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 work purpose is to study the moisture dynamics in soils on the drainage layer during drip irrigation to save water resources and ensure uniform crop watering using moisture contours. The study is based on the theory of moisture transfer in soil influenced by drip irrigation. Moisture contours were studied in laboratory conditions using a soil lysimeter, which was used to model a geologic cross-section of the irrigated area represented by alluvial meadow soils formed on pebbles. The pebble layer thickness of up to 3 m was assumed. A regression analysis of moisture movement was carried out, and a mathematical model describing the nature of this movement on the drainage layer was obtained. The calculated volume of wet soil was determined based on the moisture contours as a result of calculating the volume of the formed rotation figure according to cartograms for each hour of watering. Data on the moisture distribution in soil profile according to irrigation hours, presented on cartograms constructed using a personal computer, were obtained. The isolines indicating contours with the same soil moisture of 5; 10; 40% are highlighted on the cartograms. It has been determined that water at an emitter discharge of 2.5 L/h reaches the drainage layer 4 h after the beginning of irrigation. A graph for moisture distribution in soil volume by hours reflecting the dynamics of water distribution supplied from an emitter with a constant discharge over 10 h of irrigation has been constructed. The dynamics of moisture distribution during drip irrigation in soils located on a drainage bed was studied. Under experimental conditions, when crop irrigation lasts for more than 8 h, an ineffective excess of irrigation rates and an increase in the design capacity of the drip irrigation system are observed. | Цель работы: с использованием контуров увлажнения исследовать динамику влаги в почвогрунтах на дренажном слое при капельном орошении для экономии водных ресурсов и обеспечения равномерного полива культур. В основу исследования положена теория влагопереноса при воздействии капельного орошения на почвогрунт. Контуры увлажнения изучены в лабораторных условиях на почвенном лизиметре, с помощью которого выполнено моделирование геологического разреза орошаемой территории, представленной сформированными на галечнике аллювиальными луговыми почвами. Мощность галечникового слоя принята до 3 м. Выполнен регрессионный анализ движения влаги, и получена математическая модель, описывающая характер ее движения на дренажном слое. Расчетный объем влажного грунта определялся на основании контуров увлажнения как результат вычисления объема образованной фигуры вращения по картограммам на каждый час полива. Получены данные о распространении влажности в почвенном профиле по часам полива, которые представлены на картограммах, построенных при помощи персонального компьютера. На картограммах выделены контуры с одинаковой влажностью – изолинии, на которых отображалась влажность 5; 10; 40%. Установлено, что вода при расходе капельницы 2,5 л/ч достигает дренажного слоя через 4 ч после начала полива. Построен график распределения влажности в объеме почвогрунта по часам, который отражает динамику распространения подаваемой из капельницы воды с постоянным ее расходом за 10 ч полива. Исследована динамика распространения влаги при капельном поливе в условиях грунтов, расположенных на дренирующей подушке. В условиях опыта при продолжительности полива культур свыше 8 ч наблюдается неэффективное превышение поливных норм и увеличение проектной мощности системы капельного орошения.

The purpose of the work is to study the single-cut layout of emitters in the feed zone of woody plants for compliance with the requirements of perennial orchards. In the course of the work, an analytical study of single-cut layouts of emitters in gardens with planting plans of 4.0 х 1.5 was carried out; 4.0 х 2.0; 5.0 х 3.0 m under conditions of light and heavy loamy, light clayey soils. The assessment of the layout of emitters was carried out according to the criteria "the proportion of the moistening zone from the feed zone" and "the minimum distance from the emitter to the tree trunk". When determining the parameters of the layouts of emitters in the garden, a method to predict the location and planned dimensions of soil moisture contours was used. In the course of the study, it was found that the use of a single irrigation module with one emitter for each tree under the considered technological and soil conditions will make it possible to moisten from 2 to 12% of the feed zone, and this does not correspond to the required moisture coefficient (10–50%). The use of 2 emitters per each plant, depending on the position of trees and the type of soil, will make it possible to moisten from 4 to 24% of the feed zone, which indicates their applicability for planting plans of 4.0 х 1.5 m and which is denser on mechanical composition heavy soils. The use of an odd number of emitters (but more than one) in a single-cut irrigation module is not allowed, as one of them will be located directly near the tree trunk (closer than 0.2 m). A single cut irrigation module in the studied soil and technological conditions does not meet the needs of perennial horticultural crops according to the considered criteria and is not recommended for drip irrigation of perennial orchards in the southern climatic zone. | Цель работы - исследование однониточной схемы расстановки капельниц в зоне питания древесных растений на предмет соответствия требованиям многолетних плодовых садов. В процессе работы проведено аналитическое исследование однониточных схем расстановки капельниц в садах со схемами посадки 4,0х1,5; 4,0х2,0; 5,0х3,0 м в условиях легко- и тяжелосуглинистых, легкоглинистых почв. Оценка соответствия схем расстановки капельниц проводилась по критериям "доля площади увлажнения от площади питания растения" и "минимальное расстояние от капельницы до штамба растения". При определении параметров схем расстановки капельниц в саду использовалась методика прогнозирования расположения и плановых размеров контуров влажности почвы. В процессе исследования установлено, что применение однониточного поливного модуля с одной капельницей на каждое дерево в рассмотренных технологических и почвенных условиях позволит увлажнить от 2 до 12% площади питания, это не соответствует требуемому коэффициенту увлажнения (10–50%). Использование двух капельниц на каждое растение в зависимости от схем расстановки деревьев и типа почвы позволит увлажнить от 4 до 24% площади питания, что свидетельствует об их применимости для схем посадки 4,0х1,5 м и плотнее на тяжелых по механическому составу почвах. Применение нечетного количества капельниц (но более одной) в однониточном поливном модуле не допускается, так как одна из них будет расположена непосредственно около штамба дерева (ближе 0,2 м). Однониточный поливной модуль в исследованных почвенных и технологических условиях не соответствует потребностям многолетних плодовых культур по рассмотренным критериям и не рекомендуется для капельного полива многолетних плодовых садов в южной природно-климатической зоне.

The research purpose is to develop the methodology for calculating irrigation rate for drip irrigation of tree-fruit crops. The rate must ensure the formation of moistened soil contours with the required geometric and moisture parameters in soil space. An empirical basis for the methodology development was drawn up with the materials of the author's research aimed to determining the geometric dimensions (parameters) of soil moistening contours. The working hypothesis of the study involved determining the water supply rate per one emitter, one fruit tree and one tree row in the plantation. It assumed further setting a drip watering rate per an area unit of drip-irrigated agricultural land considering the number of micro-drip emitters located there. The main soil and technological parameters of drip irrigation and contour formation, such as physical clay content in the soil, lowest moisture capacity and bulk density of it, levels of pre-irrigation and after-irrigation soil moisture, pre-determined soil profile moistening depth and emitter consumption) were considered as factors influencing the geometric parameters of moisture contours and water supply rate. The resulted dependencies make it possible to determine the linear, areal, and volumetric dimensions of local moisture contours and water supply rate, which, under appropriate conditions of drip irrigation, ensures the formation of a local, initially formed moisture contour with the required soil wetting depth in the soil layer. A study of the suggested methodology showed a deviation of the predicted parameters from the experimental soil moisture contours within ±10.0%. A methodology allowing determining the irrigation rate for drip irrigation of agricultural land as a sum of water supply rates of all water drip emitters irrigating 1 ha of agricultural land with practical accuracy has been developed. | Цель исследований: разработка методики расчета поливной нормы при капельном орошении древесно-плодовых культур, обеспечивающей формирование в почвенном пространстве контуров увлажненной почвы с требуемыми геометрическими и влажностными параметрами. Эмпирическую базу для разработки методики составили материалы авторских исследований, посвященных определению геометрических размеров (параметров) контуров увлажнения почвы. Рабочая гипотеза исследования предусматривала определение нормы водоподачи на одну капельницу, одно древесно-плодовое растение и ряд культур в насаждении с последующим установлением нормы капельного полива на единицу площади капельно-орошаемого с.-х. угодья, учитывающей количество расположенных на нем капельных микроводовыпусков. При определении геометрических параметров контуров влажности и нормы водоподачи в качестве факторов влияния рассмотрены основные почвенные и технологические параметры капельного полива и контурообразования: содержание в почве физической глины, ее наименьшая влагоемкость и плотность сложения, уровни дополивной и постполивной влажности почвы, заданная глубина увлажнения почвенного профиля и расход капельницы. Полученные зависимости позволяют определить линейные, площадные и объемные размеры локальных контуров влажности и норму водоподачи, обеспечивающую в соответствующих условиях капельного полива образование в почвенной толще локального, первично формирующегося контура увлажнения с требуемой глубиной промачивания почвенного слоя. Исследование предложенной методики показало отклонение прогнозируемых параметров от опытных контуров увлажнения почвы в пределах ±10,0%. Разработана методика, позволяющая с приемлемой для практики точностью определять поливную норму для капельного орошения с.-х. угодий как сумму норм водоподачи всех капельных водовыпусков, орошающих 1 га с.-х. угодий.

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.

The research purpose is to develop technological equipment for drip tape installation, determining the installation resistance to assess the possibility of aggregation with agricultural machines. The numerical values of the resistance to tape installation in a potato ridge are determined, the data obtained are refined in the process of laboratory studies with a working body model, and the possibility of installing technological equipment on agricultural machines is substantiated. The Grimme GF-75/4 potato ridge former was upgraded to a drip tape stacker. For high-quality installation of the tape and preventing its twisting and breaking, it is necessary to maintain a constant tension of the tape at various speed rates of the basic machine. To do this, a brake device was introduced into the design of the stacker, which prevents the spool from unwinding by inertia during sudden braking and stopping the machine. Placement of equipment for drip tape installation on the Grimme GF-75/4 ridge former and the work on drip tape installation did not lead to a noticeable increase in traction resistance. The recommended tape installation depth was 20 mm. The brake device installed in the stacker structure prevents the drip tape spool from unwinding due to inertia when braking or stopping the machine. The optimal parameters of the braking device are determined: the spring diameter is 30 mm, the length is 200 mm. To reduce manual labor when carrying out work on installing a drip tape in the soil, the specialized stackers should be used. Due to the low installation resistance, these working bodies can be aggregated with various agricultural machines. To prevent the spool from spinning by inertia, a brake device should be introduced into the design, maintaining a constant tape tension and slowing down the spool in case of weakening the tension. This modernization will improve the quality of work on tape placing in the soil. | Цель исследования - разработка технологического оборудования для укладки капельной ленты, определение сопротивления укладке для оценки возможности агрегатирования с с.-х. машинами. Определены численные значения сопротивления укладке ленты в картофельный гребень, полученные данные уточнены в процессе лабораторных исследований на модели рабочего органа, обоснована возможность установки технологического оборудования на сельскохозяйственные машины. Формирователь картофельных гребней Grimme GF-75/4 был доработан до укладчика капельной ленты. Для качественной укладки ленты и недопущения ее перекручивания и обрыва необходимо поддерживать постоянное натяжение ленты на различных скоростных режимах базовой машины. Для этого в конструкцию укладчика было введено тормозное устройство, препятствующее раскручиванию катушки по инерции при резком торможении и остановке машины. Размещение оборудования на формирователе гребней Grimme GF-75/4 и проведение работ по укладке капельной ленты не привело к заметному росту тяговых сопротивлений. Рекомендованная глубина укладки ленты – 20 мм. Установленное в конструкции укладчика тормозное устройство предотвращает раскручивание катушки капельной ленты по инерции при торможении или остановке машины. Определены оптимальные параметры тормозного устройства: диаметр пружины – 30 мм, длина – 200 мм. Выводы. Для сокращения ручного труда при проведении работ по размещению капельной ленты в почве следует использовать специализированные укладчики. Благодаря невысоким сопротивлениям укладке указанные рабочие органы могут быть агрегатированы с различными с.-х. машинами. Для предотвращения раскручивания катушки по инерции в конструкцию следует ввести тормозное устройство, поддерживающее постоянное натяжение ленты и тормозящее катушку в случае ослабления натяжения. Данная модернизация позволит улучшить качество работ по размещению ленты в почве.

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.