Отраслевая сеть инноваций в АПК

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ​

Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Титульный лист и исполнители

РЕФЕРАТ

Отчет по научно-исследовательской теме выполнен на 132 листах и содержит 16 таблиц, 37 рисунков, включает в себя реферат, введение,главы, выводы, приложения. Список литературы включает 75 источников.

Ключевые слова:дождевание, орошение, оптимизация, интенсивность дождя.

Целью данной работы является проведение исследований, совершенствование технологии дождевания картофеля с использованием переменной интенсивности дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя.

Объектом исследований:технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя, модули системы с переменной интенсивностью дождя.

Анализ полученных результатов: Проведены исследования производства картофеля в условиях Северо-Западного региона Российской Федерации с использованием дождевания переменной интенсивности. Выполнено обоснование параметров искусственного дождя, обеспечивающих эффективное дозированное орошение во время вегетации. Этот прием повышает эффективность применения удобрений и регуляторов роста за счет оптимизации водного режима, а также способствует оптимизации роста и развития картофеля, возделываемого на дерново-подзолистых почвах в условиях Порховского района Псковской области.

Совершенствование технологических процессов востребовано и экономически выгодно это привело к сокращению материальных, трудовых и энергетических затрат производства.

Основные положения работы докладывались и были одобрены на различных научно-практических конференциях, в том числе:

– XVI всероссийский молодежный форум «Вклад молодых ученых аграрных вузов и НИИ в решение проблемы импортозамещения и продовольственной безопасности России», 28-30 сентября 2020 г., Казань;

IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (MSE), 20.10.2020 г., Бристоль;

Международная научно-практическая конференция «Научное обеспечение инновационного развития АПК», 18 мая 2020г., Великие Луки;

Региональная научно-практическая конференция «Агропромышленные технологии в северо-западном регионе РФ», 27 февраля 2020г., Великие Луки.

По материалам работы опубликовано 9 научных статей.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время на орошаемых землях, которые не превышают 1/5 части мировой площади пашни, выращивается около 40% продукции растениеводства. Выход продукции в 2-5 раз выше с орошаемого гектара, при этом в 2-3 раза увеличиваются производительность труда, эффективность использования природных и материально-технических ресурсов. В России орошаемые земли, дают от 10% до 20% всего урожая, а составляют менее 5% площади пашни. Сегодня до 80% овощей и 20% кормов производятся на орошаемых землях [54].

Одна из наиболее важных сельскохозяйственных культур, в том числе и на Северо-Западе России — это картофель. Площадь, занимаемая под картофелем в мировом земледелии, превышает 18 млн. га. В России под картофелем занято около 3 млн. га пашни. Несмотря на высокий потенциал современных сортов картофеля до 80 т/га и более в большинстве хозяйств урожай не превышает 12-15 т/га. В первую очередь это связано с низким качеством семенного материала [55]. Картофель – культура требовательная к обеспечению питательными веществами, непродолжительные засухи он переносит, но при длительных засушливых периодах (менее 50% нормальной полевой влагоемкости) сильно снижает урожай. При таких условиях растения перестают расти, феллоген клубней отмирает и пробковый слой становится твердым. При последующих осадках рост клубней не восстанавливается, что ведет к отрастанию их верхушек и образованию перетяжек и деток. После периода оптимального снабжения водой, который способствует сильному росту ботвы, даже незначительные нарушения водного режима ведут к снижению урожая[55]. Помимо прочего орошение позволяет регулировать фитоклимат растений, а также совмещать с внесением микро- и макроэлементов, снижая антропогенную нагрузку на почвы. Однако высокие цены на оросительную технику требуют применения технологически оправданных решений, учитывающих конкретные особенности региона и технологии производства.

Территория Псковской области расположена в зоне избыточного увлажнения, многолетние наблюдения показывают, что в абсолютном большинстве лет начало вегетации полевых культур, в том числе и картофеля, приходится на острозасушливый период, когда выпадает менее 30-50% осадков от климатической нормы и потребности растений. В результате ухудшается питание растений, происходит значительное отставание в росте и развитии не устранимое на последующих этапах. В связи с этим в нашей зоне становится актуальным проведение орошения картофеля.

Развивать и эффективно вести современное сельское хозяйство невозможно, без решения задачи надежного технологического оснащения мелиоративной отрасли на основе применения новых достижений науки и техники. В России разработана и действовала Федеральная целевая программа «Развитие мелиорации сельскохозяйственных земель России на период до 2020 года», направленная на комплексную модернизацию мелиоративно-водохозяйственного комплекса [54]. Однако самая большая сложность, с которой сталкиваются специалисты при подборе дождевальных машин, — отсутствие четких критериев выбора. Все строго индивидуально и фактически основывается на личном опыте. В свою очередь анализ рынка оросительной техники показывает, что ввод в эксплуатацию площадей орошаемых земель осуществлялся в основном за счет поставок импортной техники орошения составляющей до 90 % в объеме поставок.

Фактором риска развития орошаемых площадей является отсутствие новых Российских опытно-конструкторских разработок по дождевальной технике при наличии значительной доли иностранной техники орошения, в связи с этим важнейшим вопросом развития орошаемого земледелия является обеспечение сельскохозяйственных товаропроизводителей Российской дождевальной техникой, не уступающей по своим характеристикам передовым образцам иностранного производства.

Целью данной работы является совершенствование технологии дождевания семенного картофеля путем обоснования переменной интенсивности дождя и технологических предложений на модули системы. Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:

  • обоснование параметров искусственного дождя, обеспечивающих эффективное дозированное орошение во время вегетации;
  • совершенствование технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя при выращивании семенного картофеля;
  • подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя.

Впервые проведены исследования производства семенного картофеля в условиях Северо-Западного региона Российской Федерации с использованием дождевания переменной интенсивности. Выполнено обоснование параметров искусственного дождя, обеспечивающих эффективное дозированное орошение во время вегетации. Такой прием повышает эффективность применения удобрений и регуляторов роста за счет оптимизации водного режима, а также способствует оптимизации роста и развития картофеля, возделываемого на дерново-подзолистых почвах.

Для выполнения научно-исследовательской работы были привлечены аспиранты и студенты Великолукской ГСХА, по результатам проведения опытов была успешно защищена выпускная квалификационная работа. На основе полученного материала планируется проведение курсов повышения квалификации по направлению селекция и семеноводство сельскохозяйственных культур.

Совершенствование технологических процессов востребовано и экономически выгодно это привело к сокращению материальных, трудовых и энергетических затрат производства и благоприятно сказалось на экологической обстановке.

ГЛАВА 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОРОШЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ СЗ РФ

1.1 Состояние вопроса, цель и задачи исследования

За последние 25 лет в мире общая площадь орошаемых земель увеличилась на 27 % и в настоящее время ориентировочно составляет около 280 млн. га. Ожидающийся дальнейший рост мировых орошаемых площадей на 1,0-1,5 % в год в ближайшие 10 лет, что может привести к увеличению потребления запасов пресной воды на 16 % [6]

В России насчитывается 2 152 (19,6 %) орошаемых участка с использованием системы капельного орошения, которые занимают площади в пределах 75 тыс. га. Данные системы часто не могут быть использованы при возделывании картофеля в силу объективных причин. Структура дождевальной техники по состоянию на 2016 год представлена на рисунке 1.1.

технологии дождевания

Рисунок 1.1 – Структура дождевальной техники.

Несмотря на то, что за 2010-2016 годы произошло обновление парка оросительной техники, однако из 6393 российских дождевальных машин, не менее 80% работают за нормативным сроком эксплуатации, и имеют низкие технологические характеристики, в исправном состоянии находится не более 50 % широкозахватной дождевальной техники, поэтому около 80 % внутрихозяйственных оросительных систем нуждаются в проведении работ по реконструкции и модернизации. Техника с истекшим сроком службы составляет от 78% до 95% по широкозахватным дождевальным машинам, а по прочей технике – 55 %, по системам микро-орошения (капельного орошения) -10% [6].

Каждой 5 используемой дождевальной машиной является ШБМ. Примечательным является значительная доля ШБМ в общем числе импортных, причем превышающая аналогичные в абсолютном числе отечественных. Это косвенно указывает на высокий спрос на подобные машины среди небольших хозяйств, однако удовлетворить его возможно на сегодняшний день лишь за счет импорта техники.

В свою очередь из проведённого анализа рынка оросительной техники показывает, что российское ее производство не налажено, из-за отсутствия качественной конструкторской и технологической документации, а производство импортной возросло за последние годы.

Фактором риска развития орошаемых площадей является отсутствие новых Российских опытно-конструкторских разработок по дождевальной технике при наличии значительной доли иностранной, в связи с этим важнейшим вопросом развития орошаемого земледелия является обеспечение сельскохозяйственных товаропроизводителей Российской дождевальной техникой, не уступающей по своим характеристикам передовым образцам иностранного производства.

Сельское хозяйство РФ отличается наличием как относительно крупных сельскохозяйственных предприятий, располагающими значительными земельными и трудовыми ресурсами, так и хозяйств мелких землепользователей, которых насчитывается более 40 миллионов с общей площадью в 27,8 млн. га, в том числе: личные подсобные хозяйства населения – 12 млн. га с земельными наделами от 0,04 га до 2 га; фермерские хозяйства – 15,8 млн. га с площадью участков от 0,1 до 40 га, которые характеризуются сложной конфигурацией и рельефом.

Фермерские и личные подсобные хозяйства населения играют важную роль в обеспечении продовольственной безопасности России, так как в этом секторе производится более 90% картофеля, 80% овощей и плодовых культур, за счет развития индивидуальных систем орошения на мелко-контурных участках.

По данным Государственного доклада о состоянии и использовании земель в Российской Федерации (на 1 января 2016) из 4655,5 тыс. га орошаемых земель России в хорошем мелиоративном состоянии находится 2176 тыс. га (47,5%); в удовлетворительном 1325,6 тыс. га (26,3 %), в неудовлетворительном – 1153,9 тыс. га (24,7 % от общей площади) [15].

Причинами неудовлетворительного состояния орошаемых земель является близкое залегание минерализованных грунтовых вод, засоление иосолонцевание почв, нарушение технологических процессов возделывания сельскохозяйственных культур [59].

Как видно из рисунка 2 за последние 20 лет почти в 3 раза выросла доля площадей, используемых для выращивания картофеля в КФХ. При этом валовые сборы выросли в 6,2 раза. Урожайность в среднем различается незначительно, в большей степени зависит от организации конкретного производства.

Одной из важных отраслей сельского хозяйства в России является картофелеводство. Его отличительной чертой остается ориентированность на внутренний рынок. Он включает в себя столовый картофель – 4 – 5 млн. тонн, семенной картофель – до 1 млн. тонн и картофель на переработку – до 1 млн. тонн.

Ежегодный объем импорта картофеля составляет около 500 тыс. тонн, что составляет не более 8 процентов товарного картофеля, произведенного в сельскохозяйственных организациях и крестьянских (фермерских) хозяйствах, экспорт картофеля – около 200 тыс. тонн.

Под картофелем в промышленном секторе занятые площади по России составили в 2020 году, по данным Росстата (рисунок 1.2), суммарно превысили 280 тыс. га.Это на меньше чем в предыдущем году на 8,0%, аза 5 лет они сократились более чем на 20%.

https://ab-centre.ru/uploads/Площади%20выращивания%20картофеля%20в%20промышленном%20секторе%20картофелеводства%20России%20в%202001-2020%20гг.jpg

Рисунок 1.2 – Площади выращивания картофеля в промышленном секторе России в 2001-2020 гг. тыс.га

Из-за низких цен в предыдущем сезоне произошло сокращение размеров площадей выращивания картофеля в промышленном секторе в 2020 году. Можно отметим, что фермерские хозяйства при выращивании картофеля всё чаще стали использовать системы капельного полива, чтобы снизить затраты на единицу площади и таким образом повысить объем и качество урожая.

В Брянской области, площади, занятые под картофелем продолжают увеличиваться, несмотря на то, что идет снижение уровня цен. Это связано с благоприятными погодными и почвенными условиями для выращивания картофеля. В Московской области произошло сокращение на 1,6% (на 0,2 тыс. га). Площади под картофелем занятые в Свердловской области составили – 4,8% (13,5 тыс. га), снизились на 8,1% (на 1,2 тыс. га). Сокращение площадей произошло также и в Нижегородской области на 4,7% (на 1,4 тыс. га) (рисунок 1.3).

https://ab-centre.ru/uploads/Доля%20ТОП-5%20регионов%20по%20размеру%20площадей%20выращивания%20картофеля%20в%20промышленном%20секторе%20картофелеводства%20России%20в%202020%20году.jpg

Рисунок 1.3 – Доля пяти регионов по размеру площадей выращивания картофеля в промышленном секторе России в 2020 году, %

В 2019 году объемы сборов картофеля в промышленном секторе характеризовались как рекордно высокими – 7 564,9 тыс. тонн. В результате это привело к низким ценам на картофель на протяжении всего сезона 2019/2020.

В 2020 году произведено 6 570,0 тыс. тонн картофеля (рисунок 1.4).

Практически во всех регионах России выращивают картофель. Среди основных регионов выращивания можно выделить такие области как Брянская, Тульская, Нижегородская, Московская, Тюменская, Свердловская, Липецкая области, а также Чувашская Республика. Лидером по выращиванию раннего картофеля и по предложению на рынке являются Астраханская, Ростовская области, Краснодарский и Ставропольский край, Кабардино-Балкарская Республика.

rynok kartof 23 01

Рисунок 1.4 – Валовые сборы картофеля промышленного выращивания в России в 2001-2020 гг.

Экспорт картофеля из России в 2019 году по отношению к 2018 году, вырос на 95,6% до 291,8 тыс. тонн. В январе-августе 2020 года, по отношению к этому же периоду 2019 года, поставки возросли еще на 107,2% и составили 241,2 тыс. тонн. Увеличение экспорта картофеля связано с низким уровнем цен за данный период. В 2021 году в первом полугодии планируется снижение экспорта картофеля. Из РФ картофель в основном поставляется на Украину Узбекистан, Молдова, Туркмения.

Посевная площадь в Псковской области 2020 году под картофелем и овощебахчевыми составила 256 гектаров,

В регионе завершается сбор сельскохозяйственных культур. Так, картофеля собрано около 35 тыс тонн. в текущем году уборочная площадь под картофелем была более 1,5 тыс га.

Снижение урожайности сельскохозяйственной продукции происходит в стране из-за того, что около 80% всех сельскохозяйственных угодий расположены в зонах недостаточного или неустойчивого увлажнения атмосферными осадками, с часто повторяющимися засухами и суховеями. Для повышения продуктивности сельскохозяйственных угодий засушливой зоны и стабилизации производства растениеводческой продукции в период с 1966 по 1990 гг. было введено в эксплуатацию 4,65 млн. га орошаемых земель[15].

Ранее в Псковской области насчитывалось порядка 8 тыс. га орошаемых земель, однако на данный момент в связи с изменившейся экономической ситуацией орошаются лишь 800 га. Опыт использования систем орошения имеется в хозяйствах Новосокольнического, Псковского и Печерского районов.

Помимо прочего фермерские и личные подсобные хозяйства, имеющие мелко-контурные орошаемые участки, не попадают в Государственную программу субсидирования, так как не смогут оплатить разработку ПСД, хотя площади орошения будут вводиться инициативно за счет собственных средств, поэтому специализированная и недорогая оросительная техника для орошения мелко-контурных участков сложной конфигурации будет востребована в сельскохозяйственном производстве.

Требуется совершенствование технологий орошения в зависимости от конкретных почвенно-климатических условий, так как использование однотипной техники для разных условий в целом негативно влияет на экологическую обстановку, эффективное использование ресурсов и более того создает негативный опыт орошения.

Для решения сложившейся проблемы необходимо проведение исследований с целью совершенствования технологии дождевания картофеля с использованием переменной интенсивности дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

  • обоснование параметров искусственного дождя, обеспечивающих в том числе эффективное дозированное орошение во время вегетации;
  • совершенствование технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя при выращивании семенного материала картофеля;
  • подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя.

1.2 Анализ агроклиматических условий СЗ РФ

Псковская область расположена на Северо-Западе русской равнины между 55°31′ и 59°01′ северной широты, 27°20’и 31°30′ восточной долготы. Площадь Псковской области составляет 55,3 тыс. км2. Протяженность территории с севера на юг 380 км, с запада на восток 260 км. Область граничит с Эстонией, Литвой, Латвией, Белоруссией, Смоленской, Тверской, Новгородской и Ленинградской областями РФ.

Климатические условия Псковской области определяются главным образом переносом теплых воздушных масс с Атлантического океана и Балтийского моря, и холодных – из районов Арктики. Вторжение арктических воздушных масс вызывает резкие изменения погоды, весной и в начале лета они сопровождаются поздними заморозками, зимой – понижениями температуры, доходящими в отдельные дни до -40°С и ниже.

Среднегодовая температура воздуха +4,4°С. Годовое количество осадков (645 мм) значительно превышает испарение (около 400 мм), что обуславливает промывной режим почв.

Заметное влияние на климат оказывают местные физико-географические условия: рельеф, растительный покров, наличие крупных водоемов. Так, на всех возвышенностях области осадков выпадает на 30-40% больше, чем на равнине; в акватории Чудского озера климат суше и теплее по сравнению даже с югом области, в лесистых районах амплитуда колебания температур меньше, здесь весной дольше лежит снег, практически отсутствует поверхностный сток.

Погодные условия весны 2020 года были нестабильными, апрель отмечен теплым, сухим с незначительным количеством осадков. В первой половине мая наблюдалось значительное похолодание, во второй половине наблюдалось повышение температуры до 20 оС, что выше нормы на 6-9 оС, количество выпавших осадков на территории Псковской области составило в мае 18-35 мм. По сравнению с 2019 годом перепад дневных и ночных температур был не значительным.

Лето отмечалось как достаточно благоприятное – теплое, выпало оптимальное количество осадков. Июнь выпал жарким теплее обычного на 2,7оС, средняя температура воздуха равнялась 20 оС, но было несколько дней, когда воздух днем прогревался до 28оС, количество осадков было незначительным. Июль был холоднее обычного на 1,4оС, средняя температура равнялось 22оС. Август по температурным показателям был в пределах среднемноголетних значений температура была в среднем около 18-21 градуса выше нормы на 2-4 оС. Сумма осадков составила от нормы 44-98%.

Начало осени было благоприятным для уборки теплым, сухим, с большим количеством солнечных дней.

Проводя оценку условий увлажнения в расчет берется не только количество выпавших осадков за весь период, но и температурный режим, именно от него и зависит испарение влаги с поверхности почвы и транспирация растений, вот именно поэтому гидротермический коэффициент дает полную оценку увлажнения.

Вегетационный период этого года – влажный с учетом гидротермического коэффициента за период с температурой больше 10 оС.

Не смотря на то, что территория Псковской области расположена в зоне избыточного увлажнения, многолетние наблюдения показывают, что в абсолютном большинстве лет начало вегетации полевых культур, в том числе и картофеля, приходится на острозасушливый период, когда выпадает менее 30-50% осадков от климатической нормы и потребности растений. В результате ухудшается питание растений, происходит значительное отставание в росте и развитии не устранимое на последующих этапах онтогенеза [3]. В связи с этим актуальным становится в нашей зоне проведения орошения картофеля в первой половине вегетации. Так, например, в 2020 году порядка 60 Га из 350 в КФХ Павлова В.И. оказались в зоне где не было дождя с момента высадки до уборки. В результате картофель оказался не пригоден для реализации, в виду несоответствия его товарных показателей. На рисунке 1.5 представлено состояние поля с поливом и без него.

Непродолжительные засухи картофель переносит, но при длительных засушливых периодах (менее 50% нормальной полевой влагоемкости) сильно снижает урожай [4]. При таких условиях растения перестают расти, феллоген клубней отмирает и пробковый слой становится твердым. При последующих осадках рост клубней не восстанавливается, что ведет к отрастанию их верхушек и образованию перетяжек и деток [64]. После периода оптимального снабжения водой, который способствует сильному росту ботвы, даже незначительные нарушения водного режима ведут к снижению урожая [60].

G:\полив\статья\20200814_133557.jpg

Рисунок 1.5 – Посадки картофеля КФХ Павлов В.И., конец июля 2020 года, г. Порхов Псковской области (слева с поливом, справа без полива).

Изучение почв Псковской области началось на рубеже столетий, это были небольшие обследования, но уже они открыли специфику почвенного покрова этого земледельчески развитого региона. Характерной особенностью почвенного покрова Псковской области является его пестрота. Пестрота почвенного покрова формируется разнообразием растительности, но самая значительная роль в формировании его неоднородности принадлежит рельефу – макро-, мезо- и микрорельеф, с ним же связано и распределение солнечного света и осадков. Воздействие человека также повлияло на почвенный покров с переходом на интенсивные системы земледелия, основанные на использовании севооборотов, механизированной обработки почвы, удобрений и мелиорации.

В состав Псковской области входит 24 административных района, отличающихся по уровню ведения сельского хозяйства, что связано с разнокачественностью представленных в них почв.

Рассмотрим некоторые из них:

Псковский район. Псковский район характеризуется высоким уровнем химизации и поэтому в нем достигнуто наиболее значительное повышение почвенного плодородия. Площадь почв с близкой к нейтральной и нейтральной реакции превысила 60% пашни. Средневзвешенные показатели содержания подвижных форм фосфора и калия достигли оптимальных значений. В пахотном фонде района преобладают среднеокультуренные почвы. Большая доля окультуренных пахотных земель в хозяйствах, окружающих город Псков («Родина», «Победа», «Металлист», «Псковский», «Передовик»). Природно-климатические условия района весьма благоприятны для ведения сельского хозяйства, здесь ежегодно высокие показатели в земледелии.

Порховский район. Расположен на северо-востоке области площадью 3,3 тыс. км2. Почвенный покров разнообразен. Преобладающими почвами являются дерново- слабоподзолистые, дерново-глеевые, болотно-подзолистые и торфяно-болотные. В районе встречаются массивы очень крупных торфяников. Аллювиальные почвы приурочены к долинам Шелони, Черёхи и их притоков.

Порховский район – зона древнего земледелия, под сельскохозяйственными угодьями занято 37% земельной площади. Наиболее освоены центральная и юго-западная части, значительный вес занимают окультуренные почвы, в основном тяжелого механического состава, но и они нуждаются в проведении агромелиоративных мероприятий и применении удобрений.

На остальной территории района условии для ведения земледелия сложнее. Угодья мелкоконтурны, неблагоприятен механический состав, почвы нуждаются в регулировании водного режима. Благополучно складывается ситуация в ликвидации кислых почв, так как есть база для производства извести и меньшей исходной кислотностью почв.

Большинство хозяйств этого района располагают значительной частью окультуренных почв и получают высокие урожаи большинства сельскохозяйственных культур.

Островский район (2,4 тыс.км2) Лежит на Псковской низменности отличается равнинностью рельефа. Почвообразующие породы представлены повсеместно озерно-ледниковыми отложениями разного механического состава, часто карбонатными. Из молодых материнских пород широко распространены торфа, меньше – аллювий. В островском районе самая высокая освоенность земель в области – 70%. Почвы некислые хорошо обеспечены калием, чем фосфором. Здесь недостаточно рациональное применение удобрений, до третьей части почв сохраняют неудовлетворительные агрохимические свойства. Несмотря на равнинность рельефа, крупноконтурности полей и невысокую их завалуненность, условия для ведения земледелия не совсем благоприятные. В основном это связано с неудовлетворительным водным режимом, обусловленным малыми уклонами местности и более тяжелым механическим составом почв.

Великолукский район

На юге области, расположенный в бассейне реки Ловать, простирается самый крупный район. Почвы здесь среднеокультурены, в хозяйствах вокруг Великих Лук большие площади занимают хорошоокультуренные почвы. Для того, чтобы повысить плодородие почв необходимо проводить агромелиоративные и гидромелиоративные мероприятия. На Великолукском поднятии необходимо бороться с водной эрозией, а в районе зандровых равнин эффективна сидерация почв.

1.3 Анализ способов орошения сельскохозяйственных культур

Одним из вариантов зонирования сельскохозяйственной отрасли является степень увлажненности. Так на сухую зону приходится менее 350 мм, а при неостойчивом увлажнении свыше 550 мм. Значительная часть не может эффективно использоваться без орошения в том или ином виде. Оно может быть как естественным на нерегулярной основе, так и искусственным. Примерами здесь может быть использование лиманов, пойм.

Однако более востребованным является регулярное орошение, основными способами которого являются: внутрипочвенный полив, дождевание, полив по бороздам.

Поверхностный полив по бороздам, когда вода растекается самотеком по бороздам, применяют при поливных нормах превышающих 400 м3/га. Обязательным условием является наличие равномерного уклона на участке, увлажнение почвы происходит обычно на 40-50 см, при этом наблюдаются значительные потери воды на испарение, существенным недостатком является необходимость последующей обработки почвы, рыхления. Способ не подходит в случае, когда необходим точечный полив, например, во время вегетации растений.

Этих недостатков лишен внутрипочвенный полив. Глубина увлажнения при этом несколько выше, а поливные нормы сокращаются до 3 раз. Однако данный метод имеет довольно ограниченные возможности по применению, например, для производства картофеля данный способ даже в условиях малых КФХ уже не рационален.

Одним из универсальных способов орошения, является наиболее схожий с естественным дождем – дождевание. За счет дождеобразующих средств, либо за счет использования сопротивления воздуха формируется дождевое облако, сложное по структуре разноразмерных капель, которые под действием силы тяжести выпадают на поле виде дождя.

Как и прочие технологии, дождевание на протяжении длительного времени совершенствовалось, с целью повышения качественных характеристик дождя, эффективности полива. Работы по совершенствованию продолжаются и сегодня, что подтверждает перспективность данного способа орошения [59].

Основное преимущество дождевания помимо его высокий природоподобности это создание лучшего микроклимата орошаемой территории, что так же благоприятно сказывается на формировании растения. При этом отмечается рост влажности до 11%, с одновременным снижением температуры воздуха да 2-3 °С. Не маловажно что в отличии от других способов орошения дождевание позволяет поддерживать оптимальные параметры и для листовой поверхности растений, а при качестве дождя почва практически не повреждается [9].

С точки зрения механизации орошение дождеванием обладает преимуществами, позволяющими контролировать поливные нормы, орошать сложные по рельефу участки, соблюдая агротехнологические требования.

Тем не менее ряд существующих машин обладает значительными недостатками в части высокой металлоемкости, высокой энергоемкости процесса (до 100 вКт/ч при вносимой норме 300 м3/га). До сих пор решаются вопросы сохранения качества дождя при повышении скорости ветра сверх 5 м/с.

Важным вялятся выбор оптимального решения для конкретных почвенно-климатических условий, наряду с обеспечение качества дождевого полива, соответствия параметров искусственного дождя агрономическим требованиям.

1.3.1 Развитие технологий и техники орошения дождеванием в мире и Российской Федерации

Изучение мирового опыта сельского хозяйства указывает на важность эффективного использования орошаемых земель, являющихся залогом стабильного производства [11].

Первые места в мире по темпам развития мелиорации, и в частности орошения, занимают в последнее время Индия – 59,0 млн. га и КНР – 52,5 млн. га. В Европе наибольшими орошаемыми площадями располагают Турция – 4,2 млн. га, Испания – 3,6 млн. га, Румыния – 2,8 млн. га, Италия – 2,6 млн. га, Франция – 2,0 млн. га. Россия на сегодняшний день имеет площадь орошения, равную 4,6 млн. га, а фактически поливается около 50%.В странах, находящихся на Африканском континенте, около 70 % площадей поливается поверхностными способами по чекам, контурам или бороздам, только 30 % отводится под системы дождевания и капельного полива. В одиннадцати странах Азиатского региона способами поверхностного полива охвачено 96 % площади, только 2 % этих площадей отводится под дождевание и капельное орошение. С другой стороны в Европейском регионе 82 % орошаемых площадей поливанием дождеванием и капельными системами, а 14 % поверхностными способами полива [27].

В странах Азии оросительные системы имеют недостаточную техническую оснащенность, слаборазвита система управления водораспределением между фермерскими хозяйствами. Соотношение фактической площади полива к плановой составляет около 40% [63]. Эффективность орошения в указанных странах весьма низкая.

Однако в современных условиях наблюдается высокая потребность в использовании орошения и в других регионах России, так как в течение 1999-2001 гг. происходило постоянное сокращение площадей сельскохозяйственных угодий с резким сокращением мероприятий по защите от водной и ветровой эрозии, подтопления, заболачивания, переувлажнения и других процессов, в результате которых наступает полная деградация продуктивных угодий. Как результат для развития производства требуются дорогостоящие мероприятия по вводу в эксплуатацию новых площадей.Ранее в Псковской области насчитывалось порядка 8 тыс. га орошаемых земель, однако на данный момент в связи с изменившейся экономической ситуацией орошаются лишь 800 га. Опыт использования систем орошения имеется в хозяйствах Новосокольнического, Псковского и Печерского районов. Одновременно с изменением площади мелиорируемых земель существенно изменяется и структура посевов на них. Если в 1965 г. посевы зерновых занимали 50%, а кормовых культур – 26% площади орошаемых земель, то к 1990 г. доля посевов зерновых снизилась до 26%, а кормовых увеличилась до 64,3%. Однако к началу XXIв., по данным Госкомстата, ситуация снова радикально изменилась под влиянием конъюнктуры рынка (рисунок 1.6).

word image 158 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Рисунок 1.6 – Динамика изменения структуры орошаемых площадей.

По данным FAO, основные негативные практики орошенияобусловлены низким КПД систем, слабый контроль вносимых норм полива, частые просчеты со временем полива, несогласованность его с действительной влажностью почвы. Все это приводит помимо снижения продуктивности производства к засолению почв, их заболачиванию.

Как уже отмечалось оросительная техника не может быть универсальной, однако в отечественной практике в основном используются дождевальные машины ДДН и их усовершенствованные модификации, семейства дождевальных машин «Фрегат», «Кубань-Л». Помимо указанных используется так же и порядка 20% техники которая и вовсе не может быть отнесена к какому-либо семейству машин. С импортными машинами ситуация отчасти повторяется, однако опыт использования обширного ряда машин сложно систематизировать и транслировать для конкретных условий. Зачастую потребители действуют путем проб и ошибок. На сегодня используется современные дождевальные машины и оросительная техника ряда компаний: Armoire pivоt; Bauer; FransPivots; Impact; Irrifrance; I-Wob; Komet; LDN; Lepa; Lindsay; Liniar; Nelson; Netafim; Ocmys; Otech; Perrot; RainBird; RKD; Rotator; Senninger; Sigma; Spinner; Spray; T-SystemsEurope; Valley; ValmontIrrigation; WrightRain; Zimmatic и другие [24, 25, 41]

Фактически в структуре используемых дождевальных машин порядка 1/3 занимают широкозахватные ДМ «Фрегат».

Постоянно предпринимаются попытки модернизировать существующие конструкции, однако и им по-прежнему присущи следующие недостатки:

  • ограниченность возможностей планировки сельхозугодий квадратной формы полей (поливных участков);
  • недополив около 15 % площади полей в угловых зонах квадратов без применения дополнительных устройств и технологий полива (применение для этих целей концевого дальнеструйного аппарата автоматически изменяет (уменьшает) величину выдаваемого слоя дождя в зоне, соответствующей поливу угла квадрата);
  • относительно высокие требования к очистке поливной воды (размер взвешенных и твёрдых частиц не должен превышать 0,5 мм при содержании твёрдого осадка в поливной воде (её мутности) до 5 г/л).

То есть фактически имеющиеся недостатки не могут быть решены в полной мере.

По энергозатратам, в возрастающем порядке, технологии орошения могут быть расположены в следующей последовательности:

– технологии поверхностного полива;

– низконапорные дождеватели с буксируемыми шлейфами;

– широкозахватные установки фронтального перемещения;

– широкозахватные установки с движением по кругу;

– дальнеструйные установки.

На практике многие специалисты предприятий отмечают о том, что заранее очень трудно определить, что рациональнее использовать в конкретном хозяйстве.

Важной является необходимость определить целесообразность использования предполагаемой технологии дождевания ввиду её ключевых преимуществ в сравнении с прочими. На наш взгляд в сложившихся условиях развития отрасли растениеводства в СЗ РФ большую перспективу имеют именно ШБДМ с различными дождевателями. Они достаточно мобильны, могут быть адаптированы и перенастроены под широкий спектр потребностей зависящих от множества факторов. Удельная стоимость оборудования ШБДМ на 1 га/год (без учета стоимости подводящего трубопровода, насосной станции и фермы приземного дождевания) в 2 раза дешевле систем капельного орошения и в 1.7 … 2 раза дешевле дождевальных широкозахватных машин.

1.3.2 Технические решения по совершенствованию дождевальных машин

Широкий спектр применяемых названий для машин данного типа объясняется широтой охвата одним понятием различных дождевальных средств, имеющих в своём составе такой конструктивный элемент как гибкий шланг.

В семействе известных конструкций дождевальной техники, одним из рабочих элементов в которых является шланг (шланговых дождевателей, установок и машин), следует различать:

1) принудительно перемещаемые (передвижные, переносные или переставные дождевальные установки – дождеватели), в которых собственно шланг является только средством подачи поливной воды к дождевателю на различное расстояние от её источника (гидранта трубопровода);

2) шланговые барабанные машины («барабанно-шланговые» или шлангобарабанные дождевальные машины), в которых перемещение собственно дождевателя («дождевальной тележки», «дождевального шасси», «дождевальной платформы») осуществляется его подтягиванием посредством шланга, наматываемого на барабан (т. е. тяговым усилием, передаваемым на шланг механизмом барабана).

Первая группа дождевальных устройств включает в конструкцию водоподающий шланг, подводящий воду к дождевателю, который (в отдельных случаях) может использоваться для перемещения дождевателя подтягиванием независимым движителем. Конструктивно в такой дождевальной шланговой установке может быть предусмотрен(а) барабан (катушка) для наматывания и компактного размещения водоподающего шланга.

Во второй группе шланговых («шлангобарабанных») дождевальных устройств наличие шланга и барабана (катушки) обязательно. В этих устройствах шланг является средством подачи поливной воды к дождевателю и одновременно (в качестве гибкой тяги) обеспечивает перемещение дождевателя, передавая тяговое усилие от движителя. Функции движителя (средства перемещения) в таких устройствах выполняет наматывающий шланг барабан, оборудованный соответствующим механизмом. Такой вид дождевального устройства относится к шланговым, а точнее к шлангобарабанным дождевальным машинам.

Определение термина. Шлангобарабанная дождевальная машина -дождевальное устройство, включающее оборудованный механизмом вращения барабан с наматываемым на него шлангом, подающим воду к струйному дождевателю, перемещаемому при поливе тяговым усилием, передаваемым на тележку дождевателя шлангом от наматывающего механизма барабана.

В классификационном отношении шлангобарабанные дождевальные машины относятся к поливающим в движении, дождевальным машинам фронтального перемещения, питающимися поливной водой из закрытой напорной оросительной сети или напорного водовода насосной установки.

По виду используемого дождевателя (дождевального устройства) различают: шлангобарабанные (шланговые) машины (установки) с поворотными дальне- и среднеструйными (одно-, двух- и трйхсопловыми) дождеобразователями секторного (полукругового) или полнокругового действия (и (или) оборудованными дальне- и короткоструйными дождеобразователями) и дождевальные машины с фронтально перемещающимися при поливе двухкон-сольными дождевальными крыльями, оснащёнными системой короткоструй-ных дождевальных насадок и концевыми дождевальными аппаратами.

Шлангобарабанные дождевальные машины и установки могут применяться при орошении овощных, пропашных культур, культур сплошного сева, сельскохозяйственных культур, кормовых севооборотов на участках с выравненным микрорельефом с уклонами 0,08 – 0,1.

Шлангобарабанная дождевальная машина в основном состоит из шасси с барабаном, полиэтиленового шланга и дождевального устройства(рисунок 1.7).Общий вид машины представлен на рисунке 1.8.

Шлангобарабанные машины как правило агрегатируемого (проектного) типа. В зависимости от типоразмера ШБДМ (применяется энергетическое средство (трактор) соответствующего класса по тяговому усилию.

Существующие машиныпозволяют осуществлять полив на сложных участках с площадью до 75 га, при этом интенсивность дождя от 0,036 до 55 мм/мин, могут использоваться при внесении подготовленных животноводческих отходом вместе с оросительной водой, но по ряду причин слабо могут конкурировать тут с внутрипочвенным внесением, в связи с близостью фермерских угодий к населенным пунктам. Так же сдерживающим фактором является все же еще не высокая равномерность полива.

word image 159 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

word image 160 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Рисунок 1.7 –Элементы типовой барабанношланговой дождевальной машины.

https://volgogradskaya-obl.xn--80ajgpcpbhkds4a4g.xn--p1ai/uploads/images/tb/11975627-dozhdevalnaya-mashina.jpg

Рисунок 1.8 – Общий вид дождевальной машины.

Применение шлангобарабанных дождевальных машин с дальнеструйными дождевателями как правило характеризуется неравномерностью распределения дождя по орошаемой площади и неравномерным распределением поливных норм по ширине увлажняемой полосы. Оснащение дождевальных машин с рассредоточенными микродождевателями по ширине увлажняемой полосы позволяет повысить равномерность распределения поливной нормы по ширине увлажняемой полосы, уменьшить размеры капель дождя, тем самым, увеличить величину достоковой нормы, снизить рабочий напор на гидранте.

На рисунке 1.9 приведена схема работы при дождевании по сектору с перемещением дальнеструйного дождевателя вдоль поливаемой орошаемой полосы.

word image 161 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Рисунок 1.9 – Технологическая схема работы ШБДМ

Представленные на рынке шлангобарабанные машины по объему поставок не могут удовлетворить имеющеюся их потребность в РФ, что определяет необходимость организации их производства на территории Российской Федерации. Предпосылками для организации такого их производства являются: имеющийся опыт эксплуатации шлангобарабанных машин, опыт совершенствования их конструкции, отечественное производство высоконапорных полиэтиленовых трубопроводов с переменной толщиной стенок, востребованность этого вида техники у сельскохозяйственных производителей.

Наилучшую перспективность в современных условиях сложившегося сельскохозяйственного производства представляют шлангобарабанные дождевальные машины фирм Италии и Германии, имеющие надёжный турбинный привод, регулирование скорости перемещения дождевателей и оборудование которое позволяет быстро проводить предпосевные и послепосевные поливы.

Удельная стоимость оборудования ШБДМ на 1 га/год (без учета стоимости подводящего трубопровода, насосной станции и фермы приземного дождевания) в 2 раза дешевле систем капельного орошения и в 1.7 … 2 раза дешевле дождевальных широкозахватных машин.

К недостаткам ШБДМ следует отнести:

  • высокие энергетические затраты на проведение полива (напора на гидранте 5-15 атм.) против 0,8 – 1,2 – при капельном орошении и 4 – 6 атм. – на широкозахватных дождевальных машинах).
  • сложность формирования допустимых по агротребованиям структуры дождя, создаваемого дальнеструйным дождевальным аппаратом. Формируемый дождь с интенсивностью 0,11 – 0,12 мм/мин имеет коэффициент эффективного полива 0,6, что приводит к необходимости уменьшения величины достоковой нормы, а это снижает производительность полива.
  • необходимость применения трактора для перемещения тележки с барабаном и дождевального аппарата и шланга на исходные позиции
  • ограниченная зона уклонов для её применения. Воздействие реакции дождевальной струи на движитель дождевального аппарата приводит к его сползанию под уклон и снижает равномерность распределения дождя.
  • сложность внесения растворенных удобрений с поливной водой. Изменение давления в гибком трубопроводе при его намотке на барабан ограничивает применение гидравлических дозаторов. Проведённые ВНИИ «Радуга» гидравлические испытания моделей гибкого трубопровода (d=32 и 50 мм) показали, что потери напора в навитом на барабан трубопроводе увеличивается на 10 -20% по сравнению с прямолинейным участком.
  • соответствие опорных и тягово-сцепных свойств тележки дождевального аппарата при орошении пропашных сельскохозяйственных культур.

Снижение рабочего напора может быть достигнуто увеличением диаметра гибкого трубопровода, но это приводит к необходимости увеличения мощности привода барабана. Задача может быть решена оптимизацией энергетических и технических параметров привода.

Улучшить структуру дождя дальнеструйных дождевальных аппаратов можно за счёт повышения равномерности распределения слоя осадков, как это достигается с применением двухсопловых дождевальных аппаратов или оснащением дождевальных аппаратов специальным соплом овоидной формы.

Наиболее рациональным решением для предотвращения сползания аппаратов на склоне это оснащение колеса его опорной тележки противосползающими устройствами, например, съёмными ребордами.

Дальнейшие совершенствования и развитие шлангобарабанных дождевальных машин целесообразно направить на оптимизацию использования водных, земельных и энергетических ресурсов и эксплуатационных затрат путём совершенствования технологий дождевания, обеспечивающая создания и поддержания оптимальных водных, питательных и воздушных режимов поля и защиты растений в термически напряжённые периоды (засух, суховеи, заморозки) и их биологической защиты. Решение поставленных задач потребует провести научно-исследовательские работы по следующим направлениям:

  • на экономию оросительной воды и снижению энергозатрат на проведение полива путём: применения консолей для установки дождевателей пониженной интенсивности дождя; разработку и использование низконапорных дождевателей, обеспечивающих формирование малоинтенсивного дождя с диаметром капель не более 1,0 – 1,5 мм и равномерного его распределения по ширине увлажнительной полосы; разработку новых движителей шланговых машин для расширения зоны их применения;
  • на оптимизацию временных затрат путём: совершенствования полива; применения систем автоматического управления дождевальной машиной;
  • создание систем управления групповой работой дождевальных машин;
  • на повышение агроэкологической надёжности создании и поддержания питательного режима почвы путём создания и применения систем внесения удобрений, химмелиоративов и микроэлементов с поливной водой
  • экономия оросительной воды и снижение энергетических затрат при реализации производственного процесса полива за счет: применение облегченных консолей для распределения воды, использования новых конструкций низконапорных дождевальных насадок и оптимизация схем расстановки, совершенствование гидравлические двигатели и системы намотки шланга;
  • повышение коэффициента использования рабочего времени за счет совершенствования технологии полива, применения автоматической системы управления машиной и организация групповой работой дождевальных машин;
  • расширение функциональных возможностей за счет подключения оборудования для внесения удобрений, средств защиты растений и мелиорантов с поливной водой и систем обеспечивающих работу на значительных уклонах;
  • улучшение качественных характеристик дождя;
  • повышении равномерности распределения осадков;
  • повышение КПД привода барабана, его надежности.

1.4 Требования картофеля к влажности почвы и воздуха

Для нормального роста, развития и формирования продуктивных органов растений картофеля необходимо систематическое обеспечение их водой.

Дефицит влаги приводит к тому, что в клетках снижаются процессы фотосинтеза и усиливается дыхание из-за этого растение начинает быстрее стареть и снижается урожайность в 2-3 раза. Тимирязев К.А. выявил, чтобы растению создать одну часть сухого вещества необходимо использовать воды 4 части для нормального роста и развития и 300 частей на транспирацию. Количество воды, расходуемое растением на создание единицы сухого вещества, называют коэффициентом транспирации. Коэффициент водопотребления картофеля составляет 90-100(м3/т) – это суммарный объем воды, расходуемый растениями на транспирацию и физическое испарение для формирования единицы урожая продуктивных органов, называется коэффициентом водопотребления.

Водопотребление сельскохозяйственных культур – расход воды растениями в течение вегетационного периода. Зависит от уровня агротехники, степени плодородия почвы и наличия в ней влаги, сочетания метеорологических условий, биологических и морфологических особенностей вида и сорта. Водопотребление (расход воды на транспирацию и испарение почвой) и коэффициент суммарного водопотребления (частное от деления суммарного водопотребления в м3/га на урожай основной продукции в т/га), указывающий, сколько воды израсходовано почвой и растением на создание весовой единицы урожая. Данные суммарного водопотребления растений учитываются для расчета режима их полива и при разработке мероприятий по повышению урожайности.

За вегетационный период в зависимости от почвенноклиматических зон потребление воды картофелем составляет 1700 – 12000 м3/га. картофельным растением больше всего воды расходуется в периоды бутонизации и цветения, когда сильно развита надземная часть и происходит процесс образования и роста клубней. К концу вегетации водопотребление снижается, так как снижаются активность транспирации и всасывающая способность корней. На формирование 100 кг клубней на суглинистой почве расходуется 6,5 – 10,4 м3 воды, на супесчаной – 11 – 13,6м3. Расход воды с гектара при урожае 30 т/га на суглинистой почве достигает 3000 м3, супесчаной – 4000 м3. В связи с этим необходимо путем соответствующие обработки почвы максимально сохранить почвенную влагу, устраняя ее поверхностное испарение.

Кроме почвенной воды, растения картофеля лучше много других способны поглощать влагу из воздуха поверхностью листьев. Ее количество может достигать 276 г/м3 за час. В зависимости от сроков наступления фаз развития на урожай клубней ранних сортов влияют атмосферные осадки июля, среднеспелых – июля и августа, поздних – июля, августа и сентября.

Коэффициент водопотребления (удельное водопотребление) — количество воды, израсходованной за вегетационный период на 1 т продукции (например, на 1 т зерна для зерновых культур, на 1 т плодов и т. д.). Водопотребление определяют экспериментально на основе уравнения водного баланса в результате многолетних наблюдений за осадками, запасами влаги в почве, потерями воды и т. д.

Водопотребление изменяется в зависимости от внешних условий, вида растений, уровня агротехники. Сочетание орошения с высокой агротехникой, применением удобрений даёт максимальное повышение урожайности сельскохозяйственных культур при уменьшении коэффициента водопотребления.

Получение высоких гарантированных урожаев сельскохозяйственных культур возможно при большом водопотреблении сельскохозяйственных культур.

Водопотребление (Е) (эвапотранспирация, суммарное испарение) – количество воды, используемое сельскохозяйственной культурой для получения планируемого урожая.

Водопотребление поля, занятого сельскохозяйственной культурой, расходуется на транспирацию (Ет) и испарение почвы (Еп):

Для расчёта суммарного испарения или водопотребления применяют формулу Алпатьева С.М., то есть пользуются биоклиматическим методом. По мнению автора С.М. Алпатьева, суммарное испарение является функцией дефицита влажности воздуха:

 

E = Kб Σd (1.1)

где Kб — биоклиматический коэффициент;

Σd — сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха для расчетного года в гПа.

Расход Е, это валовый расход влаги с поля, занятого растениями, то есть суммарным расходом воды на транспирацию, испарение почвой и испарение с поверхности растительной массы после дождей. Изменяется он для каждого вида растений биологической кривой, и устанавливают его опытным путем, методом водного баланса для каждой декады по формуле:

Кб = Ед/Σdд (1.2)

где Σdд — сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха за эту же декаду, гПа;

Ед — фактическое суммарное испарение воды в опытах за декаду, мм.

Среднемноголетний биоклиматический коэффициент Кб учитывает фазу развития растений, выраженную суммой среднесуточных температур от начала вегетации, приведенных к 12-часовому световому дню, то есть с поправкой I, равной 1- L.

Биоклиматический коэффициент Кб – величина региональная, в ее расчетах необходимо пользовать местные материалы.

Культуры, которые неописанные, коэффициент Кб принимают по аналогии с культурами, у которых начало и конец вегетации совпадают или близки. Так режимы орошения кормовой и столовой свеклы можно рассчитывать по биологической кривой сахарной свеклы, ячменя и гороха — по кривой яровой пшеницы с учетом более раннего созревания и т.д.

Суммарное испарение в формуле рассчитывают по дефициту влажности воздуха, определяемому на метеостанциях, расположенных, на неорошаемых массивах.

Температура воздуха ниже, а влажность выше на больших орошаемых массивах, по сравнению с такими же показателями на неорошаемых землях, и в результате этого суммарное испарение на больших орошаемых массивах меньше, чем на неорошаемых. Испаряемость больше снижается если площадь орошения больше. В результате этого расчетное суммарное испарение вносят микроклиматическую поправку, определяемую в каждом случае с учетом всех факторов, от которых она зависит. Она изменяется от 0,9 до 0,75, в среднем ее можно принять 0,85.

1.5 Допустимые параметры дождевого полива

Качество дождевого полива обеспечивается соответствующими условиям параметрами отдельных операций технологии его проведения и оценивается (определяется):

размером капель искусственного дождя и степенью их (его) воздействия на почвенный и растительный покров;

равномерностью увлажнения поверхности сельхозугодий и почвенного корнеобитаемого слоя; соответствием интенсивности дождя и впитывающей способности почвы;

отсутствием вредных (негативных) постполивных проявлений.

И при этом должны быть обеспечены высокие хозяйственно-экономические показатели в части использования природных, трудовых и материальных ресурсов.

В настоящее время дождевальные машины и установки, наряду с другими показателями, оцениваются «среднекубическим» диаметром капель в трех зонах, который не должен превышать 1,5 мм, средней интенсивностью дождя, которая в зависимости от типа почв не должна превышать 0,2-0,3 мм/мин и коэффициентами эффективного полива (Кэф >0,80) недополива (Кнд<0,10) и переполива (Кпп-<0,10). То есть 80 % поливаемой площади должно быть полито со средней интенсивностью Рср, менее 10 % площади полито с меньшей интенсивностью, меньшим слоем осадков (менее 0,25 Рср) и 10 % площади с большим слоем осадков (более 0,25Рср).

Указанные требования к качеству дождевого полива и его экономической эффективности могут быть обеспечены:

1) при учете водно-физических, химических и физико-механических свойств почвенного покрова; рельефных и плановых условий полива сельскохозяйственных угодий; особенностей возделываемых сельскохозяйственных культур (повреждаемость, рослость, покровность и др.) и природно-климатических условий объекта орошения;

2) при обоснованном подборе, соответствующей условиям полива дождевальной техники и соответствующей технологии поливного процесса. При выборе технологии (разработке технологических схем и параметров) полива необходимо обеспечить увязку параметров поливного режима (поливных норм, интенсивности, продолжительности и характера их выдачи) и технологических возможностей средств дождевания (машин, установок, дождевателей).

При планировании режимов дождевого орошения используются различные подходы к назначению («малых» и «грузных») поливных норм, количеству (периодичности) поливов, сроков и продолжительности их проведения. Известен экономически привлекательный подход к планированию режимов дождевого орошения, ориентированный на редкие поливы относительно «грузными» (большими) поливными нормами с увлажнением достаточно глубоких слоив почвенного профиля, при котором создаются значительные влагозапасы и возможность (условия) для водного и минерального питания растений глубокорасположенными корнями, но при этом наблюдается недопустимое иссушение поверхностных слоев почвы и связанное с этим ухудшение условий питания приповерхностно расположенных корней.

Имеется мнение о целесообразности использования технологий дождевого полива и средств дождевания, ориентированных на одну осреднённую (среднюю) величину поливной нормы при варьировании только сроками и числом (частотой) поливов. При этом обеспечивается (поддерживается) определённый уровень увлажнённости строго определённого слоя почвы.

Известен подход планирования режимов орошения с чередованием размеров поливных норм с разной глубиной увлажнения («промачивания») корнеобитаемого почвенного слоя и при этом имеются сторонники отказа от дифференциации величины поливных норм в чередующихся поливах.

Имеются в разной степени обоснованности рекомендации по целесообразности и эффективности проведения до- и поствегетационных (влагозаряд-ковых) поливов, а также допосевных, «провокационных», постпосевных поливов, а в жаркие периоды вегетации растений и особенно при засухах и (или) суховеях предлагаются и рекомендуется проводить «освежительные дождевые поливы» микрополивными нормами.

Каждый из указанных подходов имеет определённые аргументы в его пользу, целесообразность и обоснованность. Так, при относительно редких поливах «мощными» нормами уменьшаются трудозатраты и повышается производительность труда, но появляются риски переувлажнении почвенного корнеобитаемого слоя и потерь воды на глубинную фильтрацию. А при частых поливах относительно малыми («слабыми») поливными нормами, при имеющих место снижении производительности труда и увеличении потерь поливной воды на испарение исключаются проблемы с переувлажнением почвы и ирригационной эрозией. Имеются разные обоснования рациональности и целесообразности, так и неэффективности, и нецелесообразности вневегетационных (влагозарядковых или «запасных») дождевых поливов.

Качество дождевого полива определяется его соответствием агробиологическим (фенологическим) и экологическим требованиям при высоких показателях ресурсосбережения и низких затратах на его проведение.

По А. И. Безменову, при поливе «тяжёлых» почв интенсивность дождя не должна превышать 0,06-0,15 мм/мин, на средних почвах допустимая интенсивность дождя может составлять 0,10-0,25 мм/мин, а на лёгких –0,15-0,45 мм/мин, а наилучшей интенсивностью является 0,06-0,15 мм/мин при диаметре капель дождя менее 1-2 мм. При превышении указанных пределов структура почвы разрушается, а на её поверхности образуются лужи и эродирующий почвенный покров сток воды.

В почвоохранном и фитозащитном отношении по Б. Б. Шумакову наиболее приемлем «моросящий» искусственный дождь с дождевыми каплями диаметром 0,4-0,9 мм, а, по Ю. Ф. Снипич, наиболее приемлемой является средняя интенсивность искусственного дождя в 0,17 мм/мин при диаметре дождевых капель в 1 мм.

По мнению Б. П. Фокина, первым обязательным условием бесстокового полива дождеванием является соблюдение ограничения по допустимой интенсивности искусственного дождя. Отметим, что, оперируя понятием допустимой интенсивности искусственного дождя, специалисты часто дают неоднозначные его определения, примером тому нижеследующие.

По Л. И. Голованову под допустимой интенсивностью дождя понимается «интенсивность искусственного дождя, обеспечивающая в данных условиях подачу требуемой нормы полива без стока воды».

Б. П. Фокин и Л. К. Носов под допустимой интенсивностью искусственного дождя понимают «интенсивность дождя, равную скорости впитывания воды в почву».

По вышеприведенным примерам неоднозначного толкования термина «допустимая интенсивность дождя» можно заключить нижеследующее.

1 Допустимая интенсивность дождя в определениях термина увязывается с «требуемой (заданной) поливной нормой». Учитывая, что расчётная (требуемая или заданная) поливная норма может изменяться в широком диапазоне значений (от 10 до 100 мм), правомерно допустить и соответствующий диапазон значений допустимой интенсивности искусственного дождя, т. е. множество её значений. Таким образом, значению (или диапазону значений) поливной нормы будет соответствовать своё значение допустимой интенсивности искусственного дождя. В связи с этим отмстим, что допустимая интенсивность дождя зависит от природных и техногенных условий, но увязывать её значение с поливной нормой, по-нашему мнению, не следует.

2 В ряде толкований термина, допустимая интенсивность дождя увязывается с впитывающей способностью почвы, т. с. со скоростью безнапорного впитывания поливной воды в почву и количественно приравнивается к пей, что является обоснованным, так как обеспечивает дождевой полив без образования луж и поверхностного стока. В связи с этим отметим, что скорость безнапорного впитывания воды в почву изменяется во времени и имеет множество значений, при которых в конкретных условиях дождевого полива процесс поглощения воды почвой протекает без образования луж и поверхностного стока (течения) воды. Судя по отмеченному выше, в определении термина необходимо учитывать и указывать временной фактор (показатель).

С учётом отмеченного ранее, под «допустимой интенсивностью дождя» предлагается понимать – интенсивность искусственного дождя, при которой в течение определённого периода (определённой продолжительности) полива впитывание воды в почву протекает без луже- и стокообразования.

Величину допустимой интенсивности искусственного дождя рекомендуется определять экспериментальным путём. Отдельные известные предложения по ориентировочным значениям интенсивности рассмотрены ниже.

Таблица 1.1 – Данные по допустимой средней интенсивности дождя (по В. М. Романову и др.)

Вид почвы Рекомендуемое значение интенсивности искусственного дождя, мм/мин.
А. Н. Костяковым А. Молензар А. Г. Грей
Тяжёлые 0,1-0,2 0,125-0,165 0,084-0,21
Средние 0,2-0,3 0,21-0,31 0,21-0,32
Лёгкие 0,5-0,8 0,31-0,41 0,32-0,64

Таблица 1.2 – Значения допустимой интенсивности дождя в зависимости от вида почвы, уклона и наличия, произрастающих на угодье сельскохозяйственных культур, мм/мин (по данным фирмы «Скипер»)

Почва уклон
0,05 0,05-0,08 0,08-0,12 0,12
с культурой безкультуры с культурой безкультуры с культурой без культуры с культурой без культуры
Песчаные 0,85 0,85 0,85 0,64 0,64 0,44 0,42 0,21
Песчаные, подстилаемые более плотной подпочвой 0,74 0,64 0,53 0,42 0,42 0,32 0,32 0,17
Лёгкие супесчаные 0,74 0,42 0,53 0,34 0,42 0,25 0,32 0,17
Лёгкие супесчаные, подстилаемые более плотной подпочвой 0,53 0,32 0,42 0,21 0,32 0,17 0,21 0,13
Среднесуглинистые 0,42 0,21 0,34 0,17 0,25 0,13 0,17 0,09
Среднесуглинистые, подстилаемые более плотной подпочвой 0,25 0,13 0,21 0,11 0,17 0,07 0,13 0,04
Тяжёлые суглинки и глины 0,09 0,07 0,07 0,04 0,05 0,034 0,04 0,025

В начале под большинством аппаратов и насадок спектр капель колеблется от 0,3 до 2…2,5 мм, среднекубический диаметр dK =0,7… 1,1 мм, медианный dM = 0,8-1,3 мм и соответствует умеренному естественному дождю (Рср=0,1 мм/мин, спектр капель до 2,5мм, dK= 1,1мм, dM =1,3 мм), в конце в зависимости от напора и диаметра их сопла – до 3…7,5 мм при dK = 1,2…1,5 мм и dM =1,5…5 мм и соответствует сильному или ливневому естественному дождю (Рср<1 мм/мин, спектр капель до 7 мм, dK=l,4 -1,5 мм, dM=3, 5…4 мм)

Умеренные естественные дожди практически не образуют стока, а при сильных и ливневых он образуется через несколько минут. Поэтому медианный диаметр капель будет достоверно отражать качество дождя.

Показатели достоковой поливной нормы представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 – Поливная норма для почв различной водопроницаемости (достоковая)

Средний диаметр капли dk, мм Интенсивность дождя р, мм\мин
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Почвы слабой водопроницаемости (<0,30)
1,0 410 330 290 260 230 220 200 190 180
1,5 320 260 220 200 180 170 160 150 140
2,0 250 200 170 160 140 130 120 120 110
2,5 190 160 140 120 110 100 100 90 90
3,0 150 120 100 90 80 70 70 60 60
Почвы средней водопроницаемости (0,6)
1,0 810 660 580 510 470 430 410 380 360
1,5 630 520 450 400 370 340 320 300 290
2,0 490 400 350 310 280 260 250 230 220
2,5 390 310 280 250 220 210 190 180 170
3,0 310 250 210 190 170 160 150 140 130
Почвы сильной водопроницаемости (0,90)
1,0 1220 1000 860 770 700 650 610 580 550
1,5 950 780 670 600 550 510 470 450 430
2,0 740 640 520 470 430 400 370 350 330
2,5 580 470 410 370 330 300 290 280 260
3,0 450 360 320 300 270 240 220 210 200

Представленные данные указывают на максимальные достоковые нормы полива для всех типов почв при мелкодисперсном дожде. Однако, все приведенные значения среднестатистические и требуют корректировки перед применением. На изменения существенно влияют уклон на участке, а при развитом растительном покрове вводится повышающий коэффициент.

Так же следует учитывать, что из общей величины на испарение и унос за пределы орошаемого участка только последнюю величину можно считать идущей на потери, испарение воды в пределах орошаемого участка играет положительную роль, так как снижает температуру воздуха и повышает его относительную влажность, что приводит к снижению эвапотранспирации.

Часть оросительной воды при поливе задерживается листьями и зависит от вида сельскохозяйственной культуры, высоты растений, их количества на участке и др.

1.6 Направления совершенствования средств дождевого орошения

В настоящее время отсутствует единая и общепринятая методика комплексной оценки дождевальной техники. Из имеющихся предложений определенное применение получили: методика оценки дождевальных машин и установок, разработанная специалистами ФГБНУ РосНИИПМ и методика их оценки, предложенная специалистами НГМА и ВНИИ «Радуга».

Оценка дождевальной техники по методике НГМА – ВНИИ «Радуга». В качестве основных технических, технологических и стоимостных показателей для комплексной оценки эффективности дождевальной техники рассмотрены: потребляемая мощность (кВт-ч); расход энергии при норме полива 300 м /га (кВтч/га); энергоёмкость (кВт/ч на 1 м воды); площадь обслуживания (га); количество обслуживающего персонала (ед.); интенсивность дождя (мм/мин); стоимость машино-смены (руб.); расход поливной воды (л/с); показатель надёжности; стоимость (руб.); коэффициент земельного использования; металлоёмкость.

Проведенный анализ позволил специалистам определить значения для идеальной (условной машины). За основу приняты минимальные значения, полученные при оценке ряда машин.

От закрытой сети:

  • материалоемкость – 0,27 т/га
  • фондоемкость – 23,94 руб./га
  • энергоемкость – 0,55 кВт/га

От открытой сети:

  • материалоемкость – 0,11 т/га
  • фондоемкость – 8,4 руб./га
  • энергоемкость – 0,66 кВт/га

По мнению К. В. Губера «применительно к орошаемому земледелию» необходимо осуществить переход от проведения отдельных технологических операций (полива, внесения удобрений, борьбы с вредителями и болезнями растений, внесения химических мелиорантов, ростовых и других веществ) «к одновременному выполнению этих операций за один рабочий цикл».

По мнению Г. В. Ольгаренко и других, новая дождевальная техника должна быть многофункциональной и кроме полива должна предусматривать возможность внесения растворённых в поливной воде удобрений, химических мелиорантов и препаратов. Необходимо предусмотреть максимально возможную автоматизацию технологического процесса с широким спектром возможностей регулирования его параметров с учётом конкретных условий реализации дождевого полива. Наряду с высокой продуктивностью, новая и модернизированная дождевальная техника должна быть экологичной и адаптивной в части качества искусственного дождя и процесса дождевания [35].

Отметим, что даже эффективные конструкции дождевальных машин должны эффективно использоваться и качественно эксплуатироваться, хотя все же значительная часть оборудования работает с КПД меньше 0,65. Такими машинами орошается до 40% общей площади. Менее 10% площадей орошаются машинами с КПД 0,8 и более. Как следствие значительные (25- 60%) потери воды, которые к тому же ведут к негативным экологическим последствиям. Данная ситуация не допустима на современном этапе развития техники и технологий в сельскохозяйственной отрасли, как следствие большую часть (до 90%) машин необходимо модернизировать либо заменять [35].

Для реализации технологий экологически безопасного орошения почв, необходимо проведение исследований в целях создания дождевальной техники, отвечающей предъявляемым требованиям, как в отношениях агрономических норм, так и сточки зрения рационального природопользования.Требуемая характеристика дождя близка к естественному дождю «средней» силы (интенсивность порядка 0,25 мм/мин со средним диаметром капель 0,5-1 мм) [49].

На основании вышеизложенного можно отметить необходимость использования в условиях Северо-западного региона РФ, в частности в фермерских хозяйствах, с преобладающими мелкоконтурными участками не большой площади, мобильной дождевальной техники, обеспечивающей эффективный полив участков сложной формы. Наиболее подходящим для решения данных задач являются шлангобарабанные дождевальные машины, оснащенные дальнеструйными дождевателями.

Основным недостатком дальнеструйных дождевателей является низкая равномерность распределения влаги вдоль радиуса полива, даже при работе по сектору, что так же обусловлено образованием крупных капель ближе к концу радиуса полива.

Повышение эффективности использования данной техники может быть достигнуто за счет:

  • за счет использования дождевателя с переменной интенсивностью дождя и регулируемой шириной захвата без потери качества полива;
  • снижения энергоемкости процесса, сокращения негативного воздействия на почву и растения путем совмещения ряда операций;
  • повышения равномерности распределения дождя (не менее Кп=0,8);
  • снижение размера капель до значений близких к естественным (0,5… 2 мм) при внесении требуемой поливной нормы.

ГЛАВА 2 ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ДОЖДЕВАНИЯ КАРТОФЕЛЯ

2.1 Перспективные направления совершенствования технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя

Как отмечено ранее, в настоящее время весьма актуально улучшение качества полива шлангоборабанными машинами, использующими дальнеструйные дождеватели. Основные недостатки отмеченной техники орошения заключаются в низкой равномерности увлажнения при высокой интенсивности водоподачи. Одним из перспективных путей решения данной проблемы является совершенствование конструкции дождеобразующих устройств, подготовка рекомендаций по выбору основных технологических параметров работы машины в зависимости от условий эксплуатации.

Многими учеными велись исследования расхода воды при использовании различных видов сопел, дальности полета струи, распада струи на капли и прочих параметров. Ряд исследований указывают независимость расхода воды и дальности полета струи в основном от давления перед насадкой, еёконструктивных параметров и формы дождеобразующих устройств [38].

Таким образом, несмотря на то, что в настоящее время накоплен значительный опыт изучения параметров дождеобразующих устройств различных машин и устройств, остается проблемой отсутствие системного подхода, невозможности всецело использовать полученные данные применительно к изменяющимся условиям. Большая часть исследований приводят рекомендации для конкретных частных условий, основываются на эмпирических зависимостях.

Основными критериями, определяющими эффективность орошения с использованием дождеобразующего устройства, являются его параметры: диаметр насадки, форма и конструкция дефлектора.

Основным недостатком существующих дальнеструйных дождевальных машин является низкая равномерность полива из-за недополива внутренней части орошаемого участка, что так же сдерживает их применение при внесении совместно с орошением различных препаратов и удобрений.

Одним из решений данной проблемы являются дождевальные аппараты, содержащие основной ствол с круглым соплом и расположенный с ним в вертикальной плоскости, дополнительный ствол с круглым соплом для полива внутренней части орошаемого круга и механический привод поворота дождевального аппарата. Недостаток состоит в сложности его конструкций и увеличенные энергетические затраты на подачу воды в два ствола аппарата.

Известна конструкция, позволяющая упростить конструкцию дождевального аппарата и снизить энергетические затраты на подачу в него воды для обеспечения равномерности полива орошаемого круга. Указанная цель достигается тем, что в дождевальном аппарате, содержащим только основной ствол с соплом и механический привод поворота, его сопло, для пропуска расчетного расхода воды, выполнено овоидной (яйцевидной) формы, при этом для обеспечения равномерности полива орошаемого круга овоидное сопло в вертикальной плоскости расположены таким образом, что большая часть ее площади находится в верхней части сопла, а меньшая – в нижней.

Данное решение позволяет повысить эффективность полива при низких значениях напора, однако имеет низкий диапазон регулирования процесса в части расхода воды при требуемой дальности полета струи. При работе барабанных дождевальных машин с дальнеструйными дождевателями в условиях хозяйств Псковской области, с преобладающими мелкоконтурным участками, необходимо обеспечить эффективный полив при значительном расстоянии ширины поливаемой полосы, в противном случае возрастает количество требуемых перестановок, увеличение трудозатрат и эксплуатационных издержек. Необходимо применение дождеобразующих устройств, позволяющих повысить равномерность распределения осадков при значительной длинне полета струи, снизить средний диаметр капель.

2.2 Влияние конструктивно-технологических параметров дальнеструйного дождевателя на формирование дождя

Для выявления влияния параметров дальнеструйного дождевателя на формирование дождя, определяемое дальностью полета, равномерностью распределения доз осадков необходимо рассматривать процесс формирования дождя как ряд преобразований происходящих с потом жидкости.

На первой стадии поток жидкости проходит через насадку, основными факторами являются параметры потока воды перед насадкой, обусловленныеконструкциейнасадки. Изменения параметров сказывается на скорости потока, диаметре струи, сопротивлении насадки потоку жидкости, и как следствие изменение расхода.

Далее потокжидкости вступает во взаимодействие с дефлектором.

Основные факторы – параметры потока воды обтекающего дефлектор, зависящие от его конструкции. Основными выходными параметрами являются форма потока и его параметры.

После формирования пленки или струй воды при сходе с дефлектора жидкость имея определенную скорость и заданное направление движения вступает в взаимодействие с окружающей средой, воздухом, распадаясь при этом на отдельные капли, различного размера.

На первом этапе при прохождении потока воды через сопло, происходит формирование струи, определенного диаметра, поток при этом имеет различную скорость при изменении параметров насадки.

Не маловажную роль играет отношение диаметра насадки к её длине. При цилиндрической форме насадки струя сжимается при вхождении в насадку, и при увеличении длинны расширяется, заполняя насадку. Оптимальным является соотношение длины к диаметру 3-4 [58]. Дальнейшее увеличениевлечет потери на трение при расширении потока.

Так же распространены насадки конической формы, как сходящиеся, так и расходящиеся. У последних в области сжатия струи создается разряжение и при углах больше 5° возможен отрыв струи и как следствие значительные потери, ведущие к значительному снижению скорости струи [38].

У сходящихся насадок, напротив, практически отсутствует сжатие струи, за счет близости формы насадки к форме струи. При 13° достигается максимальная скорость истечения потока. Коноидальная форма насадки аналогично благоприятно сказывается на характеристиках струи, однако получила меньшее распространение в связи со сложность изготовления.

Во всех описанных случаях форма струи может изменяться. Что, несомненно, сказывается на процессе дальнейшего распада струи, однако принимая во внимание небольшое расстояние между насадкой и дождеобразующем элементов, форму струи можно считать цилиндрической.

В таком случае начальная скорость струи может быть определена используя следующую зависимость [38]:

word image 162 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Дальнейший процесс распада струи на капли зависит помимо от параметров окружающей среды от формы образовавшийся струи и начальной скорости. Однако, в данном случае, как показывает практика. Поток преимущественно распадается ближе к концу максимальной дальности полета капель и выпадает неравномерно. Более эффективным является способ, при котором изменяется не только форма струи и её скорость, но и используются дождеобразующие устройства.

В этом случае дефлектор осуществляет дробление струи, формируя дисперсный факел, который определяетсякинематическими параметрами дождеобразующего устройства. Распад струи при этом происходит при сходе потока.

Необходимый дефлектор должен обеспечить определенную форму потока при сходе. Образуемый факел состоит из тонкой пленки либо ряда струй определенного размера с наименьшей разницей размеров. Форма дефлектора задает режим обтекания потоком, степень турбулентности, способствующую лучшему распаду струи.

Данные явления еще не в полной мере исследованы, но вместе с тем в полной мере используются на практике, в результате имеется значительное разнообразие дождевателей различных конструкций.

При обтекании потоком жидкости дефлектора (рисунок 2.1) можно воспользоваться уравнением Бернулли для избыточного давления при турбулентном движении [19]:

word image 163 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

word image 164 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Рисунок 2.1 – Схема для определения толщины струи при обтекании дефлектора в вертикальной плоскости

Воспользовавшись уравнением Вейсбаха [58] можно определить суммарные потери как:

word image 165 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Такое допущение позволяет исключить из уравнения Бернулли (2.3) средние скорости. На основании изложенных допущений можно определить расход как:

word image 166 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Анализируя составляющие части уравнения (2.12) можно отметить, что толщина потока возрастает при более высоком трении потока о дефлектор.

word image 167 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

word image 168 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Подставляя получим

word image 169 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Оптимальным является сочетание параметров при котором поток обтекая дефлектор образует сплошной поток, либо ряд струй, не отрывающийся от поверхности дефлектора. В таком случае максимальная высота дождеобразующего устройства при которой возможно безотрывное обтекание потоком определим из выражения (2.10) как

word image 170 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Максимальное значение высоты дефлектора зависит угла конусности и от диаметра насадки, повышаясь при увеличении последнего.

Аналогично рассмотрим обтекание жидкости дефлектора конической формы расположенного в горизонтальной плоскости (рисунок 2.2).

В таком случае наибольшее значение ширины дефлектора, можно получить из выражения (2.10)

word image 171 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Согласно исследований процесса распада струи при взаимодействии с окружающей средой после схода сплошного потока в виде пленки или струй [8] можно выделить три участка:

  • сплошной поток в виде пленки или струй;
  • раздробленный поток;
  • факел образованный отдельными каплями.

Рисунок 2.2 – Схема для определения толщины струи при обтекании дефлектора в горизонтальной плоскости

Исследования указывают на частое отсутствие, либо незначительные размеры первого участка [8].

На практике определение теоретической траекторий отдельных капель практически не возможно, в связи с тем, что распад струй на капли происходит практически по всей длине струи с различной интенсивностью. Отчасти возможно попытаться решить подобную задачу с использованием пакетов прикладных программа моделирующих взаимодействие сред. Однако постановка такой задачи имеет множество неизвестных и требует сравнения теоретического распыления данными полученными в реальных условиях. После создания подобной модели распределения жидкости можно проводить исследования её на адекватность изменяемым условиям, после чего сделать выводы о целесообразности использования её при дальнейшем совершенствовании процесса орошения.

По имеющимся данным [30] распад струи при взаимодействии с дефлектором в большей степени зависит от формы струи и скоростей потока и воздуха оказывающего сопротивление потоку.

Наибольшее влияние на длину последнего участка, в большей степени влияющего на равномерность распределения доз орошения, оказывает скорость приобретенная каплями в конце второго участка.

Процесс полета капель можно рассматривать как перемещение независимых материальных точек под действием силы тяжести и лобового сопротивления воздуха. Обе силы определяются размером капли, что дает возможность разбить дождевое облако на ряд групп.

Важное значение в данном случае имеет параметр, определяемый в предыдущем параграфе – угол дефлектора по отношению к горизонту (рисунок 2.3).

Согласно исследований [35] можно определить в таком случае высоту подъема отдельных капель

word image 172 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Рисунок 2.3 – Схема приложения сил при сходе потока с дефлектора.

word image 173 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Проводимые исследования [3] указывают на большое влияние ветра на капли размером до 0,5 мм или имеющие невысокую начальную скорость. Влияние пропорционально, а мелкие капли при скорости ветра превышающей 2 м/с может и вовсе унести по направлению движения ветра.

При отсутствии или малых значениях ветра, оказывающего сопротивление, торможение капель незначительно и как следствие их траектория наиболее близка к параболе.

Скорость ветра в зависимости от высоты над уровнем земли можно определить как [16]:

word image 174 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Рассматривая влияние угла вылета струи на дальность полета, можно определить рациональный угол в зависимости от скорости ветра.

При средних значениях ветра (3…5м/с)угол вылета струи к горизонту следует принимать 25…35°. Так как угол расположения дальнеструйного дождевателя к горизонту составляет 24°, то угол дефлекторной насадки может составлять достигать 11°.

Для лучшего распыления жидкости в горизонтальной плоскости следует использовать конический дефлектор с углом 50-70°. На рисунке 2.4 представлен эскиз предлагаемого дефлектора с учетом параметров для лучшего распределения жидкости в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Исследованиями [49] установлено что для снижения эллипсности орошаемой площади при повышении скоростей ветра нужно менять угол наклона струи к горизонту, так при работе против ветра угол не должен превышать 30°.

Рисунок 2.4 – Эскиз предлагаемого дефлектора.

2.3 Теоретическое обоснование направления совершенствования технологии дождевания с целью повышения равномерности полива

Качество процесса распределения доз осадков определяется дисперсностью, характеризующей дальность полета капель и их частотное распределение по размеру.Используемую в дальнейшем функцию распределения осадков для совершенствования технологии дождевания, в частности расстановки дождевателей при работе по сектору, либо для определения ширины орошаемых полос при работе в движении, можно составить на основе дисперсной характеристики, разбив дальность полета капель на интервалы (рисунок 2.5).

Рисунок 2.5 – Форма орошаемой площади и распределение расхода жидкости с учетом метеорологических условий

word image 175 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Согласно имеющихся исследований[28] возможно представить распределение доз орошения, выпадающих на неподвижный участок. При этом принимается ряд допущений: ось вращения дождевателя расположена вертикально, значения силы ветра не превышают 2 м/с, как следствие орошаемая площадь имеет форму круга. При этом вероятность попадания дозы орошения на dFзависит от угла еёвыбрасывания струи, её начальной скорости, согласно выражению (2.29):

word image 176 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Так как приращение угла за один импульс незначительно, можно считать все угловые координаты аппарата равновероятными [28]. Плотность вероятности угла в этом случае принимаем:

word image 177 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

В случае с переменной интенсивностью дождя подынтегральную функцию можно определить с помощью методов приближенного интегрирования, используя ЭВМ [28]. Наименьшие значения вариации, то есть равномерное распределение возможно при равномерном распределении осадков вдоль радиуса полива.

ГЛАВА 3 МЕСТО, УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Место проведения и объект исследования

Псковская область расположена на Северо-Западе русской равнины между 5 5°31′ и 59°01′ северной широты, 27°20’и 31°30′ восточной долготы. Площадь Псковской области составляет 55,3 тыс. км2. Протяженность территории с севера на юг 380 км, с запада на восток 260 км. Область граничит с Эстонией, Литвой, Латвией, Белоруссией, Смоленской, Тверской, Новгородской и Ленинградской областями РФ.

Исследования проводились на учебном поле Великолукской государственной сельскохозяйственной академии, путем проведения лабораторных и полевых опытовна территории КФХ Павлова В.И., расположенного в Порховском районе Псковской области. Участок представлен на рисунке 3.1. Общая площадь составляла 54 га, расположен в пойме р. Шелонь. Шелонь — средняя река в Псковской и Новгородской областях, впадает с запада в озеро Ильмень. Длина реки — 248 км, площадь водосборного бассейна — 9710 км². Среднегодовой расход воды в 59 км от устья 43,6 м³/с. Принадлежит к бассейну Балтийского моря. Содержание взвешенных частиц и растительных остатков в поливной воде размером до 3 мм, г/л не более 5, в т.ч. мелкопесчаный и глинистых частиц размером до 0,5 мм, г/л. Минерализация воды 0,98 г/л.

Порховский район расположен на северо-востоке области площадью 3,3 тыс. км2. Почвенный покров разнообразен. Преобладающими почвами являются дерново- слабоподзолистые, дерново-глеевые, болотно-подзолистые и торфяно-болотные. В районе встречаются массивы очень крупных торфяников. Аллювиальные почвы приурочены к долинам Шелони, Черёхи и их притоков.

word image 12 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Рисунок 3.1 – Общий вид участка, на котором проводились исследования (КФХ Павлов В.И.)

Угодья мелкоконтурные, неблагоприятен механический состав, почвы нуждаются в регулировании водного режима. Тип почвы и название по механическому составу – суглинок, наименьшая влагоемкость почвы (НВ) 22-29.

Два участка по 27 га были разделены для исследования влияния орошения на урожайность семенного картофеля различных сортов (таблица 3.1). Продольный и поперечный уклоны на участке до 0,0059 град.

Таблица 3.1 – Характеристика опытных участков

Сорт Площадь, га
без орошения с орошением
Реал 4 4
Гусар 4 4
Сиреневый туман 3 3
Майский цветок 3 3
Загадка Питера 3 3
Весна белая 3 3
Чароит 3 3
Ломоносовский 4 4

Объектом исследований служили: технология дождевания с переменной интенсивностью дождя, дальнеструйный дождевальный аппарат с переменной интенсивностью дождя, урожайность отечественных сортов картофеля с применением дождевания.

Предмет исследования:расход воды и дальность полета струив зависимости от конструктивно-технологических и гидравлических параметров машины и дождеобразуюшего устройства, характеристики качества дождя, структура урожая отечественных сортов картофеля.

3.2 Условия проведения исследования

Погодные условия весны 2020 года были нестабильными, апрель отмечен теплым, сухим с незначительным количеством осадков. В первой половине мая наблюдалось значительное похолодание, во второй половине наблюдалось повышение температуры до 20 оС, что выше нормы на 6-9 оС, количество выпавших осадков на территории Псковской области составило в мае 18-35 мм. По сравнению с 2019 годом перепад дневных и ночных температур был не значительным.

Лето отмечалось как достаточно благоприятное – теплое, выпало оптимальное количество осадков. Июнь выпал жарким теплее обычного на 2,7оС, средняя температура воздуха равнялась 20 оС, но было несколько дней, когда воздух днем прогревался до 28оС, количество осадков было незначительным. Июль был холоднее обычного на 1,4оС, средняя температура равнялось 22оС. Август по температурным показателям был в пределах среднемноголетних значений температура была в среднем около 18-21 градуса выше нормы на 2-4 оС. Сумма осадков составила от нормы 44-98%.

Начало осени было благоприятным для уборки теплым, сухим, с большим количеством солнечных дней.

Проводя оценку условий увлажнения в расчет берется не только количество выпавших осадков за весь период, но и температурный режим, именно от него и зависит испарение влаги с поверхности почвы и транспирация растений, вот именно поэтому гидротермический коэффициент дает полную оценку увлажнения.

Вегетационный период этого года – влажный с учетом гидротермического коэффициента за период с температурой больше 10 оС.

На рисунке 3.2 представлена динамика изменения суточных температур.

Рисунок 3.2 – Динамика изменения максимальной и минимальной суточной температуры.

3.3 Методика проведения исследований

Экспериментальные исследования процесса орошения запланированы в форме лабораторных исследованийработы дальнеструйного дождевателя используемого с дождеобразующим устройством в виде дефлектора.Исследованию подлежали расходная характеристика дождевателя, дальность полета струи. Также изучались характеристики интенсивности дождя, размер капель, распределение дождя по учетному участку.

На следующем этапе проводилисьисследования работы дождевальной машины с предложенным дальнеструйным дождевателем при поливе картофеля. Оценивалась структура урожая получаемого с применением дождевания, экономическая эффективность внедрения предлагаемой технологии.

Наблюдения и учет показателей качества функционирования дождевальной машины проводились в соответствии с требованиями СТО АИСТ 11.1 – 2010 г. “Машины и установки дождевальные. Испытание сельскохозяйственной техники. Методы оценки функциональных показателей”. Контролировались следующие показатели [48]:

расход и напор;

площадь поливаемая с одной позиции, м2;

ширина захвата;

средняя интенсивность и частотный график распределения интенсивности дождя; мм/мин.;

коэффициентом равномерности полива;

карта распределения и слой дождя за проход, мм.;

средний диаметр капель дождя, мм.

Отбор, учетные замеры, хранение и транспортировка образцов выполнялась согласно стандартным методам проведения экспериментальных исследований.

При определении расхода дождевателем воды при изменяемых диаметре насадки и давлении перед ней пользовались зависимостью [31]:

word image 178 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

где t – время опустошения мерного бака, с;

V— объем воды в мерном баке, л;

Использовался бак объемом 200 л., время опустошения бака фиксировалось при помощи секундомера. Давление струи перед насадкой регулировалось вентилем, значение определялось при помощи дифференциального манометра и трубки Пито, помещаемой в поток жидкости в соответствии с рекомендациями в 5 мм перед насадкой.

Максимальная дальность полета струи фиксировалась при изменении диаметра насадки от 18 до 38 мм, давление при этом повышалось от 0,3 до 0,9 МПа, а коэффициент перекрытия струи дефлектором изменялся от 0, когда струя перекрывалась дефлектором полностью, до 1, когда струя свободно выходила из насадки.

Для проведения испытаний качественных характеристик дождя, в зависимости от давления и конструктивных параметров дождевателя, полнополевым методом дождевальный аппарат фиксировался согласно схеме (рисунок 3.3).Дождемеры при испытаниях установлены на расстоянии между ними 2 метра, как показано на схеме. В качестве дождемеров использовались пластиковые емкости объемом 0,5 литра, для фиксации высоты и места установки использовались кронштейны, изготовленные из стальной проволоки.

H:\для отчета\Схема.png

1 – Дождевальный аппарат; 2 – дождемер для определения дальности полета струи; 3 – дождемер для определения распределения воды

Рисунок 3.3 – Схема распределения дождемеров при испытании дождевального аппарата по определению равномерности распределения и дальности полета струи.

Равномерность распределения дождевальным аппаратом предложено оценивать коэффициентом вариации распределения средних доз осадков вдоль дальности полета струи. Предложенный CDU для расчета коэффициента равномерности орошенияследующую зависимость в данном случае не отражает эффективность распределения осадков [32]:

word image 179 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Это обусловлено тем, что при работе дальнеструйного дождевателя без поворота относительно оси и без использования дождеобразующих устройств осадки выпадают преимущественно в конце радиуса полива, в виде крупных капель на довольно не большом участке, как следствие равномерность такого дождя очень высокая, однако абсолютно не удовлетворяет предъявляемым требованиям.

Для построения карт распределения осадков, определялся слой осадков в каждом дождемере, использовалась формула:

word image 180 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Для определения размера капель дождя использовалась стандартная методика с использованием обеззоленных бумажных фильтров. Для вычисления реального диаметра капли использовалась тарировочная кривая и следующие зависимости [17]:

word image 181 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Для определения показателей качества функционирования дождевальной машины в соответствии с требованиями СТО АИСТ 11.1 – 2010 фиксировалось распределение осадков по ширине орошаемой полосы. Схема расстановки дождемеров приведена на рисунке 3.4

Расстояние между дождемерами выбрано 6 метров, линия расположена по середине длинны участка – 140 метров.

Для выявления характера воздействия отмеченных ранее факторов на исследуемые нами выходные величины, в качестве математических моделей были приняты следующие функциональные зависимости (факторы в кодированном виде):

word image 182 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

word image 183 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

word image 184 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Рисунок 3.4 – Схема расстановки дождемеров для определения распределения воды в полевых условиях.

word image 185 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

В процессе планирования многофакторных экспериментов было отдано предпочтение трехуровневым, почти ротатабельным планам второго порядка Бокса–Бенкина, как более рациональным по числу опытов и позволяющим получить минимальную дисперсию коэффициентов регрессии математических моделей и получить независимые оценки этих коэффициентов [1].

Рандомизация опытов не запланирована в целях экономии времени. Повторность проведения опытов принята равной трём, таким образом, чтобы относительная гарантийная ошибка опыта не превышала 5% [34].

Полученные экспериментальные данные обрабатывались с помощью пакетов прикладных программ: MicrosoftOfficeExcel 2010и Statistica10.0.

ГЛАВА 4 Экспериментальное исследование процесса орошения

4.1 Влияние параметров дождеобразуещего устройства на расход воды

При изменении факторов влияющих на расходную характеристику дождевального аппарата фиксировались установленные уровни факторов (приложение Б) и в соответствии с методикой фиксировались следующие параметры:

давление потока перед насадкой – манометром;

объем воды в мерном баке – тарированной линейкой;

время расхода воды – секундомером.

Результаты исследований представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Расход воды аппаратом с дождевальной насадкой, имеющей различные диаметры

Диаметр давление Объем воды в баке Время опустошения бака, с расход
18 0,3 181 30 6,1
18 0,6 190 22 8,6
18 0,9 188 18 10,5
28 0,3 183 12 14,7
28 0,6 182 9 20,7
28 0,9 182 7 25,4
38 0,3 181 7 27
38 0,6 181 5 38,1
38 0,9 184 4 46,7

Установлено, что при увеличении диаметра насадки с 18 до 38 мм и давления с 0,3 до 0,9 МПа расход воды возрастает с 6,1 до 46,7 л/с.

В результате математической обработки полученных результатов, получено уравнение, позволяющее определять расход воды в зависимости от давления и диаметра насадки:

Q = 6,74-0,67·P-8,22·d+1,2·P·d-5,93·d2 (4.1)

где, – расход воды, л/с;

d – диаметр насадки, мм.

P – давление перед насадкой, МПа;

Расходно-напорная характеристика дождевального аппарата в зависимости от диаметра насадки приведена па рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Расходно-напорная характеристика дождевальных насадок различного диаметра

В результате полученных зависимостей можно сделать вывод опропорциональном росте расхода с увеличением давления в системе и диаметра насадки. Причем увеличение давления не желательно, в связи с негативным влиянием на энергоемкость процесса.

4.2 Влияние параметров дождеобразуещего устройства на дальность полета струи

Лабораторные исследования дождевального аппарата показали, что дальность полета струи зависит от диаметра сопла, давления перед насадкой.

Рисунок 4.2 – Экспериментальные значения дальности полета струив зависимости от диаметра насадки и давления потока перед ней.

Установлено что максимальная дальность полета струи возрастает с увеличением диаметра сопла от 18 до 38 мм при давлении от 0,3 до 0,9 МПа в пределах с 37,8 до 79,8 м

При увеличении диаметра насадки происходит плавный рост дальности полета струи при постоянном давлении перед насадкой. Большее влияние на дальность полета оказывает давление. Для оценки влияния изменения данных параметров на эффективность полива необходимо рассматривать их в совокупности с качественными показателями распределения и структуры дождя.

4.3 Влияние параметров дождеобразуещего устройства на равномерность распределение дождя

Для оценки качественных показателей распределения осадков по участку проведена серия опытов, согласно принятой методике. Орошение при заданных параметрах проводилось в течении 10 минут, после чего фиксировались показания дождемеров. Результаты для диаметра насадки 18 мм и давления перед ней 0,3 МПа представлены на рисунке 4.3 в виде карт распределения средних показаний дождемеров.

Рисунок 4.3 – Карта распределения показаний дождемеров при использовании насадки диаметром 18 мм и давлении перед ней 0,3 МПа

Карты распределения для прочих условий приведены в приложении Б.

Результаты эксперимента по определению зависимости расхода воды, дальности полета струи и коэффициента вариации средних доз орошения вдоль радиуса полива от давления перед насадкой, её диаметра и коэффициента перекрытия струи дефлектором представлены в приложении В.

В результате многофакторного регрессионного анализа, выполненного на основе результатов исследований, установлена зависимость расхода воды дождевателем от факторов P, d, f. После проведения повторного многофакторного регрессионного анализа, без учета незначимых эффектов, было получено уравнение регрессии:

Q = -7,98–18,0∙P + 0,68∙d – 4,84∙f – 0,40∙P2 +

+ 1,31∙f2 + 1,28∙P∙d + 6,93∙P∙f (4.2)

Из представленных в приложении Г данных можно сделать вывод, о том, что модель (4.2) информационно способна, т.к. коэффициент детерминации параметров достаточно велик (R – квадрат равен 98,8%), полученная модель объясняет 97,6% изменения выходной величины. Рассматриваемая модель значима, т.к. существует статистически значимое отношение между переменными. Заметной корреляции между опытными значениями, размещенными в матрицах нет, т.к. статистика Durbin-Watson (DW) больше, чем 1,4.

Принимая во внимание значения коэффициентов полученной математической модели, анализируя поверхности отклика (рисунок 4.4 – 4.5), отмечаем повышение расхода водыс повышением диаметра насадки и давления перед ней. В большей степени на расход воды оказывает влияние повышение давления, при увеличении диаметра свыше 28 мм, рост расхода происходит более интенсивно. При малом диаметре порядка 18 – 20 мм увеличение давления с 0,3 до 0,6 МПа практически не влияет на изменение расхода воды, его рост незначителен.

Рисунок 4.4 –Зависимость расхода воды от давления перед насадкой и её диаметра

В результате многофакторного регрессионного анализа, выполненного на основе результатов исследований, установлена зависимость дальности полета струи от факторов P, d, f. После проведения повторного многофакторного регрессионного анализа, без учета незначимых эффектов, было получено уравнение регрессии:

R = 24,18 + 1,88∙P – 0,15∙d – 2,59∙f – 24,47∙P2 – 10,25∙f2 + 1,83∙P∙d +

+ 27,95∙P∙f + 0,3∙d∙f (4.3)

Из представленных в приложении Д данных можно сделать вывод, о том, что модель (4.3) информационно способна, т.к. коэффициент детерминации параметров достаточно велик (R – квадрат равен 99,0%), полученная модель объясняет 97,7% изменения выходной величины. Рассматриваемая модель значима, т.к. существует статистически значимое отношение между переменными. Заметной корреляции между опытными значениями, размещенными в матрицах нет, т.к. статистика Durbin-Watson (DW) больше, чем 1,4.

Принимая во внимание значения коэффициентов полученной математической модели, анализируя поверхности отклика (рисунок 4.5), отмечаем повышение дальности полета струи с повышением диаметра насадки и давления перед ней. В большей степени на дальность полета струи оказывает влияние повышение давления перед насадкой. Однако при диаметрах до 28 мм дальность полета увеличивается менее интенсивно, причем после повышения давления свыше 0,6 МПа дальность практически не возрастает, а свыше 0,8МПа снижается. При диаметре в пределах 30 … 38 мм наблюдается постоянный рост дальности полета при увеличении давления, но после 0,7 МПа так же наблюдается снижение темпа.

Рисунок 4.5 – Зависимость дальности полета струи от давления перед насадкой и её диаметра

Рисунок 4.6 – Зависимость дальности полета струи от давления перед насадкой и коэффициента перекрытия струи дефлектором

Рисунок 4.7 – Зависимость дальности полета струи от диаметра насадки и коэффициента перекрытия струи дефлектором

При невысоком давлении от 0,3 до 0,6 МПа перекрытие струи повышает дальность полета воды, что обусловлено эффектом «трамплина». С повышением давления свыше 0,6 МПа ситуация меняется и дальность полета при повышении перекрытия струи значительно падает, например, при давлении 0,9 МПа дальность полета снижается в двое.

Совместное влияние диаметра насадки и перекрытия струи указывает на снижение дальности полета при перекрытии струи и снижении диаметра насадки. Практически во всем диапазоне диаметра насадки перекрытие струи меньше чем на половину времени работы и далее не оказывает существенного изменения дальности полета струи.

В результате многофакторного регрессионного анализа, выполненного на основе результатов исследований, установлена зависимость коэффициента вариации средних доз орошения вдоль радиуса полива от факторов P, d, f. После проведения повторного многофакторного регрессионного анализа, без учета незначимых эффектов, было получено уравнение регрессии:

K = 28,74 + 91,18∙P + 0,49∙d – 3,40∙f – 40,38∙P2 + 31,92f2

– 0,83∙P∙d + 12,43∙P∙f + 0,25*d*f (4.4)

Из представленных в приложении Е данных можно сделать вывод, о том, что модель (4.4) информационно способна, т.к. коэффициент детерминации параметров достаточно велик (R – квадрат равен 89,5%), полученная модель объясняет 75,6% изменения выходной величины. Рассматриваемая модель значима, т.к. существует статистически значимое отношение между переменными. Заметной корреляции между опытными значениями, размещенными в матрицах нет, т.к. статистика Durbin-Watson (DW) больше, чем 1,4.

Принимая во внимание значения коэффициентов полученной математической модели, анализируя поверхности отклика (рисунок 4.8- 4.9), отмечаем повышение коэффициента вариации средних доз орошения вдоль радиуса полива с повышением степени перекрытия и давления перед насадкой. В большей степени на изменения оказывает влияние повышение степени перекрытия. При рассмотрении совместного влияния изменения давления и диаметра насадки можно отметить снижение коэффициента вариации при уменьшении диаметра, что обусловлено сокращением расхода воды. Равномерность постепенно сокращается при росте давления, при 0,6… 0,8 МПа изменений не наблюдается, дальнейшее увеличение давления приводит к снижению коэффициента вариации, т.е. повышению равномерности распределения доз по участку.

Рисунок 4.8 – Зависимость коэффициента вариации средних доз орошения вдоль радиуса полива от давления перед насадкой и её диаметра

Рисунок 4.9 – Зависимость коэффициента вариации средних доз орошения вдоль радиуса полива от давления перед насадкой и коэффициента перекрытия струи дефлектором

При перекрытии струи до 50% времени работы, лучшая равномерность орошения наблюдается при давлении до 0,5 МПа, дальнейшее изменение давления от 0,6 до 0,9 МПа сопровождается практически одинаковой равномерностью распределения осадков. При снижении перекрытия струи от 50 до 0% наблюдается резкое падение равномерности распределения осадков при увеличении давления. Данный эффект обусловлен, тем что без дефлектора большая часть воды выпадает на 0,7-0,8 дальности полета. Причем преимущественно крупными каплями, превышающими по размеру ливневые, что негативно сказывается на качестве полива в целом.

4.4 Влияние параметров дождеобразующего устройства на средний диаметр капель дождя

Установленные размеры капель и их изменение вдоль дальности полета струи представлены в таблице 4.2

Таблица 4.2–Значения среднего диаметра капель дождя, мм

Давление, МПа Диаметр насадки, мм Средний диаметр капель дождя, вдоль дальности полета (Ri/R)
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
без дефлектора
0,3 18 0,07 0,50 1,06 1,79 2,73 3,93
0,6 18 0,06 0,41 0,88 1,48 2,26 3,26
0,9 18 0,06 0,37 0,79 1,33 2,03 2,92
0,3 28 0,10 0,61 1,29 2,18 3,32 4,77
0,6 28 0,09 0,51 1,07 1,81 2,75 3,96
0,9 28 0,08 0,46 0,96 1,62 2,47 3,55
0,3 38 0,12 0,71 1,49 2,50 3,80 5,46
0,6 38 0,11 0,59 1,24 2,07 3,15 4,53
0,9 38 0,10 0,53 1,11 1,86 2,83 4,06
с дефлектором
0,3 18 0,07 0,45 0,95 1,60 2,44 3,51
0,6 18 0,06 0,34 0,70 1,17 1,78 2,56
0,9 18 0,06 0,27 0,55 0,91 1,38 1,97
0,3 28 0,10 0,53 1,09 1,82 2,77 3,97
0,6 28 0,09 0,37 0,74 1,22 1,84 2,63
0,9 28 0,08 0,26 0,51 0,83 1,24 1,76
0,3 38 0,12 0,57 1,17 1,94 2,94 4,22
0,6 38 0,11 0,37 0,71 1,15 1,73 2,46
0,9 38 0,10 0,23 0,40 0,63 0,91 1,28

При применении дефлектора наблюдается снижения среднего размера капель от 10 до 70%. Наибольшее снижение размера происходит на участок от 0,4 до 0,6 радиуса дальности полета капель, при увеличении давления и использовании дефлектора.

При использовании дефлектора снижается образование на дальнем участке полива капель с диаметром, превышающим 1,2 мм.

4.5 Влияние параметров дождевальной машины на нормы полива

Испытания на равномерность полива проводились в соответствии с ГОСТ ИСО-8224 – часть 1 и часть 2-2004, СТО АИСТ-11.1-2004. СТО АИСТ-11.1-2010. При этом интервал между дождемерами для ШБДМ был выбран максимально допустимый – 6 метров, высота установки 0,3 м над уровнем почвы, для снижения влияния ветра превышающего 2 м/с.

Скорость ветра во время испытания измерялась анемометром. Оборудование для измерения скорости ветра помещалось на высоту 2 м на расстоянии 200 м от испытательной площадки в зоне с условиями ветра, аналогичными условиям испытательной площадки.

Измерения проводились при орошении участка шириной 140 м, длиной 285 метров. Линия установки дождемеров была принята в соответствии с рекомендациями.

На рисунке 4.10 представлена зависимость интенсивности дождя от скорости движения машины. При необходимой норме в 200 м3/га, при ширине поливаемой полосы 140 метров, оптимальная скорость должна быть не меньше 50 м/ч.

Рисунок 4.10 – Зависимость интенсивности дождя, вносимой на 1 га, от скорости движения машины.

При поливе участка сектором 180, полученный слой осадков при давлении 0,6 МПа, диаметре сопла 38 мм представлен на рисунке 4.11

Рисунок 4.11 – Слой осадков при работе по сектору 180°, давлении 0,6 МПа, диаметре сопла 38 мм и скорости движения машины 50 м/ч

При полевых испытаниях зафиксированы следующие параметры:

– рабочее давление перед насадкой составило 0,6 МПа;

– расход воды составил 38 л/с;

– время полива участка составило 5 часов 40 минут;

– норма полива составила 193 м3/га

– коэффициент эффективного полива получен 0,73.

При ширине поля требующей полива в насколько полос, оптимальные параметры равномерности распределения осадков достигаются при перекрытии в 18 метров (рисунок 4.12). Коэффициент эффективного полива при данных параметрах составляет 0,82.

Рисунок 4.12 – Слой осадков при работе по сектору 180°, давлении 0,6 МПа, диаметре сопла 38 мм и скорости движения машины 50 м/ч с перекрытием 18 метров.

На основании полученных данных можно сделать вывод, что машина осуществляет полив с/х культур с качеством и на режимах в соответствии требованиями.

4.6 Влияние орошения на влажность почвы и урожайность картофеля

Общие запасы влаги в этот период в 0-30 см слое составили 71,5 мм, а в слое 0-60 см – 139,4 мм или 72,3% НВ.

Первый, второй и третий поливы на картофеле провели 14, 21и 28мая поливной нормой 190 и 180 м3/га.

Четвертый и пятый поливы провели с 09июня по 21июня нормой полива 200 м3/га отклонения от оптимальной влажности почвы в этот период не наблюдалось. Запасы влаги в 0-60 см слое почвы составили 152,3 мм или 78,9%НВ.

Шестой и седьмой полив провели с 04 по 13июля оросительной нормой 200 м3/га.

Таблица 4.3 – Динамика запасов влаги в почве

Дата Запас влаги 0-30 см, мм %НВ 0-30 см Запас влаги 0-60 см, мм %НВ 0-60 см
12.05.2020 71,5 70,1 139,4 72,2
14.05.2020 д/п 71,4 70,0 137,8 71,4
14.05.2020 п/п 88,5 86,8 169,2 87,7
21.05.2020 д/п 65,2 64,0 128,5 66,6
21.05.2020 п/п 79,6 78,1 155,2 80,4
28.05.2020 д/п 69,3 68,0 137,8 71,4
28.05.2020 п/п 79,7 78,2 157,0 81,3
09.06.2020 д/п 67,3 66,0 131,2 68,0
09.06.2020 п/п 82,1 80,5 158,5 82,1
21.06.2020 д/п 66,3 65,0 128,0 66,3
21.06.2020 п/п 78,8 77,4 152,3 78,9
04.07.2020 д/п 73,4 72,0 143,1 74,2
04.07.2020 п/п 86,6 85,0 167,3 86,7
13.07.2020 д/п 71,4 70,0 141,9 73,5
13.07.2020 п/п 87,8 86,1 167,8 87,0

График динамики запасов влаги в почве под культурой картофель (рисунок 4.13) показывает, что фактически величина разовой поливной нормы соответствовала промачиванию 0-30 см слоя почвы.

Рисунок 4.13 – График динамики запасов влаги в почве

Представленный на рисунке 4.14 укомплектованный график динамики поливов картофеля показывает, что для поддержания оптимальной влажности почвы (с нижним порогом увлажнения 70% НВ) в засушливый год потребовалось провести семь поливов общей оросительной нормой 1350 м3/га.

Рисунок 4.13 – Укомплектованный график динамики поливов и осадков за 2020 год.

Сведения о приросте урожайности и количества сформированных клубней представлены в таблице 4.4 и на рисунке 4.14

Таблица 4.4 – Сведения об урожайности исследуемых сортов картофеля.

Сорт Урожайность, ц/га
без орошения с орошением
Реал 22,5 23,4
Гусар 47,2 52,7
Сиреневый туман 33,3 33,4
Майский цветок 30,5 30,7
Загадка Питера 17,1 24,6
Весна белая 21,6 34,9
Чароит 19,6 21,4
Ломоносовский 35,8 48,1

Рисунок 4.14 – Прирост показателей при проведении орошения, %

В процессе изучения в разные стадии развития измерялись высота и количество стеблей, кол-во листьев, масса клубней и структура клубней по размерам. Статистическая обработка данных проводилась согласно методике на персональном компьютере с использованием программы «Stаstatistica». Результаты обработки представлены на рисунках 4.15 -4.16, а также в приложении Ж

Анализируя представленные данные можно сделать однозначный вывод о положительном влиянии орошение на формирование растений и урожая картофеля для всех исследуемых сортов. Более отзывчивыми на полив оказались сорта: «Весна белая», «Ломоносовский» и «Загадка Питера»

Рисунок 4.15 – Влияние орошения на количество сформированных клубней исследуемых сортов картофеля

Рисунок 4.16 – Влияние орошения на массу сформированных клубней исследуемых сортов картофеля

Помимо увеличения количества клубней и их массы орошение благоприятно сказывается на выровненности, одному из важных показателей товарности. Общий вид клубней представлен на рисунке 4.17.

word image 186 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Рисунок 4.17 – Состояние клубней: слева – без орошения; справа – с орошением.

ГЛАВА 5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИИ ОРОШЕНИЯ

Экономические показатели и расчеты эффективности производства картофеля на орошаемых землях КФХ Павлова В.И. позволяют сделать важные выводы о эффективности использования водных и земельных ресурсов на орошаемых землях площадью 27 га.

Экономический эффект от внедрения новых технологий показывает целесообразность её внедрения.

На орошаемых землях получена достаточно высокая урожайность, в таблице 5.1 приведены сведения об отзывчивости исследуемых сортов отечественной селекции.

Таблица 5.1 – Результаты опыта по орошению посевов картофеля

Сорт Площадь, га Урожайность, т/га Валовой сбор продукции, т
без орошения с орошением без орошения с орошением без орошения с орошением
Реал 4 4 22,8 31,3 91,2 125,2
Гусар 4 4 39,6 54,0 158,4 216,0
Сиреневый туман 3 3 29,5 36,3 88,5 108,9
Майский цветок 3 3 25,4 32,5 76,2 97,5
Загадка Питера 3 3 23,1 31,7 69,3 95,1
Весна белая 3 3 25,7 33,4 77,1 100,2
Чароит 3 3 23,1 26,8 69,3 80,4
Ломоносовский 4 4 33,6 43,0 134,4 172,0
Всего: 27 27 28,3 36,9 764,4 995,3

Данные опыта свидетельствуют, что использование орошения на посевах картофеля позволяет увеличить урожайность с 28,3 т/га до 36,9 т/га или на 30,4%. Для оценки экономической эффективности нами были рассчитаны технологические карта выращивания картофеля на площади 80 гектаров без орошения и с орошением (Приложения З и И). Площадь 80 гектаров взята из расчета производительности дождевальной техники. Затраты, идущие на эксплуатацию дождевальной техники, составляют 25,17 тыс. руб./га.

В таблице 5.2 приведены прямые затраты выращивания картофеля. Расчеты показывают, что затраты, связанные с возделыванием картофеля на площади 80 гектаров без орошения, составляют 11 613,6 тыс.руб., а с орошением 13 639,9 тыс.руб., в том числе затраты по эксплуатации дождевальной техники 2 013,6 тыс.руб.

Таблица 5.2 – Прямые затраты выращивания картофеля на площади 80 гектаров

без орошения с орошением
Прямые затраты, руб. 11 613 576 13 639 891
семена и посадочный материал 9 120 000 9 120 000
ГСМ 149 126 152 340
удобрения 944 000 944 000
ядохимикаты 576 000 576 000
заработная плата 92 579 96 879
начисления на заработную плату 29 718 31 098
текущий ремонт и обслуживание техники 149 126 152 340
прочие прямые затраты 553 027 553 633
затраты по эксплуатации дождевальной техники 2 013 600

На основе рассчитанной нами величины затрат можно определить величину экономического эффекта от применения системы орошения (таблица 5.3).

Таблица 5.3 – Прямые затраты выращивания картофеля на площади 80 гектаров

без орошения с орошением
Площадь, га 80 80
Урожайность, т/га 28,3 36,9
Валовой сбор картофеля, т 2264 2952
Прямые затраты, руб. 11 613 576 13 639 891
в т.ч. дополнительные затраты по эксплуатации дождевальной техники 2 013 600
Прямые затраты на 1 га, руб. 145 170 170 499
в т.ч. дополнительные затраты по эксплуатации дождевальной техники 25 170
Прямые затраты на 1 кг картофеля, руб. 5,13 4,62
Цена реализации 1 кг картофеля, руб. 11 11
Выручка от реализации картофеля, руб. 24 904 000 32 472 000
Прибыль от реализации картофеля, руб. 13 290 424 18 832 109
Рентабельность продаж, % 53,4 58,0
Дополнительная прибыль (эффект), руб. 5 541 685
Дополнительная прибыль на 1 га, руб. 69 271

Орошение посевов картофеля увеличивает прямые затраты на единицу площади на 17,4%. Затраты в расчете на гектар посевов увеличиваются с 145,2 тыс.руб. до 170,5 тыс.руб. Одновременно с ростом прямых затрат происходит увеличение урожайности картофеля, что приводит к снижению его себестоимости. Прямые затраты на 1 килограмм картофеля при орошении уменьшаются с 5,13 руб. до 4,62 руб., или на 9,9%. В результате происходит увеличение рентабельности продаж на 4,6% до 58,% и увеличение прибыли на 41,7%. Общая величина получаемого экономического эффекта со всей площади составляет 5 541,7 тыс.руб. Прибыль в расчете на один гектар увеличивается с 166,1 тыс. руб. до 235,4 тыс.руб., т.е. величина экономического эффекта в расчете на один гектар посевов составляет 69,3 тыс.руб.

Применение системы орошения на посевах картофеля связано инвестиционными затратами. В таблице 5.4 представлен перечень и номенклатура дождевальной техники, определяющий получение стабильной и гарантированной урожайности в овощном севообороте предприятия.

Таблица 5.4 – Инвестиции в дождевальную технику для орошения посевов картофеля на площади 80 гектаров

Наименование Кол-во Стоимость, Euro Итого, Euro
TurbocarACTIVEG5D в сборе с пушкой на колёсной тележке (длина шланга 500 м) 1 29 000 29 000
Насосная станция дизельная 1 43 000 43 000
ИТОГО: 72 000

Общий размер инвестиций в дождевальную технику для орошения посевов картофеля на площади 80 гектаров составляет 72 000 евро или около 6 500 тыс.руб.

Основным критерием принятия инвестиционного решения является чистая приведенная ценность (чистый дисконтированный доход). При определении величины чистой приведенной ценности сравнивается сегодняшняя ценность всех доходов и всех затрат капитала:

word image 187 Проведение исследований, разработка технологии дождевания с переменной интенсивностью дождя и подготовка технических предложений на модули системы с переменной интенсивностью дождя

Если чистая приведенная ценность больше нуля, то инвестиции стоит осуществлять, а если меньше нуля, то нет. Период времени, в котором чистая приведенная ценность будет равна нулю, считается сроком окупаемости инвестиционного проекта. Исходные данные для расчета показателей инвестиционного проекта приведены в таблице 5.5. Для расчета эффективности инвестиционного проекта ставка дисконтирования взята на уровне 10%.

Таблица 5.5 – Исходные данные для расчета эффективности инвестиционного проекта

Показатель Значение показателя
Инвестиции, тыс.руб. 6 500,0
Ежегодный прирост чистого денежного потока от операционной деятельности, тыс.руб. 5 541,7
Ставка дисконтирования, % 10,0

В таблице 5.6 приведена динамика денежных потоков инвестиционного проекта, а также расчет чистой приведенной ценности и индекса прибыльности. За 10 лет общая величина чистой приведенной ценности составит 31 723,1 тыс.руб., а индекс прибыльности проекта составляет 1,49, что говорит о его целесообразности.

Таблица 5.6 – Чистая приведенная ценность проекта, тыс.руб.

Показатель Начальный этап Год реализации инвестиционного проекта
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Инвестиционные затраты 6 500,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
Прирост чистого денежного потока от производственно-сбытовой деятельности 5 541,7 5 541,7 5 541,7 5 541,7 5 541,7 5 541,7 5 541,7 5 541,7 5 541,7 5 541,7
Приведенные инвестиционные затраты 6 500,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
Приведенный чистый денежный поток от производственно-сбытовой деятельности 5 037,9 4 579,9 4 163,6 3 785,1 3 441,0 3 128,1 2 843,8 2 585,2 2 350,2 2 136,6
Дисконтированный прирост чистых выгод -6 500,0 5 037,9 4 579,9 4 163,6 3 785,1 3 441,0 3 128,1 2 843,8 2 585,2 2 350,2 2 136,6
Дисконтированный прирост чистых выгод нарастающим итогом -6 500,0 -1 462,1 3 117,8 7 281,4 11 066,4 14 507,4 17 635,5 20 479,3 23 064,6 25 414,8 27 551,3
Суммарный приведенный чистый денежный поток от инвестиционной деятельности 6 500,0
Суммарный приведенный чистый денежный поток от производственно-сбытовой деятельности 34 051,3
NPV проекта 27 551,3 (34 051,3 – 6 500,0)
Индекс прибыльности PI 5,24 (34 051,3 / 6 500,0)

Динамика изменения чистой приведенной ценности реализации инвестиционного проекта показана на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 – Динамика изменения чистой приведенной ценности инвестиционного проекта

Конкретная величина чистой приведенной ценности зависит от выбранной ставки дисконтирования. Для любого инвестиционного проекта существует такая ставка дисконтирования, при которой чистая приведенная ценность будет равна нулю. Эта ставка дисконтирования называется внутренней нормой доходности инвестиционного проекта. Если внутренняя норма доходности превышает, выбранную ставку дисконтирования – инвестиции стоит осуществлять, а если наоборот, то нет. Расчет внутренней нормы доходности приведен в Приложении К. Расчеты показывают, что внутренняя норма доходности инвестиционного проекта составляет 85,1%, что намного выше выбранной ставки дисконтирования.

Расчет срока окупаемости инвестиционного проекта приведен в таблице 5.7. Срок окупаемости инвестиций определяется временем необходимым для возмещения капитальных вложений, т.е. это срок, за который накопленная сумма денежных поступлений сравняется с капитальными вложениями. Полный возврат вложенных денежных средств будет возможен уже во второй год после осуществления инвестиций.

Дисконтированный срок окупаемости капитальных вложений (DPP) определяется как время, которое требуется, чтобы инвестиция обеспечила достаточные поступления денег для возмещения инвестиционных расходов, при этом учитывается временная стоимость денег.

Таблица 5.7 – Обычный и дисконтированный срок окупаемости инвестиционного проекта

Показатель Начальный этап Год реализации инвестиционного

проекта

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Чистые выгоды (прирост) от производственно-сбытовой деятельности 5 541,7 5 541,7 5 541,7 5 541,7 5 541,7 5 541,7 5 541,7 5 541,7 5 541,7 5 541,7
Накопленная сумма инвестиций, тыс.руб. 6 500,0 6 500,0 6 500,0 6 500,0 6 500,0 6 500,0 6 500,0 6 500,0 6 500,0 6 500,0 6 500,0
Накопленная сумма чистых выгод от производственно-сбытовой деятельности, тыс.руб. 5 541,7 11 083,4 16 625,1 22 166,8 27 708,5 33 250,2 38 791,9 44 333,6 49 875,3 55 417,0
Обычный срок окупаемости PP 1,17 (1+(1-(11083,4-6500,0)/5541,7)
Приведенные чистые выгоды от производственно-сбытовой деятельности 5 037,9 4 579,9 4 163,6 3 785,1 3 441,0 3 128,1 2 843,8 2 585,2 2 350,2 2 136,6
Накопленная сумма приведенных инвестиций, тыс.руб. 6 500,0 6 500,0 6 500,0 6 500,0 6 500,0 6 500,0 6 500,0 6 500,0 6 500,0 6 500,0 6 500,0
Накопленная сумма приведенных чистых выгод от производственно-сбытовой деятельности, тыс.руб. 5 037,9 9 617,8 13 781,4 17 566,4 21 007,4 24 135,5 26 979,3 29 564,6 31 914,8 34 051,3
Дисконтированный срок окупаемости DPP 1,32 (1+(1-(9617,8-6500,0)/4579,9)

Обычной срок окупаемости инвестиционных вложений в орошение посевов картофеля составляет 1,2 года, дисконтированный срок окупаемости 1,3 года.

Таким образом, орошение является одним из решающих факторов повышения эффективности и продуктивности сельскохозяйственного производства.

ВЫВОДЫ

Проведенные исследования процесса орошения шлангобарабанной дождевальной машиной с дальнеструйным дождевателем позволяют сделать следующие выводы:

  1. Для повышения эффективности процесса орошения при производстве семенного материала картофеля в фермерских хозяйствах Северо-запада РФ с площадью участков до 50га рекомендуется использовать шлангобарабанные дождевальные машиныс предложенным дождеобразующим элементом в виде дефлектора и насадкой обеспечивающей изменение диаметра в зависимости от условий работы.
  2. Для обоснования конструктивных и технологических параметров дальнеструйного дождевателя целесообразно использовать разработанные математические модели дальности полета струи при обтекании дождеобразующего элемента, позволяющие определить дальность полёта, минимально необходимые значения диаметра насадки, давления перед ней и конструктивных параметров дефлектора.
  3. Для более эффективного распределения дождя по длине полета струи целесообразно использовать дефлектор расположенный к струе под углом 11˚, углом основания конуса 50 ˚. Для обеспечения безотрывного обтекания дефлектора рекомендуемый диапазон скорости обтекания дефлектора5…40 м/с
  4. Наиболее существенное влияние на процессы распределения осадков оказывают технологические и конструктивные параметры, рациональные значения которых находятся в следующих пределах: диаметр насадки – 28…38 мм; давление струи – 0,6…0,8 МПа; коэффициент перекрытия струи дефлектором –0,5..0,6.На основании экспериментальных данных получены математические модели процесса распределения осадков (4.1)…(4.4)
  5. При использовании предложенной технологии дождевания в КФХ Павлова В.И., запасы влаги в почве после поливов увеличились в среднем на 10-17 %. Перекрытие поливных полос за счет более равномерногораспределенияосадков обеспечивает повышение урожайности картофелядо 37.3 %, и количества клубней до 21,9%.
  6. Орошение является одним из решающих факторов повышения эффективности производства семенного материала картофеля, внедрение предложенной технологии дождевания в КФХ Павлова В.И. позволило при дополнительных капиталовложениях в размере 6500 тыс. руб. получить дисконтированный срок окупаемости порядка 1,3 года.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

  1. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Макарова. – М.: Наука, 1976. – 280 с.
  2. Алдошкин, А. А. Проведение реконструкции и эксплуатации систем сельскохозяйственного водоснабжения : научное издание / А. А. Алдошкин, Г. В. Ольгаренко. – Коломна : ФГБНУ ВНИИ “Радуга”, 2011. – 206 с. – Текст : непосредственный.
  3. Бондарев, А. А. Моделирование и оптимизация процесса дождевания сельскохозяйственных культур среднеструйными аппаратами для улучшения равномерности полива : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.20.01 / Бондарев Александр Александрович. – Зерноград, 1999. – 129 с. – Текст : непосредственный.
  4. Бредихин, Н. И. Дальнеструйные дождевальные машины / Н. И. Бредихин, Н. А. Ревенко. – Текст : непосредственный // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 1978. – №7. – С. 41-48.
  5. Валге А.М, Обработка экспериментальных данных и моделирование динамических систем при проведении исследований по механизации сельскохозяйственного производства – СПб.: СЗНИИМЭСХ, 2002. – 176 с.
  6. Вопрос 48 : Ирригация в условиях водного дефицита . – Текст : непосредственный // Материалы XII конгресса по ирригации и дренажу, Гренада. Испания, сентябрь 1999 год. – Москва : ЦНТИ Мелиоводинформ, 2000. – С. 3-5.
  7. Вуколов В. В. Разработка и выбор рабочих органов дождевальных машин для орошения при скорости ветра свыше 3 м/с: Автореф. дис. канд. техн. наук.-М, 1992.-19 с.
  8. Вуколов, В. В. Разработка и выбор рабочих органов дождевальных машин для орошения при скорости ветра свыше 3 м/с : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических : 05.20.04 / Вуколов Виктор Владимирович. – Москва, 1992. – 19 с. – Текст : непосредственный.
  9. Гарюгин, Г. А. Режим орошения сельскохозяйственных культур / Г. А. Гарюгин. – Москва : Колос, 1979. – 269 с. – Текст : непосредственный.
  10. Глобальные изменения климата и прогноз рисков в сельском хозяйстве России / Е. В. Абашина, А. Т. Барабанов, К. Н. Кулик [и др.] ; под редакцией А. Л. Иванова, В. И. Кирюшина. – Москва : Российская академия сельскохозяйственных наук, 2009. – 518 с. – Текст : непосредственный.
  11. Гольберг, М. А. Опасные явления природы и урожай / М. А. Гольберг, Г. В. Волобуева, А. А. Фалей. – Минск : Ураджай, 1988. – 119 с. – ISBN 5-7860-0179-2. – Текст : непосредственный.
  12. Гомберг, С. В. Совершенствование технико-технологических показателей полива дождевальной машиной “Фрегат” : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук : 06.01.02 / Гомберг Сергей Владимирович. – Саратов, 2007. – 19 с. – Место защиты : Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова. – Текст : непосредственный.
  13. Городничев, В. И. Оценка крупности капель / В. И. Городничев. – Текст : непосредственный // Основные направления технического прогресса механизации и техники полива : сборник научных трудов / ВНИИМиТП. – Москва, 1983. – С. 102-110.
  14. ГОСТ ИСО 7749-2-2004. Оборудование сельскохозяйственное оросительное. Аппараты дождевальные вращающиеся. Часть 2 : Равномерность орошения и методы испытании : введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 28 марта 2006 г. N 45-ст : дата введения 2008-01-01 / подготовлен научно-производственным республиканским унитарным предприятием “Белорусский государственный институт стандартизации и сертификации (БелГИСС)”. – Текст : электронный // СПС КонсультантПлюс. – Режим доступа : локальный; по договору . – Обновление еженедельно.
  15. Государственный доклад о состоянии и использовании земель в Российской Федерации в 2015 г. – Москва, 2016. – 201 с. – Текст : непосредственный.
  16. Гусейн-заде С.Х. Многоопорные дождевальные машины / С.Х. Гусейн-заде, Л.А. Перевезенцев, В.И. Коваленко, Л.Г. Луцкий. – М.: Колос, 1984. -191 с.
  17. Дождеватель для механизированного орошения I-Wob Senninger. – URL: http://www.imperialagro.com/files/_i-Wob.pdf (дата обращения: 23.12.2020). – Текст : электронный.
  18. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта (с основами стат. об-работки результатов исследований) : учебное пособие для аграрных специальностей сельскохозяйственных вузов / Б. А. Доспехов. – 3-е изд., перераб. и доп. – Москва : Колос, 1973. – 336 с. – Текст : непосредственный.
  19. Есин А.И. Обтекание конического дефлектора потоком вязкой несжимаемой жидкости / А.И. Есин, Д.А. Соловьев, А.А. Акпасов, Л.А. Журавлева // Научная жизнь. -2018. -№ 4.-С. 14-19.
  20. Жидков, В. М. Капельное орошение и расчетные дозы удобрений обеспечивают запланированный урожай / В. М. Жидков, В. В. Захаров, А. М. Лебедев – Текст: непосредственный // Картофель и овощи. – 2008 – №4. – С. 10.
  21. Журавлева, Е. В. Селекция и семеноводство- комплексный подход, современное состояние и перспективы / Е. В. Журавлева. – Текст: непосредственный // Достижения науки и техники АПК. – 2015. – № 12. – С. 5-6.
  22. Исаев А.П. Гидравлика дождевальных машин / А.П. Исаев. – М: Машиностроение, 1973. -214 с.
  23. Исаев А.П. Гидравлика и гидромеханизация сельскохозяйственных процессов. / А.П. Исаев, Б.И. Сергеев, В.А. Дидур. – М.: Агропромиздат, 1990. – 400 с.
  24. Каталог ирригационной продукции Zimmatic by Lindsay. – URL: https://docplayer.ru/31446309-Katalog-irrigacionnoy-produkcii-predstavlyaem-novinki-v-produkcii.html (дата обращения: 23.12.2020). – Текст : электронный.
  25. Каталог продукции Valley. – URL: https://www.kuznitsa.ru/upload/iblock/46b/46b5814e5744220c6fd35267b9723968.pdf (дата обращения: 23.12.2020). – Текст : электронный.
  26. Концепция Федеральной целевой программы “Развитие мелиорации земель сельскохозяйственного назначения России на 2014-2020 годы” : Распоряжение Правительства РФ № 37р от 22 января 2013 года. – Текст : электронный // СПС КонсультантПлюс. – Режим доступа : локальный, по договору. – Обновление еженедельно.
  27. Коптюг В. А. Конференция ООН по окружающей среде и развитию, (Рио-де-Жанейро, июнь 1992 года) : информационный обзор / В. А. Коптюк. – Новосибирск : Российская Академия наук. Сибирское отделение, 1992. – 79 с. – Текст : непосредственный.
  28. Кравченко, Л. В. Математическое моделирование процесса дождевания струйными аппаратами при работе по сектору / Л. В. Кравченко. – Текст : непосредственный // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. – 2017. – №2 (46). – С. 239-249.
  29. Ларионова, А. М. Впитывающая способность почв при поливе дождеванием : автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук : 06.01.03. – Москва, 2004. – 39 с. – Текст : непосредственный.
  30. Листопад Г. Е. Определение дальности полета струи дождевального аппарата / Г. Е. Листопад, Н. А. Безродное // Орошаемое земледелие Поволжья: сб. науч. тр. Вып. 1. – Волгоград, 1972. – С. 23-27.
  31. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа / Л.Г. Лойцянский. М: Дрофа, 2003.-840с.
  32. Ляшков, М. А. Обоснование распределения дождевальных аппаратов с учетом характеристик дождя / М. А. Ляшков, Ю. Е. Домашенко, С. М. Васильев. – Текст : непосредственный // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия. – 2018. – №1. – С. 122-126.
  33. Медведев, А. В. Мелиоративная техника – основа устойчивого сельскохозяйственного производства / А. В. Медведев. – Текст : непосредственный // Мелиорация в России : потенциал и стратегия развития : материалы Международной научно-практической интернет-конференции, посвященной 50-летию масштабной программы развития мелиорации земель. – Волгоград, 2016. – С. 305-313.
  34. Морозов В.В, Основные понятия о математическом планировании и подготовке к проведению многофакторных экспериментов. Методическое пособие (часть I) / В.В. Морозов, И.Б. Зимин, Д.В. Гуляев. – В. Луки: Редакционно-издательский отдел ВГСХА, 2005. – 63 с.
  35. Ольгаренко, Г. В. Концепция повышения экологической безопасности оросительных систем / Г. В. Ольгаренко. – Текст : непосредственный // Ресурсосберегающие экологически безопасные системы орошения и сельхозводоснабжения : сборник научных трудов / ВНИИ “Радуга”. – Коломна, 2002. – С. 3-6.
  36. Ольгаренко, Г. В. Научно-техническое обеспечение программы развития мелиорации в России / Г. В. Ольгаренко. – Текст : непосредственный // Мелиорация и водное хозяйство. – 2013. – № 6. – С. 2-4.
  37. Отличительные особенности ирригационных машин Reinke. – URL: https://biokompleks.ru/wp-content/uploads/2015/03/Reinke_cat_v2.pdf (дата обращения: 23.12.2020). – Текст : электронный.
  38. Пажи Д. Г. Распыливатели жидкости / Д. Г. Пажи, В. С. Галустов. – М:Химия, 1979.-216 с.
  39. Патент № 2321250 Российская Федерация, МПК A01G025/02 B05B001/18. Дождевальная насадка : 2006100522/12 : заявл. 10.01.2006 : опубл. 10.04.2008 / Соловьев Д. А., Журавлева Л. А., Краев С. П., Айбушев Н. Р.; заявитель ФГОУ ВПО “Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова”. – 8 с. – Текст : непосредственный.
  40. Повышение урожайности пшеницы за счет применения эффективных решений в области орошения. – Текст : электронный // Lindsay : [сайт]. – URL: https://www.lindsay.com/uploads/files/resources/9302-lindsay_bro_wheat_a4_int_ru_rus2_ind_curves_wo_adress.pdf (дата обращения: 23.12.2020). – Режим доступа : свободный.
  41. Продукции RainBird : каталог товаров. – URL: https://rainbirds.ru/produkty-rainbird.html (дата обращения 23.12.2020). – Текст : электронный.
  42. Процессы, влияющие на формирование урожая картофеля / А. Б. Малхасян, Ю. Н. Федорова, В. Ф. Назарова, Л. Н. Федорова. – Текст: непосредственный // Главный агроном. – 2009. – № 3. – С. 35.
  43. Ресурсосберегающие энергоэффективные экологически безопасные технологии и технические средства орошения : справочник / Г. В. Ольгаренко, В. И. Городничев, А. А. Алдошкип [и др.]; под общей редакцией Г. В. Ольгаренко. – Москва : ФГБНУ “Росинформагротех”, 2015. – 264 с. – ISBN 978-5-7367-1119-2. – Текст : непосредственный.
  44. Рязанцев, А. И. Шланговый дождеватель барабанного типа для орошения многолетних трав / А. И. Рязанцев, А. В. Агейкин. – Текст : непосредственный // Вестник мелиоративной науки. – 2018. – № 3. – С. 15-21.
  45. Селекции и семеноводству картофеля необходима механизация / А. Г. Пономарев, Н. Н. Колчин, В. Н. Зернов, С. Н. Петухов – Текст: непосредственный // Картофель и овощи. – 2017. – № 3. – С. 22-24.
  46. Старовойтов, В. И. Современные технологии возделывания картофеля: состояние, перспективы развития / В. И. Старовойтов. – Текст : непосредственный // Картофелеводство в регионах России. Актуальные проблемы науки и практики. – Москва, 2006. – С. 48-58.
  47. СТО АИСТ 11.1-2010. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и установки дождевальные. Методы оценки функциональных показателей / ФГБНУ “Росинформагротех”. – Москва, 2012. – 54 с. – Текст : непосредственный.
  48. СТО АИСТ 11.1-2010. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и установки дождевальные. Методы оценки функциональных показателей / ФГБНУ «Росинформагротех». – М., 2012. – 54 с.
  49. Сухарев Ю.Ф. Агротехнические показатели дождя дождевальной машины ДКФ1ПК-1 под воздействием ветра / Ю.Ф. Сухарев, Ю.С. Карасев, Ю.Ф. Синипич // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия: сб. ст. ФГНУ «РосНИИПМ». Вып. 35. / Под ред. В.Н. Щедрина. – Новочеркасск: ООО «Геликон», 2006.-С.135-139.
  50. Тетерин, В. С. Перспективы использования цифровых технологий в дождевании / В. С. Тетерин, Д. С. Мельничук, Н. Н. Новиков. – Текст : непосредственный // Наука в центральной России. – 2018. – № 6 (36). – С. 20-28.
  51. Технологический процесс производства оригинального, элитного и репродукционного семенного материала картофеля : практическое руководство / А. М. Малько, Ю. Н. Николаев, Д. Н. Говоров [и др.]; ФГБУ “Россельхозцентр”, ФГБНУ ВНИИКХ; ответственный редактор: А. М. Малько, Б.В. Анисимова. – Москва : ООО “Издательство “Право”, 2017. – 64 с. – Текст : непосредственный.
  52. Утешев, В. Ю. Агротехнологическая оценка сортов картофеля отечественной и зарубежной селекции / В. Ю. Утешев, Д. А. Новикова, А. А. Конюхова. – Текст : непосредственный // Наука и Образование. -2019. – № 2. – С. 248.
  53. Федеральная целевая программа “Развитие мелиорации земель сельскохозяйственного назначения России на 2014 – 2020 годы” : утверждена Постановлением Правительства Российской Федерации № 922 от 12 октября 2013 года. – Текст : электронный // СПС КонсультантПлюс. – Режим доступа : локальный; по договору. – Обновление еженедельно.
  54. Федеральная целевая программа “Развитие мелиорации сельскохозяйственных земель России на период до 2020 года” : утверждённая Постановлением Правительства Российской Федерации № 922 от 12 октября 2013 года. – Текст : электронный // СПС КонсультантПлюс. – Режим доступа : локальный; по договору. – Обновление еженедельно.
  55. Федорова, Ю. Н. Сорта картофеля отечественной селекции в лаборатории микроклонального размножения растений / Ю. Н. Федорова, Н. В. Лебедева. – Текст : непосредственный // Известия Великолукской государственной сельскохозяйственной академии. -2018. – № 3. – С. 9-13.
  56. Черноволов, В. А. Методика моделирования процесса дождевания дальнеструйными аппаратами при работе по кругу / В. А. Черноволов, Л. В. Кравченко. – Текст : непосредственный // Вестник АПК Ставрополья. – 2014. – №3(15). – С. 68-72.
  57. Шабанов, А. Э. Эффективные агроприемы на картофеле / А. Э. Шабанов. – Текст: непосредственный // Картофель и овощи. – 2015. -№ 5. -С. 27-28. – ISSN 0022-9148.
  58. Штеренлихт Д.В. Гидравлика Д.В. Штеренлихт. М: КолосС, 2004. -656с.
  59. Щедрин, В. Н. Орошение сегодня: проблемы и перспективы / В. Н. Щедрин. – Москва : ФГНУ ЦНТИ “Мелиоводинформ, 2004. – 253 с. – Текст : непосредственный.
  60. Adaptation of the potato crop to changing climates / R. Schafleitner, J. Ramirez, A. Jarvis [et al.]. – Text : direct // Crop adaptation to climate change. – First Edition, ed. S.S. Yadav, R.J. Redden, J.L. Hatfield, H. Lotze-Campen, and A.E. Hall. – New York : Wiley, 2011. – P. 287-297.
  61. Chernovolov, V. A. The uniformity of irrigation with single-jet sprinkler apparatus of rie action / V. A. Chernovolov, L. V. Kravchenko. – Text : direct // Applied and Fundamental Studies. – St. Louis, Missouri, USA, 2014. – November 29-30. – P. 199 – 210.
  62. Cruz, EOA, Oramas, GG., Gonzalez RL., Alonso, JIV., Ost, P., Cepero, ZM. Response of potato’s cultivation (Solanum tuberosum L.) to the combination of the eco-logical fertilizer HerbaGreen with chemical fertilizer / E. O. A. Cruz, G. G. Oramas, R. L.Gonzalez [et al.]. – Text : direct // Centra Agricola. – 2017. – № 44. (1). – P. 80-89. – ISSN: 0253-5785.
  63. Economic instruments for the rational use of water in irrigation. – Text : direct // Economic Com. For Europe. – 1986. – C. l-23.
  64. Effect of long-termapplication of organic and inorganic fertilizers on soil microbial activities in semi-arid and sub-humid rainfed agricultural systems / C. Srinivasarao, S. Kundu, M. Grover [et al.]. – Text : direct // Tropical ecology. – 2018. – № 59(1). – P. 99-108.
  65. Effect of mulch-ing on soil environment, microbial flora and growth of potato under field conditions / V. Аdamchuk, V. Prysyazhnyi, S. Ivanovs, V. Bulgakov. – Text : direct // Indian Journal of Agricultural Research. – 2016. – № 50 (6). – P. 542-548. – DOI: 10.18805/ijare.v50i6.6671.
  66. Factors of Increasing the Productivity of Potatoes In vitro / V. V. Morozov [et al.]. – Text : direct // “AgroSMART – Smart solutions for agriculture” (AgroSMART 2018) : International scientific and practical conference. – Atlantis Press, 2018. – DOI : 10.2991/agrosmart-18.2018.133.
  67. Fufa, M. Microtuber Induction of Two Potato (Solanum tuberosum L.) Varieties / M. Fufa, D. Mulugeta. – Text : direct // Advances in Crop Science and Technology / Fufa and Diro. – Adv Crop Sci Tech, 2014. – Р. 122.
  68. Ghunchin, L. Development of technological system of potato seeds production in the conditions of Dinsi / L. Ghunchin, Li Penchen, M. Fanhua. – Text : direct // ВестникСумскогонациональногоаграрногоуниверситета. – 2013. – № 11. – P. 160-164.
  69. Lallawmkima, I. Dry matter accumulation and potato productivity with green manure / I. Lallawmkima, S. K. Singh, M. Sharma. – Text : direct // Acumulacin de materia seca y productividad depapa con abono verde. Idesia. – 2017. – № 35(1). – P.79-86. – DOI: 10.4067/S0718-34292017005000016.
  70. Natalya Tereshchenko et al 2019 IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 403 012026
  71. Plant breeding for harmony between agriculture and the environment / Brummer E.C. [et al.]. – Text : direct // Frontiers in Ecology and the Environment. – 2011. – № 9. – P. 561-568. – DOI : 10.1890/100225.
  72. Saini, H. S. Design and implementation of an automatic irrigation feedback control system based on monitoring of soil moisture / H. S. Saini, D. Gagandeep Arora. – Text : direct // Proceedings of the International Conference on Inventive Computing and Informatics, ICICI, 2017. – P. 540-544.
  73. Simakov, E.A., Starovoitov, V.I. & Anisimov, B.V. (2013). Potato in-dustry. Moscow, Russia: NPF AgroNif.
  74. The Importance of Nutrient Management for Potato Production. Part I: Plant Nutrition and Tuber Quality / M. Naumann, M. Koch, H. Thiel [et al.]. – Text : direct // Potato Research. – 2019. – P.1-17. – DOI: 10.1007/s11540-019-09430-3.
  75. Water-smart sprinkler irrigation, prerequisite to climate change adaptation: A review / Z. Issaka, H. Li, J. Yue, P. Tang [et al.]. – Text : direct // Journal of Water and Climate Change. – 2018. – № 9. – P. 383-398.

Приложения

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *