СПОСОБ И СИСТЕМА УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОСВОЕНИЯ СКЛОНОВ ГОР ПУТЕМ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ В ИНТЕНСИВНОМ РЕЖИМЕ
METHOD AND SYSTEM OF DEVICES TO DEVELOP HILLSIDES BY GROWING PLANTS IN INTENSIVE MODE

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к овощеводству и плодоводству, и может быть использовано для интенсивного промышленного производства помидор, перца, яблок, груш, кустовых ягод (например, черная смородина, малина) и других пищевых и технических растений на склонах холмов и гор.
Из истории развития цивилизаций известен способ террасирования склонов для борьбы с эрозией и для производства растительной продукции. Террасирование распространено в странах с горным рельефом (Япония, Индия, Шри-Ланка, страны Южной Африки, Турция, Греция, Италия, Молдавия, республики Средней Азии, а также Кавказ). Плодовые культуры размещают на высоте до 2-3 тысяч м над уровнем моря, несколько ниже - виноград, еще ниже по склону - цитрусовые культуры (см. Драгавцев А.П. Горное плодоводство, М., 1958; Федотов В.С. Террасирование склонов под сады и виноградники в Молдавии, Киш., 1961; Драгавцев А.П., Трусевич Г.В. Южное плодоводство, М., 1970).
В качестве прототипа выбран бульдозерный способ устройства террас, при котором на террасах шириной свыше 6 м размещают по 2 ряда и более яблони и груши на шпалерах (опорах в виде вертикальной, горизонтальной или др. плоскости, к которой подвязывают ветви деревьев (см. Е.В.Колесников, http://bse.sci-lib.com/article110218.html).
Недостатками известных способов освоения склонов холмов и гор являются следующие моменты:
- быстрое или относительно быстрое истощение почв для реального производства сельскохозяйственной продукции; недостаточная профилактика эрозии почв;
- невозможность проводить восстановления плодородия почв в необходимом объеме и качестве;
- недопустимость интенсификации производства овощей и фруктов и доведения ее до возможных для данного климата кондиций;
- плохая или относительно плохая профилактика оползней.
Из уровня техники также известны изобретения Антуфьева И.А. (RU 2248120 А01С 31/02, 17.01.2004; RU 2267259 A01G 31/00, 05.01.2004; RU 71507 A01G 31/00, 24.03.2006), где детализируется принцип гидропонного выращивания растительной продукции в культивационных трубах или в вертикальных наборах малых культиваторов в интенсивном режиме.
Недостатком таких способов и установок является перегрев емкостей с питательными растворами или от прямого попадания солнечных лучей на емкость, или путем теплопередачи от раскаленного воздуха.
Предлагаемое изобретение устраняет основные опасности интенсивного сельскохозяйственного производства на склонах холмов и гор при использовании в любых (в том числе и засушливых) климатических зонах.
Основным моментом (или целями) изобретения является полный отказ от почвенного выращивания сельхозпродуктов, переход на гидропонный метод культивирования и создание условий для реализации способа в условиях террасированого склона.
Поставленные цели достигаются устройством террас необходимого размера для установки, например, четырех рядов культивационных труб, размещаемых вдоль длины террасы. Причем опорные тумбы культивационных труб, содержащие элементы подачи и удаления питательного раствора, находятся под полом, выполненным из любого материала (с достаточной прочностью) с опорой на поперечно расположенные брусья, металлические двутавровые балки, кирпичи и др. Пол служит для удобного перемещения обслуживающего персонала, тачек или других транспортных средств, а также для затенения мест расположения функциональных трубопроводов (например, магистраль питательной среды) и защиты их от перегревания днем и переохлаждения ночью.
Края террасы, особенно вертикальный край, защищен опорной плитой или щитом, удерживаемым тросами, закрепленными на сваях в более высоких горизонтах склона. Помимо чисто опорной, крепежной функции, защитная панель является светоотражающим объектом и выравнивает (повышает) освещенность растений на теневой стороне. Помимо этого, на защитной панели могут быть размещены элементы солнечных батарей.
По склону в определенных местах и с необходимыми интервалами и необходимыми искривлениями траектории проложены дренажные трубы (снимающие влагу с верхних слоев склона) на глубину, которая определяется температурно-влажностным режимом грунтов (например, на глубину 100 см). Дренажные трубы собирают влагу в нижерасположенные накопительные емкости для дальнейшей очистки и использования в технологическом и/или бытовом оборотах.
Культивационные трубы выполнены из малотепловодного материала (например, пенобетона с толстой стенкой (до 100 мм), что защищает от перегрева корневую зону растений. Культивационные трубы выполнены с возможностью размещения на них нескольких десятков кустов помидор, перца или нескольких деревьев плодовых растений, причем толщину трубы выбирают в соответствии с предполагаемой нагрузкой, а диаметр - с учетом размещения (внутри культивационной трубы) стояка с форсункой на верхнем конце.
Все культивационные трубы связаны стабилизирующими перемычками, причем сеть стабилизирующих перемычек соединена растяжками с тросами в узлах их соединения с защитным щитом террасы.
Растения перед помещением в отверстие культивационной трубы, заключают в удерживающую и герметизирующую кассету, предохраняющую растение от травматизации и не допускающую значительных перемещений растения в отверстии, а также герметизирующую все пространства отверстия культивационной трубы и делающую его непроницаемым для пыли, влаги и микроорганизмов разного типа.
Система питания и охлаждения корневой зоны растений (особо необходимая в жарких регионах) выполнена как сеть трубопроводов, стояков с форсунками и полостей в опорных тумбах, обеспечивающих циркуляцию жидкости по культивационным трубам и сбор ее в емкости, расположенные под настилом пола, или под землей, или в стене вертикального участка террасы (ниша в грунте). Такое расположение предохраняет емкости с питательным раствором от перегревания на солнце днем и остывания ночью при резких перепадах температур в горной местности.
Система циркуляции питательного раствора выполнена в виде участка маточных емкостей с маточными растворами и собственно системы циркуляции раствора через культивационные трубы с узлом фильтрации готового рабочего раствора и узлом стерилизации, а также приточной (подающей раствор) линией труб и собирающими раствор трубами, расположенными в пространстве опорных тумб.
Побудителем движения раствора по сетке труб является электронасос соответствующей мощности.
Энергообеспечение электромоторов и других механизмов и приспособлений террасы осуществляют путем использования солнечных батарей с аккумуляторами электроэнергии, а также системой резервного электроснабжения.
Фактически система устройств для освоения склонов гор и выращивания овощей и фруктов в интенсивном режиме состоит из следующих компонентов:
- террасированный склон горы или холма,
- крепежные тросы для фиксации защитных панелей вертикальной стенки террас,
- дренажная система эксплуатируемого участка склона с накопительными емкостями и объединяющего их коллектора (трубопровода),
- культивационные колонны для гидропонного выращивания сельскохозяйственной продукции в интенсивном режиме,
- система циркуляции питательного раствора через культивационные трубы с подземным расположением основной емкости с рабочим питательным раствором и блоком стерилизации пространства емкости (кварцевые горелки),
- система контроля параметров рабочего питательного раствора и блок автоматики для включения и выключения электронасоса, подающего питательный раствор в культивационные трубы (через стояк и форсунку на нем).
То есть в кратком выражении мы имеем со стороны способа следующее определение сущности изобретения:
"Способ освоения склонов гор путем выращивания овощей и фруктов в интенсивном режиме, использующий устройство террас, в том числе и бульдозерное, отличающийся тем, что вертикальные стены укрепляют защитными панелями, закрепленными с помощью крепежных тросов, исходящих от свайного крепления на более высоких горизонтах склона или на противоположной стороне склона, а основание террасы защищают настилами, под которыми размещены опорные тумбы культивационных труб и трубопроводы системы циркуляции питательного раствора, а также основная емкость с рабочим питательным раствором в случае ее подземного расположения; при этом между крепежными тросами размещают линии дренажных труб, собирающие воду в накопительные емкости".
С позиций устройства мы имеем следующее краткое выражение сущности изобретения:
"Система устройств для освоения склонов гор путем выращивания овощей и фруктов в интенсивном режиме, содержащая культивационные трубы, опорные тумбы, магистрали циркуляции питательного раствора, расположенные на террасах, отличающаяся тем, что террасы на склонах выполнены с защитными панелями, укрепленными крепежными тросами, между которыми проложены линии дренажных труб, отводящих влагу из почвы склона в накопительную емкость с последующим использованием ее для бытовых и/или технологических целей; причем система циркуляции питательного раствора выполнена с возможностью расположения основной емкости с рабочим питательным раствором в защищенном от перегрева и переохлаждения месте (под землей, в нише вертикальной стенки террасы), а вертикальный стояк с форсункой для разбрызгивания питательного раствора размещен внутри культивационной трубы и защищен от перегрева и переохлаждения; помимо этого, культивационные трубы связаны крепежными перемычками и закреплены растяжками, повышающими устойчивость конструкции под влиянием ветровых нагрузок".
Изобретение поясняется фигурами 1, 2 и 3, где на фигуре 1 представлена общая схема планировки склона для размещения крепежных тросов и сети дренажных линий; на фигуре 2 приведена схема размещения культивационных труб и часть системы циркуляции питательного раствора; на фигуре 3 изображена одна из возможных схем расположения стояка с форсункой для разбрызгивания питательного раствора.
Склоны холма или горы обработаны с целью устройства террас 1 (фиг.1), которые имеют разные по высоте вертикальные стенки (что определяется объективным строением и рельефом склона). Крепежные тросы 2 брошены по склону после надежного закрепления на сваях (зона расположения свай) 3 до нужного горизонта (например, до основания холма). Между постоянными местами (линиями) расположения крепежных тросов выполнены укладки дренажных труб 4 на необходимой глубине. На нижних горизонтах склона (или у основания склона) выполнены накопительные емкости 5, соединенные общим коллектором (трубопроводом) 6.
Вертикальные участки террас защищены панелями 7 (фиг.2), которые фиксированы на своем месте несколькими факторами: брусками 8 (или балками для настила пола), крепежными тросами в узлах 9 и винтами 10. Опорные тумбы 11 установлены на подложки (не показаны) между брусьями для настила пола. Культивационные трубы 12 установлены в тумбы на необходимом расстоянии друг от друга и сцеплены крепежными перемычками 13 и фиксированы растяжками 14. Для фиксации растений в отверстиях культивационных труб выполнены ложементы 15 с креплением на обручах 16.
Люки 17 для осмотра и контроля емкостей 18 с основным рабочим раствором выполнены в грунте горизонтальной части террасы (при подземном расположении емкостей). Емкости снабжены кварцевыми горелками 19 или бактерицидными лампами для достижения необходимого уровня стерильности во внутренних объемах.
Стояк 20 (фиг.3) для подачи питательного раствора в верхнюю часть культивационной трубы выполнен с форсункой 21, закрытой сверху герметичным колпаком 22, препятствующим проникновению пыли, влаги и микроорганизмов во внутреннее пространство культивационной трубы. На пути движения питательного раствора вниз, к основанию культивационной трубы, расположены корневые зоны 23 растений 24. Для сбора питательного раствора в опорной тумбе выполнено пространство 25, куда открываются коллекторные (отводящие) трубы 26, доставляющие раствор в основную рабочую емкость. Для подачи питательного раствора в стояк выполнена приточная труба 27. Для защиты системы циркуляции питательного раствора от перегрева и переохлаждения, а также для удобства передвижения транспортных средств выполнен разборный настил (пол) 28.
Способ осуществляют следующим путем с выполнением необходимых последовательных операций:
- террасирование,
- формирование свайного участка для крепления тросов поддержки защитных панелей террас,
- прокладка дренажных линий и устройство накопительных емкостей,
- повторное выравнивание террас (вертикальной и горизонтальной поверхности),
- устройство мест размещения основной емкости с рабочим питательным раствором и устройство смотровых и ремонтных люков (при подземном размещении емкостей),
- устройство и крепление защитных панелей террас,
- размещение опорных тумб и устройство магистралей для подачи и сбора питательного раствора,
- установка культивационных труб и связка их крепежными перемычками, установление фиксирующих растяжек,
- устройство разборных настилов (пола) террас,
- проверка работы системы с подачей воды и стерилизация внутренних объемов труб, емкостей и пространств для сбора питательного раствора,
- приготовление питательного раствора из маточных растворов и заполнение им основной емкости рабочего питательного раствора,
- высадка растений и начало культивации.
Процесс приготовления питательных растворов и оформление системы циркуляции раствора через культивационные трубы включает следующие необходимые операции и функциональные узлы:
- устройство малых маточных емкостей и приготовление исходных маточных растворов для будущего приготовления разбавленного рабочего питательного раствора,
- устройство системы фильтрации готового (рабочего) питательного раствора перед подачей его в систему циркуляции культивационных труб,
- устройство узла стерилизации рабочего питательного раствора (например, кварцевыми горелками) перед подачей его в систему циркуляции,
- устройство датчиков замера объемов раствора, подающегося в систему циркуляции и возвращающегося в основные рабочие емкости,
- устройство датчиков автоматического контроля кислотности рабочего питательного раствора с системой аварийного оповещения.
Процесс культивации выглядит следующим образом.
После отладки системы циркуляции питательного раствора (отверстия для растений герметично закрыты пробками) и установления заданного режима протока раствора через культивационные трубы приступают к высадке растений в отверстия культивационных труб. Высадка растений может быть полной (все отверстия в трубах заняты растениями) и неполной, но в любом случае все отверстия проверяют на герметичность.
Культивацию ведут по заданному для данного климатического региона режиму согласно разработанной технологической карте. Пасынкование и удаление добавочных завязей не производят и позволяют развиваться всем зачаткам плодов. Питательный раствор заменяют или регенерируют по необходимости (например, раз в 3-4 недели) и/или по результатам химического анализа ведущих (показательных) компонентов раствора (например, величины рН). Но в любом случае проводят контрольные химико-аналитические замеры основных показательных параметров раствора, например, еженедельно.
Сбор плодов производят при достижении ими требуемых стандартных размеров.
Система устройств для реализации способа работает следующим образом.
После оформления террас, устройства крепежных тросов и дренажных линий с накопительными емкостями работающими системами становятся культивационные трубы с их растворным узлом, узлом фильтрации, узлом стерилизации и системой циркуляции питательного раствора.
Дополнительным элементом может являться узел подогрева питательного раствора в зимний период, чтобы обеспечить выживание растений в периоды заморозков (на фигурах не показан). Дополнительным может быть пленочное укрытие культивационных труб в период зимних холодов (на фигурах не показано).
Работающие системы функционируют следующим образом.
В растворном узле (не показан) готовят маточные растворы, из которых путем разбавления готовят рабочий питательный раствор и сливают его в основную рабочую емкость 18, где раствор дополнительно стерилизуют кварцевой горелкой 19. Из рабочей емкости 18 раствор насосами (не показаны) подают в приточную линию 27, стояк 20 и форсунку 21 внутрь культивационной трубы 12 под колпак 22, откуда раствор стекает вниз через корневые зоны 23 растений 24 в пространство 25 опорной тумбы 11, откуда раствор удаляют через трубопровод 26.
Отработанный питательный раствор направляют в основную рабочую емкость 18 и повторно используют в циркуляции через культивационные трубы 12, пока не изменятся основные показатели состояния раствора (например, рН). После истощения рабочий раствор удаляют и заменяют новым, вновь наполняя им емкость 18.
При наличии соответствующих условий (например, очень пологие основания гор), позволяющих выращивать растительную продукцию по стандартным сельскохозяйственным технологиям, отработанный питательный раствор можно использовать в качестве хорошей подкормки для любых растений.