Капельное орошение
Капельное орошение или капельное орошение — это тип системы микроорошения , которая может экономить воду и питательные вещества, позволяя воде медленно капать к корням растений либо над поверхностью почвы, либо заглубленно под поверхностью. Цель состоит в том, чтобы поместить воду непосредственно в корневую зону и минимизировать испарение. Системы капельного орошения распределяют воду через сеть клапанов , труб, трубок и эмиттеров. В зависимости от того, насколько хорошо она спроектирована, установлена, обслуживается и эксплуатируется, система капельного орошения может быть более эффективной, чем другие типы ирригационных систем, такие как поверхностное орошение или спринклерное орошение.
Современное капельное орошение было изобретено израильскими учеными в 1960-х годах. [1] Однако по состоянию на 2023 год 85% мирового орошения по-прежнему осуществляется традиционными методами. [1] [2]
История
Древний Китай
Примитивное капельное орошение использовалось с древних времен. Фань Шэнчжи Шу , написанная в Китае в первом веке до нашей эры , описывает использование закопанных неглазурованных глиняных горшков, наполненных водой, иногда называемых Оллас , в качестве средства орошения. [3] [4]
Современное развитие
Германия: подземная труба
Современное капельное орошение начало свое развитие в Германии в 1860 году, когда исследователи начали экспериментировать с подземным орошением с использованием глиняных труб для создания комбинированных ирригационных и дренажных систем. [5]
Перфорированная труба
Позже, в 1920-х годах, исследования были расширены и теперь включают применение систем перфорированных труб. [6]
Австралия: использование пластика
Использование пластика для удержания и распределения воды при капельном орошении позже было разработано в Австралии Ханнисом Тиллом. [6]
Израиль: пластиковый эмиттер, капельное орошение
Использование пластикового эмиттера в капельном орошении было разработано в Израиле Симхой Блассом и его сыном Йешаягу. [7] Вместо того, чтобы выпускать воду через крошечные отверстия, которые легко блокируются крошечными частицами, вода выпускалась через более крупные и длинные проходы за счет трения, замедляющего движение воды внутри пластикового эмиттера. Первая экспериментальная система этого типа была создана в 1959 году Блассом, который позже (1964 год) в партнерстве с кибуцем Хацерим создал ирригационную компанию под названием Netafim . Вместе они разработали и запатентовали первый практичный эмиттер для поверхностного капельного орошения. [5] [6] Современное капельное орошение было изобретено в Израиле в 1960-х годах, такое орошение также повысило эффективность использования удобрений и воды. [1] По мнению Times of Israel, внедрение этой технологии было революционным и могло сэкономить 70% воды, используемой при выращивании риса. [2]
Гольдберг и Шмуэли (1970) [8] разработал значительное улучшение: «в пустыне Арава на юге Израиля [Шмуэли] продемонстрировал, что система капельного орошения, установленная на поверхности почвы, работает исключительно хорошо при выращивании овощных культур даже при использовании соленой воды (Эльфвинг, 1989). Система.. .был ответственен за озеленение ранее непродуктивной среды». [9]
Замена подземной системы наземной решила проблему засорения подземной системы. Их усовершенствование преобладало: «Капельное орошение в настоящее время является наиболее эффективным способом подачи воды на сельскохозяйственные культуры (Pathak et al. 2009; Goyal 2012)... Существует два варианта технологии: поверхностный и подземный. Наиболее распространенным является поверхностный капельный полив. , впервые разработанный в Израиле (Гольдберг и Шмуэли, 1970)... В связи с необходимостью повышения эффективности орошения как меры устойчивого использования водных ресурсов, существует широкий интерес к капельному орошению (Scanlon et al. 2012; Steward et al. . 2013; Schaible and Aillery 2017) и отмечен многочисленными исследованиями по оценке его эффективности при выращивании нескольких культур». [10]
Компания «Нетафим» разработала технологию полива риса. Рисовые поля производят 10% мировых выбросов метана, что эквивалентно 400 миллионам автомобилей. Впервые эта технология была внедрена в Италии, Турции и Индии. [2] Агротехническая фирма N-Drip разработала интеллектуальное капельное орошение для рисовых полей. В статье TOI сообщалось, что система N-Drip привела к увеличению урожайности до 33%, сокращению количества удобрений на 50%, снижению выбросов парниковых газов, таких как углерод и метан, с 50% до 85%, а также к экономии воды на 50%. %. [11]
США: капельная лента
В США первая капельная лента под названием Dew Hose была разработана Ричардом Чапином из Chapin Watermatics в начале 1960-х годов. [12] [13] Эволюцией капельной ленты, которая привела к принятию и использованию капельной ленты в больших масштабах, стало введение в 1987 году компанией Plastro Irrigation T-Tape , которая имела первое щелевое отверстие и ламинарный канал потока, который позже превратился в канал потока, регулирующий турбулентный поток. . Chapin Watermatics была приобретена компанией Jain Irrigation в 2006 году и находится в составе ее дочерней компании в США Jain Irrigation Inc, США. [14] [15] [16]
Впервые введенная в Калифорнии в конце 1960-х годов, к 1988 году эту систему использовали только 5% орошаемых земель. К 2010 году эту систему использовали 40% орошаемых земель в Калифорнии. [17]
Кольцо-струйка
Струйное кольцо — это круглое устройство, которое равномерно распределяет воду вокруг основания дерева или кустарника. Подключаемые к водопроводу с помощью садового шланга или переходника для трубок, кольца для капельного орошения могут быть интегрированы в ирригационную сеть, которая одновременно поливает множество растений. Регулируя поток воды через капельное кольцо, почву можно насыщать со скоростью, позволяющей экономить воду за счет минимизации ненужного поверхностного стока и потерь из-за испарения. [ нужна ссылка ]
Значение
Современное капельное орошение, возможно, стало самой ценной в мире инновацией в сельском хозяйстве с момента изобретения в 1930-х годах ударного спринклера , который предложил первую практическую альтернативу поверхностному орошению.
Текущие события
Тщательное изучение всех соответствующих факторов, таких как топография земли, почва, вода, сельскохозяйственные культуры и агроклиматические условия, необходимо для определения наиболее подходящей системы капельного орошения и компонентов, которые будут использоваться в конкретной установке.
Микрораспылительные головки
Для капельного орошения также могут использоваться устройства, называемые микрораспылительными головками, которые распыляют воду на небольшую площадь вместо капельных эмиттеров. Они обычно используются на деревьях и виноградных культурах с более широкой корневой зоной.
Подпочвенное капельное орошение
При подземном капельном орошении (SDI) используется постоянно или временно закопанная капельная линия или капельная лента, расположенная у корней растений или под ними. Он становится популярным для орошения пропашных культур, особенно в районах, где запасы воды ограничены или для орошения используется оборотная вода.
Глобальный охват и лидеры рынка
По состоянию на 2012 год Китай и Индия были самыми быстрорастущими странами в области капельного или другого микроорошения, в то время как во всем мире эти технологии использовались более чем на десяти миллионах гектаров. [18] Тем не менее, это составляет менее 4 процентов орошаемых земель мира. [18] В том году израильская компания «Нетафим» стала лидером мирового рынка (эту позицию она сохраняла и в 2018 году). [19] ), при этом индийская компания Jain Irrigation является второй по величине компанией по микроирригации. [18] В 2017 году Ривулис купил Eurodrip и стал вторым по величине производителем ирригационных систем в мире. [20]
Компоненты и работа
Компоненты, используемые в капельном орошении (перечислены в порядке источника воды), включают:
- Насос или источник воды под давлением
- Водяной фильтр (ы) или системы фильтрации: сепаратор песка, системы фертигации ( инжектор Вентури ) и оборудование для внесения химикатов (дополнительно)
- Контроллер обратной промывки ( устройство предотвращения обратного потока )
- Клапан регулирования давления ( регулятор давления )
- Распределительные линии (основная труба большего диаметра, возможно, второстепенная труба меньшего диаметра, фитинги)
- Ручные, электронные или гидравлические регулирующие клапаны и предохранительные клапаны
- Полиэтиленовая трубка меньшего диаметра (часто называемая «отводами»)
- Полифитинги и аксессуары (для выполнения соединений)
- Излучающие устройства на растениях (эмиттер или капельница, микрораспылительная головка, линейная капельница или линейная капельная трубка)
В системах капельного орошения насос и клапаны могут управляться вручную или автоматически с помощью контроллера .
В большинстве крупных систем капельного орошения используются фильтры того или иного типа для предотвращения засорения пути потока небольшого эмиттера мелкими водными частицами. Новые технологии сейчас [ когда? ] предлагаются, которые минимизируют засорение. Некоторые бытовые системы устанавливаются без дополнительных фильтров, поскольку питьевая вода уже фильтруется на водоочистных сооружениях. Практически все производители оборудования для капельного орошения рекомендуют использовать фильтры и, как правило, не предоставляют гарантий, если это не будет сделано. Настоятельно рекомендуется использовать фильтры последней линии непосредственно перед трубой окончательной подачи в дополнение к любой другой системе фильтрации из-за осаждения мелких частиц и случайного попадания частиц в промежуточные линии.
Капельное и подпочвенное капельное орошение применяется практически исключительно при использовании оборотных городских сточных вод. Правила обычно не разрешают распылять воду через воздух, который не полностью очищен до стандартов питьевой воды.
Из-за способа подачи воды в капельной системе традиционное поверхностное внесение удобрений с замедленным высвобождением иногда оказывается неэффективным, поэтому в капельных системах часто жидкие удобрения смешиваются с поливной водой. Это называется фертигацией ; фертигация и химигация (применение пестицидов и других химикатов для периодической очистки системы, таких как хлор или серная кислота ) используйте химические инжекторы, такие как диафрагменные насосы , поршневые насосы или аспираторы . Химические вещества можно добавлять постоянно, во время орошения системы или через определенные промежутки времени. Согласно недавним университетским полевым испытаниям с использованием капельного фертигации и медленной подачи воды, экономия удобрений достигает 95% по сравнению с поливом по времени и орошением с помощью микрораспылительных головок.
Правильно спроектированное, установленное и управляемое капельное орошение может помочь добиться экономии воды за счет уменьшения испарения и глубокого дренажа по сравнению с другими типами орошения, такими как затопление или верхние разбрызгиватели, поскольку вода может более точно подавать к корням растений. Кроме того, капельное введение способно устранить многие заболевания, передающиеся при контакте воды с листвой. Наконец, в регионах, где запасы воды сильно ограничены, реальной экономии воды может не быть, а просто увеличение производства при использовании того же количества воды, что и раньше. В очень засушливых регионах или на песчаных почвах предпочтительным методом является подача поливной воды как можно медленнее.
Импульсное орошение иногда используется для уменьшения количества воды, подаваемой в растение одновременно, тем самым уменьшая сток или глубокую просачивание. Импульсные системы обычно дороги и требуют тщательного обслуживания. Поэтому последние усилия производителей эмиттеров направлены на разработку новых технологий, которые обеспечивают подачу оросительной воды со сверхнизкими скоростями потока, то есть менее 1,0 л (2,1 пинты США; 1,8 британских пинт) в час. Медленная и равномерная доставка еще больше повышает эффективность использования воды без увеличения затрат и сложности оборудования для импульсной доставки.
Эмитирующая труба — это тип трубки для капельного орошения с заранее установленными на заводе эмиттерами с определенным расстоянием и расходом в час в зависимости от расстояния между культурами.
Эмиттер ограничивает прохождение через него потока воды, создавая тем самым потери напора, необходимые (в пределах атмосферного давления) для выброса воды в виде капель. Эта потеря напора достигается за счет трения/турбулентности внутри эмиттера.
Преимущества и недостатки
 | Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( Ноябрь 2018 г. ) |
 |
Плюсами капельного орошения являются:
- Потери удобрений и питательных веществ сводятся к минимуму благодаря локализованному внесению и уменьшению выщелачивания.
- Эффективность применения воды высока при правильном управлении.
- Выравнивание поля не требуется.
- Поля неправильной формы легко размещаются.
- Переработанную непитьевую воду можно безопасно использовать.
- Влажность внутри корневой зоны можно поддерживать на уровне полевых условий.
- Тип почвы играет менее важную роль в частоте полива.
- Эрозия почвы уменьшается.
- Рост сорняков уменьшается.
- Распределение воды очень равномерное и контролируется производительностью каждой форсунки.
- Затраты на рабочую силу ниже, чем при использовании других методов орошения.
- Изменение подачи можно регулировать путем регулирования клапанов и капельниц.
- Фертигацию можно легко включить с минимальными отходами удобрений.
- Листва остается сухой, что снижает риск заболеваний.
- Обычно работает при более низком давлении, чем другие типы орошения под давлением, что снижает затраты на электроэнергию.
Недостатками капельного орошения являются:
- Первоначальная стоимость может быть больше, чем накладные расходы на системы. Текущие капитальные затраты, связанные с заменой и обслуживанием трубок, могут превысить экономию воды, если система неправильно спроектирована и настроена. Капельное орошение также может быть более трудоемким, особенно если существует обширный севооборот, требующий сезонной замены капельных трубок для соответствия разным междурядьям.
- Солнце может повлиять на трубки, используемые для капельного орошения, сокращая их срок службы. (См. Деградация полимера );
- Риски разложения пластика, влияющие на содержание почвы и продовольственные культуры. Во многих типах пластика, когда солнце разрушает пластик, делая его хрупким, в окружающую среду высвобождаются эстрогенные химические вещества (то есть химические вещества, воспроизводящие женские гормоны), которые заставляют пластик сохранять гибкость. [21]
- Если вода не фильтруется должным образом и оборудование не обслуживается должным образом, это может привести к засорению или биологическому засорению .
- При подпочвенном капельном методе ирригатор не может видеть подаваемую воду. Это может привести к тому, что фермер подаст либо слишком много воды (низкая эффективность), либо недостаточное количество воды. Это особенно характерно для тех, у кого меньше опыта в капельном орошении.
- Капельное орошение может быть неудовлетворительным, если для активации гербицидов или удобрений требуется дождевание.
- Капельная лента требует дополнительных затрат на очистку после сбора урожая. Пользователям необходимо планировать намотку, утилизацию, переработку или повторное использование капельной ленты.
- Напрасная трата воды, времени и урожая при неправильной установке. Эти системы требуют тщательного изучения всех соответствующих факторов, таких как топография земли, почвы, воды, сельскохозяйственных культур и агроклиматические условия, а также пригодность системы капельного орошения и ее компонентов.
- В более легких почвах подземный капельный полив может оказаться неспособным смочить поверхность почвы для прорастания. Требует тщательного рассмотрения глубины установки.
- Большинство капельных систем рассчитаны на высокую эффективность, что означает незначительное выщелачивание или его полное отсутствие. Без достаточного выщелачивания соли, вносимые с поливной водой, могут накапливаться в корневой зоне, обычно на краю зоны увлажнения. С другой стороны, капельное орошение позволяет избежать высокого капиллярного потенциала традиционного поверхностного орошения, которое может вытягивать отложения соли из отложений ниже.
- Трубы из ПВХ часто повреждаются грызунами, что требует замены всей трубы и увеличения расходов.
- Системы капельного орошения нельзя использовать для борьбы с ущербом от ночных заморозков (как в случае с системами спринклерного орошения).
Капельная лента
Капельная лента — это разновидность тонкостенной капельной линии, используемой в капельном орошении. Первая капельная лента была известна как «Шланг для росы». [22]
Drip Tape Клейкая лента изготовлена из полиэтилена и продается в рулонах. Толщина стенки обычно находится в диапазоне от 0,1 до 0,6 мм (от 4 до 25 мил ). Ленты с более толстыми стенками обычно используются для постоянного подземного капельного орошения, а ленты с тонкими стенками - для временных систем одноразового использования при выращивании ценных культур.
Вода выходит из ленты через излучатели или капельницы. Типичное расстояние между эмиттерами составляет от 150 до 610 мм (от 6 до 24 дюймов). В некоторых изделиях излучатели изготавливаются одновременно с лентой и фактически являются частью самого изделия. В других излучатели изготавливаются отдельно и устанавливаются во время производства.
Некоторое изделие представляет собой не ленту, а тонкостенную капельницу, но в просторечии оба вида изделий называются лентами. Типичные диаметры ленты 16 mm (5⁄8 in), 22 mm (7⁄8 in), and 35 мм ( 1 + 3 ⁄ 8 дюйма), причем больший диаметр чаще используется в стационарных установках с большей длиной.
Капельная лента является перерабатываемым материалом и может быть переработана в жизнеспособные пластиковые смолы для повторного использования в промышленности по производству пластмасс.
Использование
Капельное орошение используется на фермах, в коммерческих теплицах и приусадебных участках. Капельное орошение широко применяется в районах с острой нехваткой воды , особенно для сельскохозяйственных культур и деревьев, таких как кокосы , контейнерные ландшафтные деревья, виноград, бананы, ягоды , баклажаны , цитрусовые , клубника , сахарный тростник , хлопок, кукуруза и помидоры.
Комплекты капельного орошения для приусадебных участков становятся все более популярными среди домовладельцев и состоят из таймера , шланга и эмиттера. Шланги диаметром 4 мм (0,16 дюйма) используются для орошения цветочных горшков.
См. также
- Щелочные почвы
- Катионообменная емкость
- Воздействие орошения на окружающую среду
- Указатель статей о почве
- фосфогипс
- Остаточный индекс карбоната натрия
- pH почвы
- Контроль засоления почвы
Ссылки
- ^ Jump up to: а б с Дегани, Корин (14 августа 2023 г.). «Как Израиль, капля за каплей, добился одной из самых безопасных водных экономик» . Гаарец . Проверено 17 июня 2024 г.
- ^ Jump up to: а б с Серкс, Сью (10 мая 2021 г.). «Пионеры капельного орошения в Израиле стремятся покончить с затопленными рисовыми полями» .
- ^ s:zh:Книга Пань Шэна закопана в центре ветки рядом с тремя кафельными урнами так, чтобы устье урн было на уровне земли. Налейте воду в урну и наполните ее.
- ^ Бейнбридж, Дэвид А. (июнь 2001 г.). «Полив из закопанных глиняных горшков: малоизвестный, но очень эффективный традиционный метод орошения». Управление водными ресурсами в сельском хозяйстве . 48 (2): 79–88. дои : 10.1016/S0378-3774(00)00119-0 .
- ^ Jump up to: а б Р. Гоял, Мег (2012). Управление капельным/струйным или микроорошением . Оквилл, Калифорния: Apple Academic Press. п. 104. ИСБН 978-1-926895-12-3 .
- ^ Jump up to: а б с «История системы капельного орошения и то, что доступно сейчас» . www.irrigation.learnabout.info .
- ^ «История капельного орошения» .
- ^ Гольдберг Д., Шмуэли, М. (1970) «Капельное орошение — метод, используемый в засушливых и пустынных условиях с высоким уровнем воды и засоленности почвы», Труды ASAE 13 (1): 0038-0041
- ^ Яник Дж., Голдман, Иллинойс, (2003) «Садоводство, садоводческая наука и 100 лет ASHS» HortScience https://journals.ashs.org/downloadpdf/journals/hortsci/38/5/article-p883.pdf
- ^ Окер, Тобиас Э.; Кисекка, Исая; Шешуков Алексей Юрьевич; Агилар, Джонатан; Роджерс, Дэнни (1 января 2020 г.). «Оценка динамической равномерности и эффективности применения мобильного капельного орошения» . Ирригационная наука . 38 (1): 17–35. дои : 10.1007/s00271-019-00648-0 . ISSN 1432-1319 . S2CID 253819897 .
- ^ Врубель, Шарон (21 июня 2023 г.). «Агротехническая фирма N-Drip привлекает 44 миллиона долларов в рамках раунда финансирования под руководством Лихтенштейна» . Времена Израиля .
- ^ США 4807668 , Робертс, Джеймс К., «Лента для капельного орошения», опубликовано 28 февраля 1989 г.
- ^ США 4047995 , Леал-Диас, Хайме, «Шланги для капельного орошения и тому подобное, а также способ их изготовления», опубликовано 13 сентября 1977 г.
- ^ «Джайнское орошение» . www.JainsUSA.com . Проверено 19 декабря 2017 г.
- ^ «Jain Irrigation покупает Chapin за $6 млн» . Бизнес-стандарт Индии . Пресс Траст Индии. 3 мая 2006 г. Проверено 30 сентября 2017 г.
- ^ «New AG International – Jain Irrigation объявляет о приобретении Chapin Watermatics Inc» . www.newaginternational.com . Архивировано из оригинала 30 сентября 2017 года . Проверено 30 сентября 2017 г.
- ^ Зильберман, Тейлор; Дэвид, Ребекка (26 июля 2015 г.). «Распространение технологических инноваций: пример капельного орошения в Калифорнии» (PDF) .
- ^ Jump up to: а б с Капельное орошение расширяется по всему миру , National Geographic, 25 июня 2012 г., по состоянию на 1 августа 2019 г.
- ^ Това Коэн, Израильская ирригационная компания Netafim прогнозирует рост прибыли на 50 процентов к 2020 году , Reuters.com, 21 марта 2018 г., по состоянию на 1 августа 2019 г.
- ^ Rivulis Irrigation покупает греческую компанию Eurodrip , Globes, 11 января 2017 г.
- ^ Ян, Чун З.; Янигер, Стюарт И.; Джордан, В. Крейг; Кляйн, Дэниел Дж.; Биттнер, Джордж Д. (1 июля 2011 г.). «Большинство пластиковых изделий выделяют эстрогенные химические вещества: потенциальная проблема со здоровьем, которую можно решить» . Перспективы гигиены окружающей среды . 119 (7): 989–996. дои : 10.1289/ehp.1003220 . ПМК 3222987 . ПМИД 21367689 .
- ^ «Торговая марка DEW-HOSE – Регистрационный номер 0847046 – Серийный номер 72249303 :: Торговые марки Justia» . товарные знаки.justia.com . Проверено 12 июня 2016 г.
Дальнейшее чтение
- Ирригация , 5-е издание, Мухаммад Ирфан Хан Юсуфзай, Клод Х. Пайр, редактор, опубликовано Ассоциацией ирригации, 1983 г.
- «Рупельное орошение для растениеводства» , Ф.С. Накаяма и Д.А. Бакс, редакторы, опубликовано издательством Elsevier, 1986 г., ISBN 978-0-444-42615-4
- С. Бласс, Вода в борьбе и действии (иврит), опубликовано издательством Massada Limited, Израиль, 1973 г.
- Руководство по техническому обслуживанию, опубликованное Jain Irrigation Systems, 1989 г.
- Проектирование и управление капельным и микроорошением для деревьев, виноградников и полевых культур , 5-е издание, Чарльз М. Берт и Стюарт В. Стайлс, опубликовано Центром обучения и исследований ирригации (ITRC), Калифорнийский политехнический институт, Сан-Луис-Обиспо, Калифорния 93407–0721. www.itrc.org., 2016 г.
