СПОСОБ МЕЛИОРАЦИИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2005 года по МПК A01G25/00 A01B79/02 

Изобретение относится к сельскому и лесному хозяйству, в частности к способам улучшения водоснабжения растительности, а также к способам выращивания устойчивой и продуктивной растительности (деревьев, кустарников и трав) на песчаных и супесчаных почвах с глубокими (до 9-10 м) недоступными для растений без мелиорации грунтовыми водами (далее ГВ), (например, в бассейнах рек южного направления) и может быть использован при выращивании искусственной и естественной древесной и кустарниковой растительности (сады, виноградники, лесные культуры), а также сельскохозяйственных растений для промышленных целей. Кроме того, изобретение можно использовать в аридных районах с малым количеством годовых осадков на бурых и каштановых почвах с покровными тяжелыми суглинками.

В южных районах России особую актуальность приобретает освоение под сельскохозяйственное производство новых, ранее не использованных земель, для получения зерновых, сена, разведения садов и виноградников, создания продуктивных и долговечных лесных насаждений. Дефицит влаги в корнеобитаемой толще почвы во время вегетации растений сдерживает освоение засушливых богарных территорий.

Применение орошаемого земледелия устраняет риск в получении ежегодных урожаев, позволяет повысить продуктивность таких земель. Однако из-за специфичности технологии орошения ее применение ограничивается небольшими площадями, которые к тому же обильно зарастают сорной растительностью и подвержены вторичному засолению из-за комплексности почвенного покрова. Кроме того, дорогостоящие по единовременным капитальным и ежегодным энерго- и трудозатратам ирригационные работы окупаются лишь при возделывании немногих видов сельскохозяйственных растений, в основном овощных.

Вовлечение в сельскохозяйственный оборот песчаных земель высоких уровней пойм рек южного направления существенно увеличит резерв почвенных ресурсов страны. Однако непременным условием освоения речных пойм является использование экологически безопасных и рациональных технологий, исключающих загрязнение и истощение речных систем в целом.

Пойменные почвы высоких уровней над меженью, подстилаемые на небольшой глубине (0,5-1 м) перемытыми песчано-гравийными отложениями с глубокими грунтовыми водами (летне-осенний меженный уровень ГВ опускается до 7-9 м) широко распространены в поймах рек среднего и нижнего течения Волги, Дона, Днепра и Урала. Продуктивность древесных, кустарниковых и травянистых растений на них невысокая. Корневые системы растений осваивают только слоистую верхнюю часть почвенного профиля, не проникая в перемытые пески, и уже во второй половине вегетации растения испытывают недостаток влаги в почве, так как в этот период капиллярная связь с ГВ отсутствует из-за их сезонных колебаний.

Известны способы мелиорации песчаных и супесчаных почв, включающие создание сплошных или прерывистых наклонных экранов (глинистых, асфальтобитумных и других водонепроницаемых преград) для задержки стекающей вниз свободной гравитационной влаги, которые повышают влагоемкость почв над ними (SU 589326, 746026). Другие способы включают создание горизонтальных глинистых прослоек разной мощности под корнеобитаемым слоем, которые также служат временным водоупором (SU 683700).

Недостатком известных способов является то, что такие экраны служат только для задержки и аккумулирования стекающей гравитационной влаги. В засушливых условиях гравитационная влага задерживается экранами только за счет ограниченного количества осенних и зимних осадков и быстро расходуется растениями еще в первой половине вегетационного периода, а во второй половине его растения уже испытывают дефицит влаги в почве. Летние же поливы не везде целесообразно и возможно осуществить. Кроме того, влажные глинистые экраны легко пронизываются многочисленными корнями, что увеличивает их водопроницаемость и сводит в дальнейшем к минимуму их водозадерживающую роль.

Известен способ мелиорации почв, при котором в процессе обработки почвы на дно пахотного горизонта вносят золу сплошным слоем толщиной 4-5 см и нормой 150-200 т/га. Последующие обработки пахотного горизонта проводят на глубину, меньшую залегания слоя золы. Для углубления пахотного слоя запахивают борозды на 10-12 см ниже глубины пахотного слоя и заполняют их золой (RU 2028033, 1995).

Известен способ мелиорации почв, при котором почву структурируют путем внесения продукта высокотемпературного взаимодействия полиметилметакрилата с водным раствором аммиака - аммонийной соли полиметилметакриловой кислоты и ее метилового эфира для увеличения содержания водопрочных агрегатов в почве (RU 94017958, 1996).

Недостатками этих способов является то, что они структурируют почву довольно близко к поверхности и не позволяют поднимать влагу.

Наиболее близким по технической сущности к способу мелиорации песчаных почв с глубокими грунтовыми водами является способ, в котором на выбранном участке выполняют щелевидные траншеи и заполняют их глинистым раствором с плотностью 1,2-1,3 г/см³ (“Техника молодежи”, 1990 г., №2, стр.2-4).

Недостатком известного способа является то, что выполняемый с помощью этого способа экран служат только для задержки и аккумулирования стекающей гравитационной влаги, корни растений его пронизывают и водозадерживаюшая его роль сводится к минимуму.

Известен способ мелиорации глинистых и суглинистых почв, который включает создание в пахотном горизонте биологически активного водорегулирующего слоя на основе глины с монтмориллонитовой добавкой, растительных остатков и азотфиксирующих микроорганизмов. В качестве водорегулирующего слоя используют смесь следующего состава, об.%: перегной 30-36, монтмориллонит 10-4, растительные остатки 9,8-9,71, азотфиксирующие микроорганизмы 0,12-0,15, стимулятор роста 0,08-0,14, глина - остальное. Способ позволяет создать более благоприятные водный, воздушный и питательный режимы для развития корневой массы растений и активизировать микробиологические процессы в почве (что обеспечивает получение нормативно чистой сельскохозяйственной продукции и воспроизводит плодородие почвы) (RU 2125583, 1999).

Наиболее близким к способу мелиорации в аридных районах с малым количеством годовых осадков на бурых и каштановых почвах с покровными тяжелыми суглинками является способ, включающий последовательную снизу вверх нарезку выемочных террас, придание полотну террасы обратного уклона, укладывание вдоль выемочного откоса террас дренирующего материала органического происхождения, засыпку его слоем почвогрунта и посадку растений, при этом на террасах создают траншеи, в которые со стороны выемочного откоса укладывают доверху дренирующий материал органического происхождения, а со стороны склона траншеи до верхнего уровня дренажного слоя засыпают ранее извлеченным из траншей грунтом (RU 96101559, 1998).

Недостатком этого способа мелиорации является то, что вода, собираемая террасами, проникает на глубину 1-1,5 м и большей частью расходуется на физическое испарение. Проникновение воды на глубину, достаточную для развития у растений корневой системы, в данном случае невозможно.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в создании условий для непрерывного использования корнями растений ранее недоступной для них влаги. В способе мелиорации песчаных почв технический результат обеспечивается за счет использования влаги из глубокозалегающих ГВ. В способе мелиорации в аридных районах с малым количеством годовых осадков на бурых и каштановых почвах с покровными тяжелыми суглинками технический результат обеспечивается путем перевода влаги во внутрипочвенный сток и более глубокого промачивания почвогрунта (до 4-5 м).

Сущность изобретения заключается в достижении упомянутого технического результата в способе мелиорации песчаных почв с глубокими грунтовыми водами, в котором на выбранном участке формируют траншеи на глубину гумусированного слоя, по дну сформированных траншей выполняют вертикальные щелевидные траншеи глубиной ниже меженного уровня грунтовых вод, далее выполняют наклонные щелевидные траншеи между соседними вертикальными траншеями с началом на дне траншеи в гумусированном слое, заполняют траншеи раствором глины с плотностью 1,2-1,3 г/см³ и покрывают их гумусированным слоем.

Траншеи в гумусированном слое формируют параллельно одна другой, при этом расстояние между ними может быть 0,5-2,0 м.

Траншеи можно формировать с образованием квадратной сетки, а наклонные траншеи выполнять с углом между ними и вертикальными траншеями 15-45°.

Вертикальные траншеи формируют шириной 10-15 см.

В способе мелиорации в аридных районах с малым количеством годовых осадков на бурых и каштановых почвах с покровными тяжелыми суглинками технический результат достигается тем, что на выбранном участке выполняют непосредственно с поверхности террас вертикальные траншеи на глубину до 2,0-3,0 метров и заполняют их крупнозернистым песком с размером частиц 0,5-2,0 мм.

Капиллярная кайма в песчаных почвогрунтах поднимается всего лишь до 0,3 м над зеркалом ГВ. Обеспечить корням растений постоянную капиллярную связь с ГВ возможно с помощью устройства в песчаных почвогрунтах серии параллельных вертикальных суглинисто-глинистых прослоек толщиной 10-15 см или скважин разного диаметра, также заполненных суглинисто-глинистым материалом. Они должны пройти через всю толщу песчано-гравийных отложений и заглубиться в ГВ ниже их меженного уровня. Положительной особенностью такой мелиорации является непрерывность капиллярного подъема влаги по суглинисто-глинистому материалу из ГВ вверх на высоту до 4-6 м (А.А. Роде. Основы учения о почвенной влаге. 1965, стр.334). Чем больше содержание илистой фракции в материале прослоек, тем выше будет подниматься капиллярная кайма от зеркала грунтовых вод к дневной поверхности почвогрунта. При этом увлажняется прилегающая к прослойкам песчаная толща. Корни растений по мере необходимости, используя влагу из капиллярной каймы, по этим прослойкам легко проникают вниз вплоть до зеркала ГВ. В отличие от орошения в предлагаемом способе мелиорации непроизводительные потери влаги полностью исключаются путем устройства вертикальных прослоек по дну предварительно приготовленных глубоких (до 30-40 см) борозд с последующей их засыпкой. В результате чего сводится к минимуму физическое испарение из прослоек. Кроме того, в предлагаемом способе растения сами регулируют потребление влаги в необходимом оптимуме и в нужное для них время.

В аридных районах с малым количеством годовых осадков не выше 300-400 мм на бурых и каштановых почвах с покровными тяжелыми суглинками мощностью до 8-10 м промачивание в осенне-зимне-весеннее время не превышает 1,5-2 м, что затрудняет выращивание древесных и плодовых пород, особенно на склонах балок. Здесь вода во время снеготаяния просто стекает в пониженные элементы рельефа увлажняя лишь верхний 0,5-1 - метровый слой почвы, из которого большая часть влаги расходуется на физическое испарение еще в начале периода вегетации растений. Необходимо перевести влагу во внутрипочвенный сток и обеспечить более глубокое промачивание почвогрунта (до 4-5 м), то есть на всю глубину корнеобитаемой толщи.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена принципиальная схема мелиорации на песчаных почвах, на фиг.2 - то же на почвах с покровными тяжелыми суглинками.

Способ осуществляют следующим образом.

На выбранном участке, подлежащем мелиорации (глубокое залегание грунтовых вод, песок - фиг.1) в гумусированном слое 1 почвы прокапывают траншеи 2, в результате чего образуются отвалы 3 из гумусированного слоя. Далее по дну траншей 2 в слое песка 4 формируют щелевидные вертикальные траншеи 5 и наклонные траншеи 6. Последние выполняют между соседними вертикальными траншеями, при этом начало наклонной траншеи - на дне траншеи 2 в гумусированном слое. Далее щелевидные вертикальные и наклонные траншеи заполняют раствором глины с плотностью 1,2-1,3 г/см³.

Глубина вертикальных траншей - ниже меженного уровня 7 грунтовых вод, их ширина - 10-15 см.

Траншеи между собой параллельны, при этом расстояние между траншеями 2 и также расстояние между вертикальными траншеями 5 - 0,5-2,0 м.

При осуществлении способа можно выполнять траншеи с образованием квадратной сетки с тем же расстоянием между траншеями.

Наклонные траншеи выполняют с углом между ними и вертикальными траншеями 15-45°.

Для почв с покровными тяжелыми суглинками на выбранном участке (склон - фиг.2) с помощью специального механизма формируют террасы 8 шириной 2,0-2,5 м с уклоном во внутреннюю сторону террасы не менее 5°, в которых непосредственно с поверхности гумусированного слоя выполняют вертикальные траншеи на глубину до 2-3 м и заполняют их крупнозернистым песком с размером частиц 0,5-2,0 мм, ширина траншей - 10-15 см. Расстояние между траншеями - 0,5-2,0 м.

Формирование вертикальных и наклонных траншей можно осуществлять с помощью гидроножа В.В. Мхитаряна (Валерий Кленов. Ж. Техника молодежи. 1990, №2. Стр.2-4.) или с помощью цепной, бурильной техники. Производительность этой машины Мхитаряна (“Экран”) в смену в зависимости от схемы насыщения профиля почвогрунта глинистыми прослойками может составлять 0,1-0,5 га.

Способ апробирован в молодых культурах тополя черного (осокоря) на высокой пойме Уральского лесхоза бывшей Уральской (ныне Западно-Казахстанской) области на высокой пойме в серии (10 шт.) глубоких до 7 м скважин диаметром 5 см заполненных глинистым раствором. Через 6 лет после постановки опыта в сентябре проведены раскопки по профилю скважин до уровня меженных ГВ. Все скважины вплоть до УГВ (уровня грунтовых вод) были освоены многочисленными корнями. В песке же корней не было.

Таксационные показатели (диаметр и высота) у 11-летних деревьев осокоря, пустивших корни в скважины были в 2 раза выше в сравнении с 11-летними деревьями, растущими по соседству на таких же почвогрунтах, но без мелиоративных скважин.

Таким образом, на малопродуктивных, не используемых ранее пойменных почвах с глубокими ГВ можно создать дешевую, надежную, постоянно действующую, экологически чистую, автономную, органически вписанную в природную среду мелиоративную систему для промышленного выращивания разных видов растений. Применение вышеописанного способа мелиорации возможно не только в высоких поймах рек южного направления, но и на других непойменных территориях при залегании пресных ГВ в песке на глубине не более 10 метров.

Изобретение относится к сельскому и лесному хозяйству, в частности к способам улучшения водоснабжения растительности, а также к способам выращивания устойчивой и продуктивной растительности деревьев, кустарников и трав. На выбранном участке песчаных почв с глубокими грунтовыми водами формируют траншеи на глубину гумусированного слоя, по дну сформированных траншей выполняют вертикальные щелевидные траншеи глубиной ниже меженного уровня грунтовых вод. Выполняют наклонные щелевидные траншеи между соседними вертикальными траншеями, заполняют траншеи раствором глины с плотностью 1,2-1,3 г/см³ и покрывают их гумусированным слоем. На выбранном участке в аридных районах с малым количеством годовых осадков на бурых и каштановых почвах с покровными тяжелыми суглинками выполняют непосредственно с поверхности террас вертикальные траншеи на глубину до 2-3-х метров и заполняют их крупнозернистым песком с размером частиц 0,5-2 мм. Изобретение позволяет создать условия для непрерывного использования корнями растений ранее недоступной для них влаги. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ мелиорации, заключающийся в том, что на выбранном участке песчаных почв с глубокими грунтовыми водами формируют траншеи на глубину гумусированного слоя, по дну сформированных траншей выполняют вертикальные щелевидные траншеи глубиной ниже меженного уровня грунтовых вод, далее выполняют наклонные щелевидные траншеи между соседними вертикальными траншеями, заполняют траншеи раствором глины с плотностью 1,2-1,3 г/см³ и покрывают их гумусированным слоем.2. Способ по п.1, заключающийся в том, что траншеи в гумусированном слое формируют параллельно одна другой.3. Способ по п.1, заключающийся в том, что траншеи в гумусированном слое формируют на расстоянии 0,5-2,0 м.4. Способ по п.1, заключающийся в том, что траншеи в гумусированном слое формируют с образованием квадратной сетки.5. Способ по п.1, заключающийся в том, что наклонные траншеи выполняют с углом между ними и вертикальными траншеями 15-45°.6. Способ по п.1, заключающийся в том, что ширина вертикальных и наклонных траншей – 10-15 см.7. Способ мелиорации, заключающийся в том, что на выбранном участке в аридных районах с малым количеством годовых осадков на бурых и каштановых почвах с покровными тяжелыми суглинками выполняют непосредственно с поверхности террас вертикальные траншеи на глубину до 2-3 м и заполняют их крупнозернистым песком с размером частиц 0,5-2 мм.