Устройство для внутрипочвенных обработки, аэрации, орошения, удобрения корнеобитаемых слоев почвы и способ внутрипочвенных обработки, аэрации, орошения, удобрения корнеобитаемых слоев почвы таким устройством Российский патент 2023 года по МПК A01B79/02 A01B49/06 A01C21/00 A01C23/02 A01C23/04 A01B45/02 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к способам внутрипочвенных обработки и повышения продуктивности корнеобитаемых слоев почвы за счет доставки непосредственно к корням растений воздуха, растворов гидрогеля, микробных биопрепаратов и удобрений.

Основная проблема обработки почвы без оборота пласта состоит в том, что при механическом рыхлении почвы чизельными плугами разрушаются корнеобитаемые слои почвы, требуются большие тяговые усилия и, как следствие, большой сцепной вес трактора, который уплотняет почву и разрушает ее структуру. Этот же фактор ограничивает глубину рыхления почвы чизельными плугами.

Существенным недостатком известных способов является также высокая энергоемкость и невозможность повышения продуктивности корнеобитаемых слоев почвы в связи с отсутствием технических средств для орошения, удобрения корнеобитаемых слоев почвы без их разрушения.

Известен способ обработки, аэрации и удобрения почвы, заключающийся в рыхлении почвы послойно рабочими органами для горизонтальной обработки подпружиненными рабочими органами для вертикальной обработки, в том числе и по следам ходовых систем тракторов различного класса тяги и катком для уплотнения верхнего слоя почвы, при этом рыхление почвы осуществляют с колебаниями в продольно-вертикальной плоскости с регулируемой частотой и амплитудой, а также струями сжатого воздуха, подаваемого в подпахотные слои почвы с регулируемой частотой, и с подачей под давлением жидких удобрений в подпахотные слои почвы (патент РФ № 2608728, МПК А01В 49/06, 2017).

Известно устройство, осуществляющий способ, включающее раму с элементами навески на тракторы различного класса тяги, на раме которого установлены плоскорезные рабочие органы, расположенные перед и после размещенных на среднем поперечном брусе-трубе рамы подпружиненных рабочих органов глубокорыхлителей с элементами регулирования глубины обработки и амплитуды колебаний в продольно-вертикальной плоскости, глубокорыхлители закреплены посредством держателей, позволяющим устанавливать их на различную колею и шаг, в задней части рамы через элементы присоединения и с возможностью регулирования по высоте установлен каток, устройство содержит систему подачи сжатого воздуха, состоящую из ресивера трактора, соединенного напорными рукавами с пульсатором, имеющим привод от гидродвигателя с элементами регулирования числа оборотов, пульсатор соединен с коллектором, выполненным в виде среднего поперечного бруса-трубы рамы, который, в свою очередь, соединен со штуцерами износостойких накладок, расположенных в передней части стоек глубокорыхлителей, на раме также установлен регулятор-распределитель подачи жидких удобрений с фильтром III ступени для подачи жидких удобрений через заднюю часть стоек глубокорыхлителей (патент РФ № 2608728, МПК А01В 49/06, 2017).

Недостатком известных способа и устройства является недостаточное рыхление почвы, уплотнение почвы ходовыми системами тракторов, что значительно ухудшает ее аэрацию. Нарезание щелей вдоль продольной оси трактора разрушает корнеобитаемые горизонты почвы и блокирует распространение питательных веществ по всей площади межщелевого пространства, кроме того, имеют место значительные потери сжатого воздуха в следствии рыхления почвы рабочими органами и невозможность повышения продуктивности корнеобитаемых слоев почвы посредством внутрипочвенных аэрации, орошения и внесения удобрений без разрушения.

Известен способ прецизионной обработки почвы, заключающийся в том, что сплошную обработку почвы проводят внутрипочвенно с подачей импульсов сжатого воздуха против движения агрегата и с боковой его подачей перпендикулярно направлению движения, при этом боковые импульсные удары направляют с перехлестом междурядья потоком сжатого воздуха соседнего рядка в пределах 3-5 см, одновременно проводят поверхностную обработку почвы культиватором, глубина которой зависит от глубины внутрипочвенной обработки импульсами сжатого воздуха, полосную обработку на ширину, в зависимости от культуры, проводят при отключенной боковой подаче импульсов, при сплошной и полосной обработках почвы возможно вертикальное смещение импульсных потоков сжатого воздуха на требуемую глубину и регулировка частоты (Патент РФ №2704982, МПК А01В 79/00, 2019).

Недостатками известного способа являются: разрушение корнеобитаемых слоев почвы, невозможность обеспечить повышение их продуктивности, посредством внутрипочвенных аэрации, орошения и внесения удобрений, высокие энергозатраты на внутрипочвенную и поверхностную обработку культиватором.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является выбранный в качестве прототипа способ обработки почвы пульсирующим сжатым воздухом, заключающийся в рыхлении почвы импульсами сжатого воздуха, которые осуществляют одновременный подъем и рыхление почвы соответствующими импульсами сжатого воздуха путем вертикального погружения в почву группы пневмобуров (трубок), стоящих друг от друга на расстоянии R = kH (где Н - глубина погружения пневмобура в почву; k = 0,3-3,0), при этом глубокое послойное энергоэффективное рыхление почвы осуществляют периодически подаваемыми импульсами сжатого воздуха по мере погружения пневмобура в почву на требуемую глубину обработки (Патент РФ № 2473197, МПК A01B79/00, 2013 г.).

Известный способ обработки почвы осуществляется устройством, содержащим несущую раму и установленные на ней рабочие органы в виде вертикально ориентированных пневморапир с воздушно-импульсным приводом, несущую рама с четырьмя шарнирами, связанными с гидроцилиндрами подъемного механизма несущего устройства агроагрегата, пневморапиры установлены равномерно по всей площади несущей рамы на расстоянии R = kH друг от друга, где k = 0,3-3,0; H - глубина погружения пневморапир в почву, а подача малообъемного импульса сжатого воздуха из пневморапир на заданной глубине для объемного разрыхления почвы обеспечивается за счет срабатывания электропневмоклапанов, подсоединяющих каждую пневморапиру к ее микрорессиверу с сжатым воздухом, причем заправка каждого микрорессивера сжатым воздухом перед очередным импульсом производится из общего ресивера через заправочный коллектор за счет кратковременного открытия заправочных электропневмоклапанов, постоянное давление в общем ресивере поддерживается компрессором, а обработка почвы производится в пошаговом режиме (Патент РФ № 2473197, МПК A01B 79/00, 2013 г.).

Недостатками известных способа и устройства являются:

- ограниченное его использование в практике сельского хозяйства, возможность использования только в мостовом земледелии;

- невозможность увеличения поступательной скорости агрегата из-за послойного рыхления, что требует дополнительного времени на последующее погружения пневморапир;

- способ предполагает только сплошную обработку почвы, не рассматривает возможность ее обработки полосами, отсутствует возможность повышения продуктивности корнеобитаемых слоев почвы за счет внутрипочвенного орошения и внесения удобрений.

Задачей заявляемых способа и устройства является повышение продуктивности корнеобитаемых слоев почвы, обеспечение достижений максимальных биологических и экологических параметров почвы при высоком качестве, мобильности, энергоэффективности технологического процесса, за счет доставки непосредственно в корневую систему растений воздуха (аэрация), раствора гидрогеля (орошение), микробных биопрепаратов и удобрений. Особый эффект обеспечивает внесение в корнеобитаемые слои почвы раствора гидрогеля, обладающего очень высокими абсорбирующими свойствами, 1 грамм геля способен впитать до 0,3 литра воды, что в сочетании с растворами микробных биопрепаратов и удобрений создает оптимальный режим увлажнения и питания корневой системы растений. При пересыхании почвы гидрогель отдает влагу, при переувлажнении - впитывает ее.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе внутрипочвенных обработки, аэрации, орошения, удобрения корнеобитаемых слоев почвы, рыхление почвы осуществляют импульсами сжатого воздуха путем вертикального погружения в почву пневмогидробуров, согласно изобретению, обработку, аэрацию, орошение, удобрение корнеобитаемых слоев почвы, осуществляют внутрипочвенно посредством пассивного движителя, выполненного в виде замкнутой сплошной эластичной ленты с пневмогидробурами, посредством которых после подачи в почву импульсов сжатого воздуха и аэрации в образованные почвенные поры, полости и микропустоты под давлением подают растворы гидрогеля, микробных биопрепаратов и/или удобрений, осуществляют стабилизацию давления сжатого воздуха и растворов, обеспечивают орошение и удобрение непосредственно корневой системы растений, лента плотно накрывает поверхность почвы, предотвращает повреждение корневой системы растений, потери сжатого воздуха и растворов, по ходу движения ленты пневмогидробуры извлекают из почвы.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство внутрипочвенных обработки, аэрации, орошения, удобрения корнеобитаемых слоев почвы, содержит раму, на которой установлен компрессор с ресивером сжатого воздуха, связанный через электропневмоклапаны с каждым пневмогидробуром, согласно изобретения, к установленной на тракторе раме с элементами навески, ресивером, насосом и закрытыми баками, снизу шарнирно присоединены с возможностью подъема рамные элементы пассивного движителя, выполненного в виде замкнутой сплошной эластичной ленты, внутри которой на рамных элементах, шарнирно связанных с элементами навески, установлены поддерживающие колеса с натяжителем ленты, внутренняя поверхность ленты выполнена в виде эластичных герметичных емкостей-распределителей, между которыми размещены пазухи, все герметичные емкости-распределители сжатого воздуха и все емкости-распределители растворов гидрогеля, микробных биопрепаратов и/или удобрений, соответственно, связаны между собой, каждая пазуха оснащена электропневмоклапаном сжатого воздуха и дополнительным электропневмоклапаном раствора, в центре пассивного движителя на рамных элементах с возможностью синхронного вращения с лентой установлен регулятор-стабилизатор давления, связывающий шлангами ресивер с емкостью-распределителем сжатого воздуха и закрытые баки с емкостями-распределителями растворов гидрогеля, микробных биопрепаратов и/или удобрений, каждый пневмогидробур связан соответствующими шлангами и электропневмоклапанами с емкостью-распределителем сжатого воздуха и емкостью-распределителем растворов, каждый пневмоцилиндр, связан шлангом и электропневмоклапаном с емкостью-распределителем сжатого воздуха, оснащен роликом, установленным в верхней его части, взаимодействующим с ограничителем нагрузки на ленту, жестко закрепленным на нижней части рамного элемента.

Способ внутрипочвенных обработки, аэрации, орошения, удобрения корнеобитаемых слоев почвы осуществляется устройством (см. фиг.1-3), которое содержит трактор малого или среднего класса тяги (не показан), раму 1 с элементами навески, на которой установлены компрессор 2, ресивер 3, насос 4 и закрытые баки 5 с растворами гидрогеля, микробных биопрепаратов и/или удобрений.

Снизу к раме 1 шарнирно присоединены рамные элементы 6 с пассивным движителем 7, выполненным в виде замкнутой сплошной эластичной ленты 8, внутри которой на рамных элементах 6 установлены поддерживающие колеса 9 с натяжителем (не показан) ленты 8. Внутренняя поверхность ленты 8 выполнена в виде, например, гофрированных эластичных герметичных емкостей-распределителей сжатого воздуха 10 и растворов 11, между которыми размещены пазухи 12. Все герметичные емкости-распределители сжатого воздуха 10 и все емкости-распределители растворов 11, соответственно, связаны между собой. По периметру в ленте 8 равномерно выполнены отверстия 13, сопряженные с пазухами 12. На внутренней поверхности ленты 8 в отверстиях 13 с пазухами 12 установлены пневмогидробуры 14, соединенные с пневомцилиндрами 15 с возможностью вертикального перемещения в почве.

В центре пассивного движителя 7 на рамных элементах 6 с возможностью синхронного вращения с лентой 8 установлены регулятор-стабилизатор давления 16, который связывает шлангами 17 и электропневмоклапаном 18 ресивер 3 с емкостью-распределителем сжатого воздуха 10 и закрытые баки 5 шлангами 19 и электропневмоклапаном 20 - с емкостями-распределителями растворов 11. Каждый пневмогидробур 14 связан шлангами 21 и электропневмоклапаном 22 с емкостью-распределителем сжатого воздуха 10, а шлангами 23 и дополнительным электропневмоклапанами 24 с емкостями-распределителями растворов 11. Каждый пневмоцилиндр 15 связан шлангом 25 и электропневмоклапанам 26 с емкостью-распределителем сжатого воздуха 10 и оснащен выключателем 27 электропневмоклапана 26 и роликом 28, взаимодействующим с жестко закрепленным в нижней части рамного элемента 6 с ограничителем нагрузки 29 на ленту 8.

В начале, конце и в средней части ограничителя нагрузки 29 установлены переключатели 30.

Устройство для внутрипочвенных обработки, аэрации, орошения, удобрения корнеобитаемых слоев почвы работает следующим образом.

Трактор подъезжает к полю. Пассивный движитель 7 опускают на поверхность почвы. Включают подачу электроэнергии и электропневмоклапаны 26 открывают подачу сжатого воздуха по шлангам 25 из емкости-распределителя 10 в пневмоцилиндры 15, погружают пневмогидробуры 14, находящиеся в нижней рабочей зоне ленты 8, вертикально в почву. При движении ленты 8 очередной пневмоцилиндр 15 достигает переключателя 30, который воздействует на выключатель 27 и открывает электропневмоклапан 26. По шлангам 25 сжатый воздух подается в пневмоцилиндр 15, погружающий пневмогидробур 14 в почву. При достижении нижней точки открывается электропневмоклапан 22 и по шлангам 21 через погруженные в почву пневмогидробуры 14 внутрипочвенно подают импульсы сжатого воздуха, которые производят аэрацию корнеобитаемых слоев почвы, формируют почвенные поры, полости и микропустоты.

Когда пневмоцилиндр 15 достигает средней части ограничителя нагрузки 29, очередной переключатель 30 воздействует на выключатель 27, который открывает электромагнитный клапан 24 и по шлангом 23 пневомгидробурами 14 подает в образовавшиеся почвенные поры, полости и микропустоты растворы гидрогеля, микробных биопрепаратов и/или удобрений.

Когда лента 8, двигаясь, достигает точки подъема, выключатель 27 очередного пневмоцилиндра 15 взаимодействует с переключателем 30, подача импульсов сжатого воздуха и растворов прекращается, пневмогидробуры 14 поднимаются пневмоцилиндрами 15, извлекаются из почвы и размещаются в пазухах 12.

В процессе обработки давление сжатого воздуха в емкости-распределителе 10 и давление растворов в емкостях-распределителях 11 падает. При достижении критического уровня открывается электроклапан 18, из ресивера 3 по шлангам 17 и регулятор-стабилизатор 16 сжатый воздух подается в емкость-распределитель сжатого воздуха 10 до достижения в ней соответствующего давления.

При падении давления до критического уровня в емкостях-распределителях раствора 11 открывается электропневмоклапан 20, из закрытых баков 5 по шлангам 19 и регулятор-стабилизатор 16 растворы под давлением подаются в емкости-распределители растворов 11 до достижения в ней соответствующего давления.

Длину пассивного движителя 7, глубину погружения пневмогидробуров 14 в корнеобитаемые слои почвы, давление в емкостях-распределителях сжатого воздуха 10 и в емкостях-распределителях растворов 11 регулируют и устанавливают в зависимости от толщины корнеобитаемых слоев, характеристики почвы и вида растений.

Способ и устройство для внутрипочвенных обработки, аэрации, орошения, удобрения корнеобитаемых слоев почвы базируются на принципах биоземледелия, формирования факторов повышения продуктивности почв и растений, устойчивости агроценозов.

Особый эффект заявленного способа и устройства обеспечивает внутрипочвенное внесение в корнеобитаемые слои почвы раствора гидрогеля, который обладая очень высокими абсорбирующими свойствами (1 грамм геля способен впитать до 0,3 литра воды), в сочетании с растворами микробных биопрепаратов и/или удобрений создает оптимальный режим увлажнения и питания корневой системы растений. При пересыхании почвы гидрогель отдает влагу, при переувлажнении - впитывает ее.

Согласно новому закону плодородия почвы: «Создание, сохранение и повышение продуктивности почвы в любых агроэкологических условиях осуществляется путем поддержания корнеоборота растений в тесном взаимодействии с другими компонентами биоты (бактерии, грибы, водоросли, почвенные животные), воздуха и водообмена (водооборота) между живой и косной материей экосистемы».

Растения выполняют функцию первичных продуцентов в экосистемах и взаимодействуя с микроорганизмами, которые являются для растений донорами широкого круга адаптивно значимых функций, связанные с питанием и защитой от стрессов. Они способны создавать на своих поверхностях, в тканях и клетках специализированные ниши для различных микроорганизмов, образуя в совокупности с ними сложные сообщества, которые выполняют функции первичных продуцентов и первичных редуцентов органического вещества. В ходе эволюции растения приобретали генные системы не для фиксации молекулярного азота или извлечения азота из почвенной органики, а для поддержания бактериальных или грибных сожителей, которые осуществляют эти функции.

Предлагаемый способ обеспечит формирование оптимальных условий для жизнедеятельности агроценозов, грибов и пр., позволит проводить обработку, аэрацию, орошение, удобрение всех видов почвы без оборота корнеобитаемых почвенных слоев, повысить продуктивность почвы, максимально сохранить биологические и экологические параметры почвы при высоком качестве, мобильности и энергоэффективности процессов обработки.

Использование изобретения позволит повысить продуктивность корнеобитаемых слоев почвы, обеспечит максимальную сохранность биологических и экологических ее параметров при высоком качестве, мобильности и энергоэффективности, достижению углеродной нейтральности сельского хозяйства, широкой реализации и распространению технологий почвозащитного ресурсосберегающего (углеродосберегающего) земледелия и созданию аграрного карбонового рынка.

Группа изобретений относится к сельскому хозяйству. Устройство для внутрипочвенных обработки, аэрации, орошения, удобрения корнеобитаемых слоев почвы содержит раму (1), на которой установлен компрессор (2) с ресивером (3) сжатого воздуха, связанный через электропневмоклапаны (26) с каждым пневмогидробуром (14). К установленной на тракторе раме (1) с элементами навески, ресивером (3), насосом (4) и закрытыми баками (5) снизу шарнирно присоединены с возможностью подъема рамные элементы (6) пассивного движителя (7), выполненного в виде замкнутой сплошной эластичной ленты (8), внутри которой на рамных элементах (6), шарнирно связанных с элементами навески, установлены поддерживающие колеса (9) с натяжителем ленты (8). Внутренняя поверхность ленты (8) выполнена в виде эластичных герметичных емкостей-распределителей (10), между которыми размещены пазухи (12). Все герметичные емкости-распределители (10) сжатого воздуха и все емкости-распределители растворов гидрогеля, микробных биопрепаратов и/или удобрений соответственно связаны между собой. Каждая пазуха (12) оснащена электропневмоклапаном (22) сжатого воздуха и дополнительным электропневмоклапаном (26) раствора. В центре движителя (7) на рамных элементах (6) с возможностью синхронного вращения с лентой (8) установлен регулятор-стабилизатор давления (16), связывающий шлангами (17) ресивер (3) с емкостью-распределителем сжатого воздуха (10) и закрытые баки (5) с емкостями-распределителями растворов гидрогеля, микробных биопрепаратов и/или удобрений. Каждый пневмогидробур (14) связан соответствующими шлангами (21 и 23) и электропневмоклапанами (22 и 24) с емкостью-распределителем сжатого воздуха (10) и емкостью-распределителем растворов. Каждый пневмоцилиндр (15) связан шлангом (25) и электропневмоклапаном (26) с емкостью-распределителем сжатого воздуха (10), оснащен роликом (28), установленным в верхней его части, взаимодействующим с ограничителем нагрузки (29) на ленту (8), жестко закрепленным на нижней части рамного элемента (6). Способ внутрипочвенных обработки, аэрации, орошения, удобрения корнеобитаемых слоев почвы предусматривает осуществление рыхления почвы импульсами сжатого воздуха путем вертикального погружения в почву пневмогидробуров (14) и посредством пассивного движителя (7), выполненного в виде замкнутой сплошной эластичной ленты (8) с пневмогидробурами (14), посредством которых после подачи в почву импульсов сжатого воздуха и аэрации в образованные почвенные поры, полости и микропустоты под давлением подают растворы гидрогеля, микробных биопрепаратов и/или удобрений; осуществляют стабилизацию давления сжатого воздуха и растворов; обеспечивают орошение и удобрение непосредственно корневой системы растений. Лента (8) накрывает поверхность почвы, предотвращает повреждение корневой системы растений, потери сжатого воздуха и растворов. По ходу движения ленты (8) пневмогидробуры (14) извлекают из почвы. Обеспечивается повышение продуктивности корнеобитаемых слоев почвы при максимальной сохранности биологических и экологических ее параметров, высоком качестве, мобильности и энергоэффективности технологического процесса. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для внутрипочвенных обработки, аэрации, орошения, удобрения корнеобитаемых слоев почвы, содержащее раму, на которой установлен компрессор с ресивером сжатого воздуха, связанный через электропневмоклапаны с каждым пневмогидробуром, отличающееся тем, что к установленной на тракторе раме с элементами навески, ресивером, насосом и закрытыми баками снизу шарнирно присоединены с возможностью подъема рамные элементы пассивного движителя, выполненного в виде замкнутой сплошной эластичной ленты, внутри которой на рамных элементах, шарнирно связанных с элементами навески, установлены поддерживающие колеса с натяжителем ленты, внутренняя поверхность ленты выполнена в виде эластичных герметичных емкостей-распределителей, между которыми размещены пазухи, все герметичные емкости-распределители сжатого воздуха и все емкости-распределители растворов гидрогеля, микробных биопрепаратов и/или удобрений соответственно связаны между собой, каждая пазуха оснащена электропневмоклапаном сжатого воздуха и дополнительным электропневмоклапаном раствора, в центре движителя на рамных элементах с возможностью синхронного вращения с лентой установлен регулятор-стабилизатор давления, связывающий шлангами ресивер с емкостью-распределителем сжатого воздуха и закрытые баки с емкостями-распределителями растворов гидрогеля, микробных биопрепаратов и/или удобрений, каждый пневмогидробур связан соответствующими шлангами и электропневмоклапанами с емкостью-распределителем сжатого воздуха и емкостью-распределителем растворов, каждый пневмоцилиндр связан шлангом и электропневмоклапаном с емкостью-распределителем сжатого воздуха, оснащен роликом, установленным в верхней его части, взаимодействующим с ограничителем нагрузки на ленту, жестко закрепленным на нижней части рамного элемента.

2. Способ внутрипочвенных обработки, аэрации, орошения, удобрения корнеобитаемых слоев почвы, осуществляемый устройством по п.1, в котором рыхление почвы осуществляют импульсами сжатого воздуха путем вертикального погружения в почву пневмогидробуров, отличающийся тем, что обработку, аэрацию, орошение, удобрение корнеобитаемых слоев почвы осуществляют внутрипочвенно посредством пассивного движителя, выполненного в виде замкнутой сплошной эластичной ленты с пневмогидробурами, посредством которых после подачи в почву импульсов сжатого воздуха и аэрации в образованные почвенные поры, полости и микропустоты под давлением подают растворы гидрогеля, микробных биопрепаратов и/или удобрений, осуществляют стабилизацию давления сжатого воздуха и растворов, обеспечивают орошение и удобрение непосредственно корневой системы растений, при этом лента накрывает поверхность почвы, предотвращает повреждение корневой системы растений, потери сжатого воздуха и растворов, по ходу движения ленты пневмогидробуры извлекают из почвы.