Краткий ответ
Система капельного орошения медленно подаёт воду непосредственно к корням растений через трубки низкого давления и капельницы. Вода проходит от источника через устройство защиты от обратного потока, фильтр, инжектор удобрений при его наличии и регулятор давления, затем по магистральным трубопроводам и поливным линиям поступает к капельницам с расходом примерно 0.5-8 L/h каждая. Обычно такая система расходует значительно меньше воды, чем дождевание.
Что такое система капельного орошения?
Система капельного орошения — это сеть трубопроводов низкого давления и капельниц, которая медленно подаёт воду, а часто и удобрения, непосредственно в корневую зону каждого растения. В отличие от дождевателей, смачивающих всю поверхность поля, капельное орошение подаёт воду линейно или точечно вблизи корней, поэтому потери на испарение, поверхностный сток и снос ветром значительно меньше.
В широком смысле система орошения — это любое инженерное решение для снабжения культур водой в дополнение к осадкам: поверхностное орошение затоплением и по бороздам, дождевание, полив круговыми дождевальными машинами и локализованное орошение. Капельный полив относится к локализованному орошению наряду с микродождеванием. В этом руководстве объясняется, как работает капельное орошение, для чего нужен каждый компонент, как его применяют для овощей, деревьев и гидропоники, а также каковы его преимущества и недостатки. Практические схемы полива грядок и контейнеров приведены в материале «Капельное орошение для овощей и небольших хозяйств».
Как работает капельное орошение?
Вода поступает от источника через насос или напорную сеть, очищается фильтром, её давление снижается до расчётного значения, после чего она распределяется по магистральным и распределительным трубопроводам к поливным линиям — капельным трубкам, проложенным вдоль каждого ряда. Капельницы, встроенные в трубки или установленные на них, снижают давление за счёт узкого лабиринта или мембраны и подают воду с заданным расходом, обычно около 0.5–8 L/h на капельницу.
Благодаря небольшому расходу вода впитывается и распространяется в почве под действием капиллярных сил, формируя под каждой капельницей контур увлажнения. В песчаной почве он глубокий и узкий, в глинистой — широкий и неглубокий. Расстояние между капельницами и продолжительность полива выбирают так, чтобы соседние контуры перекрывались, образуя непрерывную увлажнённую полосу вдоль ряда, либо чтобы каждое дерево получало достаточный объём увлажнённой почвы.
Полив проводят короткими частыми циклами, поддерживая влажность корневой зоны близкой к оптимальной, вместо редких обильных поливов. Именно поэтому капельное орошение хорошо сочетается с автоматизацией и фертигацией: питательные вещества вносят часто и небольшими порциями туда, где корни могут их усвоить.
Из каких компонентов состоит система капельного орошения?
Любая система капельного орошения — от садового комплекта до сада площадью 100 гектаров — включает одни и те же основные элементы. В таблице приведены компоненты системы орошения и параметры, которые следует проверить при покупке.
| Компонент | Назначение | Распространённые типы | Что проверить |
|---|---|---|---|
| Источник воды и насос | Обеспечивают расход и давление | Водопровод, скважина, пруд, бак; поверхностный или погружной насос; питание от солнечной энергии или привод от двигателя | Расход при требуемом давлении, а не только максимальный расход |
| Устройство защиты от обратного потока / обратный клапан | Предотвращает обратное поступление поливной воды и удобрений в источник | Обратный клапан, узел с двумя обратными клапанами, антисифонный клапан | Требования местных норм, особенно при внесении химических средств |
| Фильтр | Удаляет частицы, засоряющие капельницы | Сетчатый, дисковый, песчаный фильтр, гидроциклон | Требуемая производителем капельниц тонкость фильтрации в mesh или микронах; способ очистки |
| Инжектор удобрений | Добавляет питательные вещества в поливную воду | Инжектор Вентури, пропорциональный инжектор, дозирующий насос с контролем EC/pH | Подача инжектора относительно расхода воды в зоне |
| Регулятор давления | Снижает и стабилизирует давление | Пружинный регулятор, редукционный клапан | Соответствие выходного давления и диапазона расхода параметрам зоны |
| Клапаны | Открывают и перекрывают подачу воды в зоны | Ручной шаровой кран, электромагнитный клапан, гидравлический клапан | Размер, потери давления, напряжение |
| Контроллер / таймер | Управляет поливом зон по расписанию | Таймер на кран, многозонный контроллер, интеллектуальный контроллер с беспроводной связью или Wi-Fi | Количество зон, входы для датчиков, удалённый доступ |
| Магистральные и распределительные трубопроводы | Подают воду к каждому участку | PVC, PE (полиэтилен), плоскосворачиваемый шланг | Диаметр, обеспечивающий допустимые потери на трение |
| Поливные линии (капельные трубки) | Подают воду вдоль ряда | Капельная лента, трубка со встроенными капельницами, глухая трубка с наружными кнопочными капельницами | Толщина стенки, шаг капельниц, расход, максимальная длина линии |
| Капельницы | Подают воду с заданным расходом | Некомпенсированные, компенсированные, регулируемые капельницы, микрораспылитель | Расход, диапазон давления, устойчивость к засорению |
| Фитинги и промывочные клапаны | Соединяют линии и закрывают их концы | Штуцерные типа «ёлочка», компрессионные, с фиксатором; концевые заглушки; автоматические промывочные клапаны | Совместимость с размером труб и номинальное давление |
Фильтрация: от неё зависит срок службы
Каналы капельниц имеют малое сечение, поэтому фильтрация поливной воды — важнейшая мера защиты системы. Агроконсультационная служба Университета штата Канзас рекомендует сетчатые фильтры 150–200 mesh для скважинной или водопроводной воды и считает песчаные фильтры необходимыми для поверхностной воды. Дисковые фильтры дороже сетчатых, но имеют большую грязеёмкость и легко очищаются. См. наше сравнение дисковых, песчаных и сетчатых фильтров; для крупных хозяйств подходит автоматический дисковый фильтр с зубчатым приводом, который выполняет обратную промывку без остановки полива.
Регулятор давления для капельного орошения
Капельные трубки рассчитаны на низкое давление: Университет штата Канзас указывает 8–15 psi (примерно 0.5–1 bar) для большинства капельных трубок, тогда как более прочные трубки часто выдерживают 1–3 bar и выше. Давление в магистрали и на выходе насоса обычно выше, поэтому после фильтра устанавливают регулятор давления системы капельного орошения, также называемый редуктором давления. Он защищает ленту и фитинги и поддерживает равномерный расход. Компенсированные капельницы выравнивают расход на склоне или вдоль длинной поливной линии, но также имеют ограничение по максимальному давлению. В крупных системах на каждой зоне устанавливают редукционные клапаны, а для защиты магистралей — предохранительные клапаны сброса давления.
Трубки и фитинги для капельного орошения
Поливные трубки выпускают в трёх основных вариантах. Тонкостенная капельная лента недорога, и при выращивании овощей её обычно заменяют каждый сезон. Капельная трубка со встроенными капельницами имеет более толстую стенку и приваренные изнутри капельницы, поэтому служит много сезонов. В глухой трубке из PE, обычно диаметром 16 mm или 1/2 дюйма, наружные кнопочные капельницы устанавливают в проделанные отверстия там, где это необходимо, что удобно для деревьев, кустарников и горшков. Фитинги должны точно соответствовать наружному или внутреннему диаметру трубки; сочетание разных стандартов размеров часто приводит к утечкам. Подробнее — в материале «Капельная лента и капельная трубка: сравнение».
Контроллеры полива, таймеры и датчики дождя
Таймер полива может быть простым устройством на батарейках, установленным на кран, или многозонным контроллером, управляющим электромагнитными клапанами. Современные контроллеры дополняют датчиком дождя, который пропускает циклы полива после осадков, датчиками влажности почвы, расходомерами и дистанционным управлением по Wi-Fi или другой беспроводной связи. В коммерческих хозяйствах контроллер часто совмещают с системой фертигации: система орошения и внесения удобрений для сельхозугодий на базе IoT объединяет планирование полива зон, дозирование удобрений и запись данных в одном устройстве. В нашем руководстве по интеллектуальным контроллерам полива приведено сравнение вариантов.
Какие бывают системы капельного орошения?
- Поверхностное капельное орошение: лента или капельная трубка укладывается на почву либо под мульчирующую плёнку. Стандартное решение для овощей и клубники.
- Подпочвенное капельное орошение (SDI): капельная трубка закладывается на глубину 15–45 cm и остаётся там на много лет. Применяется для полевых культур, газонов и некоторых плодовых садов; требует тщательной фильтрации и защиты от проникновения корней.
- Точечное капельное орошение деревьев: две или более капельницы на дерево либо кольцо капельной трубки вокруг ствола, которое расширяют по мере роста кроны. В системах капельного орошения плодовых деревьев часто используют компенсированные капельницы, поскольку участки садов редко бывают ровными. См. материал «Капельное орошение для садов и полей».
- Микрокапельный полив горшков и подвесных корзин: микротрубки и капельницы-колышки, подключённые к подающей линии 16 mm; применяются в питомниках и теплицах.
- Капельные гидропонные системы: капельницы подают питательный раствор растениям в инертном субстрате, например кокосовом субстрате, минеральной вате или перлите. В рециркуляционных системах дренаж возвращается в бак для фильтрации и повторного использования.
Как капельное орошение используют в гидропонике?
Капельная гидропоника — наиболее распространённый метод беспочвенного выращивания плодовых культур, таких как томаты, огурцы, перец и клубника. Каждое растение размещают в мате, мешке или ведре с субстратом, а капельница-колышек подаёт питательный раствор несколько раз в час в светлое время суток. Растениевод контролирует EC и pH как подаваемого раствора, так и дренажа, и регулирует частоту полива для достижения целевой доли дренажа, часто примерно 10–30%.
Компоненты те же, что и в системе для почвенного выращивания, но вместо простого инжектора используются бак питательного раствора и дозирующий узел. Фермы в помещениях также применяют капельный полив для листовой зелени на многоярусных стеллажах, как в нашей фабрике растений для выращивания листовой зелени в помещении с капельным орошением. Сравнение капельного полива с NFT, DWC и системой прилив-отлив приведено в материале «Типы гидропонных систем: подробный обзор».
Как спроектировать систему капельного орошения?
Проектирование системы капельного орошения выполняют в одной и той же последовательности при любом масштабе:
- Проанализируйте воду. Определите содержание взвешенных веществ, железа и марганца, жёсткость, pH и солёность. Эти показатели определяют тип фильтра и необходимость обработки кислотой или другими средствами.
- Оцените потребность культуры в воде. Используйте местные данные об эвапотранспирации и коэффициенты культуры, чтобы определить пиковое суточное водопотребление на растение или квадратный метр.
- Выберите поливные линии и капельницы. Подберите шаг и расход с учётом типа почвы, схемы посадки и глубины залегания корней.
- Разделите участок на зоны. Общий расход каждой зоны (количество капельниц × расход одной капельницы) не должен превышать производительность источника воды.
- Подберите диаметры труб. Рассчитайте магистральные и распределительные трубопроводы и коллекторы так, чтобы перепады давления из-за потерь на трение и разницы высот оставались в допустимых для капельниц пределах. Обычно целевой перепад по зоне составляет около 10–20%.
- Подберите насос. Рабочая точка насоса должна обеспечивать пиковый расход зоны при давлении, необходимом для капельниц, с учётом потерь в трубах, фильтрах, клапанах и инжекторах.
- Выберите головной узел. Фильтр, оборудование фертигации, регулирования давления и управления подбирают по пиковому расходу.
- Предусмотрите обслуживание. Установите промывочные клапаны на концах поливных линий, манометры до и после фильтров и обеспечьте доступ для очистки.
Каковы преимущества и недостатки капельного орошения?
| Преимущества | Недостатки |
|---|---|
| Высокая эффективность использования воды; расход может быть существенно ниже, чем при дождевании | Более высокая стоимость материалов на гектар по сравнению с поливом по бороздам |
| Сухая листва снижает поражение листовыми болезнями | Без качественной фильтрации и водоподготовки капельницы засоряются |
| Работает при низком давлении, снижая энергозатраты на перекачку воды | Линии могут повреждаться грызунами, техникой и инструментами |
| Точная фертигация и автоматизация | В засушливом климате соли могут накапливаться по краям зоны увлажнения |
| Меньше сорняков и более сухие проходы для полевых работ | Тонкая капельная лента образует пластиковые отходы, если её не перерабатывать |
| Подходит для склонов и полей неправильной формы при использовании компенсированных капельниц | Требует регулярных проверок; неисправности менее заметны, чем при дождевании |
Покупка системы капельного орошения или компонентов
Для сада или огорода обычно достаточно комплекта капельного орошения с трубками, капельницами, фильтром и регулятором. Для фермы или теплицы выбирайте поставщика оборудования для орошения, который рассчитывает систему по плану вашего участка, анализу воды и плану выращивания культур, а не просто комплектует её по списку деталей. Mars Vertical Farm производит оборудование для фильтрации, фертигации и управления орошением, имеет сертификацию ISO 9001 и осуществляет поставки для проектов OEM/ODM. Ознакомьтесь с ассортиментом оборудования для орошения, фертигации и водоподготовки или пришлите нам план участка и анализ воды, чтобы получить рассчитанное под ваши задачи решение и коммерческое предложение.
