stringtranslate.com

Капельное орошение

Израильская компания Netafim , капельное орошение

Капельное орошение или капельное орошение — это тип микроирригационной системы, которая может экономить воду и питательные вещества, позволяя воде медленно капать к корням растений, либо с поверхности почвы, либо из-под нее. Цель состоит в том, чтобы поместить воду непосредственно в корневую зону и свести к минимуму испарение. Системы капельного орошения распределяют воду через сеть клапанов , труб, трубопроводов и излучателей. В зависимости от того, насколько хорошо она спроектирована, установлена, обслуживается и эксплуатируется, система капельного орошения может быть более эффективной, чем другие типы систем орошения, такие как поверхностное орошение или орошение дождеванием.

По состоянию на 2023 год 3% фермеров мира используют капельное орошение. [1]

История

Древний Китай

Примитивное капельное орошение использовалось с древних времен. Фань Шэнчжи шу , написанный в Китае в первом веке до нашей эры , описывает использование закопанных, неглазурованных глиняных горшков, наполненных водой, иногда называемых Оллас , в качестве средства орошения. [2] [3]

Современное развитие

Подземная труба

Современное капельное орошение начало развиваться в Германии в 1860 году, когда исследователи начали экспериментировать с подземным орошением с использованием глиняных труб для создания комбинированных систем орошения и дренажа. [4]

Перфорированная труба

В 1920-х годах исследования были расширены и стали включать применение систем перфорированных труб. [5]

Пластик

Использование пластика для удержания и распределения воды при капельном орошении было позже разработано в Австралии Ханнисом Тиллом. [5]

Пластиковый эмиттер, капельное орошение

Использование пластикового эмиттера в капельном орошении было разработано в Израиле Симхой Блассом и его сыном Йешайяху. [6] Вместо того, чтобы выпускать воду через крошечные отверстия, которые легко блокируются крошечными частицами, вода выпускалась через более крупные и длинные проходы с использованием трения для замедления воды внутри пластикового эмиттера. Первая экспериментальная система этого типа была создана в 1959 году Блассом, который позже (1964) объединился с кибуцем Хацерим, чтобы создать ирригационную компанию под названием Netafim . Вместе они разработали и запатентовали первый практичный поверхностный эмиттер для капельного орошения. [4] [5] Современное капельное орошение было изобретено в Израиле в 1960-х годах, такое орошение также повысило эффективность использования удобрений, а также воды. [1] Внедрение этой технологии было революционным, согласно Times of Israel, и могло сэкономить 70% использования воды при выращивании риса. [7]

Голдберг и Шмуэли (1970) [8] разработали значительное усовершенствование: «в пустыне Арава на юге Израиля [Шмуэли] продемонстрировали, что система капельного орошения, установленная на поверхности почвы, работала исключительно хорошо при выращивании овощных культур, даже с соленой водой (Эльфвинг, 1989). Система... отвечала за озеленение ранее непродуктивной среды». [9]

Замена подпочвенной системы на поверхностную решила проблему засорения подпочвенной системы. Их усовершенствование возобладало: «В настоящее время капельное орошение является наиболее эффективным способом подачи воды на сельскохозяйственные культуры (Pathak et al. 2009; Goyal 2012)... Существует два варианта технологии: поверхностное и подпочвенное. Наиболее распространенным является поверхностное капельное орошение, впервые разработанное в Израиле (Goldberg and Shmueli 1970)... В связи с необходимостью повышения эффективности орошения, как меры по достижению устойчивого использования водных ресурсов, наблюдается широкий интерес к капельному орошению (Scanlon et al. 2012; Steward et al. 2013; Schaible and Aillery 2017) и подчеркивается многочисленными исследованиями по оценке его эффективности для производства нескольких сельскохозяйственных культур». [10]

Netafim разработала технологию специально для полива риса. Рисовые поля, которые производят 10% мировых выбросов метана, что эквивалентно 400 миллионам автомобилей. Эта технология была впервые представлена ​​в Италии, Турции и Индии. [7] 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 удобрений на 50%, снижению выбросов парниковых газов, таких как углерод и метан, с 50% до 85%, а также экономии воды на 50%. [11]

Капельная лента

В Соединенных Штатах первая капельная лента , названная Dew Hose , была разработана Ричардом Чапином и Хайме Лил-Диасом из Chapin Watermatics в начале 1960-х годов. [12] [13] Эволюция капельной ленты, которая сделала возможным ее широкомасштабное внедрение и использование, была представлена ​​в 1987 году компанией Plastro Irrigation с T-образной лентой , которая имела первый щелевой выход и ламинарный поток, который позже превратился в турбулентный поток, регулирующий поток. Chapin Watermatics была приобретена Jain Irrigation в 2006 году и находится под управлением ее дочерней компании в США Jain Irrigation Inc, USA. [14] [15]

Впервые внедренная в Калифорнии в конце 1960-х годов, по состоянию на 1988 год только 5% орошаемых земель использовали эту систему. К 2010 году 40% орошаемых земель в Калифорнии использовали эту систему. [16]

Кольцо со струйкой

Капельное кольцо — это круглое устройство, равномерно распределяющее воду вокруг основания дерева или кустарника. Подключенные к водопроводу с помощью садового шланга или переходника для трубки, капельные кольца могут быть интегрированы в оросительную сеть, которая поливает много растений одновременно. Регулируя поток воды через капельное кольцо, почва может быть насыщена со скоростью, которая экономит воду, сводя к минимуму непроизводительный поверхностный сток и потери из-за испарения. [ необходима цитата ]

Значение

Современное капельное орошение, пожалуй, стало самой ценной инновацией в сельском хозяйстве с момента изобретения в 1930-х годах ударного дождевателя , который стал первой практической альтернативой поверхностному орошению.

Текущие события

Для определения наиболее подходящей системы капельного орошения и ее компонентов, которые будут использоваться в конкретной установке, необходимо тщательно изучить все соответствующие факторы, такие как рельеф местности, почва, вода, сельскохозяйственные культуры и агроклиматические условия.

Микрораспылительные головки

Капельное орошение может также использовать устройства, называемые микрораспылительными головками, которые распыляют воду на небольшой площади вместо капельных эмиттеров. Они обычно используются на древесных и виноградных культурах с более широкими корневыми зонами.

Подпочвенное капельное орошение

Подпочвенное капельное орошение (SDI) использует постоянно или временно зарытую капельную линию или капельную ленту, расположенную на уровне или ниже корней растений. Это становится популярным для орошения пропашных культур, особенно в районах, где ограничены запасы воды или для орошения используется оборотная вода.

Глобальный охват и лидеры рынка

По состоянию на 2012 год Китай и Индия были странами с самыми быстрыми темпами развития в области капельного или другого микроорошения, в то время как во всем мире эти технологии использовались на более чем десяти миллионах гектаров. [17] Тем не менее, это составляло менее 4 процентов орошаемых земель в мире. [17] В том году израильская компания Netafim была лидером мирового рынка (позиция, которую она сохранила и в 2018 году [18] ), а индийская Jain Irrigation была второй по величине компанией в области микроорошения. [17] В 2017 году Rivulis купила Eurodrip и стала вторым по величине производителем ирригационных систем в мире. [19]

Компоненты и работа

Схема системы капельного орошения и ее части
Распределение воды при подпочвенном капельном орошении
В Израиле питомники поливают цветы с помощью капельного орошения
Садоводческий капельный полив в горшке

Компоненты, используемые в капельном орошении (перечислены в порядке от источника воды), включают:

В системах капельного орошения насос и клапаны могут управляться вручную или автоматически с помощью контроллера .

Большинство крупных систем капельного орошения используют тот или иной тип фильтра для предотвращения засорения пути потока небольшого эмиттера мелкими частицами, переносимыми водой. Сейчас [ когда? ] предлагаются новые технологии, которые минимизируют засорение. Некоторые бытовые системы устанавливаются без дополнительных фильтров, поскольку питьевая вода уже фильтруется на станции очистки воды. Практически все производители оборудования для капельного орошения рекомендуют использовать фильтры и, как правило, не выполняют гарантийные обязательства, если это не сделано. Фильтры последней линии непосредственно перед конечной трубой подачи настоятельно рекомендуются 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 почти исключительно при использовании переработанных городских сточных вод. Правила обычно не разрешают распылять в воздухе воду, которая не была полностью очищена до стандартов питьевой воды.

Из-за способа применения воды в капельной системе традиционное поверхностное внесение удобрений с замедленным высвобождением иногда неэффективно, поэтому капельные системы часто смешивают жидкие удобрения с поливной водой. Это называется фертигацией ; фертигация и химизация (внесение пестицидов и других химикатов для периодической очистки системы, таких как хлор или серная кислота ) используют химические инжекторы, такие как мембранные насосы , поршневые насосы или аспираторы . Химикаты можно добавлять постоянно, когда система орошает, или с интервалами. Экономия удобрений до 95% сообщается в недавних полевых испытаниях в университете с использованием капельного фертигации и медленной подачи воды по сравнению с замедленным высвобождением и орошением с помощью микрораспылительных головок.

Правильно спроектированное, установленное и управляемое капельное орошение может помочь достичь экономии воды за счет снижения испарения и глубокого дренажа по сравнению с другими типами орошения, такими как затопление или верхние разбрызгиватели, поскольку вода может быть более точно подана к корням растений. Кроме того, капельное орошение может устранить многие болезни, которые распространяются через контакт воды с листвой. Наконец, в регионах, где водоснабжение сильно ограничено, может не быть никакой фактической экономии воды, а скорее просто увеличение производства при использовании того же количества воды, что и раньше. В очень засушливых регионах или на песчаных почвах предпочтительным методом является подача оросительной воды как можно медленнее.

Импульсное орошение иногда используется для уменьшения количества воды, подаваемой растению в любой момент времени, тем самым уменьшая сток или глубокую фильтрацию. Импульсные системы обычно дороги и требуют обширного обслуживания. Поэтому последние усилия производителей эмиттеров сосредоточены на разработке новых технологий, которые подают воду для орошения с ультранизким расходом, т. е. менее 1,0 л (2,1 пинты США; 1,8 имперской пинты) в час. Медленная и равномерная подача дополнительно повышает эффективность использования воды без дополнительных расходов и сложности оборудования для импульсной подачи.

Эмиссионная труба — это тип капельной ирригационной трубы с предварительно установленными на заводе эмиттерами с определенным расстоянием и расходом в час в зависимости от расстояния до культуры.

Эмиттер ограничивает прохождение потока воды через него, тем самым создавая потерю напора, необходимую (в пределах атмосферного давления) для выброса воды в виде капель. Эта потеря напора достигается за счет трения/турбулентности внутри эмиттера.

Преимущества и недостатки

Капельное орошение и запасные трубки капельного орошения на банановой ферме в Чинавале , Индия
Орошение горшков с помощью капельниц
Встроенная капельница с компенсацией давления на беспочвенной среде без каналов для выращивания

Преимущества капельного орошения:

Недостатками капельного орошения являются:

Капельная лента

Т-образная лента для капельного орошения

Капельная лента — это тип тонкостенной капельной линии, используемой в капельном орошении. Первая капельная лента была известна как «Шланг росы». [21]

Лента для капельного орошения изготавливается из полиэтилена и продается в рулонах. Толщина стенки обычно составляет от 0,1 до 0,6 мм (от 4 до 25 мил ). Ленты с более толстыми стенками обычно используются для постоянного подпочвенного капельного орошения, а ленты с более тонкими стенками — для временных одноразовых систем для высокоценных культур.

Вода выходит из ленты через эмиттеры или капельницы. Типичное расстояние между эмиттерами составляет от 150 до 610 мм (от 6 до 24 дюймов). В некоторых изделиях эмиттеры производятся одновременно с лентой и формируются как часть изделия. В других изделиях эмиттеры производятся отдельно и устанавливаются в процессе производства.

Некоторые продукты не являются лентой, а представляют собой тонкостенную капельную линию, но в просторечии оба типа продуктов называются лентами. Типичные диаметры лент составляют 16 мм ( 5 ⁄ 8  дюйма), 22 мм ( 7 ⁄ 8  дюйма) и 35 мм ( 1+3 ⁄ 8  дюйма), при этом большие диаметры чаще используются в постоянных установках с более длинными участками.

Капельная лента является перерабатываемым материалом и может быть переработана в пригодные для повторного использования в промышленности по производству пластмасс.

Использует

Капельница для полива

Капельное орошение используется на фермах, в коммерческих теплицах и в садах при жилых домах. Капельное орошение широко применяется в районах с острой нехваткой воды , особенно для таких культур и деревьев, как кокосы , контейнерные ландшафтные деревья, виноград, бананы, ягоды , баклажаны , цитрусовые , клубника , сахарный тростник , хлопок, кукуруза и томаты.

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.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Degani, Corin (14 августа 2023 г.). «Как Израиль добился одной из самых надежных экономик водоснабжения, капля за каплей». Haaretz . Получено 17 июня 2024 г.
  2. ^ s:zh:氾勝之書以三斗瓦甕埋著科中央，令甕口上與地平。盛水甕中，令滿。
  3. ^ Бейнбридж, Дэвид А. (июнь 2001 г.). «Орошение с помощью зарытых в землю глиняных горшков: малоизвестный, но очень эффективный традиционный метод орошения». Agricultural Water Management . 48 (2): 79–88. Bibcode : 2001AgWM...48...79B. doi : 10.1016/S0378-3774(00)00119-0.
  4. ^ ab R. Goyal, Megh (2012). Управление капельным/струйным или микроорошением. Оквилл, Калифорния: Apple Academic Press. стр. 104. ISBN 978-1-926895-12-3.
  5. ^ abc "История системы капельного орошения и что доступно сейчас". www.irrigigation.learnabout.info .
  6. ^ «История капельного орошения».
  7. ^ ab Surkes, Sue (10 мая 2021 г.). «Израильские пионеры капельного орошения стремятся избавиться от затопленных рисовых полей».
  8. ^ Голдберг Д., Шмуэли М. (1970) «Капельное орошение — метод, используемый в засушливых и пустынных условиях с высоким содержанием воды и засоленностью почвы» Труды ASAE 13 (1): 0038-0041
  9. ^ 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
  10. ^ Окер, Тобиас Э.; Кисекка, Исайя; Шешуков, Алексей Ю.; Агилар, Джонатан; Роджерс, Дэнни (1 января 2020 г.). «Оценка динамической однородности и эффективности применения мобильного капельного орошения». Irrigation Science . 38 (1): 17–35. Bibcode :2020IrrSc..38...17O. doi :10.1007/s00271-019-00648-0. ISSN  1432-1319. S2CID  253819897.
  11. ^ Вробель, Шарон (21 июня 2023 г.). «Агротехнологическая фирма N-Drip привлекла 44 миллиона долларов в рамках раунда финансирования под руководством Лихтенштейна». Times of Israel .
  12. ^ US 4807668, Робертс, Джеймс С., «Лента для капельного орошения», опубликовано 28 февраля 1989 г. 
  13. ^ US 4047995, Лил-Диас, Хайме, «Шланги для капельного орошения и т. п. и процесс их изготовления», опубликовано 13 сентября 1977 г. 
  14. ^ "Jain Irrigation покупает Chapin за $6 млн". Business Standard India . Press Trust of India. 3 мая 2006 г. Получено 30 сентября 2017 г.
  15. ^ "New AG International – Jain Irrigation объявляет о приобретении Chapin Watermatics Inc". www.newaginternational.com . Архивировано из оригинала 30 сентября 2017 г. . Получено 30 сентября 2017 г. .
  16. ^ Зильберман, Тейлор; Дэвид, Ребекка (26 июля 2015 г.). «Распространение технологических инноваций: случай капельного орошения в Калифорнии» (PDF) .
  17. ^ abc Капельное орошение расширяется во всем мире, National Geographic, 25 июня 2012 г., дата обращения 1 августа 2019 г.
  18. ^ Това Коэн, Израильская ирригационная фирма Netafim ожидает роста прибыли на 50% к 2020 году, Reuters.com, 21 марта 2018 г., дата обращения 1 августа 2019 г.
  19. ^ Rivulis Irrigation покупает греческую компанию Eurodrip, Globes, 11 января 2017 г.
  20. ^ Yang, Chun Z.; Yaniger, Stuart I.; Jordan, V. Craig; Klein, Daniel J.; Bittner, George D. (1 июля 2011 г.). «Большинство пластиковых изделий выделяют эстрогенные химикаты: потенциальная проблема для здоровья, которая может быть решена». Environmental Health Perspectives . 119 (7): 989–996. doi :10.1289/ehp.1003220. PMC 3222987. PMID 21367689  . 
  21. ^ "Торговая марка DEW-HOSE – Регистрационный номер 0847046 – Серийный номер 72249303 :: Торговые марки Justia". tradings.justia.com . Получено 12 июня 2016 г. .

Дальнейшее чтение

На Викискладе есть медиафайлы по теме Капельное орошение .