АГРОБИО ТЕХНИКА - растениевъдство, животновъдство, биоенергетикагодина IV, брой 7, 2016

Ефективност на напоителните системи във фермата

Фермерските напоителни системи са методи за прилагане на вода на културите и са класифицирани като повърхностно напояване, дъждуване и микронапояване. Решението, за избор на система за напояване или преобразуването й в по-ефективна система за напояване, е сложно. От гледна точка на опазването на водите изборът е лесен - увеличаване на икономията на вода и замяна на повърхностните напоителни системи с дъждовални, и когато дъждовалните системи се заменят с микронапоителни системи. Въпреки това, успехът на напоителната система ще бъде силно зависим от мястото и ситуационните фактори, както и нивото на управление на заетите. Съществуващите напоителни системи трябва да бъдат оценени внимателно, преди да се премине към алтернативни системи за напояване.


Повърхностните напоителни системи са класифицирани с цел увеличаване на ефективността като напояване чрез наводнение, гранично напояване, напояване чрез бразди и басейново напояване. Двете функции, които отличават повърхностното напояване от другите методи за напояване са, че водата тече свободно в отговор на гравитацията, както и средствата на полето за пренасяне и разпределение по повърхността на полето.

Напояване чрез наводняване
Напояване чрез наводняване или неконтролирано наводнение, е прилагането на поливна вода от полски канавки, при което се прави малък опит да се контролира потокът на полето с помощта на диги или други методи, които ограничават движението на водата. Този метод често се нарича свободно наводняване.

Въпреки че тези системи са изгодни с техните ниски изисквания за първоначални разходи и труд, те са неблагоприятни с тяхната ниска ефективност и еднообразие. Този метод се използва основно при хълмиста земя, където границите, басейните и браздите не са осъществими, и където е достъпно адекватно водоснабдяване.

Граничното напояване е поливане с вода на наклонени, дълги, правоъгълни полета, при които трябва наличие на дренажни условия в долния край на полето. Граничните ивици обикновено са разположени в посока на най-големия наклон, и са с ширина от 10 до 20 метра и дължина от 100 до 400 метра, като имат малки издадени ръбове между ивиците за предотвратяване на преливане на водата при напояване.

Земята между границите трябва да бъде изравнена перпендикулярно по посоката на потока. Граничното напояване е подходящо за повечето култури и видове почви, но е предпочитано за почви и култури с бавен до умерен прием, които могат да понасят продължително събиране на вода.

Напояване чрез бразди
Въпреки че водата покрива цялата площ на едно поле, при другите методи за повърхностно напояване, напояването чрез бразди покрива от една пета до една втора от повърхността. Браздите се различават по размер и могат да бъдат поставени нагоре и надолу по наклона или по контура. Малките, плитки бразди, се наричат гънки и обикновено се използват за близки за отглеждане култури като, например, малки зърна и люцерна. По-големите, по-дълбоки бразди са подходящи за окопни култури като царевица.

Във фермата браздите осигуряват по-добра гъвкавост на управлението на водите в рамките на множество условия на повърхностно напояване. Изпускането на единица ширина на терена е значително намалено и следователно може да се практикува по наклони със стръмност 12%, ако браздите са пуснати по контура с подходящ по размер неерозивен поток.

Ако браздите не са поставени по контура, максималният препоръчителен наклон е 3% или по-малък. По-малката намокрена площ в браздата при напояване също така намалява загубите от изпарение. Браздите предоставят на поливача повече възможности за ефикасно управление на поливането, като полевите условия се променят през целия сезон. Въпреки това, браздата за напояване не винаги е ефективна и може да доведе до значителен отток, ако се поддържа постоянна скорост на притока през целия период на прилагане.

Могат да бъдат използвани няколко метода за да се намали оттока, като операции по съкращаване, напояване на вълни и системи за повторно използване.

Басейново напояване
Басейните обикновено са с правоъгълна форма, гладки във всички посоки и са обхванати с дига, за да се предотврати оттичане. Притокът на басейните обикновено е ненасочен и неконтролиран и може да бъде сравнително ефективен, ако са на разположение високи скорости на потока за бързо покриване на областта. Има няколко култури и почви, които не се поддават на басейново напояване, но то е най-подходящо за умерени до бавно приемащи почви, дълбоко вкоренени и близко разположени култури. Прецизното подравняване на земята е много важно за постигане на висока еднородност и ефективност с всички методи за повърхностно напояване. В Колорадо басейновото напояване се използва предимно за близко разположени култури като люцерна, трева и малки зърна, но не за окопни култури.

Системи за дъждуване
Дъждуването е универсален начин за поливане с вода на всяка култура, почва и топографско състояние. Системите за дъждуване могат да бъдат ефективни за почви, за които не са подходящи или ефективни методите за повърхностно напояване. Като цяло, системите са описани в съответствие с метода на преместване на страничните линии, към които са свързани различни видове пръскачки. Страничните тръби могат да бъдат плътен набор или въртящи се, които също могат да се преместват ръчно или механично. Системите за дъждуване са високо ефективни, но има общи притеснения относно изискванията за труд и инвестиционните разходи за тези системи.

Ръчно преместваемите странични колела имат най-ниска стойност на инвестицията, но най-високото изискване за труда. Тези системи са подходящи само за ниско растящи култури. Системата със странично колело използва за напояване тръбата като ос, на колелата с голям диаметър, които са разположени на около 40 фута едно от друго. Тези паралелни колела се преместват от задвижван с бензин мотор и по този начин се изисква по-малко труд, отколкото системите с ръчно преместване. Страничните ролки са подходящи за култури, които няма да пречат на движението на страничните или пръскащите колела.

Центърът на въртене се състои от радиални тръбопроводи, които се въртят около една централна ос чрез вода под налягане, електрически мотори или маслени хидравлични мотори. В системите с централно завъртане могат да се използват разнообразни видове дюзи. Пакетите за дъждуване трябва да бъдат избрани в съответствие с условията за най-ефективна работа.

Линейното движение на страничните тръби използват хардуер, подобен на този на центъра на въртене, но се движат в права линия през полето. Системите с плътен комплект имат пръскачки, които са поставени над цялата област, където всички или някои от пръскачките могат да работят едновременно.

Капково напояване
С цел да се остави пространство за обработка на почвата, въпреки че тя трябва да бъде само за малка дълбочина (<30 см), подпочвеното капково напояване (SDI) е за предпочитане. То дава възможност и за по-малки дози напояване, които да се прилагат регулярно в случай на почви с нисък водозадържащ капацитет, като дава възможност процесът да бъде автоматизиран. В райони с ниски валежи, пръскачките могат да бъдат използвани във връзка с SDI, така че да се увеличи скоростта на прилагане и да се позволи по-добро достигане на водата до корените на растнията.

Тази система е пригодена за култури, които не изискват оране, като дава възможност за аерация на уплътнени почви. Торенето на почвата също е възможно с SDI, което позволява инжектирането на хранителни вещества директно в системата от резервоар за течен тор свързан към помпената станция. При подготовката на лехите, разстоянието трябва да бъде внимателно обмислено предварително, така че да се осигури хомогенност на напояването за да не се създаде отрицателно въздействие върху добива.

На последно място, що се отнася до машините като комбайни и ремаркета, които се движат в парцела, трябва да са оборудвани с гуми с ниско налягане, за да се предотврати уплътняването на почвата, тъй като това пречи на действието на дюзите.

Капковото напояване дава възможност за автоматизиране на поливането, като изисква минимален труд за инталирането и поддържането на мрежата, тъй като трябва да се поддържа всяка година, за да се избегне рискът от запушване.

Водата за напояване трябва да се филтрува, особено при използване на повърхностните води, тъй като с течение на времето съществува риск тази вода, която съдържа високо ниво на органична материя, да създаде биофилми в капкообразувателите и да спре притока на вода. По отношение на използваната енергия се изисква ниско налягане (1 бар) на входа на мрежата, което води до ниско потребление на енергия, дори и при чести напоявания.

Системи за микронапояване
Микронапояването е метод за бавно доставяне и често поставяне на вода в почвата с помощта на система с ниско налягане, разпределяне на малък обем и специален контрол на изходите на потока. Ако се управлява правилно, микронапояването може да увеличи добивите и да намали изискванията за вода, торове и труд. Микронапояването включва: микропръскачки, капково напояване и подпочвено капково напояване (SDI). Микропръскачките, често наричани минипръскачки, обикновено се състоят от малки емитенти поставени на къси стойки над повърхността на почвата. Водата се пренася по въздуха, но пътува само на кратко разстояние, преди да достигне повърхността на почвата. Намокрената област на емитентите в тези системи е малка, може да се контролира сравнително лесно и има различни форми, за да съответстват на желаните модели за разпространение. Предимствата на микросистемите с пръскачки за напояване са възможностите за контролиране на замръзване, по-голяма гъвкавост при прилагането на вода и по-ниска чувствителност към запушване.

Микронапоителните системи прилагат вода на базата на висока честота и създават близо до оптималните условия почвена влага за посевите. При правилно управление, микро напояването спестява вода, защото само кореновата зона на растението е захранена с вода и малко, ако има такава, се губи в дълбоко просмукване, консумация от неполезните растения или изпаряване от почвената повърхност. Освен че са с висока ефективност, тези системи също се нуждаят от сравнително малко вложен труд, ако са проектирани правилно. Добивите на някои култури са показали, че се увеличават в рамките на тези системи, тъй като е необходимо да се поддържа високо нивото на водата в почвата, за да се отговори на изискванията за изпаренията. Основните недостатъци на системите за микронапояване са високи първоначални разходи и възможност за запушване на системата. В някои случаи, вложения труд може да бъде доста висок, ако гризачи ровят и дъвчат компонентите на системата. Чрез правилно проектиране, експлоатация и поддръжка, могат да се преодолеят много от тези въпроси.

Ефективност на напоителните системи във фермата
Има много термини за ефективност, използвани за описване на производителността на системата за напояване. Ефективността на приложение се определя като: Ef =100Ws/Wd, където Ws е водата, съхранена в кореновата почвена зона чрез напояване, а Wd е водата, доставена на полето за напояване

Разликата между водата, съхранена в зоната на корените (Ws) и количеството на водата, доставена до фермата или полето (Wd), е загубата на вода под формата на дълбоко просмукване, оттичане и изпаряване.

По-конкретно, полевата ефективност включва малко загуби за изпаряване или изтичане от водните канали на повърхността или браздите, някои течове от пръскачки или капкови тръбопроводи, прецеждане под зоната на корените, теч от пръскачките, изпаряване на капчици във въздуха или оттичане от полето. Количеството и видът на загубата на вода, която се проявява при прехвърлянето на вода от източника на вода до мястото, където културата действително използва водата, са силно зависими от типа на доставка и разпределение, използвани от напоителната система .

Относителната разлика между стойностите на ефективността на различни системи за напояване е резултат от промените в количеството на оттока и дълбокото просмукване, а понякога и изпаряване. Разликата не е в резултат на промяната на количеството на водата, която културите реално консумират. Например, преминаването от степенувани бразди с 65% ефективност в добре поддържана SDI с 90% ефективност, ще доведе до 25% икономия на водата. Това спестяване на вода е главно в резултат на намаляване на оттичането и дълбоко просмукване, свързани със системата за напояване чрез бразди.

Сравнения на ефективността на напоителните системи
Когато се вземе решение за промяна на начина на разпределение на напояването, икономиите на вода, които могат да се очакват, е разликата между стойностите на полевата ефективност при двата метода. Повишаване на полевата ефективност с 10% ще доведе до намаляване на количеството вода, необходимо за постигане на една и съща доходност под оригиналната система с 10%, ако новата система се управлява правилно.

Правилното проектиране, управление и поддръжка на напоителните системи в крайна сметка ще определи постижими нива на ефективност. Тези въпроси са особено важни, когато един производител реши да конвертира съществуващ метод за напояване с по-ефективен метод за пестене на вода.

Сравнение на методите за напояване
Различните техники не са непременно адаптирани или приспособими към всички култури, което прави избора на оборудване доста трудно, ако вземем предвид различните фактори, които трябва да бъдат взети под внимание: климат, почви, растения, енергия. За трайни насаждения е препоръчително да се използва микро-напоителна система. Пръскачките с малки капчици биха били по-подходящи за уплътнени (глинести) почви и върху почви, които са по-скоро пясъчни в природата. От друга страна, капково напояване много добре пасва на почви с ниско наличния на капацитет на водата. Във ветровити райони, капковото напояване има определено предимство. В региони с висок риск от замръзване пък е необходимо дъждуване с малки капчици с ниска скорост на потока.

За да се избере метод за напояване, производителят трябва да знае предимствата и недостатъците на различните методи. За съжаление, в много случаи не съществува едно най-добро решение, защото всички методи имат своите предимства и недостатъци. Тези въпроси трябва да бъдат разгледани преди преминаване към по-ефективна система. Ако напоителна система не е много подходяща за дадена ситуация, тя не може да бъде по-ефективно или да икономисате повече вода, отколкото първоначалният метод на напояване. Икономиите на вода, които могат да се очакват от въвеждането на друг метод за напояване е разликата между подадените стойности за ефективност за двата метода.

Преминаване от повърхностно напояване към дъждуване е една от най-разпространените реализации, използвани за да се пести вода. Причината за тази реализация е, че повърхността за напояване по своята същност е по-малко ефективна и по-трудоемка, отколкото дъждуването. Преди преминаване от една повърхностна система за поливане към дъждуване трябва да се разгледат много фактори, включително: отклика на добивите, икономията на вода, спестяването на труд, спестяването на енергия, икономическите разходи, климатичните условия, както и теренните характеристики.