На правах рукописи АЛБОГАЧИЕВ Зелимхан Суламбекович ТЕХНОЛОГИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНОГО ДОЖДЕВАНИЯ
реклама
На правах рукописи АЛБОГАЧИЕВ Зелимхан Суламбекович ТЕХНОЛОГИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНОГО ДОЖДЕВАНИЯ ПЛОДОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ В ГОРНОМ САДОВОДСТВЕ Специальность 06.01.02 – мелиорация, рекультивация и охрана земель Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 Работа выполнена на кафедре мелиорации и рекультивации земель Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства» Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Сухарев Юрий Иванович Официальные оппоненты: доктор технических наук, старший научный сотрудник Храбров Михаил Юрьевич; доктор технических наук, доцент Рыбкин Владимир Николаевич Ведущая организация: Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет» Защита диссертации состоится _____ июня 2011 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 220.045.01 при ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства» по адресу: 127550, Москва, ул. Прянишникова, 19, ауд. 201. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства». Автореферат разослан _____ мая 2011 г. Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук 2 Сурикова Т.И. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Одним из крупных регионов промышленного садоводства юга Российской Федерации является Кабардино-Балкарская республика, где садоводство функционирует в сложных природноклиматических условиях. Здесь большая часть насаждений многолетних плодовых культур располагается на склоновых землях в горных и предгорных районах. В предгорных и горных районах значительный ущерб плодовым насаждениям наносят атмосферные засухи, суховеи, заморозки, болезни и вредители растений. Поэтому ведение промышленного садоводства в сложных природно-климатических условиях требует значительных капитальных вложений, при этом ставится задача быстрой их окупаемости, получение проектного и стабильного урожая. Одним из способов защиты плодовых насаждений от атмосферных засух, суховеев, заморозков, болезней и вредителей растений является мелкодисперсное дождевание. Мелкодисперсное дождевание является одним из ресурсосберегающих способов орошения. Однако в настоящее время имеется мало научно-обоснованных высокоэффективных ресурсосберегающих технологий орошения плодовых насаждений на склоновых землях и землях, имеющих сложный рельеф местности. Недостаточно полно разработаны рекомендации по технологии мелкодисперсного дождевания, проектированию и эксплуатации дождевальных систем в садах, расположенных на склоновых землях. Поэтому дальнейшее совершенствование и разработка технологий, технических средств, режимов и параметров мелкодисперсного дождевания, реализующих принципы ресурсосбережения, адаптивности и экологической безопасности, удовлетворяющие конкретным природно-климатическим условиям и направленных на повышение урожаев плодовых культур в сложных природно-климатических условиях, является актуальной проблемой. Специфические особенности мелкодисперсного дождевания в условиях ведения горного и предгорного садоводства требуют разработки новых технологий, обеспечивающих проведение увлажнения, внесение макро- и микроудобрений и химических средств защиты с поливной водой. Этой актуальной теме посвящена данная работа. Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка технологии мелкодисперсного дождевания плодовых насаждений в горном садоводстве. Для достижения поставленной цели в процессе исследований решались следующие задачи: – провести анализ потребности в орошении и защите плодовых насаждений от атмосферных засух и суховеев; – разработать оптимальные схемы и параметры стационарной системы с использованием комбинированной мелкодисперсной дождевальной установки (КМДУ) в зависимости от площади обработки; – исследовать влияние различных режимов функционирования КМДУ на дальность полета и дисперсность распада капель дождя; 3 – разработать технологию мелкодисперсного дождевания плодовых насаждений с внесением макро- и микроудобрений и химических средств защиты с поливной водой; – изучить влияние мелкодисперсного дождевания на урожайность плодовых культур; – выявить экономическую эффективность мелкодисперсного дождевания плодовых насаждений с внесением макро- и микроудобрений и химических средств защиты с поливной водой; Научная новизна. В настоящей работе впервые для горного и предгорного садоводства, на примере Кабардино-Балкарской республики, разработана технология мелкодисперсного дождевания плодовых насаждений, включающая мелкодисперсное увлажнение, внесение макрои микроудобрений и химических средств защиты с поливной водой, параметры и схемы стационарной системы мелкодисперного дождевания с использованием КМДУ в зависимости от площади обработки. Разработаны математические модели зависимости дальности полета и дисперсности распада капель дождя от давления воды в установке, диаметра сопла и угла наклона распылителя. Изучено влияние мелкодисперсного дождевания и некорневой подкормки на урожайность плодовых насаждений. Практическая значимость работы. Доказана возможность многоцелевого использования КМДУ для защиты от атмосферных засух и суховеев, внесения макро- и микроудобрений и химических средств защиты с поливной водой при выращивании груши в условиях Кабардино-Балкарской республики. Внедрение технологии мелкодисперсного дождевания и КМДУ в горном и предгорном садоводстве при выращивании груши в Кабардино-Балкарской республике обеспечило, по сравнению с традиционной технологией ухода за кронами плодовых насаждений, значительный годовой чистый дисконтированный доход. Реализация результатов исследований. Технология мелкодисперсного дождевания плодовых насаждений и КМДУ внедрена в ФГНУ «СевероКавказский научно-исследовательский институт горного и предгорного садоводства». За разработку универсальной установки КМДУ для защиты плодовых насаждений от атмосферных засух и суховеев диссертант в составе авторского коллектива был награжден дипломом 11-ой агропромышленной выставки «Агроуниверсал-2009» (г. Ставрополь, 2009 г.). Апробация полученных результатов. Основные результаты работы были доложены и одобрены на Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и аспирантов «Техника и технологии XXI века», посвященной памяти заслуженного деятеля науки и техники РФ, д.т.н., проф. Бугова Х.У. (г. Нальчик, 2009 г.), международной научно-технической конференции молодых ученых (г. Смоленск, 2009 г.), международной ежегодной научно-практической конференции РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева (г. Москва, 2009 г.), международной научно-практической конференции «Социально-экономические и экологические проблемы 4 сельского и водного хозяйства» (г. Москва, 2010 г.). Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе 2 работы в изданиях согласно Перечню ВАК РФ. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов и приложений; она изложена на 165 страницах текста, содержит 19 таблиц, 48 рисунков. Список использованной литературы включает 140 наименований. Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту: 1. Технология мелкодисперсного дождевания плодовых насаждений в горном садоводстве в условиях Кабардино-Балкарской республики. 2. Влияние важных факторов (давление воды, диаметр сопла и угол наклона распылителя) на технологические параметры дождевальной установки. 3. Схемы и параметры стационарной системы с использованием комбинированной мелкодисперсной дождевальной установки (КМДУ) в зависимости от площади обработки. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В главе 1 «Состояние проблемы горного и предгорного садоводства» обобщен теоретический и практический опыт возделывания сельскохозяйственных культур в условиях орошения на склоновых землях. Большой вклад в развитие этого направления внесли российские ученые Х.Ж. Балкаров, В.В. Бородычев, В.В. Бычков, А.П. Драгавцев, Н.Н. Дубенок, И.И. Заикин, А.А. Каиров, А.Б. Кудзаев, Б.Х. Кульчиев, П.Г. Лучков, П.А. Лукашевич, Г.Г. Маслов, А.Н. Медовник, М.М. Мирзоев, В.Ф. Носенко, П.Д. Попович, А.С. Пронь, Е.Г. Раузин, А.С. Сасиков, А.А. Терпигорев, Б.И. Турбин, Ю.А. Утков, М.Н. Фисун, Л.М. Хажметов, М.Ю. Храбров, А.А. Цымбал, В.Л. Чичасов, Ю.А. Шекихачев, Л.А. Шомахов, М.А. Яхтанигов и другие ученые. В центральной части Северного Кавказа под многолетними плодовыми насаждениями занято свыше 8500 га, в том числе в Кабардино-Балкарской республике - 4500 га. В связи с тем, что резервы расширения площадей под плодовые насаждения ограничены, одним из путей решения этой проблемы является вовлечение в сельскохозяйственный оборот под плодовые насаждения склоновых земель. Размещение садов и виноградников на склоновых землях позволяет увеличить производство плодов и ягод в необходимых количествах и в то же время высвободить равнинные земли под зерновые культуры. В Северно-Кавказском регионе насчитывается свыше 450 тыс. га склоновых земель, которые можно использовать под многолетние насаждения. Однако производство плодов в горных условиях связано с большим риском. Урожай плодовых насаждений и его качество зависит от влияния многих факторов, в частности, от засух, суховеев, болезней и вредителей растений. 5 В настоящее время, для предгорных и горных районов разрабатываются научно-обоснованные технологии выращивания садов на склонах. Так, учеными ФГНУ СКНИИГПС была разработана адаптивно-ландшафтная почвозащитная интенсивная технология выращивания промышленных садов на склоновых землях. Учеными ФГОУ ВПО КБГСХА им. В.М. Кокова были выявлены закономерности в характере роста, развития и плодоношения плодовых культур в условиях горного рельефа, которые указывают на необходимость дифференцированного подхода к размещению на территории сельскохозяйственных культур в зависимости от их биологических особенностей и проведения дифференцированного ухода за плодовыми насаждениями (орошение, подкормка, опрыскивания и другие приемы). Орошение склоновых земель для производства сельскохозяйственной продукции должно основываться на рациональной почвозащитной технологии, отвечающей специфическим требованиям земледелия и механизации. В связи с этим технология орошения и оросительная техника в условиях горного садоводства должна быть гибкой и адаптированной к быстроизменяющимся условиям внешней среды. Высокая температура (выше 300С) и низкая относительная влажность воздуха (ниже 50…60%) при отсутствии влаги (дождей, поливов) угнетающе действуют на плодовые насаждения: осыпаются плоды, листья желтеют и опадают. Для решения данной проблемы необходима разработка ресурсосберегающих технологических процессов и технических средств для защиты плодовых насаждений от неблагоприятных метеорологических факторов с целью получения устойчивых и высоких урожаев плодовых культур при снижении энергозатрат, расхода оросительной воды и затрат труда. Требуется разработка и применение новых техники и технологий полива, реализующих принципы ресурсосбережения, адаптивности и экологической безопасности, удовлетворяющих конкретным природноклиматическим условиям. Одним из способов защиты плодовых насаждений от атмосферных засух, суховеев, заморозков и оттепелей является мелкодисперсное дождевание, позволяющее путем воздействия на приземный слой воздуха (понижая температуру и повышая влажность воздуха) вести устойчивую борьбу с атмосферной засухой и суховеями. Применение орошения в горном и предгорном садоводстве связано с большими трудностями, т.к. правильный выбор наиболее эффективного способа и техники орошения зависит от большого количества факторов: расположение местности (зона, экспозиция склона); характеристика почв; местные климатические условия (при достаточном запасе влаги в почве отмечаются атмосферная засуха, суховеи, поздневесенние заморозки и т.д.); агробиологические и хозяйственные факторы. Орошение в горных условиях имеет ряд специфических особенностей, не присущих равнинным землям. Классификационная схема организации орошения плодовых насаждений на горных склонах приведена на рис. 1. 6 7 Рис. 1. Классификационная схема организации орошения плодовых насаждений на горных склонах Особенности природных условий предгорной и горной зоны КабардиноБалкарской республики, со сложным рельефом и с уклонами более 0,1, раздробленностью и мелкоконтурностью участков, накладывают ряд ограничений на использование серийной дождевальной техники. Наибольшее предпочтение должно отдаваться способам и техники орошения, способным создавать устойчивый микроклимат над орошаемым массивом, реализующим принципы водои энергосбережения, удовлетворяющим конкретным природно-климатическим условиям. При орошении должна решаться проблема микроклимата приземного слоя воздуха, формирование которого на горных склонах имеет большое значение для уменьшения последствий атмосферной засухи, имеющей место в летние месяцы в предгорной зоне центральной части Северного Кавказа. В связи с этим, большой интерес представляют системы мелкодисперсного дождевания. Мелкодисперсное дождевание – это периодическое увлажнение надземной массы, прежде всего листового аппарата растений мелкодиспергированной водой, достигаемое с помощью специальных распыливающих устройств. Мелкодисперсное дождевание обладает рядом существенных конструктивных, технологических и агротехнических преимуществ по сравнению с другими способами полива, главными из которых являются: значительное сокращение расхода поливной воды, меньшая энергоемкость по сравнению с традиционными способами полива (по сравнению с дождеванием в 2,6 раза, с поверхностным поливом в 1,7 раза). Мелкодисперсное дождевание можно эффективно применить для орошения плодовых насаждений как на сильнорослых, так и на слаборослых подвоях, на почвах любого механического состава, при уклонах более 0,1. Проведенная оценка современных способов орошения показала, что наиболее приемлемыми способами орошения плодовых насаждений на горных склонах, с учетом конкретных почвенно-мелиоративных, геоморфологических и агрометеорологических условий предгорной и горной зон КабардиноБалкарской республики можно считать мелкодисперсное дождевание. Принимая во внимание, что главной задачей мелкодисперсного увлажнения является оптимизация условий роста и развития растений в жаркие, засушливые периоды, следует учитывать и возможность эффективного использования этого способа орошения для других целей: для внекорневой подкормки растений (внесение удобрений вместе с поливной водой); для борьбы с вредителями и заболеваниями растений (нанесение на них соответствующих препаратов); для защиты растений от заморозков. Мелкодисперсное дождевание характеризуется размерами капель, нормой разового увлажнения и интервалом увлажнения. При мелкодисперсном дождевании наиболее пригодными считаются 8 капли размером 100…800 мкм. Уменьшение размера капель способствует более интенсивному их испарению, но на мелкие капли сильнее влияют ветер и конвективные потоки, а при диаметре менее 50 мкм капли могут находиться во взвешенном состоянии в воздухе до полного испарения. Объем разовой нормы увлажнения при мелкодисперсном дождевании зависит от культуры, развития листовой поверхности, погодных условий региона и в среднем колеблется в пределах 150…1600 л/га. Суточная норма мелкодисперсного увлажнения зависит от объема разовой нормы увлажнения и количества поливов в сутки. Среднее за вегетативный период суточная норма увлажнения находится в пределах 2…7 м3/га. Промежуток между двумя следующими один за другим увлажнениями принимается равным 1 ч, хотя применяются и другие интервалы (0,5…24 ч). Эффективность мелкодисперсного дождевания зависит от сроков его проведения. Период мелкодисперсного увлажнения листьев у большинства сельскохозяйственных культур не превышает двух месяцев. Однако внутри периода увлажнение осуществляется не непрерывно, а только в те дни, когда складываются неблагоприятные для роста и развития растений метеорологические условия: для плодовых культур температура воздуха 25…300С и относительная влажность 40..50%. Общее количество дней с применением мелкодисперсного дождевания зависит от продолжительности и степени напряженности метеорологических условий. Оросительная норма является суммарным показателем режима мелкодисперсного дождевания и зависит от разовой нормы межполивного интервала и сроков проведения увлажнения. Оросительные нормы при мелкодисперсном дождевании в несколько раз меньше, чем при других способах орошения. В то же время, коэффициент водопотребления при мелкодисперсном дождевании значительно меньше, чем на неорошаемых участках и участках, орошаемых другими способами. Это позволяет сделать вывод о том, что при мелкодисперсном дождевании влага расходуется рациональнее, чем при других способах орошения. В связи с этим возникает необходимость разработки новых техники и технологии орошения и проведения комплексных исследований технологии мелкодисперсного дождевания плодовых насаждений с одновременным внесением макро- и микроудобрений и химических средств защиты с поливной водой. В главе 2 «Природно-климатические условия района проведения исследования» приведены результаты анализа природно-климатических условий района проведения исследований. Кабардино-Балкарская республика расположена на северных склонах центральной части главного Кавказского хребта и на прилегающей Кабардинской равнине. Общая ее площадь составляет 12,5 тыс. км2, где проживает 985 тысяч человек. По характеру рельефа республика делится на три основные зоны: горную, предгорную и равнинно-степную. Самой перспективной зоной для развития промышленного садоводства на склонах является предгорная зона, включающая холмистое предгорье и покатые 9 склоны отрогов черных гор на высоте 450…650 м над уровнем моря. Климат района проведения исследований умеренно-континентальный, с мягкой зимой и умеренно-жарким летом. По данным гидрометеорологической станции г. Нальчика среднегодовая температура воздуха положительная и колеблется в пределах +6,0…+9,0˚С. Положительная среднемесячная температура в районе проведения исследований удерживается в течение 9 месяцев. Среднемесячная температура самого теплого месяца – июля, равна 22,1˚С, а самого холодного месяца – января, равна – 4,4˚С. Максимальные температуры воздуха отмечаются в июле и в августе месяце. Абсолютный годовой максимум температуры воздуха, по многолетним наблюдениям, достигает 39˚С, а абсолютный годовой минимум температуры достигает – 31,0˚С. Зима в районе проведения исследований характеризуется частыми оттепелями. Продолжительность безморозного периода, ограниченного последними весенними и первыми осенними заморозками, составляет в среднем 6,5 месяцев. Сумма активных температур воздуха колеблется в пределах 3400…2800˚С, что вполне достаточно для выращивания фруктов и других ценных культур. За вегетационный период в Нальчике на высоте 440 м над уровнем моря насчитывается 37 дней с суховеями, причем большинство из них (31 день) приходится на слабые, 5 - на средние, и 4 раза в десятилетие могут наблюдаться суховеи интенсивные. В отдельные годы суховеи могут повторяться значительно чаще, так, в 2000 г. в предгорной зоне насчитывалось 67…70 таких дней. Днями с суховеями считаются дни с определенным сочетанием дефицита влажности воздуха и скорости ветра. Очень интенсивные суховеи вызывают быстрое отмирание вегетативной массы уже в течение 1…2 дней даже при наличии влаги в почве. Таким образом, учитывая появления в районе проведения исследований суховейных дней различной интенсивности и продолжительности и для снятия отрицательных стрессов для плодовых деревьев в эти периоды необходимо проводить освежительное или увлажнительное дождевание. Исследования, проведенные в предгорной зоне Кабардино-Балкарии, показали, что нарушения баланса между приходом и расходом влаги приходится на середину интенсивного роста плодовых культур, продолжительность его составляет от 10 до 20 дней в июне. Осадки в этот период выпадают в незначительном количестве, и не имеют увлажнительного эффекта для почвы, а удерживаются, как правило, кроной плодовых деревьев. О потенциальной испаряющей способности климатических факторов в этот период можно судить по величине испаряемости, которая превышает сумму осадков в 3…4 раза (8 мм осадков против 33 мм испаряемости). Второй период совпадает со второй фазой интенсивного роста надземной части и налива плодов (июль – август). Этот период имеет большую продолжительность, порядка 20…40 дней. Особенностью этого периода является возникновение атмосферной засухи, т.е. в это время преобладает высокая температура воздуха (до 350С) и низкая относительная влажность (до 20…30%). Величина 10 испарения в этот период значительно выше, чем в первом периоде. Кроме того, фёны (горно-долинные ветры), наблюдаемые в этот период, также способствуют большому расходу влаги на транспирацию и испарение. Таким образом, наибольшее испарение влаги происходит в течение вегетационного периода. В это же время выпадает большая часть атмосферных осадков. Однако их количество и неравномерное распределение в течение вегетационного периода, приводит к нарушению водного баланса, образованию дефицита почвенной влаги и снижению продуктивности плодовых деревьев в целом. Основной почвенной разновидностью в районе проведения исследований являются серые лесные (темно-серые и серые) почвы. Почвы по механическому составу тяжелосуглинистые. Подстилающей породой является легкая глина. По скорости впитывания воды в почву за первый час серые лесные почвы относятся к средневодопроницаемым – 0,072 м/час. Грунтовые воды находятся на глубине более 10 м. Исходя из условий адаптивности, необходимо учитывать основные технологические требования к техническим средствам для защиты плодовых насаждений в горном и предгорном садоводстве от атмосферных засух и суховеев: 1. Технические средства дождевания, используемые для защиты плодовых насаждений должны: обеспечивать дождь низкой интенсивности 0,002 … 0,005 мм/мин; поддерживать современное мелиоративное состояние почв; обеспечивать необходимую влажность почвы для плодовых культур (75…80 % от НВ) в соответствии с ходом их водопотребления; обеспечивать функционирование в соответствии с геоморфологическими условиями; обеспечивать внесение удобрений и химических средств защиты с поливной водой и защиту плодовых насаждений от атмосферных засух, суховеев, заморозков и оттепелей. 2. Разрабатываемые технологии для проведения некорневых подкормок (внесение макро- и микроудоброний ) должны исключать возможность миграции азота в грунтовые воды. 3. Применение пестицидов в горном и предгорном садоводстве допускается при существенном снижении доз их внесения. Комплексы технологий и технических средств для защиты плодовых насаждений в горном и предгорном садоводстве от атмосферных засух и суховеев должны соответствовать экологическим требованиям, способствовать сохранению почвенной влаги, а также органически вписываться в механизм взаимодействия естественных природных процессов. В главе 3 «Методика проведения экспериментальных исследований» приведены методика и условия проведения полевых экспериментов. Полевые исследования проводились на территории садового участка ОПХ «Затишье» ФГНУ «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт горного и предгорного садоводства» (СКНИИГПС, г. Нальчик). Для разработки технологии мелкодисперсного увлажнения плодовых насаждений с одновременным внесением макро- и микроэлементов и 11 химических средств защиты с поливной водой использовалась комбинированная мелкодисперсная дождевальная установка конструкции ФГОУ ВПО КБГСХА им. В.М. Кокова. Распылители КМДУ обрабатывают кроны и стволы плодовых деревьев, осуществляя мелкодисперсное дождевание, химическую обработку плодовых деревьев, проведение некорневой подкормки плодовых деревьев. При этом возможно совместное внесение пестицидов и удобрений с поливной водой. При проведении мелкодисперсного дождевания плодовых деревьев установка совершает возвратно-поступательные перемещения и увлажняет кроны плодовых деревьев. В исследованиях были приняты следующие варианты опытов: I вариант – мелкодисперсное увлажнение с внесением макро- и микроудобрений и химических средств защиты с поливной водой; II вариант – без орошения с применением опрыскивателя ОВС - А. Контрольным вариантом был принят вариант без орошения. На основании проведенных теоретических исследований установлено, что одной из основных характеристик процесса распыливания жидкости распылителями является радиус факела распыла. Анализ показал, что наибольшее влияние на дальность полета капель оказывают давление воды, диаметр сопла и угол наклона распылителя. Одновременно с исследованием радиуса факела распыла центробежного распылителя производился отбор капель дождя для изучения дисперсности распада капель. Для определения размеров капель дождя применялся иммерсионный способ. Данный способ основан на улавливании капель на предметное стекло, покрытое несмешивающейся жидкостью меньшей плотности, чем исследуемая жидкость. На этом способе основан принцип работы поточной ловушки. Статистическая обработка результатов исследований: влияние различных режимов работы мелкодисперсного дождевателя на дисперсность распада капель дождя включало определение коэффициентов корреляционной связи между диаметром капель рабочей жидкости с давлением воды в дождевателе, углом наклона и диаметром сопла распылителя. В главе 4 «Результаты теоретических и экспериментальных исследований технологических параметров мелкодисперсного увлажнения и опрыскивания плодовых насаждений» приведены результаты исследований процесса обработки кроны плодовых деревьев мелкодисперсными дождевателями. Крону плодового дерева мелкодисперсный дождеватель обрабатывает с двух сторон одновременно. Величина выноса распылителя в сторону от ряда плодовых деревьев выбирается из практических соображений. Целесообразно распылители устанавливать в середину междурядий. Угол наклона распылителя должен быть таким, чтобы факел распыла покрывал крону плодового дерева. В качестве распыливающих устройств на КМДУ были использованы центробежные распылители с цилиндрическими вкладышами, основными технологическими параметрами которых являются дальность 12 полета капель и средний диаметр капель дождя. Анализ результатов показал, что влияние на дальность полета капель R (м) оказывают давление воды H (м), диаметр сопла d (мм) и угол наклона распылителя α (град). Согласно принятой методики нами были проведены лабораторные исследования процесса распыливания жидкости с целью определения влияния основных параметров центробежного распылителя на дальность полета капель дождя. По результатам исследований была получена следующая математическая модель зависимости дальности полета капель, выраженная через параметры H , d , α в виде полинома второго порядка: R=9,001+21,69Н+0,791d+0,041α+0,11Нd+0,002Нα+0,012dα– –25,2Н2 –0,307d2 –0,001α2 (1) По результатам экспериментальных исследований были определены оптимальные значения основных параметров центробежного распылителя: давление воды 0,25 МПа, диаметр сопла 2 мм, угол наклона распылителя 32о . Диаметр капель дождя изменяется в зависимости от диаметра сопла распылителя и давления воды. Наименьшее влияние оказывает угол наклона распылителя. Таким образом, можно осуществить регулирование режима работы мелкодисперсного дождевателя: при одинаковом диаметре сопла распылителя, изменяя давление воды в дождевателе можно получить необходимую дисперсность распыла капель. Нами было изучено также влияние различных режимов работы комбинированной мелкодисперсной дождевальной установки на дисперсность распада факела распыла. Комбинированная мелкодисперсная дождевальная установка для ухода за кронами плодовых деревьев работает в двух режимах: увлажнения и опрыскивания. Для обеспечения мелкодисперсного увлажнения крон плодовых деревьев средний диаметр капель дождя должен быть 200 d cp 800 мкм. При таких диаметрах капель обеспечивается мелкий моросящий дождь, эффективно увлажняющий листовую поверхность плодовых деревьев, и при испарении воды формируется устойчивый микроклимат над орошаемым садом. Для эффективного проведения опрыскивания крон плодовых деревьев средствами химической защиты, комбинированная мелкодисперсная дождевальная установка должна обеспечивать капли дождя 70 d cp 200 мкм. По результатам исследований была получена следующая зависимость диаметра капель дождя, выраженная через параметры H , d , α : D =330,26 – 71Н –1,6 α + 55,39d (2) Коэффициенты уравнения регрессии показывают, что наибольшее влияние на диаметр капли дождя оказывают давление воды Н, создаваемое в комбинированной установке и диаметр сопла d. Наименьшее влияние оказывает угол наклона распылителя α. При увеличении давления воды от 0,3 до 0,5 МПа средний диаметр 13 капель дождя уменьшается в среднем от 260 до 130 мкм, т.е. диаметр капель дождя имеет линейную зависимость от действующего давления воды в установке. При давлении воды в установке, равном 0,3 МПа, средние диаметры капли изменяются от 160 до 530 мкм, а при давлении 0,5 МПа – от 35 до 190 мкм в зависимости от диаметра сопла. При изменении диаметра сопла распылителя от 1 до 3 мм средний диаметр капли увеличивается от 35 до 530 мкм, в зависимости от давления воды в установке. Таким образом, мелкодисперсное увлажнение крон плодовых деревьев можно осуществлять при давлении воды в установке 0,25…0,3 МПа при диаметре сопла распылителя, равном 2 мм. При этом диаметры капель дождя изменяются от 80 до 530 мкм и средний диаметр капель дождя равен 265 мкм, что соответствует агротехническим требованиям для мелкодисперсного дождевания. При одном и том же диаметре сопла распылителя, равном 2 мм, увеличивая давление воды в установке до 0,4…0,5 МПа, можно распыливать рабочую жидкость со средним диаметром капли дождя, равным 130…150 мкм, это соответствует агротехническим требованиям для химической защиты плодовых насаждений. Угол наклона распылителя выбирается в зависимости от обеспечения максимальной дальнобойности факела распыла и покрытия кроны плодовых деревьев и составляет 320. В главе 5 «Технология мелкодисперсного увлажнения плодовых насаждений с внесением макро- и микроэлементов и химических средств защиты с поливной водой» приведены результаты изучения технологического процесса мелкодисперсного увлажнения плодовых насаждений с помощью КМДУ. Были рассмотрены вопросы территориального размещения и монтажа комбинированной мелкодисперсной дождевальной установки в зависимости от площади обработки (рис. 2, 3). 14 Рис. 2. Технологическая схема комбинированной мелкодисперсной дождевальной установки: 1 – опоры; 2 – несущий канат; 3 – механизм натяжения несущего каната; 4 – емкость для приготовления рабочей жидкости; 5 – ролики; 6 – крылья установки; 7 – гибкий шланг; 8 – распылители; 9 – гидрант; 10 – тяговый канат; 11 – распределительный трубопровод; 12 – магистральный трубопровод; 13 – вентиль; 14 – плодовое дерево Нами были рассмотрены вопросы технологического процесса ухода за кронами плодовых насаждений с помощью КМДУ. Применяемая комбинированная мелкодисперсная дождевальная установка по сравнению с другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества: высокую универсальность в применении; рациональное использование защитной и удобряющей жидкостей за счет минимизации потерь рабочей жидкости; способность проведения одновременно химической защиты, некорневой подкормки и орошения нескольких рядов плодовых деревьев; высокие показатели качества обработки плодовых деревьев при использовании серийно выпускаемых гидравлических распылителей; не требует изготовления дорогостоящих узлов и деталей. 15 Рис. 3. Технологическая схема размещения мелкодисперсных дождевальных установок в пределах территориальных модулей (а – площадью 1 га; б – площадью 2 га): 1 – насосная станция; 2 – задвижка; 3 – магистральный трубопровод; 4 – распределительный трубопровод; 5 – гидрант; 6 – опора; 7 – несущий канат; 8 - механизм натяжения несущего каната; 9 – подвижные блоки; 10 – тяговый канат; 11 – крылья установки; 12 – лебедка; 13 – привод лебедки Технологическая особенность работы КМДУ заключается в том, что уход за кронами плодовых деревьев осуществляется по постоянной технологической линии. При этом установка за счет канатной тяги свободно перемещается на опорных блоках по несущему канату и осуществляет уход за кронами плодовых деревьев. Перемещение установки носит возвратнопоступательный характер. Испытания установки показали, что скорость перемещения составляет 1,5 км/ч, один проход над участком площадью 50х30 м завершается за 2 мин. Расход воды одной установкой с центробежными распылителями с цилиндрическими вкладышами диаметром 2 мм при давлении 0,3 МПа составляет 0,24 л/с – режим увлажнения, при давлении 0,5 МПа – 0,3 л/с – 16 режим опрыскивания. Необходимая скорость перемещения установки над участком достигается подбором редуктора к электродвигателю с определенным числом оборотов и диаметром лебедки. Управление перемещением установки можно осуществлять автоматически, т.е. при соприкосновении с концевым переключателем автоматически реверсируется направление движения или дистанционным пультом управления привода установки. При необходимости установку можно останавливать возле каждого дерева с помощью дистанционного управления приводом установки. Результаты расчета технологического процесса ухода за кронами плодовых деревьев комбинированной установкой приведены в таблице 1. Комбинированная установка работает в двух режимах: увлажнения и опрыскивания. Мелкодисперсное увлажнение крон плодовых деревьев осуществляется при давлении в установке, равном 0,3 МПа, при этом расход рабочей жидкости составляет 14,4 л/мин. Так как установка обрабатывает участок за 2 мин, то общий расход жидкости составляет 28,8 литров. На одном гектаре размещается шесть установок с шириной захвата 25 м. Тогда гектар плодовых деревьев обрабатывается установками при расходе жидкости, равном 173 л/га. За счет осуществления неоднократных перемещений установки часовая норма мелкодисперсного увлажнения плодовых культур изменяется от 173 до 1730 л/га, на что затрачивается от 2 до 20 мин непрерывной работы установки. Часовая норма мелкодисперсного увлажнения выбирается в зависимости от погодных условий, фаз развития плодовых деревьев и т.д. В зависимости от часовой нормы увлажнения суточная норма изменяется от 1211 до 12110 л/га. При обработке крон плодовых деревьев химическими средствами защиты или внесения макро- и микроудобрений с поливной водой давление в установке повышается до 0,5 МПа, при этом общий расход жидкости достигает 18 л/мин или 216 л/га. Продолжительность обработки крон плодовых деревьев препаратами химической защиты также составляет 2 мин. Потребность в проведении мелкодисперсного увлажнения плодовых деревьев возникает в термически напряженный период суток (с 9 до 18 ч). Таблица 1. Технологический процесс ухода за кронами плодовых деревьев комбинированной установкой Норма расхода жидкости, л/га 173 Продолжительность обработки, мин 2 Количество проходов час сут Режим увлажнения 1 7 17 Суточная Суточное норма время, расхода затрачиваемое жидкости, на обработку, л/га мин 1211 14 346 519 692 865 1038 1211 1384 1554 1730 4 6 8 10 12 14 16 18 20 216 2 2 14 3 21 4 28 5 35 6 42 7 49 8 56 9 63 10 70 Режим опрыскивания 1 2422 3633 4844 6055 7266 8477 9688 10899 12110 28 42 56 70 84 98 112 126 140 216 2 Режим мелкодисперсного увлажнения плодовых культур приведен в таблице 2. В зависимости от естественного увлажнения и принятых режимов увлажнения за годы исследований с 2000 по 2006 гг. было проведено от 60 до 85 суточных поливов с часовой нормой увлажнения 519…865 л/га. За годы исследований оросительная норма увлажнения изменялась от 225 до 457,2 м3/га, а продолжительность увлажнения составляла 189…369 ч. Было изучено влияние мелкодисперсного увлажнения, внесения микроэлементов и химических средств защиты с поливной водой на продуктивность плодовых насаждений На опытном участке проводились наблюдения за влажностью почвы, климатическим режимом и урожайностью плодовых культур. Изменение микроклимата над орошаемым участком грушевого сада существенно влияло на рост однолетних побегов, состояние листовой поверхности и урожайность грушевого дерева. Из-за атмосферной засухи листовая поверхность грушевых деревьев на неорошаемом участке сильно повреждалась. На участке, где проводилось ежедневное увлажнение, листовая поверхность грушевых деревьев сохранилась в отличном состоянии, что свидетельствует об улучшении водного режима грушевого дерева. Прибавка урожая груши сорта «Вильямс» по годам исследований с 2000 по 2003 гг., соответственно, составила 56,7; 64,7; 50,2 и 44,5 ц/га, что в среднем за 4 года составляет 54 ц/га. С 2004 г. мелкодисперсное увлажнение грушевого сада сопровождалось внесением быстроводорастворимых макро- и микроудобрений типа «Растворин». Таблица 2. Режим мелкодисперсного увлажнения и урожайность груши сорта «Вильямс» по годам исследований Показатели 1. Оросительная норма, м3/га Годы 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 234 295 225 341 457,2 386,7 453,7 18 2. Продолжительность 189 238 182 275 369 312 366 увлажнения, ч 3. Урожайность, ц/га: - при 135,6 147,2 138,5 142,7 158,3* 169,4* 182* мелкодисперсном увлажнении 78,9 82,5 88,3 98,2 87,1 91,9 103,2 - без орошения 4. Прибавка урожая, 56,7 64,7 50,2 44,5 71,2 78,5 78,8 ц/га * С учетом внесения быстроводорастворимых макро- и микроудобрений «Растворин» и химических средств защиты Содержание химических элементов в органах плодового дерева, особенно в листьях, является одним из важнейших показателей обеспеченности растений питательными веществами и служит основой для определения потребности деревьев в макро- и микроудобрениях. Данные химических анализов свидетельствуют, что при внесении макрои микроудобрений типа «Растворин» с поливной водой повышается содержание азота, фосфора, калия, кальция и магния в листьях. В контрольном варианте отсутствует магний, а при внесении «Растворина» этот элемент появляется и составляет 0,23%. Урожайность груши сорта «Вильямс» за счет внесения макро- и микроудобрений с поливной водой увеличилась в среднем на 22 ц/га по сравнению с вариантом мелкодисперсного увлажнения без внесения макро- и микроудобрений. Мелкодисперсное увлажнение плодовых культур с одновременным внесением макро- и микроудобрения «Растворин» и химических средств защиты позволило получить прибавку урожая груши сорта «Вильямс» в среднем за 3 года в размере 76 ц/га. Применение комбинированной установки для химической защиты плодовых насаждений позволяет проводить малообъемное опрыскивание, сократить расход рабочей жидкости и пестицидов, а также уменьшить стоимость обработки 1 га в 8,3 раза. В главе 6 «Экономическая эффективность результатов исследований» представлены результаты экономической оценки рассматриваемых вариантов. Экономические расчеты показали, что использование КМДУ экономически выгодно. Срок окупаемости капиталовложений составляет 2,4 года. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1. Разработка ресурсосберегающих технологий и систем производства сельскохозяйственной продукции на мелиорированных землях имеет большое научное и практическое значение. Особенно важными эти вопросы становятся в регионах со сложными природно-климатическими условиями, а также при 19 ограниченности водных ресурсов. 2. В нашей стране повышение эффективности горного и предгорного садоводства должно осуществляться путем совершенствования технологических процессов закладки и возделывания садов, механизации и автоматизации процессов ухода за плодовыми насаждениями, разработки и внедрения ресурсосберегающих экологически безопасных технологий и технических средств орошения в сложных климатических и геоморфологических условиях. 3. В садах на горных склонах должны применяться принципиально новые дождевальные установки многоцелевого использования, рассчитанные по своим конструктивным характеристикам осуществлять орошение, проводить некорневую подкормку и защиту плодовых культур от болезней и вредителей на мелкоконтурных склоновых участках. В связи с этим большой интерес представляет мелкодисперсное дождевание. С помощью технических средств мелкодисперсного дождевания можно решить многие вопросы агротехники по уходу за кронами плодовых культур. 4. Разработанная в ФГОУ ВПО КБГСХА им. В.М. Кокова комбинированная мелкодисперсная дождевальная установка обеспечивает проведение орошения, некорневой подкормки и защиту плодовых насаждений от болезней и вредителей. В качестве средства перемещения мелкодисперсных дождевателей комбинированной установки используется подвесной канат и канатная тяга, что позволяет полностью исключить механическое воздействие на почву, приспособить оборудование к конкретным условиям склона. При необходимости мелкодисперсный дождеватель можно останавливать около каждого дерева с помощью дистанционного управления приводом. 5. В настоящей работе впервые для горного и предгорного садоводства, на примере Кабардино-Балкарской республики, разработана технология мелкодисперсного дождевания плодовых насаждений, включающая мелкодисперсное увлажнение, внесение макро- и микроудобрений и химических средств защиты с поливной водой, параметры и схемы стационарной системы мелкодисперсного дождевания с использованием комбинированной установки в зависимости от площади обработки. 6. Разработаны математические модели зависимости дальности полета и дисперсности распада капель дождя от давления воды в установке, диаметра сопла и угла наклона распылителя. 7. Изучен технологический процесс ухода за кронами плодовых деревьев с помощью комбинированной установки. Изучено влияние мелкодисперсного дождевания и некорневой подкормки на урожайность плодовых насаждений. 8. Результаты исследований могут быть использованы при разработке технологических схем и обосновании расчетных и эксплуатационных мелиоративных режимов применительно к системам мелкодисперсного дождевания и внедрении технологии мелкодисперсного дождевания плодовых насаждений с внесением макро- и микроудобрений и химических средств защиты с поливной водой. 20 Список основных работ, опубликованных по теме диссертации: 1. Срухова, Ф.А. Анализ технологий и технических средств мелкодисперсного дождевания [Текст] / Ф.А. Срухова, З.С. Албогачиев // Материалы межвузовской научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Техника и технологии XXI века». – Нальчик, КБСХА, 2009. – с. 142-145. 2. Срухова, Ф.А. Исследование качественных показателей работы комбинированной мелкодисперсной дождевальной установки [Текст] / Ф.А. Срухова, З.С. Албогачиев // Материалы межвузовской научнопрактической конференции студентов и молодых ученых «Техника и технологии XXI века». – Нальчик, КБСХА, 2009. – с. 145-150. 3. Хажметов, Л.М. Технология мелкодисперсного увлажнения плодовых культур на горных склонах с внесением удобрений и химических средств защиты с поливной водой [Текст] / Л.М. Хажметов, Л.А Шомахов, А.С. Сасиков, А.Э. Богатырева, С.П. Ильин, Ю.И. Сухарев, З.С. Албогачиев // Вопросы мелиорации: науч.-практ. журн. – М., 2009, №1-2. – с. 57-66. 4. Хажметов, Л.М. Технология мелкодисперсного дождевания сада на склоновых землях [Текст] / Л.М. Хажметов, Л.А Шомахов, А.С. Сасиков, А.Э. Богатырева, З.С. Албогачиев // Мелиорация и водное хозяйство: теорет. и науч.-практ. журн. – М., 2009 - ISSN 0235-2524. № 6. – с. 46-48. 5. Албогачиев, З.С. Техника и технология мелкодисперсного дождевания на горных склонах [Текст] / З.С. Албогачиев // Природообустройство: науч.-практ. журн. – М., 2010 – ISSN 1997-6011. № 4. - с. 19-23. 21 Изд-во «Спутник». Москва, Рязанский проспект, д. 8а. Тираж 100 экз. Формат 60х84/16. Объем 1,0 уч.-изд. л. Заказ № 22
