Техника и технология ресурсосберегающих способов орошения сладкого перца в условиях волго – ахтубинской поймы
На правах рукописи
МЕЩЕРЯКОВ Максим Павлович ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ СПОСОБОВ ОРОШЕНИЯ СЛАДКОГО ПЕРЦА В УСЛОВИЯХ ВОЛГО – АХТУБИНСКОЙ ПОЙМЫ Специальность: 06.01.02 – Мелиорация, рекультивация и охрана земель
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Волгоград – 2008 1
Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия»
Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Овчинников Алексей Семенович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Григоров Сергей Михайлович доктор сельскохозяйственных наук, доцент Ходяков Евгений Алексеевич
Ведущая организация: Волгоградский комплексный отдел ГНУ «Все российский научно-исследовательский инсти тут гидротехники и мелиорации им. А.Н. Кос тякова» Российской академии сельскохозяйст венных наук
Защита состоится « 18 » февраля 2008 года в 10 ч 15 мин на заседании диссертационного совета Д 220.008.02 при ФГОУ ВПО «Волго градская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 400002, г. Волгоград, пр. Университетский, 26, ФГОУ ВПО ВГСХА.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО ВГСХА.
Автореферат разослан «»2008 года и размещен на сайте http://www.vgsha.ru
Ученый секретарь диссертационного совета, профессор А.И. Ряднов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследований. Одной из важнейших проблем сель ского хозяйства и, особенно, овощеводства является повышение урожайно сти и качества получаемой продукции при минимизации производственных затрат. Следовательно, проблема повышения эффективности оросительных систем, связанная с максимальным получением продукции на фоне эконо мии оросительной воды и труда, стоит особенно остро.
В настоящее время на предприятиях агропромышленного комплекса России большое значение придается выбору экологически безопасных и эко номически эффективных технологий и технических средств полива, к кото рым относятся внутрипочвенное (ВПО) и капельное (КО) орошение. По дан ным многочисленных производственных опытов, проведенных в нашей стра не и за рубежом, применение ресурсосберегающих способов полива на посе вах сладкого перца связано с множеством нерешенных вопросов, касающихся техники и технологии внутрипочвенного и капельного орошения, их влияния на величину урожайности и технического совершенствования конструктив ных элементов. Недостаточно изучено влияние этих способов полива на ос новные показатели роста, развития и продуктивности посевов сладкого перца в зависимости от режима орошения. Решение этих вопросов, безусловно, яв ляется актуальным как с теоретической, так и с практической точки зрения.
Цель исследований – разработка техники и технологии внутрипочвенно го и капельного способов полива и режима орошения сладкого перца, направ ленных на повышение урожайности и экономию ресурсов в условиях Волго Ахтубинской поймы.
Для достижения намеченной цели необходимо решение следующих задач:
- выполнить анализ современного состояния и особенностей примене ния ресурсосберегающих способов полива, теоретического обоснования по вышения надежности и возможности автоматизации систем ВПО и КО;
- разработать конструкцию внутрипочвенной оросительной сети, способ ствующей равномерной раздаче поливной воды по длине увлажнителя при на порном внутрипочвенном поливе и изучить распределение влаги в почвенном профиле в зависимости от величины поливной нормы при ВПО и КО;
- установить особенности и закономерности водопотребления сладкого перца, водного режима почвы и влияния режимов орошения на основные показатели роста, развития и продуктивности растений перца при внутри почвенном и капельном способах полива;
- разработать технологию ВПО и КО при возделывании сладкого перца в условиях Волго-Ахтубинской поймы;
- дать экономическую оценку эффективности ВПО и КО сладкого пер ца в условиях Волго-Ахтубинской поймы.
Объект исследований. Система ВПО с различными типами конст рукций внутрипочвенных увлажнителей, система КО и производственные посевы сладкого перца на территории Волго-Ахтубинской поймы.
Научная новизна состоит в разработке ресурсосберегающей техноло гии полива сладкого перца в условиях Волго-Ахтубинской поймы, способст вующей повышению урожайности при минимальных затратах оросительной воды и труда, обосновании применения внутрипочвенных увлажнителей, оборудованных выравнивателем потока поливной воды для равномерного увлажнения почвы, получении зависимостей, позволяющих определять зна чения пьезометрического напора по длине внутрипочвенных увлажнителей и параметры контуров увлажнения в зависимости от величины поливных норм при внутрипочвенном и капельном орошении.
Новизна технических решений подтверждается 3 положительными решениями на выдачу патентов РФ на изобретения.
Практическая значимость состоит в обосновании и эксперимен тальном подтверждении целесообразности применения ресурсосберегаю щих способов полива при возделывании сладкого перца в условиях Волго Ахтубинской поймы.
Достоверность полученных результатов подтверждается большим объемом экспериментальных данных, полученных в лабораторных и поле вых условиях, выполненных с применением методов математического ана лиза, а также результатами производственной проверки.
Основные положения, выносимые на защиту:
- оценка равномерности раздачи оросительной воды по длине увлажни телей исследуемых конструкций и влияние величины пьезометрического на пора на формирование контуров увлажнения при напорном внутрипочвенном поливе;
- распределение влаги в почвенном профиле в зависимости от вели чины поливной нормы при капельном и внутрипочвенном орошении;
- режим внутрипочвенного и капельного орошения, водопотребление и продуктивность сладкого перца в условиях Волго-Ахтубинской поймы;
- результаты расчета экономической эффективности внутрипочвенно го и капельного орошения сладкого перца.
Реализация результатов исследований. Диссертационная работа основана на полевых и лабораторных исследованиях, выполненных на ка федре сельскохозяйственного водоснабжения и гидравлики ФГОУ ВПО ВГСХА и в фермерском хозяйстве «Ксюша» Среднеахтубинского района Волгоградской области в 2002…2004 гг.
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы доложены на международных научно-практических конференциях «Современные оросительные мелиорации – состояние и пер спективы» (посвященной 40-летию эколого-мелиоративного факультета Волгоградской ГСХА, Волгоград 2004), Наука и молодежь: новые идеи и решения (Волгоград, 2007), Прогрессивные технологии в современном ма шиностроении (Пенза 2007), Энергосберегающие технологии: проблемы их эффективного использования (Волгоград, 2007), Стратегия качества в про мышленности и образовании (Болгария, Варна, 2007), на заседаниях кафедры сельскохозяйственного водоснабжения и гидравлики ФГОУ ВПО ВГСХА (2002-2004 гг.). Полевые и лабораторные исследования ежегодно апробиро вались методическими комиссиями факультета и академии.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 научных ра бот, в том числе 1 статья в издании, рекомендованном ВАК РФ для публикаций материалов докторских и кандидатских диссертаций, и получено 3 положи тельных решения на выдачу патентов РФ на изобретения № 2007123929/ (026057), № 2007128532 (031065), № 2007137295 (040796). Общий объем пуб ликаций составляет 1,9 п.л., из них автору принадлежит 1,0 п.л.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, глав, выводов и рекомендаций производству, списка использованной литера туры. Работа изложена на 202 страницах компьютерного текста и включает 21 таблицу, 51 рисунок и 8 приложений. Список использованной литературы представлен 173 источниками, из них 15 работ иностранных авторов.
Доля личного участия автора в получении результатов исследований составляет не менее 80 %.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность исследований, научная новизна, практическая значимость, сформулированы цель и задачи исследований, из ложены положения, выносимые на защиту.
В первой главе «Анализ развития ресурсосберегающих способов поли ва и их преимущества» произведен анализ многолетних исследований внутри почвенного и капельного способов полива, проведенных в различных регио нах России и за рубежом. Рассмотрены конструктивные особенности систем капельного и внутрипочвенного орошения, а также современное состояние и перспективы развития ресурсосберегающих способов полива сладкого перца.
Выполненный, на основании работ ведущих отечественных ученых В.Г. Корнева, В.И. Бобченко, А.А. Богушевского, М.С. Григорова, О.Е. Ясо ниди, Д.П. Гостищева, С.И. Никифоров и зарубежных J.E. Ayars, R.B. Hut macher, R.A. Schoneman, G. Oron, H. Will, R. Hahndel и др., анализ научно – технической информации показал, что, несмотря на значительный объем данных по поливным режимам и элементам техники капельного и внутри почвенного орошения овощных культур, возникает необходимость даль нейшего совершенствования технологии орошения и конструкции увлаж нительной сети, достижении более экономного использования ороситель ной воды, снижения стоимости строительства и затрат на эксплуатацию и увеличение урожайности сладкого перца, что обеспечит повышение эконо мической эффективности капельного и внутрипочвенного орошения.
Во второй главе «Схема, условия и методика проведения лабораторных и полевых исследований» приводится характеристика погодных и почвенных условий, схема и методика постановки полевых опытов и проведения экспе риментальных исследований.
Экспериментальный участок располагается в северной части Волго Ахтубинской поймы на правом берегу реки Ахтуба. Волгоградская область в целом характеризуется резко континентальным климатом, малоснежной зи мой, засушливой весной, жарким и сухим летом.
Почвенный покров опытного участка находится в подзоне аллювиаль ных слоистых супесчаных почв. Весь активный слой на участке, где прово дились исследования, представлен легкими, средними суглинками и супеся ми. В слое 0-0,8 м содержание гумуса в среднем составляет 1,06 %, наи меньшая влагоемкость – 13,7…20,3 % от массы сухой почвы, скважность – 47,83…49,58 %. Засоление отсутствует. Реакция почвенного раствора на орошаемом участке близка к нейтральной.
В производственных условиях на опытном участке площадью 1 га нами проводились исследования по изучению работы систем внутрипочвенного (ВПО) и капельного (КО) орошения на посевах сладкого перца сорта «Белозерка».
При исследовании системы внутрипочвенного орошения были изучены два типа конструкции элементов увлажнительной сети:
I тип – увлажнители из полиэтиленовых труб, диаметром 40 мм, с точечной перфорацией шагом 0,15 м в шахматном порядке с диаметром отверстий 1,5 мм, оборудованные противофильтрационным экраном из полиэтиленовой пленки снизу шириной 0,4 м и защищающим от заиления экраном из полиэтиленовой пленки сверху шириной 0,3 м.
II тип – увлажнители из полиэтиленовых труб, диаметром 40 мм, с проти вофильтрационным экраном из полиэтиленовой пленки снизу шириной 0,4 м, и сверху оборудованные выравнивателем потока воды в виде полиэтиленовой пленки шириной 0,3 м, армированной газонаполненным пластиком. Толщина слоя пластика 29-30 мм. Перфорация точечная в шахматном порядке с диамет ром отверстий 1,5 мм и шагом 0,15 м.
Длина увлажнителей во всех опытах составляет 100,0 м. Глубина укладки увлажнителей – 0,50 м, а уклон увлажнителей 0,001. Расстояние между увлаж нителями 1,5 м.
Исследуемая система капельного орошения оборудована поливными тру бопроводами, выполненными из полиэтиленовых труб диаметром 36 мм с ка пельными водовыпусками (капельницами). Расход одной капельницы 2 л/ч, а расстояние между ними 0,25 м. Длина каждого трубопровода составляет 100 м, расстояние между ними 1,2 м.
На всю оросительную систему и конструкцию внутрипочвенных увлаж нителей второго типа получено положительное решение на выдачу патента РФ на изобретение (№ 2007128532 (031065)).
Схемой полевых опытов предусмотрены следующие варианты:
А – внутрипочвенное орошение с использованием I типа конструкции увлаж нителей;
В – внутрипочвенное орошение с использованием II типа конструк ции увлажнителей;
С – капельное орошение. Предполивной порог влажности на всех вариантах опыта поддерживался на уровне 70, 80 и 90 % НВ.
Исследования проводились согласно общепринятым методикам и реко мендациям в трехкратной повторности в соответствии с требованиями «Мето дики полевого опыта» (Б.А. Доспехов, 1985 г.), методики постановки опытов по программированию урожаев полевых культур (ВАСХНИЛ, 1978 г.), методики полевого опыта в условиях орошения (ВНИИОЗ, 1983 г.) и др. Экономическая оценка эффективности возделывания сладкого перца выполнена в соответствии с требованиями «Методических рекомендаций по оценке эффективности инве стиционных проектов» (М.: Экономика, 2000).
Данные полевых исследований подвергались математической обработке с использованием современных программных продуктов на ЭВМ.
Изучение вопросов распределения влаги в почвенном профиле при внут рипочвенном орошении в зависимости от величины поливной нормы и значе ния пьезометрического напора проводилось на опытно-полевой установке, со стоящей из водонапорного бака, напорно-регулирующего устройства и фраг мента исследуемого увлажнителя.
В третьей главе «Пути повышения надежности и возможности автома тизации систем внутрипочвенного и капельного орошения» на основании ана лиза изученности проблемы надежности мелиоративных систем, рассмотрены способы повышения надежности, выбор основных критериев ее оценки и воз можности автоматизации ресурсосберегающих оросительных систем.
Установлено, что для обеспечения достаточной степени и повышения надежности систем капельного и внутрипочвенного орошения необходима разработка технических решений, направленных на совершенствование их конструктивных элементов.
Представленное нами техническое решение «Оросительная система», направленное на повышение надежности работы оросительной системы и со вершенствование техники внутрипочвенного и капельного способа полива, защищено положительным решением по заявке № 2007128532 (031065) на выдачу патентов РФ на изобретение. Предложенная нами к внедрению «По ливная трубка для капельного орошения» направлена на снижение степени неравномерности выдачи поливных норм капельницей по длине поливной трубки и улучшение качества полива сельскохозяйственных культур, защи щена положительным решением по заявке 2007123929/12 (026057) на выдачу патентов РФ на изобретение. Разработанный «Способ возделывания перца сладкого, преимущественно в системе капельного орошения» направлен на повышение урожайности и качества плодов перца сладкого при дробном вне сении с поливной водой в системе капельного орошения азотных, фосфорных и колитных удобрений и микроэлементов, защищен положительным решени ем по заявке 2007137295 (040796) на выдачу патентов РФ на изобретение.
В четвертой главе «Экспериментальные исследования работы систем внутрипочвенного и капельного орошения» рассматривается влияние потерь напора по длине увлажнителя на равномерность распределения ороситель ной воды при внутрипочвенном поливе. Установлены зависимости распреде ления пьезометрических напоров по длине увлажнителей и влияние потерь напора на равномерность увлажнения орошаемого массива после проведения внутрипочвенного полива. Изучено влияние величины поливной нормы на характер распределения влаги в почве и параметры контуров увлажнения при внутрипочвенном и капельном орошении. Определено оптимальное зна чение пьезометрического напора при проведении внутрипочвенного полива.
Рассмотрен режим орошения, особенности водопотребления и продуктив ность посевов сладкого перца в условиях Волго – Ахтубинской поймы.
Анализ полученных результатов показывает, что изменения пьезометри ческого напора при ВПО оказывают значительное влияние на величину влаж ности почвы и равномерность распределения влаги по длине увлажнителя.
При проведении наблюдений для различных конструкций увлажни тельной сети ВПО по длине каждого увлажнителя было установлено семь пьезометров в следующей последовательности: первый и седьмой пьезо метры были установлены на расстоянии 5,0 м от головы и конца увлажни теля, остальные – через 15 метров друг от друга. Наиболее равномерно пьезометрический напор распределяется по длине увлажнителей второго типа, оборудованных выравнивателем потока воды в виде полиэтиленовой пленки, армированной газонаполненным пластиком.
В результате обработки экспериментальных данных нами получено по линомиальное уравнение, характеризующее зависимость значения пьезомет рического напора от времени проведения полива по длине увлажнителя для различных конструкций ВПО:
Н = а1 + а2 tn a3 ln a4 tn a5 ln + a6 tn + a7 ln + a8 tn ln, 2 2 3 (1) где Н – пьезометрический напор, м;
tn – время после полива в зависимости от конструк ции, мин.;
ln – длина увлажнителя в зависимости от конструкции, м;
a 1…а 8 – параметры уравнения, значения которых приведены в табл. 1.
1. Значения параметров уравнения (1) для различных конструкций ВПО Конструкция № 1 Конструкция № Параметры уравнения Значение параметров а1 0, а2 0, а3 0,040 0, а4 0, а5 0,000028 0, а6 0,00000002 0, а7 0,0000003 0, а8 0,000012 0, На основании полученных данных нами построены трехмерные графи ки, характеризующие уравнение (1), то есть зависимость Н=f(tn,ln) (рис. 1).
Полученное уравнение (1) позволяет определять значения напоров по длине полиэтиленовых увлажнителей различных конструкций в любой мо мент времени.
Равномерность увлажнения почвы по длине внутрипочвенных увлаж нителей оценивалась с помощью коэффициента равномерности, определяе мого как отношение средней влажности расчетного слоя почвы сразу после проведения полива в каждом из четырех створов, по длине увлажнителя, к влажности почвы в первом створе. Мак симальные значения коэффи циента равномерности полу чены при работе второй кон струкции увлажнителей (табл.
2).
Установлено, что рас пределение поливной воды по длине внутрипочвенного ув лажнителя и дальнейшая дина Рис. 1. Зависимость Н=f(tn,ln) для увлажнителя второй мика почвенной влажности конструкции полностью соответствуют ха рактеру линий пьезометрического напора. Наибольшие значения влажности поч вы наблюдаются в начале и концевой части увлажнителя, а наименьшие – в его середине.
2. Значения коэффициента равномерности при внутрипочвенном поливе Влажность почвы, % НВ Кравн № Перед поливом После полива створа I-констр II-констр I-констр II-констр I-констр II-констр 1 79,7 80,2 102,7 103,4 1 2 79,4 79,8 98,1 102,1 0,96 0, 3 79,5 79,6 97,6 101,3 0,95 0, 4 79,3 79,5 96,4 100,8 0,94 0, 5 79,2 79,3 95,2 100,2 0,93 0, 6 79,1 79,2 94,5 99,7 0,92 0, 7 79,6 79,8 98,7 102,3 0,96 0, Величина поливной нормы оказывает существенное влияние на рас пределение влаги в почвенном профиле в продольном и поперечном направ лениях и, соответственно, на эффективность проведения капельного и внутри почвенного поливов. Исследования капельного и внутрипочвенного поливов проводились при поддержании предполивного порога влажности на уровне 70, 80 и 90 % НВ с проведением поливов нормами 343, 253 и 114 м3/га соот ветственно при КО (рис.2) и нормами 363, 269 и 121 м3/га соответственно при ВПО (рис. 3).
Полученные данные показывают, что при капельном и внутрипоч венном способе поливов наибольшие потери оросительной воды ниже ак тивного слоя почвы наблюдаются при поддержании предполивной влаж ности почвы на уровне 70% НВ при поливах нормами для КО– 343 м 3/га и для ВПО– 363 м3/га. Наименьшие фильтрационные потери происходят при поддер жании предполивной влажности почвы на уровне 90 % НВ при по ливах нормами 114 м3/га и Рис. 2. Распределение поливной нормы 253 м3/га в 121 м3/га, соответственно почвенном профиле после проведения капельного полива для КО и ВПО. Однако в этом случае наблюдается недоувлажнение почвен ного массива, расположен ного перпендикулярно оси внутрипочвенного увлаж нителя либо капельной ли нии.
Таким образом, анализ сравнения характера рас пределения различных по ливных норм в почвенном Рис. 3. Распределение поливной нормы 269 м3/га профиле при капельном и в почвенном профиле после проведении внутри внутрипочвенном поливе по почвенного полива казывает, что наилучшим об разом поливная вода распределяется при капельном и внутрипочвенном оро шении с поддержанием предполивного порога влажности не ниже 80 % НВ нормами 253 м3/га и 269 м3/га соответственно.
Для определения влияния предполивной влажности почвы и величины поливной нормы на форму и размеры контура увлажнения при ВПО (рис. 4) и при КО (рис.5), нами проводились исследования по определению фактических параметров контуров увлажнения вокруг увлажнителя и капельницы соответст венно при ВПО и КО.
Для оценки параметров полученных контуров увлажнения определяли ко эффициент эффективности распределения влаги и производили сравнение полу ченных коэффициентов с оптимальными. Коэффициент эффективности КЭФ оценивает равномерность горизонтального распределения влаги относительно вертикального, т.е. отношение высоты контура увлажнения Н к его ширине L.
H К ЭФ = (2) L Для наших условий оптимальные значения коэффициентов составили:
для ВПО К ЭФ = 0,5 и для КО К ЭФ = 1,3.
ОП ОП Данные расчета по казывают, что наиболее приближенные значения среднего коэффициента эффективности распреде ления влаги к оптималь ным значениям наблюда ются при поддержании предполивной влажности на уровне 80 % НВ и про ведении поливов нормами 253 м3/га (для КО) и 269 м3/га Рис. 4. Контур увлажнения при ВПО нормой 269 м /га (для ВПО) соответственно.
С целью выявления корреляционной зависимо сти между параметрами контура увлажнения при внутрипочвенном и ка пельном орошении и вели чиной поливной нормы нами была произведена ма тематическая обработка экспериментальных дан Рис. 5. Контур увлажнения при КО нормой 253 м3/га ных на ЭВМ.
Полученное уравнение (3) характеризует тесную связь между парамет рами контура увлажнения и величиной поливной нормы. В результате прове денного корреляционно-регрессионного анализа получены аппроксимирую щие зависимости параметров контуров увлажнения от времени после оконча ния внутрипочвенного и капельного полива.
У = а1 t 3 + а2 t 2 + а3 t + а4, (3) где У – геометрический размер верхней или нижней полуоси контура увлажнения, либо его ширина, м;
t – время, сут;
а 1, а2, а 3 и а4 – коэффициенты.
3. Значение коэффициентов уравнения (3) при проведения ВПО и КО полива Коэффициенты уравнения Поливная Геометрические па норма, м3/га раметры а1 а2 а3 а При внутрипочвенном поливе УV1 0,013 -0,116 0,186 0, УN 363 0,032 -0,255 0,386 0, Х1 0,054 -0,450 0,704 1, УV2 0,013 -0,119 0,209 0, УN 269 0,018 -0,156 0,255 0, Х2 0,053 -0,438 0,663 1, УV3 0,022 -0,185 0,321 0, УN 121 0,022 -0,189 0,295 0, Х3 0,056 -0,469 0,711 1, При капельном поливе УК1 0,036 -0,312 0,477 1, ХК1 0,028 -0,239 0,400 0, УК2 0,043 -0,352 0,562 0, ХК2 0,030 -0,245 0,406 0, УК3 0,045 -0,368 0,622 0, ХК3 0,033 -0,270 0,467 0, 4. Условные обозначение геометрических параметров контуров увлажнения, приведенных в табл. При внутрипочвенном поливе При капельном поливе Поливная Поливная Параметр конту- Параметр конту норма, Значения норма, Значения ра увлажнения ра увлажнения м3/га м /га верхняя полуось, УV1 УК1 высота, м м нижняя полуось, 363 УN м ХК1 ширина, м Х1 ширина, м верхняя полуось, УV2 УК2 высота, м м нижняя полуось, 269 УN м ХК2 ширина, м Х2 ширина, м верхняя полуось, УV3 УК3 высота, м м нижняя полуось, 121 УN м ХК3 ширина, м Х3 ширина, м С помощью полученного уравнения (3) можно с достаточной точно стью определять геометрические параметры контуров увлажнения для раз личных поливных норм при внутрипочвенном и капельном орошении при поддержании предполивной влажности на уровне 70, 80 и 90 % НВ, как сразу после окончания полива, так и в течение всего межполивного периода. Вы численные значения коэффициента корреляции и критерия Стьюдента указы вают на достаточно высокую достоверность уравнений (1) и (3).
Для определения оптимального значения пьезометрического напора при ВПО нами были проведены экспериментальные исследования по изучению влияния величины пьезометрического напора на формирование контура увлаж нения (табл. 5).
Пьезометрический напор поддерживался на уровне 0,4 - 0,7 м от оси ув лажнителя. Исходная влажность находилась приблизительно на уровне 80 % НВ.
5. Параметры контуров увлажнения в зависимости от величины пьезометрическо го напора при проведении напорного внутрипочвенного полива Параметры контура увлажнения Пье зомет- Верх- Площадь Нижняя Площадь кон риче- няя Высота Ширина контура полуось тура увлажне ский полуось контура контура увлаж- SВ/S h Н, м ния над увлаж напор, h В, м H, м L, м нения нителем SВ, м S, м Н, м 0,4 0,27 0,46 0,73 1,27 0,31 0,83 0, 0,5 0,33 0,41 0,74 1,36 0,39 0,88 0, 0,6 0,47 0,71 1,18 1,52 0,64 1,60 0, 0,7 0,50 0,82 1,32 1,63 0,75 1,96 0, На основании про веденных исследований (рис.6) можно сделать вывод, что при примене нии напорного внутри почвенного полива по вышение либо понижение пьезометрического напо ра относительно глубины закладки увлажнителей оказывают отрицательное воздействие на качество проведения полива. Сле Рис. 6. Контур увлажнения в зависимости от пьезометри ческого напора при напорном внутрипочвенном поливе дует отметить, что по вышение пьезометрического напора до 0,7 м приводит к появлению воды на по верхности земли, это не допустимо, так как одним главным преимуществом ВПО является сохранение сухого верхнего слоя почвы, предотвращающего испарение почвенной влаги. Следовательно, при проведении внутрипочвенного полива оптимальным является поддержание пьезометрического напора на уров не 0,5 м водного столба от оси увлажнителя.
Поддержание предполивной влажности на уровне 70, 80 и 90 % НВ обеспечивается проведением 10, 15 и 37 поливов при капельном орошении в среднем по годам исследований нормами 343, 253 и 114 м3/га соответст венно и 10, 14 и 36 поливов нормами 363, 269 и 121 м3/га соответственно при внутрипочвенном орошении.
Наибольшая урожайность, в среднем по годам исследований, плодов сладкого перца получена на варианте с поддержанием предполивного поро га влажности на уровне 80 % НВ для всех исследуемых типов конструкции увлажнительной сети (табл. 6).
6. Показатели продуктивности сладкого перца в зависимости от режима орошения, т/га Предпо- Прибавка урожая от Гус ливная Урожайность, т/га повышения влаго Спосо- тота влаж- обеспеченности бы по- стоя ность лива ния, Среднее за почвы, 2002 г 2003 г 2004 г т/га % тыс/га 2002… %НВ 70 70,4 47,2 45,9 46,2 46,4 - ВПО 80 70,4 58,9 56,1 56,8 57,3 10,8 23, констр 90 70,4 54,3 51,9 53,1 53,1 6,7 14, 70 70,4 49,4 48,1 48,3 48,6 - ВПО 80 70,4 60,2 58,4 58,7 59,1 10,5 21, констр 90 70,4 56,5 54,8 55,5 55,6 7,0 14, 70 70,4 55,7 54,1 54,9 54,9 - КО 80 70,4 66,9 65,6 66,1 66,2 11,3 20, 90 70,4 60,6 59,4 59,4 59,8 4,9 8, В среднем по годам исследований (табл. 7) повышение предполивно го порога влажности с 70 %НВ до 90 %НВ привело к увеличению величины суммарного водопотребления при КО – на 525,7 м3/га и при ВПО – на 551 м3/га, возросла и оросительная норма при КО – на 711,7 м3/га (5,8 %) и при ВПО – на 685,7 м3/га (4,9 %).
7. Характеристика водного режима сладкого перца по вариантам опыта Суммарное во- Количест-Коэффициент во Вод Оросительная норма допотребление, во поливов допотребления ный режим ВПО ВПО КО ВПО КО ВПО КО ВПО КО почвы, №1 № % НВ м3/га м3/га м3/га м3/га шт м3/т м3/т м3/т шт % % 3544, 74, 3751, 75, 85, 106, 101, 70 4712 4945,3 10 3 9 0 6 8 5 3879, 77, 3945, 76, 75, 80 4965,3 5165,7 15 14 90,2 87, 3 7 3 1 4256, 80, 4436, 80, 87, 103, 90 5257,7 5496,3 37 36 98, 0 7 7 5 9 Исследованиями установлено определяющее влияние урожайности сладкого перца на величину коэффициента водопотребления. На основании статистической обработки полученных опытных данных установлена зави симость эффективности использования водных ресурсов посевами сладкого перца от уровня формируемой урожайности с учетом исследуемых типов оросительных систем.
Зависимость представлена полиномиальной моделью второй степени:
К В = b1 У Р b2 У Р + b3, (4) где К В - коэффициент водопотребления, м3/т;
У Р - урожайность сладкого перца, т/га;
b1, b2, b3 параметры.
Для ВПО конструкции № 1: К В = 0,0132 У Р 2,5754 У Р + 198, (5) Для ВПО конструкции № 2: К В = 0,0275 У Р 4,0798 У Р + 235, (6) Для КО: К В = 0,0232 У Р 4,0269 У Р + 241, (7) На основании полученных данных установлено, что при возделыва нии сладкого перца наиболее продуктивно влага расходуется при режиме орошения с поддержанием предполивного порога влажности на уровне 80 %НВ. На этом варианте при внутрипочвенном орошении коэффициент водопотребления принимает значения от 87,4 м3/т (конструкция № 2) до 90,2 м3/т (конструкция № 1), а при капельном орошении – 75,0 м3/т.
В пятой главе «Экономическая эффективность и технология приме нения капельного и внутрипочвенного орошения сладкого перца в условиях Волго-Ахтубинской поймы» представлена технология применения внутри почвенного и капельного способов полива при возделывании сладкого пер ца, а также произведена оценка экономической эффективности систем по изучаемым вариантам.
Оценка экономической эффективности была произведена по вариантам опыта с учетом общих эксплуатационных и капитальных затрат. Расчеты бы ли выполнены в ценах по состоянию на 01.09.2004 года. Для оценки экономи ческой эффективности применения выбранных нами систем орошения ис пользовались следующие показатели: сальдо денежного потока, индекс до ходности затрат, срок окупаемости.
Анализ полученных данных показывает, что увеличение чистого дохода при повышении предполивной влажности почвы с 70 % НВ в процентном от ношении при ВПО на системах конструкции № 1 и № 2, составило: для 80 % НВ – 26,0 % и 30,1 % и при 90 % НВ – 11,1 % и 16,9 % соответственно, а при КО: для 80 % НВ – 32,0 % и 17,6 % – при 90 % НВ. Показатели экономи ческой эффективности для всех исследуемых типов конструкции ороситель ной сети самые высокие при поддержании предполивной влажности 80 % НВ.
Средние показатели сальдо денежного потока характеризуют ВПО с примене нием конструкции № 1 как менее экономически эффективную по сравнению с конструкцией № 2 и КО: для внутрипочвенного орошения – 64333 р. (конст рукция № 1), 66167 р. (конструкция № 2) и для капельного орошения – 77167 р.
Затраченные инвестиционные средства на всех вариантах опыта окупаются в течение одного года эксплуатации систем.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 1. Разработанная технология внутрипочвенного и капельного ороше ния для условий аллювиальных слоистых легких суглинков Волго Ахтубинской поймы позволяет получать 61,9-67,2 т/га плодов сладкого перца при экономии оросительной воды и снижении трудовых затрат.
2. Предлагаемая конструкция внутрипочвенных увлажнителей, обо рудованных выравнивателем потока воды в виде полиэтиленовой пленки, армированной газонаполненным пластиком, обеспечивает более равномер ное распределение поливной воды по длине трубопровода, что способству ет повышению качества проведения полива.
3. В результате проведенных исследований получены аппроксими рующие зависимости, позволяющие определять значения пьезометрическо го напора по длине внутрипочвенных увлажнителей различных конструк ций во время проведения полива.
4. Наиболее рациональное распределение оросительной воды в поч венном профиле получено при внутрипочвенном поливе нормой 269 м3/га, и при капельном орошении – 253 м3/га с поддержанием предполивного по рога влажности почвы не ниже 80 %НВ.
5. На основании проведенного корреляционно-регрессионного анали за экспериментальных данных, получены зависимости, позволяющие опре делять геометрические параметры контуров увлажнения при внутрипочвен ном и капельном поливе в зависимости от выбранных поливных норм при различных предполивных порогах влажности.
6. Установлено, что оптимальному предполивному порогу влажности при возделывании сладкого перца в условиях Волго-Ахтубинской поймы, соответствует значение 80 %НВ, что обеспечивается проведением 14 поливов нормой 269 м3/га при внутрипочвенном орошении и 15 поливов нормой 253 м3/га при капельном.
7. В среднем по годам исследований суммарное водопотребление расте ниями сладкого перца составило 4965,3 м3/га при капельном орошении и 5165,7 м3/га – при внутрипочвенном с поддержанием предполивной влажно сти почвы 80 %НВ. Коэффициент водопотребления равен 75,0 м3/га (КО) и 87,4 м3/т (ВПО). На основании статистической обработки полученных данных установлена корреляционная зависимость между затратами оросительной воды и уровнем формируемой урожайности.
8. Для наилучшего увлажнения расчетного участка почвы глубина ук ладки увлажнителей не должна превышать 0,5 м. Расстояние между увлаж нителями рекомендуется устанавливать не более 1,5 м для условий аллюви альных слоистых супесчаных почв Волго-Ахтубинской поймы.
9. Значение пьезометрического напора при внутрипочвенном ороше нии необходимо устанавливать на уровне 0,5 м водного столба от оси ув лажнителя при уклоне увлажнителя 0,001 и его длине 100 м.
10. В качестве внутрипочвенных увлажнителей рекомендуется при менять полиэтиленовые трубки диаметром 40 мм с точечной перфорацией шагом 0,15 м и диаметром отверстий 1,5 мм, расположенной в шахматном порядке, оборудованные противофильтрационным экраном из полиэтиле новой пленки снизу шириной 0,4 м и выравнивателем потока воды сверху, выполненным из полиэтиленовой пленки шириной 0,3 м, армированной га зонаполненным пластиком толщиной 29-30 мм.
11. Годовой экономический эффект от инвестирования проекта про изводства сладкого перца составил при капельном орошении 104000 р при индексе доходности затрат 1,5, а при внутрипочвенном орошении - 87500 р при индексе доходности затрат 1,4. Срок окупаемости инвестиций один год.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК 1. Овчинников, А.С. Эффективность применения и конструкции систем внутрипочвенного и капельного орошения при возделывании сладкого пер ца /А.С.Овчинников, М.П.Мещеряков // Вестник Саратовского госагроуни верситета им. Вавилова. – 2007. - № 5. – С.74-78.
Публикации в других изданиях 1. Овчинников, А.С. Теоретические основы распределения влаги в поч венном профиле при внутрипочвенном орошении / А.С.Овчинников, М.П.Мещеряков, В.С. Бочарников // Современные оросительные мелиора ции – состояние и перспективы: материалы международной научно практической конференции, посвященной 40-летию образования эколого мелиоративного факультета. – Волгоград: ВГСХА, 2004. - С. 230-232.
2. Мещеряков, М. П. Распределение пьезометрических напоров по длине увлажнителя при проведении внутрипочвенного полива / М.П. Мещеряков // Наука и молодежь: новые идеи и решения: материалы международной на учно-практической конференции молодых исследователей. – Волгоград:
ВГСХА, 2007. - С. 402-404.
3. Мещеряков, М.П. Вопросы энерго- и ресурсосбережения при внутрипоч венном орошении / М.П. Мещеряков, В.С. Бочарников //Энергосберегающие технологии: проблемы их эффективного использования: материалы междуна родной научно-практической конференции.–Волгоград: ВГСХА, 2007.–С.63-65.
4. Овчинников, А. С. Ресурсосберегающие способы полива и их конструк тивные особенности / А. С. Овчинников, М. П. Мещеряков // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: сборник статей III Международ ной научно – технической конференции. – Пенза, 2007. – С. 176-178.
5. Овчинников, А. С. Применение ресурсосберегающих способов полива при возделывании сельскохозяйственных культур / А.С. Овчинников, М. П.
Мещеряков // Стратегия качества в промышленности и образовании: материалы III международной конференции. – Болгария: Варна, 2007. – том 1.- С. 417-419.
6. Овчинников, А. С. Конструктивные особенности систем капельного и внутрипочвенного орошения / А. С. Овчинников, В. С. Бочарников, М. П.
Мещеряков // Наука и высшее профессиональное образование: известия Ниж неволжского агроуниверситетского комплекса. – Волгоград, 2007.- С.129-132.
7. Овчинников, А. С. Применение ресурсосберегающих способов полива при возделывании сельскохозяйственных культур / А. С.Овчинников, М. П.
Мещеряков // Наука и высшее профессиональное образование: известия Ниж неволжского агроуниверситетского комплекса. – Волгоград, 2007.- С.121-124.
8. Овчинников, А. С. Поливная трубка для капельного орошения / А. С.
Овчинников, А. М. Салдаев, М. П. Мещеряков, В. С. Бочарников, В. В. Боро дычев // Положительное решение по заявке № 2007123929 (026057) (приори тет от 25.06.2007) на выдачу патента Российской Федерации на изобретение.
9. Овчинников, А. С. Оросительная система / А. С. Овчинников, А. М.
Салдаев, М. П. Мещеряков, В. С. Бочарников, В. В. Бородычев // Положи тельное решение по заявке № 2007128532 (031065) (приоритет от 24.07.2007) на выдачу патента Российской Федерации на изобретение.
10. Овчинников, А. С. Способ возделывания перца сладкого, преимуще ственно в системе капельного орошения / А. С. Овчинников, А. М. Салдаев, М. П. Мещеряков, В. С. Бочарников, О. В. Бочарникова и др. // Положитель ное решение по заявке № 2007137295 (040796) (приоритет от 08.10.2007) на выдачу патента Российской Федерации на изобретение.
Подписано в печать 10.01.2008 Формат 60х841/ Усл. печ. л. 1. Тираж 100. Заказ Издательско-полиграфический комплекс ФГОУ ВПО ВГСХА «Нива» 400002, Волгоград, Университетский пр-т,