Струйно-шурфовой метод полива — три новых варианта орошения
Текст: А. Ю. Ваулин, канд. с.-х. наук, доцент ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ
Существующие на сегодня способы полива древесных, кустарниковых культур и винограда не всегда можно назвать особенно рациональными и эффективными. Новый метод предлагает совместить плюсы уже существующих способов и минимизировать их недостатки.
В мире орошается более 300 млн га посевов сельскохозяйственных культур, что составляет 18% от общего их объема, но полноценным дренажом оснащено только 66 млн га. Закономерно, что на основной массе орошаемых площадей возникают проблемные процессы засоления и заболачивания, что значительно снижает их продуктивность. Ситуация усугубляется тем, что из-за комплекса неблагоприятных факторов в мире все сильнее обостряется проблема ресурсов пресной воды, поэтому приемы и методы, позволяющие более эффективно использовать поливные земли и воду при орошении, очень актуальны.
В Южно-Уральском ГАУ разработан и запатентован новый инновационный струйно-шурфовой метод полива. Он имеет широкий перечень преимуществ при орошении плодовых, древесных декоративных культур и винограда.
Новый способ по своим техническим возможностям не уступает самому современному варианту полива — капельному, но значительно дешевле и надежнее и, что особенно важно, позволяет получать на поливаемой плантации биологически полноценную органическую продукцию.
НЕДОСТАТКИ И ПЕРСПЕКТИВЫ
В настоящее время дождевание — самый распространенный способ орошения. Другое дело, что он редко применяется для древесных, кустарниковых культур и винограда. Этому, во-первых, препятствует крупный габитус растений данной группы, что не позволяет использовать для полива обычные широкозахватные дождевальные машины с высокой производительностью. Во-вторых, все эти культуры долго находятся на одном месте, что ощутимо увеличивает инфекционный фон, так что дождевание сильно усугубляет проблему, катастрофически увеличивая степень поражения растений болезнями. В-третьих, при таком способе полива очень велики потери воды при испарении. В-четверых, имеется опасность водной эрозии почвы. Наконец, в-пятых, разрушение оросительными каплями поверхностных почвенных агрегатов приводит к образованию корки на поверхности почвы после ее высыхания. Три из ныне существующих вариантов подземного способа полива также редко применяются для орошения этой группы культур, так как имеют низкую надежность. Так, возможно зарастание корнями водовыпускных отверстий подпочвенных оросительных труб. Подземный способ имеет ограничения и по месту, так как осуществляется только на осушенных участках и там, где не засолены грунтовые воды. Кроме того, машинные способы имеют низкую производительность и высокую себестоимость.
На промышленных плодовых, ягодных и виноградных плантациях основным на данный момент является поверхностный способ полива. Но этот самый старый метод имеет также много серьезных недостатков. Первый — это очень явная неравномерность полива участка: в начало поливаемого ряда поступает значительно больше воды, чем в конец. Второй недостаток связан с первым и выражается в большом количестве воды, которая под действием гравитации просачивается в нижние горизонты, ухудшает аэрацию почвы и вызывает подъем уровня грунтовых вод, что может провоцировать заболачивание и вторичное засоление участка. Третий недостаток также закономерно вытекает из технического осуществления полива, при котором возможны только очень большие поливные нормы, при этом значительная часть воды используется нерационально, принося поливаемому участку больше вреда, чем пользы. Кроме того, поверхностный полив всегда сопровождается сильной водной эрозией почвы, еще более интенсивной, чем при дождевании. Также этот способ всегда сопровождается сильным заиливанием почвенных горизонтов, что значительно ухудшает их аэрацию и водопропускную способность. Еще один недостаток заключается в большой его трудоемкости. Столь обширный список недостатков заставляет аграриев в богатых странах с развитым сельским хозяйством использовать капельный полив.
Сейчас он считается самым совершенным способом для древесных, кустарниковых культур и винограда. Среди его преимуществ можно выделить высокую равномерность полива участка, возможность установления любой поливной нормы, практически полную автоматизацию процесса. Несмотря на это, в экономически слабо развитых странах он не находит широкого распространения из-за высокой стоимости оборудования и оснащения, эксплуатационной недолговечности. Кроме того, подача с поливной водой минеральных удобрений не позволяет при этом способе получить биологически полноценную органическую продукцию.
Тщательный многоаспектный анализ достоинств и недостатков существующих способов позволил смоделировать схему нового варианта полива.
По своим техническим возможностям он не уступает капельному варианту, значительно дешевле него в оснащении и уходе и несравнимо долговечнее. И, самое главное, за счет интенсивной стимуляции ризосферного питания поливаемых растений он позволяет получать от них биологически полноценную органическую продукцию.
СТРУЙНО-ШУРФОВОЙ МЕТОД
Разработанный и предлагаемый новый струйно-шурфовой метод полива заключается в подаче воды в расположенные через определенное расстояние шурфовые отверстия в почве, поэтому его можно отнести к группе подпочвенных поливов. В настоящее время в Российской Федерации в этой группе зарегистрировано три варианта. Первый подразумевает технические способы подпочвенного орошения по уложенным в почве на некоторой глубине искусственным трубам. Второй вариант — подпочвенное орошение за счет подъема и регулирования уровня пресных грунтовых вод на осушенных землях. К третьему варианту относятся машинные способы подпочвенного орошения. Струйно-шурфовой способ полива очевидно можно считать четвертым вариантом подпочвенного способа полива, так как он по концепции осуществления и техническому решению отличается от уже известных методов этой группы.
Было разработано три варианта нового способа полива: первый — стационарный напорный, второй — мобильный напорный и третий — мобильный самотечный.
СТАЦИОНАРНЫЙ НАПОРНЫЙ ВАРИАНТ
При таком способе вода от насосной станции после очистки на механических фильтрах поступает в магистральные трубопроводы, потом — в распределительные трубопроводы различных уровней, после чего — в концевые распределительные шланги (1) (рис. 1), уложенные с двух сторон от ряда поливаемых растений. Поливная вода струей через водовыпуски (2) подается в шурфовые отверстия с дренажным органическим материалом (3).
Размер отверстий водовыпусков на концевых распределительных шлангах постепенно увеличивается для обеспечения равномерной подачи поливной воды по всей протяженности ряда.
Водоприемные шурфовые отверстия располагаются на поливаемом участке вправо и влево на расстоянии 0,7–1 м от ряда поливаемых растений в зависимости от ширины междурядья или конструкции шпалер. Расстояние между шурфовыми отверстиями вдоль ряда зависит от механического состава почвы на поливаемом участке и может варьироваться от 1,5 м на супесчаных почвах до 3 м на глинистых. Глубина шурфовых отверстий также зависит от механического состава почвы и колеблется от 40 до 80 см. Для достаточной водоприемной способности на разных почвах диаметр шурфовых отверстий может быть от 15 до 30 см. Для предохранения от обрушивания и размывания они заполняются органическими дренажными материалами. Эти материалы хорошо пропускают влагу, стимулируют биологическую активность почвы, но не позволяют зимой холоду проникнуть в глубокие слои почвы и повреждать корневую систему растений.
Из шурфовых отверстий поливная вода под действием менисковых сил поступает во все почвенные горизонты с минимальными потерями на испарение. Так как значительная часть воды просачивается в более глубокие почвенные горизонты, это закономерно способствует формированию у поливаемых новым способом растений более глубокой и мощной корневой системы.
Цикличность поливов даже при капельном орошении положительно влияет на аэрирование почвенных горизонтов. Наличие шурфовых отверстий у нового способа обеспечивает более интенсивную пульсацию водной и газовых сред в широком диапазоне почвенных горизонтов, что улучшает аэрацию и благоприятно сказывается на биоценозе. Способ также помогает восстановить плодородие участка за счет значительной активизации природного (ризосферного) типа питания растений, запустить естественные механизмы саморегулирования агофитоценоза и создает возможность выращивания биологически полноценной органической продукции.
Даже при поверхностном способе полива применение ямок в поливных бороздах позволяет уменьшить потери весенних и ливневых вод. За счет шурфовых отверстий закономерна значительно большая водопоглотительная способность нового способа полива, что позволяет более эффективно использовать природные осадки и экономить значительные объемы поливной воды. Кроме этого на поливаемом участке практически полностью исключается водная эрозия, которая составляет серьезную проблему при поверхностных способах полива и дождевании.
Новый способ полива, как и капельный, позволяет обеспечить любую поливную норму с высокой равномерностью распределения воды по поливаемому участку и ее почвенному профилю, причем со значительно большей равномерностью, особенно по последнему аспекту, чем при капельном орошении (рис. 2).
При желании способ обеспечивает также и возможность внесения с поливной водой органических удобрений для интенсификации режима питания растений.
Отсутствие капель на листьях кроны растений и на основной поверхности почвы позволяет эффективно сдерживать развитие болезней и сорняков на поливаемом участке.
СТАЦИОНАРНЫЙ ВАРИАНТ
В этом случае струйно-шурфовой способ полностью автоматизирован, как и довольно дорогой по оснастке капельный полив. Поэтому для него разработан значительно более дешевый мобильный напорный вариант (рис. 3). Удешевление происходит за счет перемещения поливной оснастки с одной рабочей позиции на другую с помощью специальных тележек, на которые она сматывается после полива.
Вариант, конечно, более трудоемкий, чем стационарный, но с экономической точки зрения это чаще вполне оправдано.
Сравнительно большой диаметр отверстий водовыпусков нового способа полива значительно снижает затраты на очистку поливной воды от механических примесей. Калиброванные водовыпуски в поливной системе струйно-шурфового способа несравнимо надежнее, долговечнее и дешевле, чем капельницы. Кроме того, их нужно в несколько раз меньше на единицу поливаемой площади.
САМОТЕЧНЫЙ ВАРИАНТ
Так как пока во многих странах основным остается поверхностный способ полива, у нового способа был разработан еще и мобильный самотечный вариант (рис. 4).
Он позволяет применять новый струйно-шурфовой способ, используя имеющуюся на орошаемых участках канальную сеть для поверхностного полива без ее реконструкции и дополнительного насосного оборудования. Осуществляется это посредством длинного заборного приспособления, уложенного в подводящий канал. Из него вода по пожарным рукавам подается в концевые распределительные шланги, уложенные ниже по элементам рельефа, для обеспечения самотечного движения воды в оснастке системы на определенное число рядов. После проведения полива с нужной поливной нормой на участке оснастка системы сматывается на специальные тележки и перемещается на новую позицию.
Мобильный самотечный вариант более трудоемок, чем стационарный, но он несравнимо дешевле в расчете на единицу поливаемой площади. Скорее всего, в современной рыночной экономике именно он и будет востребован в первую очередь небольшими фермерскими хозяйствами.
Приобретя на несколько хозяйств одну мобильную установку, фермеры смогут своими силами обеспечить орошение на площади от 30 до 60 га — в зависимости от оросительных норм выращиваемых культур. Применение ими нового способа полива обеспечит создание значительно лучших условий для развития растений и роста их продуктивности, несмотря на кратное уменьшение расхода поливной воды. При необходимости создавшийся резерв поливной воды можно будет пустить в ближайшие годы на значительное расширение поливных площадей сельскохозяйственных культур в данной местности.