Капельное орошение для кофейных плантаций.

Кофе является самым важным сельскохозяйственным товаром в мире. Он представляет собой основной источник дохода для более чем 40 тропических стран, создавая более 120 миллионов рабочих мест. Кофейный завод выращивается на более чем 10 млн. Гектаров по всему миру, в основном на небольших семейных фермах (70% продукции производится на фермах площадью до 5 гектаров). 

Некоторые ботанические аспекты

Кофейные растения – это кустарники или деревья, выращиваемые в тропических регионах и принадлежащие к роду Coffea семейства Rubiaceae. Похоже, что кустарник Coffea arabica был впервые обнаружен в дикой природе в регионе Каффа в Абиссинии (ныне Эфиопия). Он также произрастает в дикой природе в регионе Мокко на юге Аравийского полуострова. Хотя мы не уверены в том, как он попал из Эфиопии в Йемен, верно, что йеменцы первыми стали выращивать кофейное растение.

Существует два основных вида кофейных зерен: Coffea Arabica (65%) и Coffea canephora (35%). Coffea arabica , которая производит тонкий ароматный кофе, требует более прохладного климата, чем Coffea canephora (robusta), в котором содержание кофеина выше. Поэтому более чувствительное к болезням и менее продуктивное растение арабика ограничено более высокими высотами, тогда как сорт робуста может быть выращен на низких землях, что приводит к более высокой урожайности.

Кофейные деревья – это вечнозеленые кустарники с противоположными овальными листьями, которые, как правило, предпочитают определенное количество оттенка (они изначально выращиваются в тени деревьев). Они дают мясистые плоды ярко-красного, фиолетового или желтого цвета, известные как кофейные вишни или кофейные ягоды, с двумя орехоподобными семенами, каждое из которых содержит кофейный боб (кофейная ягода является примером костянки полисперма). 

Под внешней мякотью или мякотью ягода заключена в пергаментную оболочку, жесткое, похожее на морщинистое покрытие, соответствующее корпусу или эндокарпу. Под пергаментной оболочкой кофейные зерна все еще покрыты тонкой прозрачной мембраной, известной как серебряная оболочка или кожный покров, которую можно удалить полировкой.

Единицей измерения для кофейных зерен является мешок весом 60 кг. В течение ряда лет мировое производство кофе превышало 100 миллионов мешков в год, что соответствует 6-7 миллионам тонн в год, тогда как в 1825 году было произведено только 100 000 тонн. Более 80 миллионов мешков экспортируется каждый год. 

Однако эта тенденция к росту не остановилась; производство увеличилось на 20% в период с 1997 по 2005 год, т.е. в два раза быстрее, чем кривая спроса. На сегодняшний день Бразилия является крупнейшим мировым производителем, с одной третью от общего объема, то есть 40 миллионов мешков, затем следует Вьетнам (ведущий производитель робусты ), а затем Колумбия.

Кофе растет

Самым старым и наиболее традиционным методом выращивания кофе является разветвленная система, которая до сих пор практикуется в некоторых частях Центральной Америки и Индии. С помощью этой технологии выращивания кофе, кофейные растения выращиваются с другими более высокими культурами, которые защищают их от солнечных лучей.

С другой стороны, при интенсивном методе, который распространен в Бразилии, кофейные растения выращиваются с более высокой плотностью посева и требуют использования систем орошения и механизации. Требуется значительный уровень инвестиций, но доходность выше. В областях производства кофе, которые развивались в последнее время в Бразилии, – Серрадо Минейро и Байано – наблюдается рост механизации среди производителей, которые уже получили финансирование, при этом ирригация также используется для повышения урожайности. В настоящее время более 100 000 кофейных плантаций оснащены системами полива. Небольшие семейные фермеры объединили свои усилия, вновь создав кооперативы, чтобы воспользоваться преимуществами растущего числа современных методов.

Культура кофе, которая до сих пор оставалась традиционной и консервативной в отношении инновационных технологий, наконец, получает преимущества от орошения. Несколько исследований ясно показывают, как длительная нехватка воды серьезно влияет на производительность кофе, особенно на критических этапах цветения и сбора плодов.

В центрально-южном регионе Бразилии нехватка воды во время развития плодов в период с октября по декабрь задерживает рост плодов. Это снижает производительность, потому что низшие фрукты не подходят для маркетинга. Окончательный размер бобов полностью зависит от количества осадков между 10 и 17 неделями после цветения; период, в течение которого боб растет быстрее всего.

У некоторых видов, таких как арабика и робуста, происходит скручивание почек до их раскрытия. Это происходит, когда нехватка воды возникает после того, как небольшое количество дождя вызвало первоначальный рост. В результате скручивания они не могут достичь стадии открытия и поэтому высыхают.

Б. Собриньо (1985) утверждает, что это скручивание – нераскрытые бутоны или сухие цветы (звезды) – является типичным явлением, вызванным нехваткой воды. Это может привести к потере доходности до 50%.

Ирригация кофе увеличивает урожайность

Введение орошения снижает процент сухих цветов (звезд) с 57% до менее чем 5%, причем некоторые процентные доли практически ничтожны (Rena / Maestri, 1987 и Thomaziello, 1999). При сравнении результатов продуктивности неорошаемого, орошаемого и фертифицированного кофе наблюдалось увеличение на 66% и 123% в орошаемой и фертибированной зонах соответственно (Antunes). Согласно Mantovani (2003), орошение кофейных растений рекомендуется для большинства регионов, производящих кофе в Бразилии.

Необходимость орошения обусловлена ​​не только нехваткой воды, но и среднегодовыми температурами. При температуре ниже 18 ° C необходимо орошение при ежегодной нехватке воды 150 мм. При температуре от 18ºC до 24ºC нехватка воды наносит еще больший ущерб. В этих случаях рекомендуется орошение при нехватке воды 100 мм.

В 2003 году было подсчитано, что 8-10% бразильских кофейных плантаций – в общей сложности 200 000 га – уже орошаются. Это орошение проводилось в основном в штатах Эспириту-Санту (60-65%), Минас-Жерайс (20-25%) и Баия (10-15%).

Выбор лучшей ирригационной системы

В идеале кофейные плантации орошаются системами под давлением через дождеватели или локальное орошение. Характеристики локализованных ирригационных систем: экономия воды и энергии (см. Таблицу 2), экономия рабочей силы, возможность автоматизации системы, требование хорошего качества воды, возможность адаптации к условиям почвы, решения для всех типов топографий (самостоятельная компенсирующие системы) и возможность нанесения химических продуктов на раствор (фертигация).

Настройка системы орошения

Локализованные ирригационные системы включают в себя: источник воды, насосную систему, систему фильтрации, главную распределительную сеть, управляющие головки, клапаны, автоматику и излучатели (микрораспылители или капельницы).

Источник воды. Вода может поступать из колодцев, водоемов или рек. Отдел разработки приложений в NaanDanJain выбирает наиболее подходящую альтернативу для каждой конкретной ситуации с учетом наилучшего соотношения затрат и выгод.

Насосная система. Центробежные насосы используются с электродвигателями (однофазными или трехфазными). Дизельные или газомоторные двигатели используются в районах, где нет электричества.

Система фильтрации. Целью системы является предотвращение засорения излучателей. Используются различные фильтрующие средства, такие как песок, диски и сетки. Фильтр должен быть выбран в соответствии с химическими и биологическими характеристиками фильтруемой воды.

Основная сеть. Эта сеть ведет воду из насоса в орошаемые подразделения. Используются стальные, ПВХ или полиэтиленовые трубы. Технические параметры (давление и расход) должны быть соблюдены.

Зона управления. Расположенные на входе подразделений, эти эстакады могут быть оснащены различными компонентами, такими как анти-вакуумные клапаны, воздушные предохранительные клапаны, основные клапаны (ВКЛ / ВЫКЛ) и регулирующие клапаны. Клапаны открывают и закрывают поток, регулируют давление в подразделении и предотвращают разрежение в сети.

Излучатели

Дриплайны . Необходимо учитывать различные характеристики капельной линии, а именно: толщину стенки, диаметр трубы, расход, расстояние и функции самокомпенсации. Оптимальное сочетание этих факторов является одним из важнейших факторов успешного орошения. Расстояние между капельницами должно быть выбрано на основе гранулометрии почвы. Обычно используется расстояние 60-85 см, но требуется меньшее расстояние при более высоком содержании песка или каменистой почве.

Микро-разбрызгиватели и форсунки . Эти типы излучателей различаются по скорости потока, форме и диаметру смачиваемой зоны и особым характеристикам, таким как самокомпенсирующиеся и устойчивые к насекомым механизмы. Микрораспылители могут быть очень эффективными в каменистых условиях, а на органических плантациях они обеспечивают эффективное использование компоста и навоза.

Автоматизация. Это выполняется контроллерами с различными уровнями сложности. Автоматические системы более точны и экономят рабочую силу.

Инжектор удобрений. Инжектор удобрений выбирается в соответствии с конкретным проектом. Давление в системе, расход и потребность в удобрениях учитываются вместе с наличием электроэнергии и экономическими аспектами первичных и эксплуатационных расходов: форсунок Вентури, пропорционального дозирования, насосов с водяным приводом (Tefen), насосов с гидравлическим приводом и водяного насоса ( Amiad), центробежные насосы из нержавеющей стали, автоматические фертигационные машины.

Экспертиза кофе

Опыт NaanDanJain в разработке и реализации проектов капельного орошения на кофейных плантациях очевиден на 10 000 га кофейных плантаций в Бразилии. Проекты различаются по размеру (от 10 до 1000 га), а топографические и погодные условия разнообразны. 

Несмотря на это, для каждого проекта были предложены индивидуальные решения. Ирригационные проекты NaanDanJain приводят к немедленному увеличению производительности. В то время как производство сухих зеленых кофейных зерен без орошения достигает только 1500 кг / га, 6000-7000 кг / га достигается при внедрении ирригационных систем.