Экономия воды для полива растений. Капельное орошение — — энергоэффективность и энергосбережение

Государственное бюджетное образовательное учреждение гимназия №1552

исследовательская работа на тему:

«Система капельного полива»

Автор работы:  Ученик 4«Б» класса                

ГБОУ Гимназии № 1552              

ФИО, дата рождения

Абясов Руслан Ринатович

Электронный адрес:

katytya@mail.ru

ruslan.abyasov@mail.ru

                    Научный руководитель:  

             Шумилова Ольга Станиславовна

Москва 2021

Содержание

Введение

Капельный полив (капельное орошение) – идеальный выбор для организации полива любых растений на приусадебном участке, в фермерском хозяйстве или на даче, а также очень удобный вариант полива в теплицах для выращивания овощей. Вода подается только в зону расположения корней и используется растениями практически на 100%. Мы живем загородом и летом выращиваем разные овощные, фруктовые и цветочные культуры на нашем небольшом участке. Все это требует большого ухода и отнимает много драгоценного времени, особенно ежедневный полив. Жаркое и засушливое лето 2021 года,   натолкнуло нашу семью на мысль о капельной системе полива.

Системы капельного орошения – это относительно недорогой и исключительно эффективный способ полива растений. Использование капельного полива на практике позволяет значительно экономить воду, локально вводить удобрения, безопасно бороться с сорняками и избегать ежедневных хождений по участку с лейкой или шлангом к руках. Учитывая изложенное, можно говорить об актуальности выбранной тематики представленной научно-исследовательской работы.

Целью работы является убедиться в эффективности капельной системы по сравнению с традиционной системой.

Гипотезой — стало утверждение, что система капельного полива экономит нам  время и воду.

Объектом исследования является система капельного полива «Аквадуся» (система орошения) в условиях теплицы.

Предметом исследования является  рассада овощных культур, высаженная в условиях применения капельной системы полива «Аквадуся».

Для достижения указанной цели предполагается решить следующие задачи:

1. Изучить типы автоматических систем полива.
2. Определить какой принцип имеет капельная система полива.
3. Провести экспериментальное исследование применения капельной системы полива на практике (в тепличных условиях), проанализировать полученные результаты исследования.
4. Дать оценочную характеристику уровню влияния капельной системы полива на урожайность овощных культур и устойчивость к их болезням.

Методы проведения исследования:

1. сравнительный метод;
2. метод наблюдения.

Глава 1. Теоретические основы капельного орошения почвы

1.1 История создания и применения технологии капельного орошения

Под капельным орошением понимается, такая организация полива, когда вода вместе с питательными элементами (удобрениями, подкормкой и пр.), вносится малыми дозами непосредственно в прикорневую зону.

Капельное орошение впервые было разработано и внедрено в промышленных масштабах, как самостоятельный вид орошения в Израиле, в начале 60-х годов. После подписания в 1965 году израильским инженером С.Бласом договора с компанией Netafim  на производство первых 10 тысяч капельниц системы капельного орошения были запущены в массовое промышленное производство. В 1968 году капельное орошение применялось для полива плодово-овощных культур в 200 хозяйствах на площади свыше 800 гектаров, через шесть лет поливные площади увеличились до 5 тысяч гектаров^[1].

В настоящее время капельный способ полива является самым распространенным на территории Израиля (свыше 100 тысяч га), а высокие тарифы на поливную воду сделали его экономически выгодным по сравнению с другими способами полива при возделывании таких культур, как кукуруза и сорго.

В США впервые капельная система была смонтирована в 1970 году на площади 60 гектаров в штате Калифорния. Этот год можно считать начальным этапом производственного испытания новых оросительных систем и их широкомасштабного внедрения на территории Соединенных Штатов. В 1972 году площадь капельного орошения составляла 4 тысячи га, в 1976-м – 76,2 тысячи, а в 1983-м – 227,4 тысячи га. На сегодняшний день США являются безусловным мировым лидером по общему количеству площадей (свыше 650 тысяч га) с применением систем капельного орошения^[2].

Также широкое распространение капельное орошение получило в Бразилии, Испании, Мексике, Южной Африке. Кроме стран с наличием засушливых территорий этот способ полива используют также и страны с умеренным и даже влажным климатом: Великобритания, Нидерланды, Германия. В Великобритании капельным способом поливают малину, смородину, яблони, это способствует более раннему созреванию ягод. В Нидерландах капельное орошение применяют в основном при возделывании овощных культур в теплицах.

В Негевском научном институте в начале 80-х использовали систему капельного орошения при выращивании хлопчатника. Прибавка урожая была связана с увеличением числа коробочек: с 68,9 штуки до 87,9 на квадратный метр. По данным обследований действующих систем капельного полива, проводимых Высшей школой сельского хозяйства (Германия) в Австралии, Израиле, США, Тунисе и других странах, снижение затрат воды составило 30–50%. VIII Международный конгресс по ирригации и дренажу, состоявшийся в мае 1972 года в Болгарии, на котором впервые были обсуждены результаты более чем десятилетних исследований по капельному орошению многочисленных сельскохозяйственных культур в условиях аридной зоны, считается отправной точкой широкомасштабного развития систем капельного орошения в СССР.  Интерес к новому виду полива еще более возрос после проведения этого конгресса, и он стал с успехом развиваться и внедряться в СССР^[3]. Производственные эксперименты по внедрению капельных систем и повышению их надежности проводили в Молдавии и Украине.

К 1984 году системы капельного орошения были уже смонтированы на площади более трех тысяч гектаров. Положительные результаты применения капельного способа полива были получены на Северном Кавказе, в Закавказье, Поволжье и Средней Азии. Только в Молдавии на 1990–1995 годы планировалось довести площади с использованием систем капельного орошения до 35–40 тысяч га^[4]. Но критическая обстановка в стране и дальнейший развал СССР привели к остановке строительства и частичному разрушению уже имеющихся систем перспективного орошения.

1.2 Описание системы капельного орошения

Система капельного орошения состоит из следующих компонентов (рис.1)^[5]:

Рис.1. Основные элементы системы капельного орошения

1. Головного водозаборного узла (насосной станции). Насосная станция и водозабор предназначены для забора воды из источника (открытый водоем, скважина, канал и т.д.) и создания рабочего давления в системе.
2. Фильтростанции. Фильтрационная станция – важнейший элемент системы капельного орошения. При заборе воды из открытого источника в ней содержится большое количество примесей различного происхождения (водоросли, песок, ил, микроорганизмы и т.д.). Благодаря своей конструкции и большой фильтрующей поверхности гравийный фильтр блокирует и препятствует дальнейшему продвижению присутствующих в воде примесей.
3. Подкормочного узла. Подкормочный узел предназначен для подачи растворенных в воде удобрений совместно с поливом и состоит из удобрительной головки, инжектора, емкости для растворения удобрений и дискового фильтра. Приспособление для внесения удобрений позволяет также вносить с поливной водой системные пестициды для защиты растений.
4. Магистрального трубопровода. Система магистральных разводящих трубопроводов из полимерных материалов доставляет отфильтрованную воду к поливному участку определенного размера и формы.
5. Капельных линий. Капельные линии представляют собой полимерные трубки небольшого диаметра (16-17 мм) с встроенными в них эмиттерами (капельницами). В зависимости от выбранной культуры и схемы посадки могут использоваться капельные линии с различным расстоянием между эмиттерами (0,2 м, 0,3 м, 0,4 м и т.д.), различной нормой вылива на одну капельницу (от 1,3 до 4 литров в час) и различными сроками службы (от 1 года до 7 лет и более). В некоторых случаях используются внешние капельницы, которые бывают компенсированные и не компенсированные с различными нормами вылива (от 2 до 6 литров в час).

1.3 Сравнительная характеристика основных типов полива

В современной аграрной промышленности существуют три основных способа полива сельскохозяйственных насаждений – это полив по бороздам («арычный»), крупно и мелкодисперсное дождевание и точечный (капельный) полив. Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки.

Полив с помощью борозд. Основными преимуществами «арычного» метода, являются его простота и минимальные затраты на проведение, кроме этого этот способ полива предотвращает попадание воды на листья растений, что для многих культур, является благоприятным условием. К недостаткам можно отнести: ограниченные возможности применения (на участках с большим уклоном или отсутствием уклонов, со сложной топографией), значительная эрозия почвы, образование почвенной корки, большой расход воды, неравномерность увлажнения^[6].

Полив с помощью дождевателей (разбрызгивателей или распылителей). Крупнодисперсное дождевание относительно недорогой способ полива, слабо чувствительный к особенностям рельефа, позволяющий добиться большей равномерности полива, чем при «арычном» методе. Его недостатки: большой расход воды, образование почвенной корки, необходимость поддержания высокого давления в подающих трубопроводах, что повышает энергоёмкость процесса полива, попадание воды на листовой аппарат растений, что кроме риска механических повреждений и солнечных ожогов листьев, приводит к повышению фона грибковых заболеваний на многих культурах^[7]. Кроме этого, дождевание увлажняет почву не только в прикорневой зоне, а по всей площади, включая проходы, проезды и пр., что влечёт за собой трудности с обработкой площадей в периоды после проведения поливов и стимулирует рост сорных растений.

Частично проблемы крупнодисперсного дождевания решаются мелкодисперсным (т.н. распылением), однако, зачастую это приводит к существенному удорожанию системы полива за счёт увеличения длины трубопроводов, что, в свою очередь, влечёт за собой увеличение трудозатрат на монтаж-демонтаж подобной системы. Поэтому на сегодняшний день применение мелкодисперсного дождевания ограничено небольшими площадями, в основном на приусадебных и сортоиспытательных участках.

Капельное орошение. Капельное орошение — это сравнительно новый метод полива сельскохозяйственных насаждений. Он характеризуется наличием постоянной распределительной сети под давлением, позволяющей осуществлять непрерывные или частые поливки, точно соответствующие водопотреблению насаждений. При капельном поливе увлажняется только ограниченная часть почвенной поверхности, без поверхностного стока или фильтрации воды в глубинные слои почвы.

При поверхностном орошении или при поливе дождеванием вследствие большого межполивного интервала в почве периодически создаются условия местного переувлажнения с последующим высыханием до уровня влажности увядания, что, безусловно, подвергает растения стрессам и нарушает нормальный ритм их развития.

Капельное же орошение позволяет поддерживать влажность корнеобитаемого слоя во время всего вегетационного периода на оптимальном уровне без значительных ее колебаний, характерных для всех других способов орошения.

При капельном орошении увлажнение почвы осуществляется капиллярным путем. За счет этого сохраняются оптимальные вводно-физические свойства почвы и устраняются потери влаги за счет поверхностного стока и инфильтрации в глубину.

Изучение мирового опыта и результатов многолетних экспериментов с системами капельного полива в нашей стране в различных климатических и почвенных условиях показывает, что создание поливных систем такого типа эффективно и экономически выгодно при орошении различных многолетних насаждений, овощных, пропашных и технических культур, декоративных насаждений, питомников и т.д.

Глава 2. Изучение технологии капельного орошения почвы на примере работы системы капельного полива «Аквадуся»

2.1 Преимущества системы капельного орошения почвы

Технология капельного орошения имеет ряд преимуществ по сравнению с обычным поливом^[8]:

1. Аэрация почвы. Не происходит переувлажнения почвы, это обеспечивает интенсивное дыхание корней на протяжении всего цикла роста, не прерывающееся во время или непосредственно после орошения. Почвенный кислород позволяет активно функционировать корневой системе. Корневая система развивается лучше, чем при любом другом способе орошения. Основная масса корней сосредотачивается в зоне капельниц, корневая система стано-вится более мочковатой, с обилием активных корневых волосков. Увеличивается интенсивность потребления воды и питательных веществ.
2. Вода идет медленно, почва не подвергается эрозии — все это позволяет избежать потери влаги;
3. Растворенные удобрения вносятся непосредственно в корневую зону вместе с поливом. Происходит быстрое и интенсивное поглощение питательных веществ. Это самый эффективный способ внесения удобрений в засушливых климатических условиях.
4. Листья растений не увлажняются, как при дождевании, снижается вероятность распространения болезней, инсектициды и фунгициды не смываются с листвы.
5. Капельный полив позволяет осуществлять обработку почвы, опрыскивание и сбор урожая в любое время, независимо от проведения орошения, так как участки почвы между рядами на протяжении всего сезона остаются сухими.
6. Капельное орошение дает возможность применять полив на склонах или участках со сложной топографией, без сооружения специальных уступов или переноса почвы.
7. При поливе напуском одна треть растений получает очень много воды, от чего они задыхаются, другая треть недополучает влаги, и в результате только оставшаяся треть получает оптимальное количество воды. Капельное орошение регулирует не только количество воды, но и подачу удобрения растворенного в ней.
8. Значительная экономия воды: увлажняется только прикорневая зона растений, от 40 до 60% объема общей площади; снижаются потери на испарение; отсутствуют потери от периферийного стока воды.
9. При капельном орошении температура почвы выше, чем при дождевании, поэтому можно получить более ранний урожай.
10. Продукты, полученные в результате использования капельного орошения, лучше по качеству:

11. Семена сорняков не попадают в почву, а, следовательно, нет необходимости делать прополку вручную.
12. Вся система действует автоматически, при необходимости она может быть подключена к компьютеру. Все это позволяет экономить 60% рабочего времени.

2.2 Основные недостатки систем капельного орошения

Использование систем капельного орошения требует множество затрат на свое техническое обслуживание и ремонт. Подключение капельниц, состояние трубок нуждаются в постоянной проверке.

Средняя стоимость системы капельного орошения на 1 гектар составляет $1-3 тыс. (по крайней мере, в первый год, когда внедряется система капельного орошения). Цена варьируется в зависимости от вида культур, которые выращиваются, площади, качества воды, которая используется для орошения, и т.д.

Стоимость систем капельного орошения довольно высокая, поэтому очень важно правильно спланировать все работы по эксплуатации системы. Если планирование будет осуществлено неверно, что повлечет за собой неправильную эксплуатацию системы, затраты не окупятся, так как прибыль будет низкой.

Выращивание овощей на капельном орошении предполагает применение самых передовых технологий, поэтому получение высоких урожаев возможно только при обязательном выполнении всех агротехнических мероприятий по защите растений, внесению удобрений, уходу за растениями.

Система капельного орошения не защищена от неправильной обработки почвы и ухода за растениями, поэтому все работы необходимо выполнять своевременно и качественно.

Важно правильно подобрать марку фильтростанции. Она зависит от источника водоснабжения. Если водозабор осуществляется из открытого источника вода (река канал, водонакопители, пруды), фильтр применяется гравийно-песчаный. Это связано с загрязненностью воды.

Если водозабор осуществляется из артезианской скважины — фильтр применяется дисковый или сетчатый. Стоимость дисковых фильтростанции ниже, чем гравийно-песчаных.

При использовании для полива воды из скважины, в лаборатории необходимо сделать её анализ. Если в воде содержится большое количество солей, возможно блокирование капельниц. Монтаж разводящего магистрального трубопровода, фильтростанции регулирующих узлов производят до посева или высадки рассады. Укладка гибкого шланга или полиэтиленового трубопровода и капельной трубки проводится одновременно или непосредственно перед посевом или высадкой рассады. Укладку капельной трубки производят механизированным способом с помощью переоборудованного культиватора, пропашной или овощной сеялки.

На небольших площадях возможна укладка вручную. Перед этим необходимо провести разбивку площади. Выбор трубки по плотности зависит от срока использования системы капельного орошения. Если планируется эксплуатация системы один год на одной культуре, лучше приобретать более дешёвую трубку. Если производство овощей планируется на много лет (или оборот овощей в один год) лучше вложить деньги в более дорогую систему с более плотной трубкой. Капельное орошение является одной из самых дорогостоящих систему орошения. Поэтом очень важно максимально продлить срок эксплуатации капельного оборудования.

Правильная эксплуатация в течение сезона, своевременное проведение профилактических и ремонтных работ позволяют существенно удлинить срок работы системы. Однако одним из главных элементов является правильная подготовка всей системы к хранению в зимний период. По завершению поливного сезона проводится демонтаж и закладка всех элементов на хранение. При использовании однолетней капельной трубки, она демонтируется и убирается с поля с дальнейшей утилизацией. Если использовалась многолетняя трубка её необходимо промыть, чтобы удалить все микро- и макро частицы, накопившиеся за период эксплуатации.

Очень важным моментом является удаление воды из всех элементов капельного орошения. При попадании воды возможно размораживание и повреждение частей орошения при низких температурах. От тщательности подготовки всей системы капельного орошения к правильному хранению в зимний период зависит долговечность работы системы.

2.3 Экспериментальное исследование системы капельного полива «Аквадуся»

Рассмотрим капельную систему на примере земельного участка, прилегающего к нашему дому. Мы с мамой оборудовали нашу теплицу системой капельного полива «Аквадуся» (см.рис.2).

Эта система имеет следующий тип работы: ночью в накопительную бочку медленно набирается вода из садового крана (по шлангу). Весь световой день вода в бочке нагревается на солнце. Вечером, с наступлением темноты срабатывает фотоэлемент электронного пускового устройства и включается насос. Нагретая вода через систему шлангов и тройников начинает поступать под каждое растение.

Рис.2. Система капельного полива «Аквадуся»

Насос отключается, а полив из бочки продолжается под своим давлением. Полив продолжается, пока бочка не опустеет. Далее, наступает следующий цикл полива. Бочка опять начинает поливать.

Электронное пусковое устройство (см.рис.3) позволяет программировать периодичность полива: от полива каждый день до полива раз в неделю. Частота полива зависит от погодных условий и вида выращиваемой культуры.  Например, капуста, огурцы и редис требуют больше воды, чем помидоры, перец или баклажаны. Капельная система позволяет подавать автоматически и минеральные удобрения.

Рис.3. Электронное пусковое устройство

Изучать эффективность капельного полива мы с мамой начали на примере рассады перца (см.рис.4). Таким образом, один сорт овощной культуры выращивался в разных условиях. В данной связи, сразу стали видны наиболее благоприятные условия для роста рассады.

Левый горшок – рассада выращивалась на подоконнике с выходом на западную сторону при естественном освещение и капельном поливе. Средний горшок –  рассада выращивалась на подоконнике не отапливаемой террасы с  выходом окна на южную сторону при естественным освещении и традиционном поливе. Правый горшок – рассада выращивалась на подоконнике с выходом на западную сторону при естественном освещении и без капельного полива.

Рис.4. Экспериментальные образцы рассады перца.

В начале мая в теплицу мы высадили наиболее капризную культуру – томаты. На примере одного куста мы следили за его ростом. Через каждые две недели делались фотографии, представленные ниже. В ходе эксперимента куст хорошо набирал рост, показывал устойчивость к заболеваниям и вредителям. В июле месяце начали созревать первые плоды (см.рис.5).

Рис.5 Экспериментальные образцы рассады помидор.

Приведем расчет экономии воды при капельном поливе относительно традиционного.

При традиционной системе полива мы расходуем   1 лейку -10 литров воды на площадь 1кв.м. в день. На этой площади мы располагаем  4 растения томатов.  Следовательно на 1 растение приходиться 2,5 литра воды.

При капельном поливе мы расходуем половину бочки – 50 литров воды в день для полива 50 растений (в нашем парнике высаживается 50 томатов). Следовательно на 1 растение приходится 1 литр воды в день.

Экономия воды составляет 1,5 литра на 1 растение в день, т.е. примерно 60%.

В данной связи, по итогам проведенного исследования можно сделать вывод, что капельное орошение резко увеличивает урожайность, уменьшает время на полив, экономит воду и удобрения. Растения находятся в одинаковых, благоприятных условиях, а сорняки угнетаются. Капельный полив позволяет значительно увеличить интервалы между обработками почвы (рыхление, прополка). Учитывая изложенное, можно выделить основные положительные и отрицательные характеристики системы капельного орошения почвы в целом.

Выводы

В зависимости от водного режима растение может развивать огромную вегетативную массу, но не продукцию для питания, может образовать продукцию высокого качества или очень низкокачественную и не пригодную для хранения. При избытке воды или её недостатке растение может погибнуть. Путем регулирования водного режима (орошения при недостатке воды, осушение при её избытке) можно создать оптимальные условия для роста, развития растений и получения продукции необходимого количества, качества и назначения (для употребления в свежем виде, для кратковременного или длительно хранения, или для переработки).

Капельное орошение резко увеличивает урожайность, уменьшает время на полив, экономит воду и удобрения. Растения находятся в одинаковых, благоприятных условиях, а сорняки угнетаются. Капельный полив позволяет значительно увеличить интервалы между обработками почвы (рыхление, прополка).  

Основные преимущества капельного орошения при выращивании исследуемых овощных культур:

Список литературы

1. Ванеян С.С., Меньших А.М. Режим орошения, способы и техники полива овощных и бахчевых культур в различных зонах РФ.- М.: Издательство ГНУ ВНИИ овощеводства, 2021. – 84 с.
2. Курдюмов Н.И. Умный огород в деталях. – М.: Издательский дом «Владис», 2007. – 285 С.
3. Капельное орошение овощных культур // Журнал. Приусадебное хозяйство № 9 (сентябрь), 2021.

[1] Курдюмов Н.И. Умный огород в деталях. – М.: Издательский дом «Владис», 2007. – 285 С.

[2] Ванеян С.С., Меньших А.М. Режим орошения, способы и техники полива овощных и бахчевых культур в различных зонах РФ.- М.: Издательство ГНУ ВНИИ овощеводства, 2021. – 84 с.

[3] Ванеян С.С., Меньших А.М. Режим орошения, способы и техники полива овощных и бахчевых культур в различных зонах РФ.- М.: Издательство ГНУ ВНИИ овощеводства, 2021. – 84 с.

[4] Курдюмов Н.И. Умный огород в деталях. – М.: Издательский дом «Владис», 2007. – 285 С.

[5] Капельное орошение овощных культур // Журнал. Приусадебное хозяйство №9 (сентябрь), 2021.

[6] Капельное орошение овощных культур // Журнал. Приусадебное хозяйство №9 (сентябрь), 2021.

[7] Ванеян С.С., Меньших А.М. Режим орошения, способы и техники полива овощных и бахчевых культур в различных зонах РФ.- М.: Издательство ГНУ ВНИИ овощеводства, 2021. – 84 с.

[8] Ванеян С.С., Меньших А.М. Режим орошения, способы и техники полива овощных и бахчевых культур в различных зонах РФ.- М.: Издательство ГНУ ВНИИ овощеводства, 2021. – 84 с.