Капельное орошение против ударного дождевателя для пропашных культур: сравнение эффективности полива в засушливых регионах.
В марте 2025 года фермерское хозяйство площадью 40 гектаров в уезде Миньцинь провинции Ганьсу — одном из самых засушливых сельскохозяйственных регионов Китая, где годовое количество осадков составляет менее 150 мм — задало нашей команде прямой вопрос: следует ли им расширять существующие плантации? ударный спринклер Или перейти на капельное орошение для севооборота арбузов и кукурузы? У них было 22 гектара, обрабатываемых 2-дюймовыми ударными дождевальными установками, и они добавляли 18 гектаров новой земли. В этой статье представлено сравнение результатов двух сезонов, проведенное на их ферме, с измерением эффективности полива, урожайности и трудозатрат при использовании обоих методов.
Почему фермеры в засушливых регионах сталкиваются с таким выбором?
В Хэсиском коридоре на западе Китая оросительная вода распределяется по квотам — обычно 4500-6000 м³.3 на гектар в год для пропашных культур, в зависимости от водосборного бассейна. Каждый кубический метр учитывается дважды: один раз для культуры и один раз для водного баланса поля, предотвращающего засоление сильно щелочных почв региона.
С 1990-х годов для полива пропашных культур в этом регионе используются ударные дождевальные установки. Они надежны, просты в обслуживании и способны покрывать большие площади с минимальной трубопроводной инфраструктурой. Однако они подают воду с воздуха, теряя 10-25% из-за сноса ветром и испарения в сухом воздухе Ганьсу. Капельная лента, напротив, подает воду непосредственно в корневую зону, но требует более высокой степени фильтрации, более тщательного контроля давления и ежегодной замены ленты.
Ферма, с которой мы работали (назовем ее ферма «Миньцинь Запад»), столкнулась с дополнительной проблемой: в соответствии с провинциальным планом управления подземными водами объем выделяемой воды сокращался на 8% в год, в то время как площадь посевов увеличивалась. Им нужно было получать больше урожая с каждой каплей воды, а не просто с гектара.
Дизайн сравнительного исследования методов орошения
Мы провели сравнительное исследование на новом участке площадью 18 гектаров. Девять гектаров были оборудованы капельной лентой диаметром 16 мм (толщина стенки 0,3 мм, расстояние между капельницами 30 см, расход 1,1 л/ч на капельницу, рабочее давление 0,8 бар) от нашей компании. Линейка капельной продукции ZMНа оставшихся девяти гектарах использовались существующие на ферме 2-дюймовые ударные дождеватели (латунные, высота стояка 1,2 м, рабочее давление 2,8 бар, радиус полного круга 18 м), расположенные по сетке 16 x 18 м.
Две культуры — арбуз (сорт: Ганьсу Цзинсинь № 1) и кукуруза (сорт: Сяньюй 335) — были высажены на площади по 4,5 гектара для каждого метода орошения. Арбуз был высажен рассадой в конце апреля и собран в августе; кукуруза была посеяна непосредственно в грунт в мае и собрана в октябре. Тип почвы — песчаный суглинок с полевой влагоемкостью 22% и точкой завядания 8% по объему. График орошения основывался на показаниях датчиков влажности почвы (тензиометры на глубине 20, 40 и 60 см) для обоих методов, с одинаковой точкой срабатывания -30 кПа на глубине 20 см.
Эффективность использования воды: ключевой показатель
Эффективность водопотребления (WAE) определяется как объем воды, накопленной в корневой зоне, деленный на общий объем внесенной воды. Мы измеряли WAE с помощью отбора проб почвенной влаги (гравиметрический метод, N=36 проб на каждое орошение, 3 отбора проб на каждый метод для каждой культуры).
| Метрическая система | Капельная лента (16 мм) | Ударный дождеватель (2 дюйма) | Разница |
|---|---|---|---|
| Среднее значение WAE - сезон арбузов | 91,2% | 68,7% | +22,5 стр. |
| Среднее значение WAE - сезон выращивания кукурузы | 87,4% | 70,1% | +17,3 стр. |
| Общее количество использованной воды (для обеих культур вместе взятых) | 4380 м3/ха | 5640 м3/ха | -22,3% |
| Эвапотранспирация (ЭТ)с) соответствовать | 0,94 | 0,78 | +20,5% |
| Равномерность распределения (ДУ) | 0,92 | 0,71 | +29,6% |
| Изменчивость влажности почвы (коэффициент вариации по полю) | 8,2% | 22,7% | -64% |
Сокращение общего объема воды, подаваемой по капельной системе, на 22,3% стало главным показателем для владельца фермы, но не менее важным для принятия агрономических решений был разрыв в равномерности распределения воды. При использовании ударных дождевателей некоторые участки поля получали на 40% больше воды, чем другие (коэффициент вариации = 22,7%), что делало невозможным точное планирование орошения. Ферма переувлажняла более сухие зоны, чтобы компенсировать более влажные, тратя воду на участки, которые уже были переувлажнены.
Результаты оценки урожайности и качества сельскохозяйственных культур
| Метрическая система | Капельный арбуз | Дождеватель - Арбузный | Капельное орошение - Кукуруза | Дождеватель - Кукуруза |
|---|---|---|---|---|
| Урожайность (т/га) | 64.2 | 58.1 | 12.4 | 11.6 |
| Товарная урожайность (класс А, т/га) | 54.7 | 44.2 | 10.1 | 9.5 |
| Средний вес плода (арбуза) | 4,2 кг | 3,6 кг | - | - |
| Брикс (содержание сахара) | 11,8 градусов | 10,4 градуса | - | - |
| Эффективность использования азота (кг зерна / кг внесенного азота) | - | - | 42.6 | 34.8 |
| Производительность поливной воды (кг/м²)3) | 14.6 | 10.3 | 2.83 | 2.06 |
Два результата заслуживают особого внимания. Во-первых, разница в содержании сахара в арбузах (11,8 против 10,4 градусов) оказалась удивительной. Арбузы, поливаемые капельным методом, оказались заметно слаще. Владелец фермы объяснил это отсутствием влаги на поверхности плодов во время созревания, что снизило разбавление сахаров. Во-вторых, это эффективность использования воды для полива: капельная лента позволила получить на 42% больше арбузов и на 37% больше кукурузы на кубический метр использованной воды.
Однако преимущество в урожайности сопровождалось оговоркой: При капельном орошении кукуруза чаще полегала во время сильных ветров в конце сезона (8% стеблей полегли против 3% при дождевальном орошении). Мы считаем, что это связано с тем, что дождеватели с ударным воздействием поддерживают более равномерную влажность верхнего слоя почвы, способствуя более поверхностному, но более обширному ветвлению корней, которое лучше закрепляет стебель. В частности, для кукурузы риск полегания может нивелировать часть экономии воды в регионах с сильными ветрами.
Производственный труд — скрытая разница в затратах
Управляющий фермой отслеживал трудозатраты при использовании обоих методов в течение двух вегетационных сезонов. Сравнение включало установку, ежедневную эксплуатацию, техническое обслуживание и демонтаж в конце сезона.
| Трудовая деятельность | Капельная лента | Ударные спринклеры |
|---|---|---|
| Первоначальная установка (часов/га) | 6.5 | 2.8 (существующая сетка) |
| Ежедневная производительность (часов/га/неделя) | 0.3 | 0,8 |
| Плановое техническое обслуживание (за сезон) | 4 (засоренные излучатели, обрывы линий) | 2 (замена уплотнений, стояки) |
| Ручные проходы для прополки | 2 | 5 |
| Удаление растительности в конце сезона (часы/га) | 4.2 | Не требуется |
| Общий объем сезонной рабочей силы (часов/га) | 28-34 | 34-40 |
Общая разница в трудозатратах оказалась меньше, чем ожидалось — всего около 6 часов на гектар за сезон в пользу капельной ленты. Экономия на трудозатратах за счет меньшего количества проходов по прополке частично компенсировалась трудозатратами на установку и демонтаж расходной ленты. Однако управляющий фермой отметил, что типОбъем работ различался: работы по установке ударных спринклерных систем были равномерно распределены по всему сезону (перемещение труб, прочистка засоров). форсунки), в то время как работа по установке капельной ленты была сосредоточена в начале и конце каждого цикла выращивания культуры (укладка и извлечение ленты), освобождая рабочую силу в середине сезона для других сельскохозяйственных работ.
Разница в количестве сорняков
Степень засоренности сорняками измерялась методом отбора проб биомассы (N=12 квадратов на блок, 0,25 м²).2 (на квадратный метр, сбор данных проводился в середине сезона). Средняя сухая биомасса сорняков на участке капельного орошения составляла 18 г/м².2 по сравнению с 47 г/м2 В зоне дождевального орошения снижение составляет 62%. Механизм прост: при использовании ударных дождевальных установок междурядья получают столько же воды, сколько и ряды культурных растений, создавая равномерно увлажненное почвенное основание для прорастания сорняков. При использовании капельного орошения увлажняется только ряд культурных растений, оставляя примерно 60-70% поверхности почвы сухой и непригодной для прорастания семян сорняков.
Выбор: структура принятия решений
После двух вегетационных сезонов владелец фермы решил сохранить обе системы: капельное орошение для севооборота с арбузами и ударные дождеватели для севооборота с кукурузой на своих песчано-суглинистых почвах. Его рассуждения были специфичны для его хозяйства, но эта логика применима в целом:
Выбирайте капельную ленту в следующих случаях:
- Расстояние между рядами составляет 60 см или более (стандартное значение для большинства пропашных культур, при этом капельная лента укладывается в каждый ряд).
- Урожай имеет высокую удельную стоимость (в данном случае арбуз > кукуруза).
- Обязательным фактором является распределение водных ресурсов, а не земельных участков.
- Качество плодов (содержание сахара (Brix), однородность размера) напрямую влияет на рыночную цену.
- Справиться с засоренностью сорняками с помощью гербицидов или ручного труда сложно.
Выбирайте ударные спринклеры в следующих случаях:
- Корневая система этой культуры имеет мочковатую структуру, и ей полезна равномерная влажность верхнего слоя почвы.
- Внесение удобрений путем фертигации не входит в производственный план (для достижения максимальной эффективности использования азота при капельном орошении требуется впрыскивание жидких удобрений).
- В периоды орошения скорость ветра постоянно не превышает 12 км/ч.
- Рабочая сила для извлечения и утилизации магнитных лент либо дефицитна, либо дорога.
- Приоритетом является срок службы ирригационной системы (более 15 лет для латунных ударных дождевателей).
Но есть и третий вариант, который мы не тестировали: Использование обоих методов последовательно. Некоторые фермы в регионе сейчас используют ударные дождеватели для прорастания и раннего роста, а затем переключаются на капельное орошение на стадии размножения, когда нехватка воды наиболее непосредственно влияет на урожайность. Эта концепция, называемая «двухметодным планированием фертигации», набирает популярность в коридоре Хэси и заслуживает отдельного контролируемого исследования.