СПОСОБ ПОДОГРЕВА ПОЧВЫ ОТ ЭНЕРГИИ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ В УСЛОВИЯХ ЮГО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ БЕЛАРУСИ Российский патент 2025 года по МПК A01B79/02 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к тепловой мелиорации, более конкретно - к составу материала, а также для тепловоздушной мелиорации подпочвенного слоя полей путем круглогодового обогрева их при помощи солнечного излучения, требующих подогрева почвы.

Солнечная радиация - основной источник энергии на земле. Она играет первостепенную роль во многих биохимических процессах и формирует климат. В Республике Беларусь есть потребность в изучении особенностей пространственно-временного распределения характеристик солнечной радиации в связи с современными изменениями климата и его воздействия на природу.

С 1990 года на территории Беларуси значительно увеличивается повторяемость засух в теплый период. Исследованию засух в Беларуси посвящено достаточно много работ, в которых описывается их пространственно-временная изменчивость (Сачок Г.И. Пространственная и временная неоднородность рядов заморозков и засух на территории Беларуси / Г.И. Сачок, Г.А. Камышенко // Вестник Полоцкого университета. Серия В. - 2005, - №3. - С. 92-97; Бровка Ю.А. Циркуляционные условия формирования и пространственно-временное распространение атмосферных засух на территории Беларуси в период современного потепления климата / Природные ресурсы. - 2022. - № 2. - С. 5-15).

Отсюда можно ожидать, что дальнейшее усиление засушливости климата, в частности, рост возникновения волн тепла и засух, приведет к регулярным значительным потерям урожая, особенно если они будут происходить во время чувствительных фаз развития растений, таких как начало вегетационного периода во время цветения растений и т.п.

Согласно ГОСТ 22.0.03 засуха определяется как комплекс метеорологических факторов в виде продолжительного отсутствия осадков в сочетании с высокой температурой и понижением влажности воздуха, приводящий к нарушению водного баланса растений и вызывающий их угнетение и гибель.

Известен способ регулирования микроклимата почвы снежного покрова посредством применения различных приемов снегозадержания (Адамено В.Н. Мелиоративная микроклиматология.- Ленинград: Гидрометеоиздат, 1979, с. 62). При накоплении первых 5-10 см снежного покрова температура почвы выше температуры воздуха на 3-15°С. Применение снежных мелиорации наиболее эффективно в холодных континентальных районах при возделывании озимых культур.

Недостаток известного технического решения является низкая эффективность, связанная с большими трудозатратами по проведению снегозадержания и недостаточной надежностью в районах с неустойчивым снежным покровом. Кроме того, при сходе снежного покрова температура почвенного слоя и воздуха быстро выравнивается, что при затяжной весне резко снижает эффект от применения способа, исключая возможность активного регулирования температуры почвы.

Известна технология применения эффективных микроорганизмов (ЭМ-технология) для приготовления компоста (солома, трава, листва, ботва, опилки и др.) послойно (3-4 слоя толщиной 20-25 см); ферментирование каждого слоя компоста из любого типа органики в аэробных условиях ЮМ - препаратом в пропорции 1:100; присыпание слоем земли; переработку до достижения биогумуса за 1,5-2 месяца; внесение в почву готового компоста. При компостировании растительной органики температура в бурте повышается до 60°С. Возможно, внесение компоста в почву через 7-10 дней после начала ферментации во внекорневую зону растений, что позволяет размножившимся микроорганизмам перерабатывать оставшуюся органику непосредственно в почву и стимулировать дождевых червей, которые также участвуют в переработке органических отходов в соединения, доступные для питания растений (Эффективные микроорганизмы: практические рекомендации по применению продукции серии ЭМ / сост. Северина В.Я., Адаменко Л.Я // Приморский ЭМ - центр, - Владивосток, 2002, с. 11). При таком варианте использование компоста возможно повышение температуры почвы, в которой продолжается процесс переработки органики за счет эффекта компостирования. Возможный вариант повышения температуры почвы не выявлен.

Недостатком известной технологии является низкая эффективность, особенно при использовании ее на больших площадях, обусловленная большими трудозатратами, связанными с необходимостью уборки и складирования сорной растительности и растительных остатков, послойной их укладки и дальнейшим распределением компоста по поверхности и внесением в почву.

Известен способ паровой мелиорации почвы, включающий зяблевую вспашку, обработку зяби, предпосевную обработку почвы под парозанимающие культуры и осеннюю обработку, причем обработку зяби проводят гребнеобразующими механизмами, предпосевную обработку проводят путем развалки образованных при зяблевой обработке гребней и формированием новых гребней по оси ранее образованных борозд после всходов сорной растительности с одновременным известкованием, последующие обработки путем развалки ранее образованных и формирования новых гребней проводят одновременным образованием гребней и внесением удобрений, а после уборки парозанимающих культур и провоцирования прорастания сорняков проводят формирование новых гребней развалкой существующих (Патент RU № 2159527, А01 В 79/00 от 27.11.2000).

Недостатком известного способа является низкая эффективность, обусловленная следующим: возделывание парозанимающих культур (овес, соя на сидерат) при относительно высоких затратах не позволяет получить высокую прибыль, перформирование гребней не позволяет надежно уничтожать сорную растительность, поскольку корневые остатки могут прорастать при относительно медленно текущих естественных процессах переработки органики, а периодичность перформирования 15-20 суток рассчитана на время, требуемое на провоцирование роста сорняков, температура в гребнях не более чем на 10°С выше средней температуры воздуха, поскольку эффект компостирования органики в гребнях без его искусственного стимулирования не наблюдается.

Следует привести способ повышения равномерности таяния снега и достижения физической спелости почвы на поле, включающий проведение осенью цифровой съемки поверхности поля с фиксацией расположения параметров блюдцеобразных понижений микрорельефа поля, а весной в период снеготаяния распыление на поверхности снега над отмеченными блюдцеобразными понижениями микрорельефа поля смеси, состоящей из 90-95% хлористого кальция и 10-15% золы (Патент RU № 2758267, С09К 17/06, Е02 В 11/00, А01 В 13/16 от 27.10.2021).

Способ заключается в смеси, состоящей из хлористого калия и золы. При использовании данного способа в основном предназначено для распыла на поверхности небольшого количества материала для зачернения снега на выделенных для обработки участках. Однако предлагаемый способ не обеспечивает более устойчивость агроландшафтов, билогизацию и экологизацию покрытия почвы с последующим выращиванием сельскохозяйственных культур в системе севооборота, посредством которых затем осуществляют равномерность задержки снега на поверхности поля в одной поверхности, при которой среднегодовой смыв почвы, средневзвешенный по севообороту, не должен превышать нормы водной плоскостной эрозии почвы. Кроме того, происходит смыв удобрений и ядохимикатов распыла вместе с талыми водами в коллекторы, что является источником загрязнения окружающей среды, нанося серьезный экологический и социальный ущерб близь расположенным населенным пунктам. Следовательно, необходимо использовать в технологии использования органических удобрений из местных видов, как термически обработанного куриного или индюшиного помета в виде полученных гранул, имеющих определенный размер диаметром, соответственно прессуют под высоким давлением в гранулы известными промышленными установками в виде грануляторов. Гранулы используют в качестве органических удобрений, которые удобряют мелиорируемое поле, а значит, повышения плодородия почвы в засушливой зоне, т.е. улучшая ее физико-химические свойства и увеличивая запасы влаги в подпахотном горизонте, внесением осенью на поле после уборки культуры.

Известна «Теплица траншейного типа», состоящая из траншеи со светопрозрачным покрытием и полых стержней с перфорированной поверхностью (Патент RU № 2127036, A01G 9/14, A01G 9/24 от 10.03.1999). Однако его сложно принять для полей.

Известен способ с устройством для обогрева почвы в теплице. Выполненное в виде двухконтурной солнечной нагревательной системы с насосом и теплообменником для прокачки теплоносителя и нагрева воды в емкости. При этом система также снабжена трубопроводом обогрева, а вертикальная сена теплицы снабжена калорифером (Патент RU № 2207752, A01G 9/14. Е04Н 5/08 от 10.07.2003). Однако его применение затруднено применения на поле.

Известна теплица с подогревом почвы от энергии солнечной радиации, принятая в качестве прототипа, содержащая прозрачный защитный купол, являющийся солнечным коллектором, грунтовый теплообменник и систему циркуляции жидкости -теплоносителя, при этом прозрачный защитный купол выполнен из светопрозрачных пластин ячеистого поликарбоната, снабжен нижними водопроводящими и верхними водоотводящими патрубками, с помощью которых включен в систему циркуляции жидкости - теплоносителя введены трехходовые термоуправляемые вентили для отвода нагретой жидкости -теплоносителя в тепловой аккумулятор в жаркое время суток (Патент RU 93208, A01G 9/44 от 27.04.2010).

Недостатком прототипа является отсутствие возможности регулирования температуры почвы при высоких материальных затрат, а также не оправданное технической необходимостью использование вторичного теплоносителя - жидкости, что, кроме того, свидетельствует о недостаточной надежности системы циркуляции жидкости, что связано с затруднением его применения на поле. Кроме того, система устройства не учитывает использование солнечное тепло для обогрева подпочвенного слоя при временном или постоянном высоком стоянии грунтовых вод на полях.

Пример 1. Одной из основных характеристик, определяющих эффективность работы закрытого дренажа, принят сток, т.е. модуль дренажного стока при определенной продолжительности работы дренажа на предпосевной и вегетационный периоды. Важным также является показатель водного режима уровень почвенно-грунтовых вод. Так, обработка тяжелых суглинистых почв возможна при понижении уровня почвенно-грунтовых вод на 45-50 см от поверхности земли, посев - при понижении при глубине не менее 70 см. В вегетационный период грунтовые воды должны находиться на глубине не выше 80-100 см для многолетних трав и 100-130 см для зерновых культур. Таким образом, снижение продолжительности стояния почвенно-грунтовых вод в активном слое почвы, особенно при продолжительности эксплуатации дренажа и осушения на состояние переувлажненных минеральных почв играет важную роль, и зависит от использования удобрения.

Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей способа с одновременным внесением в подпочвенный пахотный слой в осенний период органического удобрения на основе термически полученного птичьего или индюшиного помета гранул, в норме, отмеченной ниже, а также создания устройства в способе, позволяющего обогревать подпочвенный слой на определенной глубине и насыщать его теплым воздухом (аэрация) при временном или постоянном высоком стоянии грунтовых вод в течение года, поднимая ежегодно среднегодовую температуру почвы.

Техническим результатом изобретения является новое свойство в комплексе, а именно для засушливых зон Беларуси обеспечить условия, при которых водная плоскостная эрозия почвы - ее среднегодовой смыв не превысить нормы, соответствующей среднегодовому темпу почвообразования, средневзвешенному по севообороту, и как следствие в обеспечении расширенного воспроизводства плодородия почвы и повышение урожайности культур на землях с уклоном не менее 0,003, а также возможность в условиях кратковременного подтопления подпочвенного слоя, производить его тепловоздушный обогрев, а при снижении уровня грунтовых вод насыщение почвенного слоя теплым воздухом, кроме того, позволит ежегодно накапливать тепло в грунте под почвой, снижая неблагоприятные влияния погоды на урожайность сельскохозяйственных культур с возможностью среднегодового задержания влаги в почве при активизации почвенных процессов органических удобрений, в виде гранул вносимых в подпахотный горизонт почвы.

Достижение заявленного технического результата и, как следствие, решение поставленной задачи достигается тем, что способ подогрева почвы от энергии солнечной радиации в условиях юго-западной части Беларуси, содержащий солнечный коллектор, соединенный с ним с помощью труб грунтовый теплообменник и систему циркуляции, характеризующийся тем, что формируют гидромелиоративную систему, окаймляющую мелиорируемое поле, которое включает дренажную сеть, впадающую в искусственно созданные на границах полей сбросные дренажные каналы, имеющие уклон к открытому коллектору, в осенний период на поле после уборки ранних сельскохозяйственных культур, являющихся предшественником в севообороте, устанавливают возможность перед выпадением снега использовать органические удобрения, в виде полученных гранул термически обработанного куриного или индюшиного помета, которые удобряют мелиорируемое поле, при этом осуществляют зяблевую вспашу по сухому полю, на котором вносят вразброс органическое удобрение в норме от 4 до 6 т/га за один проход агрегата, затем заделывают органическое удобрение в почву дисковыми боронами в слой почвы 8-10 см, кроме того, выше дренажной сети, предназначенной для понижения грунтовых вод, в подземный подпочвенный слой укладывают два подземных трубопровода, один из которых - перфорированный трубопровод малого диаметра с отверстиями, по которому подается сжатый теплый воздух, соединенный с коллектором солнечного излучения, теплый воздух из которого поступает в полость трубопровода малого диаметра с отверстиями на поверхности, при этом трубопровод малого диаметра с отверстиями помешают в полость трубопровода большого диаметра с отверстиями на его поверхности, трубопроводы выполняют из полиэтиленового материала, при этом трубопровод малого диаметра соединяют с вертикальной напорной трубой для подачи сжатого воздуха, оборудованной эжектором, активное сопло которого подсоединяют к камере, ориентированной выходным участком вдоль поступающего источника нагрева теплого сжатого воздуха, с подающим импеллером с соплом посредством закрытого по периметру поперечного сечения конического переходного участка с коллектором солнечного излучения, принимающего устройство, которого выполнено в виде алюминиевых листов с секциями так, что обеспечивают выделение тепла излучения солнечных лучей, а устройство импеллера позволяет забирать-втягивать в себя в корпус выделяющееся тепло воздуха и направляет его в сторону зоны выхода сопла, соединенного с вертикальной воздухопроводящей трубой, с возможностью системы управления за счет регулирования скорости вращения импеллера при заборе в переходном закрытом переходном коническом участке с предупреждением перегрева почвы и отключения в указанных режимах.

Кроме того, количество сжатого воздуха под почву, подаваемого в единицу времени, изменяют в зависимости от плотности почвы и глубины обработки.

Кроме того, трубопроводы с перфорацией, с отверстиями на их поверхности, заглублены от 40 до 70 см, а сверху на обогреваемую почву по полю дополнительно вносят в разброс защитный материал из органического удобрения с размерами гранул диаметром 6-8 мм, соответственно, которые готовят под давлением 60 МПа в гранулы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 схематично изображена схема осушения земель с близким залеганием грунтовых вод;

на фиг.2 показана схема поперечного сечения большого и малого трубопровода с системой распределения потока воздуха в прямоточном режиме;

на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2, сечение большого и малого диаметров;

на фиг.4 - узел 1 на фиг.2;

на фиг.5 - вид спереди импеллера сверху (подключение двигателя не показано для упрощения чертежа).

Работа предложенного способа для обогрева почвы от энергии солнечной радиации в условиях юго-западной части Беларуси выполняется в следующей последовательности.

Первоначально строят осушительную регулирующую дренажную сеть на поле 1 из каналов, для дрен 2 и 3, последовательно формируют закрытые коллектора 4 и 5, расположенные по обе стороны ската поля, которые имеют уклон, соответственно коллектор 4 в сторону открытого коллектора 6, а коллектор 5 в сторону открытого коллектора 7, что интенсифицирует отвод подземных дренажных вод и создает благоприятные условия для сбора воды регулирующими сетями, представляющими дренами 2 и 3 для стока, водоприемниками которых являются коллекторы 4 и 5. Уклоны в основании дренирующих слоев выполнены на два ската от центральной продольной оси «А» орошаемого поля (осушаемого) поля.

Естественный уклон поверхности земли совпадает со стеканием грунтовых вод, соответствующих максимальным фильтрационным расходов через дрены 2 и 3. Поэтому каждый из закрытых коллекторов 4 и 5 захватывают максимальное количество грунтовых вод, т.е. работает с большой эффективностью, при этом количество уменьшается, соответственно, уменьшается объем земляных работ.

Отсюда следует, что формирование поверхностного стока имеет взаимосвязь плотности сложения почвы с впитывающей способностью. При дождевании на дерново-подзолистых суглинистых почвах эрозионно-допустимые нормы для 70 и 80% НВ равны 17,8 и 15,6 мм соответственно, а время полива до появления поверхностного стока - 68 и 60 мин соответственно.

Пример 2. Как уже было отмечено в результате расчетов (Б.С. Маслов.- М.: Агропромиздат, 1985 г., или расчет по Аверьяну), с учетом эффективной работы междренные расстояния и модули стока в зависимости от мощности верхнего слоя почвы на данном участке до глубины 1 м междренное расстояние колеблется о 10 до 24 м соответственно, модуль стока во всех случаях составил 1 л/с.

Коллекторно-дренажная сеть, например, на площади 300 га проектируется пластмассовыми трубами, обернутыми геотекстилем с засыпкой поверхности гранитным щебнем не менее 20 мм и не более 70 мм суммарной толщиной не менее 150 мм и не более 250 мм, и защищена от заиления, далее засыпают вынутым грунтом каналы.

Крепление открытых коллекторов 6 и 7 могут превышать более 2 м, но не меньше нормативной глубины заложения закрытой дренажной сети из дрен с закрытыми коллекторами. Крепление открытых коллекторов выполняется плитами, ширина по дну составит: 1,0 м и откосы m=1:1,5. Железобетонные плиты укладываются на подготовку из щебня слоем 10 см. Ширина крепления принимается из условия пропуска 10% обеспеченности поступления воды. Выше плит откосы укрепляют засевом трав с подсыпкой растительного грунта толщиной 5 см.

В местах накопления воды в нижней части открытых коллекторов 6 и 7 строят в полувыемке пруд-накопитель 8 с насыпной перегораживающей дамбой, который рассчитывают на максимально возможное накопление воды. В случае потребности воды пруд-накопитель 8 оснащают регулирующим устройством 9 подачи воды. Кроме того, предусматривают колодец с автоматическим катастрофическим сбросом излишков воды в ручей.

Следует отметить, что по границам осваиваемого для обогрева солнечным устройством, выполненной системой нагрева с использованием сжатого воздуха и теплоносителя (не оказано), необходимо предусматривать режимные створы наблюдательных скважин, по которым пробы состояния грунтовых вод на данной территории орошения (осушения) во время эксплуатации будут отбираться. Питание грунтовых вод происходит за счет таяния снега и атмосферных осадков и за счет дождевания орошаемой культуры.

На втором этапе освоения поля состоит из двух подземных трубопроводов, укладка которых выше дренажной сети, где укладка основного перфорированного трубопровода 10 большого диаметра заглубляют не более чем на 40-70 см (согласно изобретения), внутри которого размещают перфорированный трубопровод 11 малого диаметра, производят во время строительства дренажной сети, которые отдельными звеньями укладывают из полиэтиленового материала, отверстия 12 и 13, выполненных на верхней части, которые размещены по наружному диаметру трубопроводов 10 и 11 так, что обеспечивают выход воздуха вверх в грунт. При этом основной трубопровод 10 является своего рода защитным кожухом, в который помещен дополнительный перфорированный трубопровод 11 с перфорацией с отверстиями 12 и 13. При этом перфорированный трубопровод 10 большого диаметра дополнительно обматывают воздухопроницаемым материалом из геотекстиля, или по варианту выполнения, в место этого, сверху засыпают гранитным щебнем (ниже описан процесс технологии выполнения строительства). Затем концы всех трубопроводов соединяют между собой и получают заданную длину трассы по укладке трубопровода выше дренажных труб над уровнем грунтовых вод (не показан).

Воздухопроводящая труба 14 для подачи теплого сжатого воздуха от импеллера 15 с соплом 16 с эжектором, включает активное сопло 17, камеру 18. Далее камеру 18 выполняют через диффузор, имеющего входной суженный участок 19 (горловина), выходной, участок которого соединяют со второй расширенной камерой 20 и под углом ее соединяют с перфорированным трубопроводом 11 малого диаметра.

Воздухопроводящая труба 14 связана для отбора и подачи теплого сжатого воздуха с помощью работы импеллера 15 с соплом 16 (двигатель не показан), направленный в сторону первой камеры 18. Перфорированный трубопровод 11 малого диаметра и присоединенный к нему воздухопроводящая труба 14 через камеру 18 сообщаются с помощью обратного клапана 21. Труба-впуска 14 (воздухопроводящая труба), таким образом, оборудована регулятором 22 расхода сжатого воздуха. Устройство импеллера 15 с соплом 16 установлено с подачей для принудительной циркуляции теплого воздуха в подпочвенный грунт на глубине от 40 до 70 см от поверхности земли, в результате чего возможно регулирование температурного режима и может располагаться в почве, а также косвенный контроль за работой устройства (за температурой и равномерностью обогрева почвы), ведется путем замера температуры поверхностного слоя почвы, который может производиться вручную - инфракрасным пирометром, или при помощи дрона (беспилотного летательного аппарата) с тепловизором и системой передачи сигналов, а при больших площадях наиболее перспективно использование системы ГЛОНАСС (не показано). Из уровня техники известны беспилотные аппараты (RU № 2793711 от 04.04.2023; RU № 2810956 от 09.01.2024; RU № 221352 от 01.11.2023). Кроме того, в случае применения датчика давления воздуха в ручном режиме, его дополнительно подсоединяют к градуированной шкале (прибор учета давления воздуха может быть выполнен различной конструкции).

Пример 3. Конкретное выполнение по укладке дренажных трубопроводов. Метод осушения на участке понижения уровня грунтовых вод и организация отвода воды производится закрытым дренажом из пластмассовых труб диаметром 63 мм, обернутых водопроницаемым геотекстилем с заполнением сверху гранитным щебнем фракции не менее 20 мм и не более 70 мм дренирующих слоев дренажной системы, в нашем случае площадь участка составила около 300 га.

Пример 4. Укладка в грунт (траншею) большого трубопровода 10 с малым трубопроводом 11 внутри него, причем основной большой в диаметре трубопровод 10 выполняют обернутым в материал однослойный воздухопроницаемый геотекстиль, который является новым перспективным, и он используется во многих отраслях сельского хозяйства и т.д. Кроме того, по варианту выполнения перфорированный трубопровод 10 возможно засыпать также гранитным щебнем отдельно, согласно выше указанной технологии по строительству дренажа, в результате чего сжатый воздух частично гасится о возникшее сопротивление в виде гранитной засыпки щебнем, и теплый воздух равномерно поступает вверх с малой скоростью, обогревая почву. Затем засыпают сверху вынутым грунтом канала (траншеи).

Материал геотекстиль имеет небольшой вес - можно разрезать обычными ножницами, позволяет выдерживать эксплуатационные нагрузки: тонкий материал плотностью - 100 г/м², более толстый материал - 600 г/м².

Долговечность геотекстиля - устойчив к воздействию кислот, щелочей и других агрессивных веществ, содержащихся в почве. Синтетические волокна не подвержены гниению, им не страшна влага, ни мороз, ни жара, ни солнечные лучи.

Материал геотекстиль экологичен, не выделяет вредных веществ в процессе эксплуатации, безопасно для окружающей среды. Сроку использования не менее 30 лет. Необходимо отметить, что его укладка проста, не требует специальных навыков в производстве данного объекта солнечной радиации на мелиорируемых землях, он более прочен для возможного порыва в сравнении с обычной пленкой, т.е. обладает высокой прочности и сократить сроки укладки тепловоздушных трубопроводов с обогревом подпочвенного слоя полей. Сварка полотен геотекстиля также может осуществляться краев между собой контактно-тепловым способом с использованием специально сварочного оборудования заранее на земле (полигоне) - (оно известно). При этом сварные швы могут выполняться также экструзионным способом с использование расплавленного полиэтиленового прутика. Все это в целом удешевляет строительство при укладке в грунт трубопроводов в целом при монтаже на мелиорируемых землях Беларуси.

В месте расположения вертикальной воздухопроводящей трубы 14 (труба-впуска) для подачи сжатого теплого воздуха, с присоединением к источнику излучения солнечной радиации теплоизолированного корпуса 23 со светопрозрачной крышкой 24, корпус с торца который соединен с концом устройства дополнительно размещения удлиненным в продольном сечении закрытым коническим переходным участком 25 для размещения внутри его импеллера 15 и отсоса сжатого воздуха (втягивания воздуха во внутрь его корпуса теплого воздуха), сопло 16 которого присоединено к трубе-впуска 14; далее давление теплого воздуха открывает обратный клапан 21, повышается давление воздуха в камере 18. Поступление теплого сжатого воздуха может фиксироваться прибором датчика давления воздуха со шкалой показателей его для почвы (не показан), а также другими устройствами измерения, описанными выше.

Возможно управлять работой импеллера 15 с соплом 16, уменьшая при этом поступление сжатого воздуха, за счет регулирования его оборотов при заданной мощности применяемого двигателя (на чертеже не показано для упрощения), или регулятором 22 впуска воздуха.

Естественно, что взаимосвязь элементов с трубопроводами 10 и 11 с теплопроводящими тепло обогрева подпочвенного слоя полей при создании солнечного излучения и с сверху с теплоизолирующим корпусом 23 в период строительства мелиорируемого объекта позволяют без больших затрат труда и средств осуществлять регулярную принудительную прямолинейную схему циркуляции теплого воздуха с постоянным поддержания давления в трубопроводах 10 и 11, закрытых (обмотанных), например, воздухопроницаемым материалом из геотекстиля (не показан), в частности для аэрации почвы с тепловой мелиорации, или с насыпью гранитного щебня указанного выше, который способствует частичному гашению выхода сжатого воздуха (в виде затухающего процесса) заполнения толщи подпочвенного горизонта грунта, соответственно защищает сверху от завала отверстий грунта, более мелкими частицами. Достоверность результатов эксплуатации тепловой мелиорации сопровождается известными описанными выше показаниями косвенного контроля за работой устройства в целом.

Замкнутые солнечные контура в теплоизолированном корпусе 23 имеют трехслойные алюминиевые листы с секциями 26 (количество их может быть не менее двух), корпус которого присоединен к удлиненному переходному участку 25 с импеллером 15, соплом 16 для отсоса теплого воздуха в сторону воздухопроводящей трубы 14.

Таким образом, теплообменный элемент в виде теплопоглощающих аллюминевых листов с секциями 26 для подачи воздуха путем отсоса его конструкцией импеллера 15 с соплом 16, в сторону воздухопроводящей трубы 14, далее в сторону подпочвенного обогрева слоя почвы с расположением на глубине от 40 до 70 см перфорированных труб 10 и 11 с отверстиями, обеспечивают оптимальную и надежную эксплуатацию.

Принцип работы способа для обогрева почвы от энергии солнечной радиации в условиях юго-западной части Беларуси основан на распределении сжатого потока воздуха в перфорированных трубах прямолинейно с возможностью работы солнечного коллектора вместе с сочленения его с импеллером с соплом и с перфорированными трубопроводами с отверстиями, закрытых сверху, например, материалом из воздухопроницаемого геотекстиля. При этом находящийся в системе воздух нагревается солнечной энергии и по перфорированному трубопроводам 10 и 11 поступает в толщу почвы (аэрация) для подачи тепла грунту в сторону выращиваемых культур с удобрениями.

Пример 5. Следует отметить теоретическую часть подачи теплоносителя (теплого воздуха) в трубопроводы 10 и 11, в том, что расположения отверстий с одинаковым шагом в них зависит от диаметра отверстий перфорации и от их расположения по длине определяется как где d(x) - зависимость диаметра отверстий от их местоположения; d - диаметр перфорации трубопровода теплоносителя; u(х) - зависимость относительной скорости воздушного теплого воздуха, поступающего от солнечного излучения теплоизолированного корпуса 23 в сторону работы импеллера 15 с соплом 16 вдоль трубопроводов 10 и 11; n - количество отверстий. Можно отметить, что предлагаемый способ конструкции устройства выгодно отличает от известных аналогов, в том числе и от прототипа.

Таким образом, с помощью подачи импеллера 15 с соплом 16 при снятии тепла, исходящей от солнечной активной радиации с поглощающими алюминиевыми листами в секциях корпуса, по системе непрерывно поступает теплый воздух в грунт, что позволяет извлечь максимальный результат для нагрева почвы, а также для предотвращения промерзания, обогреваемый грунт, при этом дополнительно сверху поверхность почвы имеет эффект отражения за счет применения черных удобрений в виде внесенных в почву обработанных термическим способом гранул куриного или индюшиного помета с внесение их в почву в норме от 4 до 6 т/га на глубину заделки в почву дисковыми боронами в слой почвы 8-10 см, т.е. в подпочвенный слой. При этом органические удобрения в виде термически обработанных гранул обладают также ярко выраженным последствием в течение 2-3 лет после внесения, затем разлагаться в почве в период вегетации растений. Это объясняется тем, что полезные вещества освобождаются постепенно. Отсюда следует, что установление оптимальных норм удобрения при органической системе удобрения, применение которой дает максимальную агрономическую и экономическую эффективность, определяет их влияние на агрофизические свойства и агрохимические показатели на данной почве.

Кроме того, из уровня техники известен дрон с надувным элементом (RU № 22370 от 22.11.2024), применение которого, также может обеспечить разбрасывание удобрений в виде гранул при обработке вспаханного поля с последующей заделкой в почву дисковыми боронами в слой почвы на глубину 8-10 см.

В результате полученные термически обработанные гранулы известными техническими операциями, гранулы удобрения внесения вразброс имеют следующий химический состав: массовая доля влаги - 24%, pH_KCJ - 5,97, зольность - 17%, массовая доля органического вещества (в пересчете на углерод) - 41%, массовая доля общего азота (в пересчете на сухое вещество) - 5,9%, массовая доля фосфора (в пересчете на сухое вещество) - 5,5%, массовая доля общего калия (в пересчете на сухое вещество) - 2,9%, содержание серы - 989,1 мг/кг, бора - 23,7 мг/кг, цинка - 560, 6 мг/кг, марганца - 830,3 мг/кг, железа - 246,1 мг/кг, меди - 787,5 мг/кг, селена - 762,8 мг/кг.

Таким образом, сочетание всех элементов питания данного изобретения, удается получить положительное влияние на почву и растения при комплексном использовании обогрева под почвенного слоя грунта с использованием влияния при помощи солнечного излучения, предназначенного для сельского хозяйства в местах возделывания сельскохозяйственных растений, т.е. в целом эффективно действующим распределения теплоносителя воздуха и регулируемой системой распределения теплоносителя воздуха и регулируемой системой распределения потока воздуха в данном режиме, исключающих перегрев почвы. При этом количество воздуха, подаваемого в единицу времени, изменяется в зависимости от плотности почвы и глубины обработки, аэрирует и насыщает ее воздухом с расширением под почвой.

При прохождении воздуха под давлением через перфорированные трубопроводы 10 и 11 отсутствует накопление конденсата в сравнение, если применять известным способом по схеме с вытяжными патрубками, накрытые сверху светопропускаемым экраном с имеющими водопропускными отверстиями наклонной трубой и вертикальной трубой при расположении выше уровня грунтовых вод, при расположении их в зоне стояния грунтовых вод с кротовинами, где проводят дополнительные элементы перекрытия для нагрева стенок кротовины (потери тепла).

Следует отметить, что косвенный контроль за работой системы устройства (за температурой и равномерностью обогрева поля), ведется путем замера температуры поверхностного слоя почвы, который может производиться вручную - индикаторным пирометром или при помощи современных устройств в виде применяемых дронов (беспилотного летательного аппарата) с тепловизором и системой передачи сигналов, а при больших площадях наиболее перспективно использование системы ГЛОНАСС.

Кроме того, следует отметить, способ плодородия почвы для сельскохозяйственных культур и получение экологически безопасной продукции, а также снижения применения минеральных удобрений еще не достаточно, удобрение, которое в толще почвы необходимо для питания растений. Поэтому авторы предложения предлагают вносить в почву сниженные дозы органических удобрений после уборки ранних культур осенью перед выпадением снега, при этом используют удобрения термически обработанного куриного или индюшиного помета в виде полученных гранул, которые удобряют мелиорируемое поле.

Пример 6. Органическое вещество помета (основная часть сухого вещества этого удобрения в виде гранул) улучшает структуру почвы, ее водный и воздушный режимы, физико-химические и химические свойства (например, увеличивает емкость поглощения и степень насыщенности почвы основаниями). Степень влияния пометных удобрений на агрономические свойства почвы зависит от дозы внесения, культуры под которую они вносятся и длительности применения.

Другим важным фактором является то, что дополнительно являются отражающим солнечную радиацию в тепловой мелиорации почв в севообороте культур и освобождение при таянии снежного покрова в виде затемненного материала в почве. Образуется дополнительно теплоизолирующий слой. Для транспортировки с помощью определенной техники производят разброс готового продукта на поле. Например, разбрасыватели удобрений РУМ-8. Возможно применение дронов (беспилотного летательного аппарата) - это современная техника. Гранулирование удобрений представляет собой приготовление известного устройства плоскоматричного гранулятора (термически обработанного куриного или индюшиного помета). Здесь не приводится его устройство, так как не является задачей его описания и принципа работы. Однако следует отметить, что максимальный размер частиц достигает 8-10 см. Гранулы выходят из пресса имеют высокую температуру и непрочны, поэтому они транспортируются в охладитель (не показан). Здесь в слой гранул вентилятором подается воздух, который охлаждает гранулы и одновременно отсасывает часть не гранулированной муки в циклон. В процессе охлаждения влажность гранул уменьшается за счет испарения влаги и в гранулах происходит физико-химические процессы.

В результате они приобретают необходимую твердость, влажность и температуру. После этого гранулы поступают на сортировку, где происходит отделение кондиционных гранул и отделения от крошки. Далее гранулы загружают в заполненные мешки и транспортируют на склад производства. В результате чего гранулы приобретают влажность 13-14% в твердом состоянии при температуре нагрева 70-80°С в процессе времени 60-80 мин, соответственно получение гранул получают под прессом с давлением 60 МПа в гранулы. Производительность такого устройства может достигать за 1 час работы до 1000 кг гранул.

Следует также отметить важный фактор, что при возделывании сельскохозяйственных культур, тракторные агрегаты воздействуют на почву не одинаково - на одних участках проходят по одному разу, на других по несколько раз, имеются участки, на которые интенсивно воздействуют уборочные и транспортные агрегаты, а на отдельные - только почвообрабатывающие агрегаты. Поэтому плотность почвы характеризуется большой неравномерностью, она изменяется по пути следования агрегата для разрыхления почвы в широких пределах, а значит, это связано с количеством подаваемого воздуха в единицу времени с плотностью почвы и с глубиной обработки. Отсюда еще возникает другая важная задача - повышение эффективности использования энергии теплого сжатого воздуха на выполнение полезной работы по аэрации и насыщения почвы теплым воздухом путем изменения количества воздуха, подаваемого под почву через уложенные трубопроводы в единицу времени, при изменении плотности почвы и глубины обработки за счет режима работы импеллера с соплом, подаваемого под давлением количество сжатого воздуха (расход), расход уменьшают при снижение плотности почвы и глубины обработки и увеличивают при повышении плотности и глубины обработки почвы, при этом происходит аэрация и насыщение ее теплым воздухом, зависимой также и конструкцией уложенных двух трубопроводом совместно с отверстиями с покрытием сверху материала, где реакция почвы чувствительна к изменениям в целом, а значит, это учитывается регулированием работы импеллера с соплом.

Как уже было отмечено выше, исследования ученых показывают, что в последние годы частота и количество засух наряду с экстремальными температурными связано с условиями засухи во всем мире, поскольку более сухая почва во время волн тепла повышает температуру земной поверхности. Следовательно, засуха и волны тепла тесно связаны между собой и имеют высокую вероятность возникновения одновременно с усилением воздействия по отношению к отдельным климатическим опасностям. Применение в сельском хозяйстве - это экология и инженерия. Разработка может быть использована для адаптации растений к изменениям климата. Тепловая мелиорация, которую можно создавать с учетом повышенной температуры, при учащении засух и изменений в осадках. Это как следствие, позволяет создавать более устойчивые сельскохозяйственные системы, способные адаптироваться к экстремальным условиям. Как уже отмечалось, в связи с применением термически обработанных гранул удобрений, с почвенным поглощением солнечных лучей и с учетом аэрации почвы, все это в комплексе способствует водопроницаемой структуры почвы, а значит и обеспечивает весной ускорение работы дренажной системой отведение излишек талых вод в глубину почвенного слоя и достижение почвой состояния физической спелости на всей площади поля равномерно, т.е. выравнивание процессов стоков воды с поверхности поля и применения тепловой мелиорации с достижением почвой состояния физической спелости в ранней стадии по всей площади, что дает возможность своевременно (до засухи) провести весенние полевые работы.

Таким образом, необходимо учитывать основные гидрологические показатели: глубину залегания грунтовых вод на конкретном мелиорируемом поле, продолжительность стояния талых вод, состояние почвы, влажность почвы, соответственно 70-80% НВ и влажность разрыву капилляров. Кроме того, следует принимать во внимание рельеф местности, крутизну и направленность уклона поля.

Пример 7. Зяблевую вспашку проводят по сухому полю, на котором вносят вразброс органическое удобрение в норме от 4 до 6 т/га за один проход агрегатора, затем заделывают в почву дисковыми боронами в слой почвы 8-10 см, в подпочвенный слой которые также снабжают его двумя подземными трубопроводами, один из которых перфорированный трубопровод малого диаметра, по которому подается сжатый теплый воздух, связанный с солнечным коллектором с импеллером с соплом. Малый трубопровод с отверстиями помещен во внутрь основного трубопровода большого диаметра с отверстиями, выполняющего роль и защитного кожуха. Увеличение только температуры почвы на один градус может увеличить урожайность на 6% (без учета внесения органических удобрений в виде гранул) на землях в условиях Беларуси, кроме того, ежегодно накапливать тепло в грунте под почвой, снижая неблагоприятные влияние погоды на урожайность сельскохозяйственных культур.

Следует отметить, что в холодный период года уровень грунтовых вод понижается, и приток воды в открытый коллектор уменьшается, т.е. меньше эксплуатационного, при этом, использование перфорированных трубопроводов с отверстиями в подпочвенном грунте связаны с устройством солнечного излучения, расположенным снаружи, что обеспечивает поступление теплого воздуха постоянно (исключает практически остановку работы импеллера, настроенного на определенный режим), соответственно связь с регулированием уровня грунтовых вод снижается, а значит, повышается надежность работы устройства в целом. Почва постепенно прогревается в холодный период, тем самым весной перед наступлением положительной температуры воздуха, почва достигает состояния физической спелости для весенних полевых работ и посева культур в ранние сроки.

Приведенные примеры наглядно демонстрируют преимущества заявляемого комплексного способа, и расширяет инновационные приемы экологически чистых высокопродуктивных технологий в тепловой мелиорации.

Технический результат, достигаемый заявленным способом и его устройствами, заключается в расширении функциональных возможностей и инновационных приемов в области использования для обогрева почвы, а также повышении его энергоэффективности и надежности за счет конструктивного усовершенствования солнечного коллектора и грунтового теплообменника, использования в качестве теплоносителя сжатого воздуха с подачей импеллером и регулируемой системы распространения потока воздуха в режиме, исключающем перегрев почвы, позволяет повысить существенно урожайность культур в почвенно-климатических условиях в Республике Беларусь, кроме того, снизить существенно материальные затраты и норму внесения органических удобрений, что ведет к уменьшению антропогенной нагрузки на окружающую среду.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Способ содержит солнечный коллектор, соединенный с ним с помощью труб грунтовый теплообменник и систему циркуляции. Формируют гидромелиоративную систему, окаймляющую мелиорируемое поле, которое включает дренажную сеть, впадающую в искусственно созданные на границах полей сбросные дренажные каналы, имеющие уклон к открытому коллектору. В осенний период на поле после уборки ранних сельскохозяйственных культур, являющихся предшественником в севообороте, устанавливают возможность перед выпадением снега использовать органические удобрения в виде полученных гранул термически обработанного куриного или индюшиного помета, которые удобряют мелиорируемое поле. Зяблевую вспашку осуществляют по сухому полю, на котором вносят вразброс органическое удобрение в норме от 4 до 6 т/га за один проход агрегата, затем заделывают органическое удобрение в почву дисковыми боронами в слой почвы 8-10 см. Выше дренажной сети, предназначенной для понижения грунтовых вод, в подземный подпочвенный слой укладывают два подземных трубопровода, один из которых - перфорированный трубопровод малого диаметра с отверстиями, по которому подается сжатый теплый воздух, соединенный с коллектором солнечного излучения, теплый воздух из которого поступает в полость трубопровода малого диаметра с отверстиями на поверхности. Трубопровод малого диаметра с отверстиями помещают в полость трубопровода большого диаметра с отверстиями на его поверхности. Трубопроводы выполняют из полиэтиленового материала. Трубопровод малого диаметра соединяют с вертикальной напорной трубой для подачи сжатого воздуха, оборудованной эжектором, активное сопло которого подсоединяют к камере, ориентированной выходным участком вдоль поступающего источника нагрева теплого сжатого воздуха, с подающим импеллером с соплом посредством закрытого по периметру поперечного сечения конического переходного участка с коллектором солнечного излучения, принимающее устройство которого выполнено в виде алюминиевых листов с секциями так, что обеспечивают выделение тепла за счет излучения солнечных лучей. Устройство импеллера позволяет забирать-втягивать в себя в корпус выделяющееся тепло воздуха и направляет его в сторону зоны выхода сопла, соединенного с вертикальной воздухопроводящей трубой, с возможностью системы управления за счет регулирования скорости вращения импеллера при заборе в закрытом переходном коническом участке с предупреждением перегрева и отключения в указанных режимах. Способ обеспечивает воспроизводство плодородия почвы и повышение урожайности культур, накопление тепла в грунте под почвой, снижая неблагоприятные влияния погоды на урожайность сельскохозяйственных культур с возможностью среднегодового задержания влаги в почве. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ подогрева почвы от энергии солнечной радиации в условиях юго-западной части Беларуси, содержащий солнечный коллектор, соединенный с ним с помощью труб грунтовый теплообменник и систему циркуляции, характеризующийся тем, что формируют гидромелиоративную систему, окаймляющую мелиорируемое поле, которое включает дренажную сеть, впадающую в искусственно созданные на границах полей сбросные дренажные каналы, имеющие уклон к открытому коллектору, в осенний период на поле после уборки ранних сельскохозяйственных культур, являющихся предшественником в севообороте, устанавливают возможность перед выпадением снега использовать органические удобрения в виде полученных гранул термически обработанного куриного или индюшиного помета, которые удобряют мелиорируемое поле, при этом осуществляют зяблевую вспашку по сухому полю, на котором вносят вразброс органическое удобрение в норме от 4 до 6 т/га за один проход агрегата, затем заделывают органическое удобрение в почву дисковыми боронами в слой почвы 8-10 см, кроме того, выше дренажной сети, предназначенной для понижения грунтовых вод, в подземный подпочвенный слой укладывают два подземных трубопровода, один из которых - перфорированный трубопровод малого диаметра с отверстиями, по которому подается сжатый теплый воздух, соединенный с коллектором солнечного излучения, теплый воздух из которого поступает в полость трубопровода малого диаметра с отверстиями на поверхности, при этом трубопровод малого диаметра с отверстиями помещают в полость трубопровода большого диаметра с отверстиями на его поверхности, трубопроводы выполняют из полиэтиленового материала, при этом трубопровод малого диаметра соединяют с вертикальной напорной трубой для подачи сжатого воздуха, оборудованной эжектором, активное сопло которого подсоединяют к камере, ориентированной выходным участком вдоль поступающего источника нагрева теплого сжатого воздуха, с подающим импеллером с соплом посредством закрытого по периметру поперечного сечения конического переходного участка с коллектором солнечного излучения, принимающее устройство которого выполнено в виде алюминиевых листов с секциями так, что обеспечивают выделение тепла за счет излучения солнечных лучей, а устройство импеллера позволяет забирать-втягивать в себя в корпус выделяющееся тепло воздуха и направляет его в сторону зоны выхода сопла, соединенного с вертикальной воздухопроводящей трубой, с возможностью системы управления за счет регулирования скорости вращения импеллера при заборе в закрытом переходном коническом участке с предупреждением перегрева и отключения в указанных режимах.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что количество сжатого воздуха под почву, подаваемого в единицу времени, изменяют в зависимости от плотности почвы и глубины обработки.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что трубопроводы с перфорацией, с отверстиями на их поверхности, заглублены от 40 до 70 см, а сверху на обогреваемую почву по полю дополнительно вносят защитный материал из органического удобрения с размерами гранул диаметром 6-8 мм, соответственно, которые готовят под давлением 60 МПа в гранулы.