Способ самополивного внутрипочвенного орошения атмосферной парообразной влагой при выращивании зерновых культур
Владельцы патента RU 2632335:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для внутрипочвенного увлажнения при выращивании зерновых культур. Способ самополивного внутрипочвенного орошения атмосферной парообразной влагой при выращивании зерновых культур включает посев зерновой культуры вдоль кулис из многолетних бобовых трав. Одновременно параллельно прокладывают горизонтальные подпочвенные воздуховоды. Обеспечивают вертикальные конвекционные каналы. Каналы соединяют подпочвенный воздуховод с атмосферой. Стенки подпочвенных воздуховодов и вертикальных конвекционных каналов уплотняются во время их прокладки. Обеспечивают влагоотводящие отверстия на дне воздуховода. Создают мульчированный слой на поверхности почвы. Мульчированный слой дополняет термоизоляционный буфер из затеняющих бобовых трав. Обеспечивается повышение урожайности зерновых культур в засушливых районах. Предотвращается перегрев почвы и испарение влаги. Предотвращается водная эрозия и дефляция почвенного покрова. 3 ил.
Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для внутрипочвенного увлажнения при выращивании зерновых культур влагой, сконденсированной из атмосферного воздуха.
Известен способ конденсации парообразной влаги в почве, включающий прокладку на нижней границе плодородного слоя почвы системы кротовых дрен, отсыпку последовательных слоев галечника и песка на поверхность почвы и высадку древесно-кустарниковых насаждений (АС СССР №1732829, А01В 79/02, 1992).
К недостаткам описанной технологии относятся недолговременное функционирование системы кротовых дрен, которая будет разрушаться корнями древесно-кустарниковых насаждений, и невозможность ее повторной прокладки (обновления) из-за отсыпанного слоя галечника крупной фракции и стволов деревьев. По этой же причине эта методика категорически неприменима к выращиванию зерновых культур.
Также известен способ создания пролонгированного кулисного пара, включающий посев растений в виде полос перпендикулярно вектору стока, в котором в качестве растений для создания кулис используют многолетние бобовые травы, высеваемые под покров ярового ячменя, а зерновую культуру высевают по кулисному пару под углом 90°, или 75°, или 45°, или 35° к кулисам из бобовых трав (RU, патент №2260929 С2, МПК А01В 79/02 (2000/01). Способ создания пролонгированного кулисного пара / Н.А. Зеленский (RU), Е.П. Луганцев (RU), М.В. Орешкин (RU). - заявка №2003131217/12; заявлено 23.10.2003; опубл. 27.09.2005, Бюл. №27 // Изобретения. Полезные модели. - 2005. - №27).
Недостатком описываемого способа является то, что посев зерновых культур под каким-либо углом к кулисам из бобовых трав неприменим к предлагаемому способу орошения, в котором подпочвенные воздуховоды должны быть строго параллельны как кулисам, так и рядкам зерновых культур, что позволяет предотвратить их несвоевременное разрушение корнями растений.
Наиболее близким по технической сущности (прототип) является способ орошения атмосферной парообразной влагой, включающий высадку деревьев и прокладку подпочвенных воздуховодов, периодически соединяющихся восходящими каналами с атмосферой, в котором подпочвенные воздуховоды выполняют в виде почвенных щелей, заполненных камнем, закрытых пленкой и засыпанных почвой, восходящие каналы, также заполненные камнем до поверхности почвы, чередуют с солнечной и теневой сторонами деревьев, определяемых по наибольшему суточному интервалу времени (RU, патент №2337525 С1, МПК A01G 25/00 (2006/01). Способ орошения парообразной атмосферной влагой (варианты) / В.А. Демин (RU), В.И.Овцинов (RU). - заявка №2007103442/12; заявлено 29.01.2007; опубл. 10.11.2008, Бюл. №31 // Изобретения. Полезные модели. - 2008. - №31).
Недостатком данного способа является то, что создание воздуховодов путем прокладки траншей приведет к разрушению естественных почвенных горизонтов и изменению структурных характеристик почв. Засорение щелей и пространств между камнями вследствие заиления неизбежно, что приведет к снижению интенсивности воздухообмена между атмосферой и почвой, в итоге способ станет неэффективным. Более того, система воздуховодов трудно возобновляема, ее повторная прокладка невозможна без значительного разрушения почвенных горизонтов и повышенных трудозатрат. К тому же описанный способ способствует интенсивному засорению почв непосредственно в районах создания траншей крупным каменистым материалом и пленкой, что отразится на водном режиме почв, процессах гумификации, жизнедеятельности аэробных микроорганизмов. Данный способ требует высоких трудовых и материальных ресурсов, а следовательно, приведет к значительным производственным затратам. Кроме того, описанный способ малоприменим к выращиванию зерновых культур, т.к. их корни недостаточно обширны, чтобы дотянуться до влаги вблизи воздуховода, а посев непосредственно над воздуховодом неприемлем в силу того, что пленка над слоем камня перекроет доступ корней к влаге.
Предлагаемый способ самополивного внутрипочвенного орошения атмосферной парообразной влагой зерновых культур основан на минимальном механическом воздействии относительно почвенных горизонтов, что способствует сохранению естественных физических процессов, протекающих в них. При этом отсутствует любое засорение почв, т.к. нет необходимости во внесении каких-либо инородных материалов в воздуховоды или на поверхность почвы. Это положительно влияет и на производственные затраты. Система подпочвенных воздуховодов достаточно проста и поэтому легко обновляема, что позволяет ежегодно использовать данный способ с высокой эффективностью.
Техническим результатом, получаемым от использования изобретения, является повышение урожайности зерновых культур в засушливых природных районах путем увлажнения корнеобитаемого слоя почв влагой, сконденсированной из атмосферного воздуха, обеспечения охраны почв от перегрева и испарения влаги в летнее время года, предотвращения водной эрозии и дефляции почвенного покрова.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе самополивного внутрипочвенного орошения атмосферной парообразной влагой при выращивании зерновых культур высев зерновой культуры осуществляют в межкулисье параллельно рядкам затеняющих бобовых трав с одновременной прокладкой вдоль вектора высева отдельных полых цилиндрических подпочвенных воздуховодов с уплотненными стенками диаметром 5 см, перфорируют вертикальные полые конвекционные каналы диаметром 3 см, соединяющие подпочвенный воздуховод с атмосферой, создают влагоотводящие отверстия на дне воздуховода, формируют над воздуховодом прикатанные вытянутые канавки и накрывают поверхность почвы мульчированным слоем из пожнивных остатков предшествующей культуры.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен предлагаемый способ самополивного внутрипочвенного орошения парообразной влагой зерновых культур в поперечном разрезе, на фиг. 2 - в продольном разрезе, на фиг. 3 показана последовательность воздействий специального агрегата на почву при посеве зерновых культур и прокладке воздуховодов.
Система имеет подпочвенные воздуховоды 1, сообщающиеся с атмосферой через вертикальные конвекционные каналы 2, влагоотводящие отверстия 3 (уровень Б), термоизоляционный буфер (уровень А), состоящий из кулис многолетних бобовых трав 4, зерновых культур 5 и слоя мульчи 6.
Способ осуществляется следующим образом. В подпочвенные воздуховоды 1 через вертикальные конвекционные каналы 2 под действием атмосферного давления нагнетается теплый воздух 7, приносящий в своем составе парообразную влагу. При этом он будет подвергнут постоянной циркуляции в воздуховодах по причине колебания атмосферного давления вследствие перемещения воздушных масс, суточного колебания их температур и периодической смены температурных экстремумов. Процесс взаимодействия теплого воздуха с уплотненными стенками подпочвенного воздуховода, которые имеют более низкую температуру благодаря термоизоляционному буферу (уровень А), будет способствовать конденсации на них частичек влаги 8. Образованные капли воды будут скатываться на дно воздуховода и пропитывать почву 9 непосредственно вблизи корневых систем зерновой культуры. Влагоотводящие отверстия 3 предназначены для интенсификации слива излишков влаги из воздуховода 1, что предотвратит преждевременное разрушение его стенок. Мульча 6 в канавках 10 играет роль воздушного фильтра и оберегает вертикальные конвекционные каналы 2 от механического засорения, что позволит продлить функционирование системы.
Посев зерновой культуры и прокладку подпочвенных воздуховодов и вертикальных конвекционных каналов осуществляют специальным агрегатом, работающим со следующей последовательностью:
a. Прокладка подпочвенных воздуховодов 1 диаметром 5 см в корнеобитаемом слое почвы на глубине 40-50 см в междурядье многолетних бобовых трав 4 шириной 70-80 см с одновременным прямым посевом семян зерновой культуры 11 с шириной междурядий 10-11 см на глубину 6-8 см со стартовой дозой минеральных удобрений.
b. Уплотнение разрыхленной почвы прикатывающим колесом шириной 13-14 см с выпуклой шиной, после чего образуются вытянутые прикатанные канавки 10 глубиной 2-3 см.
c. Создание через каждый метр по направлению движения агрегата вертикальных конвекционных каналов 2 диаметром 3 см и влагоотводящих отверстий 3 вращающимся буром.
d. Равномерное распределение мульчи 6 между кулисами бобовых трав 4.
Чтобы стенки воздуховода 1 были наиболее прочными и теплопроводными, его создание осуществляют рабочим органом «крот», работающим по плунжерному гидравлическому принципу, который мелкими ударными горизонтальными воздействиями своего конусообразного наконечника пробивает почву и уплотняет стенки воздуховода.
Для того чтобы прорезь 12, оставленная ножом «крота», уплотнилась и исчезла, а подпочвенный воздуховод 1 при этом не разрушился, прикатывающее колесо должно конструктивно находиться над задней частью рабочего органа «крот».
При создании слоя мульчи 6 пожнивные остатки растений сильно не измельчаются и должны быть достаточно крупных размеров, чтобы не перекрыть полностью вход в конвекционный канал 2 и не препятствовать проникновению воздуха в воздуховоды 1.
В весенний и летний периоды поле обрабатывается гербицидами для замедления роста бобовых трав, которые должны занять нижний ярус и целиком прикрыть почвенный покров, оберегая его от перегрева, испарения влаги, водной эрозии и дефляции и обогащая ее азотом.
Главной задачей подпочвенных воздуховодов 1 является обеспечение влагой зерновой культуры в период от весеннего отрастания до колошения (50-60 дней), когда она расходует до 70% всей влаги. Созданная плотность стенок воздуховодов должна обеспечить их сохранность в течение этого промежутка времени, после чего необходимость в них отпадает. Чтобы исключить внешнее механическое воздействие на воздуховоды, всю необходимую процедуру по внесению минеральных удобрений и гербицидов на поле после их прокладки следует проводить воздушным способом или заблаговременно предусмотреть сквозные проезды для хода опрыскивателей с широким охватом.
После уборки зерновой культуры под действием тяжелой уборочной техники подпочвенные воздуховоды 1 и конвекционные каналы 2 разрушатся полностью. Цикл замкнется. Следующий посев и прокладку подпочвенных воздуховодов можно осуществлять в течение 2-3 лет до изреживания кулис из многолетних бобовых трав на 45-55%, когда их затеняющая способность значительно снизится, после чего поле отводят под пар.
Технический результат способа самополивного внутрипочвенного орошения атмосферной парообразной влагой зерновых культур заключается в повышении урожайности зерновых культур в районах с засушливыми природными условиями путем увлажнения корнеобитаемого слоя почв влагой, сконденсированной из атмосферного воздуха. Кроме этого, предлагаемый способ позволяет:
- стабилизировать водный и температурный режимы почв;
- снизить риск почвенной засухи;
- увлажнить почву непосредственно вблизи корневой системы культур и использовать влагу без потерь;
- предотвратить смыв и дефляцию почвенного покрова;
- исключить необходимость внесения азотных минеральных удобрений;
- увеличить объем почвы, где обитают аэробные микроорганизмы, приводящие к активному разложению органики и гумификации;
- преимущественно сохранить естественную структуру почвенных горизонтов;
- использовать технологии прямого посева.
Способ самополивного внутрипочвенного орошения атмосферной парообразной влагой при выращивании зерновых культур, включающий высадку кулис из многолетних бобовых трав, посев в межкулисье зерновых культур, прокладку подпочвенных воздуховодов, периодически соединяющихся восходящими каналами с атмосферой, отличающийся тем, что подпочвенные воздуховоды выполняют в виде отдельных полых цилиндрических кротовых дрен с уплотненными стенками диаметром 5 см, проложенных параллельно посевам зерновых культур и кулисам из бобовых трав, а восходящие каналы выполняют в виде полых вертикальных отверстий диаметром 3 см, на дне воздуховода создают влагоотводящие отверстия, на поверхности непосредственно над воздуховодом формируют прикатанные вытянутые канавки, почву между кулисами из бобовых трав вместе с канавками укрывают мульчей из пожнивных остатков предшествующих культур.
