Подземный капельный полив

Определение, описание метода.

Подземное капельное орошение (ПКО) является разновидностью традиционного капельного орошения, где капельная сеть располагается под поверхностью почвы, а не укладывается на землю, подавая воду прямо к корням. Глубина расположения и расстояние водовыпусков определяются в зависимости от типа почвы и корневой структуры растения.

При правильном управлении водой и питательными веществами подземная капельная оросительная система может обеспечить максимальную производительность и оптимальную эффективность использования воды.

В настоящее время ПКО это инструмент управления ирригацией, который позволяет точно контролировать среду корневой зоны ваших растений. Этот контроль часто приводит к неизменно высокому урожаю. Кроме того, улучшение управления водой и удобрениями помогает снизить затраты на внесение удобрений, использование воды и стоковых вод.

Исследования показывают, что использование системы ПКО может снизить потребление воды до 40% при одновременном увеличении урожайности и / или качества по сравнению с другими методами орошения. Система также легко адаптируется к небольшим полям неправильной формы и участкам с уклонами, которые трудно или невозможно орошать другими способами.

При медленной подаче воды в почве она перемещается в следующих направлениях:

• вниз, под действием силы тяжести
• наружу и вверх, вытягивается капиллярными силами.

Цель подземного орошения состоит в том, чтобы обеспечить максимальную влажность в почве и оптимальную концентрацию воздуха, чтобы позволить растению пополнять свои потребности в воде и поставлять минералы и другие органические соединения в надземную часть растения. Если эта цель достигнута, мы можем максимизировать урожайность и качество при сокращении циклов роста.

Режимы орошения

Движущая сила, которая создает естественное перемещение воды из почвы на растение и в атмосферу основана на свободной энергии воды.  Растение будет абсорбировать воду из почвы, чтобы заменить потерю воды в атмосферу. Чем выше влага в почве, тем быстрее растение сможет пополнить потерю воды, избежать стресса и восстановиться.

Поскольку мы не можем управлять атмосферой, мы должны попытаться контролировать почву. Поток воды через растение от корней к листьям называется массовым потоком. Он намного больше, чем количество воды, необходимое растению для ее прямого  питания. Массовый поток является носителем минералов и других органических соединений, которые абсорбируются из почвы и синтезируются в корнях. Поглощение минералов и метаболизм органических соединений в корне требуют затрат энергии.  Чтобы генерировать энергию, необходимую для этого процесса, корень растения должен дышать. Оптимальная концентрация воздуха, необходимого в почве для обеспечения свободного дыхания корней, составляет около 10% объема грунта. Поры почвы могут варьироваться  по размеру. Вода в почве удерживается капиллярными силами, которые сильнее, чем гравитационные. Насыщение почвы водой происходит в двух основных вариантах.

• Насыщенный поток, равный потоку продавливания
• Не насыщенный поток, от точечного источника (эмиттер, капельница, лабиринт)

Насыщение - все поры полны воды и большая часть воздуха вытолкнута.
Емкость поля - это уровень влажности, где большие поры наполнены воздухом, а маленькие поры полны воды. Это идеальные условия для растений. В отсутствие потребителей (растений) этот уровень влажности не изменится, установив равновесие.
Точка увядания представляет собой уровень влажности в почве, где растение не может пополнить потерю влаги в атмосферу и собственные потребности растения.
Доступная вода - это количество воды между емкостью поля и точкой увядания, которое относительно легко поглощается растением.
Исследования и практика на местах показали, что для того, чтобы избежать стресса для растений, ирригация должна пополнять влагу, когда растение затратит не более 20-50% доступной воды. Диапазон варьируется в зависимости от типа почвы и растений.

• Капельное орошение позволяет оптимально сочетать воздух и воду. Другие методы орошения, которые создают насыщение или поток продавливания, выталкивают воздух из эффективной корневой зоны в течение нескольких часов до несколько дней, в зависимости от типа почвы, что негативно влияет на растение. В этих условиях растение неспособно генерировать необходимую энергию для получения необходимых минералов и синтезировать основные органические соединения. Проветривание затруднено для средних и тяжелых почв, где инфильтрация может продолжаться несколько дней.
• Микро-условия в корневой зоне могут сильно отличаться от макро-условий. Если мы рассмотрим один корень в почве, мы обнаружим, что окружающая его почва намного суше, чем влажность почвы между корешками. «Конверт» сухой почвы покрывает корешок и замедляет способность корешка поглощать воду и минералы. В легких почвах это явление происходит очень быстро, и это может создать ситуацию, когда средние показания влажности почвы в норме, в то время как растение не может поглощать воду. Концентрированная корневая зона имеет значительно более высокую плотность корней и корешков, что влияет на эффективность фертигации, поступающей в почву.
• Частые циклы орошения приводят к минимальному отклонению в уровнях влажности почвы, обеспечивая оптимальное водоснабжение растения.
• Не насыщенный поток воды в почве гарантирует надлежащую аэрацию, необходимую для активного поглощения минералов и метаболизм органических соединений, несущих к наземной части растения.
• Сочетание оптимального водоснабжения и надлежащей аэрации обеспечивает высочайшее качество развития.
• Ценные минералы испытывают трудности с достижением корневой зоны из-за более низкой подвижности почвы. Концентрация корней в ограниченном влажном объеме значительно повышает эффективность фертигации.
• Повышение эффективности фертигации и точный контроль за орошением помогает предотвратить выщелачивание минералов из корневой зоны в грунтовые воды.
• Точное управление корневой зоной позволяет нам создавать и контролировать условия роста и развития растения.

Агротехнические преимущества, которые сохранят время и деньги

• более эффективное использование применяемой воды
• значительная экономия воды
• увеличение производства и урожайности
• увеличение качества и единообразия продукции
• отсутствие испарения воды на поверхности
• увеличение срока службы ирригационной системы
• предотвращение прорастания сорняков
• устранение вымывания гербицидов
• снижение трудозатрат на полив
• снижение затрат на обслуживание
• уменьшение зависимости от повреждения системы животными, человеком или механическими повреждениями
• сухая зона между рядами позволяет использовать тяжелую технику в любое время без разрушения почвенной структуры из-за уплотнения
• безопасная и эффективная доставка удобрений и химических веществ
• фертигация может продолжаться без перерывов, несколько операций могут выполняться одновременно
• возможность вносить удобрения на поля сложной формы или полей с препятствиями, также это позволяет получать доступ к полям круглосуточно

Недостатки ПКО-системы:

• увлажненная поверхность ограничена
• большая стоимость системы по сравнению с поверхностным капельным поливом
• большая трудоёмкость работ
• увеличенные сроки монтажа

Эксплуатация и техническое обслуживание

Для достижения максимальной производительности и экономии воды в ПКО необходимо следить за работой системы и вносить необходимые корректировки. Такие системы требуют регулярного обслуживания, чтобы гарантировать выполнение задач ирригации и обеспечивать долговременный потенциал системы.

• Периодические водные испытания - дешевое страхование. Оно защищает не только ирригационную систему, но и помогает выявлять потенциальные проблемы токсичности растений
• Успешная промывка системы от мусора зависит от скорости, с которой вода проходит через трубу во время промывки (так называемая скорость очистки). Минимальное значение должно быть между 0,3-0,5 м/сек
• Проверку и обслуживание фильтра необходимо выполнять по регулярному графику и записывать данные для последующего использования. Проверка различий в перепадах давления до и после фильтра могут помочь обнаружить постепенное ухудшение характеристик фильтра.
• Проверяйте показания расходомера. Это позволит выявить многие проблемы в полевых условиях, а также обеспечить перекрестный контроль общего орошения, применяемого в течение сезона. Регулярные проверки давления в системе помогут выявить проблемы в поле.

Требования к системам ПКО

Системы ПКО должны быть спроектированы, установлены, эксплуатированы и сохранены надлежащим образом, чтобы быть долговечными и эффективными.

Общие проблемы включают:

• засорение эмиттера
• вторжение корня
• вакуумное всасывание и попадание насекомого в систему
• грызуны и механические повреждения

Всего это можно избежать при правильном планировании и управлении системой.

Последовательность действий для принятия решения о приобретении системы ПКО.

• Все начинается с качественной воды. Предотвращение засорения имеет решающее значение для долговечности системы ПКО и требует понимания потенциальных опасностей, связанных с конкретным источником воды. В некоторых случаях спроектированная и установленная система ПКО без предварительной оценки качества предлагаемого оросительного водоснабжения может вызвать рост сельскохозяйственных культур и долгосрочные проблемы с почвой. В большинстве случаев проблемы с качеством воды могут быть легко исправлены, но только если производитель знает об этом заранее.
• Определение типа почвы и скорость поглощения воды играют важную роль в определении применяемой капельницы. Необходимо поддержание сухой почвы на поверхности. Если вода будет попадать на поверхность, сорняки будут прорастать и конкурировать с урожаем за воду и питательные вещества.
• Затем идет выбор капельной линии, которая предполагает рассмотрение диаметра дрейфа, толщины стенки, типа эмиттера, водовылива и расстояния между эмиттерами. Для процесса проектирования может потребоваться несколько попыток выбора подходящих компонентов системы.
• Изучение всех возможных трудностей, которые могут появиться в процессе эксплуатации системы подземного капельного полива. Если их не учитывать может произойти серьезная проблема,  и ее будет трудно исправить.
• Выбор поставщика. Изучите веб-сайт рассматриваемого поставщика, почитайте литературу по теме микроирригации. Найдите людей, кто уже установили и используют ПКО-систему. Большинство современных производителей готовы показать свои системы орошения коллегам. Кроме того, попросите компанию - поставщика четко определить её роль и ответственность при проектировании, установке и обслуживании системы. Определите, какие гарантии предоставляются. Получите независимый обзор дизайна от лица, не связанного с продажей. Это добавляет затраты, но они незначительны по сравнению с общей стоимостью большой ПКО-системы.

При выборе капельных линий в ПКО-системы следует знать:

• встроенные клапана предотвращают всасывание грязи в капельную линию.
• механизм предотвращает дренаж системы при отключении давления.
• корневой барьер вторжения предотвращает попадание корней в капельницу.
• самоочищающееся действие сбрасывает крупные частицы, обеспечивая бесперебойную работу

Также необходимо определиться с параметрами капельной трубки, как:

• толщина стенки (влияет на срок службы сети капельной линии и рабочее давление)
• размер трубы и расстояние между капельницами
• тип капельницы (компенсация давления или без компенсации). Важно при перепадах высот поля и линях с большим расходом
• производительность капельницы (расход не должен превышать способность почвы поглощать воду - приводя к стоку)

При проектировании следует учитывать потери напора в трубопроводах и подбирать соответствующие комплектующие системы ПКО.

Полевые ограничения могут существенно повлиять на разработку успешной системы. Текстуру и химию почвы необходимо учитывать в процессе первоначального проектирования. Склоны и дренаж почвы будут играть важную роль в первоначальной компоновке системы. В зависимости от длины хода чрезмерные наклоны могут возникать при неприемлемых изменениях давления во всем поле. Изменение высоты 10м приблизительно равно 1 бар давления.

Расстояние между водовыходами и расходом напрямую зависит от способности почв принимать воду и перемещать ее через капилляры. Размещение трубки в почве способно защитить ленту от механических повреждений, смещения за счет ветра и неблагоприятных последствий расширения и сжатия из-за высокой температуры и холода. Типичные глубины размещения варьируются от 50 до 300мм. Глубина залегания будет определяться культурными практиками, укоренением растений и свойствами почвы. В мульчированных слоях подземное расположение трубки может быть нецелесообразно.

Решение о том, является ли инвестиция ПКО обоснованной, принадлежит фермеру-инвестору. Это требует глубокого понимания факторов и рекомендаций надежного и проверенного эксперта.