Применение фертигации для эффективного использования удобрений (опыт Израиля)

С 13 ноября по 22 декабря 2011 г. в г. Реховот (Израиль) программой МАШАВ (при Министерстве иностранных дел Израиля) был организован обучающий курс, который был посвящен ведению растениеводства при воздействии соленой воды и почвы в условиях изменяющегося климата, а также применению фертигации для эффективного управления удобрениями. За счет применения промышленных минеральных удобрений и новых технологий аграрный сектор Израиля в настоящее время обеспечивает сельскохозяйственной продукцией более 16 стран мира. Одной из современных агротехнологий, которую успешно использует Израиль, является фертигация.

В данной статье приводится понятие о фертигации, оборудование, необходимое для фертигации, дозирование удобрений. Преимуществами фертигации являются экономия трудовых ресурсов и затрат на оборудование, эффективное (почти 100%) использование дорогих химических удобрений.

Фертигация является наиболее эффективным и экономичным способом доставки питательных веществ к корневой системе растений и позволяет получать повышенный урожай. В системах фертигации легко достигается управление оптимальными концентрациями удобрений, их соотношением и эти параметры могут контролироваться в автоматическом режиме.

При написании статьи были использованы лекции и демонстрационные материалы, предоставленные организаторами курса.

Успешное управление в растениеводстве подразумевает надлежащий баланс между правильным питанием и требованием культур к питательным элементам с пополнением их через удобрения.

Полный отказ от использования минеральных удобрений, который часто предлагают в качестве одного из путей развития сельского хозяйства, приведет к катастрофическому сокращению производства продовольствия. Поэтому решением данной проблемы является коренное улучшение технологии использования минеральных удобрений, внесение их в оптимальных дозах и соотношениях, правильное хранение. При неравномерном их внесении одни растения получают избыточное, а другие - недостаточное количество питательных веществ. Это приводит к неодинаковым темпам развития и созревания растений, снижению урожая и качества продукции.

Подача удобрений к растениям через поливную воду называется фертигацией (рисунок 1) [1-2]. Фертигация -это современная агротехнология, которая обеспечивает прекрасную возможность увеличивать урожай и уменьшать загрязнение окружающей среды [3], при этом увеличивая эффективность использования удобрения, минимизируя применение удобрения и увеличивая возврат удобрений, которые использовали. В фертигации легко контролируются время, количество и концентрация применяемых удобрений.

Автоматическая система для подачи удобрений в поливную воду оснащена электрическими и гидравлическими управляемыми кранами, а также автоматическим контролем и коррекцией рН и ЕС (кислотность и электропроводность). Для включения удобрений в систему орошения нужно учитывать следующие основные требования:

Для оборудования:

  • в герметичных ирригационных системах, давление введенного жидкого удобрения должно быть больше давления внутри системы;
  • -  фильтр должен предотвращать засорение дриппера (dripper) (рисунок 2) любыми твердыми частицами [4];
  • -  клапан должен предотвращать противоток.

Для удобрений:

  • -  растворимость удобрений в местном водном источнике: поливная вода содержит различные химические вещества, которые могут взаимодействовать с растворенными удобрениями, давая при этом нежелательные эффекты;
  • -  степень кислотности жидкого удобрения должна быть рассмотрена относительно его коррозионной активности к компонентам ирригационной системы.

При выборе фертигационного оборудования нужно принять во внимание требования выращиваемой культуры и емкость (способность) ирригационной системы:

  1. Гравитационные ирригационные системы. Это очень простой метод и применим только к ирригационным системам, работающим при атмосферном давлении, в которых потоки воды находятся в открытых каналах. Жидкое удобрение капает в ирригационный канал, потому что резервуар, в котором находится удобрение, выше уровня канала. Чтобы получить хорошее смешивание, скорость ирригационного потока должна быть достаточно высокой;
  2. Герметичные ирригационные системы. Для подачи удобрения необходимо потребление энергии, чтобы преодолеть внутреннее давление ирригационной системы. Оборудование для подачи удобрения  

 Фертигация

классифицировано на 3 основные группы, согласно средствам, используемым при получении более высокого давления для жидкого удобрения:

  • -  подача устройством Вентури, при помощи которого используется принцип всасывания под давлением, вызванным проточной водой для того, чтобы выкачивать жидкое удобрение из резервуара (рисунок 3) в ирригационную линию. Коническое сужение в трубе вызывает увеличение скорости потока воды и уменьшение давления до чрезвычайно низкого значения, что вызывает всасывание удобрения (через экраны фильтра) с расходного бака через трубу в ирригационную систему. Клапан может быть приспособлен так, чтобы контролировать разницу между скоростями воды через клапаны;
  • -  подача разностью давлений: эта система использует металлический резервуар с воздухонепроницаемым давлением, внутренняя стенка которого защищена от кислотного воздействия. В резервуаре перепад давления создан клапаном дросселя, который отводит (направляет) часть поливной воды в резервуар. Это единственная фертигационная система, которая позволяет использование твердых и жидких удобрений. Всё количество удобрения в цистерне доставляется к площади орошения. Концентрация до конца подачи воды остается постоянной, пока твердое удобрение присутствует в резервуаре, и растворимость удобрения быстро достигается. Как только твердая часть (фракция) удобрения полностью растворяется, концентрация удобрения экспоненциально уменьшается. Практически, когда этот объем проходит через 4 резервуара, только незначительное количество удобрения остается в резервуаре. Это оборудование использовалось на ранних стадиях развития фертигации. Данный способ имеет некоторые недостатки. Только ограниченная область может быть орошена за один раз согласно объему резервуара. Удобрения, которые при растворении имеют эндотермическую реакцию, такие как KNO3, Ca(NO3)2, мочевина, NH4NO3, KCl и 5(Ca(NO3)22H2O)NH4NO3), понижают температуру в резервуаре и в холодные часы раннего утра перед ирригацией, часть раствора может замерзнуть, приводя к неожиданным изменениям концентрации питательных (биогенных) веществ;
  • - подача положительным давлением: насосы подачи поднимают давление жидкого удобрения из запасного резервуара с раствором в заранее установленном отношении между объемами раствора удобрения к объему поливной воды, следовательно, достигается пропорциональное распределение питательных веществ в поливной воде. Преимущества использования насосов подачи - это отсутствие падения давления поливной воды, его точности и способности обеспечивать установленную концентрацию через весь ирригационный цикл. В фертигации широко используются два типа струйных насосов: поршневые и насосы. Наиболее распространенными источниками энергии насосов для фертигации являются:
  • ® гидравлическая энергия: Устройство использует гидравлическое давление поливной воды, чтобы ввести питательный раствор, в то время как вода, используемая для продвижения вперед (приблизительно 3-кратный объем введенного раствора), освобождается. Эти насосы являются подходящими для фертигации в областях, лишенных источников электроэнергии. Применяется инжекторная система для внесения удобрения. Инжектору для внесения удобрения не нужен никакой внешний блок питания. Линейный гидравлический привод работает за счет гидравлического давления и протока воды в системе орошения;
  • ® электрические дозировочные насосы: Устройство приводит в движение насос для подачи удобрения. Они обычно применяются в теплицах и в районах, где электричество доступно и надежно.

Резервуары для подачи удобрения

Согласно Sne [5], чтобы применить одни и те же дозы удобрений для определенной фенологической стадии растения, могут быть составлены в зависимости от урожая, типа почвы и системы управления две различных модели применения:

  • -   количественное дозирование: рассчитанное количество удобрения вводится в систему орошения во время каждой подачи воды. Подача может быть начата и проконтролирована автоматически или вручную;
  • -   пропорциональное дозирование: при этом процессе поддерживается постоянное заранее заданное соотношение между объемом воды для орошения и объемом жидкого удобрения, что приводит к постоянной концентрации питательных веществ в поливной воде.

Большое количество удобрений, как твердых, так и жидких, подходят для фертигации в зависимости от физико-химических свойств растворенного удобрения. Для крупномасштабных полевых работ твердые удобрения обычно менее дорогостоящие, чем часто используемые жидкие составы. Растворимость этих двух видов удобрений сильно различается. При переключении на источник твердых удобрений, проблем можно избежать путем обеспечения того, что обильное количество воды добавляется к готовому раствору в первоначальный резервуар.

При выборе удобрения для фертигации следует рассматривать 4 основных фактора [6]:

  • -  вид растения и стадия роста;
  • -  почвенные условия;
  • -  качество пресной воды;
  • -  доступность удобрения и цена.

Удобрение для фертигации должно иметь высокое качество, высокую растворимость и чистоту, содержать мало примесей, приемлемый pH.

Hagin и Lowengart-Aycicegi [7] перечислили главные преимущества, имеющие отношение к пригодности удобрения методом подачи через поливную воду:

  • -    форма: растворимые твердые и жидкие удобрения, подходящие для фертигации, в зависимости от доступности, рентабельности и удобства;
  • -  растворимость: высокая и полная растворимость - необходимое условие для удобрений, использованных в фертигации. Растворимость удобрений возрастает с температурой в зависимости от вида удобрения;
  • -  взаимодействие между удобрениями в растворе: совместимость между ними должна быть проверена (таблица 1). Обычно существуют некоторые основные меры предосторожности, которые должны быть соблюдены:
  • -  нужно убедиться, что используемые удобрения при смешении не образуют осадок. В частности, следует избегать смешивания растворов удобрений, которые содержат кальций с растворами, содержащих фосфаты или сульфаты, когда среда раствора не кислая;
  • -  проверить растворимость и потенциальность образования осадка химических составов с местной поливной водой. Перед использованием нового удобрения смешивается 50 мл раствора удобрений с 1 литром воды для орошения и наблюдается образование осадка в течение 1-2 часов. Если осадок образуется или образцы стали мутными, то следует воздержаться от использования этого удобрения для системы орошения [8];
  • -  проверить температуру в результате смешения различных видов удобрений в полевых условиях. Некоторые удобрения по отдельности или в сочетании, могут привести от снижения температуры раствора до замерзания (например, KNO3, Ca(NO3)2, мочевина, NH4NO3, KCl и 5(Ca(NO3)22H2O)NH4NO3). Однако, приобретая готовые к использованию жидкие удобрения, эндотермической реакции не происходит при растворении их в полевых условиях, следовательно, могут быть достигнуты более высокие концентрации питательных веществ в растворе;
  • -  коррозионная активность. Химические реакции могут возникнуть между удобрением и металлическими частями в ирригационных и фертигационных системах. Коррозия может повредить металлические компоненты системы, например, непокрытые стальные трубы, клапаны, фильтры и единицы подачи воды.

Некоторые характеристики описанных ранее удобрений представлены в таблицах 1-3 [9]. Таблица 1 описывает три вида совместимости между различными удобрениями, используемыми в фертигации. В таблице 2 приведены характеристики растворов удобрений для фертигации в полевых условиях. Таблица 3 описывает изменения в растворимости некоторых удобрений с изменением температуры. Вынос питательных элементов различными сельскохозяйственными культурами приведен в таблице 4 [10].

Пример. Необходимо рассчитать, сколько следует внести удобрения KCl для выращивания томатов.

Шаг 1. Находим по таблице 4 какое количество К выносят плоды томатов из почвы:

3,7 кг K2O/ тонн плодов.

Шаг 2. Вычисляем, сколько К выносится с единицы площади: Умножается Шаг 1 на урожай, который мы хотим получить:

3.7 кг K2OZroffii плодов х 30 тонн/га = 111 кг K2O/ra Шаг 3. Вычисляем требуемое количество внесения KCl (содержание K2O в KCl составляет 60 %):

требуемое количество внесения KCl

Шаг 4. Делаем компенсацию за потери, добавляя 20% удобрения дополнительно:

185 кг KCl/га + (0.2 х 185) = 222 кг KCl/га

Полученные расчеты позволяют регулировать количество необходимых удобрений [11].

Таким образом, фертигация позволяет вносить сбалансированное количество NPK и микроэлементов с учетом фаз роста растений. При фертигации часто увлажняют не всю поверхность почвы участка, а полосы определенной ширины, что позволяет экономить воду, препятствует росту сорняков, уменьшает затраты на поддержание почвы в чистом от сорняков состоянии.

Таблица 1

Совместимость удобрений при смешивании

Примерная растворимость некоторых удобрений (грамм вещества на 100 г воды) при различных 	температурах

Внесение удобрений через капельный полив израильские специалисты проводят в течение всего цикла ирригации или в середине - конце цикла, но так, чтобы в конце цикла фертигации подавать чистую воду для промывки системы капельного орошения. Фертигация, в отличие от обычной ирригации с использованием больших доз полива, позволяет не только эффективно использовать удобрения, но и предотвращать загрязнение грунтовых вод, не создает условий для вторичного засоления почв. Исходя из опыта израильских агрономов, можно утверждать, что для получения высоких стабильных урожаев, улучшенного качества товарной продукции и высокой прибыльности технологии необходимо применять в системах капельного полива качественные водорастворимые удобрения, которые не только обеспечивают высокую эффективность, но и продлевают срок эксплуатации систем капельного полива.

Из стран СНГ нужно отметить Украину, где наблюдается тенденция увеличения площадей с капельным поливом в открытом грунте, которая составляет свыше 20 тыс.га.

На сегодняшний день в Казахстане возможность применения фертигации, особенно в южных регионах, очень высока. Это обусловлено физико-географическим положением региона и резко континентальными и сухими климатическими условиями. Для южного региона Казахстана одновременное нормированное внесение в почву воды и удобрений является технологической и экологической основой оптимизации условий получения качественных и высоких урожаев сельскохозяйственных культур.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Bar-Yosef B. Fertilization under drip irrigation // In: Fluid Fertilizer, Science and Techology. Ed. by D.A. Palgrave. Marcel Dekker, New York. - 1992.-pp. 285-329.
  2. Bar-Yosef B. Advances in Fertigation // Adv. Agron. - 1999. - V. 65. - pp. 1-77.
  3. Hagin J., M. Sneh and A. Lowengart-Aycicegi. Fertigation - Fertilization through irrigation // IPI Research Topics No. 23. Ed. by A.E. Johnston. International Potash Institute, Basel, Switzerland. - 2002.
  4. Elfuving D.C. Crop response to trickle irrigation // In: Horticultural Reviews. J. Janick ed. AVI publishing Co. Inc. Westport Conn. USA. - 1982. - pp.1­48.
  5. Sne M. Micro irrigation in arid and semi-arid regions. Guidelines for planning and design // Ed. by S.A. Kulkarni. ICID-CIID. International Commission on Irrigation and Drainage. New Delhi, India. - 2006.
  6. Kafkafi U. Global aspects of fertigation usage // Fertigation Proceedings, International Symposium on Fertigation Beijing, China. - 2005. - pp. 8-22.
  7. Hagin J. and A. Lowengart. Fertigation for minimizing environmental pollution by fertilizers. // Fert. Res. - 1996. - V. 43. - pp. 5-7.
  8. afra.gov.on.ca/english/crops/hort/news/vegnews/2006/vg0406a2.htm
  9. Kafkafi U. and J. Tarchitzky. Fertigation: A Tool for Efficient Fertilizer and Water Management //First edition, IFA, IPI, Paris, France, May. - 2011. - P.138.
  10. Wichmann W. World Fertilizer Use Manual // BASF AG, Germany, 25 April -1992. - P. 600.
  11. .iclfertilizers.com/Fertilizers/Pages/KnowledgeCenter.aspx
Фамилия автора: В.Ю. Кириллов, Н.Б. Казангапова
Год: 2012
Город: Алматы
Категория: Экология
Яндекс.Метрика