A methodology for determining the irrigation rate value, which ensures the formation of a primary local contour of moistened soil in the soil space under drip irrigation with one drip emitter has been developed. The methodological and factual basis of the development were materials and empirical dependencies obtained from the data of author's field studies of local moisture contours formed under various soil conditions with top and ground drip irrigation. The known approaches to the calculation of drip irrigation rates of plants were analyzed and evaluated, a direction of the development of the methodology was determined. Based on the materials of field and their laboratory investigation, 11 contour profiles of drip-moistened soil formed under various soil and technological conditions of drip irrigation were obtained. Soil conditions are characterized by a wide range of changes in the following parameters: the content of physical clay is from 20.8 to 74.6% of the dry soil weight (DSW), the lowest moisture capacity is from 16.9 to 32.2% of DSW, the level of pre-irrigation moisture is from 60 to 70% of the lowest moisture capacity. Moisture contours were formed with an average soil moisture content of 90% of the lowest moisture capacity. Empirical dependencies were obtained for determining the maximum and average radius (diameter) of moisture contours at given depths of the moistened soil layer, which make it possible to predict the volumes of moisture contours. The dependence and a procedure for calculating the irrigation rate value, which ensures the formation of a moisture contour of a given depth and a given soil hydration level are obtained for a wide range of granulometric and water-physical characteristics of soils. A procedure for calculating the irrigation rate required for the formation of a local moisture contour in soil space with specified dimensional and moisture parameters during irrigation water delivery by one drip micro emitter is proposed. | Разрабатывали методику определения величины поливной нормы, обеспечивающей формирование в почвенном пространстве первичного локального контура увлажненной почвы при капельном поливе одной капельницей. Методологическую и фактологическую основу разработки составили материалы и эмпирические зависимости, полученные по данным полевых авторских исследований локальных контуров влажности, формирующихся в различных почвенных условиях при надземном и наземном капельном орошении. Результаты и обсуждение. Проведен анализ и дана оценка известных подходов к расчету поливных норм для капельного орошения растений, определено направление разработки методики. По материалам полевых исследований и их камеральной обработки получено 11 профилей контуров капельно-увлажненной почвы, сформировавшихся в различных почвенных и технологических условиях капельного полива. Почвенные условия характеризуются широким спектром изменения их параметров: содержание физической глины от 20,8 до 74,6% массы сухой почвы (МСП), наименьшая влагоемкость от 16,9 до 32,2% МСП, уровень дополивной влажности от 60 до 70% наименьшей влагоемкости. Формировались контуры увлажнения со средней влажностью почвы, составляющей 90% от наименьшей влагоемкости. Получены эмпирические зависимости для определения максимального и среднего радиуса (диаметра) контуров влажности при заданных глубинах увлажняемого слоя почвенной толщи, позволяющие прогнозировать объемы контуров влажности. Получены зависимость и методика расчета величины поливной нормы, обеспечивающей формирование контура влажности заданной глубины и заданного уровня увлажнения почвы, для широкого спектра гранулометрических и водно-физических характеристик почв. Предложена методика расчета поливной нормы, необходимой для формирования в почвенном пространстве локального контура влажности с заданными размерно-влажностными параметрами при подаче поливной воды одним капельным микроводовыпуском.

The research purpose is to determine the parameters and justification of the design of the irrigation module of the drip irrigation system for orchards. Typical crop planting patterns in an orchard, microclimatic, soil and technological conditions of drip irrigation are considered as initial factors. The results of the study were obtained in the process of generalizing the methods and recommendations for predicting the technological parameters of the drip irrigation network. A methodology was developed for justifying the irrigation module design, which provides for establishing: the crop nutrition zone area; coefficient determining the nutrition zone area to be moistened; diameter and area of the horizontal projection of the soil moisture contour; the number of moisture contours and emitters ensuring their formation; arrangement diagrams for emitters in the plant nutrition zone. As a criterion for choosing the design of an irrigation module, the ratio of the area of moistened soil space required for cultivating plants and the area of drip soil moisture zones formed by the irrigation module is taken. The methodology was tested on an irrigation module in single- and double-line versions. A single-line irrigation module meets the needs of perennial fruit crops in areas with a natural moisture coefficient of 1.0, and in rare combinations of conditions with a coefficient of 0.8. The double-line irrigation module consistently provides the required soil moisture area in areas with a natural moisture coefficient of at least 0.6 and cannot form the required moisture area for the nutrition zone of fruit crops in areas with a moisture coefficient of 0.4. For drip irrigation of perennial fruit crops in areas with a moisture coefficient of not more than 0.6, it is proposed to use an irrigation module with three drip lines. | Цель исследований - определение параметров и обоснование конструкции поливного модуля системы капельного орошения плодовых садов. В качестве исходных факторов рассмотрены характерные схемы посадки культур в плодовом саду, микроклиматические, почвенные и технологические условия капельного полива. Результаты исследования получены в процессе обобщения методик и рекомендаций по прогнозированию технологических параметров капельной поливной сети. Разработана методика обоснования конструкции поливного модуля, которая предусматривает установление: площади зоны питания культуры; коэффициента, определяющего площадь зоны питания, подлежащей увлажнению; диаметра и площади горизонтальной проекции контура увлажнения почвы; количества контуров влажности и капельниц, обеспечивающих их формирование; схемы размещения капельниц в зоне питания растений. В качестве критерия для выбора конструкции поливного модуля принято соотношение необходимых для культивирования растений площади увлажняемого почвенного пространства и площади формируемых поливным модулем зон капельного увлажнения почвы. Апробация методики проведена на поливном модуле в одно- и двухниточном исполнении. Однониточный поливной модуль соответствует потребностям многолетних плодовых культур на территориях с коэффициентом природного увлажнения, равным 1,0, и в редких сочетаниях условий при коэффициенте 0,8. Двухниточный поливной модуль стабильно обеспечивает требуемую площадь увлажнения почвы на территориях с коэффициентом природного увлажнения не менее 0,6 и не может сформировать требуемую площадь увлажнения зоны питания плодовых культур на территориях с коэффициентом увлажнения 0,4. Для капельного полива многолетних плодовых культур на территориях с коэффициентом увлажнения не более 0,6 предложено использовать поливной модуль с тремя капельными линиями.

Разрабатывали компоновочно-конструктивную схему двухниточного поливного модуля (ПМ) системы капельного орошения, обеспечивающую эффективный капельный полив многолетних древесных плодовых культур, возделываемых в садовых насаждениях. Основные требования к схеме ПМ: обеспечение требуемой доли площади увлажнения, обеспечение регламентируемого расстояния между штамбом древесного растения и ближайшей к нему капельницей не менее 0,2 м, обеспечение возможности периодического изменения положения капельниц относительно штамба растения. При разработке схемы ПМ использовались методы поискового конструирования. Предложена конструктивная схема двухниточного ПМ, предназначенного для капельного полива одного ряда растений в многолетнем древесном плодовом насаждении, которая включает две симметрично расположенные относительно оси ряда растений поливные линии с устроенными в них капельницами. Для использования в качестве поливных линий рекомендуются капельные трубки с толщиной стенки от 0,8 до 1,2 мм. Капельные линии располагаются на опорах на высоте 50 см от поверхности земли и имеют возможность изменения позиции относительно оси ряда растений. Головной и концевой узлы ПМ подключены к подающему и отводящему трубопроводам через гибкие водоводы. В концевой части ПМ предусмотрена возможность сбора и отвода промывной воды (раствора). Предложенное конструктивное решение двухниточного ПМ капельной оросительной сети, позволит увеличить долю площади увлажнения от площади питания каждого растения до нормативных значений, обеспечит эффективный полив корнеобитаемого почвенного пространства на разных стадиях роста и развития растений, замедлит процессы деградации почв при капельном поливе. | There was develop a design-layout scheme for a two-line watering module (WM) of a drip irrigation system, providing effective drip irrigation of perennial tree fruit crops cultivated in garden plantings. The main requirements for developing a WM scheme are: ensuring the required proportion of moisture area, ensuring a regulated distance between the woody plant stem and the nearest emitter at least 0.2 m, ensuring the possibility of periodically changing the emitter position relative to the plant stem. When developing the scheme of the WM, the methods of search design were used. A constructive scheme of a two-line irrigation module intended for drip irrigation of one row of plants in a perennial tree fruit plantation is proposed, which includes two irrigation lines symmetrically located relative to the axis of a row of plants with emitters arranged in them. Drip tubing with wall thickness from 0.8 to 1.2 mm is recommended for use as irrigation lines. Drip lines are located on supports at a height of 50 cm from the earth's surface and have the ability to change their position relative to the axis of a row of plants. The head and tail structure of the IM are connected to the supply and discharge pipelines through flexible water conduits. The end part of the WM provides for the possibility of collecting and discharging wash water (solution). The proposed constructive solution for a two-line WM of a drip irrigation network will allows: increasing the proportion of the moistening area from the area of nutrition of each plant to the standard values, will ensure effective watering of the root-inhabited soil space at different stages of plant growth and development, slow down the processes of soil degradation during drip irrigation.