Капково напояване

Тенденции, иновации, интелигентни системи

Земеделието е една от най-старите и най-важни индустрии на човечеството. 
От фермерите, копаещи и засаждащи на ръка, до модерната ферма с трактори и комбайни, селското стопанство се развива по забележителен начин.
Модернизацията предизвиква появата на нови концепции като прецизно, дигитално и интелигентно земеделие. През последните години фермерите използват технологии, базирани на интернет, като различни сензори и камери за дистанционно управление на процесите и постигане на по-високи добиви. Технологичните иновации прекрояват начина, по който се прави земеделие. Тъй като световното население продължава да расте, тези технологии са от съществено значение в глобален аспект. Една от най-полезните и приложими в практиката иновации е технологията по прецизно напояване и торене.

Текст: списание АгроБио Техника

С постоянно нарастващата популация на земята, фермите трябва да станат по-ефективни и продуктивни, за да задоволят потребностите на населението от една страна и опазване на природните ресурси, от друга. Интелигентното селско стопанство е една от най-обещаващите тенденции в световното производство на храни, помагаща да се отговори на тази нужда. Използването на сензори за ориентиране на земеделието е най-голямата тенденция в селското стопанство днес. В средното стопанство, което инсталира интелигентна технология, добивите се повишават с 1,75%, енергийните разходи спадат със 7 единици на декар, а използването на вода спадна с 8%. Умните устройства могат да направят всичко - от измерване на валежи до периодични тестове на почвата. Използвайки данните от тези устройства, фермерите знаят къде да прилагат допълнително напояване или тор, за да увеличат количеството и качеството на добивите. Земеделието и напояването на ландшафти на открито заедно консумират 70% от глобалното водоснабдяване с прясна вода. Прецизното напояване е подход за реализация на селскостопанска продукция с по-малко ресурси. Повишава производителността на водата и ефективността от използване на торове. Капковото напояване трансформира живота на милиони земеделски производители по целия свят, като дава възможност за получаване на по-високи добиви от всяка земя, като същевременно спестява вода, торове и енергия.

Земеделските производители по целия свят са под натиск да оптимизират ефективността от използването на вода. Те са изправени пред предизвикателства като суша, засоляване, изчерпване на подземните води и липса на достъп до водни резервати. Иновациите внасят модерна концепция за управление на земеделието в лицето на цифрови техники и оптимизиране на процесите на производство в селското стопанство. Ключовият момент тук е оптимизацията. Прецизното напояване предлага решение, като променя начина, по който се използва водата.

Умна система за капково напояване

В селското стопанство напояването е основен процес, който влияе върху растениевъдството. Обикновено земеделските производители посещават своите селскостопански полета периодично, за да проверят нивото на влага в почвата и въз основа на нуждата, вода се изпомпва от двигатели за напояване на съответните полета. Земеделецът трябва да изчака определен период, преди да изключи двигателя, така че да се остави водата да тече в достатъчно количество в съответните полета. Този метод за напояване отнема много време и усилия, особено когато трябва да се напояват множество земеделски полета, разпределени в различни географски райони. Автоматизацията в напоителната система прави работата на фермерите много по-лесна.

Автоматизирана напоителна система, базирана на сензори, осигурява обещаващо решение за земеделските производители, когато присъствието на човек на полето не е задължително. Малък процесор, програмиран за управление на електромагнитен клапан управлява двигателя, за да започне поливането. За разработването на автоматизирана напоителна система съдържанието на влага в почвата е по-важен параметър в сравнение с други. Следователно управлението на водата има висок приоритет при проектирането на автоматизирана напоителна технология.

В себе си системата обособява и отделна технология за измерване нивото на водата в резервоарите. Данните от сензорите се качват непрекъснато в облак пространство, предназначен за капково-напоителната система. Двигателят може да бъде включван и изключван автоматично с мобилно приложение. Предлаганата система разполага с безжични модули, рутери и координатор. Чрез интелигентен алгоритъм за анализ на данни тази система напълно и надеждно оптимизира използването на вода и съдейства пряко в производството на повече продукция. Тази система е модел на интелигентна система за капково напояване, интегрирана за осъществяване на механизирана дейност напълно автоматизирано.

Ефективност във фермата

Във фермата прецизните селскостопански технологии могат да сведат до минимум необходимите суровини за даден добив. Технологиите за приложенията с променлива скорост (VRA) могат да прилагат точни количества вода, торове, пестициди, хербициди и други. Редица емпирични проучвания установяват, че те подобряват ефективността от използването на входящите вещества. Използвайки подобни приложения, фермерите могат да прилагат данни за цели региони на своето стопанство, а понякога и до нивото на отделните растения. Намалената употреба на суровини понижава отрицателните въздействия върху околната среда, а също така и разходите. Освен това практиките сочат, че прецизните селскостопански технологии могат да увеличат добивите.

Проучване на специалисти в областта установява, че подходът за прецизно земеделие, основан на физиологичните принципи на културите, може да доведе до 54% по-висока продукция в стопанството. След извършен анализ на ферма за фъстъци, която използва системи за ориентиране, е установен 9% ръст на добива, а почвените карти са свързани с 13% увеличение.

Чрез дигитализацията в селското стопанство се подобрява разпределителната ефективност на физическия капитал в и между фермите. Също така се подобрява производителността на труда чрез обновени знания за фермерите. Това е възможно чрез електронния обмен, който позволява разпространението на знания и умения. Автоматизацията създава нов ефективен начин за производство и променя из основи управлението във фермите.

Какво е капково напояване

Капковото напояване е най-ефективната система за доставяне на вода и хранителни вещества, за отглеждане на култури. Този метод доставя вода и хранителни вещества директно в кореновата зона на растението, в правилните количества, в точното време, така че всяко растение получава точно това, от което се нуждае, за да расте оптимално. Благодарение на капковото напояване фермерите могат да дават по-високи добиви, като същевременно спестяват вода, торове, енергия и дори продукти за защита на културите. Концепцията за капково напояване се разработва след като се установява ефективността на бавното и балансирано поливане. Именно този метод значително увеличава добива. Днес тази технология представлява цяла индустрия. Системите могат да се самопочистват и да осигуряват равномерно разпределение на водата. Най-иновативните напоителни системи позволяват увеличаване на добивите дори в районите, където преди това не е било възможно земеделие.

Интересът към капковото напояване се обуславя от добрите показатели на този метод и предимства, които той предлага в сравнение с традиционните начини за напояване на голям брой и разнообразни земеделски култури. Капковото напояване е съсредоточено, локализирано напояване на земеделските култури. Това е доказана водоспестяваща, енергоспестяваща, екологосъоразна високоефективна технология, която отговаря на съвременните изисквания за развитие на устойчиво земеделие и опазване на водните ресурси и околната среда.

Технологиите и техниките за капково напояване обхващат различни начини за подаване на водата и хранителните елементи в почвата. Използването им следва да се извършва само съобразно с вида и технологиите на отглеждане на културите и особеностите на природните условия в земеделските земи. Водата се подава в определени точки около растенията и постъпва директно в зоната, в която са разположени корените им, като навлажнява само определена част от почвената повърхност и почвения профил, без да се получава стичане или филтрация в дълбочина. Напояването се извършва непрекъснато или с малки и чести поливки, съответстващи на водопотреблението на културите. Това позволява влажността в коренообитаемия слой да се поддържа през целия вегетационен период около една висока и оптимална стойност, без значителни колебания и поставяне на растенията във воден стрес.

Приложение

Технологията е известна с голямото си приложение в агросектора, като напоява успешно разнородни култури, отглеждани на открито и в оранжерии. Това са зеленчуци - домати, пипер, краставици, овощни - ябълки, праскови, круши, кайсии, череши, лозови насаждения, ягодоплодни - ягоди, малини, касис, разсадници, маточници, тютюн, памук, захарно цвекло, цветя и други.

От гледна точка на теренните и климатични условия, капковото напояване е приложимо при сложен релеф и голям наклон на терена, където другите начини на напояване не са релевантни или използването им е свързано с големи разходи. Това са райони с продължителни засушавания и с постоянни силни ветрове. Също така при почви с малка мощност и с много ниска или висока водопропускливост, почви, показващи тенденция към засоляване и такива, податливи на водна ерозия.

Относно хидроложките и хидрогеоложките условия напоителните системи осъществяват безпроблемно своята функция дори и при водоизточници с ограничени водни обеми и с високо съдържание на водоразтворими соли. Също така при подпочвени води със средна дълбочина, не по-малка от 2м, когато няма опасност от вторично засоляване, и с дълбочина, не по-малка от 3м, когато има опасност от вторично засоляване. От икономическа гледна точка, технологията е подходяща при условия с недостиг на работна ръка и в случай на висока цена на водата. Водовземането може да се осъществява чрез много и различни водоизточници - реки, потоци, водоеми и други открити водни течения, открити напоителни канали и закрити напорни тръбопроводи, както и подпочвени води.

Как работи технологията

Водата и хранителните вещества се доставят през полето в тръби, наречени „капкови линии“, съдържащи по-малки единици, известни като „капкомери“. Всеки капкомер изпуска капки, съдържащи вода и торове, което води до равномерно прилагане на вода и хранителни вещества директно към кореновата система на всяко растение, през цялото поле. Има различни форми за напояване. Четири процента от фермерите, които напояват, използват капково напояване. Дванадесет процента използват напоително напояване, друга доста ефективна форма за напояване, докато останалите 84% използват напояване с наводнение.

Наводнението е неефективно. То изисква големи количества вода, като същевременно увеличава емисиите на парникови газове, отделя метан и замърсява водоносни хоризонти. Всички основни устройства в главния възел - помпен агрегат, филтри, инжектори за подаване на торове и т. н., освен ръчно, могат да се управляват и автоматично. При системите за капково напояване торовете могат да бъдат подадени заедно с поливната вода локално в зоната, където се развиват корените на растенията, в необходимите срокове и количества. За да се избегне запушване при фертигация се препоръчва промиване на капкообразувателите и поливните тръбопроводи.

Условията

Обикновените напоителни системи прилагат големи количества вода за кратко време и създават условия за пренасищане в почвата. Това води до лоша аерация и създава стресови условия за корените на растенията, които се нуждаят от баланс между вода и въздух. Прекомерната вода също извлича полезни растителни хранителни вещества под активната коренова зона, което води до по-малко хранителни вещества за културите и замърсяване на подземните води.

Прецизното напояване осъществява напояване на точно определени дози и честота според нуждите на почвата и културите. По този начин съотношението въздух-вода в почвата оптимално и хранителните вещества се съхранят там, където са необходими. За да се отглеждат високи добиви с високо качество е необходимо всяко растение да процъфтява с правилната комбинация от хранителни вещества и вода през целия вегетационен период.

Ресурсът

Отпадните води не трябва да бъдат отпадъци. Те могат да се превърнат в предимство. Но водата, която носи патогени, не винаги е използваема, тъй като системите за наводняване, въртене и пръскане замърсяват културите. От друга страна, когато се използва капково напояване, водата се подава директно до корените на растението. Така реколтата никога не влиза в контакт със замърсители, но всяко растение все още получава точното количеството вода, което му е необходимо, за да процъфтява. Така безполезната вода се превръща в ценен ресурс.

Като недостатък на капковата система за напояване на земеделските култури, може да се посочи това, че тя води до по-голяма чувствителност към качествата на водата и по-конкретно не позволява подобряване на микроклимата в напоителното поле. Навлажняването на сравнително по-малък обем от почвата до известна степен ограничава развитието на кореновата система. Наблюдава се натрупване на соли по периферията на намокрения контур и в междуредията, а положените върху повърхността тръбопроводи възпрепятстват обработката на почвата в редовете.

Видове навлажняване

Специфичните особености при отглеждането на различните земеделски култури поставят изисквания, на които трябва да отговаря използваната поливна техника - вид, разположение и параметри на поливните тръбопроводи и на капкообразувателите. Съобразно тези особености в практиката се прилагат две основни схеми на навлажняване на почвата около растенията при капковото напояване. Едната е навлажняване на непрекъсната ивица по дължината на редовете от култури, а другата навлажняване на отделни петна около всяко растение.

При овощните насаждения и лозята, при които е необходимо да се осигури навлажняване на почвата само около отделните растения, най-подходящо е използването на различен тип поливни тръбопроводи с капкообразуватели. Това не цели да се осигури навлажняване на непрекъсната ивица по дължината на редовете. При зеленчуковите и ягодоплодните култури най-подходящо е използването на поливни крила с гъсто разположение на капкообразувателите или такива с непрекъснато отдаване на водата по дължината им (ленти), които могат да осигурят непрекъсната навлажнена ивица по дължината на редовете. При зеленчуковите култури, отглеждани на открито, поливните крила се полагат по повърхността на терена или подпочвено (на дълбочина 15-20см).

Едно от икономически най-оправданите приложения на капковото напояване е при отглеждането на културите в оранжерии. От една страна, капковото напояване позволява да се осъществи строго контролиран режим за отглеждане на културите чрез точно дозиране на необходимите хранителни елементи и вода, а от друга - високите доходи при целогодишното отглеждане на оранжерийните култури дават възможност за по-пълно използване и по-бързо откупуване на разходите за изграждане на системата.

Дозировката

Прецизното напояване доставя вода и хранителни вещества в измерени дози, които поддържат кореновата зона при оптимални нива на влага. Не повече и не по-малко от това, от което се нуждае реколтата. Тъй като няма прекомерно приложение на вода и дебитите са умерени, прецизното напояване елиминира повърхностното оттичане и дълбоката перколация. Продължителността на поливките се определя съобразно свойствата на почвата, големината на напояваните участъци и необходимия интервал между поливките. В резултат на това се отглеждат по-високи здравословни добиви при по-малко водно потребление.

Резултатът

Поливането чрез въртящи се или други големи разпръсквачи води до огромна загуба на вода. Ако напояването се извършва с една от тези системи, 15-30% от водата се губи и никога не достига до кореновата зона на растенията. Прилагайки вода с капково напояване директно към кореновата зона гарантира, че употребата е оптимална и се генерира възвръщаемост от всяка капка вода. Следователно може да се напои до 30% повече земя със същото количество вода. Същността на прецизното напояване е да подхранва растението, а не почвата, което е от изключителна важност.

Снимка: Metzer

Защо фермерите предпочитат капково напояване?

Капковото напояване не само осигурява по-голяма възвращаемост на инвестициите в сравнение с други методи за напояване, но също така дава на фермерите ефикасен и прост начин за работа с техните стопанства. Също така реализира големи икономии на вода: без изпарение, без изтичане, без отпадъци. Използва се 100% от капацитета на земята и се спестява голямо количество енергия, защото системата работи при ниско налягане. Капковото напояване осигурява ефективност при торене, по-малко зависимо е от времето и гарантира по-голяма стабилност и по-ниски рискове.

С оглед на практиката, вложените инвестиции за системите се възстановят средно за срок от: 1-2 години при зеленчуците, малините, ягодите, цветята, тютюна и 3-4 години при овощните и лозовите насаждения. Положителни резултати от практиката свидетелстват, че този метод ще бъде подходящ при настъпващите условия на воден дефицит.

Защо растенията предпочитат капково напояване?

Точно както хората, растенията обичат баланс в приема си на вода и хранителни вещества. Ето защо капковото напояване ги прилага в малки дози, осигурявайки оптимални условия на отглеждане. Растенията са по-продуктивни, когато се напояват чрез капковата система, защото се снабдяват с високо количество необходими вещества. В същото време не се допуска пренасищане и се осъществява добра аерация на почвата. Избягва се висока соленост, която се причинява от прекомерно торене. Елиминира се и появата на гъбични заболявания.

Защо светът се нуждае от капково напояване?

В глобално отношение сме изправени пред пресичащи се предизвикателства като изменение на климата, замърсяване, изчерпване на природните ресурси. Технологичният напредък в селското стопанство би могъл да отговори на тези предизвикателства със своята ефективност и устойчивост за околната среда. Капковото напояване е бъдещето на селското стопанство и е от ключово значение за опазването на водата.

Има безброй ползи от тази система. Земеделците имат възможност да използват 60% - 70% по-малко вода, а водата е ценен ограничен ресурс на нашата планета. Също така се отчита намаляване на емисии на парникови газове чрез по-прецизно използване на торове, които предварително се смесват във водата преди напояване. Капковата система позволява на производителите да отглеждат култури на хълмиста земя и намалява извличането на нитрати и усвояването на тежки метали в почвата.

Капковото напояване може да прекъсне цикъла на бедността. Технологичния подем осигурява както високотехнологични, компютърно контролирани напоителни системи, които могат да предоставят на мащабните земеделски производители данни в реално време, така и системи за капене, които могат да се използват извън мрежата, като разчитат на гравитация за транспортиране на вода от задържащ резервоар през линии в полетата. В това отношение аргументите са убедителни, че интелигентното стопанство се грижи за наличието на вода и осигурява устойчиво използване на земните екосистеми.