрного Университета УНПЦ «Горная Поляна».

Агроклиматическое районирование Волгоградской области территория Советского района УНПЦ «Горная Поляна» входит в участок теплый, засушливой области. Зимой в этом районе умерено холодная со средней месячной температурой в январе -9,7^оС и абсолютным минимумом -34^оС. Средняя месячная температура воздуха самого теплого месяца в году – июля, равна +24,3^оС. Максимальная же температура в от- дельные годы может достигать +41^оС. Погодные условия в тёплое время года были типичны для региона. Весенние месяцы отличались неустойчивой и относительно тёплой погодой. Периоды с оттепелями сменялись резкими похолоданиями, продолжающимися 5-7 дней. В отдельные дни отмечен интенсивный ветровой режим. Скорость ветра достигала 14-17 м/с (таблица 1).

Таблица 1. — Метеоусловия вегетационного сезона 2020 года в городе Волгограде

В марте отмечена тёплая погода. Средняя температура воздуха составила 5,5 ⁰С. Однако в ночные часы в отдельные дни её понижение составило -4,0…-8,0 ⁰С. Резкие колебания между ночными и дневными температурами создавали не комфортный режим погоды. Днём воздух прогревался до +16,0-+20,0 ⁰С. В конце месяца почва окончательно оттаяла, и у растений начался большой вегетационный период. Отмечено начало сокодвижения у деревьев.

Погода в апреле была не устойчивой. Первые две декады месяца продолжались явления, возникшие в марте. В отдельные ночи температура опускалась до -2,0…-8,0 ⁰С. Амплитуда температуры в течение суток достигала 15,0-20,0⁰С. Почва и воздух прогревались медленно. Только в третьей декаде месяца закончились заморозки и произошло увеличение среднесуточной температуры выше +10,0 ⁰С. Цикл активной вегетации растений начался на 12 дней позже средних сроков для Волгограда.

В мае наиболее тёплой оказалась первая декада, когда среднесуточная температура воздуха увеличилась до +16,2⁰С, а в дневные часы воздух прогревался до +27,0⁰С. Во второй декаде месяца отмечено похолодание и обильные осадки. С третьей декады мая наступило фенологическое лето, и воздух в дневные часы прогревался до +31,0 ⁰С. За месяц выпало более 100 мм осадков, что создало благоприятные условия роста растений.

В первой декаде июня выпали осадки. Но во второй и третьей декадах наступила жаркая и засушливая погода. Температура воздуха поднималась до 36,0 ⁰С и выше. В отдельные часы зафиксирована температура 42,0 ⁰С. Даже в ночное время воздух и поверхность почвы не успевали остывать. Влажность воздуха опускалась до низких 32-44%. В период засухи осадков не наблюдалось.

В первой декаде июля тенденция жаркой и засушливой погоды сохранилась. Воздушная засуха перешла в почвенную. Температура воздуха в дневные часы достигала 41,0-42,0 ⁰С. В первой декаде отмечены небольшие кратковременные дожди, которые не повлияли на засушливый характер погоды. Ветровой режим в этом месяце характеризовался низкой интенсивностью. В отдельные дни порывы ветра достигали 10 м/с.

В целом погода первой половины вегетационного сезона была благоприятной для роста, развития и плодоношения древесных растений на опытном участке. Однако экстремальные погодные условия в конце июня и начале июля негативно повлияли на их жизнедеятельность.

Август и сентябрь отличались засушливой и теплой погодой. За эти месяцы существенных осадков не отмечено (всего выпало за два месяца 9,5 мм), а температура воздуха была выше среднемноголетней на 2-3 градуса. Наблюдалась почвенная и воздушная засуха. Это отрицательно повлияло на вегетацию растений, которые перешли в период покоя раньше на 2 недели.

Среднегодовая норма осадков — 244 мм. В течение года количество осадков распределяется неравномерно, что характерно для европейской части России. Наибольшее их количество (210 мм) приходится на теплый период года (апрель-сентябрь). Летние осадки выпадают чаще всего в виде кратковременных ливней и не успевают полностью впитаться в почву, стекая вниз по склонам к опусканию балок.

Летом каждый месяц бывает 6,8-10,0 дней с осадками. Количество дней с осадками 1 мм и более составляет 1,0-6,1 дня, а количество дней с осадками 5 мм и более обычно невелико и составляет 1,2-2,8 дня.

Обильные осадки в теплое время года на склонах с крутизной 1 ° в большинстве случаев приводят к развитию водной эрозии.

При характере климата важным показателем является продолжительность периодов со среднесуточной температурой выше 5,10 и 15 ° C, а также сумма непрерывных температур и количество осадков в эти периоды.

Таблица 1 показывает, что вегетационный период длинный, отмечается довольно высокая сумма положительных температур за этот период, что позволяет выращивать большой набор сельскохозяйственных культур в регионе. Рост и развитие сельскохозяйственных культур зависит от запасов продуктивной влаги в почве.

Таблица 2. Продолжительность периодов с температурами выше указанных периодов и сумма температур за эти периоды по Волгоградской области.

2.1.2. Почвы опытного участка

Почвы каштанового типа располагаются в комплексах с солонцами и лугово-каштановыми почвами.

Однородные массивы каштановых почв составляют до 30 % от площади их распространения в подзоне. Средняя мощность гумусового горизонта для каштановых маломощных почв составляет 0,26-0,30 м, среднемощных – 0,35-0,36 м. Солонцеватость является зональным признаком и возрастает в каштановых почвах Левобережья Волги.

В этой подзоне орошаемые земли занимают наибольший удельный вес: 5,1% от площади сельскохозяйственных угодий и 7,8% от площади пашни. Общее их количество составляет 194,2 тыс. га, действующих – 131,3 тыс. га [14,15].

Светло-каштановые почвы распространены в пределах южной части Заволжской провинции и по Правобережью Волги (Сарпинская низменность, Ергенинская возвышенность). Занимают они около 31% площади. Средняя мощность гумусового горизонта светло-каштановых почв составляет 0,27 м с содержанием гумуса 1,8-2,2 %. В составе поглощенных оснований в светло-каштановых почвах содержание поглощенного кальция снижается до 62-70%, в солонцеватых разностях – до 55-65%. Светло-каштановые почвы характеризуются более высокой плотностью и низкой водопроницаемостью по сравнению с каштановыми.

Площадь орошаемых земель в этой подзоне 34,9 тыс.га, действующих 25,7 тыс.га. Их доля в площади пашни составляет 8,9% и 4,6% от площади сельскохозяйственных культур.

Светло-каштановые почвы отличаются резким дефицитом влаги. Поэтому урожаи сельскохозяйственных культур на них неустойчивые.

Содержание гумуса и азота в каштановых почвах.

Светло-каштановые почвы и тем более каштановые и бурые существенно различаются между собой по содержанию перегноя и другим свойствам. При сравнительно высоком содержании перегноя в темно-каштановых почвах они характеризуются и более высоким количеством азота, но по нитрификационной способности эти почвы почти не отличаются от светло-каштановых.

Опытный участок на светло-каштановой почве представлен средними и легкими суглинками, на сероземно-луговой почве — тяжелоглинистыми разностями.

В работах по природному районированию России светло-каштановые почвы отнесены в полупустынную (пустынно-степную) зону из-за большого сходства их с бурыми почвами.

В полупустыне часто встречаются типчаково-ромашниковые группировки на светло-каштановых почвах в комплексе с полынно-зла-ковыми на каштановых почвах, полынными и полынно-солянковыми на солонцах и солончаках.

Солонцы, образующиеся в комплексе с бурыми или светло-каштановыми почвами, характеризуются несколько повышенной нитрификационной способностью горизонта А или совсем низкой горизонта В. Этим они резко отличаются от солонцов, развитых в черноземной зоне, в которых нитрификационный процесс проявляется интенсивно.

Распространены в основном в пустынно-степной зоне, граничат со светло-каштановыми почвами на севере и сероземами на юго-востоке. Бесструктурны, гумуса около 2 %, имеют маломощный гумусовый горизонт (15 — 25 см), который подстилается плотным солонцеватым горизонтом В , далее идут горизонты скопления гипса и других солей (таблица 7).

Отличаются плохими водно-физическими свойствами, имеют реакцию (рН) 7 5 — 8 5, емкость поглощения 10 — 20 мэкв на 100 г, степень насыщенности основаниями 100 %, в их составе преобладают кальций и магний. Эти почвы вскипают обычно с 15 — 20 см, а иногда с поверхности. Имеют выпотной водный режим.

Почвы бесструктурны, гумуса около 3 %, имеют маломощный гумусовый горизонт (18 — 27 см), который подстилается плотным солонцеватым горизонтом В , далее идут горизонты скопления гипса и других солей (таблица 3).

Таблица 3. – Результаты анализа почвы с опытного участка

Отличаются плохими водно-физическими свойствами, имеют реакцию (рН) 7 5 — 8 5, емкость поглощения 10 — 20 мэкв на 100 г, степень насыщенности основаниями 100 %, в их составе преобладают кальций и магний. Эти почвы вскипают обычно с 15 — 20 см, а иногда с поверхности.

Профиль почв имеет следующее морфологическое строение:

А — гумусовый горизонт мощностью 15-30 см, буровато-темно-серый или серый с каштановым оттенком, пороховато-зернистой или комковатой структуры, в светло-каштановых почвах бесструктурный;

B1 — переходный гумусовый горизонт мощностью 10-25 см, более яркой коричневой или бурой окраски, плотнее предыдущего, крупнокомковатой структуры;

В2 — переходный горизонт, неравномерно окрашен, на буром фоне пятна и потеки гумуса, комковато-призматической структуры;

ВСК(СК) — иллювиально-карбонатный горизонт мощностью 40-50 см, желтовато-бурый или желтый с выделениями карбонатов в виде белоглазки, ореховато-призматической структуры, плотный, могут быть кротовины; с глубиной плотность и количество карбонатов уменьшаются;

СC — материнская порода с выделениями гипса, начинается с глубины 110-200 см, значительно рыхлее и влажнее предыдущего; гипс в виде прожилок, мелкокристаллических легких стяжений, плотных крупнокристаллических друз; выделения легкорастворимых солей появляются с глубины 150-200 см.

2.2. Объекты и методика исследований

Исследования проводили на опытном поле ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ. Площадь 100 га орошаемых и богарных участков. Схема опытных посевов приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. – Схема размещения опытных посевов на поле

Опытный участок расположен в УНПЦ «Горная Поляна» Городищенского района Волгоградской области в кадастровом выделе 34:03:220005:150. Оборудован системой орошения. Он состоит из коллекции сортов и гибридов отечественной и зарубежной селекции, участка гибридизации и семеноводческих посевов, интродукционных питомников, опытных участков по исследованию влияния на растения биоудобрений, регуляторов роста, препаратов.

Биоудобрения и регуляторы роста изучали согласно «Руководство по проведению регистрационных испытаний агрохимикатов в сельском хозяйстве / В.Г. Сычев, О.А. Шаповал, И.П. Можарова, Т.М. Веревкина, М.Т. Мухина, А.А. Коршунов, А.С. Пономарева, Т.Ю. Вознесенская, В.Л. Веревкин. – М.: ФГБНУ«ВНИИ агрохимии», 2018. – 240 с.».

Корневую подкормку проводили путем полива растений. Рабочий раствор удобрения готовили непосредственно перед выполнением подкормок. Для приготовления рабочего раствора отмеряли требуемое количество удобрения на одну обработку. Далее бак наполняли примерно наполовину водой, добавляли необходимое количество удобрения, доливали воду до расчетного объема, раствор перемешивали и проводили подкормку.

Фенологические наблюдения проводили на всех делянках опыта и отмечали следующие фазы роста и развития растений:

— всходы (при посеве семенами в грунт);

— фаза образования третьего листа;

— начало образования боковых плетей;

— бутонизация женских цветков;

— цветение мужских цветков;

— цветение женских цветков;

— образование завязей;

— начало плодоношения (первый сбор плодов);

— последний сбор плодов.

Началом наступления фазы развития растений считали, когда она отмечена у 10% растений, и массовое наступление, когда эта фаза отмечена у 75% растений.

При сборе плодов учитывали как товарный (пригодный к потреблению или переработке), так и нетоварный урожай. В товарной части урожая обязательно учитывали отдельно стандартный и нестандартный урожай.

Периодически проводили осмотр всех делянок с целью сравнения развития растений по вариантам (повторностям), фиксировали возможные отклонения в развитии растений (усыхание листьев, осыпание цветков, опадение завязей, поражение болезнями, повреждения вредителями и т.п.), выясняли причины этих отклонений.

Фитотоксичность агрохимиката (угнетение роста, усыхание листьев, деформации, изменение окраски и т.д.) отмечали в течение первых 3-5 дней, начиная со 2-го дня после применения.

Действие препаратов изучали на основе рекомендаций «Методические указания по регистрационным испытаниям фунгицидов в сельском хозяйстве», под ред. В.И. Долженко. – СПб: Всероссийский НИИ защиты растений, 2009. – С. 321-331. «Методическим указаниям по регистрационным испытаниям инсектицидов, акарицидов, моллюскоцидов и родентицидов в сельском хозяйстве», под ред. В.И. Долженко. – СПб: Всероссийский НИИ защиты растений, 2009. – С. 188-190.

Биологическую эффективность препаратов оценивали по снижению развития болезни и степени поражения.

Опытные данные обрабатывались статистическими методами по общепринятым методикам в программах Statistica 6.0 и MSExel 2003.

2.3. Научное обоснование приёмов агроландшафтного обустройства территории для повышения эффективности органического земледелия

Органическое земледелие предполагает снижение пестицидной нагрузки при производстве продукции растениеводства. В сложных почвенно-климатических условиях Нижнего Поволжья фитосанитарная обстановка сельскохозяйственных угодий многом зависит от агроландшафтных особенностей, влияющих на распространение возбудителей болезней и вредителей растений. Обеспечение благоприятной фитосанитарной обстановки основано на приёмах агроландшафтного обустройства, снижающих риски возникновения эпифитотий и очагов вредителей.

Обустройство агроландшафтов сухостепной природной зоны направлено на борьбу с негативными погодными явлениями (пыльными бурями, суховеями, засухами и др.) и повышение плодородия почв (предотвращения эрозии, дефляции, накопление органического вещества и др.). В мероприятиях по агроландшафтному обустройству сельскохозяйственных угодий ведущее место занимают создание оросительной сети и защитных лесных насаждений. В прошлом веке исследовано их влияние на продуктивность сельскохозяйственных культур и борьбу с негативными погодными условиями. Однако роль в снижении рисков распространения возбудителей болезней и вредителей растений остаётся недостаточно исследованной. Вместе с тем, в изменившихся условиях производства это направление исследований одно из наиболее актуальных.

Установлено положительное влияние орошения и защитных лесных насаждений на снижение распространения заболеваний озимой пшеницы (таблица 4).

Таблица 4. – Влияние приёмов ландшафтного обустройства на распространение возбудителей заболеваний в посевах озимой пшеницы (УНПЦ «Горная поляна»)

Установлено положительное влияние приёмов ландшафтного обустройства сельскохозяйственных угодий на фитосанитарную ситуацию в посевах озимой пшеницы. На контрольном варианте распространение мучностой росы было выше на 0,5-0,6% в фазу кущения и на 1,4-2,0%. Распространение корневых гнилей было выше на 0,5-1,7% в фазу кущения и 8,8-14,0% в фазу молочной спелости. Наибольший эффект от влияния орошения на распространение мучнистой росы составил 17,9%, а на распространение возбудителей корневых гнилей – 22,5%.

Эффективность влияния защитных лесных насаждений на распространение микозов озимой пшеницы составила 20,5% (мучнистая роса) и 38,3% (корневые гнили). Совместное действие орошения и влияния защитных лесных насаждений на эффективность в борьбе с распространением мучнистой росы в фазу молочной спелости 25,6%, а на распространение корневых гнилей – 24,1%. Это связано с более благоприятными условиями, складывающимися на обустроенной территории для роста и развития растений, что, также выражается в увеличении урожайности. На контрольном варианте урожайность пшеницы составила 2,3 т/га, а на орошаемом участке выше на 39,5%, на участке под защитой лесных насаждений – на 20,7%, на комплексно обустроенном участке 46,5%.

Аналогичные закономерности наблюдаются и при выращивании хлопчатника. Исследование влияния разных способов орошения на распространение заболеваний в посевах этой культуры показало преимущества орошения (таблица 5).

Таблица 5. — Влияние способа полива на развитие и урожайность хлопчатника ПГССХ-1 в условиях светло-каштановых почв (УНПЦ «Горная поляна»)

Орошение оказывает положительное влияние, как на физиологическое состояние растений хлопчатника, так и на распространение заболеваний. На участке без орошения распространение макроспориоза и корневых гнилей в смешанной инфекции составило 23,4%. При поливе дождевание снижение распространения возбудителей болезней вследствие повышения устойчивости кустов хлопчатника было ниже на 8,7%, при поливе по бороздам – на 10,2%, при капельном поливе – на 8,3%.

Современный анализ состояния ландшафтно обустроенных угодий в Нижнем Поволжье показал, что площади орошения и защитных лесных насаждений сократились. В то же время объёмы лесовосстановления, ремонта, реконструкции и строительства систем орошения не обеспечивают должного развития сельскохозяйственных земель для интенсивного производства. В этих условиях создаются предпосылки распространения патогенных организмов, особую опасность из которых представляют карантинные виды.

Данная ситуация возникла в связи с тем, что мероприятия по ландшафтному обустройству, проведённые в прошлом столетии (посадка лесонасаждений, строительство прудов, оросительных каналов и др.) выполнены без учёта их влияния на фитосанитарную ситуацию. При их планировании в основы были положены принципы снижения вреда от негативных погодных условий. Однако в меняющемся климате, новые технологии производства, в том числе органической продукции, требуют особого подхода при ландшафтном обустройстве, обеспечивающего фитосанитарную стабильность угодий. В этом отношении необходимо исключить источники распространения патогенных организмов на участках, прилегающих к производственным. Резерватами аккумулирования возбудителей болезней, насекомых вредителей и сорных растений могут являться защитные лесные насаждения, залежные земли, выведенные из оборота, овраги, балки и др.

Наши исследования показали, что особое влияние на распространение патогенных организмов в посевах могут оказывать виды деревьев и кустарников, произрастающие в защитных лесных насаждениях (таблица 6).

Таблица 6. – Влияние защитных лесных насаждений разного породного состава на распространение возбудителей грибных болезней в посевах озимой пшеницы

Установлена взаимосвязь между распространением грибной инфекции и урожайностью озимой пшеницы. Снижение распространения с 37,9% до 21, 4% приводит к увеличению урожайности от 2,1 до 2,9 т/га или на 27,6%. Наибольшее положительное влияние на фитосанитарную ситуацию посевов озимой пшеницы оказали насаждения из вяза приземистого и скумпии кожевенной. Необходимо отметить, что эти древесные виды (особенно скумпия кожевенная) мало повреждаются сосущими насекомыми, которые способны распространять споры грибов на сопряжённые культуры. Робиния лжеакация в фазу цветения в сильной степени повреждается тлёй, которая распространяет возбудителей болезней на пшенице.

Таким образом, при ландшафтном обустройстве сельскохозяйственных угодий для снижения фитосанитарных рисков необходимо применять защитные лесные насаждения из устойчивых к фитопатогенам видов (вяз приземистый, скумпия кожевенная) и орошение, которое способствует снижению у растений стресса и повышению устойчивости. Наибольший эффект по улучшению фитосанитарного состояния достинут на орошении дождеванием и капельном, снижение распространения возбудителей болезней на 8,7 и 8,3 % соответственно.

2.4. Научное обоснование применения адаптивных сортов, сроков посева и норм высева сельскохозяйственных культур для улучшения фитосанитарной ситуации в агроландшафтах

2.4.1. Роль устойчивости сортов к патогенным организмам

Одним из путей снижения пестицидной нагрузки на агроландшафт является применение для посева адаптивных сортов сельскохозяйственных культур, устойчивых к возбудителям болезней и вредителям. Исследование устойчивости сортообразцов хлопчатника и томатов по этому признаку показало существенные различия. Несмотря на то, что для Нижнего Поволжья хлопчатник является новой и редко возделываемой культурой, на опытном участке растения повреждались болезнями разной этиологии. Наибольшее распространение получили возбудители микозов листьев и корней (выявлено 7 видов грибов). В меньшей степени получил распространение бактериоз (выявлена одна болезнь).

В коллекционном изучении сортов хлопчатника установлена устойчивость сортов к возбудителям микозов. Относительно лучшим фитосанитарным состоянием отличались посевы сорта волгоградской селекции ПГССХ 1. Распространение грибных болезней листьев не превышало 22,7%, а корневых гнилей – 5,9% (таблица 7).

Таблица 7. – Распространение болезней в посевах хлопчатника разных сортов

(опытный участок УНПЦ «Горная поляна»)

Наибольший процент распространения получил в посевах макроспориоз (23,7-37,6%). Появление возбудителя наблюдалось с фазы двух настоящих листьев и в течение всего вегетационного сезона. Корневые гнили в общей доле болезней занимали преимущественно 10,2-17,9% (вертициллез), 7,5-17,3% (фузариоз), 6,8-54,8% (черный рак). В меньшей степени проявлялись аспергиллёз (не более 15,6% на сорте Сурхан 9) и гомоз (до 5,8% на сортах Л-500, Сурхан-9).

Наибольшей устойчивостью отличался сорт ПГССХ 1, в посевах которого доля распространения возбудителей разных болезней была 0,9-23,7%. Наиболее восприимчивым и к микозам в условиях светло-каштановых почв были сорта Истиклол, Гиза-80, Сурхан-9.

Необходимо отметить, что сорта, созданные 10-15 и более лет назад, отличаются низкой устойчивость. Новые сорта (ПГССХ 1) имеют преимущества, что связано с особенностями анатомического строение кутикулы листьев. Она плотная, повышенной толщины, препятствует повреждению сосущими вредителями (тли, клещи), которые являются разносчиками инфекции.

Проведена оценка генофонда коллекции сортов и гибридов томата на устойчивость, которая позволила выявить роль генетически обусловленных качеств в распространении возбудителей болезней.

Разработан алгоритм исследования селекционных образцов томатов с целью выявления их устойчивости и восприимчивости с использованием кластерного анализа. Путём кластерного анализа коллекционный фонд сортов и гибридов разделён на группы по принципу различной устойчивости (таблица 8).

Таблица 8. – Характеристика сортов и гибридов томата при изучении в коллекции

Первая группа включает томаты классических сортов Новичок, Новичок розовый и современных гибридов Кендрас F₁ и Классик F₁, которые имеют достаточно короткий вегетационный период, но отличаются устойчивостью к заболеваниям и технологическими свойствами мякоти плодов.

Вторая группа включает среднеплодные томаты сортов Подарочный, Волгоградский 5/95 и их зарубежные аналоги УссарF₁ и Агрессор F₁. Они также отличаются по устойчивости к абиотическим стрессам и заболеваниям.

В отдельную группу были выделены мелкоплодные черри-томаты НоваттоF₁ и КонсерваттоF₁. Они отличаются обильным цветением и плодоношением и представляют интерес как доноры генов высокой продуктивности.

Четвёртая группа объединила крупноплодные гибриды с плодами весом более 200 г. Это гибриды Сахара F₁, БабайF₁ и др., которые являются источниками генов большого размера плодов.

Данный анализ позволяет подбирать устойчивые для выращивания сорта и гибриды, не требующие значительных химических мер борьбы с болезнями.

2.4.2. Влияние сроков посева и норм высева на распространение патогенных организмов

Исследование влияния сроков посева на распространение патогенных организмов проводили на посевах хлопчатника, так как данная культура чувствительна к длине светового дня и срокам посева. Для посева использовали кондиционные опушенные семена. Перед посевом семена протравливали и увлажняли для ускорения прорастания (500…700 л воды на 1 т семян). Увлажненные семена томят в течение 12…18 ч.

Очень важно сеять хлопчатник в оптимальные сроки. Его высевают, когда температура почвы устойчиво держится на уровне 12…14°С. В южных районах Нижнего Поволжья почва прогревается до данной температуры в коне апреля. Однако нестабильный температурный режим в весенний период (проявление резких похолоданий в мае) оказывает негативное влияние на посевы, что необходимо учитывать при корректировке сроков (таблица 9).

Таблица 9. — Влияние сроков посева на качество всходов хлопчатника в условиях светло-каштановых почв

Установлено, что наименьшее распространение корневых гнилей даже после применения протравителя семян наблюдается при средних и поздних сроках посева. Это связано со стабильным температурным режимом в период прорастания семени и роста корня. Посев в ранние сроки провоцирует болезни и загнивание семян.

Способ посева хлопчатника широкорядный, с междурядьями 60 или 90 см. При пунктирном способе семена высе­вают через каждые 10 см по 1…2 в гнездо. В этом случае обеспечи­ваются равномерное размещение растений и заданная густота — 100… 150 тыс. растений на 1 га без прореживания всходов.

Норма высева семян зависит от ширины междурядий, схемы посева, условий в период посева. Для оголенных семян она не должна превышать 25…30 кг/га, а для опушенных — 60…70 кг/га.

Средневолокнистые сорта выращивают при густоте 100… 120 тыс. растений на 1 га. Однако густота влияет на распространение возбудителей заболеваний хлопчатника в посевах. Установлено, что низкая густота 90-100 тыс. шт./га способствует благоприятной фитосанитарной ситуации в посевах. Доля больных растений не превышает 19,6-19,8%. Увеличение густоты до 120 тыс. шт. /га приводит к увеличению доли поражённых микозами растений на 14,3%. При используемой в России схеме посева хлопчатника с междурядьями 90 см для формирования благоприятной фитосанитарной ситуации рекомендуется густота посева не более 100 тыс. шт./га (таблица 10).

Таблица 10. — Влияние густоты стояния растений на распространение болезней хлопчатника на опытном участке в УНПЦ «Горная поляна»

Установлено положительное влияние не высоких норм высева на урожайность. Загущенные посевы приводят к снижению урожайности хлопчатника на 7,3%.

2.5. Разработка приёмов повышения плодородия почвы и её оздоровления путём использования биоудобрений, микроорганизмов-деструкторов, влагосорбирующего полимерного материала, рабочих органов почвообрабатывающих орудий новых конструкций

2.5.1. Приёмы повышения плодородия почвы путём использования биоудобрений, микроорганизмов-деструкторов, влагосорбирующего полимерного материала

Для разрушения почвенной корки посевы до появления всхо­дов боронуют зубовыми боронами поперек рядков. После появления всходов и до смыкания рядков проводят междурядные обработки посевов. В зависимости от числа поливов и засоренности осуществляют 4…7 культивации.

Отличительная особенность системы удобрения в хозяйствах — эффективное и рациональное использование каждого килограмма туков, что достигается дифференцированным подходом к каждому полю, в соответствии с данными агрохимических картограмм. Основной критерий — создание оптимального пищевого режима на всех этапах роста и развития хлопчатника, что способствует раннему наступлению и интенсивному прохождению основных фаз развития растений.

Зяблевая вспашка сопровождается одновременным внесением в почву 70% годовой нормы фосфорных удобрений и 50% калийных. В тех случаях, когда норма калийных удобрений меньше 100 кг/га, их используют только в период вегетации. Огранические удобрения вносят в первую очередь на слабомощных и легких почвах, зараженных вертициллезным вилтом. Тогда же вносят до 30% годовой нормы азотных удобрений.

Микроорганизмы-деструкторы вносили в виде препарата «Органик». Схема опыта:

1. Контроль. Фон NPK.

2. Фон NPK + «Органик» Корневая подкормка растений через 10 – 15 дней после высадки рассады, расход агрохимиката – 30 мл/ л, расход рабочего раствора – 10 л/10м².

3. Фон NPK + «Органик». Корневая подкормка растений через 10 – 15 дней после высадки рассады, расход агрохимиката – 50 мл/ л, расход рабочего раствора – 10 л/10м².

4. Фон NPK + «Органик». Корневая подкормка растений через 10 – 15 дней после высадки рассады, расход агрохимиката – 70 мл/л, расход рабочего раствора – 10 л/10м².

Площадь опытных делянок — 20 м², площадь учетных делянок – 10 м². Повторность – четырехкратная. Растения огурца в теплице нормально развивались в соответствии с сортовыми особенностями. На контрольном варианте наблюдалось отставание в развитии растений огурца с первых дней после внесения удобрения «Органик». В среднем задержка в фенологическом развитии составила 3-4 дня. На всех вариантах с различными нормами внесения удобрения «Органик» после подкормки наблюдалось ускорение роста и начала цветения и плодоношения (табл. 11-13).

Таблица 11. — Сроки прохождения фенологических фаз огурца в опытных вариантах

После высадки рассады количество опытных растений на делянках не изменилось. После проведения корневой подкормки было отмечено ускорение роста главного побега на всех вариантах опыта по сравнению с контролем. Применение удобрения «Органик» в норме 30 мл/л привело к увеличению длинны побега растений огурца на дату учёта на 8,1%, в норме 50 мл/л – на 11,6%, в норме 70 мл/л – 14,1%. Также отмечено увеличение числа боковых побегов (4,0 шт.) под влиянием удобрения на 25,0 – 32,5%.

Таблица 12. – Влияние удобрения «Органик» на массу и размеры плодов огурца