Организация полива в теплице. Эксплуатация и обслуживание систем

У сельхозкультур, растущих в почве, формируется более крупная корневая система, так как вода в грунте перемещается медленнее и распределяется на большей площади, чем при выращивании по малообъемной технологии в субстрате. Субстрат служит основой для закрепления корней, а все питательные вещества поставляются с поливом. В малообъемной технологии корневая система формируется компактнее, чем в почве, поэтому растения быстрее реагируют на неблагоприятные условия корневой зоны. Такие системы требуют более тщательного контроля полива и питания.
Орошение с растворенными в воде удобрениями называют фертигацией. Она позволяет вносить сбалансированное количество необходимых элементов в зависимости от фазы роста.

Типы полива

Проводить полив можно разными способами.

Полив сверху осуществляют в промышленном производстве с помощью дождевальных установок. Его часто применяют в питомниках, поскольку каждый источник орошает множество растений на большой площади.

Ручной полив является наименее эффективным методом орошения, поскольку субстрат не успевает впитывать большой объем воды, поступающий с высокой скоростью. В несовременных тепличных хозяйствах таким образом все ещё поливают рассаду.

При малообъемном выращивании растений в теплицах системы полива различаются в зависимости от технологии производства культур (NFT, DFT, аэропонные системы, технология прилив/отлив).
NFT (технология питательного слоя), или проточная технология. В этом случае растения снабжают водой и питательными элементами при регулярной циркуляции раствора. Система состоит из труб, находящихся под уклоном 0,2-3%, в отверстия которых размещают растения.

Сверху постоянно подается питательный раствор, который стекает по трубам вниз с такой скоростью, которая требуется для поддержания корней влажными. Слой питательного раствора должен быть как можно тоньше, почти как пленка. И в то же время все растения в ряду нужно обеспечивать необходимым количеством элементов питания. Диаметр труб зависит от выращиваемой культуры (4-8 см – для салата и зеленных культур, 15 см –для томата и перца), длина колеблется от 1 до 20 метров.

В основном эту технологию используют для производства скороспелых культур – салата и зелени, поскольку она имеет недостатки. Например, любые перебои в подаче раствора сказываются на росте, также есть риск распространения болезней, передающихся через корни.

Технология глубокого потока (DFT) также применяют для скороспелых культур со сроком вегетации от 4 до 12 недель. Но в отличие от NFT, где водная пленка на корнях максимально тонкая, при DFT слой питательного раствора имеет глубину около 5-15 см. На поверхности раствора размещают плавучие кассеты из полистирола, где в фиксированных отверстиях вставляют горшочки с растениями. Таким образом корни постоянно находятся в питательном растворе, а листья его не касаются. Полное покрытие площади раствора кассетами сводит к минимуму рост водорослей. Систему устанавливают на рабочей высоте, чтобы можно было легко сажать и собирать урожай.

Большое количество раствора упрощает контроль за водным и питательным режимами, позволяет стабилизировать температуру.

Но, как и в системе NFT, существует риск распространения патогенов через циркулирующий раствор. Также нужно следить, чтобы в воде было достаточно кислорода (4-8 мг/л) – чем выше температура воды, тем его содержание меньше. Важным аспектом является качество воды. Необходимо 1 раз в 2-3 недели проводить смену питательного раствора, так как в нем накапливаются разложившиеся остатки, сера и балластные элементы.

В аэропонных системах выращивания корни растений подвешены в объеме, где форсунки регулярно опрыскивают корни питательным раствором, обеспечивая постоянное их увлажнение. Таким образом в корневой зоне создается и поддерживается влажность около 100% с постоянным доступом кислорода. Аэропонные системы также не используют для крупных растений с продолжительным периодом вегетации из-за недостатков, описанных в технологии NFT.

Система прилив/отлив

При такой системе полива растения выращивают в контейнерах или поддонах, которые располагают на водонепроницаемой поверхности (специальных столах или бетонных полах). Для этого ей придают определенный наклон и организуют дренажные каналы. Во время полива контейнеры заполняют раствором так, чтобы их дно погрузилось в воду. Продолжительность затопления зависит от капиллярности субстрата – нужно, чтобы раствор дошел до верхней части корневой зоны. В среднем время подтопления составляет 10-30 минут. После этого раствор должен полностью уйти, чтобы предотвратить повреждение корней и возникновение болезней. Слитый питательный раствор используется повторно после проверки Ес, рН и корректировок.

Капельное орошение. Преимущества и недостатки

Капельный полив с помощью полиэтиленовых труб и капельниц обеспечивает локальную подачу воды или раствора с удобрениями непосредственно в зону расположения корней. Он равномерно подает воду к каждому растению, что позволяет легко регулировать водно-воздушный и питательный режим.

Капельное орошение в основном используют там, где оно экономически эффективно – в южных регионах в открытом грунте и для полива культур в теплицах, поскольку каждое выращиваемое там растение имеет высокую ценность и финансово окупается.

Капельные линии бывают двух типов:

- со встроенными капельницами, которые располагают на поверхности почвы или зарывают в нее;
- с внешними капельницами, которые вставляют в отверстия капельной линии и используют для полива культур, выращиваемых по гидропонной технологии.

Капельный полив значительно повышает урожайность и снижает затраты за счет следующих преимуществ:

- сокращение количества воды и удобрений на единицу продукции из-за уменьшения поливной площади, сокращения испарения и лучше регулируемой подачи раствора;
- снижение трудозатрат, в том числе благодаря автоматическому управлению и контролю;
- быстрый рост и хорошее развитие корневой системы;
- отсутствие воды на листьях, что предотвращает риск возникновения и распространения заболеваний;
- независимость от внешних условий;
- равномерность орошения независимо от топографии местности, а также сокращение поверхностного стока и предотвращение водной эрозии участка;
- исключение фильтрации в нижележащие слои и вторичного засоления при близком залегании грунтовых вод;
- возможность выращивать культуры на легких песчаных почвах;
- уменьшение количества сорняков;
- проведение полива независимо от других работ в поле.

Однако у системы есть несколько недостатков:

- высокие затраты на оборудование, его монтаж и техническое обслуживание;
- повреждение капельниц из-за некачественной воды;
- периодическая замена капельниц и труб, рост объема отходов.

Давление воды в системе, благодаря которому осуществляется равномерное орошение, обеспечивают насосы. Они автоматически забирают воду из источника, фильтруют, смешивают с удобрениями, транспортируют по капельным линиям и подают непосредственно к растениям.

Для правильной водоподготовки нужно провести анализ источника водоснабжения и подобрать фильтры.

Источники воды для полива

Источниками орошения служат грунтовые, поверхностные, коммунальные и дождевые воды.

Поверхностные воды могут быть загрязнены солями, недостаточно очищенными сточными или ливневыми водами. Если вода протекает через сельскохозяйственные районы, то есть риск занесения в теплицу патогенных микроорганизмов и остатков пестицидов.

Состав поверхностных вод меняется в течение года, что требует более частого проведения анализов. Летом они имеют более высокую щелочность в связи с деятельностью сине-зеленых водорослей и разложением гидрокарбонатов на СО2 и ОН-.

Качество грунтовых вод более постоянно и зависит от местности, они не содержат патогенов. Ее достаточно проверять каждые 6-12 месяцев.

В поверхностных водах по сравнению с подземными обычно больше нитратов и фосфатов, а в грунтовых – больше карбонатов, микроэлементов и фтора.

Дождевая вода является наиболее чистой, для ее использования нужны системы для сбора и хранения. Дождевую воду обычно подмешивают к другим источникам водоснабжения.

Водопроводная вода непригодна для малообъемной технологии, если она обработана хлором и содержит большое количество кальция. Важно, чтобы хлориды составляли менее 1,5 ммоль/л для открытых систем и менее 0,5 ммоль/л для систем с рециркуляцией дренажного раствора.

Требования к качеству поливной воды

Основные показатели поливной воды, на которые нужно обратить внимание, – это общая концентрация растворимых солей (Ес), содержание бикарбонатов, кальция, магния, натрия, хлора, бора и других элементов.

Eс показывает общее количество растворенных солей в воде. Его величина возрастает при росте ионов в растворе. Основное влияние на Ес оказывают ионы кальция, магния, хлора и натрия.

В системах NFT или при рециркуляции питательного раствора рекомендуется использовать только первый класс воды, Ес которой не превышает 0,5 мСм/см. Для капельного полива подойдет вода с Ес не более 0,75 мСм/см. Воду с Ес от 0,75 до 1,5 мСм/см можно применять в системе капельного полива при хороших промывных свойствах субстрата.

Бикарбонаты (HCO3-) и карбонаты (СО3-) в воде влияют на ее щелочность и характеризует устойчивость к подкислению. Вода с рН от 5 до 8 ед. содержит в основном HCO3-, а при рН=8,0 ед. и более – преимущественно ионы СО3-.

Вода, в которой бикарбонатов более 4 мМ/л (244 мг/л), требует водоподготовки: нейтрализации избытка бикарбонатов кислотой. Бикарбонаты нейтрализуют азотной или фосфорной кислотой, оставляя для буферности 2 мМ/л бикарбонатов (рН около 6,0 ед.). При такой кислотности предотвращается осаждение солей Са и Mg в трубах. Азот или фосфор, поступившие вместе с кислотой, учитываются при составлении питательного раствора. Обычная норма гидрокарбонатов 0,5–1 мМ/л. При рН раствора = 5,5 ед. в воде обычно остаётся 1 мМ/л HCO3-, при рН = 5 ед. – 0,3 мМ/л и менее гидрокарбонатов, и раствор быстро подкисляется. Общее содержание свободных ионов HCO3- в растворе не должно превышать суммы ионов Са2+ и Mg2+.

Добавление кислоты производят до резервуара запаса воды, чтобы в нем проходила реакция.

Натрий и хлор являются балластными элементами, их высокая концентрация оказывает токсичное действие на растения. Поливная вода с уровнем натрия или хлора выше 1,5 мМ/л не подходит для NFT и других систем с рециркуляцией питательного раствора, так как приведет к накоплению солей из-за низкого поглощения растениями этих ионов. Натрий накапливается быстрее, чем хлор. Содержание Na в питательном растворе более 60 мг/л вызывает токсичность и препятствует поступлению Са, Mg, К в растения. Хлор снижает поглощение нитратов и фосфатов.

В присутствии серы и бикарбонатов в воде натрий образует токсичное соединение NaHCO3. К вредным соединениям также относятся Na2CО3, NaCl, Na2SО4, MgCl2, СаС12.

Анион SО42- необходим растениям, но высокое его содержание в поливной воде наносит им вред. При количестве серы более 60 мг/л (SО42- более 150 мг/л) усиливается усвояемость Na и снижается поглощение Са. Кроме того, в анаэробной среде сульфатные ионы восстанавливаются до сероводорода, который угнетает корневую систему. Увеличенный объем сульфатов приведет к выпадению осадка при концентрировании удобрений в баках A и B. Негативное влияние высоких концентраций сульфат-ионов устраняют повышением уровня кальция в питательном растворе или добавлением в воду СаСО3 с активным перемешиванием воды. В результате избыток серы выпадет в осадок в виде нерастворимого соединения СаSО4.

Кальция и магния в воде должно быть меньше, чем в питательном растворе. В противном случае нарушается соотношение ионов К+, Са2+ и Mg2+, проявляется их антагонизм и сокращается поглощение калия растениями. Общее количество солей кальция и магния отражает жесткость воды, один градус которой обозначает концентрацию кальция и магния, эквивалентную 10 мг/л СаО. Присутствие кальция увеличивает риск выпадения осадка в виде сульфата кальция, который приводит к засорению и блокировке оросительного оборудования.

Количество кальция, калия, магния, азота, серы и фосфора в поливной воде следует учитывать при составлении питательного раствора.

Жёсткость воды и осаждение солей в системе капельного полива также может быть связано с избытком Fe, Мn, Al, Zn.

Проблемы из-за чрезмерного содержания некоторых ионов в воде

Железо чаще всего присутствует в грунтовых водах. При взаимодействии с кислородом Fe2+ быстро окисляется до Fe3+, выпадая в осадок, и не поглощается растениями. Поэтому его не учитывают при составлении питательного раствора. Железо в поливной воде не должно превышать 1 мг/л, поскольку это вызывает закупорку системы капельного полива и мешает усвоению других элементов.
Марганец также может присутствовать в грунтовой воде в большом количестве. Его избыток не только закупоривает систему полива, но и токсичен для растений. Оптимальное количество Mn в поливной воде составляет не более 0,5 мг/л, иначе он затруднит усвоение железа.

Избыток бора (более 0,3 мг/л) токсичен при рециркуляции питательного раствора, так как он способен накапливаться и при концентрации 1 мг/л вызывает проблемы.

Большое количество цинка затрудняет усвоение железа, поэтому при повышенном Zn норму Fe можно увеличить до 2-2,5 мг/л. В поливной воде для малообъемного выращивания цинка не должно быть более 0,5 мг/л. Необходимо избегать контакта питательного раствора с оцинкованными поверхностями.

Содержание меди более 1 мг/л оказывает токсичное действие на растения – сжигает корневые волоски, в результате усиливается рост боковых корней. Следует исключить контакт питательного раствора с медными и латунными изделиями.

Концентрация молибдена не должна превышать 0,25 мг/л. В случае его избытка в питательном растворе сокращается поступление меди в растения.

Система фильтров и подготовка воды

Фильтрационная система предотвращает засорение капельниц, удаляя из воды как взвешенные органические и неорганические частицы, так и избыточные ионы.

При выборе фильтров учитывают источник воды и ее качество. В зависимости от этого устанавливают до трех ступеней очистки. Мощность фильтров определяют исходя из объема воды, который планируется пропускать через систему полива. Чем выше пропускная способность фильтров и меньше сопротивление потоку воды, тем более эффективной будет их работа.

Первая ступень очистки называется грубой (физическая, или механическая) очистка. Она позволяет удалить из воды все механические включения размером свыше 100 мкм и защитить насос от крупного мусора. Для такой очистки используют центробежные сепараторы, сетчатые, дисковые (пластинчатые) или песчано-гравийные фильтры, а также их комбинации.

Сетчатые фильтры подходят только для водопроводной или грунтовой воды, так как при фильтрации воды из открытых источников фильтры быстро забиваются.

Дисковые фильтры способны очищать воду из водоема. Они осаждают частицы размером от 20 до 400 мкм.

Если в воде содержится много песка, его удаляют двумя способами:

1 - пропуская воду через отстойник. Когда вода медленно проходит через резервуар тяжелые частицы легко оседают на дно. 2 – используя центробежный сепаратор, который хорошо удаляет тяжелые частицы размером более 5 мкм. Он пропускает воду через конусовидный бак, где она вращается по кругу. Под действием центробежной силы тяжелые частицы осаждаются на дно и выводятся в накопительную емкость.

Эти способы не подходят для удаления взвешенных органических и неорганических частиц (мелкого ила и коллоидной глины), которые благоприятствует развитию бактериальной слизи и забивают капельные линии.

Для очистки воды от них применяют песчано-гравийные фильтры. Их устанавливают для работы с поверхностными водами.

Вторая ступень состоит из фильтров тонкой очистки, тип которых зависит от качества исходной воды. Они задерживают частицы размером более 1-5 мкм и способны очистить воду от микроэлементов, тяжелых металлов и разных химических соединений.

Сорбционный фильтр тонкой очистки состоит из сорбирующих гранул (активированный уголь, минералы, синтетические материалы и др.), которые задерживают нежелательные химические компоненты и микроорганизмы. К недостаткам относится невысокая скорость фильтрации, ограничение использования в зависимости от типа примесей, удаление не всех нежелательных элементов и соединений.

В состав ионообменного фильтра входят синтетические смолы – катиониты с высоким содержанием натрия. Они задерживают ионы магния, железа и кальция и высвобождают ионы натрия и водорода.

Мембранные фильтры (обратноосмотические) самые эффективные и наиболее часто применяемые при малообъемном выращивании из-за высокой степени очистки. Фильтрация происходит по принципу обратного осмоса. Вода под давлением проходит через мелкопористую полупроницаемую мембрану, которая задерживает соединения солей и пропускает только воду и соединения с таким же размером молекул.

В результате обратного осмоса получается практически дистиллированная вода со степенью очистки до 99,7%. Однако этот метод требует высоких затрат электроэнергии и постоянного обслуживания. Для очистки пресной воды давление должно составлять 8-15 бар.

Настолько чистую воду нельзя применять для полива, поскольку она не обладает буферностью. Для стабилизации показателей к ней подмешивают 20-30% неочищенной воды. Прежде чем использовать обратный осмос нужно подготовить воду: пропустить через фильтры грубой очистки и сорбционный фильтр, а при необходимости – снизить концентрацию бикарбонатов кислотой и обезжелезить.

Очистка воды от железа

Растворенное железо присутствует в воде в двухвалетной форме и не поддается механической фильтрации. Но при взаимодействии с кислородом оно переходит в трехвалентную форму, выпадает в осадок и только потом может быть отфильтрованно. При содержании в воде железа менее 10 мг/л воду предварительно аэрируют с помощью компрессора, а затем пропускают через песчано-гравийный фильтр для удаления осадка. Аэрирование также позволяет убрать марганец и сероводород. Если железо превышает 10 мг/л, нужна двухступенчатая очистка с помощью катализаторов окисления: хлорирование, обработка гипохлоритом натрия или озонирование. После обработки воды окислителем образуется гидроксид железа или основные соли железа, которые легко поддаются механической фильтрации.

Лучший способ окисления –озонирование, так как оно не увеличивает концентрацию солей и не загрязняет побочными продуктами реакций, а процесс легко поддается автоматизации.
Органическое коллоидное железо представляет собой мелкую взвесь, которая практически не поддается отстаиванию и фильтрации. Чтобы ускорить его осаждение добавляют коагулянты или используют сорбционные фильтры.

Для очистки капельных линий от бактериальной слизи и водорослей применяют химические методы – периодическая обработка хлором или препаратами на основе перекиси водорода. Разрастание водорослей в поливной системе возможно только при свете. Избавиться от них помогает хлорный раствор, а предотвратить появление – элементы системе полива темного цвета.
Уничтожить живые микроорганизмы в воде из открытых источников может ультрафиолетовый фильтр. Его также используют при рециркуляции дренажного раствора. Но следует иметь ввиду, что при таком излучении разлагаются и хелаты микроэлементов.

Часто источником водоснабжения для теплиц являются скважины, температура воды в которых менее 10 оС. Поэтому в систему подготовки воды устанавливают устройства для ее подогрева.
Кроме того, важно не забывать, что для эффективной работы фильтров требуется их регулярное обслуживание – очистка и замена фильтрующих элементов.