Результат интеллектуальной деятельности: Способ глубокого рыхления слабоводопроницаемых почвогрунтов

1. Область техники

Изобретение относится к области сельского хозяйства - комплексной мелиорации агроландшафта и использованию почв при проведении глубокого рыхления слабоводопроницаемых почвогрунтов, оценке его экономической эффективности и перспективы внедрения.

2. Уровень техники

Известны способы глубокого рыхления (на глубину не менее 0,6 м) слабоводопроницаемых дренируемых почвогрунтов и назначения срока повторного его проведения. Так, Всероссийский НИИ сельскохозяйственного использования мелиорированных земель (ВНИИМЗ) рекомендует глубокое рыхление проводить 1 раз в 2…4 года в мелиоративно-паровом поле под озимые культуры, картофель, корнеплоды, яровые с подсевом многолетних трав (Применение агромелиоративных мероприятий на осушенных минеральных землях Нечерноземной зоны РСФСР (технологический регламент) / Госагропром НЗ РСФСР, ВНИИИМЗ, СевНИИГиМ и др. НИИ; коллектив авторов: Ю.И. Митрофанов, И.М. Емельянова и др. - М.: Госагропром - ВНИИМЗ, 1991. - с. 38). Известны и другие предложения (Зайдельман Ф.Р. Генезис и экологические основы мелиорации почв и ландшафтов. - М.: КДУ - МГУ, 2009. - С. 325…326; Смирнов A.M., Алексеева Ю.С. Глубокое рыхление тяжелых почв в Ленинградской области. - В сб.: «Осушение тяжелых почв» / Под ред. Б.С. Маслова. - М.: Колос, 1981. - С. 184; Мелиорация и водное хозяйство. Осушение: Справочник / Сост.Е.И. Кормыш; под общ. ред. Б.С. Маслова. - М.: Ассоциация «Экост», 2001. - С. 228…233; А.И. Климко, М.Б. Черняк, Ю.Г. Янко. Справочник мелиоратора / Под научной ред. В.И. Штыкова. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2009. - С. 119; и др.).

В Справочнике 2001 г. (табл. 13.6), принятом нами за прототип, при назначении срока повторного проведения глубокого рыхления почвогрунта учитывается почвообразующая порода.

Рекомендуемые разными авторами отличающиеся интервалы проведения глубокого рыхления слабоводопроницаемых дренируемых почвогрунтов (от одного раза в 2…4 года до одного раза в 12 лет) не учитывают специфических свойств пучинистых почвогрунтов - степени их морозной пучинистости и изменения их структуры при промерзании и оттаивании, а также колебаний глубины промерзания, выпадающих осадков, вызываемых ими уровней почвенно-грунтовых вод, и степени морозной пучинистости почвогрунтов по годам. Рекомендуемые в прототипе интервалы не учитывают также сельскохозяйственное использование почв, включающее севооборот и культуру, под которую в севообороте проводят глубокое рыхление.

3. Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение эффективности глубокого рыхления слабоводопроницаемых почвогрунтов путем учета степени их морозной пучинистости и ее колебаний по годам.

Технический результат заключается в надежном установлении срока последействия глубокого рыхления слабоводопроницаемых почвогрунтов.

Поставленная задача достигается тем, что способ глубокого рыхления слабоводопроницаемых почвогрунтов включает проведение сплошного рыхления их на глубину не менее 0,6 м и повторного сплошного глубокого рыхления, срок проведения которого назначают с учетом почвообразующей породы почвогрунта, представленной в том числе покровными и моренными суглинками. При назначении срока проведения повторного сплошного глубокого рыхления слабоводопроницаемых почвогрунтов дополнительно учитывают степень морозной пучинистости почвогрунта, которую устанавливают по классу гранулометрического состава почвогрунта, глубине его промерзания и уровню почвенно-грунтовых вод, отсчитываемому относительно нижней границы промерзания, при этом срок проведения повторного сплошного глубокого рыхления почвогрунтов, сформировавшихся на покровных и моренных суглинках, назначают в соответствии с таблицей.

Класс гранулометрического состава почвогрунта определяют полевым нормированным органолептическим методом. Глубину промерзания почвогрунта определяют посредством мерзлотомеров, установленных на участке для наблюдений за глубиной промерзания почвогрунта. Уровень почвенно-грунтовых вод, отсчитываемый относительно нижней границы промерзания, определяют посредством скважин, выполненных на участке для наблюдений за положением уровня почвенно-грунтовых вод. Срок проведения повторного сплошного глубокого рыхления слабоводопроницаемых почвогрунтов корректируют с учетом севооборота, под который используют дренируемую площадь, и положения в нем культуры, под которую проводят глубокое рыхление в севообороте.

4. Осуществление предлагаемого изобретения

Грунт пучинистый - это дисперсный грунт, который при переходе из талого в мерзлое состояние увеличивается в объеме вследствие образования кристаллов льда. Происходящую при этом относительную деформацию характеризуют показателем ε. По ГОСТ 28622-2012 для непучинистых почвогрунтов ε<10, слабопучинистых - 10≤ε<35, среднепучинистых - 35≤ε<70, сильнопучинистых - 70≤ε<100 и чрезмернопучинистых - 100≤ε. Известно также, что по показателю 8 к непучинистым почвогрунтам относят песчаные почвогрунты, содержащие частицы размером менее 0,05 мм менее 2% от общей массы, а, например, покровные суглинки содержат этих частиц от 78 до 98%. По показателю 8 к непучинистым почвогрунтам относят и крупнообломочные почвогрунты, содержащие глинистый заполнитель, частицы размером менее 0,01 мм, менее 10% от общей массы, а моренные суглинки содержат этих частиц от 20 до 50%.

Известно также, что при расположении уровня почвенно-грунтовых (УПГВ) ближе 0,5 м от нижней границы глубины промерзания почвогрунта супесчаный почвогрунт относят к сильнопучинистым, при положении УПГВ в интервале от 0,5 до 1,0 м - к среднепучинистым, а при УПГВ от 1,0 до 1,5 м - к слабопучинистым. Суглинки относят к сильнопучинистым при УПГВ ближе 1,0 м от нижней границы глубины промерзрния почвогрунта, к среднепучинистым - если УПГВ в интервале от 1,0 до 1,5 м, к слабоггучинистым - при УПГВ в интервале от 1,5 до 2,5 м.

Морозным пучением называют увеличение объема почвогрунта (происходит это как по вертикали, так и по горизонтали) при его промерзании в результате перехода воды в лед и миграции влаги к фронту промерзания. Изменение объема почвогрунта обнаруживается в природных условиях в поднятии его в процессе промерзания и опускания при оттаивании с разжижением почвогрунта. В результате этих объемных изменений происходят объемные деформации, увеличивающиеся при повышении степени морозной пучинистости почвогрунта, что приводит к сокращению срока последействия глубокого рыхления почвогрунта. Необходимо также отметить, что и морозобойные трещины, образующиеся при промерзании пучинистого почвогрунта, практически полностью заполняются разжиженным затекшим при оттаивании почвогрунтом. Приведенное выше недопустимо не учитывать при проведении глубокого рыхления почвогрунтов.

В зависимости от гранулометрического состава, глубины промерзания, уровня почвенно-грунтовых вод и высоты поднятия капиллярной каймы почвогрунты, склонные к деформациям при промерзании, имеют разную степень морозной пучинистости. Пучинистые почвогрунты хорошо связывают воду: чем ближе вода к поверхности, тем больше пучение почвогрунта. Учитывая глубину промерзания и уровень почвенно-грунтовых вод в зимний период, все осушаемые слабоводопроницаемые почвогрунты относят к пучинистым (см. табл.).

Степень морозной пучинистости почвогрунта зависит также от принятых параметров дренажа: повышается со снижением интенсивности его осушения, которая в зимний период зависит от глубины как регулирующей, так и проводящей осушительной сети. Повышение же степени морозной пучинистости почвогрунта и увеличение глубины его промерзания приводят к снижению срока последействия глубокого рыхления почвогрунта и снижению срока необходимости его повторного рыхления, к снижению его эффективности.

В предлагаемом изобретении учтена точность установления на практике показателей, влияющих на срок установления последействия глубокого рыхления почвогрунтов.

Гидромелиоративные мероприятия, рекомендуемые против морозного пучения почвогрунтов и направляемые на повышение срока последействия их глубокого рыхления, сводятся к понижению уровня почвенно-грунтовых вод и влагосодержания в почвогрунтах в течение сезонно-мерзлого слоя, т.е. к повышению интенсивности осушения рассматриваемых почвогрунтов.

Изобретение промышленно применимо. Заявленный способ включает следующие операции:

- проведение первого глубокого сплошного рыхления почвогрунта;

- определение на объекте рыхления класса почвогрунта органолептическим методом;

- установление на участке мерзлотомеров для наблюдений за глубиной промерзания почвогрунта;

- установление на участке скважин для наблюдений за положением уровня почвенно-грунтовых вод;

- проведение систематических наблюдений за глубиной промерзания почвогрунта и уровнем почвенно-грунтовых вод;

- обработку и систематизацию данных наблюдений, в т.ч. установление положения уровня почвенно-грунтовых вод относительно нижней границы промерзания почвогрунта;

- установление по классу почвогрунта и уровню почвенно-грунтовых вод относительно нижней границы промерзания почвогрунта степени его морозной пучинистости;

- установление с учетом почвообразующей породы и степени морозной пучинистости интервала повторного рыхления почвогрунта;

- установление севооборота, под который используется объект рыхления почвогрунта, и культуры в севообороте, под которую рыхлят почвогрунт, и корректировка установленного выше интервала;

- проведение в установленный срок повторного рыхления почвогрунта;

- постоянный контроль качества выполняемых работ.

В основу данного предложения положен накопленный опыт глубокого рыхления пылеватых покровных на ленточных глинах глеевых суглинков озерно-ледниковых равнин Карелии, покровных пылеватых глееватых и глеевых тяжелых супесей и суглинков Ржевско-Старицкого Поволжья и восточных районов Тверской области, а также глееватых и глеевых супесей и суглинков на морене Нижневалдайского оледенения.

Так, например, сплошное глубокое рыхление дренируемых слабоводопроницаемых почвогрунтов, сформировавшихся на морене, проведено на объекте «Поджариха» в Тверской области. При этом органолептическим методом было установлено, что почвогрунт относится к суглинистому. Объект рыхления почвогрунта был оборудован пьезометрами для наблюдений за глубиной промерзания почвогрунта и скважинами для замера уровня почвенно-грунтовых вод. В течение 3-х зимних периодов проводились наблюдения. Обработка полученных данных позволила установить, что средняя за 3 зимних периода глубина УПГВ относительно нижней границы промерзания составила 0,7 м. Разрыхляемый суглинистый на морене почвогрунт относится к сильнопучинистому, повторное рыхление необходимо через 3 года. Участок использовался в зернотравяном севообороте, повторное сплошное глубокое рыхление почвогрунта проведено через 3 года под яровые зерновые с подсевом трав. При этом к моменту проведения повторного рыхления плотность сложения почвогрунта вернулась к исходной, что подтверждает надежное установление срока последействия глубокого рыхления почвогрунта предложенным способом.

5. Технический результат

Предложенный способ глубокого рыхления пучинистых почвогрунтов обеспечивает ожидаемый технический результат.