Полив и орошение
Как эффективно использовать воду для орошения в сельском хозяйстве?
Основные рекомендации
1
Мировая проблема нехватки и загрязнения пресной воды
Воде была дана волшебная власть стать соком жизни на Земле. Но Воду мы начинаем ценить не раньше того, как высыхает колодец.
Леонардо Да Винчи
Есть три больших вызова, которые с каждым годом становятся, все актуальней для сектора ирригации (орошения):
  1. Как увеличить производство и качество культур относительно потребляемых воды и энергии?
  2. Как уберечь один из самых ценных ресурсов планеты – пресную воду?
  3. Как сделать так, чтобы фермеров интересовала не только выручка с урожая, но наследие, которое они оставляют своим потомкам?
Исходя из любых соображений, духовных, потребительских, экономических – аграрии должны сделать все возможное, чтобы сберечь и приумножить пресноводные ресурсы планеты. Особенно, учитывая тот факт, что уже сегодня проблема нехватки и загрязнения пресной воды стоит на первом месте в аграрном секторе лидирующих стран. Этому способствуют испарение и смыв удобрений с полей, промышленные выбросы и стоки, попадание соленой воды в водоносные слои в прибрежных зонах (из-за откачивания грунтовых вод).
Применение загрязненной пресной воды или стоковых вод, приводит к ухудшению условий жизни, развитию заболеваний вплоть до смертельных исходов, а также исчезновению множества видов растений и водных обитателей
утверждает Википедия
Например, согласно исследованию aggeek.net, 85% фермеров Индии, Мексики, Китая, Ирана, Пакистана орошают пахотные земли стоковыми водами, что по их мнению якобы заменяют химические удобрения и возмещает недостаток пресной воды. Но главная опасность здесь кроется в том, что вместе со сточными водами переносятся различные болезни и паразиты. Не раз фиксировались случаи, когда овощи, импортируемые из Мексики, в Канаду и США, приводили к массовым заболеваниям. Это был и зеленый лук с гепатитом A, и мускусные дыни с сальмонеллой и салат с циклоспориазом.

Следующая важная мировая проблема в том, что множество фермеров, активно используют азотные удобрения на основе аммиака. Это очень болезненный процесс для экологии, ведь около 30% нитратов, которыми удобряют почву, попадают в грунтовые и прибрежные воды, а половина и вовсе улетучивается в атмосферу еще до того, как будет усвоена растениями. Исследования доказали, что в полевых условиях, культуры потребляют лишь 30-50% азота из удобрений, все остальное загрязняет воду, атмосферу и является одной из причин глобального потепления. Интересно, что проблема с азотом характерна фактически для любой страны с "развитым" сельским хозяйством. Например, в США 74% и Канаде 90% выбросов аммиака связаны с агробизнесом.
Если уже сейчас не предпринимать никаких мер, то к 2030 году без качественной очищенной питьевой воды остануться около 67% населения планеты (почти 5 млрд человек).
Так на сегодня, каждому землянину приходится около 750 м³ в год пресной воды, но к 2050 году будет уже 450 куб.м. 80% стран мира окажутся в зоне, которую ООН относит к категории ниже черты дефицита водных ресурсов. В Африке уже к 2020 году из-за глобального потепления в подобной ситуации будут от 75 до 250 млн людей. Нехватка воды в полупустынных и пустынных регионах приведет к интенсивной миграции населения.

Кроме экологических проблем, есть еще один печальный факт: даже в тех странах, где с водными ресурсами все в порядке, фермеры пренебрегают проектированием и модернизацией орошения, при этом крайне неэффективно используют воду, часто с большим перерасходом. Это приводит и к истощению водных ресурсов, и к существенным финансовым потерям со стороны фермера.
Тщательно планировать процесс и систему орошения – это одна из самых обязательных мер, которую фермер должен предпринять, чтобы сохранить природные и личные финансовые ресурсы.
Но это подразумевает нечто большее, чем просто сократить время полива. Ниже мы подробно рассмотрим важные факторы, которые нужно предусмотреть фермеру, чтобы его система полива была максимально экономичной и эффективной.
2
Рекомендации по эффективному использованию воды для орошения
Первое на что следует обратить внимание – это выбор оросительной техники или модернизация старой. Как показывает опыт, для больших фермерских хозяйств самый оптимальный вариант – это широкозахватные дождевальные машины. Качественные современные образцы устроены таким образом, что позволяют очень точно контролировать подачу воды в почву. Такой контроль достигается благодаря разнообразию сплинкерных систем, если их подобрать правильно, то можно существенно снизить не только расход воды, а и энергетические ресурсы, а также значительно повысить урожайность. Это доказывает статья, американского ресурса agriculture.com, переведенная журналистами сайта propozitsiya.com


В статье описывается опыт техасского фермера Боба Гранера, который оборудовал свою полумильную широкозахватную дождевальную машину системой PMDI, что расшифровывается, как "точное мобильное капельное орошение". Эта система подразумевает установку шлангов капельного орошения вместо распылителей на дождевальной машине. Принцип работы заключается в том, что за счет медленного движения опорных башен, шланги тянутся по полю и распределяют воду по всей длине участка, сверх точно и равномерно. При этом колеса опорных башен остаются сухими и не буксуют, а шланги не запутываются во время вращения оросительной машины, что бывает чревато неравномерностью полива поля.
После такого нововведения у Боба Гранера затраты на орошение снизились на 30%, а урожайность повысилась не менее, чем на 20%."Новая система была установлена на машине, которая поливала 108 гектар, разделенных поровну на 3 участка: под кукурузу, под пшеницу и под пар", – поясняет фермер и добавляет, что шланги были установлены с шагом в 1 метр. Впоследствии он стал делить орошаемый участок на 2 сектора – под кукурузу и под пшеницу.
Если раньше в среднем я собирал пшеницы 34-37,4 центнера с гектара, то с такой системой полива средняя урожайность превышает 46 центров на гектар. Средняя урожайность поздней кукурузы ранее составляла 111,3 центнера с гектара, но за последние 2 года урожайность выросла до 140 центнера с гектара.
хвастается фермер Боб Гранер
Более того фермер завершает полив на месяц раньше, так как запасы влаги в почве достигают нужного уровня, даже несмотря на то, что за год на его участке в среднем выпадает 140 мм осадков.
Из-за неравномерной и глинистой структуры почвы, когда я поливал через распылители, часть воды не успевала просочиться и либо испарялась, либо неравномерно распределялась по полю. А при поливе через систему PMDI вода сразу же просачивается в почву, не успевая стечь или испариться. У меня ресурс воды строго ограничен и регламентирован властями штата: на все поле я могу потреблять воды не больше, чем 1,9 м3/мин. Поэтому я должен очень экономно и эффективно использовать воду. В этом и помогла мне новая система, которая окупилась уже через 2 года.
поделился фермер Боб Гранер
Примечание: это не реклама системы PMDI, это просто один из реальных примеров, того как можно более эффективно и выгодно использовать воду. Возможно, далеко не всем фермерам подойдет метод Боба Гранера, и для кого-то полив с помощью дождевателей-разбрызгивателей окажется более целесообразный и эффективный. Главное не стоять на месте, искать более выгодные, экономичные и модернизированные решения.
Как правило, эффективность системы полива зависит от следующих факторов:

● Эффективность водоподводящей системы (Ес);
● Эффективность полива (Ea);
● Эффективность влагоудерживающей способности почвы (Es);
● Эффективность орошения (Ei);
● Эффективность равномерности полива (Сu);
● Эффективность использования воды культурами (CWUE);
● Эффективность использования оросительной воды (IWUE);
● Эффективность использования воды (WUEb – контрольный показатель).

Рассмотрим поочередно все эти факторы. Но стоит учесть, что информация предоставленная ниже дается в ознакомительных целях и все подобные расчеты лучше всего заказывать у опытных специалистов по орошению.
3
Основные факторы эффективности системы полива
Эффективность водоподводящей системы (Ес)

Дело в том, что вода для орошения обычно подается на поле из определенного водного источника по водопроводу, дренажным или искусственным земляным каналам. Так, для многих водоподводящих систем характерны трансмиссионные потери воды, из-за различных факторов: утечка из каналов, просачивание на стыках труб и т.д. Эффективность водоподводящей системы определяют, как соотношение количества оросительной воды, что поступает на поле из точки А (начального пункта), и количество извлекаемой воды из точки В (конечного пункта). Это выражено формулой:
Дело в том, что вода для орошения обычно подается на поле из определенного водного источника по водопроводу, дренажным или искусственным земляным каналам. Так, для многих водоподводящих систем характерны трансмиссионные потери воды, из-за различных факторов: утечка из каналов, просачивание на стыках труб и т.д. Эффективность водоподводящей системы определяют, как соотношение количества оросительной воды, что поступает на поле из точки А (начального пункта), и количество извлекаемой воды из точки В (конечного пункта). Это выражено формулой:
Ec = (Vf / Vt) * 100
Ec - эффективность водопроводящей системы (%);
Vf - объем ирригационной воды, что поступает на поле (акр-дюйм);
Vt - объем оросительной воды, что поступает из источника.

В идеале эффективность водопроводящей системы (Ec) должна достигать 100%, если же у вас показатели ниже 100%, значит где-то есть утечки, которые нужно устранить.
Эффективность полива (Ea)
Эффективность полива (Ea) показывает, как система орошения справляется с основной задачей – поливом культур и сохранением влаги в их корневой зоне. То есть Eа – это доля общего объема воды, что подается на поле, от объема сохраненной в корневой системе воды для удовлетворения потребностей суммарного испарения культур. Она выражается формулой:
Ea = (Vs / Vf) * 100
Ea – эффективность полива (%);
Vs – объем оросительной воды, сохраненный в корневой систем (акр-дюйм);
Vf – объем оросительной воды, поступившей на поле (акр-дюйм).

Также рассчитывая эффективность полива следует учитывать потери воды из-за природных условий, которые включают: снос ветром (вода, что перемещается ветром из целевой области), испарение капель в воздухе (потеря воды, вызванная прямым испарением в процессе перемещения от форсунки до культуры или почвы), испарение воды листьями (это вода, что впитывается листвой растений, а также испаряется через нее обратно в воздух), испарение воды с поверхности почвы (вода, что испаряется с поверхности почвы, не достигая корневой системы растений).
В Таблице 1 даны расчеты величины потерь воды при орошении, с использованием 3-х разных видов разбрызгивателей: с насадкой-спрей, с малым углом распыления и LEPA). Данные приведены на основании исследования Министерства сельского хозяйства США (USDA ARS) в городе Бушленд, штат Техас. Разбрызгиватели-спреи разместили на высоте в 1,5 метра от лиственной кроны, разбрызгиватели с малым углом распыления разместили в самом верху подводящего трубопровода, система LEPA с насадками баблерами (bubbler) на расстоянии 0,3 м от земли.

Расчет потери воды основан на поливной норме кукурузы в 1 дюйм (2,54 см) при минимальной скорости ветра.

Так как минимальные потери воды при поливе неизбежны, его эффективность всегда будет меньше, чем 100%. В Таблице 2 представлены "Потенциальные" показатели эффективности полива в правильно спроектированных и грамотно, управляемых ирригационных системах.

Показатели эффективности в Таблице 2 также очень зависят от типа почвы, стадии роста культур, уклона и других управленческих факторов, а также особенностей поля и типа орошения. Таким образом, данные показатели могут существенно варьироваться, для одного и того же типа орошения.
Эффективность влагоудерживающей способности почвы (Es)
Этот показатель говорит о том, как эффективно почва удерживает влагу в корневой зоне, чтобы удовлетворять потребности культур в воде. Es определяется, как соотношение объема воды, что удерживается в корневой зоне, к объему воды, что необходим для повышения влаги в корневой системе до уровня полевой влагоемкости почвы, и выражается формулой:
CWUE = (Yi – Yd) / (ETi – ETd) (12)
CWUE – эффективность использования воды культурами (бушель/акр-дюйм);
Yi – урожайность при орошении (бушель/акр-дюйм);
Yd – урожайность эквивалентных культур (бушель/акр-дюйм);
ETi – ET для орошаемых культур (дюйм);
ETd – ET для неорошаемых культур (дюйм).

Высокий показатель Es означает, что полив увеличивает содержание воды в корневой зоне почвы до определенного уровня полевой влагоемкости, но не ведет к глубокой фильтрации. Во многих случаях, не советуется насыщать водой профиль почвы до уровня полевой влагоемкости, нужно предусматривать некоторый влагоудерживающий потенциал на случай осадков. Так насыщение почвы влагой до 90% от ее полевой влагоемкости будет хорошей стратегией. Микро-ирригационные и дождевальные системы обычно просто поддерживают необходимый уровень влаги в почве для насыщения потребностей культур в воде (ЕТ) при этом не заполняя корневую зону почвы.
Эффективность орошения (Ei)

Иногда вода используется не только для удовлетворения потребностей культур, а например для удаления солей из почвы (выщелачивание), подготовки почвы к посадке, проращиванию семян и смягчению почвенной корки при прорастании семян, контроле микроклимата (защиты от замерзания или охлаждение испарением при аномальной жаре), и потребности растений в воде, благоприятные для культур. Вода также может применяться для химигации (снижение нормы расхода химикатов).
Когда в расчет берется не только вода для полива растений, то применяется термин "эффективность орошения (Ei)" для определения эффективности подачи орошаемой системой любой воды, что полезно используется для производства урожая. Эффективность орошения (Ei) определяется, как отношение полезно используемого объема воды к объему поданной оросительной воды и выражается формулой:
Ei = (Vb / Vf) * 100
Ei – эффективность орошения (%);
Vb – объем полезной используемой воды (акр-дюйм);
Vf – объем воды, поданной на поле (акр-дюйм).
Эффективность полезного водопотребления (Ee)
Повторное использование сточных вод сокращает количество воды, потребляемой насосом из источника, и увеличивает общую эффективность ирригации. Эффективность полезного водопотребления (Ee) – это общая эффективность орошения с корректировками на объемы воды поверхностного стока и глубокую фильтрацию, который повторно используется или восстанавливается без ущерба качеству воды, выражается формулой:
Eo = (Ec × Ea) x 100
Eo – общая эффективность орошения (%);
Ec – эффективность водоподводящей системы;
Ea – эффективность полива.

В некоторых районах, законодательство в области использования и охраны водных ресурсов запрещает допускать поверхностный водосток оросительной воды, качаемой насосом из грунтовых вод. Поэтому у производителей больше мотивации для повторного полезного использования стока оросительной воды. Фермеры, не имеющие системы повторного использования, часто уменьшают поток воды в бороздах для минимизации стока.
Примечание: надлежащее управление ирригацией, увеличивает эффективность полива в то время, как ненадлежащее приводит к неэффективному использованию воды, финансовым потерям и снижению показателей эффективности. Также следует учесть, что чрезмерное орошение может стать причиной просачивания химикатов в почву ниже корневой зоны, а также уменьшению урожайности, и нерациональному потреблению водных ресурсов. Неверный расчет интервалов между поливами и ненадлежащее применение орошения, вызывает стресс у культур, снижает качество и объем урожая.
Эффективность равномерности полива (Cu)
Фактически все оросительные системы в той или иной степени подают воду неравномерно. Эффективность равномерности полива очень сложный косвенный показатель, который зависит от множества факторов.

Например, считается, что равномерность воды, которую впитывает почва, связана с водой, которая собрана в емкости для сбора воды в дождевальных системах, а также с временем нахождения воды в борозде, скоростью инфильтрации для систем с поверхностным поливом и выбросом эмиттера для систем микроорошения. Чтобы все это выразить, используется так называемый коэффициент Кристиансена (Cu), который основан на объеме собранной воды и описывает равномерность распределения воды в отношении стационарных дождевальных систем орошения, определяется по формуле:
Cu = 100 [1 - (ΣXi - Xm) / ΣXi]
Cu – Коэффициент равномерности Кристиансена (%);
ΣXi – средняя глубина воды всех емкостей для сбора (дюйм);
Xm – знак суммы сложения всех измеренных глубин (дюйм).
Эффективность использования воды культурами (CWUE)
(CWUE) чаще всего применяют для характеристики эффективности орошения по отношению к урожайности. Данный показатель выражается, как соотношение прибыли или биомассы, произведенной на единицу оросительной воды, использованной на ET, выражается формулой:
CWUE = (Yi – Yd) / (ETi – ETd)
CWUE – эффективность использования воды культурами (бушель/акр-дюйм);
Yi – урожайность при орошении (бушель/акр);
Yd – урожайность эквивалентных неорошаемых культур (бушель/акр);
ETi – ET для орошаемых культур (дюйм);
ETd – ET для неорошаемых культур (дюйм).

Из вышеизложенного определения, эффективность использования воды культурами – это деление единицы продукции на единицу воды, использованной для орошаемых и неорошаемых культур. Обычно применяются единицы: фунты на акр-дюйм, тонны на акр-дюйм, или бушели на акр-дюйм.
Эффективность использования оросительной воды (IWUE)
Эффективность использования оросительной воды (IWUE) показатель, который характеризует урожайность по отношению к общей глубине внесения воды при орошении, и выражается формулой:
IWUE = (Yi – Yd)/IRi
IWUE – эффективность использования оросительной воды (бушель/акр-дюйм);
Yi – масса прибыли орошаемых культур (бушель/ акр);
Yd – масса прибыли эквивалентных неорошаемых культур (бушель/акр);
IRi – глубина внесения оросительной воды при поливе (дюйм).

Показатель IWUE более актуален при общей оценке эффективности систем производства сельскохозяйственных культур так как он отражает количество урожая, что получен из объема использованной воды, но не исходит из глубины внесения воды. Ведь не вся подаваемая на поле вода используется для удовлетворения потребности культур во влаге. То есть, показатель IWUE не учитывает фактическое потребление воды культурами и коэффициент потери воды при орошении.
Эффективность использования воды (WUEb контрольный показатель)
Контрольный показатель эффективности использования воды, что учитывает общее количество воды, которая используется для производства урожая, выражается формулой:
WUEb = Yi / (Pe + IR + ΔSW) (14)
WUEb – контрольный показатель эффективности использования воды;
Yi – урожайность при орошении (бушель/акр);
Pe – эффективные осадки (дюйм);
IR – орошение (дюйм);
ΔSW – изменение концентрации воды в почве в корневой зоне в течение периода вегетации (дюйм).

Знаменатель уравнения 14 – замещающий показатель воды, использованной для производства урожая, без учета потерь на использование грунтовых вод, глубокую фильтрацию и поверхностный сток.

Опытные практики, которые занимаются орошением применяют показатель WUEb для определенных регионов, управления орошением, а также выявлений различий между методами орошения, или и того, и другого.
Вывод: проектируя систему орошения, очень важно хотя бы частично учитывать вышеизложенные факторы и показатели, это позволит эффективно управлять орошением, минимизирует финансовые потери и сохранит водные ресурсы планеты. Но также не менее важно применять для полива высококачественное, современное ирригационной оборудование с полным циклом заводской сборки, что сертифицировано по последним евростандартам. Это еще больше сэкономит природный ресурс и сократит целый ряд рисков, связанных с поломками, перерасходом топлива и человеческим фактором.
Команда NRG GROUP помогает подобрать системы полива для средних и крупных сельскохозяйственных территорий под любые нужды и бюджет. А также оказывает полный цикл услуг в данном направлении: запуск, эксплуатация, ремонт, помощь персоналу в любых вопросах. Мы являемся официальным представителем итальянского бренда Visa S.p.A и испанской фирмы Chamsa. Это дождевальное оборудование премиум сегмента, с 30-ти летним ресурсом эксплуатации, 100% итальянской конвейерной сборки, 100% отсутствием брака, 100% гарантией лучшего европейского качества.
Для бесплатной консультации с экспертами NRG GROUP звоните - 044 225 25 20 или оставляйте заявку на сайте, мы с вами свяжемся в ближайшее время.
Читайте также:
© 2014 All Rights Reserves
Facebook | land@scape.eu
Made on
Tilda