Современное состояние вопроса

Теплицы представляют собой культивационные сооружения (защи­щенный грунт), стены и крыша которых, покрыты стеклом или светопрони­цаемыми пластмассовыми пленками [16, 88, 93]. Они используются в течение всего года для выращивания рассады, овощей, пло­довых и декоративных культур независимо от климатической зоны [16, 88, 93]. Теплицы изолированы от внешней окружающей сре­ды, поэтому все факторы роста и развития растений: световой, тепловой, водный, воздушный, пищевой, солевой, фитосанитарный режимы создаются и регулируются человеком [16, 88, 93]. При создании оптимальных условий и круглогодовом вегетации в теплицах можно полу­чать урожаи сельскохозяйственных культур в 10-20 раз превосходящие от­крытый грунт [93].

В теплицах, в связи с их изолированностью от внешней среды, единст­венным источником водоснабжения растений является орошение [93]. В на­стоящее время в открытом грунте и в теплицах при выращивании сельскохо­зяйственных культур, применяют гидропонику, поверхностные способы по­лива, дождевание, внутрипочвенное и капельное орошение [16, 51,, 85, 88,93].

По мнению ряда ученых, капельное орошение является наиболее при­емлемым и эффективным способом полива садов, виноградников, ягодников, цитрусовых, картофеля, овощей, декоративных и некоторых других культур не только в открытом грунте, но и в теплицах [20, 33, 22, 25]

Такое мнение обосновывается главными преимуществами капельного орошения перед другими способами полива, его высокой эффективностью и повышением урожайности сельскохозяйственных культур, рациональным использованием водных, энергетических, трудовых ресурсов, возможностью полной автоматизации полива и соблюдения требований охраны природы

[58, 60, 68, 71].

Эти преимущества капельного орошения обусловлены локальностью увлажнения почв и точным нормированием оросительной воды [91-93]. При капельном орошении увлажняется не вся площадь питания расте­ний, а лишь её 0,1-0,8 часть в зависимости от возделываемой культуры, сор­та, возраста, величины растений, плотности посадки, вида почв и климатических условий [91,93].

Вода через капельницы поступает в почву по каплям непосредственно в зону распространения основной массы корней растений, в количествах со­ответствующих их потреблению [91-93].

Главными конструктивными элементами систем капельного орошения являются капельницы установленные на пластмассовых поливных трубопро­водах, которые прокладывают вдоль рядов растений [22]. Этим конструкция и технология капельного орошения принципиально отличается от всех других способов полива, обеспечивающих сплошное увлажнение почв.

От конструктивных особенностей капельниц и поливных трубопрово­дов зависит надежность, устойчивость работы, стоимость систем капельного орошения, параметры элементов техники полива и режима орошения [22].

Капельное орошение было изобретено в 30-е годы, но повсеместное внедрение получило лишь во второй половине XX века, после появления не­подверженных коррозии пластмассовых труб [200].

Конструктивной, технологической и научной разработкой капельного орошения в последние 60 лет занимались как в России, так и за рубежом: ИЛ.Айдаров [3, 4], Н.И. Вдовий [17], А.И. Голованов [25], М.С. Григоров [26.27], А.Т. Каленников [34], О.Н. Карпенко [38-40], Н.В. Курапина [94]. Благодаря их усилиям были разработаны ряд нормативно-технических документов: временных технических указаний, методических указании, ру­ководств и рекомендации по проектированию, строительству и эксплуатации систем капельного орошения различных сельскохозяйственных культур, как в открытом грунте [19-20], так и в теплицах [59].

Первые нерегулируемые капельницы (микроводовыпуски) представля­ли собой отверстия различного размера расположенные по всей длине по­ливного трубопровода. Иногда в отверстия вставляли фитили или фильт­рующие элементы. Нерегулируемые капельницы выполня­ли в виде различного рода лабиринтов, спиралей, микротрубок. Вес эти ка­пельницы отличались значительным неравномерным расходом по длине по­ливного трубопровода, закупоривались механическими и химическими при­месями, при этом изменяли водоподачу, выходили из строя, требовали значи­тельных затрат ручного труда на прочистку, монтаж и демонтаж, имели не­удовлетворительные напорно-расходные характеристики и ограниченное применение [36].

Затем появились регулируемые капельницы, которые в своей конст­рукции имеют элементы, позволяющие регулировать водоподачу. Эти капель­ницы устанавливаются на поливный трубопровод и при определенном напо­ре регулируются вручную на необходимый расход. Регулировка капельниц требует значительных затрат ручного труда, и на больших участках невы­полнима. При повышении и понижении напора в системе, закупорке капель­ницы изменяют водоподачу или выходят из строя, неравномерно распреде­ляют воду по длине поливного трубопровода, отличаются неустойчивой и ненадежной работой [36].

Вполне очевидно, что основные усилия ученых были направлены на разработку техники и технологии капельного орошения сельскохозяйствен­ных культур в открытом грунте. Капельному орошению сельскохозяйствен­ных культур в теплицах было уделено значительно меньше внимания. В тоже время, капельное орошение начиналось именно в теплицах, да и сейчас для них ведут конструктивную разработку и технологические исследования. Оно применяется для выращивания овощей и декоративных культур в закрытом грунте [96-97].

Несмотря на большой объем исследований и внедрения наиболее уяз­вимым, и в тоже время главным звеном систем капельного орошения остаются капельницы и поливные трубопроводы, от них в первую очередь зависит надежность, устойчивость и долговечность работы систем капельного оро­шения, а также их стоимость и эффективность [25, 34].

Капельное орошение - это закрытая, низконапорная, стационарная или полустационарная ирригационная система, предназначенная для орошения плодово-ягодных, некоторых овощных и широкорядных культур [19-21]. Система капельного орошения, как и все другие, состоит из напорообразующего водозаборного узла и сети магистральных и распределительных трубо­проводов. В отличие от традиционных оросительных систем она имеет по­ливные трубопроводы с капельницами, которые отличаются от магистраль­ных и распределительных тем, что имеет нормально распределенный расход по длине, движение жидкости с переменной массой; незначительные скоро­сти движения воды и своеобразный гидравлический режим движения жид­кости [68].

Исследованию и гидравлическому расчету поливных трубопроводов с капельницами посвящено значительное количество научных работ и норма­тивно-технических документов [19-21, 37, 40, 99].

Гидравлический расчет поливного трубопровода с капельницами сво­дится к определению расходов в его голове, внутреннего диаметра.

Следующим этапом конструктивного совершенствования капельниц были саморегулирующиеся и самопромывающиеся капельницы. Они могут поддерживать установленный расход при изменении напоров в трубопрово­де, а при закупорке самоочищаются от механических и химических примесей в воде, осевших в отверстиях водовыпусков и не требуют глубокой очистки оросительной воды. Они обеспечивают равно­мерный расход по длине поливного трубопровода, надежно и устойчиво ра­ботают даже на недостаточно очищенной воде, не меняют свои расходно-напорные характеристики при изменении напора в поливном трубопроводе, редко требуют технического обслуживания и замены, весьма долговечны [25, 38]. Эти современные капельницы нашли широкое применение на производственных участках капельного орошения различных сельскохо­зяйственных культур, как в открытом грунте, так и в теплицах [25, 34]. Однако главный недостаток всех водовыпусков у саморегулирую­щихся и самопромывающихся капельниц усугубился, они стали еще дороже. Стоимость капельниц, в зависимости от плотности посадки растений, состав­ляет 27-62 % затрат от общей строительной стоимости участков капельного орошения [34].

К таким капельницам относятся «Украина-1», КСС-2, которые исполь­зуются для строительства опытно-производственных участков за счет мелко­серийного производства [25].

Изучением и разработкой элементов техники капельного орошения сельскохозяйственных культур в открытом фунте занимались И.П. Айдаров, Н.И. Вдовин, А.И. Голованов, Л.Г. Каленников, A.M. Олейник, А.В. Сербинов, В.И. Торбовски, Ю.С. Уржумова, Б.Б. Шумаков, О.П. Ясониди и другие [3, 17, 25, 92-94]. Элементы техники капельного орошения, как локального способа полива, в значительной степени зависят не только от свойств почвы, но и от культуры, плотности посадки, возраста и величины растений. В связи с этим рекомендации по технике капельного орошения были разработаны для различных садовых культур на высокона­порных, сред нерослых, слаборослых подвоях, молодых насаждений, питом­ников, виноградников, ягодников, цитрусовых, широкорядных полевых культур и почв, отличающихся водно-физическими свойствами . В садах с культурами, имеющими большую площадь питания, более 12 м²/раст., поливают отдельно каждое дерево очагово-локальным капельным способом. Сады на низкорослых подвоях с пло­щадью питания 4x2 м и менее, а также виноградники, ягодники и полевые культуры в основном поливают полосовым локальным капельным способом. Выбор очагового или полосового способа капельного орошения культуры осуществляют по величине биологической продуктивности культур, капи­тальным затратам и экономическим показателям.

В теплицах техника капельного орошения несколько отличается от от­рытого грунта. Это обусловлено тем, что в теплицах используют специально подготавливаемые почвогрунты, обогащенные органическим веществом, ко­торые отличаются водно-физическими свойствами от региональных почв. В теплицах культивируют овощи, цветы, многолетние декоративные цитрусовые культуры с более уплотненной посадкой и значительно меньшей площа­дью питания растений.

Разработкой элементов техники капельного орошения овощей, цветов (в том числе и роз) и цитрусовых в теплицах занимались О.Н. Карпенко, В.А. Межевикин, И.И. Саидов, Ю.Г. Шейнкин, О.Е. Ясониди и др. [38-40, 46, 48, 87, 86, 92-94]. Причем, элементы тех­ники капельного орошения роз в теплицах изучали О.Н. Карпенко и О.Е. Ясониди. Исследованиями капельного орошения роз были затронуты вопро­сы, касающиеся влияния расхода капельниц и величин поливных норм на глубину промачивания тепличных почвогрунтов и других параметров кон­туров увлажнения, изменений их влагосодержания во времени, расстановки капельниц па поливном трубопроводе. На основании приведенных исследо­ваний были разработаны рекомендации по технике капельного орошения роз в теплицах [98], в которых для получения максимального среза роз да­вались оптимальные: расход капельниц 7,2 л/ч., их установка через 40 см по обе стороны поливного трубопровода на отводах, нижний порог влажности почвы в объеме контура увлажнения - 70-80 % НВ, величина поливной нор­мы 83 м³/га. Недостатками рекомендованной техники капельного орошения были высокие капитальные затраты на строительство системы, обусловлен­ные большим количеством и плотной установкой дорогих капельниц на еди­ницу площади.

С элементами техники полива тесно связан и режим капельного оро­шения, его планирование и реализация.

Разработкой режимов капельного орошения сельскохозяйственных культур в открытом грунте занимались: И.Г1. Айдаров, СМ. Алпатьев, А.С. Волков, А.И. Голованов, М.С. Григоров, Е.В. Кузнецов, Н.В. Курапина, A.M. Олейник, Д.П. Семаш, А. А. Сербинов, В.И. Торбовский, Б.Б. Шумаков, О.Е. Ясониди и другие [3, 5,13, 30, 41, 45, 90, 94, 98]. Исследовались и разработаны режимы капельного орошения: яблони, груши, грецкого ореха, сливы, лимона, чая, виноградников, машины, земляники, их плодоносящих, молодых на­саждений и питомников. Разработаны и внедрены рекомендации по режимам капельного орошения этих культур для различных регионов [33, 65]. Исследованиями по капельному орошению установлены предполивные пороги влажности почвы в объеме контура ув­лажнения, которые изменяются для различных культур и условий от 70 до 85 % НВ, определены величины оросительных и поливных норм, оказавшие­ся меньше в 1,5-5,0 раз, чем при поверхностном орошении и дождевании. Разработаны методы назначения сроков проведения очередных поливов по влажности почвы в объеме контура увлажнения, по испарению с водной по­верхности, биоклиматическим методом с учетом дефицита влажности возду­ха, управления режимом капельного орошения вручную и с помощью авто­матических устройств.

Параллельно с полевыми опытами проводились исследования по ре­жимам капельного орошения томатов, огурцов, лимонов и роз в теплицах. Весомый вклад в разработку режимов орошения сельскохозяйственных куль­тур в теплицах внесли: Э.И. Бланк, А.П. Варнавас, А. Дахер, О.Н. Карпенко, В.А. Межевикин, И.И. Саидов, Ю.Г. Шейнкин, О.Е. Ясониди и другие [14, 22, 49, 70, 72, 102]. Разра­ботке режима капельного орошения роз в теплицах посвящены работы С.Ш.Карпенко [70-72, 102] и О.Е. Ясониди [198-200, 203, 206-208, 210, 213, 215]. Ими разработаны рекомендации по режиму капельного орошения для двух сортов роз в теплицах «Куин Элизабет» и «Роз Гожар», при котором по­ливы назначались при снижении влажности 0,40 м слоя почвы до 80 % НВ, величина поливной нормы составила 83,0 м³/га, оросительной нормы- 3600 м³/га. За вегетационный период (год) потребовалось провести, в среднем, 42 полива от 1 до 6 по месяцам года. В результате исследований предложены аналитические и графические зависимости глубины промачивания и влажности почвы от величины поливной нормы и времени после её выдачи.

В вышеперечисленных исследованиях по режиму капельного орошения роз в теплицах не затрагивались методологические вопросы его планирова­ния, назначения сроков проведения поливов по испарению, аналитически связанному с продолжительностью светового дня и другие, недостаточно изучена технология автоматизированных режимов капельного орошения.

Для условий защищенного грунта разработаны агротехника возделыва­ния ряда сельскохозяйственных культур, в том числе и для розы на срез, ме­роприятия по борьбе с вредителями и болезнями, системы и нормы внесении органических и минеральных удобрений, режимы обогрева, вентиляции и ос­вещенности [16-23, 34, 39, 56, 79, 82, 83, 88, 97, 98].

В современных теплицах осуществляют искусственное регулирование практически всех факторов жизни растений: водного, воздушного, пищевого. солевого, теплового, светового, фитосанитарного режимов почв и атмосферы помещений, что обеспечивает в 10-20 раз более высокую продуктивность сельскохозяйственных культур и экономическую эффективность их возделы­вания. Особое внимание уделяется подбору высокопродуктивных сортов и гибридов томатов, огурцов, роз и других сельскохозяйственных культур для защищенного грунта, что также увеличивает эффективность их возделывания [15, 23, 79, 80, 83, 96, 98, 101, 105].

Для проведения наших опытов были взяты сорта «Куин Элизабет» и «Роз Гожар», прошедшие многолетнюю производственную проверку и заре­комендовавшие себя как высокопродуктивные срезочные культуры с пре­красным товарным видом и высоким спросом.

Отечественные и зарубежные исследователи и производственники счи­тают, что возделывание овощей, цитрусовых и декоративных культур в теп­лицах экономически весьма выгодно и эффективно [16-19, 20, 22, 26, 34-36, 47-49, 54, 57, 75, 76, 85, 88, 98]. Капельное орошение сельскохозяйственных культур в теплицах, в том числе и роз на срез, позволяет несколько увеличить их продуктивность и получить дополнительную прибыль по сравнению с дождеванием и поливом из шланга с од­новременно снизить затраты ручного труда, электроэнергии, оросительной воды, удобрении и ядохимикатов [22, 26, 49, 70-76, 86, 87, 102-104].

На основании литературного обзора установлено, наши теоретические и экспериментальные исследования посвящены изучению вопросов влагопереноса в почвах при локальном увлажнении, гидравлическому расчету по­ливных трубопроводов с капельницами, оптимизации их конструкции, тех­нике и режимам капельного орошения роз в теплицах, обеспечивающих мак­симальный срез роз хорошего качества, минимальные затраты труда, средств, энергии, материалов и высокий экономический эффект.