СПОСОБ САМОПОЛИВНОГО ВНУТРИПОЧВЕННОГО ОРОШЕНИЯ АТМОСФЕРНОЙ ПАРООБРАЗНОЙ ВЛАГОЙ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР
METHOD OF SELF-WATERING SUBSURFACE IRRIGATION WITH ATMOSPHERIC VAPOUR-LIKE MOISTURE WHILE GROWING GRAIN CROPS

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для внутрипочвенного увлажнения при выращивании зерновых культур влагой, сконденсированной из атмосферного воздуха.
Известен способ конденсации парообразной влаги в почве, включающий прокладку на нижней границе плодородного слоя почвы системы кротовых дрен, отсыпку последовательных слоев галечника и песка на поверхность почвы и высадку древесно-кустарниковых насаждений (АС СССР №1732829, А01В 79/02, 1992).
К недостаткам описанной технологии относятся недолговременное функционирование системы кротовых дрен, которая будет разрушаться корнями древесно-кустарниковых насаждений, и невозможность ее повторной прокладки (обновления) из-за отсыпанного слоя галечника крупной фракции и стволов деревьев. По этой же причине эта методика категорически неприменима к выращиванию зерновых культур.
Также известен способ создания пролонгированного кулисного пара, включающий посев растений в виде полос перпендикулярно вектору стока, в котором в качестве растений для создания кулис используют многолетние бобовые травы, высеваемые под покров ярового ячменя, а зерновую культуру высевают по кулисному пару под углом 90°, или 75°, или 45°, или 35° к кулисам из бобовых трав (RU, патент №2260929 С2, МПК А01В 79/02 (2000/01). Способ создания пролонгированного кулисного пара / Н.А. Зеленский (RU), Е.П. Луганцев (RU), М.В. Орешкин (RU). - заявка №2003131217/12; заявлено 23.10.2003; опубл. 27.09.2005, Бюл. №27 // Изобретения. Полезные модели. - 2005. - №27).
Недостатком описываемого способа является то, что посев зерновых культур под каким-либо углом к кулисам из бобовых трав неприменим к предлагаемому способу орошения, в котором подпочвенные воздуховоды должны быть строго параллельны как кулисам, так и рядкам зерновых культур, что позволяет предотвратить их несвоевременное разрушение корнями растений.
Наиболее близким по технической сущности (прототип) является способ орошения атмосферной парообразной влагой, включающий высадку деревьев и прокладку подпочвенных воздуховодов, периодически соединяющихся восходящими каналами с атмосферой, в котором подпочвенные воздуховоды выполняют в виде почвенных щелей, заполненных камнем, закрытых пленкой и засыпанных почвой, восходящие каналы, также заполненные камнем до поверхности почвы, чередуют с солнечной и теневой сторонами деревьев, определяемых по наибольшему суточному интервалу времени (RU, патент №2337525 С1, МПК A01G 25/00 (2006/01). Способ орошения парообразной атмосферной влагой (варианты) / В.А. Демин (RU), В.И.Овцинов (RU). - заявка №2007103442/12; заявлено 29.01.2007; опубл. 10.11.2008, Бюл. №31 // Изобретения. Полезные модели. - 2008. - №31).
Недостатком данного способа является то, что создание воздуховодов путем прокладки траншей приведет к разрушению естественных почвенных горизонтов и изменению структурных характеристик почв. Засорение щелей и пространств между камнями вследствие заиления неизбежно, что приведет к снижению интенсивности воздухообмена между атмосферой и почвой, в итоге способ станет неэффективным. Более того, система воздуховодов трудно возобновляема, ее повторная прокладка невозможна без значительного разрушения почвенных горизонтов и повышенных трудозатрат. К тому же описанный способ способствует интенсивному засорению почв непосредственно в районах создания траншей крупным каменистым материалом и пленкой, что отразится на водном режиме почв, процессах гумификации, жизнедеятельности аэробных микроорганизмов. Данный способ требует высоких трудовых и материальных ресурсов, а следовательно, приведет к значительным производственным затратам. Кроме того, описанный способ малоприменим к выращиванию зерновых культур, т.к. их корни недостаточно обширны, чтобы дотянуться до влаги вблизи воздуховода, а посев непосредственно над воздуховодом неприемлем в силу того, что пленка над слоем камня перекроет доступ корней к влаге.
Предлагаемый способ самополивного внутрипочвенного орошения атмосферной парообразной влагой зерновых культур основан на минимальном механическом воздействии относительно почвенных горизонтов, что способствует сохранению естественных физических процессов, протекающих в них. При этом отсутствует любое засорение почв, т.к. нет необходимости во внесении каких-либо инородных материалов в воздуховоды или на поверхность почвы. Это положительно влияет и на производственные затраты. Система подпочвенных воздуховодов достаточно проста и поэтому легко обновляема, что позволяет ежегодно использовать данный способ с высокой эффективностью.
Техническим результатом, получаемым от использования изобретения, является повышение урожайности зерновых культур в засушливых природных районах путем увлажнения корнеобитаемого слоя почв влагой, сконденсированной из атмосферного воздуха, обеспечения охраны почв от перегрева и испарения влаги в летнее время года, предотвращения водной эрозии и дефляции почвенного покрова.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе самополивного внутрипочвенного орошения атмосферной парообразной влагой при выращивании зерновых культур высев зерновой культуры осуществляют в межкулисье параллельно рядкам затеняющих бобовых трав с одновременной прокладкой вдоль вектора высева отдельных полых цилиндрических подпочвенных воздуховодов с уплотненными стенками диаметром 5 см, перфорируют вертикальные полые конвекционные каналы диаметром 3 см, соединяющие подпочвенный воздуховод с атмосферой, создают влагоотводящие отверстия на дне воздуховода, формируют над воздуховодом прикатанные вытянутые канавки и накрывают поверхность почвы мульчированным слоем из пожнивных остатков предшествующей культуры.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен предлагаемый способ самополивного внутрипочвенного орошения парообразной влагой зерновых культур в поперечном разрезе, на фиг. 2 - в продольном разрезе, на фиг. 3 показана последовательность воздействий специального агрегата на почву при посеве зерновых культур и прокладке воздуховодов.
Система имеет подпочвенные воздуховоды 1, сообщающиеся с атмосферой через вертикальные конвекционные каналы 2, влагоотводящие отверстия 3 (уровень Б), термоизоляционный буфер (уровень А), состоящий из кулис многолетних бобовых трав 4, зерновых культур 5 и слоя мульчи 6.
Способ осуществляется следующим образом. В подпочвенные воздуховоды 1 через вертикальные конвекционные каналы 2 под действием атмосферного давления нагнетается теплый воздух 7, приносящий в своем составе парообразную влагу. При этом он будет подвергнут постоянной циркуляции в воздуховодах по причине колебания атмосферного давления вследствие перемещения воздушных масс, суточного колебания их температур и периодической смены температурных экстремумов. Процесс взаимодействия теплого воздуха с уплотненными стенками подпочвенного воздуховода, которые имеют более низкую температуру благодаря термоизоляционному буферу (уровень А), будет способствовать конденсации на них частичек влаги 8. Образованные капли воды будут скатываться на дно воздуховода и пропитывать почву 9 непосредственно вблизи корневых систем зерновой культуры. Влагоотводящие отверстия 3 предназначены для интенсификации слива излишков влаги из воздуховода 1, что предотвратит преждевременное разрушение его стенок. Мульча 6 в канавках 10 играет роль воздушного фильтра и оберегает вертикальные конвекционные каналы 2 от механического засорения, что позволит продлить функционирование системы.
Посев зерновой культуры и прокладку подпочвенных воздуховодов и вертикальных конвекционных каналов осуществляют специальным агрегатом, работающим со следующей последовательностью:
a. Прокладка подпочвенных воздуховодов 1 диаметром 5 см в корнеобитаемом слое почвы на глубине 40-50 см в междурядье многолетних бобовых трав 4 шириной 70-80 см с одновременным прямым посевом семян зерновой культуры 11 с шириной междурядий 10-11 см на глубину 6-8 см со стартовой дозой минеральных удобрений.
b. Уплотнение разрыхленной почвы прикатывающим колесом шириной 13-14 см с выпуклой шиной, после чего образуются вытянутые прикатанные канавки 10 глубиной 2-3 см.
c. Создание через каждый метр по направлению движения агрегата вертикальных конвекционных каналов 2 диаметром 3 см и влагоотводящих отверстий 3 вращающимся буром.
d. Равномерное распределение мульчи 6 между кулисами бобовых трав 4.
Чтобы стенки воздуховода 1 были наиболее прочными и теплопроводными, его создание осуществляют рабочим органом «крот», работающим по плунжерному гидравлическому принципу, который мелкими ударными горизонтальными воздействиями своего конусообразного наконечника пробивает почву и уплотняет стенки воздуховода.
Для того чтобы прорезь 12, оставленная ножом «крота», уплотнилась и исчезла, а подпочвенный воздуховод 1 при этом не разрушился, прикатывающее колесо должно конструктивно находиться над задней частью рабочего органа «крот».
При создании слоя мульчи 6 пожнивные остатки растений сильно не измельчаются и должны быть достаточно крупных размеров, чтобы не перекрыть полностью вход в конвекционный канал 2 и не препятствовать проникновению воздуха в воздуховоды 1.
В весенний и летний периоды поле обрабатывается гербицидами для замедления роста бобовых трав, которые должны занять нижний ярус и целиком прикрыть почвенный покров, оберегая его от перегрева, испарения влаги, водной эрозии и дефляции и обогащая ее азотом.
Главной задачей подпочвенных воздуховодов 1 является обеспечение влагой зерновой культуры в период от весеннего отрастания до колошения (50-60 дней), когда она расходует до 70% всей влаги. Созданная плотность стенок воздуховодов должна обеспечить их сохранность в течение этого промежутка времени, после чего необходимость в них отпадает. Чтобы исключить внешнее механическое воздействие на воздуховоды, всю необходимую процедуру по внесению минеральных удобрений и гербицидов на поле после их прокладки следует проводить воздушным способом или заблаговременно предусмотреть сквозные проезды для хода опрыскивателей с широким охватом.
После уборки зерновой культуры под действием тяжелой уборочной техники подпочвенные воздуховоды 1 и конвекционные каналы 2 разрушатся полностью. Цикл замкнется. Следующий посев и прокладку подпочвенных воздуховодов можно осуществлять в течение 2-3 лет до изреживания кулис из многолетних бобовых трав на 45-55%, когда их затеняющая способность значительно снизится, после чего поле отводят под пар.
Технический результат способа самополивного внутрипочвенного орошения атмосферной парообразной влагой зерновых культур заключается в повышении урожайности зерновых культур в районах с засушливыми природными условиями путем увлажнения корнеобитаемого слоя почв влагой, сконденсированной из атмосферного воздуха. Кроме этого, предлагаемый способ позволяет:
- стабилизировать водный и температурный режимы почв;
- снизить риск почвенной засухи;
- увлажнить почву непосредственно вблизи корневой системы культур и использовать влагу без потерь;
- предотвратить смыв и дефляцию почвенного покрова;
- исключить необходимость внесения азотных минеральных удобрений;
- увеличить объем почвы, где обитают аэробные микроорганизмы, приводящие к активному разложению органики и гумификации;
- преимущественно сохранить естественную структуру почвенных горизонтов;
- использовать технологии прямого посева.