СПОСОБ ПОЛИВА ПРИ ВСПАШКЕ НА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ СУПЕСЧАНЫХ ПОЧВАХ ЦЕНТРАЛЬНОГО НЕЧЕРНОЗЕМЬЯ Российский патент 2015 года по МПК A01G25/00 A01C21/00 A01C23/04 A01B79/02 C05F7/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к сельскохозяйственной мелиорации в осушительно-увлажнительных системах, в водоохранных мероприятиях, при внесении сточных вод и животноводческих стоков.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен способ полива при вспашке и устройство для его осуществления, включающий образование борозды почвообрабатывающим органом, подачу в нее воды или жидкого удобрения и последующее закрытие борозды почвой, в котором, с целью повышения производительности и равномерности распределения жидкости в почве, перед закрытием борозды, почву, вспаханную при предыдущем проходе, приподнимают над плужной подошвой, на которую подают воду, вытесняя ее из смежной борозды (Авторское свидетельство SU № 1752280, кл. A01G 25/00, от 07.08.1992).

К недостаткам данного способа относятся большие энергозатраты, неравномерность распределения животноводческих стоков и низкая технологическая надежность выполнения процесса полива. Кроме того, при вспашке каждой полосы, а также с образованием полости, в которую устремляется жидкость из плужной борозды, требует сложной технологии полива и при практическом осуществлении данной технологии снижается эффективность работы. Особенно следует отметить, что такая технология не предусматривает использования внесения животноводческих стоков для почв с близким залеганием грунтовых вод (1-3 м). Водопроницаемость поля для полива при вспашке зависит от того, как производят вспашку, например, поперек горизонталей или вдоль их при соблюдении соответствующей технологии обработки вспаханного поля механизмами, для благоприятных и однозначных условий для развития культуры по всему полю.

Известен способ внесения жидких удобрений одновременно со вспашкой почвы, включающий формирование борозды при вспашке, внесение удобрений и закрытие борозды (Патент RU № 2080042, кл. А01С 21/00, 23/00, А01В 49/06 от 27.05.1997).

Технический недостаток данного способа: невозможность и недостаточная глубина внесения легко испаряющейся жидкой компоненты; неприспособленность внесения сыпучей компоненты - при необходимости распределения компонент на разную глубину, неопределенность качественных показателей удобрения; повышенные затраты на реализацию способа. Кроме того, данный способ внесения жидких удобрений на поле проводят по сложной технологии по многослойному методу, что не учитывает дерново-подзолистые песчаные почвы центрального Нечерноземья с близким залеганием грунтовых вод. Распределение одновременно внесение в почву жидкого удобрения и сухого, достаточно сложно в практическом применении, так как колесная механизированная техника делает большие колеи по полю, тонет и нарушает верхний плодородной слой почвы. Дерново-подзолистые супесчаные почвы Нечерноземья для пахотного слоя в большинстве случаев составляют 20 см, именно в этот слой необходимо вносить удобрения, вести его обработку и лучше оструктуривать, он богаче гумусом, чем нижележащие слои - все это должно учитываться особенно на осушительно-увлажнительных системах с близким залеганием грунтовых вод.

Известны способы полива (Авторское свидетельство SU № 829049, кл. A01G 25/00 от 15.08.1981; SU № 1576047, кл. A01G 25/00 от 07.07.1990; SU № 1746947, кл. A01G 25/00 от 15.07.1992).

Недостатками данных способов являются невозможность и недостаточная глубина внесения легко испаряющейся жидкой компоненты; неприспособленность внесения сыпучей компоненты - при необходимости распределения компонент на разную глубину, неопределенность качественных показателей для дерново-подзолистых супесчаных почв Нечерноземья, особенно в тех случаях, когда имеет место близкое залегание грунтовых вод на осушительно-увлажнительных землях.

Известен также способ полива при вспашке, включающий образование борозды почвообрабатывающим органом, подачу в нее воды или жидкого удобрения и последующее закрытие борозды почвой, перед вспашкой на орошаемом поле проводят глубокое рыхление на глубину 0,4-0,6 м с шагом между зонами рыхления в пределах 1,1-1,4 м, при этом направление движения при рыхлении выполняют под углом 15-45° к последующим направлениям при образовании борозды почвообрабатывающим органом, а подачу в нее воды или жидкого удобрения проводят напуском или при движении мобильного агрегата, снабженного емкостью для транспортировки упомянутых жидкостей и их распределения (Патент RU № 2246205, кл. A01G 25/00 от 20.02.2005).

Недостатком данного способа полива являются: сложность реализации технологии обработки почвы для подготовки полива. Особенно такая технология полива не предусматривает трудности применения ее на поверхности земли со сложным рельефом орошаемого поля. Водопроницаемость поля зависит от способа полива, например, при вспашке всего поля поперек горизонталей или вдоль их, при соблюдении соответствующей технологии обработки вспаханного поля механизмами, к числу которых относится дискование, культивация, прикатывание, что улучшает водно-воздушный режим почвы и создает наиболее благоприятные и однозначные условия дл развития культуры по всему полю, чего нельзя достичь известным способом.

Для дерново-подзолистых супесчаных почв Нечерноземья пахотный слой в большинстве случаев составляет 20 см, именно в этот слой вносятся удобрения, он обрабатывается и лучше оструктурен, богаче гумусом, чем нижележащие слои. Кроме того, необходимо учитывать и осушительно-увлажнительные земли с близким залеганием грунтовых вод, а для получения высоких урожаев важно, чтобы все подаваемые жидкие удобрения остались в пахотном слое равномерно по площади в расчетном слое увлажнения и полив проводить без сброса для сохранения экологической обстановки, и отсутствия попадания в грунтовые воды, в конечном итоге, в реки, ручьи, озера, вызывая там бурный рост водной растительности, микроорганизмов, цветение воды, так как только 40…60% вносимых азота, калия, фосфора удобрений усваиваются растениями, остальное количество закрепляется в почве в недоступном для питания растений соединений их, т.е. удерживать длительное время в почве основные питательные элементы для растений и тем самым повышать урожайность сельскохозяйственных культур, решая проблему дренажной системы по сбору отводимых излишних вод в открытые коллектора и сбора таких вод в бассейнах-отстойниках с последующим их использования для орошения или при достижении определенной концентрации, не превышающей ПДК, сброс проводят в весенний паводок (весной, когда происходит интенсивное таяние снега в течение 1-…15 дней, в зависимости от накопленного объема отстойника).

СУЩНОСТЬ ЗАЯВЛЯЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Заявленное изобретение направлено на решение следующей задачи: эффективный и дешевый способ полива при вспашке на осушительно-увлажнительной системе в дренируемых почвах и повышение производительности.

Технический результат: повышение плодородия почвы, урожайности и экологичности возделывания сельскохозяйственных культур на дерново-подзолистых супесчаных почвах при ограниченных материальных, трудовых и энергетических затратах.

Указанный технический результат достигается тем, что способ полива при вспашке на дерново-подзолистых супесчаных почвах центрального Нечерноземья, включающем вспашку, внесение в почву воды или жидкого удобрения, после уборки сельскохозяйственной культуры проводят подготовку поля - разбрасывают по полю обеззараженный, обезвреженный и обезжиженный иловый осадок при биологической очистке на комплексе свиноводческих стоков, затем перед вспашкой на орошаемом поле проводят дискование почвы на глубину 5 см, при этом проход делают в двух направлениях, продольный и поперечный, а вспашку осуществляют не по уклону поля, а перпендикулярно горизонталям к направлению уклона, с последующим распределением и внесением в почву жидкого стока в движении дождевальным агрегатом с разбрызгивателями на ширине пахотного поля и снабженного закрытыми трубопроводами для транспортировки упомянутых стоков из пруда-накопителя, кроме того, после внесения жидкого стока и просушки ила, оставшегося при внесении жидкого стока на распаханном поле, осуществляют рыхление почвы посредством дискованием или культивацией почвы, проводят ее выравнивание и прикатывание гладкими водоналивными катками.

Кроме того, фильтрующий сток через вспашку и толщу почвы поступает в дренажные трубы, которые сообщаются с открытым коллектором-собирателем.

После аэротенков, жидкая смесь в виде жидкого навоза (97% влажности) с мелкими взвешенными частицами через отводящий трубопровод под напором поступает вначале в пруды-накопители (емкости-накопители) свиноводческих стоков в течение всего года, стоки отстаиваются только в зимнее время, здесь также происходит выделение неприятного запаха (в виде метана), затем самотеком поступают по отводящему трубопроводу в сторону стокоприемной камеры до перекачивающей насосной станции. Насосная станция с заданным расчетным напором подает стоки в дождевальные агрегаты с распылителями стоков через транспортирующий и поливной трубопроводы в гидранты на ирригационные поля утилизации (ИПУ). Подача всего объема стоков на полив включает следующие химические соединения: азот, фосфор, калий и др., которые с жидким навозом поступают в пахотную почву. Данный полив используется под посев многолетних трав и других культур, согласно агрономическим требованиям внесенного органического комплексного удобрения с соблюдением правил безопасности экологической обстановки вокруг ИПУ.

После внесения жидкого стока и просушки ила, оставшегося при внесении жидкого стока на распаханном поле, его повторно осуществляют рыхление почвы посредством дискованием или культивацией почвы, проводят ее выравнивание и прикатывание гладкими водоналивными катками.

Фильтрующий сток через вспашку и толщу почвы поступает в дренажные трубы, которые сообщаются с открытым коллектором-собирателем или затем отводится в емкость-накопителя, размещенных на ИПУ самотеком, или передвижной насосной станцией (СНП).

Новый предложенный способ полива при вспашке не имеет обязательного направления движения рыхления под углом для почвообрабатывающих агрегатов: дискование, культивация, выравнивание и прикатывания, так как вспашка в основном зависит от рельефных условий поля (склон и т.д.) с устройством распределительных трубопроводов, полива и дрен. При вспашке всегда образуются гребни (отвалы) и углубления, связанные с плугами агрегатов, они становятся ограждающими полосами для задержания жидкого стока, образующегося от полива дождевальными агрегатами с распылителями, где не требуется специальных трудоемких методов технологии по глубокому рыхлению, определения расчетных величин шага между зонами рыхления, которое сопровождается разуплотнением и обрушением почвы. В итоге, вспашку проводят поперек горизонталей (уклонов) поля, а доведения его после внесения свиноводческих стоков до готовности, проводят повторно дискование или культивацию, выравнивания и прикатывания. Это действие сопровождается разрушением так называемой «корки» от отложившегося сверху илового осадка, выделенного из жидкого стока при поливе и сушки вспаханного поля. В этом случае, будут выходит излишки метана, который всегда присутствует в свиноводческих стоках, и особенно он накапливается в прудах-накопителях, заполняемых со свинокомплекса в течение года с характерным резким запахом.

Оставшаяся органика и почвенные комья на вспаханном поле перемешиваются между, проникая в верхний слой почвы, который для дерново-подзолистых супесчаных почв собой, пахотный слой в большинстве случаев составляет 20 см, именно в этот слой и требуется вносить удобрения, он становится богаче гумусом, чем нижележащие слои.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На чертеже изображена схема для проведения полива на осушительно-увлажнительной системе.

Схема реализации способа полива при вспашке включает: цех отделения твердой фракции 1, бетонированной площадки 2, вертикальных отстойников 3, аэротенки 4, вторичные отстойники 5, картантийная емкость 6, иловые карты 7, отводящий трубопровод 8, пруды-накопители жидкой фракции свиностоков 9, стокоприемную камеру 10, размещенную перед насосной станцией 11, обеспечивающей забор и подачу стоков в закрытый магистральный трубопровод 12 с задвижкой 13, распределительный трубопровод 14 с гидрантами 15 для подключения к дождевальному агрегату (конструкция его применения может быть различной) с разбрызгивателями и с выдачей расчетных расходов стоков (воды) на вспаханное поле. Для сбора дренажного стока, например воды, имеется замкнутый открытый коллектор-собиратель 16 с емкостью-накопителем 17.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ полива при вспашке на дерново-подзолистых супесчаных почвах включает в себя следующие операции:

- избыточный активный иловый осадок при биологической очистке на животноводческом комплексе, образуется в аэротенке-смесителе, который поступает на бетонную площадку 2, после прохождения его через сита и отвода жидкой фракции в трубопровод 8 с прудами-накопителями 9 жидкой фракции;

- подсушку в течение 6 месяцев осадка складируют буртами до влажности 40…60%, что улучшает экологическую ситуацию за счет полного прекращения выделений в атмосферу газов с резким запахом, осадок которого контролируют на возможность отсутствия патогенной микрофлоры;

- по содержанию питательных элементов твердый иловый осадок является органоминеральным удобрением, его вывозят машинотракторным транспортом на поле и разбрасывают после окончания уборки сельскохозяйственной культуры, поле которое определяют под вспашку;

- после разбрасывания твердого илового осадка на поле до вспашки проводят дискование почвы при неглубоком (до 5 см), рыхление;

- проводят вспашку поперек горизонталей по склону поля (перпендикулярно уклона поля);

- отведенные жидкий сток с комплекса по отводящему трубопроводу 8 в пруды-накопители 9, откуда они самотеком поступают в стокоприемную камеру 10, размещенную перед насосной станцией 11 для перекачки свиноводческих стоков через магистральный трубопровод 12 к подводящему трубопроводу 13 с гидрантами 14, далее к дождевальному агрегату в движении, с разбрызгивателями;

- контролируют показатели стоков (жидких удобрений), направленных на насосную станцию;

- дискование или культивацию вспаханного поля производят после полива стоками и сушки поля с разрушением, так называемой образующей «корки», после осаждения мелких фракций навоза;

- проводят выравнивание и прикатывание гладкими водоналивными катками.

Нормы внесения твердого илового осадка и свиноводческих стоков - пода дождевальным агрегатом с разбрызгивателями, устанавливают согласно результатам проверки на соответствие требованиям СанПиН как илового осадка, так и свиноводческих стоков по компонентах, характеризующих биологическую очистку свиноводческих (животноводческих) стоков на комплексе.

Для почвенной доочистки жидкой фракции стоков подготавливаются ирригационные поля утилизации (ИПУ). Для предупреждения загрязнения подземных води улучшения водно-воздушного режима почв, строится закрытый дренаж. Весь сток дренажного стока отводится в открытые коллектора, далее аккумулируется в специально построенных емкостях-накопителях, обслуживаемого поля. Сброс дренажных вод производят весной в паводковый период в период интенсивного таяния снега в течение 10-15 дней в зависимости от накопленных дренажных вод, которые контролируются ответственными органами за экологическую обстановку. В неблагоприятные маловодные годы дренажные стоки в летний период времени могут быть поданы на увлажнительные поливы для выращивания многолетних трав и других сельскохозяйственных культур.

По данным сертификата соответствия и результатам проверки на соответствие требованиям СанПиН 2.3.2.560-96 на свинокомплексе ЗАО по свиноводству «Владимирское» для определения экологически безопасной площади утилизации жидкая фракция в прудах-накопителях после индустриальных очистных сооружений должна содержать по показателям ПДК: водородный показатель (РН) - 6,5…8,5.% мг/л; азот аммонийный - 0,39 мг/л; азот нитратов - 9,1 мг/л; азот нитритов - 0,02 мг/л; сухой остаток - 100 мг/л, сульфиты - 100 мг/л; хлориды - 300 мг/л; фосфор - 0,2 мг/л.

Реализация указанной технической задачи и технического результата обеспечивает необходимость повышения гумусообразования и плодородие почвы. На самом деле обе компоненты удобрения - твердая фракция илового осадка и жидкая фракция стоков - только в совокупности со вспашкой решают поставленную техническую задачу и декламируемый технический. Этому способствуют периоды осуществления способа и внесение на различную глубину компонентов и простота заделки в почву при вспашке. Характерный резкий запах (метан) исчезает, что способствует способ внесения удобрений при переработке органики, в том числе органического вещества в иловом осадке и жидкой фракции стоков на глубине пахотного слоя. Все эти процессы взаимосвязаны и проявляются в комплексе. В качестве такого способа полива при вспашке на дерново-подзолистых супесчаных почвах являются операции, указанные выше с нормой внесения твердого илового осадка и жидких стоков, последние проводят дождевальным агрегатов с разбрызгивателями. Длительность полива вспаханного поля под поливными трубопроводами определяется временем работы самих разбрызгивателей, подключенных к дождевальному агрегату, причем сами разбрызгиватели могут иметь сопла разного диаметра, что также сохранит равномерность распределения слоя осадков стоков или воды при вспашке почвы. Это способ полива применен впервые без нарезки борозд на дерново-подзолистых супесчаных почвах Нечерноземья.

Таким образом, учитывая рельеф местности, вспашку, обработку почвы, норму внесения удобрений, схему сети, дождевание, приемы регулирования водного режима в осушительно-увлажнительной системе приводит не только к экономии и ограничению трудовых и энергетических затратам, но соблюдаются экологические требования к качеству воды, сбрасываемой через дрены в открытые коллекторы и водотоки Нечерноземья. Предлагаемый способ расширяет возможности использования животноводческих стоков в повышении плодородия почв, т.е. высокий технический результат является в основном следствием взаимодействия компонентов органического комплексного происхождения удобрения, особым образом внесенного до и после вспашки почвы.

В конечном итоге эти процессы до и после вспашки поля и полив при вспашке почвы способствуют гумусообразованию и плодородию почвы, а, следовательно, и урожайности сельскохозяйственных культур. Следует подчеркнуть, что описанные процессы и новообразования ведут к соблюдению научно-обоснованных норм внесения илового сухого остатка и жидкой фракции при вспашке. Повышается производительность.

Способ включает вспашку, внесение в почву воды или жидкого удобрения, после уборки сельскохозяйственной культуры проводят подготовку поля - разбрасывают по полю обеззараженный, обезвреженный и обезжиженный иловый осадок, полученный при биологической очистке на комплексе животноводческих стоков, затем перед вспашкой на орошаемом поле проводят дискование почвы на глубину 5 см, проход делают в двух направлениях, продольный и поперечный, а вспашку осуществляют не по уклону поля, а перпендикулярно горизонталям к направлению уклона с последующим внесением в почву жидкого стока по ширине пахотного поля дождевальным агрегатом с разбрызгивателями, снабженным закрытыми трубопроводами для транспортировки упомянутых стоков из пруда-накопителя, после внесения жидкого стока и просушки ила, оставшегося при внесении жидкого стока на распаханном поле, осуществляют дискование или культивацию почвы, проводят ее выравнивание и прикатывание гладкими водоналивными катками. Сток через вспашку и толщу почвы поступает в дренажные трубы, которые сообщаются с открытым коллектором-собирателем. Техническим результатом изобретения является повышение плодородности почвы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ полива при вспашке на дерново-подзолистых супесчаных почвах центрального Нечерноземья, включающий вспашку, внесение в почву воды или жидкого удобрения, отличающийся тем, что после уборки сельскохозяйственной культуры проводят подготовку поля - разбрасывают по полю обеззараженный, обезвреженный и обезжиженный иловый осадок при биологической очистке на комплексе животноводческих стоков, затем перед вспашкой на орошаемом поле проводят дискование почвы на глубину 5 см, при этом проход делают в двух направлениях, продольный и поперечный, а вспашку осуществляют не по уклону поля, а перпендикулярно горизонталям к направлению уклона с последующим распределением и внесением в почву жидкого стока в движении дождевальным агрегатом с разбрызгивателями на ширине пахотного поля и снабженным закрытыми трубопроводами для транспортировки упомянутых стоков из пруда-накопителя, кроме того, после внесения жидкого стока и просушки ила, оставшегося при внесении жидкого стока на распаханном поле, осуществляют дискование или культивацию почвы, проводят ее выравнивание и прикатывание гладкими водоналивными катками.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фильтрующий сток через вспашку и толщу почвы поступает в дренажные трубы, которые сообщаются с открытым коллектором-собирателем.