Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Разработка ресурсосберегающей технологии капельно-дождевального орошения сельскохозяйственных культур в зимних теплицах

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Разработка ресурсосберегающей технологии капельно-дождевального орошения сельскохозяйственных культур в зимних теплицах"

У/ '£> и А}

УДК 631347:631344.4 На правах рукописи

КАЛАШНИКОВ АЛЕКСАНДР АФЛИЛСЬПВИЧ

РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕ!! ТЕХНОЛОГИИ КАПЕЛЬНО-ДОЖДЕВАЛЫЮГО ОРОШЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В ЗИМНИХ ТЕПЛИЦАХ

Спепиалъность 06.01.02 - ('ельскохсляйствсиная мелиорации

АВТОРЕФЕРАТ диссертации па соискание ученой степени канднлата технических наук

Республик"» Казахстан Тзраз 1909

Работа выполнена в Казахском научно-исследовательском институте водною хозяйства (РГКП КазНИИВХ)

Научный руководитель кандидат технических наук.

доцент Жданов ГЛ.

Официальные оппонешы:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ахадсышс МА-

эп Зубаяров О.З.

кандидат технических наук,

до цент Тдеугулов А.Т.

Вслу щая организация Кызылордннскнй государственный университет

имени Коркыт Ата

Защита состо;гтся « 27 » 1999 г. в ^ часов на заседании р

тонального диссертационного совета КР.14.37.04 по защите диссертации соискание >"чсиоП степени кандидата технических наук при Таразском roc дарственном университете имени MX. Дулатн по адресу: 484022, г. Тар; ул. Сатпаева, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Таразсгого государств« ного yiiimepciaera имени MJC. Дулати

Авторефератразослан« » tioJti/'p^ 1999г.

Ученый секретарь регионального днсссртацно1шого сонета, к.т.н., доцент

пои. гсо

г) s л 2 п

А.Т. Ннелсзлнев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время в условиях перехода республики к рыночным отношениям мелиорация остается мощным фактором интенсификации сельскохозяйственного производства.

В указах президента и постановлениях правительства большое значение придается внедрению в сельскохозяйственное производство, в том числе и в орошаемое земледелие, высокоэффективных технологий. Снабжение населения республики свежими овощами и другой сельскохозяйственной продукцией в зимний период осуществляется возделыванием их в зимних теплицах, где в технологическом процессе производства ведущее место отводится орошению.

В Казахстане для орошешм овощей в зимних теплицах используется, в основном, шланговый полив, при котором шланга переносятся вручную, и поливается каждое растение или они укладываются вдоль специально сделанных борозд, и полив проводится по ним. Основными недостатками такого полива являются преобладание ручного малонрошводнтельного труда, неравномерность полива и потери поливной воды на фильтрацию, невозможность влияния на микроклимат в теплице, особенно в термически напряженный период. Эти недостатки устраняются применением дождевания, которое позволяет более равномерно увлажнять почву и регулировать процесс полива. Наряду с этим следует отмеппъ возможное недостаточное увлажнение корнеоб1ггаемого слоя почвы при большой листовой поверхности растений, а также наличие водооборота в пределах модульного участка.

В последнее время, при поливе овощей в зимних теплицах, получило развитие капельное орошение. Оно позволяет создать оптимальные водный и питательный режимы в корнеобитаемом слое почвы, исключить фильтрацию подогретой воды с растворенными п ней удобрениями, повыаггь урожайность культур. Однако, наличие водооборота на модульном участке, невозможность влияния на микроклиматические характеристики в теплице, малые проходные сечения капельниц, и, как следствие, отложение и них солей и других органических частиц к межполипние периоды усложняют применимость этого способа полипа.

Максимально приближений* к подопофеблеиию подоподачп достигается обьедннсиисм положшельних клчсс™ капельного орошения и дождеплния. Поэтому разработка и еопсршснстпопаиис технологии полипа опотей п зимних теплших и сочллнис новых технических средсш. ианрлпленнмх ил снижение энергетических и мптсрилльных злтраг. приобретают большое народнохозяйственное значение.

Цель п 1 и л я ч н н с с л с л о п я и н П. Целью работы является разработка системы капелыю-ложлепалыюго орошения. обсспечнплюшсП ресурсосберегающую технологию полипа сельскохозяйственных культур при их интенсивном производстве в закрытом гру1гтс.

Достижение поставленной цели базировалось на решении следующих задач:

- анализ применяемых технических средств орошения в зимних теплицах;

• оценка ресурсосбережения и агрофшиологического воздействия технологии капельно-дождевального орошения в условиях закрытого грунта;

- разработка оборудования для осуществления технологии капельно-дождевального орошения;

- установление элементов ресурсосберегающей технологии полива в условиях закрытого грунта;

- внедрение технологических процессов полива овощей с использованием разработанного оборудования.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые обоснованы технические и методологические положения применения системы импульсного капельно-дождевального орошения, позволяющие сочетать существенно отличающиеся между собой способы полива. Разработаны методика установления оптимальных технологических параметров нмпульсно-капелыю-дождевального орошения овощей в условиях закрытого фунта и элементы ресурсосберегающей технологии, обеспечивающие механизацию и автоматизацию процесса полива.

Практическая ценность работы заключается в создании ресурсосберегающей технологии на основе системы синхронного импульсного капельно-дождевального орошения (СИКО), в которой полностью исключается тонкая очистка оросительной воды и достигается соответствие между водоподачей в корнеобнтаемый слой почвы и водопотреблением сельскохозяйственных культур.

Па защиту выносится: - ресурсосберегающая технология полива овощей в закрытом грунте, обеспечивающая оптимальные условия роста и развития растений и получение высоких урожаен возделываемых культур;

• конструктивные решения технических средств нмпульсно-капельпо-дождевальных водопынусков н снаемы импульсной) полива в целом.

М г I и л ы и с с л с д о и и п и Й. Установленные Государственным а.шл.фтм мси>ди нспикншя поливной техники, дополненные с учетм коикрешых условий н задач. М:исмагичсския счашсшки, надежное!!, об-служипани».

I' с и л н ч а ц и и р и С о т м. Основные положения диа^иацип реализованы внедрением и сельскохозяйственное проииюдстио комплектов СИКО 1> Жамбылсм'й. Алмапшской. Павлодарской, Карагандинской. Усп-Камсиогорской областях Республики Казахстан (I">90-1<>% п.) и разработанных «Рекомендациях по применению средств малой механизации и техник» полипа для фермерских хозяйств» (Тпраз. 1998). «Рекомендациях по эксплуатации иррнгацнонною комплекта синхронного импульсного капельно-дождевального орошения (СИКО)» (Торт. 1999).

А п р о 0 я и н я р я б о т ы. Основные положения и результаты исследований доложены и одобрены на Международной научно-технической конференции «'Водные ресурсы: Экологические аспекты их использования и охраны» (Жамбыл. 1996); республиканском координационном совещании «Мс-

лнорация и водное хозяйство» (Тараз, 1997); 2-ой Международной научной конференции «Проблемы экологии АПК и охраны окружающей среды» (Ал-маты, 1998). По результатам разработок и внедрения Президиум Казахской академии сельскохозяйственных наук присудил первую премию за «Разработку и внедрение комплекта синхронного импульсного капельно-дождевалыюго орошения (СИКО) для условий закрытого грутгта».

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 13 научттых работах.

Объем работы. Диссертационная работа выполнена на 151 с. на печатающих и графических устройствах вывода ЭВМ, содержит 30 рисунков и 35 таблиц, состоит m введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников (117 наименований, в том числе б иностранных), 3 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность темы и указана область практического применения результатов исследований.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ проведен анализ основных теоретических и экспериментальных работ советских и зарубежных ученых по современному состоянию орошения овощей в закрытом грунте. Этим вопросам посвящены работы В.И. Алексеева, С.М. Алпатьева, Е.С. Аконова, В.Г. Быкова, В.Г. Брюквина, Г.В. Воропаева, Н.И. Гречнхнна, В.Б. Дзюбенко, М.Г. Журбы, И.В. Краковца, H.IO. Крекксра, K.M. Кулова, Г.В. Лебедева, Б.С. Маслопа, В.Ф. Носенко, Н.К. Нурматова, И.Н. Шумейко, O.A. Романенко, А.Я. Рабиновича, В.А. Су-рнна, Б.И. Стериуса, A.A. Федорца, В.Н. Чнчасова, Б.Г. Штепы, Б.А. Шумакова, C.B. Ярошеико, Г. Яна и др. Отмечено, что ранее системы капельного орошения, в основном, применялись для полипа многолетних насаждений п открытом трунте. Эксплуатируемые н разрабатываемые системы капельного орошения отличаются между собой принципом работы, конструктивными элементами иодонипускои, оборудованием для очистки полипной поды, системами управления их работой, cjciichuo автоматиитши процесса полива и др.

Несмотря на определенные преимущества существующих систем капелькою орошения, применение их в теплинах имеет ряд недостатком, таких как наличие полуоборота на системе с применением сложной регулирующей ар-Mntypu. невозможность tvmmrn* на термический режим, отложение солей и ттримсссй и малых проходных сечениях капелюши. неравномерность no.iitna в пределах работающего участка, потери напора на преодоление путспых сопротивлений разветвленной трубопроводной сстн. повышенные требования к очистке оростттсльиой волы, что ограничивает применение этого способа полипа.

Увязка технологии полипа с постоянно совершенствующейся технологией возделывания овошей в зимних теплинах во многом предопределяют высокие и разносторонние требования к технике полива. Одно m важных обстоя-

тельств, характеризующих современный этап интенсификации развития сельскохозяйственного производства - ресурсосбережение. Экономное использование трудовых, земельных, водных, энергетических и материальных ресурсов, с учетом роста дефицита последних, является основой требований к технике орошения в зимних теплицах, которые должны обеспечивать:

- направленное, малоннтенснвное, длительное воздействие влаги на растеши, почву и воздушную среду за счет приближения шгтенснвности водо-подачи к интенсивности водопотребления растениями;

- исключение потерь подогретой оросительной воды с растворенными в ней удобрениями, микроэлементами и химмелиорантамн на сброс и глубинную фильтрацию;

- экономию энергетических, трудовых, водных и материальных ресурсов при высоком качестве полива, обеспечивающем исключение нарушения структуры и ухудшения водно-физических и физико-механических свойств активного (0-40 см) слоя почвы;

- возможно малый (до 2,5 % НВ) диапазон изменения влажности почвы, исключающий стрессовые воздействия на растения;

- оперативное управление поливом, оптимизацию и строгое выдерживание суточных поливных норм с учетом складывающихся метеорологических условий и времен года на основе использования современных средств автоматизации и микропроцессорной техники.

Теорепгческнмн и экспериментальными исследованиями технолопшеско-го процесса, проведенными в КазНИИВХ и ряде других научно-исследовательских организаций, установлено, что синхронное орошение позволяет повышать урожай, который на 20-30 % больше по отношению к традиционным способам полипа, при прочих равных условиях. Это, в основном, обусловлено тем, что при синхронном орошении технология полива обеспечивает водоподачу, близкую к суточному водопотребленшо растений.

Здесь также приведена агрофизиологическая оценка орошения и его влияние на урожайность. Процесс внесения и расходования цлаги при обычном орошении, которое проводится через 3-1 суток, и ежедневным синхронным импульсным кписльно-дождсигш.пим орошением принципиально (или-мышея между собой. ЛгрофншологическиЙ эффект технологии синхронного импульсного кансльно-дожлепальною орошения (СПКО) заключается и увеличении длительности воздействия ил:и и на растения н среду их произрасти-ни*.

Каждая технология полипа характеризуется определенным соотношением содержания влаги п почве н приземном слое воздуха. Очень незначительное воздействие на микроклимат оказывает обычное капельное орошение (микроклиматический коэффшшеш Км, составляет 0.05-0.20). Технология импульсного капелыю-лождевалыюго орошения (СНКО) позволяет лл1гтсльнос время н направленно воздействовать па микроклимат, повышая микроклиматический коэффицнс1ГТ К,,, до 0.60-0.75. Экспериментально установлено, что повышение влажности воздуха на 10-20 % и снижение его температуры в жаркие часы суток на 2-4 "С. повышает фотосшггез на 20-30 %. вследствие

чего увеличивается урожайность на 15-20 %. Следовательно технология СИКО обеспечивает прирост продукшш, по сравнению с традиционными способами полива, за счёт поддержания наиболее благоприятных для растений влажности почвы и приземного слоя воздуха без резких колебаний.

Во ВТОРОЙ ГЛАВЕ приведены разработки технических средств, обеспечивающих водосберегающую технологию синхронного капельно-дождевального орошения и их экспериментальные исследования.

Ирригационный комплект включает в себя: накопительный бак для воды; бак под минеральный раствор; пульт управления с системой аварийной защиты; насос; магистральный, распределительные и соедшпггельные трубопроводы; шдропневмоаккумуляторы с форсунками; поливные трубки с капельными водовыпусками. Он предназначен для дозированной, направленной подачи воды и растворённых в ней удобрений в зону расположения корней каждого растения и создания необходимого режима испарительного охлаждения и увлажнения.

В отлтгчне от известных систем капельного орошения, комплект СИКО работает в режиме повторяющихся циклов накопления воды в импульсных водовыпусках до расчетных параметров и выплеска её под действием сжатого воздуха через трубки-капельницы в зону расположения корней растений или через дождевальные форсунки. Это позволяет вести одновременный полив всех растений на модульном участке теплицы, исключая применетпте дорогостоящих, регулирующих водооборот устройств, применять трубопроводы малого диаметра, использовать в качестве капельниц полютиленовые трубки с отверстиями d - 2,0 мм, что предотвращает их засорение.

В связи с прекращением движения воды в подводящей трубопроводной сети в момент цикла "выплеск" отсутствуют путевые потерн напора, что позволяет экономить до 30 % электроэнергии, по сравнению с существующими системами дождевания и капельного орошения, при сопоставимых параметрах по напору и расходу.

Интенсивность водоподачн или количество циклоп "накопление-выплеск" в течение заданного времени регулируется продолжительностью накопления воды п накопительном бакс.

Принципиальна* схема ирршашюшюто комплекта СИКО для модульного учпеткп нлошлдио I га нредетпнлена на рисунке J.

Приведенная на рис.1 система защищена авторскими спилсгсльсгплми C'CCI' S?S? 15-17781. 158II5-I. 1667126 н патентами Республики Катета» 157 и 158.

Основным узлом иррнгпционною комплекта СИКО является импульсный подопынуск с запорным органом п пиле полупроводниковой резиновой манжеты (рисунок 2). который включает в ссОя гилроппепмолккумулятор 1. корпус 2. фиксирующийся в гилротшспмоаккумуляторс 1 посредством конической резиновой втулки 5. П корпус с одной стороны ввернута резьбовая крышка 4 с входным штуцером (ниппелем), а с другой - посредством резиновой втулки 6 вставлен корпус крана 7. Попоротом ручки крана 8 внутренняя его полость сообщается с форсункой 9 или выходным штуцером 15. Вкачс-

Принципиальные схемы

оо

а - ирригационного кошпсста СИКО; б - импульсного водовыпуска:

I - водопровод ТПК; байт: 2 - тгопительный, 3 - для удобрений; 4 - насос К 45/30; 5 - следящая система; клапаны: 6 - обратный. 7 - двухходовой, 8 - дроссельный, 9 - электрогидравлический; 10-13 - вентили; 14 - пульт управления; 15-16 — конечные выключатели; 17 - магистральный, 18 - распределительный трубопроводы; 19 -импульсный водовыпуск; 20-23 - соединительные трубки; 24 - вантуз; 25 - датчик

влажности почзы; 26 - граякпз секшш; 27 - тройннг; 28 - трубка-капельница; 29 - гаситель; 30 - шпалера

Рисунок 1

Импульсный стельно-дождевальный водовыпуск с клапаном в виде полупроводниковой манжеты

а - цикл «тхопленид б - цикл ^выплеска»

I - П1дрот(евмоаи^мулгтор; 2 -корпу с; 3 - полупроводниковая манжета; 4 - крышка; 5,6 - втулка резиновая; 7 -корпус крат; 8 - ручка клгланз; 9 - дождевальная форсунка; 10 - распределительный трубопровод; 11, 12 -тройник; 13 - гаагтель; 14 - трч-бкз-кгпслышца; 15 - выходной штуцер; 16 - соединительная трубка; 17 - кольцо с подвеской

Рисунок 2

стве клапана запорного органа импульсного водовыпуска использована полупроводниковая резиновая манжета одностороннего действия 3. При сигнале повышения давления (включение в работу насосного агрегата) под действием напора воды полупроводниковый клапан 3 перемещается вправо, закрывает своим торцом доступ воды в полость корпуса крана 7, и вода, отгибая кромки манжеты, заполняет гидропневмоаккумулятор, сжимая в нём воздух. При сигнале понижения давления (выключение насоса) манжета 3 резко отбрасывается влево, за сч5т включения в работу дополнительной торцевой площади, и, под действием сжатого воздуха, происходит выброс воды из гндропневмоаккумулятора, в зависимости от положения ручки крана 8, через трубку-капельницу или дождевальную форсунку.

Как показали стендовые испытания, предлагаемая конструкция запорного органа позволяет улучшить качество дождя, что очень важно прн орошении. При этом радиус действия дождевальной насадки в начальный момент выплеска не менее 1,5 м.

Для оперативного установления требуемой водоподачн в схему управления работой комплекта СИКО включены датчик влажности почвы с элеюро-контактиой группой. Работа системы может осуществляться в двух режимах: полуавтоматическом и автоматическом.

Стендовые испытания предусматривали:

- установление фактического обьйма выплеска из импульсных водовы-пускои с запорными органами в виде цилиндрического резинового клапана и полупроводника, п виде односторонней резиновой манжеты, опыты проведены при обьймах гидропневмоаккумуляторов 1000, 750, 500 и 330 мл н рабочих напорах воды в начале цикла "выплеска" 2,0, 2,5 и 3,0 кПа.

- установление обьёмои подоподачи через каждое отверстие трубки-капельницы при изменении рабочего давления, Р, кПа, обьСма гндропневмоаккумулятора, V/, мл, количества отверстий па трубке-капельнице, п. шт., наружного диаметра трубки-капельницы, (1|р, мм, - диаметр отверстий трубки-капельницы, «1.,,., мм комплекта СИКО.

Схема стендовых испытаний работоспособности деталей СИКО и степени равномерности распределения воды предусматривала проведение серии опытов. тле последовательно изменялся только одни из параметров. По окончанию всех опытов был проведен дисперсионный пналт как мноюфаморною опыта, который позволил установить степень влияния каждою из показателей или н\ совокупности на «объем выплеска».

Полученные (кзультаты обрабатывались метолом статистическою анализа как выборочно, так н по генеральной совокупности данных. Так при рабочем напоре воды 0.20-0.30 МИа в начале цикла «выплеска» обьем выплеска импульсных тюдовыпусков составляет 08-72 % от емкости их гндропневмоаккумулятора. При использовании в качестве гидропневмоаккумуляторов аэрозольного баллончика емкостью 0.33 литра с запорным органом в виде полупроводниковой манжеты обьем выплеска увеличивается на 10 % и составляет 0.25-0.26 л.

Результаты дисперсного анализа многофакторного опыта по распределению оросительной воды по длине трубкн-капельннцы при изменении объёма гидропневмоаккумулятора W (330-1000 мл), рабочего давления в подводящей сети трубопроводов Р (2,0, 2,5 и 3,0 кПа) и расстояния отверстия трубки-капелышцы от тройника импульсного водовыпуска L (0,15-3,45 м) показывают, что объёмы выплесков через отверстия d^ = 2 мм в трубке-капельнице djp = 6 мм существенно изменяются на 1 % уровне значимости как от отдельных факторов (Р, W, L), так и их взаимодействия (PW, PL, WL) исключение наблюдается только прн взаимодействии одновременно трёх факторов (PWL), то есть средние объёмы выплесков в основном зависят от гидравлических условий, возникающих в трубке-капельнице и отверстиях при движении воды.

Согласно рассчитанных величин дисперсий наибольшее влияние на объём выплеска оказывает изменение объёма гидропневмоаккумулятора, а наименьшее - рабочее давление в трубопроводной cent Такая зависимость связана с более продолжительным временем (на 30-60 %) выплеска воды из гидропневмоаккумулятора большего объёма, прн одинаковых площадях котгтак-та сжатого воздуха и воды и условиях истечения.

По результатам дисперсионного а пал та результатов опытов с трубкой-капельницей диаметром 8 мм (рисунок 3) наибольшее влияние на истечение из отверстий оказывает рабочее давление н наименьшее - расстояние отверстия от тройника импульсного водовыпуска. Это связано с улучшением гидравлических параметров истечения в системе импульсный водовыпуск -трубка-капельница. При диаметре трубки-капельницы 8 мм и 10 отверстиях в каждой коэффициент вариации не превышает 20 %, что свидетельствует об удовлетворительном водорасиределеннн.

Исследования подтвердили, что запорный орган импульсного подопыпус-ка с полупроводниковой резиновой односторонней манжетой более четко реагирует па сигналы повышенна и понижения давления в трубопроводной сети, о чйм свидетельствует уменьшение коэффициента вариации при определении иодоиодачн трубкой-капельницей при прочих рапных условиях.

И результате проведенных исследований нами были выведены зависимости (I, 2. 3) по определению водоподачи и продолжительности работы комплектов СИКО: .j.

О*60. <)•-', (И

t

где О " тюдоподача к одному растению, л;

<] - тюдоподача к одному растению за никл "накопление-выплеск", равная по результатам стендовых испытаний 0.016. л:

Т - продолжительность работы комплекта, ч; t - продолжительность цикла "накоплсннс-пыплсск". мин.

13 большинстве случаев поливная норма в тепличных комбинатах задастся в л/м\ Принимая количество растений на модульном участке площадью 1 га.

равное 22000, н, соответственно, площадь шгтання одного растения 0,4 м2, водоподача (О) определяется из выражения:

Распределение воды по длине трубки-капельницы

-•—1-£-36ыл; V-13V. Hi—2 - Х-29 ыл; V-17V. З-Х-21 мл; V-I8H —4 - Х-18 ил; V-20 %

Ось абсцисс - номер капельницы; ось ординат - объем водоаодачи (X, мл). Обозначение кривых: объем гндропневмоаккумулятора 1000 мл (1), 750 мл (2), 500 мл (3), 330 мл (4) при сЦ,=8 мм; Р=3 кПа

Рисунок 3

Q = 0,4 • т, ( 2 )

где ш - суточная поливная норма, л/м2. Продолжительность работы ирригационного комплекта СИКО для внесения требуемой полипной нормы определится из выражения:

Т ^ 0.364 m l. ( 3 )

Для utifi же цели можно но/плопаться номофаммой, приведенной на рисунке 4. 'Гик, для пилами суюмпой полишюй нормы 4,4 д/м\ при продолжи-тсл1.нос»и цикла "накоплснис-шидсек" 6,5 шш 8.8 мин, трсбустея coomctct-nciiiio 12 или 16 масон работ комплект,

Испытаниями и тепличном комбинате совхоза "РопнснекнП" успжоплеио, мю оборудование комплектов СИКО не трсбусг слишком высокой мнении II томности и mi отоплении, так как эти факторы увеличивают прололжцтел!.-носи, наполнения полой всех гилроинспмопккумулятороп импульсных поло-выпусков на 10-20 %. но не влияют на обьСм выплеска in трубок-капелынш или форсунок.

ТРЕТЬЯ ГЛАВА посиншсна устаионлснию технологии полипа овошей ирригационным комплектом СИКО п производственных условиях закрытого грунта. В соответствии с этим, были поставлены опыты по определению величин суточной подоиодачи. с5 перераспределению в помпе, интенсивности полива и его продолжтгтсльности (оросительной нормы). Для установления

этих характеристик была составлена методика полевого опыта, проводимого в условиях закрытого грутгта на основании требований, существующих норм и правил проведения полевых исследований с сельскохозяйственными культурами и техникой полива.

Номограмма для определения параметров работы комплекта СИКО

Оси абсцисс: верхняя - продолжительность цикла «накопление - пи-плеск», мин; нижняя - суточная поливная норма, л/м'. Ось ординат - количество циклоп «накопление пынлеск»

Рисунок •!

Комплексные исследования проподнлись на лишмсфнчсскоП площадке » тепличном комбинате опошесопхота "1'опнснскнЙ" Спсрдлопскою района ЖлмбмлскоП области. Лизиметрическая площадка была оборудована <1-мя комплектами лизиметрических устлнопок. мстсоттлошадкоП, включающей метеорологическую будку, устпнопленную ил высоте 1.0 м. с термографом и пнрогрлфом и срочным (ко1гтрольним) термометром и полным испарителем ГП1-3000.

Для установления оптимального режима увлажнения почвы при нмиульс-но-клнельном орошении овощей в зимних теплицах предусмотрена следующая схема поддержания порогов влажности почвы в слое 0-10 см:

- опыт 1993 г.: 1 вариатгт - 65-70 % НО. 2 парншгт - 75-80 % НВ. 3 париатгт

- 85-90 %НВ;

- опыт 1994 и 1995 гг.: 4 вариант - 65-70 % НВ до плодоношения и 85-90 % НВ в период плодоношения.

В качестве контроля в течение всего времени исследований был принят вариа1гг полива овощей по технолопш, применяемой в данном тепличном хозяйстве, то есть полив с помощью шлангов по бороздам с периодичностью 2-3 суток и поддержанием влажности почвы в слое 0-40 см около 80 % НВ в течение всего периода вегетации растений.

Обработка материалов наблюдений за испарением с водной поверхности и водоподачей к одному растению позволили установ1гть корреляционную зависимость:

ш = а • Е, (4 )

где т - объем суточной водоподачн к одному растению, л;

Е - величина суточного испарения, мм;

а - поправочный коэффициент. Величины поправочного коэффициента «а» приведены в таблице. Таблица

Величина поправочного коэффициента «а» при определении суточной поливной нормы ш по объёму испарения с водной поверхности ГП1-3000

(1993 г.)

Период наблюдений, суг. о О Е Б 1 1 и О о 111 р с: '? Г». О N »Г £ и а Л « £ о а ■о-•о Л О и. Величина поливной нормы (ш) за период

расчетная, по зависимости 4 фактическая

Ф.пы рати пи рласинй ]2Л>2.'28.02 буттпацпи Г.ОЗ 1У(_Н цппсипс

л/рас I. л/расг. л/м}

17,4 о.зз 0.38 5.К 7 17,5

67.0 22.0 20 50.0

2У.ОЗ - 20.00 плодоношение 163.0 1.10 1К0.0 154 385.0

При рассмотрении хроноизоппст влажности почвы (рисунок 5) в контейнерах с растениями при имиульсно-канслыюм полипе наблюдается послойное увлажнение почвогрунта. причем верхний горизонт 0-10 см на 8-20 %

График водоподачи н влажности почвы при *олпульсно-капельном полгас огурцов гибрида НИИОХ-412

~3

10

а

зо ?з

= «о

ТО

:о

"г

Е

0

80 70

я -80

О.

80 70

г

2 -

-

В VI те 0 • 1 0 :м

У

г

в слое 20 - 40 см

7 -

-1

в с 10 с{ 4(1 9'

Г

1 2 1 2 ) 1 ) 1 5 1 1 2 1 1 2 1

1: 01 02 01 м 05 0«

/

Ось абсцисс - калгкллрные месяцы: ось ординат - обьсм водоподачи, ш, л/м2; влажность почвы, р, % НВ; в тгтейнерс с рзстстсжми - 1; в контейнере без растений - 2.

Рисунок 5

и»

увлажнен сильнее, чем нижний (30-40 см). При бороздковом поливе эта разность не превышает в отдельных случаях 5-6 %, причем наблюдается превы-шенне влажности почвы в нижележащих слоях, то есть обратное по сравнению с опытным вариантом.

В замкнутом пространстве, при отсутствии воздействия перемещения больших масс воздуха, основными факторами, влияющими на испарение с водной поверхности ГТИ-3000, являются приток солнечной радиации и температурный фактор. Наиболее простым в наблюдениях является температурный фактор. В зимних теплицах оптимальная дневная температура поддерживается на уровне 20-25 "С в течение всего вегетационного периода. Однако при воздействии внешних температур в весенне-летний период заданный порог выдерживать практически не удаётся, поэтому часто температура воздуха внутри тепличного блока поднимается до 30°С и более, при этом резко падает влажность воздуха.

Сравнительный анализ наблюдений за среднесуточной температурой воздуха (t) на уровне 1,0 м над поверхностью почвы и величинами суточных поливных норм ( m ), установленных по данным наблюдений за влажностью почвы (рисунок б), позволил установить корреляционные зависимости для двух периодов роста растений:

до плодоношения

m = 0,14-1-1,38, л/м2,

г = 0,90 ±0,13;

в период массового плодоношения

m = 0.31-1-4,95, л/м2, (6)

г = 0,75 ± 0.07.

Полученные зависимости позволят и нервом приближении оперативно определял, суточную полипную норму.

Наблюдения зи ростом растений томатов пики тали, что более интенсивные рост и развитие растений были при импульено-капелыюм поливе и составляли 0.6; 0.79; 0.85 и 1.5 см в сутки, соответственно, на 1, 2. 3 и 4 вариантах. Наиболее интенсивный рост растений наблюдался в фазу цветения и начала плодоношения »1 в отдельные сроки составлял па 1 варианте • 3.4; на 2 • 4.9. на 3 ■ 4.3; на 4 ■ 3.9 см/сутки. И дальнейшем интенсивность роста снизилась.

Образование плодовых кистей при нчнульсио-капслыюм поливе также шло более интенсивно и массово, чем на контрольных вариа1ттах. Так за период с начала цветения до первого сбора количество плодовых кистей на опытных вариантах увеличилось на 5-6 штук, тогда как на котгтрольных. на 34 кисти.

Сравнительный анализ данных по урожайности томатов показал, что при нмпульсно-капсльном поливе было получено на 16-20 % проду кции больше, чем при шланговом.

Результаты наблюдений за урожайностью томатов в опытах 1995 года также показали более высокую продуктивность томатов, возделываемых прн импульсно-капельном поливе. Наивысшая интенсивность созревания плодов зарегистрирована (0,06 кг/сутки с куста) прн импульсно-капельном поливе в возрасте 130 суток, тогда как на контроле она составляла 0,045 кг с куста в сутки.

График зависимости величины суточной поливной нормы от среднесуточной температуры воздуха на высоте 1,0 м

/

m-0.31t-4.95 n-0.7S«0.07 /

--- _/ /

Я у

1 V/ £

r-0.90t0.IJ

ю

20

Ось абсцисс - температура воздуха I, "С; ось ординат - норма полива, т, л/м2

Рисунок 6

По результатам тшдно-балансопого анализа исследований 1993 года величины испарения и транспирацнн при импульсно-капельном орошении тома-то». к процентах от обьйма модоподячи. были одинаковыми н варьировались в пределах 25-27 к 65-70 % соответственно. На контрольном варианте эти характеристики составили 30 и 38 %.

Результаты водобалансовых расчетов, проведенных для контейнеров с растениями, позволили установить коэффициенты полопотрсблсния растений томатов. Так прн импульсно-капельном поливе коэффициенты полопотрсблсния составляли 41,7; 39.1 н 44 л/кг. соответственно, на 1. 2 и 3 napitairrax. а на контроле 50.8 л/кг.

Анализ полученных данных показал, что прн импульсно-капельном орошении томатов и поддержании двух порогов влажности почвы поданная оро-стттсльная вола распределялась на увлажнение почвенного слоя (49 л/мг), транспнрацшо (176 л/мг), испарение с поверхности почвы (147 л/мг) и фнльт-

рацию (40 л/м2), а на контроле эти величины составляли соответственно 42, 268,200 и 136 л/м2.

Интенсивность транспнрацнонного процесса при импульсно - капельном поливе до наступления массового плодоношения (1,08 л/м2) была выше, чем в период плодоношения, а на ко!гтрольном варианте наблюдался обратный процесс. Однако по результатам расчетов по затратам воды на формирование одного кг продукции (коэффициент водопотреблення) прн импульсио-капельном орошении они составляли 29,4 л/кг, тогда как на контроле 53,6 л/кг.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ приведено техннхо-экономтгческое обоснование и внедрение технологии полива овощей комплектами СИКО в условиях закрытого гру1гта.

Дана организация производства комплектов СИКО и их внедрение с увязкой технологии полива и возделывания овощей. С целью повышения функциональной надежности и долговечности работы оборудования комплекта СИКО были разработаны н изготовлены многоместные прессформы для штамповки деталей ш полимерных материалов. В период эксплуатации комплектов СИКО прн орошении овощей в зимних теплицах асинхронный режим полива неизбежен в экстремальных ситуациях (отсутствие воды, энергии и т. п.), возникающих в тепличных комбинатах. Данный режим водопо-дачи оптимизируется путем возможной минимизации продолжительности цикла "накопление - вьшлеск", то есть увеличением интенсивности водопо-дачн. В исследованиях, проведенных на лтпиметрической площадке, в период с 1993 по 1995 гг. установлено, что продолжительность работы комплекта в асинхронном режиме достаточна в течение двух-трёх суток при длительности цикла "накопление-выплеск" 5 минут. Обьем водоподачн составит 40-50 л/м' или 16-24 л на одно растение, что вполне достаточно поднятия влажности почвы с 50-60 % НВ до 85-90 ИВ в почвенном слое 0,3 м. Определен оптимальный уровень содержания элементов питания (Ы - К0-130 м!/л; 1' - 10-15 м|/л; К - 110-170 мг/л; С» - 200-300 мг/л; Мц - 50-70 мг/л) на про-тяженнн иосищни, который поддерживается путем внесения минеральных удобрений с оросительной водой.

Нмиульсио-клнсльнос орошение томатов и шурцоп (1993-1995 годы исследований) потолкло поиысть урожайность культур пл 15-10 % пи ерлп-нению с традиционным полипом вручную шллитамн. Годовой экономический эффект при пырлшипанин томлтоп и огурцов состлпляст соответственно 50-1 и 707 тыс. тенте/т л.

Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности применения систем и ТСХ1ЮЛ01 ни синхронного импульсного каиелыю-дожлепллыиио орошения в тсилнилх.

ВЫВОДЫ

I. Сочетание ряда существенно отличающихся между собой способов полипа, например, капельного и дождевания позволяет объединить положи-

тельные качества, присущие каждому способу в отдельности, устрашгть ряд недостатков, свойственных этим способам полива при раздельном примене-1шн, и создать принципиально новое оборудование для комбинированных поливов овощей в зимних теплицах.

2. Сформулированы требования сельскохозяйственного производства, предъявляемые к технике орошения овощей в зимних теплицах, основными из которых являются: соответствие поливной нормы и суточной эвапотранс-пнрации (отклонение не более 5 %); отношение интенсивности водоподачи (И) в течение суток к интенсивности водопотребления (Е) не превышает 10 %; оптимальное соотношение суточных поливных норм, идущих на увлажнение приземного слоя воздуха ( т, ) и активного почвенного слоя ( ш„ ) в пределах 0,1-1,0; соответствие средней интенсивности дождя ( Рш ) и средней скорости впитывания воды в почву ( К„ ); возможно малый (до 2,5 % НВ) диапазон изменения оптимальных значений влажности почвы на протяжении вегетационного периода; оперативное управление поливом на основе использования современных средств автоматизации и процессорной техники.

3. Сформулированы основные положения ресурсосбережения, которые необходимо учитывать при создании новой поливной техники: мероприятия по сокращешпо затрат, связанных с подготовкой (очисткой) и транспортировкой воды к поливной технике, которые в ряде случаев составляют 10-15 % от общих затрат электроэнергии; степень рассредоточения поливного тока, определяющая материалоемкость трубопроводной сети, поливного оборудования и позволяющая довести коэффициент использования оборудования во времени до 0,95-0,98 %; применение импульсного способа полива, позволяющего четко в пределах 2-3 % регулировать водоподачу к растениях» и предотвращать потерн подофетой оросительной воды на глубинную фильтрацию и сброс, которые составляют до 10000 м'/га в год; по аккумуляции малых подводимых расходов, позволяющих использовать инзконапорные (до 2 МПа) и малорасходные (до 1,6 л/с) насосные станции, механизации н автоматизации процесса полива, которые позволяют сократить потери неирот-водительного труда.

4. Лгрофижологичеекий зффект применения технологии СИКО заключается и равномерности воздсПомия плат на растения и среду произрастания, Технология СИКО позволяет оптимизировать процесс полива, ирн котором суточная подоподлча соогветавуст суточному водопотрсблении» овощей, что позволяет стабильно без резких колебаний (до 2.5 ?ь ИИ) поддерживать в слое ночпы 0-10 см необходимую влажность и обеспечивать непрерывное протекание микробиологических процессов, формирование ило--лоролия почвы но полосодсржанню и акации, а также в жаркие часы суток направленно воздействовать на микроклимат, активизируя процесс фотосинтеза растений на 20-30 %.

5. Установлены параметры импульсных воловыпусков (обьем гнлро-пневмоаккумулятора 0,33 л. рабочее давление 0.2 МПа. диаметр трубкн-капельнниы 6 мм. количество отверстий в трубке-капельнице 6 шт.). обеспечивающие снижение коэффнцис1Гтов вариации в два раза в сравнении с до-

пустимьши агротрсбованиямн.

6. На основе метеорологических наблюдений за среднесуточной температурой воздуха и влажностью почвы установлены корреляционные зависимости m = 0,14-1 -1,38, л/м2 до плодоношения иш = 0,31-1-4,95, л/м2-в период массового плодоношения растений.

7. Фенологическими и водобалансовыми наблюдениями в зимних теплицах установлено благоприятное влияние на развитие томатов и огурцов технологии СИКО. Интенсивность транспирационных процессов при им-пульсно-капельном орошешш овощей на 5-20 % выше, чем на контроле.

8. Исследованиями установлены оптимальные режимы увлажнения корнеобитаемого слоя почвы по фазам развтгтия растений: посадка - 65-70 % HB, цветение-начало плодоиошеши - 75-80 % HB, плодоношение - 85-90 % ИВ. Рекомендуемое распределение установленной поливной нормы в разрезе суток: 2/3 объема воды в дневное и 1/3 - в ночное время суток.

9. При внедрении разработанной технологии орошения комплектом СИКО достигается повышение урожайности сельскохозяйственных культур на 15-30 %, экономия энергетических, трудовых, материальных и водных ресурсов на 20-30 %, что обеспечивает годовой экономический эффект 564 тыс. тенге/га при выращивании томатов и 767 тыс. тенге/га при выращивании огурцов.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. A.C. № 1205833 (СССР). Импульсный дождевальный аппарат.// Рабинович А.Я., Креккер Н.Ю., Калашников A.A. и др. Опубл. 26.03.84.

2. A.C. Кг 1547781 (СССР). Устройство импульсного полива // Ваганов P.M., Гладкий В.К.. Калашников A.A. и др. Опубл. 12.08.87.

3. Рабинович А.Я., Калашников A.A., Константинов A.B. Импульсное дождевание маточннка клоповых подпоен // Садоводство и виноградарство. -l'JS'J. -С. 36-37.

4. A.C. № 158-1154 (СССР), Импульсная капельница // Калашников A.A. Креккер П.К). и др. С.А. Опубл. и № 2'Л>М„1Ч90. - С. 270,

5. Патент l'K № 1%, Нодоиыпуек // Жпркои H.A., Калашпнкои А,А, и лр, Опубл. и офгш. бюлл. «Промышленная собственность», W3, Ks 2.

6. Патент l'K К? 158. Подоиыпуск // Калашников A.A.. Креккер П.К). и лр. Опубл. и офин. бюлл. «Промышленная собственность», l'W. К? 2.

7. Рабинович А.Я.. Калашников A.A. Ресурсосбережение при орошении onouicft в зимних типовых тсилнцпх // Совершенствование орооттсльних систем и мстолов мелиорации земель в Казахстане. : Сб. науч. тр./ Kail III-1ШХ. -Алматы: КазАСХИ. IW, -С. 75-8.1.

8. Калашников A.A. Комплект синхронною импульсного капелыю-дождевального орошения для комбинированных поливов // Справочник бизнесмена. - Алматы. 1994. -С. 135-136.

9. Калашников A.A.. Кван Ю.Р.. Рабинович А.Я. Преимущества технико-эксплуатационных показателей водовыпусков систем импульсного ка-

пельного орошения // Проблемы водного хозяйства и оросительных мелнора-цнй в Казахстане: Сб. науч. тр. / КазНИИВХ. -Алматы: КазАСХН, 1995. -С. 134-142.

10. Калашников A.A., Рабинович А.Я. Ресурсосберегающая технология полива овощей в закрытом грунте. - Информационный листок. - Жамбыл: ЦНТИ, 1995.-6 с.

11. Калашников A.A. Импульсный водовыпуск для капельного орошения и дождевания // Водные ресурсы: Экологические аспекты их использования и охраны // Тезисы докл.. Международной конференции. - Жамбыл, 1996. С. 16-17.

12. Калашников A.A., Кван Ю.Р. К проблеме ресурсосбережения и автоматизации орошения овощей в теплицах // Тезисы докладов и сообщений на республиканском координационном совещании по научно-технической программе «Мелиорация и водное хозяйство». - Тараз, 1997. -С. 43-44.

13. Калашников A.A., Кван Ю.Р. Модификации импульсных капелыю-дождевальных водовыпусков // Проблемы экологии АПК и охрана окружающей среды // Материалы 2-ой международной научной конференции. Часть 2.

A.A. Калашниковтьщ «Кыскы жылыжайларда ауыл шаруашылык да^ылдарын тамшылатып жакбырлатып суармапаудык Кор унемдеуш1 технологиясын жасау" так^ырыбына жазылган диссертациялык жумысынык

ТУЖЫРЫМЫ

Диссертациялык жумыс крспеден, терт тараудан, корытындылар мен уш косымшадан ту рады. Пайдаланылган эдебиеттер саны 117 (оныц Ынде алтауы шетел ттшде). Жаппы жумыс келем1 151 бет, 35 кесте мен 30 сурет камтылган.

Жумыста жылыжайлардагы бакша дак;ылдарын суармапаудык к;аз1рп жагдайынык сараптамапары келт!ртген, ауыл шаруашылы* енд1р!сжщ кор унемдеу талаптары жэне суармапаудык агрофизиологиялык; аны^тамасы мен онык бакша дакылдарынык еымдЫМне эсер! аныкталган.

Синхрондыц импульст тамшылатып-жакбырлатып суармапаудыц (СИТС) техникалык куралдары жасалып, олардьщ стендтк жане тэж1рибел1к зерттеулер! жургЫлген.

Бак;ша дакылдарын синхрондык; импульслк тамшылатып -жакбырлату модульдк ирригациялык комплект1амен суармалаудык cyFapy технологиясынык элементтер! белг1ленген.

СИТС комплекты онд1р1ске енг!зу натижелер! корсет1л1п, жылыжайлардагы СИТС комплект1лер1мен суару технологиясынык технико экономикалык, нег1эдор! келт1р1лген.

Ног1зг1 конструктивт1к жомо технологиялык, усыныстар КСРО апторлык, куол1ктор1мом жомо Казахстан Рослубликасымык rmTourroplMöH куоландырылган.

SUMMARY

to dissertation of A. A. Kalashnikov on subject "Development of technology saving resources of trickle and sprinkler irrigation of agricultural crops in winter green-houses"

The dissertation work is fulfilled for IS 1 pages and contains 30 figures and 35 tables, consists of introduction, four chapters, conclusion, list of used sources (117 names, including 6 foreign), 3 exhibits.

In the dissertation analysis of modem condition of vegetables irrigation is given in green-houses, requirements of agricultural production and resource-saving and agrophysiological estimation of irrigation and its influence upon productivity of vegetables are formulated.

Technical means of synchronous pulsed trickle and sprinkler irrigation (SPTI) were elaborated and its stand and experimental researches were conducted.

Determination of technology elements of vegetables irrigation by modula irrigated complete set SPTI was conducted.

Results of entening of complete sets SPTI were reflected and technical and economical feasibility of irrigation technology by complete sets SPTI was conducted in green-houses.

Base constructive and technological offers are protected by author certificates of USSR and patents of the Republic of Kazakhstan.