Современные сенсоры дают возможность управлять работой оросительной техники, подстраивая ее под потребности сельхозкультуры.
Сельхозпроизводители обладают технической возможностью удовлетворить потребность растения влагой в необходимом объеме. Сейчас мы говорим о площадях под орошением. Однако при реализации технической возможности на практике возникает ряд проблем: во-первых, воды выливается слишком много, а во-вторых, делается это не всегда вовремя. Подача каждого кубического метра воды в оросительную систему стоит денег, а избыточное увлажнение приводит к уменьшению запасов воды и вымывания питательных веществ из прикорневой зоны растений.
Основная тенденция в сфере орошения - применение многоопорных дождевальных установок. Для дождевальных машин характерно увеличение габаритов, что позволяет увеличить длину и ширину орошаемых полос. Капельное орошение считается самым эффективным способом орошения, но пока сфера его применения, по-прежнему ограничивается специальными культурами. Основная причина - более высокий уровень расходов по сравнению с традиционными технологиями орошения.
Считаем и измеряем
Определить потребность растений во влаге можно с помощью трех основных методов:
- расчет водного баланса с учетом почвенно-климатических факторов;
- использование сенсоров для определения фактической влажности почвы;
- прямое определение фактического состояния растений.
Однако на практике широко используются только два первых методы. Их мы и рассмотрим ниже более подробно. Метод измерения потребности самого растения во влаге пока не готов для практического применения. Методические подходы к решению этой проблемы разнообразны: от инфракрасной термографии, определение содержания влаги в самом растении или в определенных ее частях к измерению осмотического давления в клетках листа (тургор).
Водный баланс
Водный баланс определяет равновесие между водой, поступающей в почву с атмосферными осадками, а также при орошении, и той, которую растения используют для своего роста и теряют в результате испарения. На основании грунтовых данных и сведений об объеме осадков, которые выпадают, можно расчетным способом определить запасы влаги в почве.
Если поступление влаги с осадками больше, чем ее расход, то баланс положительный, и влажность почвы повышается.
Если количество воды, испарившейся превышает количество выпавших осадков, влажность почвы, снижается. В этом случае баланс будет отрицательным.
При достижении определенного порогового значения следует начинать проводить орошения. Для расчета водного баланса необходимы ежедневные данные о потере воды вследствие испарения, объем осадков и водопотребления культуры.
Данные по испарению с поверхности почвы можно получить на метеостанции, по водопотреблению сельхозкультур - найти в справочной литературе. Ежедневный объем осадков можно измерять самостоятельно или узнавать на метеостанции.
Сенсоры влажности
Сначала как инструменты для определения содержания влаги в почве использовали тензиометры, датчики влажности почвы Watermark или гипсовые блоки.
Тензиометр включает в себя заполненную водой пластиковую трубку, на нижней стороне которой закреплен датчик в виде наконечника из пористой глины или керамики, а на верхней - манометр. Наконечник помещается в почву. Заполненная водой трубка контактирует с почвой через наконечник. При уменьшении влажности почвы возрастает напряжение всасывания. Через наконечник, вода будет высасываться из пластиковой трубки, в Тензиометре увеличится разрежение, которое будет зафиксировано манометром.
Датчики влажности почвы Watermark измеряют электрическое сопротивление грунта. В гипсовых блоках также фиксируется электрическое сопротивление. В зависимости от влажности окружающей среды меняется и влажность гипсового блока, а следовательно, и его электрическое сопротивление. На сегодня применяются главным образом емкостные датчики. Такой датчик — это электрический конденсатор, емкость которого зависит от материала (диэлектрика), расположенного между двумя его пластинами, а в нашем случае - от его влажности. В зависимости от изменения емкости конденсатора (то есть от изменения влажности окружающей среды) в цепи меняется частота электрического тока, по которой определяется значение влажности. Этому значению соответствует актуальное содержание воды в миллиметрах в каждом почвенном слое. Что касается получения данных о потреблении растениями влаги в прикорневой зоне за определенный период, то эти цифры легко рассчитываются как разница двух измерений. Несколько лет назад на рынке появились емкостные сенсоры TriScan. Кроме данных о наличии влаги в почве (объемная влажность), они могут предоставлять информацию и по ее минерализации, по которой косвенно можно сделать вывод об обеспечении растений питательными веществами.
Управление орошением
Автоматизация работы оросительных систем началась с появления установок с программно-временным управлением, которые включают полив через заданный интервал времени, а затем, тоже через заданный интервал, ее автоматически отключали. Относительно недавно появились системы дистанционного управления, действующие с помощью смартфона или планшетного компьютера. Усовершенствовать эти системы можно путем интеграции планирования орошения, включая в их состав грунтовые сенсоры для определения влажности или метеостанции. Это позволяет улучшить процесс орошения и повысить эффективность использования воды. Здесь используются стандартные принципы работы автоматических систем.
Техника для орошения
Короткоструйные шланговые дождевальные установки. Предназначены для использования на небольших площадях в овощеводстве открытого грунта и для дождевания посадок раннего картофеля и плодовых культур ранней весной против заморозков. Недостаток: большая трудоемкость обслуживания во время работы. Преимущество: возможность использования очень небольших норм воды.
Среднеструйные дождевальные установки. Расходы на приобретение этого типа техники относительно небольшие, однако трудоемкость их обслуживания во время работы достаточно высока. Стоит отметить и тот факт, что эти установки не всегда в полной мере могут обеспечить необходимое качество равномерности полива. Кроме этого, высокий и уровень потери воды.
Длинно струйные дождевальные установки. Благодаря большой длине шлангов (от 300 до 600 м) и немалой рабочей ширине захвата (до 75 м) эти агрегаты являются гибким инструментом для орошения полей независимо от их размера и формы. Трудоемкость обеспечения полива достаточно высокая, потери воды - низкие. Такие установки могут комплектоваться длинно струйными дождевальными стволами и лафетами с переменным углом наклона. Благодаря этому можно значительно улучшить равномерность полива. На сегодня в Германии это наиболее распространенный тип дождевальных машин.
Линейные и круговые дождевальные установки. Наименьшая трудоемкость обеспечения полива, крайне низкие потери воды, непрерывный режим работы, возможность автоматизации характерны прежде всего для круговых установок. Однако эти установки выдвигают серьезные требования к размерам и форме полей. Поэтому они и не получили широкого распространения. Кроме того, земли, на которых планируется использовать эти стационарные дождевальные установки, должны быть либо в собственности хозяйства, или в долгосрочной аренде.
Капельное орошение. Эта технология с успехом применяется в овощеводстве и плодоводстве. Основное преимущество: снижение риска возникновения грибных заболеваний ввиду отсутствия поверхностного орошения верхних частей растений. Одновременно с этим питательные вещества можно подводить непосредственно к растениям. К плюсам также относятся малые потери воды, хорошая равномерность полива и возможность автоматизации процесса управления. Кроме этого, надпочвенное внесение воды позволяет начать полив в более ранние сроки. Однако имеются и минусы: высокая трудоемкость и стоимость прокладки и демонтажа системы.
Дифференцированное орошение
Этот тип орошения получил широкое применение при использовании круговых и линейных дождевальных установок. Такие агрегаты способны охватить участки площадью от 20 до 85 га. Для управления распределением воды по площади на этих установках смонтировано ротационные форсунки с ударно-отражательным диском, запускаемые электромагнитными клапанами. С использованием дождевальных установок с управляемыми форсунками возник и новый термин Variable Rate Irrigation, или VRI - «технология переменного объема орошения». Стоит отметить, что некоторые производители сегодня предлагают дождевальные установки с пневматическими клапанами для управления форсунками. Наряду с возможностью четкой дифференциации объема подачи воды на тот или иной участок в зависимости от конкретных грунтовых условий, управляемые форсунки позволяют орошать одной дождевальной установкой сразу несколько различных культур, исходя из их потребности во влаге. При прохождении участков защитных полос или дорог можно полностью перекрыть подачу воды с помощью клапанов внутри контура орошения.
Объем орошения участка можно регулировать не только за счет отключения форсунок, но и благодаря изменению рабочей скорости перемещения дождевальной установки по полю. При применении широкозахватных круговых установок основная задача заключается в определении участков, требующих наибольшего орошения, чтобы другие площади не были переувлажненные.
При дифференцированном орошении каждый сектор получает столько влаги, сколько нужно, поэтому экономятся вода и энергия.
Особое значение технологии дифференцированного орошения приобретают тогда, когда вместе с водой предусматривается внесение удобрений. При такой технологии нет необходимости лишний раз «гонять» трактор по полю с разбрасывателем или опрыскивателем для подкормки, а удобрение даже в небольших дозах попадает в растения вместе с необходимым количеством воды.
Вместо заключения
Орошение сельхозугодий и внесение удобрений - это технологические операции в растениеводстве, требующиезнания и опыт. На каждом этапе развития, растение требует интенсивного орошения. Примером могут служить фазы, когда идет формирование вторичной корневой системы. При наличии доступной поверхностной влаги, в растении не будет стимулировано активное формирование вторичной корневой системы и «углубление».
В то же время, если говорить о практическом применении орошения, то в последние годы управлять этим процессом стало гораздо проще. Сейчас уже по умолчанию считается, что ирригационная система должна иметь удобную систему управления. Однако, несмотря на это, многие хозяйства еще работают по старинке. Конечно, дифференцированный полив пока однозначно востребован только в регионах, где затраты на воду для орошения большие. Как, например, в Австралии, где воду часто приходится скачивать с огромной глубины. В остальных случаях обоснованность перехода на дифференцированное орошения придется доказывать индивидуально для каждого хозяйства. Впрочем, это же можно сказать и о других элементах технологии точного земледелия: дифференцированную сев, внесение минеральных удобрений и применения СЗР.
