Сучасні системи зрошування

203
Сучасні системи зрошування

Сучасні сенсори надають можливість управляти роботою зрошувальної техніки, підлаштовуючи її під актуальні потреби сільгоспкультури.

Технічну можливість напоїти водою рослини в необхідному обсязі сільгоспвиробники мають вже давно. Зрозуміло, що зараз ми говоримо про площі під зрошенням. Однак при реалізації технічної можливості на практиці виникає низка проблем: по-перше, води виливається надто багато, а по-друге, робиться це не завжди вчасно. Подача кожного кубічного метра води в зрошувальну систему коштує грошей, а надмірне зволоження призводить до зменшення запасів води і вимивання поживних речовин із прикореневої зони рослин.

Основна тенденція у сфері іригації – застосування багатоопорних дощувальних установок. Для дощувальних машин характерне збільшення габаритів, що дає змогу збільшити довжину та ширину зрошуваних смуг. Краплинне зрошення вважається найефективнішим способом зрошення, але поки що сфера його застосування, як і раніше, обмежується спеціальними культурами. Основна причина – більш високий рівень витрат порівняно із традиційними технологіями зрошення.

РАХУЄМО І ВИМІРЮЄМО

Визначити потребу рослин у волозі можна за допомогою трьох основних методів:

  • розрахунок водного балансу з урахуванням ґрунтово-кліматичних чинників;
  • використання сенсорів для визначення фактичної вологості ґрунту;
  • пряме визначення фактичного стану рослин.

Однак на практиці широко використовуються тільки два перших методи. Їх ми й розглянемо нижче більш детально. Метод вимірювання потреби самої рослини у волозі поки не готовий для практичного застосування. Методичні підходи до вирішення цієї проблеми різноманітні: від інфрачервоної термографії, визначення вмісту вологи в самій рослині або в певних її частинах до вимірювання осмотичного тиску в клітинах листка (тургор).

ВОДНИЙ БАЛАНС

Водний баланс визначає рівновагу між водою, що надходить у ґрунт із атмосферними опадами, а також при зрошенні, та тією, яку рослини використовують для свого росту й втрачають внаслідок випаровування. На підставі ґрунтових даних і відомостей про обсяг опадів, які випадають, можна шляхом розрахунку визначити запаси вологи у ґрунті.

Краплинне зрошення посадок селери. Завдяки відсутності втрат вологи від випаровування з поверхні рослин це найбільш економічний спосіб іригації. Однак є й недоліки: високі витрати на обладнання і висока трудомісткість монтажу та демонтажу системи
Краплинне зрошення посадок селери. Завдяки відсутності втрат вологи від випаровування з поверхні рослин це найбільш економічний спосіб іригації. Однак є й недоліки: високі витрати на обладнання і висока трудомісткість монтажу та демонтажу системи

Якщо надходження вологи з опадами більше, ніж її витрата, то баланс додатний, і вологість ґрунту підвищується.

Якщо кількість води, що випарувалася, перевищує кількість опадів, які випали, вологість ґрунту знижується. В цьому випадку баланс буде від’ємним.

При досягненні певного порогового значення слід починати проводити зрошення. Для розрахунку водного балансу необхідні щоденні дані про втрату води внаслідок випаровування, обсяг опадів і водоспоживання культури.

Дані щодо випаровування з поверхні ґрунту можна отримати на метеостанції, щодо водоспоживання сільгоспкультур – знайти в довідковій літературі. Щоденний обсяг опадів можна вимірювати самостійно або дізнаватися на метеостанції.

СЕНСОРИ ВОЛОГОСТІ

Спочатку як інструменти для визначення вмісту вологи у ґрунті використовували тензіометри, датчики вологості ґрунту Watermark або гіпсові блоки.

Тензіометр включає в себе заповнену водою пластикову трубку, на нижньому боці якої закріплено датчик у вигляді наконечника з пористої глини або кераміки, а на верхній – манометр. Наконечник поміщається у ґрунт. Заповнена водою трубка контактує із ґрунтом через наконечник. При зменшенні вологості ґрунту зростає напруга всмоктування. Через наконечник вода буде відсмоктуватися із пластикової трубки, в тензіометрі збільшиться розрідження, що буде зафіксовано манометром.

Датчики вологості ґрунту Watermark вимірюють електричний опір ґрунту. У гіпсових блоках також фіксується електричний опір. Залежно від вологості навколишнього середовища змінюється і вологість гіпсового блоку, а отже, і його електричний опір. На сьогодні застосовуються головним чином ємнісні датчики. Такий датчик – це електричний конденсатор, ємність якого залежить від матеріалу (діелектрику), розташованого між двома його пластинами, а в нашому випадку – від його вологості. Залежно від зміни ємності конденсатора (тобто від зміни вологості навколишнього середовища) в ланцюзі змінюється частота електричного струму, за якою визначається значення вологості. Цьому значенню відповідає актуальний вміст води в міліметрах у кожному ґрунтовому шарі. Що ж до отримання даних про споживання рослинами вологи у прикореневій зоні за певний період, то ці цифри легко розраховуються як різниця двох вимірювань. Кілька років тому на ринку з’явилися ємнісні сенсори TriScan. Окрім даних про наявність вологи у ґрунті (об’ємна вологість), вони можуть надавати інформацію і щодо її мінералізації, за якою опосередковано можна зробити висновок про забезпечення рослин поживними речовинами.

УПРАВЛІННЯ ЗРОШЕННЯМ

Автоматизація роботи зрошувальних систем почалася з появи установок із програмно-часовим управлінням, які включали полив через заданий інтервал часу, а потім, теж через заданий інтервал, його автоматично відключали. Відносно недавно з’явилися системи дистанційного управління, які діють за допомогою смартфона або планшетного комп’ютера. Удосконалити ці системи можна шляхом інтеграції планування зрошення, включаючи до їх складу ґрунтові сенсори для визначення вологості або метеостанції. Це дає змогу поліпшити процес зрошення та підвищити ефективність використання води. Тут використовуються стандартні принципи роботи автоматичних систем.

ТЕХНІКА ДЛЯ ЗРОШЕННЯ

Короткоструменеві шлангові дощувальні установки. Призначені для використання на невеликих площах в овочівництві відкритого ґрунту і для протизаморозкового дощування посадок ранньої картоплі та плодових культур. Недолік: велика трудомісткість обслуговування під час роботи. Перевага: можливість використання дуже невеликих норм води.

Середньоструменеві дощувальні установки. Витрати на придбання цього типу техніки відносно невеликі, проте трудомісткість їх обслуговування під час роботи досить висока. Варто відзначити і той факт, що ці установки не завжди повною мірою можуть забезпечити необхідну якість рівномірності поливу. Крім цього, високий і рівень втрати води.

Далекоструменеві дощувальні установки. Завдяки великій довжині шлангів (від 300 до 600 м) і чималій робочій ширині захвату (до 75 м) ці агрегати є гнучким інструментом для зрошення полів незалежно від їх розміру та форми. Трудомісткість забезпечення поливу досить висока, втрати води – низькі. Такі установки можуть комплектуватися далекоструменевими дощувальними стволами і лафетами зі змінним кутом нахилу. Завдяки цьому можна значно поліпшити рівномірність поливу. На сьогодні в Німеччині це найбільш поширений тип дощувальних машин.

Лінійні та кругові дощувальні установки. Найменша трудомісткість забезпечення поливу, вкрай низькі втрати води, безперервний режим роботи, можливість автоматизації характерні насамперед для кругових установок. Однак ці установки висувають серйозні вимоги до розмірів і форми полів. Тому вони й не отримали широкого розповсюдження. Крім того, землі, на яких планується використовувати ці стаціонарні дощувальні установки, мають бути або у власності господарства, або в довгостроковій оренді.

Краплинне зрошення. Ця технологія з успіхом застосовується в овочівництві та плодівництві. Основна перевага: зниження ризику виникнення грибних захворювань з огляду на відсутність поверхневого зрошення верхніх частин рослин. Водночас із цим поживні речовини можна підводити безпосередньо до рослин. До плюсів також відносяться малі втрати води, хороша рівномірність поливу та можливість автоматизації процесу управління. Крім цього, приґрунтове внесення води дає змогу розпочати полив у більш ранні терміни. Однак наявні й мінуси: висока трудомісткість і вартість прокладення та демонтажу системи.

ДИФЕРЕНЦІЙОВАНЕ ЗРОШЕННЯ

Цей тип зрошення набув широкого застосування при використанні кругових і лінійних дощувальних установок. Такі агрегати здатні охопити ділянки площею від 20 до 85 га. Для управління розподілом води за площею на цих установках змонтовано ротаційні форсунки з ударно-відбивним диском, що запускаються електромагнітними клапанами. З використанням дощувальних установок із керованими форсунками виник і новий термін Variable Rate Irrigation, або VRI – «технологія змінного обсягу зрошення». Варто зазначити, що деякі виробники сьогодні пропонують дощувальні установки із пневматичними клапанами для управління форсунками. Поряд із можливістю чіткої диференціації обсягу подачі води на ту чи іншу ділянку залежно від конкретних ґрунтових умов, керовані форсунки дають змогу зрошувати однією дощовою установкою відразу кілька різних культур, виходячи з їх потреби у волозі. При проходженні ділянок захисних смуг або доріг можна повністю перекрити подачу води за допомогою клапанів всередині контуру зрошення.

Об’єм зрошення ділянки можна регулювати не тільки за рахунок відключення форсунок, а й завдяки зміні робочої швидкості переміщення дощувальної установки по полю. При застосуванні широкозахватних кругових установок основне завдання полягає у визначенні ділянок, які потребують найбільшого зрошення, щоб інші площі не були перезволожені.

При диференційованому зрошенні кожен сектор отримує стільки вологи, скільки потрібно, відтак економляться вода і енергія.

Cхема роботи ємнісних сенсорів для визначення вологості ґрунту
Cхема роботи ємнісних сенсорів для визначення вологості ґрунту

Особливого значення технології диференційованого зрошення набувають тоді, коли разом із водою передбачається внесення добрив. При такій технології немає необхідності зайвий раз «ганяти» трактор по полю з розкидачем або обприскувачем для підживлення, а добриво навіть у невеликих дозах потрапляє до рослини разом із необхідною кількістю води. Один із проектів диференційованого зрошення реалізується в господарстві Agrarprodukte GmbH (Німеччина) спільно з іригаційною фірмою HydroAir і Центром трансферу технологій Bremerhaven.

Предмет дослідження – диференційоване зрошення при використанні кругових дощувальних установок на площах з високим ступенем неоднорідності ґрунту із застосуванням систем картування і внутрішньоґрунтових сенсорів. Площа під зрошенням кругової дощувальної установки з довжиною непровідного поясу 510 м в господарстві становить майже га. Максимальний обсяг подачі води – 170 куб. м/год. У конструкцію дощувальної установки для переходу до використання диференційованого зрошення довелося внести низку змін.

Так, було встановлено електромагнітні клапани; модифіковано комплект форсунок з метою поліпшення розподілу води.

Крім цього, було встановлено систему управління клапанами. Для управління були змонтовані передавальні радіомодулі. Кожен модуль може управляти роботою до п’яти форсунок незалежними каналами і при цьому працює як репітер. Управління подачею води здійснюється за рахунок зміни робочої швидкості руху всієї установки, а також відключення окремих форсунок. Перші результати, отримані в 2015 році, наведено нижче.

Ґрунтовий сенсор Sentek може зібрати і відправити дані не тільки по вологості, але і по мінералізації ґрунту
Ґрунтовий сенсор Sentek може зібрати і відправити дані не тільки по вологості, але і по мінералізації ґрунту

Під зрошенням такої установки були посіви кукурудзи на силос і тритикале. Кукурудза за класичною нормою зрошення мала б отримувати 125 мм води.

Однак за диференційованого підходу обсяг зрошення на різних ділянках становив від 105 до 125 мм. В середньому на всю площу під кукурудзою було витрачено близько 115 мм води. У господарстві підрахували, що завдяки зниженню фактичного обсягу зрошення на кукурудзі на 10 мм вдалося заощадити приблизно 450 євро.

Аналогічна ситуація була і на ділянці з тритикале. Класична норма зрошення – 141 мм, фактичний обсяг при диференційованому зрошенні – від 105 до 143 мм.

В підсумку було зекономлено ще 17 мм води, або 750 євро. Тож лише на одній воді за сезон вдалося зберегти в цілому приблизно 1200 євро. Після цього в господарстві вирішили продовжити досліди в цій галузі, додатково задіявши при цьому і внесення добрив при поливі.

ЗАМІСТЬ ВИСНОВКУ

Зрошення сільгоспугідь і внесення добрив – це ті технологічні аспекти в рослинництві, які потребують знань і досвіду. Адже не на кожному етапі розвитку рослина потребує інтенсивного зрошення. Прикладом можуть служити фази, коли йде формування вторинної кореневої системи. Адже за наявності доступної поверхневої вологи у рослини не буде стимулу активно формувати вторинну кореневу систему і «заглиблюватися».

Водночас, якщо говорити про практичне застосування зрошення, то в останні роки управляти цим процесом стало набагато простіше. Наразі вже за замовчуванням вважається, що іригаційна система повинна мати зручну систему управління. Однак, незважаючи на це, багато господарств іще працюють по-старому. Звісно, диференційований полив поки однозначно затребуваний лише в регіонах, де витрати на воду для зрошення великі. Як, наприклад, в Австралії, де воду часто доводиться викачувати з величезної глибини. У решті випадків обґрунтованість переходу на диференційоване зрошення треба буде доводити індивідуально для кожного господарства. Втім, це ж можна сказати і про інші елементи технології точного землеробства: диференційовану сівбу, внесення мінеральних добрив і застосування ЗЗР.

Йорг Мьобіус, traction, Німеччина

Опубліковано в журналі “Агроном”, 2020

Найсвіжіші матеріали читайте в журналі «Агроном». Слідкуйте за головними агрономічними новинами на нашій сторінці у Facebook та каналі в Telegram