Підземне краплинне зрошення – новий тренд, викликаний кліматичними змінами

Новим трендом у зрошувальному землеробстві України, зокрема в мікрозрошенні, є підземний крапельний полив — крапельні системи SDI (Subsurface Drip Irrigation). Останні два-три роки все більше с.-г. виробників, уже маючи значний теоретичний і практичний досвід із наземного крапельного поливу, застосовують підземне крапельне зрошення. На сьогодні це ще новизна в технологіях зрошення і є одним із передових методів іригації с.-г. культур.

 

 

 

 

Переваги

Підземне крапельне зрошення є різновидом традиційного (наземного), за якого крапельні лінії розташовані під поверхнею ґрунту й перебувають у такому положенні постійно протягом усього терміну експлуатації. Глибина укладання та відстань між крапельними лінія­ми залежать від особливостей вирощуваної культури, типу та способу обробітку ґрунту.

Використання підземного крапельного зрошення має багато переваг під час вирощування с.-г. культур, порівняно як із поливом методом дощування, так і з наземним крапельним зрошенням:

тривалий термін експлуатації (від 7 до 10–15 років) без потреби сезонного монтажу й демонтажу обладнання (систем розподільчих магістралей і крапельних ліній);

практичне зведення до нуля поверхневого випаровування, ґрунт на поверхні залишається сухим, покращується газообмін кореневмісного шару ґрунту;

рівень вологості під листяним покривом знижується і мінімі­зується ризик загнивання, утворення патогенних мікроорганізмів і хвороб, пригнічується ріст бур’янів;

забезпечується повноцінне живлення водою кореневої зони рослин, що в поєд­нанні з неможливістю випаровування та поверхового стоку створює передумови для економії поливної води навіть порівняно з традиційним крапельним зрошенням. У міру розростання кореневої системи вглиб полив проводять із меншими експозиціями, адже корені рослин уже перебувають у безпосередній близькості до крапельниць;

знижуються витрати на добрива, оскільки поживні речовини потрапляють безпосередньо в кореневу систему рослин, не відбувається їхнє вимивання й збільшуєть­ся поглинання рослинами;

зниження витрат на технічне обслуговування;

можливість використання однієї системи для поливу декількох видів культур;

зменшення пошкоджень тваринами, людьми, технікою, спрощується поверхневий обробіток ґрунту, створюються умови для безпечного пересування сільськогосподарської техніки.

Основною особливістю підземного зрошення SDI є те, що його застосування дає змогу здійснити точне внесення води, поживних речовин і інших агрохімічних продуктів безпосередньо в кореневу зону рослин, що сприяє підвищенню якості та кількості врожаю. До того ж вода після виходу з емітера поширюється під землею як вниз, під дією гравітації, так і вгору та вбік — під дією капілярних сил. У результаті цього утворюється суцільна волога зона як уздовж ряд­ків рослин, так і за шириною міжрядь. І водночас унеможливлюється заповнення ґрунтових пор водою — вони залишаються заповненими повітрям, що створює потрібний для рослин водно-повітряний баланс.

За практичними спостереженнями, за укладання крапельної трубки з інтервалом 1,5 м зони промочування змикаються повніс­тю, а поверхня ґрунту залишається сухою як у рядах, так і в міжряддях.

 

Недоліки

Слід зазначити, що застосування систем крапельного зрошення SDI має свої особливості та обмежувальні чинники:

вища початкова вартість;

вищі вимоги до технічного обслуговування та правильної експлуатації;

обов’язкове використання GPS під час монтажу та експлуатації;

порівняно тривалий час інсталяції;

можливі ускладнення в період проростання насіння (за відсутності капілярного підіймання води) — потрібен триваліший перший полив для доброго зволоження верхніх шарів ґрунту;

складність моніторингу технічного стану системи, зважаючи на її підземне розташування;

обов’язковий контроль гризунів.

Що стосується початкових інвестицій у підземне зрошення, то вони, за даними компаній, що займаються проєктуванням і будів­ництвом крапельних систем SDI в Україні, приблизно у 1,5 рази вищі порівняно з наземним і дощувальними машинами. Але в процесі експлуатації, завдяки низьким експлуатаційним витратам, економії води, добрив, кількості хімічних обробок, початкові інвестиції протягом другого-третього року експлуатації окупаються, в той час як на інших видах зрошення, навпаки — з кожним роком зростають.

 

Склад

Система підземного крапельного зрошення, так само, як і традиційного — наземного, складається з таких основних вузлів: фільтростанції, вузла для внесення добрив і контролю тиску, магістральних і розподільчих трубопроводів, кранових груп із регуляторами тиску на розподільчих трубопроводах, крапельних ліній, повітряно-вакуумних клапанів та іншого технологічного обладнання.

Якісна фільтрація — один із ключових аспектів використання систем підземного крапельного зрошення. Ступінь необхідної філь­трації визначається типом емітера крапельної лінії (не менше як 120–200 меш).

Фільтростанції, залежно від якості води, можуть бути як гравійні, так і сітчасті або дискові.

Глибина закладання розвідних трубопроводів, залежно від глибини промерзання ґрунту, становить 60–90 см. Матеріал труб — ПВХ або ПНТ.

 

Крапельні лінії

Тип крапельної лінії для систем підземного крапельного зрошення добирається залежно від типу ґрунту, вирощуваної культури, топографії поля, якості води, методу обробітку ґрунту. Зважаючи на місцеві умови, можуть бути обрані як компенсовані, так і некомпенсовані крапельниці. Такі фактори, як довжина гону, топографія, розмір блоків і якість води, відіграють важливу роль у правильному виборі емітера.

Відстань між лініями — від 1 до 2 м (залежно від культури). Глибина закладання крапельних ліній під час вирощування польових культур — 30–40 см. Мінімальна товщина багаторічної крапельної стрічки для підземного укладання — не менше як 16 mil (0,4 мм). Зокрема, в проєктах обладнання Netafim використовуються стрічки з товщиною стінки 25 mil (0,63 мм) — Dripnet PC AS 22250. Крапельниці обладнані механізмом антисифону (AS), що блокує всмоктування бруду в крапельницю за зниження тиску води в крапельній стрічці (в разі перерв між поливами).

У проєктах Eurodrip і Техносервіс застосовують крапельні трубки з товщиною стінки відповідно 18 та 16 mil.

 

 

 

Вирішення проблеми вростання коріння

Одним із основних недоліків підземного розташування крапельних ліній вважається проблема вростання коренів рослин у крапельниці, що призводить до швидкого забивання вихідного отвору та лабіринту емітера, в результаті чого збільшується нерівномір­ність зрошення та обмежується строк служби всієї системи.

Компанія Netafim вирішує цю проблему шляхом використання інноваційних крапельниць, виготовлених із нейлону з додаванням оксиду міді.

Інша ізраїльська компанія — Metzerplas пропонує крапельні лінії, що виготовлені із застосуванням технології Root Guard. Ця технологія захищає крапельниці від проникнення коренів за допомогою тривалого керованого виділення ними в ґрунт препарату Трефлан (локальний інгібітор коріння рослин), який запобігає розвитку коренів поблизу крапельниць.

 

Промивання краплинних ліній

Особливістю крапельних систем SDI є наявність у проєктах систем SDI (на відміну від наземних) промивних трубопроводів та вузлів промивки, що призначені для промивання блоків крапельних ліній під час технічного обслуговування системи.

Промивні трубопроводи розташовані в кін­цевій частині поливних блоків паралельно до розподільчих трубопроводів. Кожна крапельна лінія у кінцевій своїй частині з’єднана з ним. Кінці промивних труб виводяться на поверхню і з’єднуються з промивним краном. Оскільки основними факторами, які сприяють скороченню терміну служби підземних крапельних ліній, є засмічення крапельниць осадами хіміч­них речовин, мулистими частинками, кореневими волосками рослин, то їхнє регулярне промивання запобігатиме передчасному виходу системи зрошення з ладу.

Промивна система також набагато скорочує час і затрати на промивання системи під час технічного обслуговування обладнання SDI порівняно з наземним крапельним зрошенням.

 

Особливості проєктування

І насамкінець система крапельного зрошення SDI дає змогу повністю об’єднати та автоматизувати технологічні процеси філь­трації, фертигації та промивання за допомогою контролерів та датчиків, що набагато спрощує експлуатацію та раціоналізує роботу системи підземного крапельного зрошення.

Під час проєктування та монтажу підземної зрошувальної системи слід враховувати такі особливості та фактори:

особливості рельєфу: наявність ухилів, ярів, доріг та ін. Систему проєктують таким чином, щоб повітряно-вакуумні клапани розміщувалися в найвищих точках ділянки;

особливості конкретного поля: тип та властивості ґрунту, кліматичні умови, сівозміну;

хімічні й фізичні властивості води — щоб правильно вибрати систему водопідготовки та очищення поливної води й тим самим подовжити термін експлуатації системи;

правильний розрахунок глибини закладання трубопроводів з урахуванням вирощуваних культур. Для багаторічних насаджень цей параметр глибини має бути більшим і може становити, залежно від виду рослин, до 70 см;

розрахунок потреби води: витрата води для подібних систем менша, що дає змогу відповідно зменшити діаметри розвідних трубопроводів і потужність насосних установок;

складність моніторингу технічного стану системи, зважаючи на її підземне розташування;

обов’язковий контроль гризунів, які можуть стати великою проблемою для підземної системи крапельного зрошення через ризик пошкодження крапельних ліній.

Підсумовуючи, можна сказати, що після економічного аналізу та порівняння підземної системи зрошення з поверхневою, можна стверджувати про реальну можливість отримати значну економію коштів за використання саме підземної зрошувальної системи. Адже вона перебуває в експлуатації значно довше, до того ж щосезонні експлуатаційні витрати значно нижчі, ніж у звичайних систем крапельного зрошення.

Переваги системи SDI особливо можуть бути відчутні на зрошуваних ділянках великої площі.

 

Особливості прокладання

І на завершення слід звернути увагу на особливості прокладання крапельних систем підземного зрошування. Цю операцію виконують за допомогою спеціальних машин — пристроїв для підземного укладання крапельних ліній (мобільних трубоукладальників краплинного підземного зрошення). Для цього господарства використовують машини як закордонного, так і вітчизняного виробництва.

Трубоукладальник — це навісна машина, що складається з рами зі стелажами, декіль­кох (від одного до чотирьох) трубоукладальних ножів та котушкотримачів, прикочувальних секцій, двох опорних коліс.

Рама являє собою зварну конструкцію з кронштейнами для триточкового навішування на задню гідронавісну систему трактора й призначена для встановлення на ній усіх основних вузлів.

Стелаж призначений для технологічного обслуговування пристрою та транспортування запасних барабанів із крапельною стрічкою.

Трубоукладальний ніж слугує для прорізання в ґрунті щілини й укладання в неї крапельної лінії. Він являє собою плаский перпендикулярно спрямований до ґрунту робочий орган, у передній частині якого розміщена підривально-різальна конструкція, а позаду — напрямна труба для спрямування крапельної трубки на дно щілини.

Котушкотримачі встановлені над ножами і призначені для кріплення та розмотування барабанів із крапельною стрічкою під час роботи.

Опорні колеса оснащені талрепами, за допомогою яких виконується регулювання глибини укладання крапельної трубки.

Трубоукладальник, залежно від кількості робочих органів, агрегатується з тракторами тягового класу 30–50 кН.

Технологічний процес машини складається з таких операцій: агрегат заїжджає на початок гону, котушки встановлюють барабани з крапельною трубкою і заправляють її в напрямні труби ножів так, щоб кінець виходив із труби. Кінець крапельної трубки закріплюють на поверхні ґрунту з урахуванням потрібної довжини для підключення трубки до розподільчого трубопроводу крапельного зрошення.

Під час руху агрегату трубоукладальні ножі заглиблюються в ґрунт на задану глибину, а крапельні трубки, що розмотуються з барабанів, проходять через напрямні труби ножів і укладаються на дно утвореної в ґрунті щілини.

Наприкінці гону, перед зупинкою агрегату, трубоукладальні ножі разом із крапельною трубкою поступово піднімають, а після повної зупинки та підйому пристрою трубки обрізають.

Далі, під час заходження агрегату на наступний гін, технологічний процес повторюється. В разі потреби замі­ни барабана з крапельною трубкою посеред гону агрегат зупиняють без виведення трубоукладальних ножів із ґрунту, а після з’єднання кін­ців крапельної трубки трубоукладальник знову продовжує свій рух.

Заміна та перевезення запасних барабанів із крапельною трубкою виконується на стелажі пристрою.

Конструкція пристроїв для підземного укладання крапельних ліній передбачає можливість зміни ширини міжряддя та глибини укладання крапельних стрічок, а також розміщення трубоукладальних ножів (залежно від ширини захвату, глибини укладання, виду ґрунту) фронтальним або клиноподібним способом, що, у свою чергу, сприяє зменшенню тягового опору пристрою і, як наслідок, — зменшенню під час роботи енергозасобу енерговитрат та витрат пального.

Продуктивність виконання технологічної операції укладання крапельних ліній із застосуванням таких пристроїв становить 0,8– 1,5 га/год. Глибина закладання крапельних трубок — від 25 до 40 см. Коефіцієнт варіації за глибиною становить 4,6–5,5%.

Слід відзначити, що деякі господарства самі виготовляють такі пристрої — на базі чизельних агрегатів із двома — чотирма робочими органами.

 

Висновки

Отже, узагальнюючи досвід використання крапельного зрошення українськими агровиробниками, можна сказати, що прослідковується стала тенденція до збільшення площ під ним. Значно розширюються обсяги застосування краплинного способу зрошення не тільки для овочевих і багаторічних культур, а й для поливу таких культур, як кукурудза, соя, соняшник, рис.

Слід також відзначити, що поряд із беззаперечними перевагами цього способу штучного зрошення, порівняно з дощуванням і поверхневим поливом (підвищення врожайності та якісних показників продукції; зниження витрат водних ресурсів; зменшення капітальних і експлуатаційних витрат; зменшення енергозатрат; забезпечення дозованого подавання засобів захисту рослин із поливною водою; запобігання ерозії ґрунтів) крапельний спосіб зрошення має і низку недоліків. До них слід віднести насамперед найпоширеніший на зрошуваних цим способом землях процес вторинного засолення та засолонцювання ґрунтів.

 

Тому подальший розвиток крапельного зрошення має обов’язково спиратись на: наукове обґрунтування обсягів робіт із хіміч­ної меліорації ґрунтів та використання норм зрошувальної води. Також слід приділяти належну увагу пошуку технічно та економічно ефективних способів утилізації поливних трубопроводів, які відпрацювали свій нормативний термін експлуатації, та введенню в зрошувану сівозмі­ну цінних агромеліоративних культур, вирощування яких є рентабельним на краплинному зрошенні; розширенню видового й сортового складу с.-г. культур та іншим заходам.

 

В. Сидоренко, завідувач лабораторії,

Південно-Українська філія УкрНДІПВТ ім. Л. Погорілого

Журнал «Пропозиція», №9, 2019 р.