Способ выращивания лесополос на песчаных почвах при неглубоком залегании солёных грунтовых вод и система для его реализации Российский патент 2024 года по МПК A01G23/00 

Предлагаемое изобретение относится к области сельского хозяйства и найдет применение при закреплении песчаных почв посадкой лесополос на землях с неглубоким залеганием соленых грунтовых вод. Представляет интерес использование этого способа для закрепления подвижных песков в прибрежной зоне озер с соленой водой, например, Аральского моря.

Известен способ капельного орошения сада интенсивного типа на землях с высокой водопроницаемостью. Согласно этому способу при посадке деревьев на дне посадочной ямы формируют экран из смеси набухающей глины с отрезками полимерных трубочек. Полив производят с помощью системы капельного орошения. В процессе капельного полива на почвах с высокой водопроницаемостью вода перемещается преимущественно в глубину. Капиллярный перенос в стороны от капельницы не превышает 10-15 см. Поэтому большая часть воды стекает ниже корнеобитаемого слоя почвы до экрана. Глина, входящая в состав экрана, впитывая влагу и, набухая, пережимает сечение трубочек. Благодаря этому экран теряет водопроницаемость, оросительная вода задерживается на его поверхности и перемещается по почвенным капиллярам в зоне корневой системы дерева. В межполивной период глина теряет воду, уменьшается в объеме, и сжатие трубочек прекращается. При этом водопроницаемость и воздухопроницаемость экрана восстанавливается. Это предотвращает подтопление корневой системы и позволяет корням использовать элементы питания, задержанные на поверхности экрана (Патент №2653548, МПК A01G 25/00, опубл.2018 бюл. №14).

Недостатком этого способа является необходимость подведения пресной воды и завоза глины, обладающей набухающими свойствами.

Наиболее близким предлагаемому способу является способ восстановления лесорастительных свойств засоленных грунтов путем промывки и последующего орошения участка посадки лесополосы опресненной водой, включающий отрывку траншеи в пределах зоны капиллярной каймы грунтовых вод, покрытие ее стенок мембранной пленкой, укладку на дно траншеи полимерных труб, заполнение траншеи грунтом, подключение одного конца труб к испарителю, снабженному подогревателем воздуха и сопряженному с водоисточником соленой воды, подключение другого конца труб к коллектору, связанному с воздуховытяжным устройством, закачку насосом соленой воды из водоисточника в испаритель, нагревание испарителя и подогревателя воздуха лучами солнца, подачу в испаритель нагретого воздуха, насыщение его парами соленой воды, прокачку воздуха, насыщенного влагой, через трубы, проложенные в грунте, с получением конденсированной опресненной воды, накопление ее и закачку в перфорированные трубы внутрипочвенного орошения, промывку этой водой почвы, посадку деревьев и кустарника, а также последующее орошение ею высаженных растений (Патент №2782324, МКИ A01G 23/00, опубл. 2022 г. бюл. №30).

Недостатком этого способа является необходимость устройства скважин для подачи соленой воды с насосным оборудованием, накопителей опресненной воды, насосного оборудования и системы подпочвенного орошения, что требует значительных трудозатрат и средств как на капиталовложения, так и на эксплуатационные расходы.

Устранить указанные недостатки позволяет способ выращивания лесополос на песчаных почвах при неглубоком залегании соленых грунтовых вод, включающий отрывку траншеи, покрытие стенок траншеи мембранной пленкой, укладку на дно траншеи в зоне капиллярной каймы соленых грунтовых вод полимерных труб, концы которых объединяют коллекторами, при этом один из коллекторов снабжают воздухозаборным устройством с солнечным нагревателем воздуха, а другой - воздуховытяжным устройством, с помощью этих устройств производят прокачку через трубы нагретого воздуха, в котором согласно изобретению, траншею отрывают трапецеидального сечения, на дно в песчаную засыпку укладывают перфорированные трубы из термостойкого полимера, покрытые воздухопроницаемым материалом, на поверхность песчаной засыпки труб укладывают водопроницаемый экран, выше которого траншею заполняют грунтом, предварительно обработанным 10-15% раствором полиакриламидного почвенного клея, высушенным и разрыхленным с образованием водопрочных комочков, которые разделяют на ситах с размером ячей 10-15 мм на две фракции - крупную с поверхности сита и мелкую, прошедшую через сито, при заполнение траншеи в ее нижнюю часть укладывают крупную фракцию, формируя некапиллярную порозность, а в верхнюю часть траншеи укладывают мелкую фракцию с формированием капиллярной порозности, при этом в процессе заполнения траншеи производят установку в ней фитилей из гидрофильного материала, а при укладке мелкой фракции грунта высаживают саженцы деревьев и кустарника, после чего производят регулируемую подачу через перфорированные трубы в траншею нагретого воздуха.

Система для реализации предложенного способа, включающая траншею, стенки которой покрыты мембранной пленкой, уложенные на дно траншеи полимерные трубы, концы которых объединены коллекторами, при этом один коллектор снабжен воздухозаборным устройством с солнечным нагревателем воздуха, а другой - воздуховытяжным устройством, в которой согласно изобретению, траншея имеет трапецеидальное сечение, а полимерные трубы, выполненные перфорированными из термостойкого полимера, помещены в песчаную засыпку и покрыты воздухопроницаемым материалом, на поверхность песчаной засыпки труб уложен воздухопроницаемый экран, выше которого траншея заполнена грунтом, предварительно обработанным 10-15% раствором полиакриламидного почвенного клея, просушенным и просеянным через сито с размером ячей 10-15 мм, при чем нижняя часть траншеи заполнена крупной фракцией с поверхности сита, а ее верхнюю часть до поверхности участка заполняет мелкая фракция, прошедшая через сито, при этом в траншее от воздухопроницаемого экрана до поверхности установлены фитили из гидрофильного материала, воздуховытяжное устройство снабжено регулировочным клапаном и вентилятором с ветровой турбиной, а воздухозаборное устройство выполнено в виде раструба с флюгером, установленным с возможностью вращения в горизонтальной плоскости.

Новый технический результат от применения способа состоит в том, что увлажнение корнеобитаемого слоя грунта обеспечивают подачей нагретого солнцем воздуха из перфорированных труб непосредственно через капиллярную кайму соленых грунтовых вод, насыщением его там парами воды, и конденсацией этих паров в некапиллярных порах нижней части траншеи с переносом конденсата фитилями к корням деревьев и кустарника. Такое увлажнение позволяет за счет использования солнечной энергии, энергии ветра и низких температур глубоких слоев грунта отказаться от применения насосного оборудования, системы подпочвенного орошения, накопителей влаги, исключить затраты на их строительство и эксплуатацию и таким образом снизить капиталовложения и эксплуатационные издержки.

Сущность предложения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен вид участка лесополосы в плане; на фиг. 2 изображен продольный разрез траншеи; на фиг. 3 - поперечный разрез траншеи.

На участке 1 отрывают траншеи трапецеидального сечения 2, в которые укладывают полимерные трубы 3. Одни концы этих труб объединены коллектором 4, сопряженным трубой 5 с воздухозаборным устройством, подключенным к солнечному нагревателю воздуха 6 и выполненного в виде раструба с флюгером 7, смонтированным с возможностью вращения в горизонтальной плоскости. Противоположные концы труб 3 объединены коллектором 8, сопряженным трубой 9 с воздуховытяжным устройством, снабженным вентилятором с ветровой турбиной 10 и регулировочным клапаном 11. При этом верхняя поверхность труб 3 имеет перфорацию 12, покрытую защитным слоем из воздухопроницаемого материала 13. Стенки траншеи покрывают мембранной пленкой 14. Вокруг труб 3 устраивают песчаную засыпку 15. На поверхность засыпки укладывают воздухопроницаемый экран 16. Выше экрана 16 траншею 2 заполняют грунтом. Предварительно этот грунт обрабатывают 10-15% раствором полиакриламидного почвенного клея, высушивают, рыхлят и разделяют на две фракции просеиванием через сито с размером ячей 10-15 мм. Крупную фракцию 17 помещают в нижнюю часть траншеи 2, формируя некапиллярную порозность, а мелкую фракцию 18 засыпают в верхнюю часть до поверхности участка 1, формируя капиллярную порозность. Одновременно с заполнением траншеи 2 грунтом производят установку фитилей 19 из гидрофильного материала. При заполнении верхней части траншеи 2 фракцией 18 производят посадку саженцев деревьев и кустарника 20. После посадки саженцев осуществляют прокачку нагретого солнцем воздуха через перфорированные трубы 3 непосредственно в зоне капиллярной каймы соленых грунтовых вод с получением опресненного конденсата влаги в некапиллярных порах фракции 17 с переносом по фитилям 19 к корням саженцев 20.

Рассмотрим пример реализации этого способа выращивания лесополос на песчаных почвах при неглубоком залегании соленых грунтовых вод с помощью предлагаемой системы в условиях республики Калмыкия.

Климат в республике Калмыкия резко континентальный. Количество солнечных дней в году в среднем составляет 165, в том числе на летний период приходится 120 дней с продолжительностью солнечного сияния 10-12 часов. Средняя температура воздуха в июне составляет 25°С, в июле 33°С и в августе 29°С. Средняя относительная влажность воздуха летом при 25°С составляет - 12%.

Грунт на участке посадки лесозащитной полосы супесчаный. Грунтовые воды минерализованные, с общим содержанием солей до 3,0 г/л, находятся на глубине 2,5 м. Величина капиллярного подъема грунтовых вод в супесчаном грунте 1,5 м. Верхняя граница капиллярной каймы грунтовых вод находится на глубине 1,0 м от поверхности участка. В этих условиях предложенный способ может быть использован для закрепления движущихся песков путем посадки ажурных лесополос.

Ажурная лесополоса состоит из трех рядов деревьев и/или кустарника, высаженных на полосах шириною 2 м и разделенных междурядьями 4 метра с расстоянием между растениями 2 м. Закладку лесополосы производили в апреле-мае, когда отмечается выпадение значительной части годовой нормы осадков, что повышает приживаемость саженцев. По трассе посадки саженцев растений 20 производили отрывку траншеи 2 трапецеидального сечения. Работу выполняли с помощью плужного каналокопателя. Ширина траншеи по дну 0,5 м, глубина траншеи составляет 1,3 м, а крутизна заложения откосов 45°. Такая величина заложения откосов обеспечивает устойчивость ее стенок к обрушению в процессе работ. Грунт, извлеченный при отрывке траншеи разравнивали на прилегающей площади и обрабатывали 10% раствором полиакриламидного почвенного клея. В настоящее время известно использование раствора этого клея для создания водоустойчивой и ветроустойчивой пленки на поверхности песчаных барханов. При реализации предложенного способа 10% раствор полиакриламидного клея использовали для создания водопрочных комочков искусственной почвенной структуры. Для этого после нанесения клея на поверхность грунта производили его периодическое рыхление граблями. После высыхания разрыхленный грунт пропускали через сита с размером ячей 15 мм с разделением на две фракции. Стенки траншеи накрывали мембранной пленкой 14. На дно траншеи в песчаную засыпку 15 укладывали четыре трубы 3 диаметром 63 мм. При строительстве использовали трубы из термостойкого полимера, так как температура горячего воздуха может превышать +70°С, а полимерные трубы, используемые в мелиорации рассчитаны на температуру не более +40°С. Толщина слоя песчаной засыпки 20 см. В трубах 3 выполнена перфорация 12, покрытая воздухопроницаемым материалом 13, например, геотекстилем. Песчаную засыпку 15 накрывали воздухопроницаемым экраном 16 из геотекстиля. На этот экран укладывали слой грунта 17 из фракции крупнее 15 мм, а выше укладывали слой грунта 18 из фракции размером менее 15 мм. При укладке грунта в траншее 2 устанавливали фитили из гидрофильного материала 19, например, выполненные в виде перфорированных трубочек, заполненных отходами ткацкого производства. При заполнении траншеи 2 фракцией грунта 18 производили посадку саженцев растений 20. После завершения посадки растений начинали прокачку через трубы 3 воздуха, забираемого через воздухозаборное устройство 7. При средней дневной температуре +25°С и относительной влажности 12% воздух содержит порядка 3,0 г/м влаги. Этот воздух поступает в воздухозаборное устройство7, раструб которого благодаря флюгеру всегда повернут против ветра. Это обеспечивает поступление воздуха в солнечный нагреватель 6. В солнечном нагревателе температура поступившего воздуха повышается до +60°С. При этой температуре и полном насыщении 1 м³ воздуха способен содержать порядка 130 г/м³ влаги. Движение горячего воздуха по трубам 3 обеспечивает вентилятор 10, выполненный в виде турбины, которая вращается при любом направлении ветра. Выходя через перфорацию 12 и защитный воздухопроницаемый материал 13, нагретый воздух проходит через слой песчаной засыпки 15. Засыпка находится в зоне капиллярной каймы соленых грунтовых вод и заполнена капиллярной влагой.

Нагретый воздух впитывает эту влагу, насыщаясь до 80-90% относительной влажности, и поступает в некапиллярные поры, сформированные в слое крупной засыпки 17. На глубине 1,0-1,3 м почва имеет температуру летом +15-25°С и горячий воздух охлаждается до +25-30°С. Понижение температуры позволяет сместить относительную влажность до достижения точки росы, при которой происходит образование до 100 гр конденсата влаги из 1 м³ воздуха. Этот конденсат оседает на стенках некапиллярных пор в слое грунта, сформированного фракцией 17, и на поверхности фитилей 19, по которым она подтягивается в слой мелкой фракции грунта 18, где находятся корни саженцев растений 20 (например, саксаула и барбариса). Таким образом в слое грунта 18 поддерживали влажность, необходимую для приживаемости саженцев. Объем воздуха, подаваемого через трубы 3, изменяли с помощью регулирующего клапана 11 с учетом температуры воздуха, выходящего из трубы 9. При температуре воздуха над участком +25°С температуру воздуха на выходе из трубы 9 устанавливали на уровне +25-30°С. Уменьшение расхода воздуха через трубу 9 вызывает повышение давления в трубах 3 и поступление влажного воздуха через перфорацию 12 в грунт, и, соответственно, увеличение количества конденсата. Трапецеидальное сечение траншеи 2 позволяет сосредоточить подачу горячего воздуха на участке 0,5 м шириной, что повышает интенсивность испарения в нижней части траншеи. Выполнение труб 3 из термостойкого полимера предотвращает опасность их разрушения при повышенных температурах нагретого воздуха. Расширение траншеи 2 в верхней части увеличивает охлаждающую поверхность и увеличивает объем грунта для роста корневой системы растений. Покрытие стенок траншеи 2 мембранной пленкой 14 удерживает конденсированную влагу в объеме грунта, заполняющего траншею 2, при сохранении газообмена с грунтом окружающим траншею. Постоянное увлажнение слоя 18 обеспечивает повышение приживаемости саженцев. По мере роста корневая система растений 20 проникает в толщу слоя 17 и использует содержащуюся там пленочную влагу.

Таким образом, размещение перфорированных труб непосредственно в зоне капиллярной каймы соленых грунтовых вод, подача через перфорацию труб нагретого лучами солнца воздуха и последующее его охлаждение за счет более низкой температуры грунта, позволяют снизить капиталовложения и эксплуатационные издержки при выращивании лесозащитных полос на песчаных почвах с неглубоким залеганием соленых грунтовых вод за счет использования возобновляемых источников энергии.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и найдет применение при закреплении песчаных почв посадкой лесополос на землях с неглубоким залеганием соленых грунтовых вод. Способ включает отрывку траншеи трапецеидального сечения, покрытие стенок траншеи мембранной пленкой, укладку на дно траншеи в зоне капиллярной каймы соленых грунтовых вод в песчаную засыпку перфорированных полимерных труб из термостойкого полимера, концы которых объединяют коллекторами. Один из коллекторов имеет воздухозаборное устройство в виде раструба с вращающимся флюгером в горизонтальной плоскости, сообщенным с солнечным нагревателем воздуха, а другой - воздуховытяжное устройство с регулировочным клапаном и вентилятором с ветровой турбиной. Трубы покрывают воздухопроницаемым материалом, на поверхность песчаной засыпки труб укладывают водопроницаемый экран. Выше экрана траншею заполняют грунтом, предварительно обработанным 10-15% раствором полиакриламидного почвенного клея, высушенным и разрыхленным с образованием водопрочных комочков, которые разделяют на ситах с размером ячей 10-15 мм на две фракции - крупную с поверхности сита и мелкую, прошедшую через сито. При заполнении траншеи в ее нижнюю часть укладывают крупную фракцию, формируя некапиллярную порозность, а в верхнюю часть траншеи укладывают мелкую фракцию с формированием капиллярной порозности. Также при заполнении траншеи производят установку в ней фитилей из гидрофильного материала, а при укладке мелкой фракции грунта высаживают саженцы деревьев и кустарника. После чего производят регулируемую подачу через перфорированные трубы в траншею нагретого воздуха. Изобретение позволит отказаться от применения насосного оборудования, системы подпочвенного орошения, накопителей влаги. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ выращивания лесополос на песчаных почвах при неглубоком залегании соленых грунтовых вод, включающий отрывку траншеи, покрытие стенок траншеи мембранной пленкой, укладку на дно траншеи в зоне капиллярной каймы соленых грунтовых вод полимерных труб, концы которых объединяют коллекторами, причем один из коллекторов снабжают воздухозаборным устройством с солнечным нагревателем воздуха, а другой - воздуховытяжным устройством, при этом с помощью этих устройств производят прокачку через трубы нагретого воздуха, отличающийся тем, что траншею отрывают трапецеидального сечения, при этом на ее дно в песчаную засыпку укладывают перфорированные трубы из термостойкого полимера, покрытые воздухопроницаемым материалом, затем на поверхность песчаной засыпки труб укладывают водопроницаемый экран, выше которого траншею заполняют грунтом, предварительно обработанным 10-15% раствором полиакриламидного почвенного клея, высушенным и разрыхленным с образованием водопрочных комочков, которые разделяют на ситах с размером ячей 10-15 мм на две фракции - крупную с поверхности сита и мелкую, прошедшую через сито, при этом при заполнении траншеи грунтом в ее нижнюю часть укладывают его крупную фракцию, формируя некапиллярную порозность, а в верхнюю часть траншеи укладывают его мелкую фракцию с формированием капиллярной порозности, кроме того, в процессе заполнения траншеи производят установку в ней фитилей из гидрофильного материала, а при укладке мелкой фракции грунта высаживают саженцы деревьев и кустарника, после чего производят регулируемую подачу через перфорированные трубы в траншею нагретого воздуха.

2. Система выращивания лесополос на песчаных почвах при неглубоком залегании соленых грунтовых вод для осуществления способа по п. 1, включающая траншею, стенки которой покрыты мембранной пленкой, уложенные на дно траншеи полимерные трубы, концы которых объединены коллекторами, при этом один коллектор снабжен воздухозаборным устройством с солнечным нагревателем воздуха, а другой - воздуховытяжным устройством, отличающаяся тем, что траншея имеет трапецеидальное сечение, а полимерные трубы выполнены перфорированными из термостойкого полимера, размещены в песчаной засыпке траншеи и покрыты воздухопроницаемым материалом, при этом на поверхность песчаной засыпки труб уложен воздухопроницаемый экран, выше которого траншея заполнена грунтом, предварительно обработанным 10-15% раствором полиакриламидного почвенного клея, просушенным и просеянным через сито с размером ячей 10-15 мм, причем нижняя часть траншеи заполнена крупной фракцией грунта с поверхности сита, а ее верхняя часть до поверхности участка заполнена мелкой фракцией, прошедшей через сито, кроме того, в траншее от воздухопроницаемого экрана до поверхности установлены фитили из гидрофильного материала, воздуховытяжное устройство снабжено регулировочным клапаном и вентилятором с ветровой турбиной, а воздухозаборное устройство выполнено в виде раструба с флюгером, установленным с возможностью вращения в горизонтальной плоскости.