Введение дипломная работа виноградарство - Создания системы автоматизированного управления орошением виноградников Магарач

ВВЕДЕНИЕ

Виноградарство – одно из наиболее древних занятий человека. Начало возделывание винограда (Vitis vinifera subsp. sativa D. С.) восходит к каменному веку, а памятники письменности, фрески, барельефы и проч. свидетельствуют о существовании развитого виноградарства уже около 7000 лет тому назад (Египет, Шумер).

Уже в это время древние виноградари пришли к выводу о необходимости орошения виноградников для получения высоких урожаев.

Согласно археологическим раскопкам, специальные ирригационные системы для орошения виноградников существовали в древнем Вавилоне еще за 3000 лет до Рождества Христова. Существуют точки зрения, согласно которым само возникновение государств было обусловлено необходимостью создания ирригационных систем. Например, гидравлическая теория Витфогеля [1].

Таким образом, история виноградарства насчитывает не менее 7000 лет, а история орошения виноградников составляет не менее 5000 лет.

За этот длительный период можно выделить три этапа качественного и последовательного изменения технологий орошения. Каждый из этих этапов представляет собой решение некоторой фундаментальной проблемы, возникающей по мере развития практики орошения. Первые две проблемы можно условно назвать проблемами снабжения и распределения. Решение этих проблем лежит больше в инженерно-технической области. По мнению Н. Нилова [2], в настоящее время мы стоим перед проблемой разработки технологии оперативного управления орошением, решение которой лежит уже в области биологической или, точнее, биокибернетической. Рассмотрим кратко эти этапы.

Этап 1: снабжение водой. Исторически ранее других в области искусственного орошения вообще и виноградников в частности возникла проблема, которую можно было бы назвать «проблемой снабжения»: как осуществить бесперебойное снабжение водой полей, садов и виноградников, расположенных на территориях, где воды недостаточно?

Решение было найдено посредством создания ирригационных каналов, откачки воды при помощи различных механизмов из рек, водоемов, колодцев и проч. с последующим перемещением ее к полям. По мере развития человеческой цивилизации транспорт воды стал осуществляться все на более и более значительные расстояния. Это позволило бесперебойно снабжать водой орошаемые поля, даже если поблизости воды не было или ее было не достаточно. Однако, с другой стороны, подобная практика часто приводила к нарушению водного баланса почв. Со временем была осознана опасность обильного орошения и перемещений больших масс воды для этих целей. Действительно, последствия подобной непродуманной ирригации иногда оказывались просто катастрофическими. Современным примером тому служит гибель Арала. Пример же из далекого прошлого можно найти у Л. Н.Гумилева, связывавшего во многом гибель Вавилона со строительством канала Паллукат и непродуманным увеличением орошаемых площадей [3]. Несмотря на всё ещё допускаемые ошибки при проектировании, тем не менее, в наши дни проблема доставки воды к полям успешно решена.

Этап 2: распределение воды. Однако снабжение водой виноградников является далеко не единственным условием их успешного орошения. Действительно, конечной задачей орошения является не перемещение воды к полям, а обеспечение влагой растений. Недостаточно просто подвести воду к винограднику. Необходимо научиться равномерно распределять ее в строго определенных местах локализации растений, иметь возможность управлять процессом орошения. Эту проблему можно выделить в качестве второй проблемы орошения. Назовем ее «проблемой распределения». Решение этой проблемы составляло второй этап развития технологии орошения, и привело к созданию во второй половине 20 века различных систем локального орошения (в первую очередь капельного). Это позволило в любое время подавать строго дозированное количество воды в строго отведенные места. Возникла возможность экономного расходования воды с одной стороны и создания предпосылок оперативного управления орошением с другой.

Этап 3: управление орошением. Однако в это же время возникла следующая проблема, которая носила уже не чисто технический, а скорее биологический характер: как получить обоснованные указания в отношение того как, когда и сколько орошать? На первый взгляд проблема решается просто: достаточно научиться измерять влажность почвы. Однако опытный виноградарь хорошо понимает, что при одной и той же влажности почвы водный режим растения будет существенно различаться в солнечный и пасмурный день, в зависимости от подвоя, нагрузки куста побегами и гроздями, сорта, возраста, фазы вегетации и т. д. Таким образом, возникла проблема создания информационных технологии управления орошением, позволяющих учитывать всю совокупность факторов, влияющих на водный режим растений. Проблема особенно остро встала в конце 20 века по следующим причинам:

1.  Произошло глобальное увеличение дефицита пресной воды во всем мире (рост цен на воду) [2, 4].

2.  На рынках вин усилилась конкуренция и определился возрастающий спрос на высококачественную продукцию, что в свою очередь привело к необходимости поддержания функционального состояния растений в определенном режиме, в частности путём оперативного управления орошением виноградников [2].

3.  Усилилась интенсификация производства растениеводческой продукции, и в связи с этим возникла необходимость оперативного управления продукционным процессом, позволяющим в каждом конкретном случае находить компромиссы между стремлением получать высокие урожаи и сохранением природной среды [2].

Вышеприведенные причины привели к необходимости совершенствования технологий орошения во всех ее звеньях.

В результате многочисленных попыток решения проблем при создании информационных технологий управления орошением стало понятно, что это возможно лишь в результате включения объекта регулирования (в рассматриваемом случае это виноградное растение) в систему регулирования с обратной связью и на основе длительного системного мониторинга как параметров функционального состояния растений, так и параметров окружающей среды.

Усилия многих специалистов по решению всех этих задач привели к возникновению современного этапа развития технологий орошения: из общих технологии орошения стала выделяться информационная составляющая, постепенно оформляющаяся в информационные технологии управления орошением различных культур.

Приведенные выше этапы становления технологий орошения позволяют классифицировать различные технологии орошения виноградников по трём основным звеньям. Первое: как решена в данной технологии проблема доставки воды. Второе: как решена в данной технологии проблема распределения воды. Третье: как решена в данной технологии проблема управления орошением.

Стратегии орошения. Орошение является мощным инструментом воздействия на водный режим, а вместе с тем на рост и на развитие растений, величину и на качество урожая. Возникли различные концепции орошения (например, концепция регулируемого дефицитного орошения). Для того, чтобы легче было ориентироваться в огромном и часто противоречивом опыте орошения виноградников, в свое время были предложены определения стратегий орошения и их классификация (бесстрессовые, стрессовые и специальные) [2]. Было показано, что различные стратегии орошения приводят к различным параметрам урожая, что, в свою очередь, влечёт за собой существенные экономические последствия. Среди технологических факторов существенно влияющих на качество урожая винограда, можно выделить рациональное формирования кроны и специально подобранные стратегии орошения. Оба этих фактора во многом определяют микроклимат насаждений (соответственно его структуру и функцию) и поддаются в большей степени, чем другие факторы, оперативному управлению. К наиболее перспективным и достаточно легко реализуемым, при наличии систем локального орошения, в настоящее время можно отнести стратегии стрессового орошения. Эти стратегии предполагают длительное (на протяжении одной фазы развития и более) либо кратковременное (дни, недели) воздействие водным стрессом на виноградное растение. Наиболее распространенная в настоящее время концепция бесстрессового орошения приводит к большим урожаям, однако их качество, как правило, уступает качеству урожаев, выращенных при ограниченном орошении.

Однако точная реализация стратегий орошения возможна только при оперативном управлении водным режимом растений путём орошения. Последнее означает необходимость создания универсальной системы орошения (пока для исследовательских целей), способной реализовывать различные стратегии и алгоритмы орошения. С физиологической точки зрения эта система должна быть способна быстро изменять водный потенциал тканей растения (в первую очередь листьев), с одной стороны, и позволять генерировать сигналы стресса отдельным фрагментам растений (в первую очередь той или иной части корневой системы). Какими свойствами должна обладать подобная система орошения (отдельный ее фрагмент) и какова возможная конструкция (инженерное решение), отвечающее этим свойствам, при наличии управляющего сигнала?

Таким образом, рассматриваемая задача относится к совершенствованию второго этапа технологии орошения (распределение воды), при допущении, что первый этап (подача воды к винограднику) и третий этап (управление орошением) решены.

Предлагается создать комбинированную систему локального орошения виноградников, состоящую из капельного орошения почвы (оросительный полив) и мелкодисперсионного орошения надкронового пространства (освежительный полив). За счет подобного инженерного решения возможно в определенном смысле «смещение» виноградника из континентального жаркого климата в прибрежный, более мягкий (см. ниже). Согласно фитомониторным исследованиям, виноградное растение при влажности почвы 70% от НВ (обычно рекомендуемая для начала орошения влажность почвы) испытывает водный дефицит лишь два-три часа в послеполуденное время. Ликвидация стрессового состояния в это время путем освежительного полива позволит экономить воду и точнее управлять водным режимом растений. Освежающие поливы проводят с помощью мелкодисперсного дождевания (т. н. аэрозольное увлажнение), когда увлажняется не почва, а лишь воздух и поверхность растений распылением воды на мельчайшие капли диаметром 300–500 мкм. Распылители размещают над растениями и включают в жаркое время дня периодически через каждые 1,5–2 часа с очень маленькой поливной нормой (100–150 л/га за одноразовое увлажнение). Освежающие поливы прекращают за 3–4 часа до захода солнца, чтобы растения успели обсохнуть. Последнее предотвращает распространение грибных и бактериальных болезней в ночное время.

Целью данной работы является обоснование создания опытной системы автоматизированного управления орошением виноградников с целью проведения научных исследований в области изучения водных режимов виноградного растения на территории опытно-производственной базы национального института винограда и вина «Магарач».

Скачать - diplomnaya-rabota-vinogradarstvo-sozdaniya-sistemy-avtomatizirovannogo-upravleniya-orosheniem-vinogradnikov.doc

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Банер реклама курсовые и дипломные