Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Современное состояние орошения овощных культур в защищенном грунте 9
1.1 Особенности регулирования ростового процесса овощных культур при управляемых параметрах защищенного грунта 9
1.2 Зависимость ростового процесса овощных культур от воздействия природных факторов в условиях защищенного грунта 13
1.3 Анализ режима капельного орошения сельскохозяйственных культур 23
1.4 Цель работы и задачи исследований 36
Глава 2 Гидравлические исследования и обоснование конструкций низконапорных капельниц
2.1 Теоретическое обоснование режима орошения и методика гидравлических исследований 37
2.2 Разработка конструкций низконапорных капельниц для орошения томата в защищённом грунте 43
2.3 Исследование коэффициента гидравлического трения в поливных полиэтиленовых трубопроводах при низких напорах 50
2.4 Выводы ко второй главе 53
Глава 3 Результаты экспериментальных исследований по обоснованию теплового и гидравлического режимов 54
3.1 Схема опыта и методика исследований з
3.2 Обоснование основных параметров экрана методом планирования эксперимента 58
3.3 Построение моделей в виде уравнения регрессий, оценка их адекватности и анализ полученных моделей 63
3.4 Моделирование параметров экрана для подогрева кор-необитаемого слоя почвы методом ЭГДА 66
3.5 Гидравлические исследования капельниц и поливных трубопроводов при низких напорах 79
3.6 Выводы к третьей главе 85
Глава 4 Разработка режима капельного орошения томата и экономическая эффектив ность внедрения 87
4.1 Разработка методики исследований в защищенном грунте 87
4.2 Схема и место проведения опытов 93
4.3 Результаты исследований по режиму орошения гибридов томата 97
4.4 Разработка режима капельного орошения с подогревом грунта 106
4.5 Экономическая эффективность внедрения режима капельного орошения 122
4.6 Выводы к четвертой главе 124
Выводы 126
Литература
- Зависимость ростового процесса овощных культур от воздействия природных факторов в условиях защищенного грунта
- Разработка конструкций низконапорных капельниц для орошения томата в защищённом грунте
- Построение моделей в виде уравнения регрессий, оценка их адекватности и анализ полученных моделей
- Разработка режима капельного орошения с подогревом грунта
Введение к работе
Актуальность работы. Вступление России во Всемирную торговую организацию (ВТО) требует от отечественных товаропроизводителей повышения качества, производительности и конкурентоспособности продукции. Повышение урожайности овощных культур при соблюдении стандартов качества продукции обеспечит продовольственную безопасность страны.
Актуальным вопросом является развитие малого и среднего бизнеса в сельском хозяйстве России. Выращивание культур в закрытом грунте (в небольших по размерам теплицах) можно отнести к такому бизнесу, который нуждается в научном обосновании и постоянном совершенствовании.
Наиболее прогрессивными способами орошения сельскохозяйственных культур в таких условиях являются те, которые используют в течение вегетационного периода малоинтенсивную водоподачу. Таким требованиям удовлетворяет капельный режим орошения, позволяющий оперативно управлять режимом орошения, одновременно вносить требуемое количество удобрений и существенно экономить воду. Для повышения эффективности использования капельного орошения томатов был изучен вопрос подогрева почвы теплиц.
Установлено, что нет достаточного научного обоснования подогрева почвы в закрытом грунте при капельном орошении томатов, не изучен вопрос распространения теплового поля в корне-обитаемом слое при искусственном подогреве почвы в условиях малых теплиц.
Работа направлена на совершенствование режимов капельного орошения в закрытом грунте малых теплиц.
Работа выполнена в рамках госбюджетной темы ФГБОУ ВПО «Кубанский ГАУ»: «Обосновать и разработать комплексные мелиорации для устойчивого развития земель, сельскохозяйственных ландшафтов, экологическую инфраструктуру на водосборах,
повысить надежность технических средств на мелиоративных системах» (№ ГР 01.2.006-6831, 2006-2011 гг.).
Цель работы. Обосновать режим капельного орошения при подогреве активного корнеобитаемого слоя почвы в холодный период года для получения гарантированного и качественного урожая томата в защищенном грунте малых теплиц.
Рабочая гипотеза. Режим капельного орошения при подогреве активного корнеобитаемого слоя почвы повысит урожайность томата в закрытом грунте малых теплиц.
Объект исследований. Система капельного орошения томатов при подогреве активного корнеобитаемого слоя почвы в защищенном грунте.
Предмет исследований. Режим капельного орошения томатов в защищенном грунте при подогреве активного корнеобитаемого слоя почвы малых теплиц.
Методика исследований. Исследования проводились в закрытом грунте малых теплиц в соответствии со стандартными методиками. Обработка и анализ экспериментальных данных проводилась методами математической статистики.
Основные положения, выносимые на защиту:
геометрические параметры экрана для сохранения тепла активного корнеобитаемого слоя почвы, полученные методом ЭГДА;
усовершенствованные конструкции капельниц для низконапорного режима орошения овощей в условиях малых теплиц;
методика расчета поливной нормы при подогреве активного корнеобитаемого слоя почвы для получения качественных и высоких урожаев томатов в условиях малых теплиц;
формулы для гидравлического расчета капельниц и поливных трубопроводов при низких напорах;
- режим капельного орошения при подогреве активного
корнеобитаемого слоя почвы для получения качественных и высо
ких урожаев томатов в условиях малых теплиц;
Научную новизну работы составляют:
геометрические параметры экрана для сохранения тепла активного корнеобитаемого слоя почвы;
формулы для гидравлического расчета усовершенствованных конструкций капельниц и поливных трубопроводов при низких напорах систем капельного орошения в закрытом грунте;
формулы для расчета поливной нормы в условиях подогрева активного корнеобитаемого слоя почвы;
- режим капельного орошения при подогреве активного
корнеобитаемого слоя почвы в условиях малых теплиц.
Практическая ценность работы. Разработан новый режим капельного орошения томатов для закрытого грунта с подогревом активного корнеобитаемого слоя почвы в условиях малых теплиц для малого и среднего бизнеса, который снижает водопотребление при повышении урожайности гибридов томатов до 20-35 %. Усовершенствованы конструкции капельниц для низконапорной подачи воды растениям, позволяющие равномерно распределять воду по площади орошения. Разработаны рекомендации для проектирования системы подогрева почвы закрытого грунта при капельном орошении. Установлены основные параметры системы подогрева почвы, к которым относятся глубина закладки труб, расстояние между ними, длина труб, их диаметр и материал, ширина теплоизоляционного экрана и его материал.
Реализация результатов исследования. Результаты исследований использованы при проектировании систем капельного орошения в закрытом грунте в условиях малых теплиц размером от 200 до 500 м для фермерских хозяйств КБР. Результаты исследований внедрены в ООО «Агро-Ком» КБР.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях КБГСХА (г. Нальчик) и КГАУ (г. Краснодар) в 2005-2011 гг.; на научно-практических конференциях МГУП (г. Москва) и ВГСХА (г. Волгоград) в 2007-2009 гг.; на международных научно-практических конференциях «Проблемы мелиорации земель и воспроизводства почвенного плодородия» (г. Краснодар, 2008-2010 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК три работы, получено четыре патента РФ на изобретения. Общий объем публикаций 2,3 п.л., из них личный вклад автора - 1,8 п.л.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из четырех глав, выводов, предложений по производству сельскохозяйственной продукции, списка литературы, включающего 143 наименование, в том числе 13 на иностранном языке и приложения. Диссертация изложена на 146 страницах машинописного текста, включая шесть страниц приложения, содержит 33 рисунка, 15 таблиц.
Зависимость ростового процесса овощных культур от воздействия природных факторов в условиях защищенного грунта
Температура воздуха в теплице отклоняется от оптимальной для растений также под влиянием длинноволновой солнечной радиации, интенсивности вентилирования, силы ветра и степени обогрева [25, 58].
Тип теплицы в значительной мере предопределяет ее температурный режим и тем самым влияет на тепловой баланс растений. Большое значение в этом случае имеет степень герметичности ограждающих поверхностей. В односекционных теплицах потери тепла выше вследствие большей излучающей поверхности и для поддержания более равномерной температуры требуется более мощная система обогрева.
В зимний период теплообмен определяется прежде всего размером ограждающей поверхности теплицы, потому что вентиляция сильно ограничена.
В условиях г. Нальчика в холодное время температура в теплице, как правило, ниже вследствие общего похолодания и ослабления солнечной радиации. Средняя дневная температура с ноября до середины марта на 2-3 С ниже, чем в остальные месяцы. Что касается максимальной температуры, то она склонна возрастать , начиная с января, причем на 2-3 С отличается от средней ночной температуры воздуха. В зимние месяцы температура начинает повышаться с 8 часам утра, и снижается после 15-16 часов. Фотосинтез не улучшается при резком изменении температуры в утренние часы или резком ее снижении после полудня.
Нами установлено, что такие теплолюбивые растения, как томат, приспосабливаются лучше, если в течение часа температура воздуха возрастает в утренние часы или снижается после полудня на 2-3 С.
Вопрос изменения температуры воздуха по высоте имеет не только теоретическое, но и практическое значение, так как объясняет некоторые особенности роста и плодоношения тепличных культур.
Наши наблюдения позволили установить некоторые отклонения в кривых температуры по годам в дни с очень низкой и очень высокой температурой. Эти отклонения зависят и от густоты стояния растений, их высоты и облиственности. Более высокие температуры воздуха мы наблюдаем в верхних частях полога рас 21 тений. Это объясняется тем, что теплый воздух распределяется в верхней части теплицы, если вентиляция ограничена и объем воздуха сравнителъно невелик.
Разница в среднесуточной температуре воздуха на высоте 1,5-2,0 м составляет в блочных теплицах около 2 С, а в односекционных - до 3,0-3,2 С. Это обуславливает постоянную тепловую инверсию в теплице. Инверсионный слой охватывает физиологически активную часть растений - листья, соцветия, цветки и плоды.
Снижение (выравнивание) температуры воздуха в верхних частях растений и под кровлей зависит от степени открытия фрамуг и от температуры наружного воздуха в теплице, и вне ее возможно лишь слабое проветривание. Значительная разница в массе единицы объема холодного и теплого воздуха быстро уменъшает разницу температур. Позднее, при повышении температуры воздуха вне теплицы, это достигается более широким открытием фрамуг.
Для роста и развития корневой системы и ее функционирования особое значение имеет температура почвы. Овощные культуры лучше всего развиваются, если температура почвы в культивационном сооружении отличается от температуры воздуха на ± 3 С. (Рейнхольд - 1963 г.) При повышении температуры почвы с 12 до 14 С поглощение Р2О5 (фосфор) увеличивается на 50 %, а при повышении ее до 16 С поглощение возрастает еще на 50 % (Ван Коот и Ван Равенштейн -1971 г.) Все эти факторы побудили ученых считать необходимым искусственный обогрев почвы. Исследования показывают целесообразность применения обогрева почвы, особенно при выращивании огурцов и томата.
Установлено, что температура почвы гораздо более выровнена, чем температура воздуха. Разница между дневной и ночной температурой почвы в разных местах теплицы незначительна. Лишь в самом верхнем слое почвы температура изменяется вместе с температурой воздуха.
Установлено, что томаты хорошо растут в теплице, когда температура почвы на 4-5 С отличается от температуры воздуха. Иногда причиной замедления роста томата является отсутствие синхронности в колебаниях температуры почвы и воздуха. Это иногда бывает причиной увядания растений при резком переходе от очень низкой температуры и слабой солнечной радиации к сильной солнечной радиации и высокой температуре воздуха. Листья увядают вследствие необеспеченности достаточным количеством воды из-за низкой температуры почвы, при которой деятельность корневой системы ослаблена. Это наблюдается, даже если корни развиваются в достаточно влажной почве.
Наблюдения показывают, что температура почвы может быть более высокой, когда солнечная погода сменяется облачной. Повышенная температура почвы может сохраняться даже несколько дней подряд. Это явление преобладает особенно осенью при выращивании томата в продленном (переходном) обороте, когда растения еще слабые и не закрыли поверхность почвы. Вследствие высокой температуры почвы дыхание корней усиливается, продуктов фотосинтеза образуется меньше, чем их расходуется на дыхание. При этом растение страдает от недостатка питательных веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности.
Почва в теплицах обогревается солнцем, биотопливом, системой труб обогрева или электрическими кабелями. Когда температуру почвы необходимо поддержать в желательных пределах независимо от температуры воздуха, в теплице монтируется дополнительная система подпочвенного отопления.
Температура воздуха зимой во многих теплицах недостаточна, чтобы обеспечить температуру почвы, необходимую для выращивания томата. В это время температуру почвы днем иногда необходимо поднять на 2-4 С выше температуры воздуха для усиления деятельности корневой системы. Эта задача лучше всего решается с помощью системы подпочвенного обогрева. Однако, нельзя допускать, чтобы температура почвы была более чем на 3-4 С выше температуры воздуха, так как иначе рост корневой системы может обгонять рост надземной части. Из выполненного анализа влияния различных физических факторов на рост и развитие растений томата можно сделать несколько важных выводов. 1. Система почвенного огогрева должна функционировать независимо от системы обогрева воздуха малой теплицы. 2. Развитие растений томата зависит от водного режима почвы. Испарение влаги с поверхности почвы будет отрицательно влиять на развитие растений томата. Система растение-теплица станет неуправляемой. 3. Для получения оптимального водно-воздушного режима почвы необходим капельный режим орошения томата.
Разработка конструкций низконапорных капельниц для орошения томата в защищённом грунте
Для получения высоких урожаев томата в зимний период времени в защищенном фунте малых теплиц необходимо создание оптимальных условий для данной культуры. Благоприятные условия при выращивании сельскохозяйственных культур в теплицах получаются при регулировании основных параметров, к которым относятся: освещенность грунта и культур; температурный режим воздуха в теплицах; водно-воздушный режим почво-грунта; температура почвы и воздухообмен [6, 7,19,23,47, 58, 66, 69 - 72, 97, 103].
Освещенность грунта и культур в теплицах зависит от выбора материала ограждающей поверхности теплицы [59, 66, 95, 96, 106, 109]. Освещенность теплицы будем считать постоянной, не оказывающей влияния на рост растений, так как ограждающий материал во всех вариантах принят одинаковым - полиэтилен толщиной 1 мм. Температурный режим для всех опытов в теплицах принимался постоянным.
Рабочая гипотеза - подогрев почвы и сохранение тепла в корнеобитаемом слое при капельном режиме орошения повысит качество и урожайность овощных культур в защищенном грунте.
Сохранения тепла в почве можно достичь с помощью экранов, расположенных ниже основной массы корней растений. Применение экрана и оптимального режима капельного орошения позволит увеличивать урожайность сельскохозяйственных культур на 4 - 6 кг/м2 в защищенном грунте.
Исследования проводились в защищенном грунте на опытном участке. Опытный участок представлял теплицу размером 8 х 25 м. В качестве субстрата использовалась почва, смешенная с органическим удобрением в пропорции: 1 к 10 (1 часть органики и 10 частей чернозема). Почва была заранее приготовлена вне теплицы на площадке. В состав почвы были внесены органические удобрения. В качестве органических удобрений использовался компост из подстилочного навоза крупного рогатого скота. Содержание в почве азота, фосфора, калия было принято из расчета N120,P6o,K4o[13, 14, 19, 22, 70]. Растения сельскохозяйственных культур, выращиваемых в теплицах в холодное время года, нуждаются в подогреве почвы.
Для решения задачи по обоснованию теплового режима почвы при капельном орошении томата выполнены исследования, которые были направлены на изучение распространения тепла в почве под действием теплоносителя с экраном.
В качестве теплоносителя использовалась вода. Для подогрева воды использовался котел, из которого нагретая вода подавалась в систему орошения. Вода в начале системы доводилась до температуры 80 “С.
В качестве базовой схемы подогрева принято поперечное расположение отопительных труб относительно рядков растений в теплицах. Глубина прокладки труб была принята из условия проникновения активной корневой системы растений томата в толщу грунта.
Для сохранения тепла в почве и для уменьшения затрат энергии на подогрев почвы использовался экран в виде соломенной подстилки, который укладывался в грунт под отопительными трубопроводами.
Нами рассматривалась задача о выборе материала экрана и глубины его закладки в почве. Рассматривался экран из следующих материалов: поролон с повышенной жесткостью (ТУ 2254 - 42816520 - 99) марки Н 2247 толщиной 20 мм, уложенный на экран из полиэтиленовой пленки толщиной 0,1 мм; соломенная подстилка из стеблей озимой пшеницы толщиной 5-Ю см в уплотненном состоянии, уложенная на экран из полиэтиленовой пленки толщиной 0,1 мм.
Из рассмотренных вариантов был выбран вариант экрана из соломенной подстилки с полиэтиленовой плёнкой. Выбор данного варианта был обусловлен сроком эксплуатации малой теплицы, который регламентируется рядом условий: субстрахом; минеральным питанием растений; сортами культурных растений (гибридами); типом покрытия теплиц и т.д. Из опыта эксплуатации малых теплиц срок их службы не превышает 2-3 года.
За этот период солома полностью перегнивает, утилизируется корнями растений томата в виде дополнительных продуктов питания. Недостатком соломенного экрана является снижение эффективности теплового режима после 1 года эксплуатации системы орошения и подогрева почвы.
Искусственные экраны в виде полиэтилена и поролона затрудняют обменный процесс вещества, которые нарушают водно-воздушный режим почвы. И поэтому в данной работе эти схемы не рассматривались при капельном орошении томата как экологически нецелесообразные.
При капельном режиме орошения было установлено, что активная корневая система томата располагается в зоне 0,2 м от поверхности, где количество корней культуры достигает 80 %. Поэтому экран укладывался на глубину 0,40-0,45 м от поверхности почвы.
Отопительные трубы укладывались соответственно на глубине 0,40-0,45 м от поверхности почвы на экран. Глубина укладки экрана была обоснована проведением исследований методом планирования эксперимента.
Анализ научных работ и собственный опыт выращивания овощных культур в защищенном грунте позволил разработать конструкцию и систему подогрева почвы с экраном в малой теплице при капельном орошении томата.
Для эффективного использования тепла почвы при режиме капельного орошения томата очень важно учесть геометрические параметры экрана: ширину экрана, глубину его закладки от поверхности земли, расстояние между экранами (отопительными трубами).
Построение моделей в виде уравнения регрессий, оценка их адекватности и анализ полученных моделей
Традиционная сеть, применяемая в открытом грунте, характеризуется значительной протяженностью участковых и поливных трубопроводов, измеряемых многими сотнями метров. Потери напора по длине трубопровода в абсолютном выражении могут достигать нескольких десятков метров. Поэтому, чтобы в некоторой степени уравнять условия работы капельниц, находящихся в различных концах сети используют насосные станции, поднимающие напоры в трубопроводах до 20 м и выше. В этом случае изменение напора в сети не приводит к большим колебаниям расхода капельниц. Гашение напора при выходе из капельниц осуществляют с помощью специальных дросселей, расположенных внутри них.
В защищенном грунте длина участкового трубопровода редко может превышать 100-150 м. Кроме того, водопотребление овощных культур значительно меньше, чем садовых или кустарниковых, а значит, расход капельниц и потери напора в связи с этим будут значительно меньшими. Поэтому необходимость поддержания в сети больших напоров отпадает.
Поливную воду под овощные культуры можно подавать непрерывно малыми расходами и достаточно продолжительное время, поскольку это не связано с работой насосного электрооборудования и полив может осуществляться из напорного накопительного бака. Напоры в сети могут снижаться до 2-3 м.
Капельница является основным элементом системы орошения. Она должна равномерно обеспечивать полив культур, выдавать постоянный расход растениям, в этом состоит преимущество данного способа орошения.
Как показал опыт наших исследований [89, 90, 124], зарубежные капельницы не отличаются высокой стабильностью при малых напорах до 2 м. Кроме того капельницы низкого давления фирм АмМ, Katif, Oif, Supertif, TURBOKEY, SERYS, AXIOS, TORO,TMPAC в условиях защищенного грунта имеют небольшой срок службы.
Эксплуатационные характеристики зарубежных капельниц не удовлетворяют требованиям работы в условиях защищенного грунта. Капельницы, которые используются один раз в сезон или поливные шланги со встроенными капельницами реагируют на изменение температуры воды, требуют идеальной очистки воды, затрачивается значительное время на их обслуживание.
Низкая производительность таких систем с зарубежными капельницами и шлангами оказывает существенное влияние на себестоимость продукции малого и среднего бизнеса.
Для решения задачи равномерного полива и продолжительности срока службы системы капельного орошения (КО) в условиях защищенного грунта были выполнены исследования по усовершенствованию конструкций капельниц «Молда-вия-1»(М1).
Целевая функция состояла в равномерности подачи воды Ml растениям по длине поливного трубопровода при снижении напора до 0,02 МПа. Конструкция Ml достаточно известна и широко применяется при рабочих давлениях 0,1-0,2 МПа. Она состоит из корпуса с входным патрубком, ниппеля, дросселя со спиральным каналом гасителем, резиновой диафрагмы и крышки. При включении сети давление в ней небольшое, вода, поступающая в капельницу, способствует всплыванию дросселя и промывке устройства. При повышении давления вода прижимает дроссель к прокладке, создается большое гидравлическое сопротивление, происходит гашение напора.
Капельница, работающая по такому принципу, не может эксплуатироваться при малых напорах и требует изменения конструкции. Легко убедиться, что основным рабочим органом, регулирующим расход, является дроссель со спиральным каналом. Замена дросселя на элемент, создающий большее гидравлическое сопротивление в корпусе капельницы, позволит использовать ее при напорах до 2 м. Именно такой напор необходимо создавать напорным баком в помещении теплицы.
На кафедре мелиорации КБГСХА разработаны варианты устройства гасителей напора. Круглая поролоновая шайба внутри капельницы способствует достижению необходимого сопротивления. Причем, чем толщина шайбы больше, тем меньше получается размер капилляров при сжатии во время закрывания крышки капельницы. Поролоновая шайба может быть размещена и под резиновой прокладкой, чем увеличится степень сжатия. Регулировать расход капельницы можно и путем размещения поролона одновременно над и под резиновой прокладкой.
В условиях защищенного грунта для относительно небольших размеров теплиц от 200 до 500 м2 не требуется повышенных давлений в поливной сети. Существующие конструкции капельниц, как правило, работают при достаточно высоких давлениях, так как подача воды осуществляется на достаточно большие расстояния. Это требует больших затрат по энергоресурсам.
Поэтому для орошения небольших участков требуются низконапорные системы. Для данных систем имеется недостаточный ряд устройств для подачи воды растениям.
Все измененные конструкции капельниц прошли гидравлическое испытание. Исследовалось влияние напора на расходные характеристики. Необходимо было установить, в каком диапазоне напора расход капельниц менялся незначительно. Напоры находились в диапазоне 0,5-2,0 м. Достоверность опыта подтверждалась 4-кратной повторностью измерений расхода. В качестве средств измерения служили образцовые приборы и оборудование.
Были проведены три серии опытов в соответствии с тремя вариантами поролоновых гасителей гидравлической энергии потока.
Серия 1. Поролоновая шайба диаметром 3 см размещалась над герметичной резиновой прокладкой. Первоначальная высота шайбы принималась 4,0 см. Затем после исследования во всем диапазоне напоров высота поролоновой шайбы уменьшалась с шагом в 1,0 см, принимая последовательно значения: 3,0; 2,0; 1,0 см.
На рисунке 3.11 показаны графики зависимости расходов капельниц от напора Я и толщины поролоновой шайбы. При = 0 расход Ml при малых напорах максимальный. Данная конструкция Ml при = 0 работает, как обычная капельница «Молдавия-1». По мере увеличения степени сжатия шайбы размеры капилляров в поролоне сужаются, и соответственно, уменьшается расход Ml. Данные зависимости отражены на рисунке 3.11 для tx = 1, 2, 3 и 4 см, кривые 1-4 соответственно.
Как видно из опытов, при tx = 4,0 см расход заметно меньше, чем при остальных /1. Следовательно, для снижения подачи воды к растениям следует увеличить толщину поролоновой шайбы до 4,0 см, а для увеличения подачи - соответственно уменьшить толщину t\.
Разработка режима капельного орошения с подогревом грунта
При орошении теплой водой происходит «провальная фильтрация» за счет чего происходит равномерное распределение воды в почве, образуется равномерный цилиндрический контур увлажнения радиусом R0.
Полученная расчетная зависимость (4.16) учитывает движение влаги в почве, температуру поливной воды и глубину распространения очага увлажнения. Обобщенные результаты исследований по годам представлены в табличной форме (таблицы 4.5-4.8).
Рекомендации по режиму капельного орошения в защищенном грунте Продолжительность полива рекомендуется определять по формуле: tn=mK/qMn, (4.18) где tn - время полива культуры при подогреве почвы, ч; -поливная норма (формулы 4.16,4.17), л/час; qM - расход капельницы (Ml и ли М2), л/час. 119 Количество капельниц на поливном трубопроводе определяется по формуле: n = l/b, (4.19) где / - длина поливного трубопровода, м; Ъ - расстояние между капельницами, м. Расход воды в начале поливного трубопровода (0) равен: Q = n-qM. (4.20) Площадь орошаемой площади малой теплицы, обслуживаемая поливным трубопроводом (гребенкой) определяется по формуле: F = c-d-l, (4.21) где F- орошаемая площадь малой теплицы, м ; с - расстояние между поливными трубопроводами, м; Й?- количество трубопроводов в системе КО, шт. Оросительную норму для условий защищенного грунта определяем по формуле: М=Кв УПР. (4.22) где Кв - коэффициент водопотребления, л/кг. Проектную урожайность томата УПР оценивали по суммарному водопотреб-лению (Д), а коэффициент водопотребления вычисляли опытным путем для условий защищенного грунта при подогреве. Коэффициент Кв определяется для томата по затратам воды на формирование единицы урожая Кв=—, (4.23) У где М7 - опытное значение оросительной нормы л/мО. 120 Число поливов гибридов томата определяем по формуле: N = MlmK. (4.24) Формула (4.24) учитывает изменение влажности почвы в контурах увлажнения. Даты поливов устанавливаются с помощью датчиков влажности почвы в слое 0-20 см. Расход усовершенствованных конструкций капельниц Ml, М2 и М3 определяется по формулам, приведенным во второй главе работы. Потери напора в поливных трубопроводах определяются по формуле Дарси-Вейсбаха, где коэффициент Хн вычисляется по новым полученным формулам для условий низконапорных систем КО (глава 2). Рекомендации для проектирования системы подогрева почвы защищенного грунта
В результате выполненных лабораторных исследований на почвенных моделях на приборе ЭГДА и натурных экспериментов по подогреву почвы защищенного грунта, выращивания томата разработаны рекомендации по проектированию системы подогрева почвы с теплоизоляционным экраном.
Система подогрева почвы защищенного фунта особенно эффективна при режиме капельного орошения культур.
К основным параметрам системы подогрева почвы следует отнести глубину закладки труб, расстояние между ними, длину труб, их диаметр и материал, ширину теплоизоляционного экрана и его материал. Глубина закладки не должна препятствовать агротехнической обработке почв, а в случае использования полиэтиленовых труб - предотвратить их повреждение. Глубина закладки отопительных труб, согласно исследованиям, принимается в пределах t = 35-40 см. Расстояние между отопительными трубами рекомендуется принимать в зависимости от ширины экрана под ними: L = (3 - 4)1ЭК. (4.25) Длина труб зависит от конструкции системы капельного орошения и системы подогрева почвы.
Следует учитывать, что чем длиннее труба, тем больше разность температуры теплоносителя в начале и в её конце. На выходе температура теплоносителя будет заметно ниже, чем в радиаторах для отопления воздуха в помещении теплицы. Поэтому желательно иметь кольцевую систему подогрева почвы, связанную с системой отопления теплицы.
При этом соотношение длин труб подпочвенного подогрева должно быть пропорционально температурам в точках А и В. Из этого следует соотношение между длинами труб и температурой теплоносителя:
В качестве отопительных труб следует использовать полиэтиленовые трубы высокой плотности (ПВП, ГОСТ 18599-73) с наружным диаметром 25 или 32 мм. Эти трубы легко поддаются тепловой и механической обработке и в несколько раз легче стальных.
При использовании экрана под отопительными трубами его ширина из соломы должна быть равна глубине его закладки 1ЭК = t3K = t.
Теплоизоляционный экран не даст существенного эффекта по сохранению тепла в почве. Однако экран может быть использован при глубоком и более частом расположении труб, а также малой мощности водонагревательного котла.
Глубиной закладки труб и шириной экрана можно до некоторой степени добиться выравнивания температур по длине отопительного трубопровода.
Выравнивание температуры в межтрубном пространстве почвы можно добиться и профилированием поверхности почвы так, чтобы скат был направлен от труб к межтрубному пространству.
Экономическая эффективность капельного орошения гибридов томата при подогреве почвы приведена в таблице 4.9.
Данный экономический расчет показывает, что капельное орошение и другие способы полива томата для малого и среднего бизнеса - эффективны. Но данный расчет прибыли не раскрывает механизм движения средств по окупаемости затрат при вложении инвестиций в данное производство. Рассчитаем прибыль при производстве томата в защищенном грунте с учетом выполненных исследований для малого и среднего бизнеса. Считаем, что экологический эффект рассмотренных режимов орошения томата практически оказывает одинаковое влияние на природную среду, так как растения находятся в защищенном грунте и одних и тех же условиях. Поэтому при определении эффективности инвестиций для исследованных вариантов режимов орошения томата будем рассматривать только экономический эффект [101].
Предположим, что «барьерный коэффициент доходности инвестора» находится на уровне 15 % в год (Е = 0,15). Эффективность вариантов оценивается по чистому дисконтированному доходу (ЧДД) и индексу доходности (ИД).
Чистый дисконтированный доход определяется как превышение интегральных результатов над интегральными затратами. При постоянной норме дисконта ЧДД и вычисляется по формуле;
