Микроирригация

К системам микроирригации традиционно относят капельное орошение, системы орошения на мини спринклерах и мини распылителях.

Микроирригация подразумевает использование такого метода орошения, при помощи которого можно медленно и часто подавать воду непосредственно в прикорневую зону растения. Медленная точечная подача воды при низком давлении, когда орошается только часть объема почвы прилегающая непосредственно к прикорневой зоне, позволяет получить максимальный эффект от орошения при сравнительно низком уровне стоимости систем водораспределения, а также уменьшения разброса параметров орошения для отдельных растений по сравнению с другими методами орошения.
Современные капельные ситемы работают при очень низких давлениях, начиная от 0,2-0,8 атмосферы, а системы на мини спринклерах, при давлении воды от 0,5 до 2,5 атм.
Такой низкий уровень давлений позволяет использовать экономные сети водораспределения с пластиковыми трубами относительно небольшого диаметра и недорогие насосные станции небольшой мощности для подачи воды в оросительную систему.
Микроирригация имеет уникальный потенциал для эффективного применения высокоточных систем автоматики и управления, для гибкой коррекции условий полива, свойств поливной воды и подачи с водой к растениям питательных веществ. Системы микроирригации, это чрезвычайно гибкий метод орошения, позволяющий при творческом подходе решить практически любую поставленную задачу. Эти системы могут быть приспособлены практически для любых культур в различных природно-климатических зонах. Микроирригация может использоваться и в сложных случаях, определяемых ландшафтом или видом и качеством почвы. Этот вид орошения можно использовать как в условиях горной или пересеченной местности, так и на проблемных почвах, как например каменистые, песчаные, тяжелые глинистые и т.д. Системы капельного орошения могут монтироваться на поверхности почвы, или подпочвенно.
Микроирригация может использоваться на большинстве сельскохозяйственных культур, хотя чаще всего в настоящее время применяется на таких культурах как овощи, декоративные растения, виноград, ягодники, ореховые и фруктовые сады и в теплицах, для выращивания любых культур.
Такие системы наиболее экономичны и эффективны также для посевов хлопка, сахарной кукурузы, корнеплодов, для интенсивного выращивания кормовых культур, а также в озеленении городов, парков, зон отдыха, травяных покрытий для отдыха и спорта, газонов и элементов ландшафтного дизайна.

Использование микроирригации активно расширяется во всем мире, и ожидается, что этот способ орошения будет являться приоритетным в обозримом будущем. При постоянно увеличивающемся водном дефиците и стоимости воды, а также необходимостью минимизации отрицательных последствий применения орошения для окружающей среды, технологии микроирригации играет очень важную роль. Микроирригация позволяет творчески использовать эффективные агротехнические приемы, экономить воду, удобрения и энергию. Это снимает множество проблем связанных с орошаемым сельским хозяйством сейчас и в будущем. Аграрии использующие микроирригацию постоянно ищут новые способы ее применения, например, использование очищенных сточных вод, солоноватых грунтовых вод, и других альтернативных источников воды. Это заставляет разработчиков оборудования постоянно искать новые технические и технологические решения для систем капельного и мини спринклерного орошения, создавать новые модели и разновидности оборудования, а также разрабатывать и внедрять оптимальные правила обслуживания и обеспечения надежности и долговечности работы оросительных систем.

В чем причина медленного внедрения подобных систем и технологий в России?

• Недостаточность и скудность агрономической и технической информации
• Отсутствие квалифицированных специалистов в области микроирригации
• Ограниченный выбор оборудования и аксессуаров
• Отсутствие навыков проектирования, применения и правильной эксплуатации оборудования систем микроорошения
• Низкая стоимость воды
• Отсутствие целенаправленных региональных и федеральных программ развития орошаемого земледелия

Тем не менее, за последние годы системы микроирригации, в частности капельное орошение, достаточно активно внедряются в основных аграрных регионах центра и юга России, в первую очередь в фермерских хозяйствах и на частных сельскохозяйственных предприятиях овощеводческого направления. Все более активно эти технологии применяются и на многолетних насаждениях. Лидером использования капельного орошения в садоводстве безусловно является хозяйство «Сад Гигант» в Краснодарском крае. Тем не менее, даже такие передовые хозяйства сталкиваются с рядом проблем, возникающих по причинам о которых говорилось выше.
Отсутствие опыта внедрения систем микроирригации в Российских условиях, а также отсутствие серьезных исследований в этой области применительно к природно-климатическим условиям России, порой приводят к тому, что хозяйства не получают ожидаемого эффекта от внедрения новинок, а иногда даже разочаровываются в результатах получаемых на практике.

Один из важнейших этапов внедрения – это этап обследования участка предназначенного для орошения и проектирование системы орошения.

Я знаком с некоторыми проектами выполненными в России, и хотел бы отметить не совсем верный подход к основным параметрам проектирования. Как правило, за основу берется исключительно норма полива, т.е количество воды из расчета на 1 гектар, без какого либо учета местных условий как природно-климатических, так и почвенных, а также состава и качества используемой воды.
Хотя норма полива безусловно является одним из важнейших показателей при проектировании, тем не менее пренебрежение другими важными параметрами часто приводит к ошибкам, которые будут явно видны только при уборке урожая. Да и использование норм полива рассчитанных для Калифорнии, Баварии или пустыни Негев, плохо согласуются с условиями Саратова, Краснодара или Новосибирска.

Требования для проектирования и эксплуатации оросительных систем в разных природно-климатических зонах, во влажном и сухом климате, на супесях, торфяниках, тяжелых суглинках или сверхмощных черноземах, могут значительно отличаться, а технологии и методы пригодные для одного региона не могут слепо копироваться и быть эффективными в другом.

Любая система орошения должна быть совместимой в первую очередь с местными условиями, а также с системой обработки почвы и уборки урожая, применительно к различным культурам. Применение микроирригации может потребовать новых более прогрессивных почвообрабатывающих технологий, машин и оборудования и даже разработки новых машин для обработки почвы, посевов и уборки урожая. Например, при выращивании картофеля, свеклы, лука, капельное орошение расположенное на поверхности почвы, может помешать традиционным способам уборки урожая с применением техники и потребует удаления трубок до уборки, или же необходима разработка новых способов и машин для уборки урожая. Капельные трубки могут быть размещены под почвой но это уже потребует перехода на технологию минимальной обработки почвы или перехода на систему постоянных высоких гряд, без изменения конфигурации поля в течении всего времени эксплуатации системы орошения (несколько лет или десятков лет).

В последние годы в первую очередь на юге России и вУкраине, широкое распространение получили так называемые "одноразовые ленты" для капельного орошения. Разработанные по технологиям максимально упрощающим и удешевляющим производство, такие "ленты" действительно способны работать не более одного сезона. Благодаря низкой стоимости они стали достаточно популярны. Однакоприменение таких лент приводит и к нежалательным последствиям. В странах с достаточно строгими законами касающимися защиты окружающей среды, фермеры покали в достаточно сложную ситуацию, связанную с утилизацией этих "одноразовых изделий". Например в Австралии, пришлось построить завод для утилизации использованных лент и шлангов. И теперь многие фермеры задумываются о реконструкции своих систем орошения для того, чтобы сделать их максимально долговечными, так как сбор использованных лент, их соответствующая упаковка и отправка на утилизацию, стоят порой дороже новых трубок капельного орошения, а штрафы за загрязнение окружающей среды непомерно велики.

Глубокое понимание уникальных преимуществ и недостатков систем микроирригации, необходимо для успешной разработки и эксплуатации этих систем. Как и у любых других методов орошения, у микроирригации есть положительные и отрицательные факторы, влияющие на планирование, эффективность, урожайность, экологию и экономику орошения.

Если микроирригация на основе капельного орошения уже достаточно широко известна в России и Украине, то системы малообъемного орошения на основе малообъемных спринклеров и мини спринклеров, практически не используются в первую очередь из за незнания свойств и возможностей подобных устройств. В мире, достаточно широко используются такие системы, особенно для многолетних насаждений.

Надежность систем микроирригации.

Надежность работы эмитентов (капельных или спринклерных), это серьезная проблема и наиболее серьезное ограничение долговечности любой системы микроирригации. Низкое качество физических, биологических и химических свойств воды может привести к серьезным проблемам надежности. Наиболее критические аспекты, влияющие на надежность системы – это конструкция эмитента, качество фильтрации и химический состав воды. Действие этих факторов на эксплуатационные характеристики, включая загрязнение (засорение эмитентов) системы имеет основное значение для надежности. Тем не менее, выбор конструкции эмитента, это один из важнейших моментов, определяющих долговечность и надежность системы, а также объем профилактических мероприятий в процессе обслуживания.

Причины отказов

Отказы в системах микроирригации происходят по нескольким причинам.

К физическим причинам относятся:

• проникновение коллоидной глины и мелкодисперсного ила,
• мелкие механические частицы, проходящие через фильтры,
• механические повреждения труб,

Для подземных систем капельного орошения следует учитывать следующие причины:

• Проникновение корней,
• проникновение частиц почвы в отверстия эмитента (капельницы) при сбросе давления воды в системе.

Химические причины:

• осадки карбонатов, железных и марганцевых оксидов,
• осадки компонентов минеральных удобрений при неправильном применении фертигации или подборе удобрений.

Органические и биологические причины:

• маслянистые или подобные загрязнения,
• водоросли,
• водные сорняки,
• планктон, рыба, лягушки,
• насекомые, пауки,
• грибки и бактерии.

Очень низкое давление в системе и малые объемы расхода воды, при использовании неподходящих для этих целей эмитентов, также могут создавать проблемы надежности. (Например при использовании тонкостенных лент и трубок, рассчитанных на давление не выше 0,5-1,0 атм.)

Обеспечение надежности.

Механические осадки.

Для надежной работы, требуются периодические промывки системы, предохраняющие эмитенты от засорения постепенно накапливающимися в трубах механическими осадками. Скорость промывки должна быть достаточно высокий (не менее 0.6 м/сек), чтобы надежно удалять механические загрязнения из капельных трубок. Промывки должна быть более частыми, если вода содержит значительное количество механических примесей. Применение повехностно активных веществ или таких веществ как гексаметофосфат натрия, могут уменьшить возможность засорения, позволяя большей части мелких механических частиц проходить через эмитенты, облегчая промывку трубок.
Целесообразно при проектировании, предусматривать автоматическую систему промывки, позволяющую настраивать ее под конкретные условия эксплуатации с учетом качества воды.

Водоросли и бактериальные слизи.

Хлорирование является наиболее общим и наименее дорогим методом, предохраняющим систему от отложения на стенках труб и эмитентах биологических образований (водоросли, простейшие, серные и железистые бактерии и другие слизистые организмы). Железо, сера и марганец, способствуют развитию бактерий. Нейтрализовать их действие можно хлорированием, продувками воздухом или использованием полифосфатов.

Химические отложения.

Химические осадки образуются оксидами и сульфидами железа, углекислым кальцием, и оксидами марганца. Такие проблемы чаще наблюдаются при использовании подземных источников воды. Вода из артезианских скважин обычно достаточно сильно минерализована и при ее использовании нужно очень внимательно подходить к изучению ее минерального состава, чтобы изначально предусмотреть меры нейтрализующие ее отрицательное влияние на работу оросительной системы еще на стадии проектирования. Часто, минерализованная вода попадая на поверхность, может изменять свои свойства. Возможны изменения pH воды, температуры, давления, растворенного кислорода. Хлорирования и использования других химических добавок в поливную воду, при взаимодействии с содержащимися в ней минералами могут создать условия для образования химических осадков. Соли кальция образуют осадок белого цвета, оксиды железа бурого, оксиды марганца и сульфиды железа черного цвета.
При концентрации железа в оросительной воде свыше 0.15-0.22 мг/л. можно ожидать выпадения окислов железа, если pH воды превышает 5,0. Та же продлема существует для оксидов марганца, при pH воды 9,0 или выше. Хлорирование можно рассматривать как эффективный способ борьбы с проблемой. Хлорирование также убивает бактерии, образующие слизистый налет в трубах. Общие рекомендации по дозировке хлора - 1,0 - 1.33 ppm. Вводить хлор в воду необходимо до того, как вода попадает в систему фильтрации, для отделения образующихся осадков.
Проблемы с кальцием и магнием решаются подкислением воды до pH 6.0 - 6.6. При использовании подземных источников, рекомендуется отстаивать воду некоторое время в прудах или водосборниках, что способствует окислению содержащихся в них солей естественным путем и осаждение их до использования в системе орошения. Для активизации окислительных процессов, эффективно проводить аэрацию воды, что приводит к достаточно быстрому окислению солей железа и марганца.
Для предотвращения нежелательных последствий при добавлении различных химических веществ, включая удобрения в оросительную воду, нужно также учитывать их совместимость и концентрацию. При добавлении концентрированных веществ, нужно дать возможность им хорошо перемешаться с водой, а такие вещества как хлор и кислота, нужно вводить в трубопровод через инжекторы расположенные не ближе полутора метров друг от друга.

Химические вещества и препараты.

Добавление химических веществ и препаратов необходимо для стабильной и надежной работы системы микроирригации, а также для подачи с поливной водой необходимых растениям питательных веществ, а также пестицидов. К химическим добавкам относятся: хлорирование, добавление удобрений, кислот, пестицидов и т.д.
Использование химических веществ в системах микроирригации требует глубокого понимания свойств и состава воды, добавляемых химических веществ, возможности взаимодействия различных химических веществ между собой и исходя из этого, требуется четкая постановка целей, которые планируется достичь.

Микроирригация обладает огромными преимуществами в плане дозированного применения химических веществ. Грамотная добавка питательных веществ подающихся к корневой системе растений с поливной водой, при условии точной дозировки химических компонентов соответствующей потребностям растений, значительно повышает эффективность использования удобрений и воды, способствует увеличению урожайности и качества продукции, а также уменьшает совокупные затраты на единицу продукции. Системные пестициды и некоторые фумиганты могут использоваться в микроирригации с очень высокой эффективностью.

При использовании химических веществ и средств защиты растений в системах орошения, необходимо строго соблюдать правила безопасности. Это относится к конструкции системы орошения, предусматривающей ряд технических решений, обеспечивающих защиту от попадания агрессивных и токсичных веществ в окружающую среду и водные источники, а также надежную защиту обслуживающего персонала.

Концентрация добавок не должны превышать 0.1%. Хлор и пестициды желательно вводить еще в более низких концентрациях. Кроме того, необходимо удостовериться, что все химические вещества, добавляемые одновременно - совместимы друг с другом и не приведут к нежелательным последствиям. Некоторые комбинации химических веществ например, нитрат кальция и фосфорная кислота приведут к немедленному возникновению нерастворимых осадков и могут привести к серьезным проблемам. Применение эмульсионных и порошковых нерастворимые в воде пестицидов, может потребовать специальных технических решений, например установки специальных баков-эмульгаторов или механических смесителей, чтобы создавать однородные смеси и уменьшить вероятность отказов. Применять такие вещества можно только в случае острой необходимости.
После введения химических веществ, оросительная вода обязательно должна пройти фильтрацию. Удобрения и другие химикаты, кроме хлора, не должно никогда оставаться в системе, если система не работает. Добавки пестицидов и удобрений должны производиться небольшими, частыми дозами, которые подаются во время очередных интервалов орошения, соответствующих запланированным нормам полива. Рекомендуется следующий режим: одна четверть времени – чистая вода, половина времени полива – полив с химическими добавками и последняя четверть цикла полива – чистая вода.

Фертигация

Фертигация через системы микроирригации очень эффективна как в сухих, так и влажных регионах, когда питательные вещества и другие соли подаются непосредственно в периметр зоны увлажнения. Такой способ внесения удобрений позволяет всегда получить быструю положительную реакцию растений, а также максимальное усвоение растениями питательных веществ. Фертигация, чрезвычайно эффективна на бедных и песчаных почвах с низким содержанием минеральных солей. При проектировании систем микроирригации необходимо всегда предусматривать устройства для фертигации, чтобы реально использовать все преимущества этого вида орошения.

Необходимо очень внимательно подходить к вопросам фертигации еще на этапе проектирования системы, с учетом почв, выращиваемых культур, состава и качества воды используемых для орошения, доступных видов удобрений и химикатов. Системы микроирригации увлажняют только небольшой объем почвы непосредственно в прикорневой зоне растений, поэтому точный состав и дозировки удобрений должны учитывать весь комплекс факторов для каждой стадии развития растений.
Для обеспечения сбалансированного питания растений, программа фертигации должна предусматривать и возможность внесения микроэлементов. Необходимо проводить периодические анализы содержания питательных веществ в растениях методом листовой диагностики. Обычный почвенный анализ нельзя рассматривать как полностью достоверный из за неравномерного содержания питательных веществ в почве даже в пределах одного отобранного образца.

Применение фертигации может вызывать и нежелательные явления, связанные с изменением кислотного баланса почвы, а также проблемы, связанные с применением некоторых видов плохо растворимых удобрений или удобрений способных образовывать нерастворимый осадок в смеси с другими веществами, что может привести к засорению системы. Наиболее часто проблемы могут возникать при низкой кислотности воды - pH 7,5 и выше, а также при применении некоторых фосфорных удобрений. Целесообразно периодически вводить в систему ортофосфорную кислоту, или же использовать ее для создания кислотного баланса оросительной воды. Фосфорные удобрения можно добавлять, только если pH воды не более чем 6.6.

Некоторые микроэлементы, как например, бор должны добавляться с большой осторожностью в микродозах так как незначительная ошибка или сбой могут привести к отравлению растений. Нужно учитывать и другие факторы, когда избыток одного элемента может вызывать дефицит другого, например избыток железа может вызвать дефицит марганца.

В целом, системы микроирригации следует рассматривать как наиболее прогрессивный и эффективный метод орошения, позволяющий практически индивидуально работать с растениями и обеспечивать для них оптимальный режим жизни. Возможность широчайшего изменения и регулирования всех параметров орошения, начиная от периодичности и интенсивности поливов до глубоких и комплексных корректировок состава воды, позволяет создавать оптимальный режим жизнеобеспечения сельскохозяйственных культур и резко повышать урожайность и общую экономическую эффективность сельского хозяйства. Микроирригация – это способ до минимума сократить влияние внешних природных факторов – наличие и равномерность осадков, влияние свойств почвы и других факторов на продуктивность растений.

Несмотря на то, что на первый взгляд микроирригация кажется достаточно сложной, этот способ орошения однозначно является предпочтительным при выборе способа орошения сельскохозяйственных культур.
Сельскохозяйственные технологии и в первую очередь технологии ирригации не стоят на месте. Аграрии всего мира поняли, что ключ к успеху, способ ведения интенсивного земледелия во многом заключается в удовлетворении потребности растений в воде и питательных веществах. Чем точнее мы будем работать с растениями, чем полнее удовлетворять их потребности, тем больший урожай и лучшего качества сможем получить с каждого квадратного метра сельхозугодий. Сельское хозяйство не может развиваться на экстенсивных принципах. Микроирригация при комплексном ее применении, решает все эти задачи и что самое немаловажное, позволяет расходовать на единицу получаемого урожая минимальное количество природных ресурсов и энергии. Будущее сельского хозяйства именно за такими технологиями.