СПОСОБ ОСНОВНОЙ ПРОТИВОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВ НА КАТЕНЕ Российский патент 2014 года по МПК A01B79/02 A01B13/16 

Изобретение относится к комплексной мелиорации агроландшафтов и может быть применено при проведении сухой культуртехники и сельскохозяйственном использовании склоновых земель в Нечерноземной зоне.

Водная эрозия подразделяется на плоскостную, заключающуюся в смыве частиц почвы из поверхностного (пахотного) слоя на больших площадях, и линейную в виде размыва почвогрунта на значительную глубину с образованием промоин разных размеров и длинных оврагов. При этом к линейным формам эрозии относят размывы, которые не могут быть ликвидированы при обычной вспашке, культивации и посеве сельскохозяйственных культур. Для ликвидации этих размывов необходима почва или почвогрунт, привезенные из другого местоположения.

Плоскостная водная эрозия представляет разрушение частиц на поверхности почвы и удаление их посредством многочисленных струйчатых промоин. Эти промоины глубиной от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров остаются после стока талых и дождевых вод. При обработке почвы они сглаживаются, не изменяя общего рельефа местности.

Основная причина водной эрозии почв - бессистемная распашка склоновых земель. Почва, покрытая растительностью, меньше подвержена эрозии. Растительность, предохраняя поверхность почвы от капель падающего дождя, повышает шероховатость поверхности и замедляет скорость течения воды по ней.

Все виды обработки почвы на склонах должны быть направлены на ослабление поверхностного стока талых и ливневых вод. Это достигается их проведением поперек склона (А.с. СССР №1297741, кл. А01В 79/00, 1987; А.с. СССР №1429961, кл. А01В 79/00; Пат. РФ №2157604, кл. А01В 79/00, 1999). Большое преимущество поперечной обработки в сравнении с продольной доказывают практически все проведенные научно-исследовательские полевые работы: смыв почвы при ее обработке поперек склона уменьшается в 2…3 раза (Черкасов Г.Н. Улучшение и использование природных кормовых угодий на склонах Центрального Черноземья. - Курск: ВНИИЗиЗПЭ, 2004. - С.62).

Известен способ снижения водной плоскостной эрозии почв склоновых земель, включающий вспашку почвы загонами поперек склона с образованием свальных гребней и разъемных прерывистых борозд - борозд с перемычками, задерживающих сток поверхностных вод (Сельскохозяйственные гидротехнические мелиорации / А.А.Богушевский, А.И.Голованов, В.А.Кутергин и др. Под ред. Е.С.Маркова. - М.: Колос, 1981. - С.369; прототип).

Известный способ снижения водной плоскостной эрозии почвы не учитывает изменение (перераспределение) стока поверхностных вод по длине прямого склона: вода перетекает с вышележащих участков на нижележащие (Черкасов А.А. Мелиорация и сельскохозяйственное водоснабжение. - М.: Госиздат с. - х. литературы, 1958. - С.220, черт.158; черт.158 демонстрируется на фиг.1). В результате эффективность противоэрозионной поперечной вспашки на нижележащих частях склона снижается. Степень развития ускоренной водной плоскостной эрозии почв зависит от длины и уклона склона. По мере движения стекающей воды вниз по склону толщина слоя и скорость воды, а следовательно, и ее живая сила возрастают, возрастает и смыв почвы. Так, по данным А.Н.Костякова (Костяков А.Н. Основы мелиорации. - М.: Гос. изд-во с. - х. литературы, 1951. - С.727), при увеличении длины склона в 5 раз (при уклоне 0,03…0,05) смыв почвы возрастает более чем в 10 раз. С увеличением длины склона степень смыва почвы увеличивается, процесс смыва может постепенно перейти в процесс размыва.

На склонах должен быть иной подход к обработке почвы, чем на плато: скорость и толщина слоя стекающей воды и ее живая сила при прямом склоне увеличиваются по мере удаления от водораздела.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности основной противоэрозионной поперечной обработки почв склоновых земель.

Технический результат, получаемый от решения поставленной задачи, заключается в снижении смыва почвы на нижележащих участках склона, прекращении плоскостной и линейной эрозии почвы, в обеспечении расширенного воспроизводства плодородия почвы, повышения урожайности сельскохозяйственных культур на склоне и предотвращения заиления рек и водоемов.

Поставленная в изобретении задача решена тем, что в способе основной противоэрозионной обработки почв на катене, включающем вспашку почвы загонами поперек склона с образованием свальных гребней и разъемных прерывистых борозд - борозд с перемычками, задерживающим сток поверхностных вод, вверх по прямому склону, имеющему уклон не меньше 0,015, ширина каждого предыдущего загона B_i меньше ширины каждого последующего B_i+1, т.е.

$$B_{i-1}<B_i<B_{i+1},(1)$$

где

i - номер загона, возрастающий вверх по склону.

При этом ширину i-го загона определяют по формуле

$$B_i\approx B{k}_i,(2)$$

где

В - ширина загона, устанавливаемая из условия максимальной производительности применяемого агрегата, учитывающей длину гона, ширину захвата одного корпуса плуга, число корпусов и минимальный радиус поворота агрегата;

k_i - поправочный коэффициент, учитывающий неравномерность выпадения твердых и жидких осадков по склону и его экспозицию, впитывание и сток воды и определяемый по формуле

$$k_i\approx \frac{\mathrm{2,3}{K}_n{К}_{э}({е}^{\mathrm{0,1}i}-\mathrm{0,7}{е}^{\mathrm{0,06}i})}{[\mathrm{1,4}+24(J-\mathrm{0,031})]\ln (\mathrm{0,025}L)},(3)$$

где

K_n - коэффициент, учитывающий гранулометрический состав почвы и равный для легких почв K_n=1,0, для средних - 0,87 и для тяжелых - 0,7;

К_э - коэффициент, учитывающий экспозицию склона и местоположение загона на склоне: при норме осадков для ровной поверхности 600 мм/год для верхней и средней частей склона при его ориентации север и юг К_э=0,86; северо-запад, северо-восток и юго-запад К_э=0,88; запад К_э=0,9, юго-восток К_э=0,91 и восток К_э=1,0; при этом учтено, что в условиях Нечерноземной зоны нижняя часть склона, как правило, нуждается в осушении;

J - уклон склона, равный или больший 0,015, но не больший 0,05;

L - длина склона, равная или меньшая 400 м;

n - число загонов на склоне (1≤i≤n), определяемое по формуле

$$n\approx \frac{L}{B{K}_n{К}_{э}[\mathrm{1,4}+24(J-\mathrm{0,031})]}.(4)$$

Уменьшая ширину загонов вниз по склону, увеличиваем емкость нанорельефа, создаваемого за счет более дифференцированной обработки почвы, который лучше задерживает на склоне поверхностную воду, удлиняет период ее впитывания в почву, снижая скорость ее движения по поверхности почвы и особенно на нижней части склона. При этом емкость нанорельефа, как и сток избыточных поверхностных вод, увеличивается вниз по склону. Это обеспечивает снижение смыва почвы с нижележащих участков, снижает вероятность появления ускоренной водной плоскостной эрозии почвы на них, создает условия для расширенного воспроизводства плодородия почвы и повышения урожайности выращиваемых сельскохозяйственных культур.

Приведенные выше формулы получены эмпирическим способом при длине склона, меньшей или равной 400 м, на основе данных наблюдений в полевых опытах. При этом учтено, что водная плоскостная эрозия минеральной почвы начинает проявляться при уклоне прямого склона, большем 0,015.

Известен подход к установлению ширины загонов В из условия максимальной производительности агрегатов с учетом длины гона, ширины захвата одного корпуса плуга, числа корпусов и минимального радиуса поворота агрегата (Завора В.А., Толокольников В.И., Васильев С.Н. Основы технологии и расчета мобильных процессов растениеводства. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2008. - С.51…62). По данным Информационно-технического Центра МСХ РФ (Отраслевое консультирование / Механизация, февраль 2010 г.) оптимальная ширина загонов для трактора «Беларусь», установленная из условия обеспечения максимальной производительности агрегатов, составляет: при длине гона 300…400 м - 40…45 м, при 400…500 м - 45…50, 500…700 - 50…60, 700…1000 - 60…70 и 1000…1300 - 70…80 м.

Изобретение иллюстрируется чертежом, поясняющим предложенный способ. На фиг.2 приведен фрагмент поперечного разреза по склону в вертикальной плоскости: 1 - свальные гребни, 2 - разъемные борозды.

Заявляемый способ основной противоэрозионной обработки почв склоновых земель включает вспашку почвы загонами поперек склона с образованием свальных гребней и разъемных прерывистых борозд - борозд с перемычками, задерживающих сток поверхностных вод. При этом вниз по прямому склону, имеющему уклон не меньше 0,015, ширина каждого предыдущего загона больше ширины каждого последующего.

Пример конкретного выполнения способа основной противоэрозионной обработки почв на катене. Заявляемый способ прошел производственную проверку при противоэрозионной вспашке склоновых земель на мелиоративном объекте сухой культуртехники «Игнатове» в Тверской области.

Прежде, чем приступить к вспашке почвы на конкретном склоне, необходимо правильно подготовить поле, выполнив следующие подготовительные операции:

- установить длину склона L и длину гона при вспашке почвы поперек склона;

- уточнить агрегат для вспашки почвы, ширину захвата одного корпуса плуга, число корпусов и минимальный радиус поворота агрегата;

- определить величину В одним из способов, приведенных выше;

- установить гранулометрический состав почвы и значение коэффициента K_n;

- определить уклон склона J и его экспозицию;

- установить значение коэффициента К_э;

- определить число загонов n по формуле (4);

- определить значения k_i по формуле (3) и B_i по формуле (2); при переносе результатов расчета в натуру - разметке ширины загонов величину B_i уточняют, увеличивают или уменьшают, принимая ее такой, чтобы по всей ширине склона укладывалось целое четное число загонов, что позволяет избежать лишних холостых переездов; при этом окончательно ширину загонов B_i принимают кратной ширине захвата агрегата;

- провести провешивание местоположения на склоне по горизонтали поверхности почвы или близкому к ней свальных гребней и разъемных прерывистых борозд.

После подготовки поля проводят вспашку почвы склона поперек загонами шириной B_i, при этом, двигаясь вниз по прямому склону, ширину загонов уменьшают в соответствии с проведенными заранее расчетами и разметкой поля. Ширина каждого последующего загона уменьшается по сравнению с шириной предыдущего загона, что позволяет перераспределить сток поверхностных вод по длине прямого склона, зарегулировав сток талых и дождевых вод. Снижение смыва почвы на нижележащих участках склона, прекращение плоскостной и линейной эрозии почвы обеспечит расширенное воспроизводство плодородия почвы, о чем свидетельствует повышение урожайности сельскохозяйственных культур на склоне в среднем на 12…15%. Кроме этого, уменьшится заиление рек и водоемов.

Главной мерой предупреждения и борьбы с явлением смыва и размыва почвы является уменьшение количества стекающей по склону воды. На это и направлено данное изобретение.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к мелиорации агроландшафтов. Способ включает вспашку почвы загонами поперек склона с образованием свальных гребней и разъемных прерывистых борозд - борозд с перемычками, задерживающих сток поверхностных вод. При этом вверх по прямому склону, имеющему уклон не меньше 0,015, ширина каждого предыдущего загона B_i меньше ширины каждого последующего B_i+1, т.е. B_i-1<B_i<B_i+1, где i - номер загона, возрастающий вверх по склону, а ширину i-го загона определяют по формуле B_i≈В k_i, где В - ширина загона, устанавливаемая из условия максимальной производительности применяемого агрегата, учитывающей длину гона, ширину захвата одного корпуса плуга, число корпусов и минимальный радиус поворота агрегата; k_i - поправочный коэффициент, учитывающий неравномерность выпадения твердых и жидких осадков по склону и его экспозицию, впитывание и сток воды и определяемый по формуле $$k_i\approx \frac{\mathrm{2,3}{K}_n{К}_{э}({е}^{\mathrm{0,1}i}-\mathrm{0,7}{е}^{\mathrm{0,06}i})}{[\mathrm{1,4}+24(J-\mathrm{0,031})]\ln (\mathrm{0,025}L)}$$ ,

где K_n - коэффициент, учитывающий гранулометрический состав почвы и равный для легких почв K_n=1,0, для средних - 0,87 и для тяжелых - 0,7; К_э - коэффициент, учитывающий экспозицию склона и местоположение загона на склоне: при норме осадков для ровной поверхности 600 мм/год для верхней и средней частей склона при его ориентации север и юг К_э=0,86; северо-запад, северо-восток и юго-запад К_э=0,88; запад К_э=0,9, юго-восток К_э=0,91 и восток К_э=1,0; при этом учтено, что в условиях Нечерноземной зоны нижняя часть склона, как правило, нуждается в осушении; J - уклон склона, равный или больший 0,015, но не больший 0,05; L - длина склона, равная или меньшая 400 м; n - число загонов на склоне (1≤i≤n), определяемое по формуле $$n\approx \frac{L}{B{K}_n{К}_{э}[\mathrm{1,4}+24(J-\mathrm{0,031})]}$$ .

Способ позволяет снизить смыв почвы на нижележащих участках склона, обеспечить прекращение плоскостной и линейной эрозии почвы, повысить урожайность сельскохозяйственных культур на склоне и предотвратить заиление рек и водоемов. 2 ил., 1 пр.

Способ основной противоэрозионной обработки почв на катене, включающий вспашку почвы загонами поперек склона с образованием свальных гребней и разъемных прерывистых борозд - борозд с перемычками, задерживающих сток поверхностных вод, отличающийся тем, что вверх по прямому склону, имеющему уклон не меньше 0,015, ширина каждого предыдущего загона B_i меньше ширины каждого последующего B_i+1, т.е.
B_i-1<B_i<B_i+1,
где
i - номер загона, возрастающий вверх по склону, а ширину i-го загона определяют по формуле
B_i≈В k_i,
где
В - ширина загона, устанавливаемая из условия максимальной производительности применяемого агрегата, учитывающей длину гона, ширину захвата одного корпуса плуга, число корпусов и минимальный радиус поворота агрегата;
k_i - поправочный коэффициент, учитывающий неравномерность выпадения твердых и жидких осадков по склону и его экспозицию, впитывание и сток воды и определяемый по формуле
$$k_i\approx \frac{\mathrm{2,3}{K}_n{К}_{э}({е}^{\mathrm{0,1}i}-\mathrm{0,7}{е}^{\mathrm{0,06}i})}{[\mathrm{1,4}+24(J-\mathrm{0,031})]\ln (\mathrm{0,025}L)}$$ ,
где
K_n - коэффициент, учитывающий гранулометрический состав почвы и равный для легких почв K_n=1,0, для средних - 0,87 и для тяжелых - 0,7;
К_э - коэффициент, учитывающий экспозицию склона и местоположение загона на склоне: при норме осадков для ровной поверхности 600 мм/год для верхней и средней частей склона при его ориентации север и юг К_э=0,86; северо-запад, северо-восток и юго-запад К_э=0,88; запад К_э=0,9, юго-восток К_э=0,91 и восток К_э=1,0; при этом учтено, что в условиях Нечерноземной зоны нижняя часть склона, как правило, нуждается в осушении;
J - уклон склона, равный или больший 0,015, но не больший 0,05;
L - длина склона, равная или меньшая 400 м;
n - число загонов на склоне (1≤i≤n), определяемое по формуле
$$n\approx \frac{L}{B{K}_n{К}_{э}[\mathrm{1,4}+24(J-\mathrm{0,031})]}$$ .