реферат. Проблема возникновения нового знания, научного поиска и творчества привлекали внимание ученых с самого начала становления науки
 Скачать 74.15 Kb.
|
|
6 Влияние применения систем комбинированного орошения на микроклимат орошаемого поля. Сущность исследуемой проблемы состоит в том, что в условиях зоны недостаточного увлажнения нашей страны, в последние годы почти ежегодно наблюдается атмосферная засуха, характеризующаяся температурой воздуха более 250С и его низкой влажностью (менее 30%). Во время атмосферной засухи, даже при достаточной влажности почвы, растения страдают из-за температурного стресса. Различные культуры по-разному реагируют на атмосферную засуху. Так, например, у зерновых культур, если атмосферная засуха совпадает с периодом цветения, урожайность резко снижает из-за пусто-зерности, когда часть зёрен в колосьях не завязывается. Если воздушная за-суха приходится на период налива зерна, то потери урожая вызываются не-полнотой налива – щуплостью зерна. Продолжительная атмосферная засуха может переходить в засуху, при которой растения испытывают недостаток и в почвенной влаге. Во время засухи, температура воздуха 40 - 450С является критической для всех видов пшеницы. При этом поверхность почвы может нагреваться выше 500С. При такой температуре происходит ожог тканей растений. Высокая температура почвы вызывает формирование интенсивного восходящего потока воздуха, выносящего частички почв с образованием пыльного тумана. Такая засуха может уничтожить урожай полностью [7]. Проблема усугубляется тем, что в последние годы отмечается увеличение продолжительности засушливого периода, и орошение традиционными способами (дождеванием или по бороздам и полосам) оказывается недостаточно эффективным в борьбе с засухой. Одним из перспективных способов борьбы с атмосферной засухой, на данный момент, является мелкодисперсное дождевание. Экспериментально установлено, что мелкодисперсное дождевание посевов нормами 0,8 – 1 м3/га во время атмосферной засухи позволяет значительно снизить ущерб. Периодическое опрыскивание растений водой, с интервалом 1 – 2 часа, в термически напряжённое время суток, когда температура воздуха превышает 250С, позволяет снизить влияние температурного стресса на растения и повысить урожайность на 20% [8]. Для осуществления мелкодисперсного дождевания, применяют раз-личные оросительные системы подвижные и стационарные. Примером подвижной системы является агрегат ДДА-100 М оснащенный комплектом оборудования, включающим центробежный насос 3К-6 с всасывающей и напорной линиями трубопровод и подвесной полимерный шланг, оборудованный 175 центробежными форсунками с диаметром сопел 3,5мм (патент РФ№ 2172583) . Недостатком такой технологии является, большая металлоёмкость и непроизводительные затраты воды на заполнение и поддержание её уровня в распределительной сети, а также большие затраты горючего на проведение опрыскивания. Для проведения мобильного аэрозольного опрыскивания посевов могут использоваться серийно выпускаемые опрыскиватели ОП-450, ОВТ-1, ОН-400 которые имеют ёмкость с оросительной водой насосы высокого давления и вентиляторы, обеспечивающие подачу мелкодисперсного аэрозоля. В настоящее время саратовской фирмой «Пегас-Агро» налажен выпуск опрыскивателя «Туман -1» (СХА-5), обеспечивающего подачу аэрозоля на расстояние 100м в безветренную погоду и до 200м по ветру, расходом 14- 20л/мин. Рабочая скорость опрыскивателя достигает 40 км/час. Регулировать микроклимат в более широком диапазоне позволяют стационарные системы мелкодисперсного орошения. Разработка таких систем была начата ещё во второй половине прошлого века. Так ещё в 70-ые годы итальянская фирма «Джи-э-Джи» разработала способ орошения тонкораспылённым климатизирующим дождём. Система для реализации этого способа включала водораспределитель-ную сеть, обеспечивающую подвод воды к мачтам высотой 15м. на верху этих мачт размещался блок распылителей воды, выполненный в виде 6м штанги с 12 насадками. Каждая насадка через сопло диаметром 1,5- 2мм подавала расход порядка 0,025 л/с, суммарный расход одной мачты при напоре 1атм составлял 0,32л/с. Площадь орошаемая с одной мачты - 0,5га, при дальности распыления воды 30-70 м в зависимости от направления и скорости ветра [9]. ФГНУ ВНИИ «Радуга» разработан стационарный комплект системы мелкодисперсного дождевания КАУ-1, который рассчитан на увлажнение 1га. Этот комплект включает 36 дождевателей установленных на мачтах высотой 5м через расстояние 17 -20м. Общий расход комплекта 3,2л/с, длительность подачи воды регулируется и может составлять до 40мин (5). Система мелкодисперсного дождевания, разработанная в УкрНИИОС, включала 1000 дождевальных насадок установленных на 1га по схеме 4х2,5м. Удельная протяжённость трубопроводной сети при этом достигает 2213 м/га при диаметре трубопровода 29мм. В подавляющем большинстве случаев в засушливых районах РФ аэро-зольное орошение рассматривается, как дополнительный способ орошения, применяемый на фоне влагозарядковых весенних поливов или во время вегетации в сочетании с традиционными поливами для регулирования микро-климата и предотвращения температурного стресса [10]. Системы комбинированного регулирования влажности почвы, по срав-нению с традиционными системами, обладают большими возможностями для оптимизации условий произрастания сельскохозяйственных культур, а именно поддержанию благоприятного водно-воздушного и пищевого режимов почвы, температуры и влажности приземного воздуха. Такие системы комбинированного регулирования влажности почвы и фитоклимата поля следует отнести к системам нового поколения, которые должны прийти на смену наиболее распространенным в настоящее время дождевальным системам или системам поверхностного орошения по бороздам и полосам. Комбинированное орошение позволяет сочетать гибкое регулирование запасов влаги в почве с созданием оптимальных для растения условий темпе-ратуры и влажности приземного слоя воздуха. Причем для каждой природно-хозяйственной зоны принимается наиболее прогрессивная техника полива путем создания систем, работающих в различных режимах, в соответствии с фазами развития и биологическими особенностями растений. Системы комбинированного орошении дают возможность полностью устранить неблагоприятное воздействие атмосферной засухи, что невозможно сделать при орошении только одним методом (капельным орошением, поливом по бороздам, подпочвенным орошением и т. д.). За счёт изменения продолжительности опрыскивания и продолжительности перерывов между ними обеспечивается поддержание микроклимата посевов в оптимальных пределах даже в жаркие сухие дни вегетационного периода. Применение комбинированных способов орошения способствует увеличению урожайности, а также снижению расхода воды по сравнению с орошением только од-ним традиционным способом. Наибольшее распространение получило комбинированное использование дождевальных машин, в первую очередь сочетание дождевания и полива по бороздам. При этом полив по бороздам производится в ветреную погоду, когда нет возможности осуществлять полив дождеванием. Для этого дождевальные машины оборудуют специальными водовыпусками в борозды (патент РФ № 2215403). На базе дождевальных машин ведётся активная разработка устройств, обеспечивающих сочетание дождевания с мелкодисперсным опрыскиванием посевов. Такие дождевальные машины используют в первую очередь с целью снижения температурного стресса во время засухи. На усовершенствованную конструкцию дождевально-опрыскивающего агрегата во ВНИИГиМ получен ряд патентов РФ. Так, например, агрегат, описанный в патенте РФ №2172583, состоит из базового трактора с фермой, насоса, водопроводящего пояса фермы с дожде-вальными насадками двух типов - для обычного дождевания и для мелко-дисперсного . Изобретение по патенту RU №2173043, позволяет осуществлять не-сколько режимов дождевания при помощи одного агрегата, а также повысить эффективность защиты растений от температурного стресса путём нанесения водно-воздушной пены, образующейся в результате добавления поверхностно-активных веществ в оросительную воду. Дополнительный трубопровод с центробежными разбрызгивателями подключен к водозаборной линии второго насоса, которая через насос-дозатор сообщена с дополнительной емкостью для поверхностно-активного вещества. Водопроводящий пояс фермы снабжен компрессором и с помощью патрубков с кранами сопряжен с водовыпускными отверстиями центробежных разбрызгивателей [11]. При установке насадок МДД на передвижные дождевальные установки, обработка посевов возможна лишь 2-3 раза в день, с интервалом в 2 часа. Такие дождевальные машины используются в режиме опрыскивания для со-здания благоприятного микроклимата в период острой засухи. Однако, это явно недостаточно для поддержания постоянных условий оптимальной температуры и влажности приземного слоя почвы. Более существенное влияние на формирование микроклимата поля могут оказывать стационарные системы комбинированного орошения. У каждой культуры во время вегетации есть периоды особо высокой чувствительности к недостатку влаги в окружающей среде. Так, урожайность сельскохозяйственных культур значительно уменьшается, если обводненность тканей растений понижена в период формирования органов плодоношения. Вследствие этого, при использовании комбинированного орошения, с целью экономии воды и ресурсов (водных, энергетических и материальных) необходимо учитывать как микроклимат посева, так и критические периоды выращиваемой культуры по отношению к недостатку влаги в почве и надземном слое воздуха. Так, начало проведения мелкодисперсного увлажнения для большинства сельскохозяйственных культур приходится на стадию «бутонизация-цветение». При использовании малообъемного орошения (по сравнению с традиционными способами) достигается значительная экономия водных, земельных, энергетических, материальных, трудовых и временных ресурсов, что позволяет отнести системы, сочетающие различные способы малообъемного орошения к разряду ресурсосберегающих. Технологии комбинированного малообъемного орошения целесообразно применять в регионах, климатические условия которых характеризуются наличием в течение вегетационного периода не менее 20 дней с температурой воздуха выше 250С, относительной влажностью - 50% и ниже, а так-же в районах, где наблюдаются часто повторяющиеся атмосферные засухи. В последние годы проводились исследования способов комбинирован-ного регулирования фитоклимата поля сочетающих капельное орошение участка и одновременное опрыскивание растений из насадок мелкодисперсного дождевания. Оросительная система для осуществления этого способа включает: водоисточник, энергетическую установку с насосной станцией, водоподводящий трубопровод и подключённые к нему, с помощью регулирующей арматуры поливные трубопроводы с водовыпусками капельной подачи воды и дополнительные поливные трубопроводы с мелкодисперсными распылителями. Применение такой системы даёт возможность производить опрыскивание растений с различной периодичностью и продолжительностью и соответственно полностью исключить опасность температурного стресса у растений. При этом использование капельного орошения обеспечивает значительное сокращение поливной нормы благодаря увлажнению только 25 – 30% площади поля при поддержании благоприятного водно-воздушного ре-жима в корнеобитаемом слое почвы (патент РФ№2322047). Эффективность применения, как мелкодисперсного дождевания, так и комбинированного орошения в значительной мере зависит от своевременности его проведения. Для этой цели наиболее часто используют температуру приземного слоя воздуха выше 250С. Данный рубеж носит достаточно условный характер и требует уточнения путём проведения специальных исследований и разработки методик. Так, например О.Г. Грамматикати и Е.И. Кузнецова предложили назначать проведение мелкодисперсного опрыскивания, при достижении перепада температур в системе лист/воздух 1-30 С (патент РФ №2113110) Более детально разработаны режимы комбинированного орошения сроки его проведения в изобретении, защищённом патентом РФ № 2464776, выданном на « Способ регулирования фитоклимата в агрофитоценозах при капельном орошении и систему для его осуществления». В этом патенте авторы предлагают ряд формул позволяющих рассчитать время проведения мелкодисперсного опрыскивания посевов, продолжительность подачи воды капельным способом и мелкодисперсным дождеванием. Расчёты осуществляются по результатам измерения температуры и влажности почвы и приземного воздуха [12]. Основным недостатком рассмотренных выше технологий регулирования фитоклимата является значительный разрыв между определением пара-метров микроклимата поля и проведением мелкодисперсного опрыскивания растений. Таким образом, происходит запаздывание с проведением обработки, что не может не сказаться на её эффективности. Эти особенности комбинированного орошения для достижения наибольшего эффекта делают необходимым формирования устойчивой обратной связи в системе поле - оросительная система в режиме текущего времени. Анализ патентной информации ведущих стран показывает, что именно это направление наиболее активно разрабатывается в мире. Все разрабатываемые в настоящее время оросительные системы ориентированы на широкое использование компьютерных технологий управления оросительной техникой, с применением различных датчиков установленных на поле. Как правило, эти датчики передают информацию в режиме текущего времени по беспроводной сети на центральный управляющий компьютер. Этот компьютер, используя базу данных и рабочие программы, выдаёт команды на контроллеры управляющие работой клапанов и насосного оборудования (Патенты европейского патентного ведомства ЕР №№1872651 А1; 2201834 А1; 2215906 А1; 2243353 А1; Заявки WOIS WO 2010051652 A1; WO 2010009016 A1; Патент США US 7792612). Аналогичные системы управления мелкодисперсными системами па-тентуются и в России (Патенты RU№ 20989464; №2463773; №2492626). Таким образом, в настоящее время основным направлением дальнейшей разработки систем комбинированного орошения предназначенных для регулирования фитоклимата поля является создание многофункциональной системы, обеспечивающей возможность поддержание оптимальной темпера-туры и влажности почвы и приземного слоя воздуха в течение всего вегетационного периода сельскохозяйственной культуры за счёт мониторинга параметров фитоклимата поля в режиме текущего времени. Литература Ольгаренко, В. И. Исследование мелиоративных и водохозяйственных систем [Текст] : учеб. пособие для магистрантов по направл. подготовки «Природообустройство и водопользование» магистерской программе «Мелиорация земель» / В.И. Ольгаренко, И.В. Ольгаренко; Новочерк. инж.-мелиор. ин-т им. А.К. Кортунова филиал ФГБОУ ВО ДонГАУ. ‒ Новочеркасск, 2016. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. - М.: Агропромиздат, 1985. – 351 с. Яшин, И.М. Почевнно-экологические исследования в ландшафтах. / И.М.Яшин, Л.Л.Шишов, В.А.Раскатов. - М.: МСХА, 2000. – 95 с. Снедекор Д.У. Статистические методы в применении к исследованиям в сельском хозяйстве и биологии. Пер. с англ. – М.: Сельхозгиз, 1961, - 497 с. Основы научных исследований: «учебное пособие» /Б.И. Герасимов [и др.]. - Москва: Форум, 2013. - 269с. Болдин А.П. Основы научных исследований : учебник / А.П. Болдин, В.А. Максимов. - М.: Академия, 2012. - 334с. Бородычев В.В., Храбров М.Ю. и др. Опыт применения мелко-дисперсного дождевания сельскохозяйственных культур: обзорная информа-ция. – М.: ЦБНТИ. – 1978. - № 1. – 57 с. Шумаков Б.Б., Бородычев В.В. Техника и технология аэрозоль-ного орошения. Мелиорация и водное хозяйство. Мелиоративные системы. Обзорная информация ЦБНТИ Минводхоза СССР, М., 1989. В.9. – 60 с. Шумаков Б.Б., Колганов А.В.. Бородычев В.В., Майер А.В. Мел-кодисперсное дождевание сельскохозяйственных культур в условиях Нижне-го Поволжья/Сб. научных трудов ВНИИОЗ, 1994. – С. 20-29. Кузнецова Е.И. Эколого-мелиоративные особенности мелкодис-персного дождевания в Нечерноземье/Мелиорация и водное хозяйство, № 2, 1997. – С. 40-41. Губин В.К., Губер К.В., Лямперт Г.П., Храбров М.Ю., Канардов В.И., Колесова Н.Г., Степанов В.П., Вуколов В.В. Дождевально-опрыскивающий агрегат/ Патент на изобретение RUS 2173043 30.12.1999. Овчинников А.С., Бочарников В.С., Бочарникова О.В.,Кизяев Б.М., Бородычев В.В. и др. Способ регулирования фитоклимата в агрофито-ценозах при капельном орошении и система для его осуществления./ Патент на изобретение RUS 2464776 24.05.2010.  Содержание Введение …………………….…………………………………………………......1 1 Законы и формы познания …………………………………………………...…2 2 Научные идеи и гипотезы ………………………………………………………8 3 Основные определения системного подхода ………………………………….10 4 Характеристики открытых систем ……………………………………………..13 5 Описание конструкций систем комбинированного орошения, применяемых в мире …………………………..…………………..16 6 Влияние применения систем комбинированного орошения на микроклимат орошаемого поля …………………………………………….20 Литература …………………………………………………………………………28 |