FERTILIZATION COMBINED WITH IRRIGATION ... - matc.mfa.gov.il · 6 В некоторых...

ГОСУДАРСТВО ИЗРАИЛЬ

МАШАВ Министерство Иностранных Дел

Центр Международного Сотрудничества

СИНАДКО Министерство Сельского Хозяйства и

Развития Сельских Районов

Центр Международного Сотрудничества

в Области Развития Сельского Хозяйства

Служба развития Полевая служба ирригации и почв

ВНЕСЕНИЕ УДОБРЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ ИРРИГАЦИИ

(ФЕРТИГАЦИЯ)

инженер Роберто Натан

(Магистр естественных наук)

FERTILIZATION COMBINED WITH IRRIGATION

(FERTIGATION)

BY:

ENG. ROBERTO NATHАN (М.Sc.)

2005

2

ПРЕДИСЛОВИЕ К ИСПРАВЛЕННОМУ ИЗДАНИЮ

Мы рады представленной возможности выпустить дополненное и исправленное

издание сборника 1997 года, т.к. тема представляется нам актуальной и важной для

проектирования современных систем орошения. Сборник построен по принципу

практических рекомендаций для инженеров и агрономов для проведения полевых работ

при выращивании сельскохозяйственной продукции. Приветствуем все ваши

критические замечания, которые могут способствовать улучшению этого издания.

Г-н Авраам Эдери, директор по инструктажу.

CINADCO

Д-р Юрий Озиранский, заведующий и инж. Анна Журист, координатор.

Отдел курсов CINADCO на русском языке

ВЫРАЖАЮ БЛАГОДАРНОСТЬ:

Моей семье за поддержку и терпение

Коллективу CINADCO в Кибуце Шфаим и Министерству сельского хозяйства и

развития сельской местности

Инженеру Dan Scheuer за прочтение текста и полезные замечания

Инженеру Мoshe Sneh, занимавшему ранее пост начальника полевой службы

ирригации и почвы при Министерстве сельского хозяйства и развития сельской

местности, за прочтение текста и полезные замечания.

Д-ру Albert Avidan, за прочтение текста и полезные замечания.

Всем торговым компаниям, упомянутым в тексте, за их вклад.

Обществу передачи технологии (Hаigud) за техническую и финансовую

поддержку.

Автор издания инженер Роберто Натан

3

СОДЕРЖАНИЕ Стр.

ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................................. 4

ГЛАВА 1 – Преимущества и ограничения .......................................................................... 5

Преимущества ........................................................................................................................... 5

Ограничения и меры предосторожности .............................................................................. 7

ГЛАВА 2 - Критерии выбора оборудования ....................................................................... 8

ГЛАВА 3 - Оборудование ...................................................................................................... 10

Оборудование для фертигации и его местоположение

в водораспределительном блоке ................................................................................... 10

Трубка Вентури ............................................................................................................. 14

Устройства подачи при помощи насосов ..................................................................... 21

ГЛАВА 4 - Компоненты безопасности оборудования .................................................... 32

ГЛАВА 5 - Эксплуатация системы фертигации ............................................................ 39

ГЛАВА 6 - Критерии для классификации удобрений,

применяемых при фертигации ........................................................................ 46

ГЛАВА 7 - Качество воды и его влияние на химигацию ................................................ 50

ГЛАВА 8 - Размещение оборудования ............................................................................... 56

ГЛАВА 9 Определение графика фертигации ................................................................... 57

ПРИЛОЖЕНИЕ .................................................................................................................... 67

Вспомогательные таблицы, определения и уравнения ............................................... 67

Глоссарий ....................................................................................................................... 68

Формулы ........................................................................................................................ 69

4

ВВЕДЕНИЕ

«Химигация» - обобщающий термин для обозначения технологии внесения различных

химикатов через ирригационную систему с целью распределения химикатов вместе с

водой в почве орошаемого района. Когда эта технология применяется для внесения

конкретных веществ, используются специальные термины, образованные от названий

этих веществ с добавлением суффикса « -гация», например: фертигация (от

«фертилайзерс» - удобрения); фунгигация (от «фунгициды); инсектигация (от

«инсектициды»); гербигация (от «гербициды»). Термин «химигация» используется

также, когда вносятся хлор, кислоты или другие химикаты, применяемые для

обработки воды или для очистки компонентов ирригационной системы. Химигация

дает возможность применять химикаты экономно, с заданной повторяемостью

(цикличностью) и высокой точностью, обеспечивая сезонные потребности растений и

при этом уменьшая уплотнение почвы и механическое повреждение растений.

Фертигация, по сравнению с традиционными методами, обладает большей гибкостью

благодаря возможности вносить удобрения на любой стадии процесса орошения. Кроме

того, фертигация приспосабливается для всех методов напорного орошения, таких, как

дождевание, капельное орошение, микроразбрызгивание, круговое дождевание и т.д.

Фертигация имеет много преимуществ, по сравнению с обычными методами, и хорошо

подходит для удовлетворения всех потребностей фермера, как с инженерной, так и с

экономической точки зрения. Разработаны различные устройства, позволяющие

улучшить управление и повысить эффективность процесса фертигации. Вместе с

усложнением устройств и расширением их возможностей, возрастают требования к

навыкам и пониманию процесса, необходимым для выполнения соответствующих

операций.

Эти соображения и побудили подготовить настоящую публикацию с надеждой, что она

поможет в планировании и использовании химигации и ирригации.

5

ГЛАВА 1 – Преимущества и ограничения

В сравнении с традиционными методами применения удобрений, способ фертигации

имеет ряд преимуществ, однако существуют и некоторые ограничения в его

использовании. Ниже перечисляются эти преимущества и ограничения.

Преимущества

Повышение эффективности применения удобрений

Растворение удобрений в воде приводит к более равномерному и однородному

их распределению. Каждое орошаемое растение получает необходимые ему

питательные вещества с водой.

Лучшее проникновение в почву достигается благодаря возможности разделения

дозы удобрений на порции, что повышает эффективность использования

удобрений.

Уменьшение потерь удобрений на поверхности почвы (например, меньшее

испарение азотистых соединений).

Возможность вносить удобрения с учетом стадии роста растений, таких, как

вегетативная фаза, цветение, плодоношение и т.п. Фертигация позволяет

применять питательные вещества в соответствии с требованиями урожайности, и

в то же время менять соотношение между питательными веществами в течение

цикла роста.

В некоторых случаях, разделение рекомендуемой дозы на малые порции при

помощи ирригационной системы сокращает на треть количество применяемого

удобрения.

В капельном орошении внесение удобрений не может быть эффективно

реализовано традиционным способом. Поскольку увлажняется лишь небольшой

объем почвы, важно, чтобы питательные вещества попадали именно в этот

участок, где и происходит основной рост корневой системы.

Контроль и дозирование

Поступление в ирригационную систему точно дозированных порций удобрений

можно регулировать с помощью систем автоматического контроля, в

соответствии с заданными программами. Возможность полного контроля этого

процесса позволяет вносить микроэлементы через системы орошения.

Микроэлементы – это дорогостоящие вещества, и поэтому возможность

использования их в малых дозах в течение продолжительного периода позволяет

значительно повысить их доступность. При этом во многих случаях можно

избежать необходимости внекорневой подкормки.

Фертигацию легко приспособить к автоматическим системам контроля, что

повышает ее точность.

Контроль глубины и установление периодичности применения

Пропорциональное дозирование удобрений позволяет избежать потерь. Оно

предотвращает потери в случаях, когда дожди и последующее орошение

вымывают питательные вещества из зоны корневой системы (например,

хелатные соединения).

6

В некоторых случаях, в зависимости от особенностей почвы, удобрений и

растений, важно вводить удобрения в конце ирригационного цикла, с тем, чтобы

предотвратить потери питательных веществ.

Фертигация позволяет поддерживать необходимое содержание питательных

веществ в почвах, бедных солями и плохо удерживающих питательные вещества,

что дает возможность заниматься сельским хозяйством в зонах неблагоприятного

земледелия.

Экономия трудозатрат и удобство использования

Быстрое и удобное управление устройствами.

Экономия трудозатрат и горючего. Нет необходимости использования трактора

для буксировки распылителей удобрений по всей площади. Позволяет исключить

негативное воздействие на почву и растения.

Возможность использования жидких удобрений

Отпадает необходимость в применении больших емкостей, растворителей,

дополнительной фильтрации и т.п.

Расширяется использование сложных растворов удобрений, включающих в один

состав все питательные вещества, требуемые для растений. Такие составы

изготавливаются производителем в соответствии с химическими требованиями.

Составы, приготовленные производителем, обычно более концентрированные,

чем приготовленные в полевых условиях.

Исключение необходимости распыления удобрений

Распыление удобрений вручную является сложным и неточным. Механическое

распределение дорогостоящее и иногда вредит как растениям, так и почве из-за

механического давления. В поле уменьшается количество операций,

производимых трактором и распылителем.

Сохранение качества грунтовых вод

В последние годы качество грунтовых вод ухудшается, что является следствием

интенсивного использования химикатов. В настоящее время в обществе

возрастает понимание необходимости сохранения качества грунтовых вод.

Очевидна необходимость повышения эффективности использования удобрений

и предотвращения загрязнения грунтовых вод. Этого можно достичь при

помощи фертигации, которая позволяет установить более точный контроль над

проникновением удобрений в грунтовые воды.

Дополнительные применения

Через ирригационную систему можно вносить и другие химикаты, такие, как

ЧС1 (который растворяет осадок в капельных ирригационных системах),

гербициды, пестициды и т.д.

7

Ограничения и меры предосторожности

Токсичность

Большинство ирригационных систем подсоединено к источникам пресной воды.

Вода, содержащая химикаты, не должна использоваться как питьевая, поэтому

специализированные знаки должны предупреждать всех рабочих и случайных

прохожих об опасности употребления этой воды. Источники питьевой воды

должны быть установлены в доступных местах.

Загрязнение грунтовых вод

Фертигация может иметь нежелательные последствия в случае, когда не

проводится точный контроль, так как удобрения, как и другие химикаты,

доставляемые через ирригационную систему, могут попасть в грунтовые воды.

Требования к удобрениям

Фертигация применяется для растворимых и жидких удобрений. Многие

удобрения, которые не являются полностью растворимыми, не могут быть

использованы в процессе фертигации.

Риск коррозии

Коррозия в ирригационных системах и системах впрыскивания может стать

серьезной проблемой. Поэтому все части, которые контактируют с

впрыскиваемыми химикатами и растворами, должны быть сделаны из

химически нейтрального материала для уменьшения коррозии.

Взаимодействие химикатов и орошающей воды

Все химикаты, впрыскиваемые в орошающую воду, должны быть оценены с

точки зрения возможных химических реакций. В качестве источников хлора в

системах микроорошения обычно используются окислители. Это может вызвать

осаждение карбонатов кальция и магния, оксидов железа и т.д. Удобрения,

особенно фосфаты, суперфосфаты и аммоний- кальциевые фосфаты, могут

приводить к подобным реакциям или реагировать между собой. Некоторые

удобрения повышают рН воды, что способствует образованию осадков.

Меры предосторожности

Многие удобрения имеют высокую кислотность, и при обращении с ними

должны соблюдаться меры предосторожности.

Большие начальные инвестиции

Для осуществления фертигации требуются многочисленные дополнительные

приспособления, что приводит к большим начальным инвестициям.

Требования к точному функционированию всей системы

Фертигация не может осуществляться, если хотя бы один из компонентов

системы функционирует неправильно.

8

ГЛАВА 2 - Критерии выбора оборудования

Оборудование для процесса фертигации производится различных типов и моделей. Оно

различается как по характеристикам, так и по цене. Требования к оборудованию

варьируются в зависимости от условий и места использования, поэтому так важно

тщательно проанализировать все факторы перед тем, как сделать выбор.

Производительность системы

Знание пропускной способности устройства впрыскивания дает возможность

введения в систему требуемого количества раствора удобрений за определенное

время. Для вычисления используется следующая формула:

q = A * Fv/t, где (1)

q = производительность инжектора (л/ч)

A = площадь (га)

Fv = доза удобрений (л/га)

t = продолжительность внесения удобрений (ч)

Например: на участке площадью 2.5 га требуется ввести дозу удобрений 150 л/га,

внесение удобрений продолжается 3 часа, соответственно производительность

насоса, подающего удобрения, должна быть:

q = 2.5 га * 150 л/га / 3 ч = 125 л/ч

Расчет емкости резервуара

Емкость резервуара – это объем раствора удобрений, достаточный, по крайней

мере, для одного ирригационного цикла.

Tv = Fv * A, где (2)

Tv = объем резервуара (л)

Fv = доза удобрений (л/га)

A = площадь (га)

Например, рассчитаем, какова минимальная емкость резервуара (Tv) для участка

площадью 0.5 га (А), если потребность в растворе удобрений на гектар (Fv)

составляет 200 литров.

Tv = 200 л/га * 0.5 га = 100 л.

Надежность и точность

Важно обеспечить точную работу оборудования без вмешательства оператора.

Управление

Будущий оператор должен пройти курс обучения для работы на сложном новом

оборудовании.

Энергия

Для подачи удобрений необходим источник энергии. Можно использовать

энергию гидравлического давления ирригационной системы, электроэнергию или

энергию горения. Выбор источника определяется ценой и доступностью.

9

Коэффициент разбавления или концентрация удобрений в растворе

Этот коэффициент является отношением (в процентах) объема

концентрированного раствора удобрений к общему объему раствора удобрений

желаемой концентрации:

Fc(%) = 100 * q / (q + Q), где (3)

Fc(%) =концентрация удобрения в ирригационной системе (%)

q = объем раствора удобрений (л)

Q = объем воды (л)

Например: 10 л жидких удобрений в 190 л воды дают коэффициент разбавления:

Fc(%) = 100 * 10 л / ( 10 л +190 л ) = 5%

Выбранное оборудование должно обеспечивать этот коэффициент разбавления.

Возможность автоматизации

Для выбранного оборудования должна существовать возможность автоматизации

в будущем.

Дополнительные применения

Данное оборудование можно использовать в других целях, например, для

кислотной обработки орошающей воды с целью предотвращения отложения

минералов, приводящего к закупорке.

Гарантии и техническое обслуживание

Необходимо также принимать во внимание гарантии и качество технического

обслуживания, предоставляемые производителем или региональным дилером,

возможность замены поврежденных деталей и т.д.

Стандарты

Необходимо убедиться в том, что все изделия изготовлены известными

производителями под контролем Института Стандартов.

Опыт эксплуатации

Для правильного выбора оборудования необходим соответствующий опыт

эксплуатации.

Стоимость

Она выражается в виде годовых расходов, основанных на капиталовложении при

покупке оборудования и эксплуатационных расходах с учетом длительности

использования.

10

ГЛАВА 3 - Оборудование

Внесение удобрений через напорную ирригационную систему включает этап подачи

раствора удобрений, при этом преодолевается рабочее давление. Для этого

используются различные подходы:

Устройство с дозирующим баком (устройство с перепадом давлений). Часть

основного потока пропускается через дозирующий бак, который может содержать

эластичный баллон с подаваемым химикатом (рис. 2).

Всасывание на основании эффекта Вентури, заключающегося в том, что при

сужении потока в трубе при особых условиях на входе и выходе создается

разряжение вследствие возрастания скорости потока через это сужение (рис. 3 – 6).

Впрыскивание при помощи насосов, использующих энергию потока воды,

приводящего в движение турбину или поршень.

Оборудование для фертигации и его местоположение в

водораспределительном блоке

1. Расположение оборудования

Оборудование для осуществления фертигации (бак с удобрениями, инжектор или

насос) должны располагаться за водомером, но перед фильтром (рис. 1).

Рис. 1. Схема контрольно-измерительного блока орошения, включающего бак для

удобрений.

1. Т-образный вход

2. Воздухоотделительный клапан

3. Главная задвижка (ручная)

4. Дозировочный клапан

5. ¾-дюймовый клапан (для промывки

фильтра)

6. Главная задвижка (гидравлический

контроль)

7. ¾-дюймовый клапан (ручной – выход к

инжектору)

8. ¾-дюймовый клапан из ПВХ

(ручной – для впрыскивания

удобрения)

9. Фильтр

10. Регулятор давления

11. Секторальные клапаны

(гидравлические)

12. Бак для удобрений

13. Ирригационный компьютер

11

2. Устройства подачи химиката.

Выбор инжектора:

При выборе устройства для подачи химиката и раствора химиката нужно

руководствоваться следующими соображениями:

Тип ирригационной системы

Выращиваемая культура

Скорость потока в ирригационной системе

Скорость впрыскивания

Тип впрыскиваемого химиката

Решение о том, будет ли химигация пропорциональной или в зависимости от

объема.

Источник питания

Длительность процедуры

Планы дальнейшего расширения

Соображения безопасности

Некоторые из этих соображений уже обсуждались в Главе 2.

Система дозирующего бака:

Принцип действия включает в себя дроссельный клапан (рис. 2), отводящий от

центрального потока потоки через дозирующий бак, который может содержать или не

содержать резервуар для вводимых химикатов.

1. Поступление воды

2. Впускной клапан

3. Регулирующий клапан

4. Измеритель потока

5. Крышка

6. Дозирующий бак

7. Раствор удобрений

8. Ввод удобрения

9. Воздушный клапан

10. Клапан впрыскивания удобрения

11. Дроссельная заслонка

12. Основная водная магистраль

Рис. 2. Дозирующий бак

12

Дозирующий бак подключается в обводную линию параллельно магистральному

трубопроводу. Бак, арматура и собственно аппаратура должны изготавливаться из

таких материалов, чтобы система могла безопасно функционировать при давлении,

поддерживаемом в магистральном трубопроводе. Отвод потока проводится при

перепаде давлений 0.1-0.2 Атм. Орошающая вода поступает в бак через трубку

диаметром от 1/2" до 3/8", подведенную к днищу. Внутри бака, который полностью

герметизирован, находится заранее подготовленный раствор удобрений или

растворимые твердые удобрения. От бака отходит другая трубка, которая через клапан

соединяется с магистральным трубопроводом за регулировочным клапаном (рис. 2.).

Вода для орошения втекает в бак и возвращается с химическим раствором в

магистральный трубопровод, за устройством, создающим перепад давлений. Чем выше

перепад давления на дроссельном клапане, тем большей будет скорость впрыскивания

удобрения (Таблица 1).

Таблица 1: Интенсивность подачи удобрений через дозирующий бак в зависимости от

перепада давлений и диаметров входного и выходного шлангов.

Диаметр шлангов D = 1/2” D= 3/8”

Перепад давлений P [atm.] Интенсивность подачи [л/час]

0.1 660 320

0.2 990 500

0.3 1200 650

0.4 1350 760

0.5 1500 850

0.6 1650 940

0.7 1800 1030

В течение процесса подачи удобрений концентрация удобрений в баке уменьшается за

счет продолжающегося разбавления. В том случае, когда удобрения в бак помещаются

в твердом виде, концентрация сохраняется постоянной в большей или меньшей

степени, пока удобрения остаются в баке. Продолжительность подачи удобрений

зависит от объема бака и скорости истечения из бака и подсчитывается по формуле:

t = 4* Tv/ q, где: (4)

t – продолжительность подачи удобрений (часы),

Tv – объем бака (литры),

q – интенсивность подачи удобрений (л/час)

В основу этого соотношения положен следующий принцип: для завершения процесса

подачи удобрений необходимо пропустить через бак объем воды, превосходящий

объем бака в 4 раза.

Например, если объем бака равен 120 литрам, необходимо 480 литров воды, чтобы 95

% удобрений были введены в ирригационную систему:

4 х 120 = 480 литров

Для выполнения этого условия и завершения процесса в заданное время, необходимо

контролировать скорость подачи удобрений и регулировать перепад давлений. Для

этого используются манометр и малый регулятор потока (рис. 2.). При этом бак должен

быть достаточно большим и содержать достаточно удобрений для завершения полного

цикла.

13


Простота конструкции и простота использования.

Относительно низкая цена.

Большой опыт эксплуатации. Подобное оборудование используется уже

более 30 лет.

Не требуются дополнительные источники энергии, используется энергия

воды для орошения.

Мобильность и устойчивость к флуктуациям давления и потока.

Широкие возможности получения различной степени разбавления.

Ограничения

Контроль скорости подачи химиката и его концентрации в орошающей

воде недостаточен или вовсе отсутствует.

Конструкция, арматура и собственно аппаратура должны изготавливаться

из таких материалов, чтобы система могла безопасно функционировать

при давлении, поддерживаемом в магистральном трубопроводе.

При каждом новом цикле требуется перезагрузка бака.

Большие издержки для больших баков.

Потеря давления вследствие дросселирования.

Все компоненты системы, контактирующие с химическим раствором,

должны изготавливаться из материалов, устойчивых к агрессивному

воздействию этих растворов.

Может использоваться в автоматизированных системах за счет химически

устойчивого дозирующего устройства с электронным выводом.

Баки изготавливаются различных размеров: обычно от 60 до 220 литров, однако могут

быть заказаны баки большего размера.

Последовательность действий

Обводные шланги подсоединяются к магистральному трубопроводу через два клапана

небольшого диаметра. Если оборудование должно перемещаться с места на место,

устанавливаются легко разъединяемые коннекторы.

Существует три различных способа наполнения резервуара:

Непосредственно жидким раствором удобрения.

Твердые удобрения должны быть растворены заранее в дополнительном баке и

профильтрованы при заполнении резервуара.

Твердое удобрение может быть помещено в резервуар, но полное растворение

может происходить в процессе ирригации.

Бак необходимо заполнять полностью, т.к. в противном случае, удобрения могут

остаться в баке. Необходимо установить вакуумный клапан на выходе бака для того,

чтобы предотвратить противоток и не допустить вакуумное образование, которое

нарушает течение.

Включение ирригационной системы должно выполняться тогда, когда соединительные

клапаны бака полностью закрыты, а дроссельная заслонка полностью открыта.

14

Открывание соединительных клапанов должно производиться одновременно с

постепенным перекрытием дроссельной заслонки при постоянном контроле за

перепадом давлений, пока требуемый перепад не будет достигнут.

Трубка Вентури Инжектор такого типа действует на основе эффекта Вентури, заключающегося в том,

что при сужении потока в трубе, при особых условиях на входе и выходе, создается

разряжение, вследствие возрастания скорости потока через это сужение.

Интенсивность подачи, достигаемая в трубке Вентури, зависит от потери давления в

ней. Этот перепад давления колеблется от 5% до 75%, в зависимости от конструкции

трубки.

Water Inlet – Отверстие поступления воды

Constriction – Сжатие

Fertilizer Suction Point – Пункт всасывания удобрения

Water with Fertilizer Outlet –Выход воды с удобрением

Рис 3. Описание трубки Вентури.


Не требуется внешний источник энергии. Работает с давлением ирригационной

системы.

Простота в управлении, отсутствие подвижных частей, минимальный износ и

практическое отсутствие сбоев в работе.

Относительно низкая цена по сравнению с аналогичными устройствами.

Раствор удобрений может храниться в открытом баке (без давления).

Легок и мобилен.

Легко устанавливается.

Легко подключается к электронным системам контроля (подходит к любому

уровню автоматизации), с химически устойчивым дозатором воды с электронным

выводом.

Поддерживает постоянную концентрацию питательного вещества в

ирригационной воде.

Устойчив к коррозии.

Недостатки

Большие потери давления. Для многих моделей потери составляют более трети

входного давления. Для систем низкого давления, например микроирригации,

может быть недостаточно давления для функционирования трубки Вентури.

Скорость внесения химиката зависит от изменения давления. В случае

необходимости, можно установить трубку Вентури с повышением давления.

15

Каждая модель имеет ограниченный диапазон действия.

Из всего предыдущего можно заключить, что использование трубки Вентури

предпочтительнее только при выполнении следующих условий:

Давление должно быть достаточно большим, чтобы можно было допустить

необходимые потери.

Должно быть обеспечено постоянство давления, что достигается различными

способами.

Трубка Вентури изготавливается из химически стойких материалов, таких как

медь, пластмасса, нержавеющая сталь. Для целей фертигации первоначально

использовались трубки с диаметрами от 3/8'' до 2''. Особенности конструкции и

цены различны у различных производителей.

Описание трубки Вентури

Для того, чтобы выбрать подходящую модель, важно определить ее характеристики:

Диапазон давлений на входе. Каждая модель имеет оптимальный диапазон

интенсивности всасывания, устанавливаемый производителем.

Потери давления. Перепад давлений на входе и на выходе (p1 – p3) выражается в

процентах от входного давления. Для каждой модели существует определенный

перепад давлений, при котором начинается всасывание (рис. 3.). Для большинства

моделей он составляет 1/3 входного давления, однако для некоторых моделей

потери составляют 50 %. Вновь разработанные модели (двухфазные) имеют

потери 10 %. Потери изменяются в зависимости от входного давления и

интенсивности всасывания.

Интенсивность всасывания. Интенсивность всасывания раствора удобрений

через инжектор выражается в литрах в час. Она зависит от входного давления,

потерь, размера канала, и может регулироваться с помощью различных

приспособлений (дросселей).

Диапазон течений жидкости. Входное давление и диаметр сопла, которые можно

варьировать, определяют протекание воды через инжектор. Эксплуатационный

диапазон задается производителем. Минимальная скорость – это такая скорость

потока, при которой начинается всасывание удобрений.

Рис. 4. Принцип действия трубки Вентури

16

Производитель представляет все данные, касающиеся инжектора, в виде таблиц и

диаграмм, а также дает рекомендации по установке, эксплуатации и техническому

обслуживанию.

Существуют различные модели с широким диапазоном скоростей всасывания, от 2 до

2000 л/час. Для нормального функционирования каждая трубка Вентури имеет

определенную минимальную пропускную способность – в пределах от 14 до 98

кубических метров в час (с заборными шлангами диаметром 12 мм).

Типы трубок Вентури

Простая трубка Вентури включает только устройство сужения без дополнительных

приспособлений (рис. 5).

Модель A (3/4” x 0.9), A (3/4” x 0.5) Модель D (2” x 12 )

Рис. 5. Простые трубки Вентури

Трубка, ведущая от бака с химикатами к трубке Вентури, должна включать

быстродействующий автоматический запорный клапан, предотвращающий обратный

ток в бак с химикатами. Клапан должен помещаться у входа трубки Вентури.

Подводящая линия должна включать или функциональный, надежно закрывающийся

электромагнитный клапан, соединяемый с блокировочным устройством системы, или

функциональный, надежно закрывающийся управляемый гидравлически клапан,

который открывается только тогда, когда в трубопроводе устанавливается достаточное

давление.

Возможна установка инжекторов непосредственно в трубопровод (при условии, что

скорость течения в системе мала или снижение давления не существенно) или в

обводную линию.

17

1. От водяного насоса

2. Спускное отверстие низкого давления

3. Предохранительный клапан

4. Обратный клапан

5. Задвижка (Шибер)

6. Минимальное расстояние 5 диаметров

трубы

7. Бак для химикатов

8. Трубка Вентури

9. Запорный клапан

10. Затвор

11. Дозирующий клапан

12. Манометр и устройство для

отключения насоса при низком

давлении

13. Подача в ирригационную систему

Рис. 6. Установка трубки Вентури непосредственно в трубопроводе

Система с обводной линией

В системах с обводной линией применяется альтернативное решение: вместо того,

чтобы располагать оба клапана на трубе, идущей к баку для химикатов, запорный

клапан располагается в обводной трубке непосредственно перед входом инжектора, а

надежно закрывающийся клапан с электромагнитным или гидравлическим

управлением – непосредственно за выходом инжектора.

18


2. Спускное отверстие низкого

давления



5. Задвижка (редуктор давления)

6. Трубка Вентури (на уровне или

ниже уровня ирригационной трубы)


8. Затвор



11. Бак для химикатов (ниже

уровня инжектора)



отключения насоса при низком

давлении

14. В ирригационную систему

Рис. 7. Инжектор Вентури с обводной линией вокруг ручной дроссельной заслонки.

Другая возможность состоит в использовании в обводной линии дополнительного

насоса, повышающего давление, который должен быть согласован с блокирующим

устройством ирригационной системы таком образом, что он автоматически

отключается, когда останавливается насос магистрального трубопровода. Эта схема

применяется также в случаях, когда отсутствует насос магистрального трубопровода

или давление воды падает ниже определенного уровня (распределение химикатов и

воды нарушается). Такая система особо рекомендуется в теплицах и для культур,

выращиваемых на гидропонике.

19


2. Спускное отверстие низкого давления



5. Клапан редукционный

6. Трубка Вентури (на уровне или ниже

уровня ирригационной трубы)


8. Центробежный насос (согласован с

водяным насосом)




12. Бак для химикатов



отключения насоса при

низком давлении

15. В ирригационную систему

Рис. 8. Трубка Вентури в обводной петле магистрального трубопровода.

Существуют разные системы обводных петель: в виде фильтра и регулятора давления

(где фильтр влияет на дифференциальное давление регулятора), гидравлического

дросселя или регулятора давления.

1. обратный клапан

2. поступление воды по

обводной петле

3. экранный фильтр

4. регулятор давления

5. химический контейнер

6. химический инжектор

7. внутренний фильтр

8. пункт перемешивания

Рис. 9. Трубка Вентури на обводной петле вокруг фильтра и регулятора давления.

20

Этот метод используется тогда, когда регулятор давления создает давление меньше

необходимого минимума и существует необходимость в создании дополнительного

давления, которое в этом случае обеспечивается фильтром. Эта установка сочетает в

себе создание дополнительного давление внутри фильтра, с тем регулятором давления,

который приводит в действие инжектор. Этот метод особенно удобен для систем

капельного орошения. Следует обращать внимание на то, чтобы давление по

направлению вниз было достаточным для приведения в действие системы орошения.

1. Вакуумный предохранительный клапан

2. Сброс низкого давления


4. регулятор давления

5. манометр с запором

6. запорный клапан

7. Вентури

8. дозирующее отверстие


10. к ирригационной системе

11. химический резервуар (ниже

Вентури)

Рис. 10. Инжектор Вентури, установленный на обводной петле вокруг регулятора

давления

Этот метод используется тогда, когда регулятор создает достаточно высокое давление

без дополнительного оборудования.

Во всех случаях, на находящемся в баке для химикатов конце трубы всасывания

должен устанавливаться фильтр. Обычный фильтр имеет диаметр от 1/2'' до 1'' и сетку

120 меш. Скорость всасывания может регулироваться одним из следующих способов:

регулируемая винтом горловина; сменные насадки; игольчатый вентиль (в некоторых

моделях "Нетафим"); капельницы на конце подводящей трубы, регулирующие скорость

подачи химикатов.

Рекомендуется периодически проверять подводящую химикаты трубу на засоренность

и прочищать ее. Бак с химикатами необходимо разместить ниже инжектора, чтобы

предотвратить неконтролируемое поступление раствора в ирригационную систему.

Дозирование и регулировка трубки Вентури проводится аналогично инжекторным

насосам, поэтому эти вопросы обсуждаются далее в Главе 8.

21

Устройства подачи при помощи насосов

Устройство подачи химикатов считается сердцем любой системы фертигации.

Существует множество устройств различных моделей, размеров и материалов. Они

могут быть разделены на два вида: активные, для которых требуются внешние

источники энергии, и пассивные, не использующие внешних источников.

Устройства подачи активного типа включают в себя такие насосы, как диафрагмы,

поршневые, роликовые и приводные насосы, приводимые в действие наружным

источником энергии.

Устройства пассивного типа задействуют энергию воды под давлением из

фертигационной системы для подачи химикатов. Основной тип пассивных устройств

работает на принципе Вентури, как пояснено ниже.

Принцип действия

Химический раствор всасывается из бака, давление раствора возрастает выше давления

в ирригационной системе и происходит впрыскивание. Насосы должны быть

механически упрочнены внутренними и внешними компонентами, произведенными из

химически стойких некорродирующих материалов. Активные устройства подачи

химикатов включают объемные насосы: диафрагменные, поршневые, роторные,

шестеренные. Поршневые и диафрагменные насосы наиболее широко используются в

фертигации благодаря их надежности и точности. Их соединение с автоматическими

регуляторами достаточно простое. Роторные насосы точнее, но в то же время более

чувствительны к загрязнению, осаждению и агрессивным химикатам. Центробежные

насосы менее чувствительны к загрязнению и относительно недороги. Они

используются, когда необходимо обеспечить большую подачу раствора удобрений. Эти

насосы неточны при малом дозировании.

Подающие насосы могут управляться вручную или автоматически. Бак для химикатов

должен изготавливаться из химически стойких материалов. Объем бака может быть от

нескольких сот литров до 10 кубических метров.

Основные преимущества

Подающие насосы могут быть отрегулированы для различных режимов работы

таким образом, чтобы обеспечить постоянную и однородную концентрацию

химикатов в орошающей воде. Это важно в тех случаях, когда требуется

поддерживать фиксированные концентрации вносимых химикатов.

Насосы обеспечивают полный контроль процесса внесения химикатов, например,

хронометраж, и допускают полную автоматизацию.

Подающие устройства позволяют централизовать процесс внесения удобрений,

весь процесс может управляться из одного центра.

Нет потерь давления в системе.

Основные недостатки

Оборудование достаточно сложно в управлении.

Высокая цена по сравнению с предшествующими вариантами (дозирующими

баками и трубками Вентури).

Необходимо использовать удобрения в виде растворов.

Для электрических насосов требуются внешние источники энергии.

22

В тех случаях, когда течение воды прекращается, подача химикатов продолжается

(кроме случая насоса, приводимого в действие энергией водяного потока).

1 Гидравлические насосы.

Поршневые насосы этого типа приводятся в действие энергией водяного потока,

двигающего турбину или поршень. Скорость подачи химикатов точно регулируется.

Многие модели позволяют установить интенсивность подачи пропорциональной

потоку и давлению в магистральном трубопроводе. Насос действует в диапазоне

давлений, определяемом производителем. Производительность зависит от давления

воды, но может регулироваться. Если течение воды прекращается, подача

прекращается немедленно. Эти насосы обычно используются в водораспределительном

блоке орошения, однако являются мобильными. Производимые в Израиле насосы

доказали свою эффективность при различных условиях. Эти устройства становятся все

более распространенными. Некоторые модели, сбрасывающие наружу воду,

приводящую насос в движение, требуют применения определенных способов сбора и

удаления воды (дренаж).

1.1 Диафрагменные насосы

Пример диафрагменного насоса для внесения удобрений

представлен на следующем рисунке.

1 – Клапан подачи удобрений в сборе

2 – Отводная трубка

3 – Возвратный клапан для отвода удобрений

4 – Возвратный клапан для впрыскивания удобрений

5 – Корпус верхней диафрагмы

6 – Корпус нижней диафрагмы

7 – Центральный стержень

8 – Датчик

9 – Контрольный стержень

10 - Регулирующий клапан

11 – Канал для поступления воды

12 – Водораспределяющий клапан

13 – Управляющий клапан

14 – Канал для дренажа

Рис. 11. Диафрагменный насос для внесения удобрений T. М. B. (250 л/ч)

Принцип действия:

Насос состоит из двух диафрагм, верхней и нижней, соединенных центральным

вертикальным стержнем. При движении "вверх" вода из магистрального трубопровода

отклоняется распределительным клапаном в камеру, расположенную под диафрагмами,

заставляя их подниматься. В конце этого движения и при движении "вниз"

распределительный клапан перекрывает входной канал для раствора удобрений,

открывая канал для выталкивания раствора. Вода в обеих камерах, под диафрагмами,

выталкивается в результате движения этих упругих диафрагм, стремящихся сохранить

исходную выгнутую форму. В конце движения вниз, распределительный клапан

перекрывает выходной канал для слива воды, открывая путь для протекания воды,

создающей усилие для следующего движения вверх. Управляющий клапан регулирует

работу распределительного клапана. Одновременно с опусканием вниз верхней

диафрагмы происходит всасывание раствора удобрений через впускной клапан и

наполнение напорной камеры. При этом блокирующий затвор предотвращает обратное

23

течение воды из магистрального трубопровода в напорную камеру. При движении

вверх верхняя диафрагма выталкивает раствор из напорной камеры в оросительный

канал через нагнетательный клапан. Блокирующий затвор предотвращает обратное

течение раствора из напорной камеры в бак. При завершении орошения, когда в

трубопроводе нет более избыточного давления, нагнетательный клапан играет роль

блокирующего, препятствуя вытеканию удобрений из бака под действием силы

тяжести.

Slot – Паз

Finger - Штифт

Central shaft – Центральный стержень

Distributing valve – Распределительный

клапан

Fertilizer valves assembly – Узел

клапанов для впрыскивания удобрения

6 mm tube – 6-миллиметровая труба

(черная)

Fertilizer injection valve – Клапан для

впрыскивания удобрения

Fertilizer aspiration valve – клапан для

аспирации удобрения

Aspiration hose – Аспирационный

шланг (прозрачный)

Fertilizer solution – раствор удобрения

Blocking valve – Блокирующий клапан

Irrigation water – ирригационная вода

Drainage hose - Дренажный шланг

(зеленый)

Fertilizer filter – фильтр удобрения

Regulating valve – регулирующий

клапан

Control rod – контрольный стержень

Water filter – водный фильтр

Operating water – рабочая вода

Drain water – дренажная вода

Рис. 12. Установка в системе диафрагменного насоса для подачи удобрений.

24


Диафрагменные насосы дороже поршневых, однако они имеют ряд преимуществ:

Небольшое количество движущихся деталей;

Ограниченные участки компонентов подвергаются действию вносимых

химикатов, что сокращает коррозию, снашивание и утечку, снижая тем самым

расходы на техническое обслуживание и усиление безопасности для окружающей

среды;

Скорость внесения легко регулируется в процессе работы насоса.

Выпускается много моделей насосов со скоростью инжекции от 3 до 1000 л/час и

рабочим диапазоном давлений от 1.4 до 8 атмосфер. Насосы калибруются таким

образом, что за один такт подается 250 куб.см. (T. М. B.) Отношение объема

подаваемого раствора и сливаемой воды составляет 1:2 (на каждый подаваемый литр

сливается два литра воды). Должны быть установлены два фильтра 40 меш: один в

трубе, подающей воду, второй – в трубе канала всасывания раствора.

Дозирование и регулировка

Регулирующий клапан контролирует количество пульсаций в минуту, а

следовательно, и концентрацию удобрений в воде для орошения.

Дозирующий водомер и прерыватель от 1 до 2000 литров устанавливается в

водосток, перед регулирующим клапаном.

Объем раствора в баке с удобрениями может быть измерен на выходе из бака.

В целях автоматизации используется специальный электронный

микровыключатель, который соединяется с насосом, получает от него импульсы и

передает на компьютер ирригационной системы информацию об объеме

поданного раствора удобрений.

1. Задвижка с ручным приводом для воды,

приводящей в действие насос

2. Соединительная муфта

3. Фильтр

4. Устройство отключения

5. Всасывающая головка


7. Задвижка с ручным приводом

на линии подачи удобрений

8. Отверстие для выброса воды

Рис. 13. Установка в системе диафрагменного насоса для подачи удобрений со

скоростью 250 л/ч.

1.2 Поршневые впрыскивающие насосы.

Поршневые насосы имеют одну или две впрыскивающие головки и широкий диапазон

возможностей. В них, для приведения поршня в действие необходима подача воды под

давлением из ирригационной системы. Объем воды, выбрасываемой из поршня,

обычно превосходит в три раза объем впрыскиваемого раствора. Одной из самых

популярных моделей поршневого насоса является модель «Амиад».

25

Принцип действия

Поршневой двигатель в цилиндрическом корпусе состоит из двух поршней и главной

задвижки. Насос, который соединен с корпусом водяного двигателя, забирает раствор

химикатов из бака и впрыскивает в трубопровод. Кнопка пуска-остановки является

составной частью автоматического устройства отключения. Устройство отключения

автоматически останавливает работу насоса, когда уровень химикатов падает ниже

основания всасывающей головки. Два клапана устанавливаются на линии подачи, а

один – на линии забора химикатов. Они предназначены для предотвращения попадания

воды из магистрального трубопровода в бак с химикатами и обратного течения

химикатов в бак.

Предохранительный клапан, открываемый вручную, предназначен для выпускания

воздуха из системы, обычно при начальных операциях. Если в результате засорения

упадет давление в магистральной трубе, шарик в предохранительном клапане

автоматически откроет выпускное отверстие, и труба будет выведена в атмосферу. Это

приспособление предотвращает случайное попадание химикатов в магистральный

трубопровод.

Всасывающая головка состоит из нагруженной скругленной базовой пластины и

фильтра, содержащего пластиковый шарик.

Существует четыре типа насосов:

1. Всасывание производится из глубины бака, всасывающая головка расположена

на конце всасывающей трубы.

2. Всасывание производится через отверстие в днище бака, фильтр находится на

конце всасывающей трубы.

3. Дуплексный инжектор: изготавливается из двух инжекторов, смонтированных

вместе. Он был разработан для подачи больших количеств химикатов,

100 – 700 л/ч.

4. Автоматический насос, управляемый компьютером или дозиметром, или

посредством любой другой электронной системы контроля.

Эти насосы вспрыскивают 33 кубических сантиметра раствора удобрения за раз.

Скорость выброса достигает 320л/ч, как функция давления в ирригационной системе.

Рис. 14. Насос "Амиад", установленный выше уровня жидкости в баке

(всасывающей головки).

26

1. Задвижка с ручным приводом для воды,

приводящей в действие насос

2. Соединительная муфта

3. Фильтр

4. Автоматическое устройство отключения

5. Всасывающая головка

6. Противосифонный клапан


8. Задвижка с ручным приводом на линии подачи удобрений

9. Выпуск для воды


Рис. 15. Насос "Амиад», установленный ниже уровня жидкости в баке (подача

самотеком).

Насосы работают в диапазоне давления от 0.5 до 8 Бар (от 0.7 до 115 psi).

Управление, регулировка и контроль:

Несмотря на автономность давления системы, регуляторы потока могут регулировать

выброс. При помощи этих регуляторов можно регулировать скорость потока от 10 до

80 л/ч. Регуляторы потока вставляются между двумя секциями в соединительной муфте

на шланге.

Устройство с клапаном на стороне всасывания снабжается автоматическим клапаном

закрытия, который закрывается, когда уровень химического раствора падает ниже базы

клапана всасывания. В этом случае, если контейнер заранее заполнен до необходимого

объема химического раствора, устройство автоматически перестает функционировать,

когда весь раствор уже впрыснут.

Когда этого не происходит (например, при накачке из большого бака), мерный клапан

может быть установлен на шланге для подачи воды на 3/4 дюйма ниже клапана ручного

контроля. Он должен быть установлен точно на объем, в три раза превышающий

необходимый объем вносимого химиката. Использование регуляторов потока

устраняет эту альтернативу за счет ручного управления запирающей головки или за

счет использования гидравлической запирающей головки, приводимой в действие

давлением воды, которое может поддерживаться при помощи электронных или мерных

устройств или таймером.

27

Рис. 16. Дуплексный инжектор "Амиад"

Дуплексная модель (4 – 03)

Дуплексный инжектор был разработан для подачи больших количеств удобрений и

химикатов в систему орошения.

Несмотря на то, что дуплексный инжектор изготавливается из двух инжекторов, он

имеет одну трубу для подачи воды, одну трубу подачи химикатов и один выходной

канал.

Дуплексный инжектор и вспомогательное оборудование имеют те же компоненты, что

и стандартный инжектор.

Рис. 17. Автоматический насос "Амиад"

Этот насос работает пульсами в 33 куб. см; производительность зависит от давления и

может достигать 320 л/ч, в зависимости от давления в ирригационной системе.

28

Injection flow – поток через инжектор

Pulses/ minute – пульсов в минуту

Main pressure – основное давление

Рис. 18. Объем вносимых удобрений в зависимости от давления в ирригационной

системе с одним насосом «Амиад».

Диапазон величины эксплуатационного давления насоса – от 0.5 бар до 8 бар (от 0.7 до

115 psi).

Управление, регулировка и контроль

Несмотря на автономность давления системы, регуляторы потока могут регулировать

выброс. При помощи этих регуляторов можно регулировать скорость потока от 10 до

80 л/час. Регуляторы потока вставляются между двумя секциями в соединительной

муфте на шланге.

Устройство с клапаном на стороне всасывания снабжается автоматическим клапаном

закрытия, который закрывается, когда уровень химического раствора падает ниже базы

клапана всасывания. В этом случае, если контейнер заранее заполнен до необходимого

объема химического раствора, устройство автоматически перестает функционировать,

когда весь раствор уже впрыснут.

Когда этого не происходит (например, при накачке из большого бака), мерный клапан

может быть установлен на шланге для подачи воды на 3/4 дюйма ниже клапана ручного

контроля. Использование регуляторов потока устраняет эту альтернативу за счет

ручного управления запирающей головки или за счет использования гидравлической

запирающей головки, приводимой в действие давлением воды, которое может

поддерживаться при помощи электронных или мерных устройств или таймером.

Кроме того, ручной насос может быть переделан в автоматический, за счет

присоединения импульсного датчика. Этот импульсный датчик представляет собой

электронное устройство, присоединяющееся к инжектору, которое может

конвертировать толчки в электрические сигналы. Такое устройство позволяет

передавать информацию о количестве химиката, помещенного в магистральный

29

водопровод. Передатчики могут передавать импульсы каждые 33 сс, 100сс, 1 л, 10 л

или 1 галлон США.

3/4 дюймовый (обычно закрытый) клапан имеет большое количество аппликаций,

позволяющих контролировать химические растворы и поток воды. Система контроля

полностью отделена от химической, что позволяет контролировать поток

дорогостоящего раствора за счет воды под давлением. Обычное закрытие является

гарантией того, что в случае выхода из строя системы контроля или повреждения

контрольной трубы клапан будет оставаться закрытым.

1.3 Гидравлические насосы без сброса воды

Существуют гидравлические насосы, не требующие сброса воды. Гидравлические

насосы, не сбрасывающие дренажную воду, приводятся в действие гидравлическим

мотором, поршнем и возвратно-поступательным клапаном, инвертирующим

направление тока и передающим гидравлическое давление на верхнюю и нижнюю

часть поршня. Поршень циклично движется взад-вперёд.

Указанный процесс активизируется любым количеством воды, поэтому скорость

двигателя (число движений поршня в единицу времени) зависит от потока воды,

проходящего через двигатель.

Нижняя часть поршня соединена с клапаном на стороне всасывания, который движется

внутри цилиндра, таким образом, что длина толчка может регулироваться, давая

возможность контролировать количество раствора, поступающего в камеру

смешивания с каждым толчком поршня.

1. Входной канал для воды.

2. Выходной канал для воды.

3. Входной канал для химикатов

(всасывающий).

4. Водяной насос.

5. Регулируемая камера всасывания.

6. Камера смешивания.

Рис. 19. Схематическое изображение насоса типа "Досатрон".

30

Установка насоса производится таким образом, что весь поток жидкости проходит

через трубу и, в результате, имеет место полная зависимость между потоком в трубе и

скоростью двигателя; впрыскивание раствора пропорционально потоку воды,

протекающей через насос, который, в свою очередь, может регулироваться. Вследствие

того, что вся вода протекает через насос, нет слива воды. Поэтому становится

возможным непрерывное и пропорциональное впрыскивание. Благодаря камере

смешивания, в которой без всяких электронных приспособлений смешиваются

химикаты и орошающая вода, все осуществляется гидравлически. В этом состоит

главное преимущество такой системы.

Установка.

Насос может быть установлен тремя способами:

Непосредственно в трубопровод. В этом случае расход в системе должен находиться

в допустимых пределах для насоса данной модели.

Параллельная установка двух насосов. Это делается в том случае, когда два

различных раствора удобрений должны вноситься одновременно.

Установка в обводной канал. Это альтернативная возможность, когда расход в

магистральном трубопроводе превышает допустимый уровень для насоса. Для того,

чтобы направить часть воды через насос, используется дроссельная задвижка. В этом

случае теряется важное преимущество.

Модель D8R имеет максимальный расход – 8000 л/ ч и рабочее давление 0.15 – 8 атм.

Регулируемый диапазон интенсивности подачи удобрений: 2 – 20 литров на каждый

куб. м. воды. Модель D1 имеет расход воды 10 – 2500 л/ч, рабочее давление

0.3 – 6 атм., регулируемый диапазон интенсивности подачи удобрений от 2

до 100 литров на каждый кубометр воды.

2 Электрические насосы

Эксплуатация насосов для подачи удобрений упрощается при использовании

источников электроэнергии в поле. Электрические насосы недороги и удобны. Они

дешевле в эксплуатации и легко сопрягаются с автоматическим оборудованием.

Существует множество моделей и типов, от маленьких диафрагменных насосов,

способных подавать только несколько литров, до больших насосов, подсоединяемых к

кранам с большой интенсивностью подачи. Поскольку, в этом случае необходим

источник электроэнергии, эти насосы устанавливаются стационарно в теплицах или

около водоемов (скважин).

2.1 Диафрагменные дозирующие насосы.

Насос приводится в действие синхронным электродвигателем (с защитой от

перегрузки). Вращение двигателя преобразуется в периодическое движение диафрагмы

при помощи прецизионного устройства с эксцентриком-толкателем и пружиной. Это

устройство присоединено к редуктору. Таким образом, определенный объем (объем

одного хода) дозируемого вещества поступает через всасывающий клапан в

дозирующую головку и перемещается через нагнетательный клапан в линию

дозирования.

Всасывающий и нагнетательный клапаны – это пробковые (2-х шаровые) клапаны.

Объем одной дозы регулируется линейно изменением величины хода при помощи

ручки настройки перемещений в отношении 1:10.

31

1. Двигатель

2. Клапан шаровой (двойной)

3. Дозирующая головка

4. Дозирующая диафрагма

5. Выпускное отверстие

6. Регулятор

7. Защитный кожух

8. Редуктор

9. Электронный блок

10. Электрические кабели

Рис. 20. Схема диафрагменного насоса ALLDOS.

2.2 Поршневые насосы

Насосы этого типа очень точные и в большей степени независимы от давления, чем

диафрагменные. В отличие от диафрагменных насосов, производительность насосов

этого типа изменяется пропорционально длине хода поршня и может управляться, до

достижения минимальных заданных количеств. Для внесения смесей удобрений в тех

случаях, когда требуется точно отмеренные постоянные пропорции различных веществ,

особенно подходящими являются двухпоршневые или даже многопоршневые насосы.

При использовании насосов с изменяемой скоростью можно, сохраняя неизменной

концентрации, варьировать расходы в ирригационной системе. Поршневые насосы

работают в диапазоне давлений 2 – 10 бар с производительностью от 55 до 270 л/ч.

32

ГЛАВА 4 - Компоненты безопасности оборудования Внесение удобрений в ирригационную систему представляет собой потенциальную

угрозу общественному здоровью. Система ирригации действует как перемычка между

баком, где содержится раствор химикатов, и источником питьевой воды. Это может

быть перемычка с магистральным водопроводом, муниципальным водопроводом,

резервуаром с проточной водой, рекой или подземными водами. Перемычкой является

любое соединение или структурная организация между системой подачи питьевой и

непитьевой воды или источником химикатов, через который может осуществляться

обратный отток. Любое постоянное или временное устройство, через которое может

осуществляться обратный отток, считается перемычкой. Обратный поток обычно

непредсказуем. Вероятность загрязнения питьевой воды в случае наличия перемычки

очень высока, и единственным вопросом является следующий: «Когда это

произойдет?» Источник воды должен быть защищен путем обеспечения двух

процессов обратного тока: противодавления и обратного сифонирования.

Примеры перемычки:

Водопровод с одним концом, погруженным в бак.

Водопровод, соединенный с днищем бака, содержащего загрязнители.

Водопровод, соединенный с системой хранения воды с химикатами (вещества,

замедляющие рост водорослей, антикоррозионные материалы и т.д.)

Один обычный водопровод для двух разных источников воды, одним из которых

является водоем с непитьевой водой

Водопровод, соединенный с ирригационной системой, в которую вводятся такие

химикаты, как гербициды, удобрения, кислоты.

Обратное сифонирование:

Оно вызвано низким или пониженным давлением в водопроводе снабжения.

Основными причинами обратного сифонирования являются:

Образование большого гидравлического градиента за счет малого количества воды в

водопроводе снабжения.

Прерывание в магистральном водопроводе, расположенное ниже, чем пункт

обслуживания клиента.

Низкое давление в магистральном водопроводе, обусловленное большим забором

воды, например, при пожаротушении.

Низкое давление в магистральном водопроводе, вызванное неполадками в насосе

или отключением электропитания.

Противодавление:

Оно образуется, когда система пользователя работает с более высоким давлением, чем

система обеспечения питьевой воды. Основными источниками противодавления

являются:

Бустерный насос в системе пользователя, используемый для увеличения потока и

требований давления;

Взаимосвязь с другими трубопроводами, работающими с более высоким давлением;

Соединение с системами высокого давления, такими, как бойлеры;

В системах капельного орошения с низким давлением, противодавление может быть

вызвано разницей в высоте местности между системой и/или насосами для

химикатов.

33

Выбор устройства для предотвращения противотока (BPD)

BPD представляет собой сочетание обратного клапана, вакуумного прерывателя и

дренажного клапана низкого давления, устанавливаемого между пунктом инжекции

химикатов и источником воды, с целью предотвращения загрязнения источника воды

химикатами.

Противоток может быть предотвращен физическим разделением (воздушной

подушкой) между системой поставки питьевой воды и водой, содержащей

загрязнители. Это является идеальным средством для предотвращения противотока.

Правильное отделение может быть обеспечено путем предотвращения прямого

контакта между системой водоснабжения и системой потребителя, когда соединение

между ними происходит через водный резервуар.

Вертикальное разделение между концом трубы над водой в резервуаре должно как

минимум в два раза превышать диаметр трубы и быть не меньше, чем 25 мм. Такое

разделение является простым и безопасным решением проблемы предотвращения

противотока, не требующим технического обслуживания.

Поскольку обычно вода поступает под заданным давлением, это решение может не

подойти. Тогда лучше использовать одно из следующих устройств.

Существует много типов устройств для предотвращения противотока. Некоторые из

них защищают только от обратного тока через сифон, в то время как другие защищают

как от противотока через сифон, так и от противодавления. В зависимости от источника

водоснабжения, система химигации должна использовать или двойной обратный

клапан (как требуют израильские законы), либо устройство для предотвращения

противотока с низким давлением.

Атмосферный вакуумный прерыватель (AVB):

AVB обеспечивает поступление воздуха в нижнюю часть трубопровода, когда давление

падает до нуля и ниже. AVB должен быть установлен в нижней части после последнего

перекрывающего клапана (никакие клапаны не могут быть установлены ниже

атмосферного вакуумного прерывателя). Минимальная высота 15 см над самым

высоким выходом системы снабжения непитьевой водой. AVB не должен

использоваться там, где операционное давление постоянно поддерживается в течение

более 12 часов за любой 24-часовой период, поскольку впускной клапан может застрять

в закрывающем положении и вызвать неполадку в системе.

Вакуумный прерыватель давления (PVB):

PVB состоит из клапана, который вентилирует атмосферу и внутри которого проходит

поток. Поток помогает открыть клапан, вследствие чего PVB может быть установлен

выше перекрывающего клапана и применяться там, где система работает постоянно с

операционным давлением. PVB должен быть установлен на 30 см выше верхнего

выхода системы снабжения непитьевой водой (система химигации, разбрызгиватель,

капельница и т.д.), который подлежит защите.

Приемлемое использование для PVB, равно как и для AVB, включает в себя ситуации,

когда непитьевая вода закачивается в систему орошения, которая имеет перемычку с

34

водопроводом орошаемого района или муниципальным водопроводом, в которым не

установлена система химигации.

Обычными аппликациями являются автоматические домашние или промышленные

подземные системы разбрызгивания, которые не используют системы химигации.

PVB должен быть установлен в легко обнаруживаемом месте. В системах химигации,

где установлены наружные источники энергии и инжекторы, приводимые в действие не

водой, PVB не может быть использован в качестве замены узлов двойных обратных

клапанов, поскольку они могут вызвать противодавление в системе.

Вакуумные прерыватели эффективно защищают только от обратного сифонирования и

не могут использоваться для защиты от противодавления.

1. Насос (*)


3. Клапан высвобождения воздуха/ вакуума

4. (**) Точка впрыскивания

5. (***) Опрыскиватель

(*) – Уровень воды для автоматического насоса – 3 см ниже клапана высвобождения

(**) – Место впрыскивания ниже самого низкого опрыскивателя

(***) - самый высокий опрыскиватель – 60 см ниже уровня предохранительного клапана

Рис. 21. Вакуумный прерыватель давления устанавливается на высокой точке в

ирригационной системе для предотвращения противотока и обратного сифонирования.

Узел двойного обратного клапана (DCVA)

DCVA состоит из двух утвержденных обратных клапанов, заряженных внутри потоком

или весом, которые устанавливаются как узел между плотно закрывающимися

клапанами прерывания. DCVA эффективно защищает от противотока, вызванного

противодавлением или обратным сифонированием ; он обеспечивает защиту от

системы химигации. DCVA должен быть установлен выше системы введения

химикатов, в таком месте, где легко осуществлять проверку и пробы (рис. 22).

DCVA должен устанавливаться над землей; следует оставить достаточно свободного

пространства для осуществления технического обслуживания и проверки. Его следует

проверять после установки, для того, чтобы убедиться в том, что он установлен

правильно и удовлетворительно; позже следует проверять этот узел перед каждым

сезоном ирригации. По мере возможности, не надо устанавливать его в углублении,

поскольку любая проверка на предмет протечки крана станет перемычкой при

заполнении углубления. Если этот узел должен быть установлен в углублении, нужно

позаботиться об обеспечении дренажа. Проверочные краны должны быть поставлены с

целью сокращения угрозы протечки, если устройство подлежит погружения. Свод

должен быть достаточно большим для того, чтобы обеспечить свободный подход для

35

проверки или починки устройства. Узлы DCVA, превышающие размером 2.5 дюйма,

должны иметь блоки поддержки для предотвращения ущерба. Выше DCVA следует

установить сетку для стекания неконтролируемых выбросов.

DCVA должен дренироваться весной; зимой следует защитить его от замерзания.

Трубы должны быть тщательно промыты перед установкой. Большая часть замеченных

при проверке неполадок вызвана засорением при первой или второй проверке

установки клапанов.

1. Канал для ввода ирригационной воды

2. Вакуумный прерыватель, приводимый

в действие пружиной

3. Контрольный клапан

4. Точка впрыскивания

раствора удобрения

5. Секторальный клапан

6. Разбрызгиватели

Рис. 22. Вакуумный прерыватель давления (загруженный поток) на самой высокой

точки ирригационной системы (не на контрольной головке).

Устройство для предотвращения противотока при низком давлении (RPBD)

RPBD состоит из двух независимо работающих наполненных внутри обратных

клапанов, которые разделены зоной низкого давления. Дифференциальный RPBD

(рис. 23) состоит из двух обратных клапанов с потоком внутри, действующих

независимо и обычно закрытых, и пропускного клапана с потоком в камере между

ними. Обратные клапаны сделаны таким образом, что при обычном потоке и в

статичной ситуации давление в зоне пониженного давления как минимум на 0.14 Атм

ниже, чем давление на входе, и как минимум на 0.07 Атм выше давления на выходе.

Когда давление на выходе поднимается и приближается к давлению на входе, оба

обратных клапана остаются закрытыми и предотвращают противоток. При неполадке в

работе устройства, мешающей закрытию обратных клапанов, пропускной клапан

открывается и выпускает в атмосферу воду, которая заполняет камеру, из зоны

пониженного давления. Кроме того, при неполадке в работе пропускного клапана, он

открывается в атмосферу, сливая поступающую воду и таким образом не допуская

противотока.

36

RPBD является аксессуаром, который обеспечивает максимальную надежность среди

всех механических устройств, предотвращающих противоток.

Closure valve – закрывающий клапан

Check valve – обратный клапан

Рис. 23. Узел двойного обратного клапана.

Описание RPBD

RPBD полностью предотвращает противоток, вызываемый обратным

сифонированием и противодавлением.

Предназначен для использования в очень опасных ситуациях.

В случае неполадки RPBD предупреждает оператора в виде воды, покидающей

систему через пропускной клапан. Это свойство является уникальным и отличает это

устройство от любого другого устройства в системе водоснабжения и от любого

другого устройства, предназначенного для предотвращения противотока.

RPBD не допускает выравнивания давления между входом, промежуточной камерой

и выходом. Фактически, RPBD начинает освобождать воду через пропускной

клапан, когда оба давления выравниваются, и градиент давления падает ниже 0.14

Атм.

В результате своей структуры и гидравлических характеристик, в системе

происходит значительная потеря давления (0.5-0.8 атм.), которую следует учитывать

при разработке.

Установка и техническое обслуживание RPBD

Для достижения максимальной эффективности при установке должны быть соблюдены

следующие условия:

RPBD должен быть установлен над землей.

Следует оставить достаточно свободного пространства для осуществления

технического обслуживания и проверки. Его следует проверять после установки, для

того, чтобы убедиться в том, что он установлен правильно и удовлетворительно.

RPBD устанавливается как минимум на 30 см выше земли.

Не надо устанавливать его в углублении, поскольку любая проверка на предмет

протечки крана станет перемычкой. При заполнении позаботиться об обеспечении

37

дренажа. Проверочные краны должны быть поставлены с целью сокращения угрозы

протечки, если устройство подлежит погружению.

Клапаны должны быть установлены до и после RPBD для проверки в каждом

ирригационном сезоне.

Узлы RPBD, превышающие размером 2.5 дюйма, должны иметь блоки поддержки

для предотвращения ущерба.

Предлагается горизонтальная установка.

В силу природы устройства предотвращения противотока низким давлением, самый

маленький поток (в статическом состоянии) может вызвать помеху, подтекание и

засорение устройства.

Устройство RPBD должно быть снабжено дренажной системой при установке

внутри структуры.

Выше RPBD следует установить сетку для стекания неконтролируемых выбросов.

Устройство RPBD должно дренироваться весной; зимой следует защитить его от

замерзания.

Трубы должны быть тщательно промыты перед установкой. Большая часть

замеченных при проверке неполадок вызвана засорением при первой или второй

проверке установки клапанов.

Upper view – вид сверху

Side view – вид сбоку

Differential pressure-relief valve – дифференциальный регулятор давления

Closure valve – закрывающий клапан


Test point – контрольная точка

Рис. 24. Устройство для предотвращения противотока при низком давлении.

38

1. Ввод воды

2. Изоляционный клапан

3. Точка измерения давления

4. Обратный клапан 1

5. Обратный клапан 2

6. Регулятор давления

Рис. 25. Устройство RPBD в разрезе.

Irrigation pipeline – ирригационный

водопровод

Electric motor and pump – электрический мотор

и насос

Electrically interlocked control panels –

контрольные панели с электрическим

сцеплением

Suction line – приемная наводящая

Chemical tank – бак с удобрением

Suction line strainer – фильтр приемной

наводящей

Solenoid valve – соленоидный клапан

Motor – мотор

Pump – насос

Discharge line – нагнетательная линия

Flow switch – переключение потока


Backflow prevention device – устройство

для предотвращения противотока

Vacuum breaker – вакуумный

прерыватель

Drain point – точка дренажа

Рис. 26. Головка контроля ирригации с устройством для предотвращения противотока,

обратным клапаном и вакуумным прерывателем.

39

ГЛАВА 5 - Эксплуатация системы фертигации

Для того, чтобы химигация /фертигация была эффективной, необходимо правильно

применять технологию ирригации. Правильное время и количество должны выбираться

при научном планировании ирригационного процесса. Подведение большего

количества воды, чем может поглотить корневая система растений, является не только

непроизводительным использованием воды, но и приводит к удалению подвижных

химических веществ и питательных веществ из зоны корневой системы. Следствием

этого являются два отрицательных эффекта: потеря ценных химических веществ и, как

отмечено выше, возможное увеличение загрязненности грунтовых вод.

Внесение химических веществ должно планироваться в соответствии с планом

ирригации, а не наоборот. Подача воды должна производиться во время, определяемое

потребностями растений, а не согласно какому-то намеченному плану внесения

химикатов. Знание потребности в орошающей воде и продолжительности процесса

орошения является основной информацией для правильной настройки и эксплуатации

оборудования внесения химикатов.

Рекомендации о том, как и в каких количествах должны быть внесены удобрения,

фермер получает в различной форме: в виде таблиц, результатов лабораторных

исследований грунта, исследований листьев и других частей растений, а также в форме

советов специалистов. Информация подается в различной форме: масса или объем

удобрений, количество питательных веществ, которые необходимо внести,

концентрация питательных веществ в орошающей воде, соотношения

удобрение – вода и т.д.

Для того, чтобы суметь выполнить рекомендации, важно преобразовать их в

конкретные действия с учетом того оборудования, которое используется в данном

хозяйстве. Таким образом, требуется соответствующая настройка.

Настройка

Настройка системы химигации достаточно тривиальна, однако требует времени,

оборудования и точных расчетов для достижения подходящей интенсивности внесения

химикатов.

Настройка включает ряд основных этапов:

1. Определение площади орошения (внесения удобрений) в гектарах или любых

других единицах площади.

2. Определение требуемого количества удобрений на единицу площади. Если

рекомендации даны в килограммах питательных веществ на гектар, тогда

действует формула 5:

Формула 5

Fw = 100 x Nw /Nc (%)

Fw = доза внесения удобрения (по весу) (кг/га),

Nw = интенсивность внесения питательных веществ (по весу) (кг/га),

Nc = концентрация питательных веществ в удобрении (%).

40

Например, рекомендуемая доза азота составляет 200 кг/га, в качестве удобрения выбран

сульфат аммония, содержащий 21 % азота.

Fw = 100 * 200 (кг/ч) / 21 % = 950 кг/ч.

3. Определение объема удобрений, который необходимо внести на единицу площади:

Формула 6

Fv = Fw / Sw

Fv = объем удобрений (л/га),

Fw = вес удобрений (кг/га),

Sw = удельный вес (кг/л).

Например: рекомендуется 65 кг/ га жидкого нитрата аммония. Удельный вес нитрата

аммония составляет 1.3 кг/л. Тогда объем удобрений составит:

Fv = 65 (кг/ч) / 1.3 (кг/л) = 50 л/ч.

4. Определение общего количества удобрений, необходимых для одного цикла. Когда

определенное количество удобрений должно быть внесено в течение одного цикла

орошения, вне зависимости от времени внесения и коэффициента разведения

имеем:

Формула 7

Ft = Fd * A,

Ft = Fw * A

Ft = Fv * A

Ft = количество удобрения для одного цикла (литры или кг.),

Fd = доза внесения удобрений (по весу) (кг/га),

А = площадь (га).

Например: А = 0.8 га, доза удобрений = 120 л/ га,

Ft = 120 л/ч * 0.8 ч = 96 литров за цикл

Когда удобрения подаются через бак или через простую трубку Вентури, Ft – это как

раз то количество удобрений, которое должно быть помещено в бак. Эти цифры

устанавливаются на приборах пульта управления при автоматическом управлении

насосами, когда дозирование производится в литрах. При использовании импульсных

инжекторных насосов необходимо пересчитать объем раствора удобрений в импульсы.

Объем одного импульса определяется производителем или по количеству импульсов

при заданных условиях.

Скорость истечения (расход) из бака с удобрениями

Для того, чтобы внести в систему разбавленные удобрения из бака, необходимо

пропустить через него объем воды равный четырем объемам бака. Следовательно:

41

Формула 8

q = 4 x Tv/t,

q = Скорость истечения ( расход ) из бака ( л/ч ),

Tv = Объем бака (литры),

t =Продолжительность внесения удобрений (ч).

Например, объем бака 120 литров и продолжительность внесения удобрений 20 минут.

Количество воды, необходимое для внесения удобрений:

20 мин / 60 мин/ч = 0.333 ч

q = 4 x 120 л / 0.333 ч = 1455 л/ч = 1.455 м3/ч

Производительность насоса (гидравлического или электрического)

Формула 9

q = Fc(v) x Q

q = Производительность насоса (л/ч),

Fc(v) = концентрация удобрения (по объему) (л/ м³) Q = Расход ирригационной системы ( м³/ч).

Например: на каждый кубический метр воды требуется два литра раствора; расход

ирригационной системы 15 м³ / ч, тогда производительность насоса:

q = 2 л/м3 воды x 15 м3/ч= 30 л/ч

Производительность насоса, рассчитываемая по общему количеству

Требуемая производительность насоса:

Формула 10

q = Ft / t

q = Производительность насоса (л/ч),

Ft = Объем раствора удобрений за ирригационный цикл (литры),

t = Продолжительность внесения удобрений (час).

Например: на поле площадью 5 га вносится 100 л/га.

Ft = Fv x A = 5 * 100 = 500 литров.

Чистое время внесения удобрений 5 часов, без учета смачивания и промывки. Тогда

производительность насоса будет:

q = 500 ( л ) / 5 ( ч ) = 100 л/ч.

42

Вес удобрений на кубический метр воды для орошения

Когда рекомендации даются в ppм (частях на миллион ), то

Формула 11

Fс(w) = 100 x Nc(w)/Nc(%)

Fc(w) = концентрация удобрений ( г / м³ ). Nc(w) = Концентрация питательных веществ в орошающей воде ( ppм )

Nc = Концентрация питательных веществ в удобрениях (%).

Например, рекомендуется концентрация азота 90 ppм, используется сульфат

аммония 21 %. Вес удобрений на один куб. м. воды для орошения будет:

Fc(w) = 100 x 90 ( ppм / 21 % ) = 429 г/ м³ = 0.429 кг/ м³

Объем раствора удобрений на один кубический метр воды для орошения

Подсчитывается также как и в предыдущем случае, но для объема жидкости:

Формула 12

Fc(v) = 100 x Nc(w) / (Nc(%) x Sw)

Fc(v) = концентрация удобрения (по объему) ( л/m3)

Nc(w) = концентрация питательного элемента в воде ( ppm)

Nc(%) = концентрация питательного элемента в уодбрении ( % )

Sw = удельный вес раствора удобрения (г/ см³)

Например, если вносится жидкий нитрат аммония с концентрацией азота 21 %, то

Fс(v) = 100 х 90 ( г/м³ ) х ( 21 %) х 1.3 ( г/см³) = 330 ( см³/л ) = 0.33 л/м³.

Степень разбавления раствора удобрений

Когда расход ирригационной системы и производительность насоса постоянны,

соотношения концентраций равно:

Формула 13

Qr = q / Q,

Qr = расход системы (л/м³)

q = скорость работы насоса (л/ч)

Q = расход системы (м³/ч)

Например, расход системы составляет 14 м³/ч (Q), а скорость работы насоса 20 л/ч (q).

Концентрация раствора удобрения в ирригационной воде будет:

Qr = 20 л удобрения/ ч / 14 м3 воды/ч = 1.43 л удобрения /м³ воды

43

Относительное разбавление раствора удобрений

Формула 14

D(%) = 100 x Fc(v) / Qr,

D(%) = процент разведения (%)

Fc(v) = концентрация удобрения (по объему) (л/м3)

Qr = расход системы (л/м³)

Например: рекомендуемая концентрация азота в ирригационной воде Nc(w) составляет

60 ppm. Используется жидкий нитрат аммония с концентрацией азота 21% Nc(%)

плотностью 1.3 г/cc (Sw). Расход системы (Q ) составляет 105 м³/ч, производительность

насоса (q) 150 л/ч.

Расчет процента разведения D(%):

Прежде всего, рассчитаем необходимую концентрацию удобрения в ирригационной

воде при помощи формулы 12:

Fc(v) = 100 x Nc(w) / (Nc(%) x Sw) = 100 x 60 ppm / ( 21 % x 1.3 г/cc ) =

220 cc/м = 0.220 л удобрения /м3 воды

Далее рассчитаем расход системы (Qr) при помощи формулы 13:

Qr = q / Q = 150 л удобрения /ч / 105 м³ воды/ч = 1.43 л удобрения/ м³ воды

Следовательно, для получения процента разведения (Dr) можно использовать

формулу 14:

D(%) = 100 x Fc(v) / Qr = 100 x 0.220 л удобрения /м³ воды / 1.43 л

удобрения/ м³ воды = 15.4 %

Объем удобрений в баке для химикатов (литры)

Для расчета объема удобрения на ирригационный цикл используется формула 15:

Формула 15

Ft = Tv x D(%) / 100

Ft = количество удобрения на ирригационный цикл (л или кг)

Tv = объем бака (л)

D(%) = процент разведения

Например: объем бака для химикатов 250 литров с относительным разбавлением 15.4 %

Ft = 250 л x 15.4% / 100 = 38.5 литров удобрений

Следовательно, в бак для химикатов емкостью 250 литров необходимо добавить

211.5 литров воды с 38.5 литрами удобрений, поскольку

250 л – 38.5 л = 211.5 л

44

Подготовка смеси удобрений

Для получения в орошающей воде определенной концентрации основных питательных

веществ (см. Главу 6), можно смешать как простые удобрения, так и сложные.

Требуемое количество удобрений подсчитывается при помощи следующего уравнения:

Формула 16

Rw = Cr * 100 / Cn Fw = вес удобрений ( г / м³ ), C = рекомендуемая концентрация ( ppм ),

Cn = концентрация питательных веществ в удобрении ( % ).

Например, рекомендуемая концентрация 60 ppм азота и 40 ppм P2O5.

Для получения этих концентраций необходим жидкий фосфат аммония и жидкий

нитрат аммония. Поскольку концентрация фосфора в коммерческих удобрениях

выражается как P2O5, нужно превратить Р в P2O5. Это выполняется за счет

использования фактора 2.29 (см. таблицу в приложении).

На первой стадии нужно преобразовать единицы удобрения:

P2O5. = 2.29 х Р

Таким образом: 220 ppm Р равняются 20 х 2.29 = 45.8 ppm P2O5.

Далее, рассчитаем необходимую концентрацию фосфора, воспользовавшись

уравнением 11:

Fc(w) = 100 x Nc(w)/ Nc(%) = 100 x 45.8 ppm P2O5/ 24% P2O5 = 191 г/м3

Таким образом, для производства каждого кубометра ирригационной воды нужно 191 г

фосфата аммония.

Fv = Fw/ Sw = 191 г/м3/ 1.3 г/cм3 = 147 cм3/ м3, или 0.147 л/ м3

Применив уравнение 11, рассчитаем концентрацию азота, содержащегося в жидком

фосфате аммония:

Fc(w) = 100 x Nc(w)/ Nc(%), откуда

Nc(w) = Fc(w) х Nc(%)/ 100 = 191 г/м3 х 8%/ 100 = 15.28 г/м3 = 15.28 ppm

Для дополнения необходимой концентрации азота (60 ppm) нужно:

60 – 15 = 45 ppm = 45 г/м3

Этот объем будет получен из жидкого нитрата аммония по формуле 11:

Fc(w) = 100 x Nc(w)/ Nc(%) = 100 x 45 ppm/ 21% = 214.29 г/м3

45

Для приведения веса к объему применим формулу 12:

Fc(v) = 100 x Nc(w) / (Nc(%) x Sw) =100 x 45 г/м3 / (21 % 1.3 г/см3 = 165 cc/m³ = 0.165

л/м³

Заключение: на каждый кубический метр орошающей воды потребуется 147 см³ жидкого фосфата аммония и 165 см³ жидкого нитрата аммония.

46

ГЛАВА 6 - Критерии для классификации удобрений,

применяемых при фертигации

1. Химическая структура:

Удобрения для фертигации используются в двух различных формах:

растворимые твердые вещества или растворы.

А) Жидкие удобрения являются молекулярными растворами, приготавливаемыми

для непосредственного применения всеми способами фертигации. Жидкие

удобрения могут быть простыми или сложными. Простые удобрения состоят из

одного химического соединения, например, такого, как азотная кислота, фосфорная

кислота и т.д. Иногда они могут включать более одного питательного вещества.

Сложные удобрения включают азот, фосфор и калий, например, 7-3-7, 5-3-8.

Несложные удобрения включают один или два из этих трех элементов, как,

например, фосфат аммония (8-24-0).

Б) Твердые удобрения, как и жидкие, могут быть в виде гранул или порошков, они

могут быть полностью растворимы. Как и жидкие удобрения, они могут быть

простыми или сложными. Простые удобрения изготавливаются из одного

химического компонента, как, например, мочевина. Сложные удобрения тоже могут

быть многосторонними или односторонними. Многосторонние удобрения включают

азот, фосфор и калий, например, 20-20-20, 18-18-18. Иногда они могут также

включать другие элементы питания, такие, как магний, а также ряд микроэлементов.

Односторонние удобрения включают только один или два из вышеупомянутых

элементов, как, например, моноаммониевый фосфат (МАР) или монокалиевый

фосфат (МКР)

2. Цвет:

Цвет большинства твердых удобрений варьирует от белого к серому. Жидкие

удобрения большей частью бесцветны, однако жидкие удобрения, содержащие

фосфорную кислоту, имеют цвет от желтого до коричневого, в зависимости от

концентрации кислоты.

3. Растворимость:

Растворимость химикатов в воде зависит от температуры. Обычно чем выше

температура, тем выше растворимость. Удобрения, используемые для фертигации,

должны быть полностью растворимы. Низкорастворимые удобрения не могут быть

использованы для фертигации.

В таблице 2 приведено несколько примеров зависимости растворимости удобрения от

температуры.

47

Таблица 2. Влияние температуры на растворимость удобрений (граммов

удобрения на 1 л дистиллированной воды)

Температура 0ºC 5ºC 10ºC 20ºC 25ºC 30ºC

Удобрение Растворимость в дистиллированной воде (г/л)

Сульфат аммония 700 715 730 750 770 780

Мочевина 680 780 850 1060 1200 1330

Хлорид калия 280 300 310 340 355 370

Сульфат калия 70 80 90 110 120 130

Нитрат калия 130 170 210 320 370 460

Фосфат моноаммония 227 255 295 374 410 464

Фосфат монокалия 90 110 180 230 250 300

Данные, приведенные в таблице 2, представляют самую высокую растворимость при

разных температурах. Многие жидкие удобрения дают осадок зимой. Это означает, что

растворы становятся перенасыщенными, и избыток солей выпадает в осадок. При таких

условиях перед наступлением холодов удобрение следует развести примерно на 20%.

Поскольку концентрация стала ниже, следует соответствующим образом увеличить

дозу внесения удобрений.

4. Взаимодействие вносимых химикатов с орошающей водой

Необходимо оценить все химикаты, которые будут вводиться в орошающую

воду, чтобы определить любые химические реакции, которые могут произойти.

Это касается кислот, биокислот и таких материалов, как хлор, используемых для

поддержания систем микроирригации (см. главу 7).

В микроирригации обычно источниками хлора являются окисляющие вещества, что

приводит к возрастанию рН воды. Это может вызывать осаждение кальциевых и

магниевых карбонатов, оксидов железа (ржавчины) и т.д.

Не рекомендуется смешивать хелаты в растворы, рН которых ниже 3.5, поскольку

хелаты распадаются, и их металлические ионы освобождаются при такой высокой

кислотности.

Полифосфатсодержащие удобрения вступают в реакцию с металлами, что приводит

к образованию малорастворимых веществ, которые выпадают в осадок.

Металлические ионы в такой форме не усваиваются растениями.

Полифосфатсодержащие удобрения вступают в реакцию с ионами кальция и магния,

что приводит к образованию осадка, засоряющего фильтры и эмиттеры.

В богатой кальцием воде сульфатсодержащие удобрения приводят к выпадению в

осадок гипса. В силу того, что растворимость гипса уменьшается с возрастанием

температуры, эта проблема усугубляется летом.

Щелочные растворы типа мочевины осаждают известь из воды, богатой ионами

кальция и бикарбоната. В этом случае рекомендуется добавлять кислоты, чтобы

избежать или как минимум уменьшить образование осадка, засоряющего эмиттеры.

В некоторых регионах с высокой влажностью вода для орошения содержит тяжелые

металлы и органические вещества, которые, встречаясь с удобрениями, вызывают

выпадение осадков в ирригационных системах.

Из этих соображений, все вносимые химикаты (и планируемые смеси химикатов)

должны быть проверены в орошающей воде, как при начальной температуре

источника, так и при температурах, которые могут достигаться в боковых ветвях

оросительной системы (это особенно важно для подземных полиэтиленовых

трубопроводов). Исходные растворы химикатов смешивают в плановых

48

концентрациях с орошающей водой в стеклянном контейнере и оставляют на ночь.

Появление любых химических осадков является предупреждением о потенциальных

проблемах, связанных с закупоркой. Должны быть рассмотрены варианты с

альтернативными химикатами или может понадобиться кислотная очистка для

сохранения химикатов в растворе.

Серьезной проблемой может быть коррозия компонентов ирригационной системы и

системы внесения химикатов. Большинство химикатов, как твердых, так и жидких,

воздействуют на эти компоненты. Все детали, которые контактируют с вносимыми

химикатами, и / или раствором, должны изготавливаться из химически стойких

материалов, чтобы уменьшить коррозию.

Устройства для внесения химикатов и ирригационная система должны быть

основательно промыты после внесения химикатов (отличных от кислот и хлора).

5. Испарение

Содержащие мочевину и / или аммоний удобрения могут терять азот из-за испарения

аммиака. Эти удобрения должны храниться в герметических контейнерах. Подкисление

раствора может сократить потери.

6. Кислотность удобрений

Все жидкие удобрения имеют определенный показатель кислотности среды рН

(таблица 3). Те удобрения, которые имеют рН в интервале между 6.5 и 7, считаются

нейтральными; с рН в интервале 3.5 – 6.5 – слабые кислоты, а с рН ниже 3.5 – сильные

кислоты. Значение рН твердых удобрений измеряется в растворах, приготовленных

путем растворения 1 грамма удобрения в одном литре дистиллированной воды.

Значения рН твердых удобрений используются для сравнения удобрений разных типов.

Таблица 3. Значения рН и ЭП некоторых удобрений (при концентрации 1 г/л

дистиллированной воды).

Удобрение pH EC

Хлорид калия 6.5 1.67

Сульфат аммония 5.4 1.06

Мочевина 8.0 0.001

Жидкий нитрат аммония 6.6 0.87

Нитрат калия 8.5 1.0

Моноаммониевый фосфат (MAP) 4.0 1.0

Монокалиевый фосфат (MKP) 4.5-5.0 0.75

7. Вклад химикатов в минерализацию

За исключением мочевины, все жидкие удобрения являются растворами солей. Они

вносят вклад в повышение солености (минерализацию) орошающей воды.

Концентрация соли в орошающей воде измеряется при помощи электрического моста

сопротивлений. Электрическая проводимость (ЭП) раствора измеряется между двумя

электродами, имеющими площадь один кв. см. каждый, и расположенными на

расстоянии 1 см. один от другого.

ЭП выражает ионную активность. Существует прямая связь между концентрацией

растворенных солей, выраженной в миллиэквивалентах на литр

49

(см. таблицу А1, приложение), и ЭП раствора. Каждые 10 миллиэквивалентов солей на

литр производят один децисименс/м в ЭП. Значения ЭП определяются в растворах 1 н

жидкого удобрения на 1 л дистиллированной воды (таблица 3). Увеличение ЭП не

является линейной функцией увеличения концентрации раствора удобрения. Для

сравнения растворов при указанных концентрациях проводятся измерения.

ЭП ирригационной воды может быть использован для оценки вероятности засоления

почв. Почвы считаются засоленными, если их ЭП больше, чем 4 dS/m. Важно помнить,

что многие чувствительные к солености культуры могут пострадать при солености 2

dS/m и ниже, в зависимости от практики ведения земледелия.

8. Гигроскопичность

Твердые удобрения обладают свойством абсорбировать влагу из атмосферы, образуя

комья. Их применение сложно. Некоторые производители добавляют специальные

добавки для предотвращения этого явления. Проблема проявляется при растворении

таких удобрений в воде. Большая часть добавок не растворяется в воде и может

засорять фильтры и эмиттеры.

50

ГЛАВА 7 - Качество воды и его влияние на химигацию Анализ и интерпретация

Типичные лабораторные анализы качества воды для орошения должны включать

определение электрической проводимости, общего содержания растворенных твердых

веществ и концентрации отдельных катионов и анионов, включая кальций, магний,

марганец, натрий, карбонат, бикарбонат, нитрат, хлор, железо и сульфат. Кроме того,

должны быть найдены уровень концентрации бора, рН воды и отношение

поглощенного натрия (включая корректировку отношения поглощенного натрия).

Оценка качества воды для микроирригационых систем должна включать оценку

уровней физического, химического и биологического загрязнения, которое приводит к

засорению каналов. Таблица 4 представляет краткое описание воды для орошения в

микроирригации с точки зрения их возможностей вызывать засорение.

Таблица 4. Описание воды для орошения в микроирригации с точки зрения их

возможности вызывать засорение

Степень

выраженности

проблемы

Небольшая Некоторая Тяжелая

Физическая

Твердые вещества в

виде суспензии (ppm)

<50 50-100 >100

Химическая

p H <7.0 7.0-8.0 >8.0

Растворенные твердые

вещества (ppm)

<500 500-2000 >2000

Марганец (ppm) <0.1 0.1-1.5 >1.5

Железо (ppm) <0.1 0.1-1.5 >1.5

Сульфид водорода

(ppm)

<0.5 0.5-2.0 >2.0

Биологическая

Популяция бактерий

(максимальное число на

1 мл.)

<10000 10000-50000 >50000

рН

рН водной пробы является самым важным индикатором наличия проблем. рН воды

выражает концентрацию ионов водорода (Н+) и относительную кислотность воды.

Значения рН воды более 7.8 говорят о наличии проблем с ионами карбоната (CO32-)

или бикарбоната (HCO3-), которые выпадают в осадок на аксессуарах системы.

Электрическая проводимость (ЕС)

Электрическая проводимость ирригационной воды позволяет оценить наличие проблем

с засоленностью. Засоленность почвы обычно выражается в значениях ЕС, измеренных

на образце засоленной почвы. Из-за испарения с поверхности почвы и транспирации

растениями, большая часть воды теряется из почвы, оставляя в ней растворимые соли.

51

Для поддержания плодородности большей части орошаемых земель в аридных и семи-

аридных областях необходимо выщелачивание избыточной влаги.

Растворенные соли

Многие соли растворяются в типичных ирригационных водах. Полный анализ позволит

установить концентрацию отдельных ионов.

Кальций и магний

Кальций (Ca) и магний (Mg) являются основными двухвалентными катионами как в

воде для орошения, так и в почвенном растворе. Их концентрация в значительной мере

влияет на структуру почвы и скорость инфильтрации.

Концентрация кальция играет также особо важную роль в формировании осадков из

воды, которой опрыскивается листва растений.

Натрий

Основным воздействием натрия (Na) является его отрицательное влияние на структуру

почвы. Натрий может также непосредственно влиять на растения, если его количество

избыточно.

Калий

Высокий уровень калия (К) в ирригационных водах встречается нечасто. В некоторых

районах используется вода с низкой концентрацией солей, и одновалентный K+ может

действовать как Na+, вызывая распад структуры почвы, что ведет к уплотнению почвы.

Сера и азот

Вода проверяется на наличие серы (S) в форме сульфата (SO42-). Сульфат представляет

собой серное соединение, усваиваемое растениями. Ирригационная вода может в

значительной мере обеспечить потребность растений в сульфате.

Водные пробы обычно проверяются на наличие азота в форме нитрата (NO3-),

поскольку высокая концентрация нитрата может существенно повлиять на запасы

азота, усваиваемого растениями.

Карбонат и бикарбонат

Ионы карбоната (CO32-) и бикарбоната (HCO3

-) обладают значительным влиянием на

рН воды и почвы, равно как и соотношение кальция/ натрия. Воды каналов несут

большое количество возвратных вод, и уровень HCO3- в глубоких колодцах может быть

очень высоким. Относительная концентрация углерода в форме карбоната и

бикарбоната является функцией рН воды. При рН, равном 10.5, концентрация

карбоната и бикарбоната в водной пробе почти одинакова. При росте рН доля

бикарбоната все время растет, пока весь углерод не находится в форме бикарбоната при

рН примерно 8.5. Воды с высокой концентрацией бикарбоната приводят к постоянному

увеличению рН почвы из-за осаждения карбоната кальция (CaCO3). Большое значение

рН может привести к дефициту микроэлементов питания, особенно железа.

52

Бор и хлор

Во многих орошаемых районах концентрация бора и хлора может представлять ионную

опасность.

Общие указания по интерпретации качества воды приведены в таблице 5.

Таблица 5. Общие указания по интерпретации качества воды для орошения.

Степень ограничений на использование

Потенциальная

проблема ирригации

Единицы Нет От слабой до

средней

Тяжелая

Соленость, влияние

на доступность воды*2

ECw*1 dS/m <0.7 0.7 – 3.0 >3.0

TDS mg/л <450 450 – 2000 >2000

Соленость, влияние

на инфильтрацию

SAR*3 ECw =

If 0 – 3 y ECw = >0.7 0.7-0.2 <0.2

If 3 – 6 y ECw = >1.2 1.2-0.7 <0.3

If 6 – 12 y ECw = >1.9 1.9-0.5 <0.5

If 12 – 20 y ECw = >2.9 2.9-1.3 <1.3

If 20 – 40 y ECw = >5.0 5.0-2.9 <2.9

Удельная токсичность

иона (поражает

чувствительные

культуры)

Натрий (Na)*4

Поверхностное

орошение

SAR <3 3-9 >9

Капельное орошение meq/л <3 >3

Хлор (Cl)*4

Поверхностное

орошение

meq/л <4 4-10 >10

Капельное орошение meq/л*5 <3 >3

Бор (B) mg/л <0.7 0.7-2.0 >3.0

Разные воздействия (поражают

чувствительные

культуры)

Азот (N-NO3)*6 meq/л <5 5-30 >30

Бикарбонат (HCO3-) Meq/л <1.5 1.5-7.5 >7.5

PH*7 Нормаль-

ный

Диапазон 6.5-8.4

*1 - ECw = электропроводность ирригационной воды, степень солености воды, в

децисименах на метр при температуре 25C, или в эквивалентных единицах: миллимос

на сантиметр.

*2 - TDS = общее количество растворенных твердых веществ в мг на литр или в ppm.

53

*3 - SAR = степень адсорбции натрия. Действует только в аридных и семиаридных

зонах. Только стандартный SAR. Соотношение между EС, SAR и инфильтрацией

обычно не применяется, если рН почвы ниже 7. Для заданного значения SAR скорость

инфильтрации растет по мере увеличения солености воды.

*4 - Большая часть деревьев и кустарников чувствительна к Na и Cl. Для поверхностного

орошения используйте указанные значения SAR. Большая часть годичных культур не

чувствительна. Для поверхностного орошения используйте таблицы переносимости

солености Ayres и Westcot. При капельном орошении и низкой влажности (<30%), Na и

Cl могут абсорбироваться через листья чувствительных культур.

*5 - Для перевода ppm в meq разделите meq на следующие значения для каждого

компонента: Na = 23, Cl = 35, HCO3 = 61, B = 11

*6 - N-NO3 означает нитрат, выраженный в N. N-NH4 и органический N должны быть

включены при тестировании использованной воды.

*7 - Фертигация может изменить рН воды и почвы и повлиять на потенциальную

токсичность ионов в ирригационной воде.

Улучшение качества воды

Разведение

Разведение воды плохого качества водой лучшего качества обычно очень эффективно.

Тем не менее, разведение не сводит к минимуму общее количество кальция,

бикарбоната и других токсичных элементов, а лишь снижает их концентрацию.

Серные печи

Серные печи или серные генераторы используются для улучшения качества воды. Что

касается обработки кислотой, серная печь устраняет бикарбонат из воды. Серная печь

сжигает элементарную серу, производя из нее кислоту, которая нейтрализует

некоторые бикарбонаты (HCO3-) в водном источнике в результате следующих реакций:

S + O2 → SO2

H2O + SO2 → H2SO3

H2SO3 → H+ + HSO3-

HCO3- + H+ → H2O + CO2

В камере сгорания (1) сера сжигается при добавлении атмосферного кислорода, что

приводит к образованию газообразного диоксида серы (SO2).

Как следует из формулы 2, SO2 растворяется в ирригационной воде, проходя через

камеру. Этот концентрированный раствор гидрированного SO2, часто называемый

сернистой кислотой, сокращает рН до 2 или 3 единиц и является высоко коррозийным.

Тем не менее, сразу после образования этого концентрированного раствора, его вводят

в ирригационную систему. После его введения половина кислотности освобождается

как H+ (см. формулу 3).

Эти ионы H+ вступают в реакцию с бикарбонатом в растворе, преобразуя его в H2O и

CO2. Если для снижения рН ирригационной воды до уровня 6.3 - 6.5 было сожжено

достаточное количество серы, большая часть бикарбоната и весь карбонат устраняется

54

из воды. В воде останется немного бикарбоната, поэтому образование осадка все еще

возможно. В целом, предлагается поддерживать рН ирригационной воды на уровне

примерно 6.5, чтобы свести к минимум проблемы с коррозией.

Существенное снижение уровня содержания бикарбоната в воде снижает потенциал

образования известкового (бикарбонатного) осадка.

Остальная кислотность из серной печи достигает почвы в виде иона бисульфита

(HSO3-). Когда ионы бисульфита достигают почвы, они вступают в химическую

реакцию с кислородом или трансформируются почвенными микроорганизмами

(Thiobacillus) в ионы SO42- и H+. Эти кислотные ионы H+ могут вступать в реакцию и

растворят известняк в почве. Этот процесс важен в почвах, где натрий из

ирригационной воды создает проблемы натризации. Ионы кальция образуют

концентрацию Ca2+ в почвенном растворе, замещая Na+. Окисление почвы может быть

желательным в кальцинированных почвах, где микрозоны низкого рН могут

увеличивать доступность таких микроэлементов, как железо.

Кислота, добавленная к почве серными печами, может отрицательно влиять на кислые

почвы или плохо забуференные почвы, в которых рН может неожиданно падать.

Подкисление воды для орошения

Добавление кислот с целью поддержания рН воды для орошения в диапазоне между 5.5

и 6.5, при котором карбонат кальция и магния остаются в растворе, часто решает

проблемы, связанные с осаждением их в ирригационной системе. Добавление кислот

устраняет часть бикарбонатов в результате химической реакции, описанной выше.

Обработка кислотой растворяет осадки, образующиеся в системе, такие, как карбонаты,

гидроксиды и фосфаты.

Можно использовать многие минеральные кислоты технического класса, при условии,

что они чистые и не содержать твердых частиц, гипса и т.д. В Израиле чаще всего

используется хлорная кислота (HCl, 33%), благодаря ее низкой стоимости. Можно

также использовать фосфорную, серную и азотную кислоту. Серная кислота является

очень сильной и высококоррозивной и требует специфического оборудования для ее

введения и особой осторожности в обращении с ней.

Для обращения с кислотами требуются особые процедуры, которые снижают риск

расплескивания и прямого контакта между оператором и кислотой. Необходимо всегда

использовать перчатки и защищать лицо и все тело.

Никогда не лейте кислоту прямо в бак, прежде налейте в бак воду, а потом уже

кислоту!

При нормальных условиях рекомендуемая концентрация кислоты в воды для орошения

составляет 0.6%. При очень высокой жесткости воды (вода с высокой концентрацией

карбоната кальция и магний), следует использовать 1%-ную кислоту. Время введения

должно быть около 10 минут. После введения кислоты следует продолжать полив еще

полчаса, чтобы убедиться в том, что вся кислота вылилась из системы.

Добавлять кислоту можно посредством инжектора или насоса или из бака. При

использовании бака, нужно следить за правильным перемешиванием ирригационной

воды с кислотой, которая, благодаря своей высокой плотности, остается на донышке

бака.

55

Две трети бака заполняются водой. К ним добавляется кислота из расчета 1.5 л на

каждый кубометр системы. Для создания необходимого градиента давления для

инжекции, следует закрыть клапан, пока на будет достигнут градиент в 8-10 метров.

Это обеспечивает высокую концентрацию кислоты в ирригационной системе.

При использовании насоса он должен работать с максимальной скоростью, обеспечивая

достаточное количество кислоты в течение 10 минут. Следует приготовить раствор

таким образом, чтобы 1 л кислоты добавлялся на каждый кубометр системы. Для

получения необходимого объема раствора следует добавить достаточное количество

воды, постоянно помня, что следует добавлять кислоту к воде, а не наоборот.

Например, если производительность системы составляет 20 м³/ч, и используется насос

«Амиад» с производительностью 180 л/ч, то объем раствора, добавляемого за 10 минут

(1/6 часа) 180/6 = 30 литров. Следует налить в бак 10 л воды, а затем добавить 20 л

кислоты (1 л на 1 м³/ч). .

Химическая и биологическая обработка

Бактерия железа осаждает железо из ирригационной воды в эмиттерах. Эта проблема в

целом успешно решается при помощи хлора. Хлор, добавляемый в количестве,

составляющем 0.64 от концентрации железа в ирригационной воде, может осаждать

железо до достижения эмиттеров. Следует добавлять хлор выше фильтра. Рукава,

клапаны и любые крепежи, создающие турбуленцию и перемешивание, способствуют

образованию осадка оксида железа, который остается на фильтре. Следует подумать об

автоматической промывке фильтра.

Бактерия сульфида водорода контролируется путем добавления хлора в количестве, в

4-9 раз превышающем концентрацию сульфида водорода в ирригационной воде.

Проблема марганца решается путем добавления хлора в количестве, в 1.3 раза

превышающем концентрацию марганца в ирригационной воде.

Когда популяции водорослей и бактерий, образующие желеобразные налеты в системе,

создают проблему, рекомендуется добавлять в систему хлор.

Подземные воды могут требовать особой обработки, включая добавления кислоты для

контроля рН, окисления для осаждения железа, добавления боицидов для контроля

бактерий и т.д. Для контроля популяций водорослей и бактерий и их побочных

продуктов (слизь) следует постоянно добавлять хлор. Можно добавлять большие дозы

хлора для достижения концентрации свободного хлора 10 ррм в разных концах в

течение последних 30-60 минут ирригации.

56

ГЛАВА 8 - Размещение оборудования Оборудование, используемое при химигации, может быть размещено в одном из

следующих мест:

В контрольно-измерительном блоке хозяйства

В начале трубопровода с распределительной задвижкой, или в точке

пересечения трубопроводов

В центральном блоке орошения

Выбор места определяется, в основном, экономическими соображениями и

местными условиями. Необходимо принимать во внимание следующие условия:

1. Расположение в контрольно-измерительном блоке хозяйства наиболее удобно

для маломощного оборудования. Стоимость единицы оборудования относительно

мала, однако, для обеспечения всей площади потребуется некоторое количество

комплектов, и поэтому, общая стоимость может превысить стоимость одного

центрального комплекса. Хотя применение мобильного оборудования может

понизить стоимость единицы оборудования, однако, ввиду больших трудозатрат и

проблем с автоматизацией, его использование становится практически

невозможным.

2. Расположение в начале трубопровода с распределительной задвижкой является

промежуточным вариантом, который может использоваться для полевых культур.

3. Расположение в центральном блоке орошения. Несмотря на большие размеры

и высокую стоимость, такое расположение может быть выгодным, т.к.

обеспечивает большую площадь полива. Преимущества этой системы –

трудосбережение и удобство автоматизации. Ее главные недостатки

заключаются в следующем: происходит загрязнение всей системы

водоснабжения и прекращается подача через нее чистой воды. Проведение

ирригации на различных участках с различной интенсивностью может иногда

снизить точность функционирования всей системы.

57

ГЛАВА 9 Определение графика фертигации Определение графика фертигации должно быть интегрировано с определением графика

ирригации, который намного динамичнее и зависит от таких не подлежащих контролю

факторов, как почва и климат, которые влияют на развитие культур и потребление

воды.

Определение графика фертигации должно базироваться на потребностях культуры в

питательных элементах во время сезона выращивания и на способности почвы

сохранять элементы питания. Управление фертигацией с одним удобрением может

быть простым. Тем не менее, выращивание многочисленных культур на разных

участках и выбор растворов удобрения, имеющихся на рынке, а также выбор модели

инжектора могут представлять значительную сложность.

Эти вопросы не рассматриваются в настоящей публикации, но их всегда следует иметь

в виду для успешного управления фертигацией.

Если фермер принял решение в отношении количества разных элементов питания на

разных стадиях выращивания культур и определил график ирригации, он должен

принять решение об управлении фертигацией.

Шаг 1. Определение промежутка времени перед началом фертигации

Первый шаг заключается в измерении времени от начала каждого ирригационного

цикла до стабилизации давления и слива системы. В теплице, где каждый эмиттер

имеет устройство, предотвращающее протечку (LPD) и трубы остаются заполненными

водой, это может занять несколько секунд. На больших орошаемых площадях этот

процесс может занять несколько минут для одной орошаемой культуры, но для того,

чтобы каждый эмиттер работал на установленном давлении и разрядке, нужно до

получаса.

Измерение включает в себя запись времени, необходимого для стабилизации давления

(измеряемого при помощи надежного манометра) в критических точках ирригационной

системы. Поскольку удобрения стоят дорого и могут причинить ущерб культуре при их

избыточном внесении, нельзя пользоваться инжекторами до стабилизации системы.

Шаг 2. Определение промежутка времени в конце ирригационного цикла

Второй шаг заключается в принятии решения о том, когда завершить фертигацию.

Многие химикаты, внедренные в систему орошения, могут повредить один или

несколько ее компонентов. Наиболее чувствительными являются мембраны эмиттером

с компенсированным давлением и регуляторов давления. Металлические детали могут

также пострадать. Поэтому желательно промыть всю ирригационную систему водой, не

внедряя пока химикаты, перед завершением ирригационного цикла. Исключением

могут являться случаи, когда удобно оставить остаточный хлор в трубах для

предотвращения роста водорослей и развития микроорганизмов, которые могут

засорять эмиттеры и фильтры.

Фермер должен измерить время, необходимое для полного вымывания химикатов из

системы. Это можно сделать путем проверки таких химических характеристик, как рН,

ЕС, концентрация хлора и др.

58

Этот шаг может быть пропущен, если частота ирригации очень высока (пульсовая

ирригация в теплицах и отдельных культур), при условии, что компоненты системы

защищены от воздействия вводимых химикатов.

Шаг 3. Расчет времени для фертигации

После выполнения первых двух шагов, фермер может рассчитать время для фертигации

во время сезона для каждой культуры и каждого участка. Графически это изображено

на рис. 27.

Общее время фертигации

Заполнение

системы

ирригации

Время для

фертигации

Промывка ирригационной

системы

Рис. 27: Определение графика фертигации во время ирригационного цикла

Шаг 4. Измерение объема раствора удобрения

На следующей стадии фермер должен решить, как он будет измерять объем фактически

вводимого раствора удобрения. Как говорилось раньше, это можно сделать путем

выливания необходимого объема раствора удобрения в бак и использования

измеряющих устройств. На баки устанавливаются счетчики, регистрирующие скорость

подачи жидкости. Можно также использовать клапаны для измерения количества

удобрений. Механическая модель этих клапанов, устанавливаемых на всасывающем

шланге, ведущем от бака с удобрением к инжектору, открывается при повороте

откалиброванного диска на размер объема вносимого удобрения и закрывается

автоматически после выпущения заданного объема.

А) Дозатор

В) Измерительное отверстие

С) Сопло дозатора

Рис.28 Измеряющие устройства для инжекторов

59

Рис.29 Механическая модель фертиметра «Дишнон»

Fertilizer tank – бак с удобрением

Relief tube – резервуар для сброса жидкости

Control tube – контрольная пробирка

Filter – фильтр

Fertilizing unit – устройство для внесения

удобрения

Fertilizer pump – насос для удобрения

Hydraulic valve – гидравлический клапан

Water meter – счетчик воды

Рис.30. Схема установки фертиметра

9.1 Инструкции по установке гидравлических насосов с фертиметром

Поршень опылителя и диафрагмовый насос перекачивают химикат в виде

прерывающихся пульсов. Для того, чтобы погасить внезапные скачки разрядки,

которые могут повлиять на точность измерений, нужно соблюдать следующие

инструкции:

1. Объем трубы должен как минимум в 4 раза превосходить объем раствора,

впрыскиваемого при каждом пульсе.

2. Верхушка трубы должна быть как минимум на 25 см выше верхушки

контейнера с раствором удобрения.

Чтобы предотвратить загрязнение, вершина трубы должна быть загнута вниз, не

блокируя свободный вход воздуха

60

Аналогичный, но стандартный измерительный клапан может быть установлен

на шланге для поставки воды под давлением на гидравлический насос.

Поскольку измеряется вода, а не раствор удобрения, для этого необходимо,

чтобы насос модели «Амиад» поставлял один объем раствора на каждых 3

объема измеряемой воды, или чтобы диафрагмовый насос ТМВ поставлял один

объем удобрения на каждые 2 объема измеряемой воды. Диск должен быть

откалиброван соответствующим образом.

Передвижные баки и трубки Вентури впрыскивают раствор удобрения

постоянно; гидравлические насосы поставляют раствор в виде дискретных

пульсов. Для таких насосов были разработаны магнитные пульсовые

трансмиттеры. При каждом ударе магнит замыкает электронную цепь,

соединенную с контроллером, который переводит пульсы в объем и

аккумулирует информацию.

Рис.31. Магнитный пульсовой трансмиттер на гидравлическом насосе «Амиад».

Существуют и другие фертиметры, работающие по такому же принципу,

например, электронная модель «Дишнон».

Рис. 32. Электронная модель фертиметра «Дишнон».

61

9.2 Принцип работы электронной модели фертиметра «Дишнон»

Входное отверстие имеет квадратную форму, что направляет поток жидкости на

лопасти. Высокая скорость колеса ограничивается трансмиттером до медленного

вращения диска с двумя керамическими магнитами. Внутри маленького корпуса есть

неконтактный переключатель, чувствительный к магнитному полю. При каждом

повороте диска электрическая цепь замыкается дважды (один раз каждым магнитом) и

открывается, когда магнит отворачивается от корпуса. Электронный счет числа

замыканий в цепи является эквивалентом объема жидкости, протекающей через

фертиметр.

Шаг 5. Определение числа растворов удобрений и используемого

инжектора.

Далее, фермер должен решить, сколько растворов удобрений и сколько инжекторов он

хочет использовать (может ли один инжектор использоваться для разных химикатов,

или же нужно более одного инжектора?). С увеличением числа контейнеров и

инжекторов управлять системой становится сложнее, что увеличивает

привлекательность автоматизации фертигации. Это особенно справедливо для

фертигации теплиц.

Шаг 6. Определение способа начала и завершения фертигации

Фермер уже решил, когда начинать и прекращать фертигацию (см. шаг 3). Теперь ему

предстоит решить, каким образом это делать.

Самым простым способом является помещение шланга в контейнер с раствором

удобрения, когда это необходимо, и выниманием его после впрыскивания

необходимого объема.

Один или более кран может открываться вручную, контролируя поток через бак или

трубку Вентури. После впрыскивания удобрения система продолжает работать без

добавления удобрения к ирригационной воде.

Другой альтернативой является использование педального клапана в конце шланга

внутри контейнера. Это прекращает работу гидравлического насоса «Амиад», когда

уровень раствора удобрения ниже уровня клапана.

Самые современные ирригационные системы работают на гидравлических клапанах,

через которые химикаты протекают, не вступая в контакт с механизмом,

отвечающим за открытие и закрытие клапана. Это защищает механизм от

воздействия химикатов. Существует два основных типа гидравлических клапанов:

нормально открытый и нормально закрытый. Нормально закрытые клапаны

остаются закрытыми до получения команды извне. Поэтому они защищают систему

от сбоев в работе, разбрызгивания удобрения или незапланированного впрыскивания

(см. рис.33).

62

Рис.33. Гидравлический клапан «Амиад» ¾ дюйма

Гидравлические клапаны могут приводиться в рабочее состояние локально (вручную)

или дистанционно. Некоторые открываются вручную и закрываются автоматически,

как механические измерительные клапаны, описанные выше (шаг 4).

Дистанционное управление обычно контролируется контроллерами фертигации,

разнообразные модели которых представлены на рынке.

Рис.34. Контроллер фертигации

63

Шаг 7. Определение степени автоматизации

Размер хозяйства, число орошаемых участков, разнообразие выращиваемых культур,

доступность растворимых удобрений и/ или растворов удобрений, техническая

подготовка операторов – все эти факторы являются решающими при определении

степени автоматизации. Взвешивая относительные преимущества автоматизации,

следует учитывать изначальную инвестицию в оборудование, равно как и расходы на

оплату труда и энергию. К этому следует добавить возможность экономии удобрения,

равно как и стоимость технологии (включая сложные электронные устройства),

необходимой для поддержания оборудования в рабочем состоянии.

Автоматизация начинается с применения самых простых вышеупомянутых

полуавтоматических клапанов (включающихся вручную и закрывающихся

автоматически), вплоть до использования современных компьютеров с полным

контролем условий начала, завершения или прерывания фертигации, в соответствии

с предварительно установленными параметрами времени, поставки воды и

удобрения, давления в системе, а также наружных условий (дождь, температура,

ветер, рН, ЕС и т.д.).

Автоматические контроллеры фертигации работают на внутреннем таймере со

счетчиками воды и удобрений, манометрами и т.д. и гидравлическими клапанами,

которые открываются и закрываются в зависимости от параметров, заданных

контроллером.

При полностью автоматизированной системе фертигация может быть начата:

С заранее установленным промежутком времени после начала ирригации;

После того, как заранее определенный объем воды был зафиксирован счетчиком

воды;

При достижении заранее установленного давления на контрольной головке

В соответствии с информацией, получаемой с орошаемого участка

Или при комбинации этих условий.

Аналогичные соображения в отношении окончания фертигации.

Шаг 8. Дозированная и пропорциональная фертигация

При наличии оборудования следует выбрать вид фертигации. Существуют две

основные модели: дозирование и пропорциональная фертигация.

Дозирование:

Этот вид основан на решении использовать заданный объем удобрения за имеющееся

время в соответствии с рис.27, вне зависимости от концентрации химиката в

ирригационной воде.

При принятии такого решения впрыскивание может быть начато сразу после

стабилизации ирригационной системы. Это рекомендуемый метод впрыскивания

элементов питания с низкой подвижностью в почвенном профиле, таких, как ионы

ортофосфата (H2PO4-).

Если цикл ирригации намного длиннее времени, необходимого для фертигации, то

ее следует проводить перед концом ирригационного цикла. Этот вариант

рекомендуется для слабощелочных элементов питания, таких, как нитрат (NO3),

поскольку всегда существует опасность того, что элемент питания может быть

занесен слишком глубоко в почвенный профиль, ниже активной корневой системы.

64

При наличии достаточного количества времени, можно использовать растворы двух

или более различных удобрений, одного за другим (с учетом соображений,

изложенных выше).

Следует понимать, что при дозировании концентрация питательных элементов

может оставаться постоянной в ирригационной воде (как в инжекторе Вентури) или

же уменьшаться со временем.

Общее время ирригации


системы

ирригации

Время для фертигации Промывка

ирригационной

системы

Фертигация

дозированием

A) Дозирование начинается со стабилизацией системы с нещелочными элементами

питания.



системы

ирригации



системы

Фертигация

дозированием

B) Дозирование со щелочными элементами питания, отложенное на конец

ирригационного цикла.

Рис. 35. График фертигации дозированием.

Пропорциональная фертигация

Эта опция требует поддержания постоянной концентрации элементов питания в

ирригационной воде на протяжении всего времени фертигации.

Этот метод предпочтителен для теплиц и отдельных культур, корни которых

ограничены малым объемом, при высокой частоте ирригации.

Пропорциональная фертигация гарантирует высокий уровень контроля рН воды для

орошения, электропроводности (ЕС) и правильного баланса между элементами

питания, в соответствии с конкретными потребностями культуры.

По мере усложнения оборудования и знакомства фермеров с преимуществами

фертигации, пропорциональная фертигация приобретает все большее

распространения в садах и огородах.

Пропорциональность достигается и регулируется за счет использования счетчиков,

упомянутых в описании шага 4, которые работают независимо или подчиняются

командам контроллеров фертигации.

Большая часть гидравлических насосов увеличивает скорость впрыскивания по мере

роста давления (и разрядки) системы и сокращает ее при падении давления. Таким

образом, пропорциональность практически привязана к изменениям давления. Среди

описанных моделей менее подвержена воздействию модель «Дозатрон».

При наличии сложных контроллеров, пропорциональность поддерживается

электронным процессором, обрабатывающим информацию о ходе ирригации

(информация предоставляется электронными счетчиками воды). Процессор

посылает соответствующие сигналы на гидравлический клапан инжектора,

65

контролируя скорость впрыскивания в соответствии с разрядкой ирригационной

системы. Параметры процессора устанавливается заранее для впрыскивания Х

литров раствора удобрения А, У литров раствора удобрения В и т.д. на каждый

кубометр ирригационной воды.

Следует проверять периодически точность оборудования.

В идеале постоянная концентрация элементов питания поддерживается на

протяжении всего времени фертигации, но это время может быть ограничено на

основании таких соображений, как впрыскивание кислот или хлора для

профилактики ирригационного оборудования.

Пропорциональная фертигация за имеющееся время. Каждая полоска представляет

собой пульс гидравлического насоса.



системы

ирригации



системы

Рис.36. Пропорциональная фертигация

Следует четко понимать, что дозирование и пропорциональная фертигация могут

комбинироваться в зависимости от потребностей фермы. Таким образом, на глинистых

почвах с большой способностью удерживать обмениваемые ионы аммония (NH4+) и

калия (K+), эти элементы питания могут периодически использоваться в больших

количествах, в то время как мочевина, которая свободно передвигается в

ирригационной воде, может применяться пропорционально.

А) Бак с удобрением

В) Трубка Вентури

С) Бак с внутренним мешком

D) Гидравлический насос

Time – время

Concentration - концентрация

Рис.37. Сравнение концентрации химиката в ирригационной воде со временем при

разных методах внесения удобрения.

66

Injector only – только инжектор

Fertilizer concentration – концентрация удобрения

Surface – поверхность

Irrigated profile – орошенный профиль

Injector & Automation – инжектор и автоматика

Irrigation time – время орошения

End of irrigation – окончание орошения

Tank method – метод с использованием бака

Рис.38. Сравнение концентрации химиката в ирригационной воде и потенциального

распространения в прикорневой зоне при разных способах впрыскивания.

67

ПРИЛОЖЕНИЕ

Вспомогательные таблицы, определения и уравнения

Таблица 6. Химические эквиваленты некоторых ионов

Эквивалентный вес (г) катионы Эквивалентный вес (г) анионы

Ca++ 20.04 Cl- 35.46

Мg++ 12.16 SO4- 48.03

Na+ 23.0 ЧCO3- 61.0

K+ 39.1 NO3- 62.0

NH4+ 18.0 Ч2PO4- 97.0

Таблица 7. Классификация по значению рН

Степень Значение рН

Умеренно кислотный 5.6-6.0

Слегка кислотный 6.1-6.5

Нейтральный 6.6-7.3

Слабощелочной 7.4-7.8

Умеренно щелочной 7.9-8.4

Сильнощелочной 8.5-9.0

Таблица 8: Полезные факторы конверсии

От До Умножить на

P2O5 P 0.44

P P2O5 2.3

PO4 P 0.33

P PO4 3.076

K2O K 0.83

K K2O 1.2

CaCO3 Ca 0.4

Ca CaO 1.40

CaO Ca 0.71

Ca CaCO3 2.5

NO3 N-NO3 0.23

N-NO3 NO3 4.4

NH4 N-NH4 0.82

N NH4 1.28

Мg МgO 1.66

МgO Мg 0.60

68

Глоссарий

Эквивалентный вес: это вес в граммах любого материала, который может

комбинировать или заменить один грамм кислорода. Он равен атомному вес иона,

поделенному на его валентность.

Например: атомный вес кальция составляет 40.08, valence = 2.

Эквивалентный вес = 40.08/2 = 20.04 г.

Миллиэквивалент (мeq): одна тысячная часть эквивалента (эквивалентного веса).

Миллионные части (ppм): мг/л или г/м³.

рН – символ обозначения относительной кислотности или щелочности веществ, и, в

частности, почв. Значение рН равное 7.0 соответствует нейтральности, более высокие

значения обозначают щелочность, а более низкие – кислотность.

Щелочность – химический термин, относимый к основной химической реакции, когда

показатель рН больше 7.0; для кислой реакции, наоборот, показатель рН ниже 7.0.

Доступный элемент питания – количество элемента питания или вещества, которое

может легко поглощаться и усваиваться растениями в процессе роста.

Электрическая проводимость – величина, обратная сопротивлению. Характеризует

протекание тока через образцы или субстраты почвы. Напрямую связан с содержанием

солей в почве. Измеряется в миллимох/ см, микромох/ см или децисименс/ м.

69

Формулы

Список формул (в алфавитном порядке)

D(%) = 100 x Fc(v) / Qr 14

Fc(%) = 100 * q / (q + 1,000 x Q) 3

Fc(v) = 100 x Nc(w) / (Nc(%) x Sw) 12

Fc(w) = 100 x Nc(w) / Nc(%) 11

Ft = Fv x A 7.2

Ft = Fw x A 7.1

Ft = Tv x D(%) / 100 15

Fv = Fw / Sw 6

Fw = 100 x Nw / Cn(%) 5

q = 4 x Tv / t 8

q = A * Fv / t 1

q = Fc(v) x Q 9

q = Ft / t 1 10

Qr = q / Q 13

t = 4 x Tv / q 4

Tv = Fv * A 2

Список формул (в цифровом порядке)

1 q = A * Fv / t

2 Tv = Fv * A

3 Fc(%) = 100 * q / (q + Q)

4 t = 4 x Tv / q

5 Fw = 100 x Nw / Nc(%)

6 Fv = Fw / Sw

7.1 Ft = Fw x A

7.2 Ft = Fv x A

8 q = 4 x Tv / t

9 q = Fc(v) x Q

10 q = Ft / t

11 Fc(w) = 100 x Nc(w) / Nc(%)

12 Fc(v) = 100 x Nc(w) / (Nc(%) x Sw)

13 Qr = q / Q

14 D(%) = 100 x Fc(v) / Qr

15 Ft = Tv x D(%) / 100

70

Перечень символов и формулы, где эти символы используются

(по номеру формулы)

A = площадь [ га ] (1,2,7)

D(%) = процент разведения [ % ] (14,15)

Fc(%) = концентрация удобрения [ % ] (3)

Fc(v) = концентрация удобрения (по объему) [л/м3] (9,12,14)

Fc(w) = концентрация удобрения (по весу) [г/м³] (11)

Ft = количество удобрения на оборот ирригации [л или кг] (7,10,15)

Fv = доза внесения удобрения (по объему) [л/га] (1,2,6,7)

Fw = доза внесения удобрения (по весу) [кг/га] (5,6,7)

Nc(%) = концентрация элементов питания в удобрении [%] (5,11,12)

Nc(w) = концентрация элементов питания в поливной воде [ppм] (11,12)

Nw = доза элементов питания (по весу) [кг/га] (5)

q = производительность инжектора [л/ч] (1,3,4,8,9,10,13)

Q = проивзодительность ирригационной системы [м³ /ч] (3,9,13)

Qr = коэффициент рассеяния [л/м3] (13,14)

Sw = пллотность раствора удобрения [г/cc] (6,12)

[кг/л]

t = длительность внесения удобрения [ч] (4,8,10)

Tv = объем резервуара [л] (2,4,8,15)

71

ФОРМУЛА 1

q = A * Fv / t

q = производительность инжектора [л/ч ]

A = площадь [ га ]

Fv = доза внесения удобрения [ л/га ]

t = длительность внесения удобрения [ ч ]

ФОРМУЛА 2

Tv = Fv * A

Tv = объем резервуара [ л ]

Fv = доза внесения удобрения [ л/ га ]

A = площадь [ га ]

ФОРМУЛА 3

Fc(%) = 100 * q / (q + Q)

Fc(%)= концентрация удобрения в ирригационной системе [ % ]

q = производительность инжектора [ л/ч ]

Q = производительность ирригационной системы [ м3 /ч ]

ФОРМУЛА 4

t= 4 x Tv / q




ФОРМУЛА 5

Fw = 100 x Nw / Cn(%)

Fw = доза внесения удобрения (по весу) [ кг/га ]

Nw = доза питания (по весу) [ кг/га ]

Nc(%) = концентрация элементов питания в удобрении [ % ]

72

ФОРМУЛА 6

Fv = Fw / Sw

Fv = доза внесения удобрения (по объему) [ л/га ]


Sw = удельный вес раствора удобрения [ кг/л ]

ФОРМУЛА 7

Ft = Fw x A

Ft = Fv x A

Ft = количество удобрения за ирригационный оборот [ л или кг ]


Fv = доза внесения удобрения (по объему) [ л/га ]

A = площадь, подвергаемая фертигации, за ирригационный оборот [ га ]

ФОРМУЛА 8

q = 4 x Tv / t

q = производительность резервуара [ л/ч ]



ФОРМУЛА 9

q = Fc(v) x Q

q = Производительность инжектора [ л fert/ч ]

Fc(v) = концентрация удобрения (по объему) [л fert / м3 water]

Q = производительность системы [ м³ воды/ч ]

ФОРМУЛА 10

q = Ft / t

q = Производительность инжектора [ л/ч ]

Ft = раствор удобрения, подлежащий внесения за время ирригационного

оборота [ л ]

t = длительность фертигации [ ч ]

73

ФОРМУЛА 11

Fc(w) = 100 x Nc(w) / Nc(%)

Fc(w) = концентрация удобрения (по весу) [г/м³]

Nc(w) = концентрация элементов питания в ирригационной воде [ ppм ]


ФОРМУЛА 12

Fc(v) = 100 x Nc(w) / (Nc(%) x Sw)

Fc(v) = концентрация удобрения (по объему) [ л/м3 ]

Nc(w) = концентрация элементов питания в ирригационной воде [ ppм ]


Sw = удельный вес раствора удобрения [ г/cc ]

ФОРМУЛА13

Qr = q / Q

Qr = коэффициент рассеяния [ л/м3 ]


Q = производительность системы [ м³/ч ]

ФОРМУЛА 14

D(%) = 100 x Fc(v) / Qr

D(%) = процент разведения [ % ]

Fc(v) = концентрация удобрения (по объему) [ л/м3 ]

Qr = коэффициент рассеяния [ л/м3 ]

ФОРМУЛА 15

Ft = Tv x D(%) / 100

Ft = количество удобрения за ирригационный оборот [ л или кг ]


D(%) = процент разведения [ % ]

Date post:	06-Aug-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	12 times
Download:	0 times

FERTILIZATION COMBINED WITH IRRIGATION ... - matc.mfa.gov.il · 6 В некоторых...

Documents