Капельному орошению присуще локальное увлажнение почвы. Оросительная вода подается не на всю площадь питания растений, а лишь на ее часть. Величина увлажняемой площади в зависимости от культуры, ее возраста, схемы посадки и режима орошения составляет 0,1-0,9 площади питания растений и в редких случаях — 1,0. На одном гектаре имеются участки различной увлажняемости. В контурах увлажнения подвижность и доступность воды для растений выше, чем за их пределами. Это в свою очередь из-меняет характер потребления воды растениями и испарение с поверхности почвы. В связи с этим уравнение водного баланса и расчет водопотребления для участков капельного орошения многолетних насаждений, имеющих значительную площадь питания, древесных, кустарниковых культур, садов, виноградников и ягодников выглядят иначе [22]:

Кк и К м — увлажняющиеся и неувлажняющисся участки, выраженные в частях от площади питания растений.

Исходя из этого режимные наблюдения за влажностью почвы необходимо проводить отдельно в контуре увлажнения и на неувлажняемой территории. В контуре увлажнения закладываются три скважины по радиусу от штамба до края поливной зоны. Эти наблюдения ведутся на заранее выбранных пяти-десяти типичных деревьях или кустарниках. Здесь же осуществляется строгий конт­роль за объемом оросительной воды и осадками, а также прово­дятся фенологические и биометрические наблюдения. За пределами контуров увлажнения на неувлажняемой площади для наблюдения за влажностью почвы закладываются две скважины в ряду и две в междурядии. При водобалансовых наблюдениях глубина сква­жин в контуре увлажнения и за его пределами должна быть не менее двух метров. Пробы почвы на влажность отбираются по го­ризонтам 0—10, 10—20, 20—40, 40 00 см и т. д.Бурение следует проводить в начале и конце, вегетационного периода, а также че­рез каждые 10 дней с момента начала сокодвижения. В контуре увлажнения, кроме того, в оросительный период влажность почвы необходимо определять до и после проведения полипа. Все осталь­ные составляющие водного баланса необходимо учитывать также отдельно в контуре и на неорошаемой территории. Учет ороситель­ной воды при капельном орошении следует осуществлять двумя способами: объемным и с помощью водомеров. При объемном спо­собе определяют расход капельниц с помощью протарированных емкостей и секундомера на учетных деревьях или кустарниках, фиксируют продолжительность полива участка и по этим данным определяют величину поливной нормы. Учет оросительной воды с помощью серийно выпускаемых водомеров и расходомеров, уста­новленных на магистральном и распределительных трубопроводах, осуществляют как на опытных, таги на производственных участках капельного орошения [23—25].

При капельном орошении в открытом грунте овощей, земляни­ки, других пропашных культур контуры увлажнения, создаваемые одиночными капельницами, смыкаются. Имеет место сплошное увлажнение почвы, когда орошаемая часть площади питания расте­ний равна 0,9—1,0. В этом случае водный баланс поля, занятого растениями, описывается уравнением А. Н. Костикова [26]:

где Е_к.о. — водопотребление при капельном орошении, рассчитан­ное на производственную площадь теплиц и тепличных комбина­тов, мм или м³/га;

W_к^ни W_к^к — начальный и конечный запасы влаги в почве в пре­делах грядок, орошаемых капельным способом, мм или м ³/га;

W_м^н и W_м^к  — начальный и конечный запасы влаги в почве рабо­чих проходов между грядками, мм или м³ /га;

М — оросительная норма, поданная на площадь грядок, мм или м³/га;

К_к — площадь грядок в долях от производственной, принятой за единицу, равна 0,6—0,7;

К_м — площадь рабочих проходов в долях от производственной, принятой за единицу, равна 0,3—0,4.

Исходя из уравнения водного баланса сельскохозяйственных культур при капельном орошении в теплицах, наблюдения за влаж­ностью почвы следует проводить отдельно на увлажненных гряд­ках и межгрядковых дорожках. Причем почва межгрядочных дорожек увлажняется лишь один раз в начале вегетационного пе­риода культуры при проведении влагозарядного или предпосадоч­ного поливов. Эта вода в течение вегетации расходуется в основ­ном на физическое испарение с поверхности почвы. Наблюдения за влажностью почвы на межгрядочных дорожках следует прово­дить ежедекадно и лишь в том случае, когда необходимо опреде­лить водопотребление культуры по периодам вегетации. Если та­кая задача не ставится, то норму влагозарядкового полива следует включить в общую оросительную норму и наблюдения за влаж­ностью почвы на межгрядочных дорожках можно не проводить.

На грядках наблюдения за влажностью почвы проводят в трех-четырехкратной повторности, в начале и конце вегетационного периода, подекадно, до и после проведения очередных поливов. Пробы отбирают по горизонтам через 10 см до дренажного слоя, который обычно находится на глубине 30—40 см. Оросительную воду учитывают так же, как и на системах капельного орошения многолетних насаждений.

При изучении водного баланса основной задачей является точ­ное определение величины суммарного водопотребления поля, за­нятого культурой, и элементов, его составляющих. Метод водного баланса с непосредственным учетом приходных и расходных ста­тей в натурных условиях практически не позволяет определить раздельно транспирацию воды растениями и испарение с поверх­ности почвы, из которых слагается водопотребление.

При капельном и внутрипочвенном орошении овощей, пропаш­ных культур, земляники и некоторых кустарниковых это можно осуществить с помощью почвенного испарения [29, 30]. Испари­тель имеет устройства, позволяющие подавать оросительную воду через внутрипочвенный увлажнитель в середину активного слоя почвы или капельным способом на ее поверхность (рис.1.1). Он состоит из емкости для образца почвы, выполненной из неподвиж­ной наружной 1 и подвижной внутренней 2 частей с отливом 3.Испаритель содержит поддон 4 для сбора фильтрата и конденса­та, перфорированное донце 5, крепление донца и поддона 6, увлаж­нитель 7, гибкий соединительный шланг 8, рейку 9 с делениями для измерения величины напора 11, уравнительную емкость 10, подпитывающее устройство 12, крепление подпитывающего устрой­ства 13, пьезометр 14 со шкалой для учета израсходованной во­ды, герметичную пробку 15, трубку для подачи воды 16, воздушную трубку 17 и ка­пельницу 18.

Перед пуском прибора в работу внутреннюю емкость заряжают монолитом почвы, нижнюю часть закрывают пер­форированным донцем и наде­вают поддон для сбора фильт­рата и конденсата. Сверху или в отверстие, расположенное в середине активного слоя поч­венного монолита, вставляют увлажнитель с отверстиями 0,5 мм диаметром. При капель­ном орошении капельницу рас­полагают на поверхности поч­вы. Затем внутреннюю емкость автокраном устанавливают в неподвижную наружную, кото­рую предварительно закапы­вают в почву. Подпочвенный увлажнитель или капельницу соединяют гибким шлангом с уравнительной емкостью, сообщаю­щейся с подпитывателем. При необходимости проведения полива подпитывающее устрой­ство заполняют водой, предварительно закрыв кран трубки для подачи воды. Затем закрывают пробку до полной герметизации. Перемещая по рейке подпитывающее устройство совместно с урав­нительной емкостью, устанавливают, ориентируясь по указателю, необходимый напор «Н», после чего открывают кран на трубке для подачи воды. Вода поступает в подпочвенный увлажнитель или капельницу и впитывается в почву. Но так как скорость впи­тывания и расход через точечное отверстие и капельницу невелики, вода заполняет гибкий соединительный шланг и уравнительную емкость до уровня, на котором находится кромка отверстия воз­душной трубки. В подпитывающем устройстве создается вакуум, и поступление воды в уравнительную емкость прекращается. По мере впитывания воды в почву ее уровень в уравнительной емко­сти падает, кромка воздушной трубки открывается, в подпитыва­ющее устройство попадает воздух, вакуум снимается. Вода посту­пает в уравнительную емкость, заполняя ее до первоначального уровня.

Опыты по определению водопотребления с помощью испарите­лей при различных способах орошения проводились с соей, карто­фелем, кукурузой, сорго, пшеницей и пожнивными культурами. Суммарное испарение определялось и рассчитывалось по принципу водного баланса с использованием формулы

где Е —суммарное испарение, мм;

Р₀ и Р₁ — масса испарителя с растениями в начале и конце пе­риода, г (определялась подекадным взвешиванием испарителей на платформенных весах с помощью автокрана. Подготовленный к ра­боте испаритель весит около 700 кг);

Р_т — масса воды, просочившейся в водозаборный сосуд, г;

S — площадь монолита в испарителе, см (равна 2000 см);

10 — переводной коэффициент;

О — осадки, мм;

m — поливная норма, мм.

Исследования, проведенные в испарителях с соей Амурская-310, показали, что для получения достоверных величин водопотребле­ния по декадам и за весь вегетационный период вполне достаточна двухкратная повторность. В этом случае ошибка при определении суммарного испарения бывает не более 1%. По испарителю без растений определяют испарение с поверхности почвы. Величину транспирации воды растениями изучают по испарителям с расте­ниями и почвой, закрытой полиэтиленовой пленкой или парафином.

Локальность капельного орошения обусловливает особенности техники полива. К элементам техники капельного орошения следу­ет отнести, в первую очередь, параметры очага (контура или полосы) увлажнения, его наибольший диаметр или ширину, глу­бину, горизонтальную и вертикальную площади и влагонасыщенность. Элементарная поливная норма, продолжительность ее вы­дачи, расход и количество капельниц в очаге и на единице длины полосы увлажнения также являются элементами техники капель­ного орошения. Все эти величины зависят от биологических осо­бенностей культур, водно-физических свойств почв, конструкции и расходных характеристик капельниц.

Ширина полосы, наибольший диаметр контура увлажнения, его горизонтальная площадь и глубина промачивания зависят от раз­витости корневой системы культуры и находятся опытным путем (табл. 1.1). Очаг увлажнения с соответствующими параметрами формируется за счет применения тех или иных элементов техники капельного орошения.

При капельном орошении скорость подачи воды на поверх­ность почвы не должна превышать ее впитывающей способности.

В противном случае образуются лужицы, формируется поверх­ностный сток и имеет место водная эрозия почвы, ухудшаются условия водоснабжения растений и непроизводительно расходуется оросительная вода. Учитывая водно-физические свойства почв, главным образом их водопроницаемость, водоподача применяю­щихся в СССР и за рубежом капельниц находится в пределах 2,0—12,0 л/ч. Каждая капельница конструктивно выполнена так, что обеспечивает при работе определенную водоподачу, находя­щуюся в указанном диапазоне. На легких, хорошо проницаемых почвах применяют капельницы с максимальной водоподачей, на тяжелых — с минимальной. Участки со значительными уклонами, более 0,05, следует поливать капельницами с водоподачей не более 8 л/ч [31]. На ровных безуклонных площадях применяют капель­ницы с максимально допустимой водоподачей до 12 л/ч.

При работе единичной капельницы образуется контур увлаж­нения, форма и размеры которого зависят от водно-физических свойств почв, интенсивности и времени водоподачи. Однако раз­меры горизонтальной плоскости контура увлажнения, ее диаметр ограничены капиллярными свойствами почв. Исследования, про­веденные на почвах различного механического состава и плодоро­дия, показали, что боковое капиллярное растекание воды в гори­зонтальной плоскости происходит очень медленно и быстро затухает. Средние скорости движения воды по горизонтальным ка­пиллярам на различных почвах близки друг к другу и колеблются в пределах от 0,50 до 0,74 мм/мин (табл. 1.2). При подаче воды через капельницу на поверхность почвы в течение 7—8 ч скорость капиллярного растекания воды по горизонтальным капиллярам резко падает до 0,08—0,17 мм/мин. Такие скорости капиллярного растекания воды в горизонтальной плоскости наблюдаются в том случае, когда подача воды на почву соответствует ее впитывающей способности и не сопровождается образованием лужиц. Исследо­вания, проведенные на черноземах, каштановых и однородных лу­говых почвах, показали, что при подаче воды через капельницу от 2,0 до 12,0 л/ч и отсутствии неглубоко залегающего водоупора или зеркала грунтовых вод один водовыпуск создает контур увлаж­нения с горизонтальной площадью, изменяющейся в пределах от 1,0 до 1,3 м ². Глубина контура увлажнения по мере увеличения полив­ной нормы возрастает благодаря образованию гравитационных то­ков воды, при одновременном снижении скорости бокового оттока.

Фактические контуры увлажнения при различных режимах оро­шения и установка трех капельниц на дерево показаны на рис. 1.2, 1.3, 1.4. При работе трех капельниц весь оросительный период и проведении 65 поливов средней нормой 6,3 м³/га сформировался характерный для почв юга страны контур капельного орошения под одним деревом. Глубина промачивания составила 1,23 м, длина вдоль ряда — 2,72 и ширина —1,42 м (см. рис. 1.2).

Четко про­слеживается влияние уклона местности на формирование контура увлажнения. Он несимметричен и вытянут в направлении уклона, что необходимо учитывать при проектировании и строительстве систем капельного орошения. Но даже при таких условиях вода, поступающая на почву из крайней капельницы, продвинулась по горизонтальным капиллярам по уклону на 0,82 м. Вверх по укло­ну вода от створа крайней капельницы прошла путь лишь 0,50 м. Наибольший диаметр горизонтальной площади контура увлажне­ния при отсутствии уклона составил 1,42 м, что видно из сечения, сделанного в сторону междурядий. В среднем влажность почвы в контуре увлажнения поддерживалась благодаря проведению поли­вов и выпадающим осадкам не ниже 90,0% НВ. В зоне подачи во­ды капельницами почва до глубины 60—70 см находилась в пере­увлажненном состоянии. Переувлажнялось 21,2 % почвы от обще­го объема контура увлажнения, который был равен 2,83 м³. Вокруг этой зоны располагался слой почвы, составляющий 70,0% объема контура увлажнения, влажность которого находилась в оптималь­ных пределах 100,0-80,0% НВ. И лишь 8,8% объема контура увлажнения имело влажность почвы менее 80,0% НВ. При увели­чении поливной нормы до 14,7 м³/га и проведении 26 поливов об­щие закономерности распределения влаги в почве остались такими же, как и в предыдущем случае (см. рис. 1.3, 1.4). Однако ряд показателей, характеризующих очаг увлажнения, видоизменился. В первую очередь возросла на 0,34 м или на 27,4% глубина промачивания. Длина и ширина контура увлажнения, а следовательно, и его горизонтальная площадь практически не увеличились.

В контуре увлажнения осредненная влажность почвы составила 85,0% НВ, что на 5,0% НВ меньше, чем при частых поливах малыми нормами. Переувлажненная зона составила 17,2% от объема контура увлажнения, который равен 5,0 м3. Оптимальная влажность от НВ до 80,0% НВ была зафиксирована в почве, составляющей 42,6% от объема контура увлажнения. Недоувлажненная часть контура составляла 40,2%. Общий объем контура увлажнения при меньшем количестве поливов был на 2,12 м3/га, или на 73,6%, больше, чем при частой подаче оросительной воды малыми нормами. Оптимально увлажненные части контуров увлажнения при различных нормах поливов были практически одинаковы. Это объясняется тем, что оросительные нормы на этих вариантах были близки друг к другу.

При выборе количества капельниц, которое необходимо устанавливать на одно растение, следует учитывать оптимальные параметры очага увлажнения для различных культур (см. табл. 1.1) и закономерности движения влаги в почве в горизонтальной и вертикальной плоскостях. При проектировании систем капельного орошения на юге СССР следует руководствоваться данными табл. 2.3 [32].

Для конкретных почвенно-климатических условий, видов и сортов сельскохозяйственных растений элементы техники капельного орошения следует уточнять по опытным данным, если таковые имеются [33—35].

В табл. 1.3 приведены верхний и нижний пределы влажности почвы в объеме контура увлажнения, интервал между которыми используется при расчете поливных норм.Для овощей даны два оптимальных значения влажности, первое — для засухоустойчивых, второе — для влаголюбивых культур.

При капельном орошении молодых садов и виноградников коэффициент пропорциональности между испарением с водной по­верхности и водопотреблением с площади контуров увлажнения «а» равен 1,0. Для семечковых, косточковых садов и виноградников ко­эффициент «а» можно принимать равным 1,0—1,5. При расче­те капельного орошения ореховых садов он равен 2,0. У овощей ко­эффициент «а» принимается дифференцированно, в начале веге­тации он равен 1,0, в период плодоношения — 1,5.

Расчет поливного режима при капельном орошении начинают с определения величины оросительной нормы. Рассчитывать ее следует на год исходя из обеспеченности культуры осадками пе­риода оптимального увлажнения на 95 или 75%.

Для большинства сельскохозяйственных культур период оптимального увлажнения в СССР длится 3-4 месяца с мая по август. Более точно эти сроки можно установить по зональным справочникам или опытным путем.

Величину оросительной нормы при капельном орошении с уче­том локальности увлажнения можно определить по испарению с водной поверхности, измеренному на метеостанции с помощью испарителя ГГИ-3000:

где М — оросительная норма нетто, м³/га или мм;
E₁— испарение с водной поверхности за период оптимального увлажнения культуры, мм или м3/га;
О — осадки за период оптимального увлажнения, мм или м³/га;
а — коэффициент пропорциональности между испарением с водной поверхности и водопотреблением с площади контура увлажнения;
К_к — увлажняющийся участок, выраженный в частях от площади питания растений;
К— биоклиматический коэффициент для различных зон и культур, определяется опытным путем и разработан для большинства орошаемых районов СССР [32].
Σd — сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха за период оптимального увлажнения, мб.

Величина поливной нормы при очаговом и полосовом капельном орошении определяется по зависимости

где m — поливная норма, м³/га;
h — глубина очага увлажнения, м;
α — объемная масса расчетного слоя почвы, т/м3;
βв — верхний предел средней влажности почвы в объеме контура увлажнения, % от массы почвы;
βн — нижний предел средней влажности почвы в объеме контура увлажнения, % от массы почвы.

При расчете оросительных и поливных норм по вышеприведенным формулам величины Е1, О, Σd берутся из гидрометеорологических справочников для соответствующих районов СССР.

Величины а, Кк, βВ и βн принимаются по данным таблиц 1.1,1.3. Количество вегетационных поливов помесячно и за весь вегетационный период определяется по формуле

где п — количество поливов.

Установление сроков вегетационных поливов ведется общеизвестным графоаналитическим методом с использованием интегральной кривой помесячных или подекадных дефицитов водного баланса, а также аналитическим способом в табличной форме. Затем определяют среднюю продолжительность межполивного периода:

где Т — продолжительность периода оптимального увлажнения, сут, берется по соответствующим справочникам.

Минимальный межполивной период Т2 для самого напряженного месяца по метеорологическим показателям находят по формуле

По величине Т₂ находят число тактов водоподачи N, учитывая при этом время выдачи поливной нормы на один гектар и конструкцию поливной и распределительной сети:

где К — суточный коэффициент использования рабочего времени, принимают равным 0,95;

t — время выдачи поливной нормы, ч, зависит от конструкции сети, величины поливной нормы и свойств почвогрунтов, определяется опытным путем.

При очаговом увлажнении t может быть рассчитано по формуле

Осенние влагозарядковые поливы проводятся повышенной нор­мой, которая рассчитывается по формуле 1.7. В отличие от веге­тационных поливов норму влагозарядковых рассчитывают на глу­бину промачивания до двух метров при интервале влажности, рав­ном 20,0% НВ.

www.nasos.pro

www.sprinkler.su

www.rkd.su

www.aquaspray.ru

www.truboprovod.biz

www.nodolini.ru