УДК 631.674.4-52
И.В.Лак, канд.с.-х.наук;
А.И.Караваев, инж.

Отличительной особенностью внутрипочвенного орошения (ВПО) является то, что вода, поданная в почву через увлажнители, преобразовывается в почвенную влагу исключительно капиллярными си­лами.
При этом способе, в отличие от традиционных, не происходит ирригационного уплотнения почвы, создается благоприятный водно-пищевой режим. При этом вода, поданная непосредственно в корнеобитаемый слой почвы, более экономно расходуется. А так как опе­ратор-поливальщик и возделываемые культуры не имеют контакта с поливной водой, то для орошения могут быть использованы подготов­ленные стоки населенных пунктов, ферм, некоторых перерабатываю­щих предприятий. Элементы систем внутрипочвенного орошения дос­таточно надежны и просты в эксплуатации. Все отмеченное выше обус­лавливает необходимость автоматизации процесса полива.
Система внутрипочвенного орошения включает: источник орошения, магистральный, распределительный и оросительные трубопроводы, запорно-регулирующую арматуру и увлажнительную сеть. Чаще всего ис­точником орошения является емкость суточного или сезонного на­копления, размещенная на командной отметку местности. Магистраль­ный и распределительные трубопроводы оборудуются запорной арма­турой, а оросительные - запорной и регулирующей, так как напор в увлажнительной сети не должен превышать 1,5...2,0 м. В качестве увлажнителей чаще всего используются полиэтиленовые перфорирован­ные трубы. Для работы в режиме оптимального влагообеспечения сис­тему необходимо оснастить устройством программного управления, датчиками влажности с датчиками пороговых значений содержания влаги в почве. Структурная схема управления работой системы внутрипочвенного орошения до влажности почвы представлена на рис. 1.
Поливная вода из источника (ИВ) насосной станцией подается в распределительные и оросительные водоводы (ОВ) и через увлажни­тельную сеть (УС) распределяется на орошаемый участок (ОУ). При насыщении почвы влагой индикатор давления почвенной влаги (ИДВ) подает сигнал на блок программного управления (БПУ), который по мере поступлений сигналов формирует управляющую команду на электрогидроуправляемый клапан (КЭГ), закрывающий запорное устройство (ЗРУ). Подача воды на орошаемый участок прекращается. Под дейст­вием метеорологических факторов происходит расход влаги с поливного участка. Понижение влагосодержания влечет повышение давле­ния почвенной влаги и при достижении пороговых значений ИДПВ по­дает сигнал БПУ, который формирует до мере постудления сигналов управляющую команду на КЭГ на подачу оросительной воды в увлаж­нительную сеть с целью ее преобразования в почвенную влагу.
Из многообразия форм и состояния почвенной влаги практическое значение при орошении сельскохозяйственных культур имеет влага в пределах от полной влагоемкости до влажности временную завядания. Существует много методов определения содержания влаги в почве. Для диагностирования срока полива определяют степень доступности поч­венной влаги, для каждого механического и химического состава почвы устанавливают диапазон оптимальной влажности, с которым срав­нивают фактическую, т.е. информация о содержании влаги в почве еще не позволяет принять решение о начале полива.
Под действием внешних метеорологических факторов и воздействием корневой системы растений в почве протекает термодинамический про­цесс. Для его математического описания необходимы следующие пока­затели температура, энтропия, давление, объем, химические потен­циалы твердой фазы, почвенной влаги, воздуха, масса. В упрощенной модели: твердая фаза почвы - почвенная влага - почвенный воздух для измерения потенциала воды в почве рассмотрим тензиометрический метод. С точки зрения термодинамики, тензиометр - это система, содержащая воду, приведенную в контакт с внешним объемом черев полупроницаемую мембрану. При нахождении тензиометра в ка-

кой-то точке почвенного профиля между ним и почвой о помощью мембраны устанавливается равновесие в отношении переноса воды. Это равновесие выражается следующим уравнением:
μW(система почва-вода) = μT (тензиометр),
где μW - потенциал воды в почве.
Натяжение воды в почве, регистрируемое вакуумметром тензиометра, можно записать в виде
Pw = P0 – Pt
где P0- атмосферное давление; Pt - давление, действующее на воду, находящуюся в тензиометре.
Определив натяжение воды в различных точках почвенного про­филя, можно воспользоваться при проведении необходимых расчетов уравнениями для описания движения влаги в почве

где ∆Р - градиент давления почвенной влаги между точками наб­людений; Рк - давление влаги в корне; Рп - давление влаги в почве; К - коэффициент влагопроводности.
Рассмотрим плотность потока влаги к корням растений под воз­действием давления почвенной влаги [3] (рис.2). В интервале вы­сокой влажности коэффициент влагопроводности быстро уменьшается, однако градиент давления около поглощающей поверхности корня столь же быстро увеличивается и плотность потока остается на вы­соком уровне. Таким образом, в интервале высокой влажности ("легкодоступной влаги") растения могут без особого труда сопротивляться снижению давления влаги и влагопроводимости почвы. При даль­нейшем понижении влажности почвы градиент давления продолжает увеличиваться, однако снижение влагопроводности идет значительно быстрее, что приводит к снижению плотности потока влаги к корню, уменьшению влагосодержания растений и частичному прикрытию устьиц. При интервале от 15 % диапазона доступной влаги до влажности устой­чивого завядания, ввиду резкого падения влагопроводности, снижается градиент давления и резко падает приток влаги к корню до уровня, не обеспечивающего минимальных потребностей растения в воде.

Рис.2. Влияние влажности почвы на гидрологические почвенные характеристики: 1 - давление под­тока почвенной влаги к корню; 2-коэффициент влагопроводности; 3 - градиент давлений; 4 - кривая скорости подтока влаги к корню (по И.И.Судницину)

На основании описанной схемы поглощения можно сделать вывод, что при возделывании культур в условиях орошения скорость потока воды к корневой системе не должна существенно отличаться от ин­тенсивности испаряемости, т. е. соотношение градиента почвенной влаги и коэффициента влагопроводности обеспечивало достаточную скорость потока почвенной влаги. Таким комплексным показателем, позволяющим оценить потенциал влаги в определенном слое почвы, является давление почвенной воды, измеренное тензиометром с дос­таточно большой площадью мембраны.
Тензиометр, сочлененный с электроконтактным вакуумметром, обра­зует индикатор давления почвенной влаги (ИДПВ).
Индикатор давления почвенной влаги состоит из стандартного тензиометра АМ-20-11, выдуваемого «Гидрометеоприбором» и электроконтактного вакуумметра ЭКВ. Тензиометр (рис.3) состоит из трубки 3, в верх­ней части имеющей чашку 4, самоцентрирующую пробку 5. Трубка 3 в нижней части защищена чехлом 2 и соединена с керамическим на­конечником 1.

Рис.3. Индикатор давления почвенной влаги: 1 - наконечник керамический; 2 - чехол; 3 - трубка; 4 - чашка; 5 - пробка; 6 - электроконтактный вакуумметр; 7 - штатив

В качестве измерительного прибора и задатчика пороговых значе­ний давления почвенной влаги использован стандартный электроконтактный вакуумметр (ЭКВ). Вакуумметр и тензиометр заправляют кипяченой водой и соединяют между собой накидной гайкой в сосуде с водой.
Тензиометр устанавливается в вертикальную скважину, пробуренную почвенным буром и залитую водной суспензией почвы, с последующей за­сыпкой сухой почвой.
На модульный участок устанавливаются три индикатора давления поч­венной влаги. Сигналы с датчиков поступают в блок программного уп­равления (БПУ). Блок ПУ анализирует поступающие сигналы и вырабаты­вает управляющие команды.
Разработанной системой автоматического управления оснащены оро­сительная система ВПО в теплице и опытно-производственный участок.
Элементы системы автоматизации обладают достаточно высокой сте­пенью надежности работы, позволяют изменить характер труда опера­тора-поливальщика и повысить производительность труда.
Удельные капитальные вложения на средства автоматического управ­ления составляют 70...90 руб/га. Срок окупаемости системы ВПО сточ­ными водами в целом не превышает 3…4 года.
Таким образом, можно сделать следующие выводы.

1. При автоматизации систем внутрипочвенного орошения в качестве индикатора влажности можно использовать стандартный тензиометр АМ -20-11, сочжененный с электроконтактным вакуумметром.
2. Автоматизированная система BПО сточными водами, работающая в режиме контроля за технологическим процессом, позволяет снизить зат­раты обслуживающего персонала и изменить характер его труда.

Список использованной литературы