СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ ПОЧВЫ ВОДОЙ С ПОМОЩЬЮ СУПЕРАБСОРБЕНТА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДРЕНАЖНЫХ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ СТОКОВ НА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ СУПЕСЧАНЫХ ПОЧВАХ ЦЕНТРАЛЬНОГО НЕЧЕРНОЗЕМЬЯ
METHOD OF ENRICHING SOIL WITH WATER USING A SUPERABSORBENT AND USING DRAINAGE LIVESTOCK DRAINS ON SODDY-PODZOLIC SANDY SOILS OF CENTRAL NON-CHERNOZEM REGION

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности в агрохимии и почвоведению и при орошении сельскохозяйственных культур с использованием дренажных животноводческих стоков в системе дождевания из распределительных трубопроводов, а также внесения основной дозы органических удобрений и получения дополнительной влажности для растений со свойствами применения суперабсорбента, обладающим способностью поглощать большое количество воды.
Известно, что минеральные удобрения улучшают круговорот и баланс биогенных элементов, в то же время органические удобрения являются не только важным источником питательных элементов для растений, но и пополняют запас в почве гумуса - одного из основных показателей ее потенциального плодородия. Важна функция органических удобрений - их мелиоративное влияние, улучшение всех почв почвы, оптимизация их гумусного состояния (Минаев В.Г. Химизация земледелия и природная среда. М.: ВО Агропромиздат, 1990, с. 36-68 и 242-256).
Каждая почва характеризуется своими показателями почвенного плодородия, сформировавшимися на протяжении многих столетий и показателями гумусного состояния (Гришин Л.А. Гумусообразование и гумусное состояние почв. М., 1986; Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М., 1990).
Сельское хозяйство России претерпело существенные изменения. Однако происходящие перемены в большинстве случаев носят негативный характер, выражающийся например, снижении доступных форм азота, фосфора, калия, гумуса, суммы поглощенных оснований, буферности почвы подкислению, усиленному развитию эрозионных процессов на склонах, загрязнению тяжелыми металлами, радионуклидами. Следствием этого является практически повсеместное снижение плодородия почв, хотя общеизвестно, что для приостановления процессов деградации, повышения гумусированности необходимо длительное время - десятки и сотни лет.
Сохранение плодородие почв, в частности на подзолистых супесчаных почвах центрального Нечерноземья, можно отнести и то, что особенно в засушливых регионах страны зачастую отсутствует достаточного объема потребляемой влаги для оптимального увлажнения почвы в сравнении с объемом, расходуемым при традиционном поливом, а также необходимо защитить растения и водорастворимые удобрения от вымывания из почвы. А для этого нужны препараты, представляющие собой компактные, небольшие по размерам, например, гранулы сорбента, которые бы по объему самих гранул могут увеличиваться за счет обильного полива накапливать в себе воду, образуя структуру льда, или иначе «твердую воду». Такую воду первыми предложили подобную технологию мексиканские ученые по разработке Solid Rain («Твердая вода»), которая может стать незаменимым в засушливых регионах, например, в таких как Волгоградская и Архангельская области и др.
Следует отметить, что подтверждением этому может, служит известное техническое решение (Патент RU №2574722, C08F 220/56, C08L 3/02, C08L 1/08, C08L 5/08, A61L 15/28, A61L 15/60 от 10.02.2016), в котором создание способа суперабсорбента относится к химии высокомолекулярных соединений, в частности к препаратам, обладающим способностью поглощать большое количество воды, а затем по мере высыхания почвы гранулы начинают отдавать почве воду до нужного уровня насыщения и даже оказывать влияние в качестве удержания удобрения. При этом оно экологически безопасное для применения в сельском хозяйстве. Однако в настоящее время отсутствует технологическая схема конструирования такой системы полива, когда дренажные воды зарегулированных животноводческих стоков после полива земель собираются в открытые коллекторы, далее накапливаются в прудах-накопителях и могут проводиться повторно на орошение насосами для дождевальной техники на второй год их использования.
4
3
2
2
Следует отметить, что использование в первый год таких животноводческих стоков на поливе, хотя и создает условия роста и развития растений, однако сточные воды и животноводческие стоки подают на земледельческие поля орошения (ЗПО) согласно разработанным графикам полива, прошедшие при этом основной этап очистки и обеззараживания на очистных сооружениях на животноводческих комплексах, содержит около 30 газовых соединений, принадлежащих к группе аминов, амидов, спиртов, дисульфидов, сульфидов, меркаптанов, помимо классических газов СН, NH, HS, CO.
Зона активного загрязнения может быть неоднородной и состоять, из различны составных частиц. Эффективный полив на осушительно-увлажнительной системе в дренируемых почвах, полного очищения не происходит, и через дрены дренажная вода должна собираться в замкнутые открытые коллекторы с последующей перекачкой этих дренажных вод в пруды-накопители дренажных вод. В результате отстоя дренажных вод за зимний период их хранения осадок полностью выпадает на дно пруда-накопителя, а при наличии большого количества выпадения снега зимой, весной происходит его таяние вместе с дождевыми осадками и дальнейшее разбавление водой для пруда-накопителя дренажных вод (не требуется забора чистой воды из реки - водоприемника, а также не требуются большие строительные затраты).
Сооружение в виде пруда-накопителя дренажных вод и промывка его от осевшего осадка в виде ила и других частиц в ручьи и реки, может осуществляться только в половодье и ранней весной (по разрешению природоохранных организаций). Отсюда требования эколого-мелиоративной обстановки территории возрастают (в противном случае, предъявляются большие штрафные санкции).
Поэтому, учитывая такие животноводческие (свиноводческие) стоки, которые поступают из индустриальных очистных сооружений, вторым этапом является почвенная доочистка стока жидкой фракции навозных стоков (животноводческих стоков).
Мелиоративная система с использованием животноводческих стоков содержит орошаемые поля утилизации, как с близким залеганием грунтовых вод, так и с глубоким залеганием грунтовых вод, независимо от уклонов рельефа местности водосборной площади.
Открытый коллектор должен иметь замкнутый характер для недопущения из него сброса дренажного стока непосредственно в ручьи и реки (водоток), который накапливается за вегетационный период полива в коллекторах, и этот уровень всегда ниже расположения дренируемых дрен без подтопления последних
Аккумулированные дренажные воды с помощью передвижной насосной станции (СНП) перекачивают в пруд-накопитель дренажных вод. Объем пруда-накопителя зависит от размера водосборной площади осушительно-дренажной сети вблизи орошаемого участка.
Перенаполнение открытых замкнутых коллекторов не допускается в целях соблюдения экологической безопасности окружающей среды и животного мира, а также населенных пунктов.
Таким образом, чтобы сохранить фауну животного мира, дренажные воды аккумулируют вначале в открытых замкнутых коллекторах, далее перекачивают в пруд-накопитель дренажных вод с отстоем в последнем и с дальнейшей возможностью, позволяющей использовать эти накопленные воды на орошение в следующий год на дополнительной площади без их предварительного сброса в водоток (ручей, река, болото и т.д.), что рационально с оставшимся питательными веществами распределяется по территории площади, за счет подачи передвижной насосной станции с применением дождевальной техники, где при этом до этого по сухому почву «засевают» органическими удобрениями и такими гранулами, как агрегаторы воды (сорбента), затем запахивают и сильно поливают очищенными дренажными водами, гранулы сорбента которого накапливают воду и работают в автоматическом режиме, поддерживая необходимый для растения влажности, когда данный уровень падает ниже определенного порога, гранулы будут отдавать воду в почву. А при дожде вновь набухают, впитывая ее. Даже одного заполнения полимера водой может охватить весь вегетационный период. При этом большим плюсом является то, что гранулы не вымываются из почвы, благодаря чему срок их действия может составлять от 5 до 10 лет - все это улучшает экологическую обстановку.
Отсюда вытекает, что по санитарным нормам с накоплением пруда-накопителя дренажного стока вода остается в нем на весь зимний период времени до весны с определением ее химического анализа на нарушение экологии окружающей среды для полива на второй год ее использования в сочетании использования на дополнительном поле с применением суперабсорбента, состав продукта которого позволяет также поглощать из почвы не толку влагу, но и микроэлементы, т.е. выступать в качестве удобрения.
Следует отметить, что известные технологии циклического орошения с целью восстановления плодородия орошаемых земель, каждое поле восьмипольного севооборота будет под орошением только 4 года, то есть 50% продолжительности ротации, а четыре года восстанавливает утраченные свойства (1. Альтернативная система орошаемого земледелия - ФГНУ «РосНИИИПМ. - Новочеркасск: ООО «Геликни», 2007. 2. Щедрин В.Н., Бредихин Н.П. Способ мелиорации черноземов а. с. SU №1217309, A01G 25/00, 1986).
Для осуществления циклического орошения рекомендуется применять переносные комплекты дождевального оборудования, полустационарные и мобильные системы капельного орошения, дискретный способ полива с прерывистой подачи воды во временные борозды, мобильные полустоционарные системы аэрозольного увлажнения для освежающих поливов участков, находящихся в режимах богары, в период воздушной засухи и суховеев.
По мнению авторов, в богарном цикле для воспроизведения плодородия почв следует возделывать многолетние травы, в частности люцерну (с. 14). Одновременно ими указывается, что важную роль в поддержании жизнеспособность почв играет влажность и порозность, т.е. воздушный режим почвы. Оптимальная экологическая гармония в почвах - это когда вода и воздух содержаться в равных по объему количествах, что соответствует влажности почвы на уровне 60% НВ. Экологический оптимум влажности почвы для нормального роста развития трав составляет 65-80% НВ, т.е. для выращивания в засушливой зоне требуется большая влажность почвы (с. 4-5).
Известны технологии земледелия с минимальной «нулевой» обработки почвы, с мульчированием поверхности почвы соломой (Урванцев Г.С. Встречи на Пензенской земле. - МиВХ. - 2008, №4. - с. 2.5).
В статье указываются недостатки земледелия со вспашкой почвы:
- при вспашке почвы капилляры отсекаются подплужной подушкой, и пахотный слой лишается подпитки грунтовыми водами;
- вспаханная почва, лишенная растительного покрова, нагревается до 50°С и более, что угнетает жизнедеятельность почвенных микроорганизмов, а закрытая зеленым «одеялом» нагревается в среднем до 20°С.
При мульчировании почвы растительными остатками, вследствие хорошей аэрации почвы микробы разлагают их за один год. Солома, укрывающая землю, защищает землю от суховеев и уменьшает испарение влаги из почвы.
Дождевые черви, вносимые на поля, создают в грунте множество микродренажных ходов, по которым в почву поступает воздух и оставляет свою влагу на стенках ходов, где развиваются микроорганизмы. Дождевые черви являются природными пахарями почвы.
Недостатком применяемой технологий с минимальной «нулевой» обработкой почвы и мульчирование почвы соломой является неиспользование для поднятия урожайности и сельхозкультур орошения - это отсутствие применения органических удобрений животноводческих стоков в определенных дозах и их использование с другими вносимыми экологической чистого сорбента «засеянного» по всему полю, особенно в засушливых районах, когда он имеет следующие преимущества:
- увеличивает влагоудерживающую емкость почв в течение нескольких лет;
- частота орошения (полива) может, снижена на 75%;
- снижает потери воды и питательных веществ, вносимых с животноводческими дренажными водами, и они не вымываются из почвы;
- снижает испарение воды из почвы;
- улучшает физические свойства плотных почв, увеличивая аэрацию;
- увеличивает рост растений, т.к. вода и питательные вещества постоянно доступны в корневой зоне для оптимального впитывания растений;
- при поливе животноводческими дренажными водами питательные вещества не уходят в подземные воды, а наоборот задерживаются, когда пахотный слой для дерново-подзолистых супесчаных почв Нечерноземья составляет 20 см, именно этот слой, не обходимо учитывать в осущительно-увлажнительных землях.
Именно в этом слое должны сохраняться удобрения, он обрабатывается и лучше оструктурен, богаче гумусом, чем нижележащие слои. Кроме того, необходимо учитывать возможность близкого залегания грунтовых вод, а для получения высоких урожаев важно, чтобы подаваемые удобрения с дренажной водой удобрения животноводства, в том числе и разброс равномерно по полю экологически чистых компонентов, остались в пахотном слое, равномерно по площади в расчетном слое увлажнения и полив проводить без сброса для сохранения экологической обстановки, и отсутствия попадания в грунтовые воды, в конечном итоге в реки, ручьи, озера, вызывая там бурный рост водной растительности, микроорганизмов, цветение воды, так как только 40…60% вносимых азота, калия, фосфора удобрений усваиваются растениями, остальное количество закрепляется в почве в недоступном для питания растений соединений их, т.е. удерживать длительное время в почве основные питательные элементы для растений и тем самым повышать урожайность сельскохозяйственных культур, решая проблему и увлажнения почвы в засушливые периоды.
Можно привести аналог способа применения удобрений, при котором располагают культуры в севообороте по количеству применения удобрения питательных веществ с внесением оптимальных доз макро- и микроэлементов (С.А. Воробьев «Севообороты в специализированных хозяйствах Нечерноземья». - М.: Россельхозиздат, 1982, с. 30 и 31). Однако он имеет следующие недостатки: в кислых почвах недостаточно количество доступных для растений таких питательных элементов, например, серы, что снижает гуминификацию; при чередовании культур в севообороте соединения фосфора и азота растворяются недостаточно, образуя вредные для микроорганизмов формы. Кроме того, в кислых почвах образуются химические соединения, малодоступные растениям. Все это снижает урожайность возделываемых культур; недостаток серы, особенно под зерновыми, нарушает углеводный обмен и тем самым тормозит образование аминокислот, что снижает качество сельхозпродукции.
По результатам проведенного патентного поиска аналогов изобретения к заявленному способу обогащения почвы водой с помощью суперабсорбента и использования животноводческих дренажных вод не обнаружено.
Известна оросительная система с использованием местного стока, включающая в себя орошаемые участки на водосборной площади, связанные между собой закрытыми распределителями двухстороннего действия через пруд-накопитель, расположенный в нижнем бьефе водохранилища, поливные безуклонные каналы с подпорно-регулирующими сооружениями и прудами-распределителями посередине полей вдоль горизонталей местности, закрытые распределители двухстороннего действия включают дифференцированные узлы водораспределения, состоящие из водоудерживающего валика выше поливных безуклонных каналов и расположенного под ним водовыпуска-водоспуска, пропускающего воду в примыкающий ниже по рельефу пруд-накопитель и в зарытый распределитель двухстороннего действия, при этом для эффективного управления распределением воды между орошаемыми участками расположены задвижки на закрытом распределителе двухстороннего действия выше отвода в водовыпуск-водоспуск, на водовыпуске водоудерживающего валика и на выходе в пруд-накопитель (Патент №2467561, A01G 25/00 от 20.07.2012).
Система снабжена целым рядом устройств с элементами системы, что по технологическим причинам требует устройства на орошаемом участке многочисленных прудов-распределителей с водовыпускми, вследствие чего эксплуатация такого орошаемого участка создает трудности его обработки механизированными машинами, а также возникают трудности применения осушительно-увлажнительных поливов с использованием животноводческих стоков свиноводческих) с применением дождевальной техники, как и с применением полевой машины, создания, например, на базе разбрасывателя органических удобрений (навоза) и гранул суперабсорбента равномерно по всему участку, конвейером, разбрасывающим устройством, механизмом привода и электрооборудованием. В такой полевой машине в передней части разбрасывателя устанавливают бункер для органических твердых отходов животноводства, дозирующее устройство при заданной ширине захвата разбрасывающего устройства и гранул суперабсорбента.
Известно, что органические удобрения под основную обработку вносят не менее 40 т/га навоза, загружаемого в разбрасыватель, органических удобрений (10 т), достаточно для внесения на площади 0, 25 га. В этом случае гранулы суперабсорбента, выступающего в роли агрегатора воды способного поглощать определенное количество воды после «засева» необходимо внести на этой площади не более 250-300 кг. Таким образом, такой агрегат вносит в передней части органические животноводческие твердые удобрения, а в задней - гранулы суперабсорбента и при движении агрегата органические твердые удобрения прикрывают гранулы суперабсорбента, а затем проводят вспашку и под посевную культивацию. Таким образом, известная система не может быть применена для осушительно-увлажнительных поливов сточными водами и животноводческими стоками.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является мелиоративная водооборотная система, включающая оросительную сеть с напорным водоводом и насосную станцию. Оросительная сеть ограждена сбросным водоводом и расположена по рельефу местности выше осушительной сети. Магистральный канал осушительной сети соединен со сбросным водоводом и прудом-накопителем. Пруд-накопитель и водохранилище снабжены водорегулирующими устройствами, а водохранилище соединено с рекой обводным каналом в обход пруда-накопителя. В процессе эксплуатации стоки поступают в пруд-накопитель, разбавляются водой из водохранилища и вновь подаются на орошение, замыкая водооборот в смесителе (Авторское свидетельство SU №14252716, Е02В 11/00 от 23.09.1988).
Недостатками данной системы являются дополнительные затраты подачи воды в пруд-накопитель и разбавленных стоков для орошаемого участка, что не всегда возможно. Так как в летние жаркие периоды ручьи в основном пересыхают, а прилегающие реки также мелеют. Кроме того, необходимо строить водохранилище больших объемов для накопления чистой воды из реки - водоприемника, что удорожает строительство в целом мелиоративной системы. Другим недостатком является то, что поля утилизации животноводческих стоков, где осуществляется восстановление плодородие почвы поддерживанием оптимальной влажности, близкой к 60% НВ, зависят также от способа и технологии полива, степени их обработки, исходной влажности и динамики, подстилающих почвогрунтов и динамики ее изменения по горизонтам, т.е. от комплексного подхода применения с экологической точки зрения способа экологически чистой для почвы засеянной, например, специальными гранулами суперабсорбента вместе с разбросом животноводческого навоза (крупного рогатого скота или свиноводства), гранулы суперабсорбента которого способны аккумулировать достаточный объем воды, а затем в сухую погоду, при снижении влажности уровня влажности вокруг гранул суперабсорбента ниже определенного уровня, эти связи должны меняться с матрицей рвутся, и структура жидкости меняется, что позволяет высвободиться в почву, т.е. водоемкий гранулированный суперабсорбент можно вносит в почву вместе с удобрениями. Технология под названием «Твердая вода», как уже было отмечено выше, позволит не менее чем, вдвое сократить затраты на орошение новых участков (полей) и объем воды, достаточный, накопленный дренажных вод в пруду-накопителе на весь эксплуатационный сезон, достаточный для выращивания сельскохозяйственных культур, ведь при этом и такие гранулы суперабсорбента могут поглощать из почвы не только влагу, но и микроэлементы из навоза и полива дренажными водами, замыкая водооборот на сухом поле полива.
Таким образом, в известном техническом решении эксплуатацию мелиоративной системы затрудняет наличие цикличности работы, вследствие чего сооружения, прилегающие к участку реки-водоприемника. Имеют большие размеры, при этом дренажные воды могут сбрасываться без учета специфики орошения животноводческими стоками (крупного рогатого скота или свиноводства) в вегетационный период времени года.
Заявленное изобретение направлено на решение следующей задачи: эффективный и дешевый способ комплексного подхода использования органических удобрений и полимера (суперабсорбента), который сильно полить его водой и он начинает работать в автоматическом режиме, поддерживая необходимый для растения уровень влажности и повышении плодородия почвы при вспашке на данном осваиваемом поле орошения с использованием дренажных вод и повышение производительности, получение экологически безопасной продукции.
Техническим результатом заявленного изобретения является расширение технологических возможностей безопасной малозатратной и экологически чистой использования дренажных вод животноводства с повышением активности почвенных микроорганизмов, снижение плотности почвы и повышение гумусированности почвы.
Технический результат достигается тем, что способ обогащения почвы водой с помощью суперабсорбента и использованием дренажных животноводческих стоков на дерново-подзолистых почвах центрального Нечерноземья, предусматривающий дренажную сеть, впадающую в искусственно созданные по границам полей сбросные дренажные каналы, имеющие уклон к открытому замкнутому коллектору сбора дренажных вод с передвижной насосной перекачивающей станцией в пруд-накопитель дренажных вод поливных животноводческих стоков с осушительно-дренажных полей, и он заполняется в осенний период после окончания полива осушительно-увлажнительных полей с возможностью выпадения взвешенных частиц из дренажной воды в зимний период его заполнения в первый год, проведения отстаивания и подачи во втором году дренажной воды с помощью закрытого распределительного трубопровода на орошение насосами для дождевальной техники, и осуществлении вспашки по сухому полю, на котором вносят одновременно органические твердые удобрения с гранулами суперабсорбента, осуществляют за один проход агрегатом, причем каждую полосу органических удобрений прикрывают сосной с ней и равной по ширине полосой гранулами суперабсорбента, затем заделывают в почву дисковыми боронами в слой почвы 12-20 см, а после запахивают органические твердые удобрения с гранулами суперабсорбента, которые выступают в роли агрегатора воды, способного поглощать жидкость с последующим поливом дренажной воды с помощью дождевальной техники, упомянутых дренажных вод из пруда-накопителя, при этом полив поля на котором внесены органические удобрения, и гранулы суперабсорбента проводят с уменьшением влажности почвы в активном слое почвы сухого поля до нижнего уровня оптимальной влажности, при этом гранулы суперабсорбента начинают аккумулировать максимума своей возможности, не разрушающей структуры почвы, причем подачу дренажных вод с допустимым расходом дождевания и длительностью, обеспечивающей постепенное впитание дренажных вод и одновременно забирания воды гранулами суперабсорбента в почве без нарушения ее структуры и ухудшения качества полива, причем при осуществления вспашки по сухому полю, на котором вносят органические удобрения с гранулами суперабсорбента, формируют состав смеси травостоя естественно растущего на данном поле с заданной нормой высева.
Новизна заявляемого технического решения обусловлена тем, что дренажная сеть своей расположенностью позволяет направить дренажные воды в искусственно созданные по границам полей сбросные дренажные каналы с учетом специфики орошения животноводческими стоками, а также сбора таких дренажных вод, т.е. вначале они аккумулируются. С помощью передвижной насосной станции, аккумулированные дренажные воды перекачивают в пруд-накопитель дренажных вод и проводят их отстаивания в период зимнего времени до весны следующего года, когда окружающая температура становится положительной, т.е. идет интенсивное таяние снега и образуются паводковые водотоки. Таким образом, нет необходимости в специальных мероприятиях по их очистке. При этом за счет гидравлического уклона дна пруда-накопителя дренажных вод кратковременно производят смыв осевших на дно взвешенных частиц (веществ), а верхние очищенные слои воды повторно используют на другие поля орошения с помощью насосной станции, тем самым обеспечивается экологическое равновесие природной среды с учетом освобождения ее разбавлением снегом достаточного объема, выпавшего за период отстаивания дренажных вод в зимний период. Такие воды могут быть использованы для орошения дождеванием (при отсутствии в них запаха и т.д.) с аккумулированием в пруду-накопителе дренажных вод.
Порядок реализации процесса полива животноводческими стоками через дренаж почвы будет зависеть от параметров открытого коллектора с аккумулированием дренажных вод за период вегетации культуры, гидравлических характеристик закрытых распределителей и дождевальных машин.
До подачи аккумулированных в пруду-накопителе дренажных вод, готовят сухое поле для внесения одновременно органических твердых удобрений (навоз) и гранулы суперабсорбента перед вспашкой поля. Проводят за один проход одним агрегатом разбрасывания, и каждую полосу прикрывают сосной с ней и равной по ширине полосой гранулами суперабсорбента, которые вместе с органическими удобрениями заделывают в почву дисковыми боронами в слой почвы 12-20 см. После все запахивают, проводят выравнивание. Гранулы суперабсорбента в этом случае выступают в роли агрегатора воды, способного поглощать жидкость с последующим поливом дренажной водой с помощью дождевальной техники, при этом полив проводят с уменьшением влажности почвы в активном слое почвы до нижнего уровня оптимальной влажности, когда сами гранулы суперабсорбента начинают аккумулировать, при этом до максимума своей возможности подачу дренажных вод дождевальными машинами не нарушая саму структуру почвы и возможность накапливать в них удобрения, после этого выравнивания почвы при осуществлении вспашки по сухому полю на котором вносят органические удобрения с гранулами суперабсорбента, формируют состав смеси травостоя естественно растущего на данном поле с заданной нормой высева, а затем начинают полив дренажными водами. Данное поле уже включает следующие химические соединения: азот, фосфор, калий и т.п., которые с гранулами суперабсорбента поступают в пахотную почву, поле, по поверхности которого распределяется равномерным слоем органические удобрения и гранулы суперабсорбента, которые затем отдают в почву недостающее количество воды в течение всего вегетационного периода - однократного заполнения полимера водой. Гранулы суперабсорбента не вымываются из почвы, что позволяет, вносит их в почву, в использовании их действия от 5 до 10 лет применения. Количество суперабсорбента, вносимого с органическими удобрениями, определяется типом выращиваемых на данном поле растений и их потребностью в воде. Новизна также в том, что они имеют способность не распадаться зимой - это позволяет исключить сезонное удаление «твердой воды» из почвы, что для многих регионов с суровым климатом приобретает особое значение, а значит, позволяет снизить объем потребляемой влаги из пруда-накопителя дренажных вод, достаточной для оптимального увлажнения почвы весной и летом, в сравнении с объемом расходуемой при традиционном поливе в пределах 50%, соответственно способствует снижению экономических затрат.
По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружено аналогичное техническое решение, что позволяет судить об инновации предложенного технического решения, и позволяет судить об изобретательском уровне предложения.
На чертеже изображена схема для обогащения почвы водой с помощью суперабсорбента и использованием дренажных животноводческих стоков.
Способ осуществляется следующим образом.
Первоначально используют земледельческие поля орошения (ЗПО) на осушительно-увлажнительной системе с напорным магистральным трубопроводом 1, распределительный трубопровод 2 с регулирующей задвижкой 3. Осушительно-увлажнительную систему 4 снабжают дренажными закрытыми трубопроводами 5, выход которых в виде устья соединяют с открытыми сбросными каналами 6 и 7. Сбросные каналы 6 и 7 имеющие уклон, посредством труб 8 и 9 с задвижками, соединяют с замкнутым коллектором 10 сбора дренажных вод с передвижной насосной станцией 11, расположенной на берегу коллектора 10, далее воду подают в пруд-накопитель 12 дренажных вод и снабжают колодцем 13 с задвижкой 14, установленной на сбросном трубопроводе 15. Пруд-накопитель 12 дренажных вод также включает отводящую трубу 16 с задвижкой 17 и насосную станцию 18, которую располагают у подошвы (основания) пруда-накопителя 12, подсоединяют к напорному трубопроводу 19 с оросительной сетью 20 с регулирующими сооружениями.
Прежде чем приступить для влагонасыщения почвы органическими удобрениями животноводства (крупный рогатый скот или свиноводство) в виде твердого осадка навоза и применения гранул суперабсорбента, выступающего в роли агрегатора воды, по мере их накопления не менее 40 т/га навоза достаточно для внесения на площади 0,25 га. В этом случае гранулы суперабсорбента необходимо внести на этой площади не более 250-300 кг. Перед началом работы машину загружают удобрениями и гранулами суперабсорбента. После заезда агрегата в загонку поля включают привод разбрасывающих и дозирующих устройств, осуществляют процесс разбрасывания равномерно по полю известными машинами-разбрасывателями твердой фракции навоза и гранул суперабсорбента ровным слоем. При этом в передней части агрегата вносят навоз, а в задней - гранулы суперабсорбента и при движении агрегата гранулы суперабсорбента прикрывают органические удобрения (навоз).
При внесении каждой последующей полосы основной дозы органических удобрений и суперабсорбента край полосы органических удобрений используют в качестве маркерного следа, так как он более наглядно показывает границу движения агрегата.
Подача дренажной воды из пруда-накопителя 12 определяет не только влагонасыщения почвы и гранул суперабсорбента, но и определяет в ней действие на твердую фракцию навоза и доступного азота, так как это необходимо в первую очередь для нормального питания не хватает азота.
Следовательно, для повышения удобрительных свойств навоза, с заданным соотношением в толще почвы еще не достаточно, на элементы разложения и питания растений вносят полив дренажных вод и одновременно насыщения (заполнения) водой гранул суперабсорбента, увеличивая влагозадерживающую емкость почв, при этом частота орошения может снижаться на 75% и, снижая испарения воды из почвы, снижают и потери питательных веществ из почвы и отсутствия их вымывания. Срок и разнообразие состава органических удобрений с суперабсорбентом позволяют на момент подготовленного поля сеяния смеси травостоя естественно растущего на дерново-подзолистых супесчаных почвах Нечерноземья, использовать запас воды доступного для органических удобрений содержащего высокое содержание доступного азота, как стимулятор для интенсивного развития микроорганизмов разложения навоза и отслеживания развитие сеяной смеси, например, многолетних трав (рост, ускорение и уборка урожая) в течение определенного времени года, а в случае необходимости проводят дополнительно полив дренажными водами (1-2) раза в течение сезона), или использования атмосферных осадков в виде дождя, повышая возможность добирать и накапливать воду для обеспечения почвы достаточным количеством влаги в течение всего вегетационного периода, способного поглотить до 500 литров жидкости на один килограмм гранул суперабсорбента, который вносят вместе с удобрениями. По мере высыхания почвы гранулы суперабсорбента начинают отдавать воду в почву до нужного уровня насыщения. В целом это способствует повышению экологической чистоты урожая на поле.
Колебания влажности почвы возле оптимального для повышения плодородия почвы уровня также благоприятно сказываются на восстановление структуры почвы, а это способствует активизации биологических процессов, повышающих плодородие почв, что трудно реализовать на неполивных полях полностью. Для этого основной научной предпосылки эффективного использования органических удобрений и гранул суперабсорбента является знание динами разложения удобрений и гранул суперабсорбента, которые выступают в роли агрегатора воды, способного определенное количество жидкости накапливать и владение процессами их оптимизации за счет плодородия почв и удобрений.
В свою очередь оросительная система, получаемые дренажные воды из пруда-накопителя 12, которые отстаиваются в зимний период, происходит выпадение взвешенных частиц на дно пруда-накопителя 12 и одновременно происходит разбавление водой весной после таяния всего объема снега, накопившегося в пруду-накопителя 12. В период весенних паводков проводят кратковременный санитарный попуск из пруда-накопителя 12, донные отложения смываются в нижний бьеф через колодец 13 со сбросным трубопроводом 15 в водоток. После окончания кратковременной промывки дна пруда-накопителя 12 задвижку закрывают.
Воду из пруда-накопителя 12 дренажных вод через отводящую трубу 16, насосную станцию 18 подают через напорный трубопровод 19 в оросительную сеть 20 с регулирующими сооружениями в летний период. В это же время на осушительно-увлажнительной системе 4 продолжается полив животноводческими стоками, после дренажа, которого вода поступает в сбросные открытые каналы 6 и 7, далее с аккумулированием в замкнутом коллекторе 10 дренажные воды аккумулируются до осени (пока идет полив стоками), т.е. до наступления заморозков. После освобождения пруда-накопителя 12 о дренажных вод он вновь заполняется дренажными водами с использованием их до следующего года на орошение заданного поля с оросительной сетью 20, на поле котором уже было разбросано органическое удобрение (навоз) и гранулы суперабсорбента разбрасывающим устройством (не показано) в виде известных машин разбрасывателей, в которых устанавливают бункер для органических удобрений и дозирующее устройство (не показано) для гранул суперабсорбента с приводом. Таким образом, дренажные воды участвуют в водооборотном цикле, но на заданной площади полива с оросительной сетью 20 в качестве полива в летний период, и одновременно в работе осушительно-увлажнительной системы 4. А это приводит не только к экономии воды, и к ограничению трудовых и энергетических затрат, но соблюдаются экологические требования при использовании как гранул суперабсорбента, так и дренажных вод; удлиняется срок действия от пяти до десяти лет самих использованных гранул суперабсорбента, тем самым его свойства позволяют не только накапливать воду, но «твердая вода» может выступать в качестве удобрения, позволяющая разложение навоза. Предлагаемый способ расширяет возможности использования органических удобрений животноводства с гранулами суперабсорбента в повышении плодородия почв и при использовании дренажной воды для восстановления полива заданного орошаемого поля за счет биологического дренажа с дополнительными растворимыми веществами перекачиваемых дренажных вод в пруд-накопитель. А результат является следствием взаимодействия всех компонентов органического происхождения и в химии высокомолекулярных содержаний в разработке специальных гранул суперабсорбента, особым образом внесенного и использования одновременно отходов для разложения и накопления воды в почве после вспашки почвы. Таким образом, предлагаемый способ отличается простотой, а срок действия удобрений исчисляется многими годами, гранулы суперабсорбента, выступающие в роли агрегатора воды, используются в качестве поддержания необходимого для растения уровень влажности, когда данный уровень падает ниже определенного порога, гранулы суперабсорбента будут отдавать воду в почву с органическими удобрениями; позволяет улучшить плодородие почвы и повысить урожай экологически безопасной растениеводческой продукции.