Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ГЛУБОКОГО РЫХЛЕНИЯ ДРЕНИРУЕМЫХ ПОЧВОГРУНТОВ

Изобретение относится к технологиям осушения сельскохозяйственных земель Нечерноземной зоны, как закрытыми дренами, так и закрытыми собирателями, и технологиям использования этих земель.

Известно, что глубокое рыхление эффективно только на фоне осушения почв закрытым дренажем. Глубина рыхления определяет его качество и является одним из основных его параметров. Ее величину измеряют по вертикали от поверхности почвы до нижней плоскости разрыхленной толщи почвогрунта, а глубину заложения закрытого дренажа - до основания уложенной в почвогрунт дренажной трубы, низа кротовой или дна щелевой дрены. При проведении глубокого рыхления дренируемых почвогрунтов возникает опасность повреждения закрытого дренажа. Поэтому важно правильно установить и принять глубину глубокого рыхления в увязке с глубиной дренажа.

По Б.С. Маслову (Маслов Б.С. Опыт осушения тяжелых почв и задачи науки. - В сб.: «Осушение тяжелых почв / Под ред. Б.С. Маслова. - М.: Колос, 1981. - С.13) во избежание повреждения дрен рыхлителем глубина дрен должна превышать глубину рыхления, по крайней мере, на 10…20 см. Для надежности эта величина принимается равной 20 см.

Известно и предложение, что «глубина рыхления должна быть на 20…30 см меньше минимальной глубины заложения дрен» (Черненок В.Я., Брусиловский Ш.И. Глубокое рыхление осушаемых тяжелых почв. - М.: Колос, 1983. - С.15). Авторский коллектив сотрудников ВНИИМЗ считает, что «максимальная глубина рыхления должна быть на 20…30 см меньше минимальной глубины заложения дрен» (Применение агромелиоративных мероприятий на осушенных минеральных землях: Технологический регламент / Ю.И. Митрофанов, В.А. Котельников и др. - Калинин: ВНИИМЗ, 1989. - С.20). В литературе имеется и утверждение, что «всегда рыхление следует предусматривать не менее чем на 20…25 см выше расчетной глубины заложения дрен» (Зайдельман Ф.Р. Генезис и экологические основы мелиорации почв и ландшафтов. - М.: КДУ - МГУ, 2009. - С.310).

Известно также предложение, что глубина рыхления может быть на 5...20 см меньше глубины кротовых дрен (Патент РФ №2371541 С1, Кл. Е02В 11/00, 2009): рыхление проводят на глубину 0,30…0,35 м, а кротовые дрены диаметром 75…100 мм нарезают на глубине 0,4…0,5 м.

При назначении глубины рыхления не учитывают гидравлическую связь разрыхленного почвогрунта с дренажной трубой - стыковку разрыхленного почвогрунта с присыпкой дренажной трубы.

Как видим, авторы используют разные термины: глубина рыхления и максимальная глубина рыхления, минимальная и расчетная глубина заложения дрен. Исчисление глубины заложения дрен относительно дна траншеи не дает возможности учесть диаметр применяемой трубы. На дно одной и той же траншеи могут укладывать трубы разного диаметра. Естественно, что и разница в отметке нижней плоскости разрыхленной толщи почвогрунта и отметке верха трубы будет отличаться. При применении труб большего диаметра она будет меньше, вероятность повреждения труб большего диаметра при проведении глубокого рыхления будет выше.

При использовании указанных выше разных по величине и не всегда сопоставимых допусков при проведении глубокого рыхления имеет место повреждение дрен рыхлителем. Причем чаще это имеет место при применении больших по величине диаметров труб. Обусловлено это и следующим.

Исходной топографической основой для дренирования переувлажненных минеральных почв является, как правило, план в масштабе 1:2000 с горизонталями через 0,5 м и полугоризонталями через 0,25 м с отметкой понижений глубиной более 10 см. Может использоваться и план другого масштаба. По действующим инструкциям (Инструкция по топографической съемке в масштабе 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500. - М.: Недра, 1973, п.1.17; Указания по инженерным изысканиям для мелиоративного строительства. Вып.2. Топографо-геодезические работы. - М.: Минводхоз СССР, 1973, п.2.30) допускаемая средняя ошибка съемки рельефа зависит от уклона и закустаренности (залесенности) местности. Для объектов, требующих осушения, ее величина составляет от ±12,5 до ±25 см.

Для обрабатываемых сельскохозяйственной техникой дренируемых почв гумидной зоны приведенная точность практически не достижима. Отметка поверхности почвы в конкретной точке в зависимости от способа обработки почвы колеблется как в течение года, так и по годам. При этом в случае, если в понижении предусматривается раскорчевка кустарника и мелколесья, следует учитывать необходимость увеличения на 0,2 м глубины понижения, определяемой по топографической карте, а на равнинных участках образуются понижения такой же глубины (Пособие П 1-98 к СНиП 2.06.03-85, п.4.4.2 и 8.12.1. - Минск: Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь, 1999. - 85 с).

Изменяется отметка поверхности почвы и в результате проведения как строительной, так и эксплуатационной планировки поверхности почвы в процессе использования осушаемых земель.

Колеблется по площади и глубина колеи, оставляемой тяжелой колесной техникой, используемой для глубокого рыхления почвогрунтов по предварительно вспаханной почве, предшествующей, как правило, глубокому рыхлению. В тоже время известно, что глубину рыхления устанавливают относительно опорной поверхности трактора с помощью регулятора глубины на рыхлителе. Колеблется по площади и глубина глубокого рыхления, в частности и по причине развитого микрорельефа.

Глубину глубокого рыхления почвогрунта проверяют щупом и линейкой с учетом величины вспучивания почвы над естественным уровнем поверхности почвы.

При назначении глубины рыхления не учитывают глубину проникновения в разрыхленный почвогрунт корневой системы растения и, естественно, требуемый растением режим влажности почвогрунтов и возможность повреждения дренажа корнями растения. При этом, учитывая уровень развития техники, необходимо обеспечить и промышленную применимость глубокого рыхления.

Известно, что способ глубокого рыхления дренируемых почвогрунтов включает рыхление на глубину не менее 0,6 м (Пособие П1-98 к СНиП 2.06.03-85, п.8.16; прототип). При несоблюдении проектной глубины заложения дренажа, при отклонении, как правило, в сторону ее снижения, глубокое рыхление на глубину 0,6…0,8 м выполнить при строительстве не представляется возможным, поэтому некоторые авторы (например, Г.Г. Гулюк и др. Руководство по мелиорации полей. - СПб: Изд-во Политех. ун-та, 2007. - 238 с. - С.188…189, п.16.2) рекомендуют осуществлять более мелкое агрономическое рыхление на глубину 0,4 м, не поясняя при этом гидравлическую связь разрыхлненного почвогрунта с дренажной трубой. Естественно, что в этом случае не может быть и речи о достижении проектного режима осушения.

Поставлена задача - назначить глубину рыхления дренируемых почвогрунтов, улучшающего требуемый конкретным растением режим влажности почвогрунта, обеспечив при этом требуемую интенсивность осушения и снизив потребность растения в орошении, исключив также и вероятность повреждения дренажа, как рыхлителем при проведении глубокого рыхления почвогрунтов, так и корневой системой растения, и обеспечив промышленную реализацию глубины рыхления.

Технический результат заключается в получении землепользователем долговечного и надежного в действии закрытого дренажа, обеспечивающего проектный режим влажности почвогрунта в процессе его эксплуатации в течение, как минимум, нормативного срока его службы.

Поставленная в изобретении задача разрешена тем, что способ глубокого рыхления дренируемых почвогрунтов включает рыхление на глубину не менее 60 см. При этом для обеспечения требуемого растениями режима влажности почвогрунтов, предупреждения возможного повреждения труб закрытого дренажа и обеспечения промышленной применимости глубокого рыхления глубокое рыхление проводят на глубину h_p, устанавливаемую в каждом конкретном случае из условия соблюдения следующих требований:

где

(h_k)_min и (h_k)_max - соответственно минимальная и максимальная глубина проникновения в засыпку траншеи закрытого дренажа корневой системы возделываемой культуры, см;

(h_д)_min - минимальная глубина заложения труб закрытого дренажа по проекту на участке, на котором планируют проведение глубокого рыхления, см;

D - внешний диаметр труб закрытого дренажа на участке, см;

ΣΔh_i - сумма поправок (см), включающая: поправку, зависящую от точности топографической высотной съемки поверхности почвы осушаемого участка, Δh₁ поправки, учитывающие техногенную эрозию поверхности почвы при проведении культуртехнических и планировочных работ Δh₂ и при проведении вспашки Δh₃; поправку, учитывающую глубину колеи, оставляемой трактором на поверхности почвы при проведении глубокого рыхления, Δh₄;

h_т - максимально возможная глубина рыхления почвогрунтов, обусловленная уровнем развития техники и характеризующая промышленную осуществимость заявленного способа, см;

при этом в каждой точке дренажной траншеи толщина слоя присыпки дренажной трубы над дном траншеи

где

h_д - глубина заложения трубы закрытого дренажа.

Заявленный способ глубокого рыхления дренируемых почвогрунтов включает следующие операции:

- установление по проектной и исполнительной документации введенной в эксплуатацию осушительной системы и переданной землепользователю минимальной глубины заложения закрытого дренажа (закрытых собирателей и дрен) h_д, m_п, (h_д)_min и D на намеченном к проведению глубокого рыхления дренируемом участке; при отсутствии исполнительной документации установление этих величин возможно и на основании инструментального обследования в натуре намеченного к проведению глубокого рыхления дренируемого участка;

- с учетом условий проведения глубокого рыхления на конкретном участке в намеченное время определение по формуле (3) величины ΣΔh_i;

- установление по объектам-аналогам минимальной (h_к)_min и максимальной (h_к)_max глубин проникновения в засыпку траншеи закрытых дрен и собирателей корневой системы культур, намеченных к возделыванию на дренируемом участке;

- установление максимально возможной глубины рыхления почвогрунта h_т, обусловленной уровнем развития техники и характеризующей промышленную применимость заявленного способа;

- принятие решения о величине глубины глубокого рыхления почвогрунта на дренируемом участке, которая должна удовлетворять требованиям (1), (2) и (4);

- проверка выполнения требования (5);

- установление с помощью регулятора глубины на механизме рыхлителя при его настраивании, подготавливая к работе принятой глубины глубокого рыхления почвогрунтов (см., например, с.19…20 в приведенной выше работе В.Я. Черненка и Ш.И. Брусиловского);

- разметка в натуре направления проведения рыхления;

- проведение глубокого рыхления почвогрунтов на участке.

Внешний диаметр применяемых для дрен и закрытых собирателей керамических труб колеблется от 72 до 130 мм, а гофрированных пластмассовых труб - от 50 до 75 мм.

По принятому прототипу глубина глубокого рыхления должна быть на 20…30 см меньше минимальной глубины заложения дрен. Для дрен из керамических труб при их внешнем диаметре 72 мм допустимое превышение нижней плоскости разрыхленного почвогрунта над верхней шелыгой трубы составляет 13…23 см, а для труб с внешним диаметром 130 мм - 7…17 см.

По заявленному способу как для труб с внешним диаметром 72 мм, так и для труб диаметром 130 мм рассматриваемое допустимое превышение равно не менее 30 см. Разница между минимальной глубиной заложения дрен из керамических труб, измеряемой от верхней шелыги трубы, и максимально допустимой глубиной глубокого рыхления почвогрунтов увеличивается с 7…17 см и 13…23 см по прототипу до не менее 30 см по заявленному способу. При применении для дрен гофрированных пластмассовых труб рассматриваемое допускаемое превышение по прототипу составит от 12,5 до 25 см против не менее 30 см по заявленному способу.

Учитывая точность съемки отметок поверхности почвы, изменение состояния поверхности при ее планировке и обработке, а также возможную глубину колеи от колес или гусениц трактора, можно ожидать повреждение дрен при принятии максимальной глубины рыхления по прототипу и, в первую очередь, при использовании керамических труб внешним диаметром 130 мм.

Пример реализации способа глубокого рыхления дренируемых почвогрунта в Тверской области на объекте «Поджариха». По исполнительной документации установлено, что минимальная глубина заложения дрен на участке, намеченном для проведения глубокого рыхления, составляет 90 см, т.е. (h_д)_min=90 см. Для осушения почвы использованы гончарные трубы с внутренним диаметром для дрен 50 мм, а внешним - 72 мм, т.е. D=72 мм ≈ 7 см.

На дренируемый участок составлен план в масштабе 1:2000, поверхность участка не закустарена, ровная с равномерным уклоном, равным 0,004. Проведена строительная планировка и вспашка участка. Учитывая эти исходные данные, принято: Δh₁=±12,5 см, Δh₂=±2 см и Δh₃=±5 см. Глубина колеи, оставляемая колесным трактором на поверхности вспаханной сухой почвы при проведении пробного глубокого рыхления, оказалось равной 5 см, т.е. Δh₄=5 см.

По формуле (3) ΣΔh_i=12,5+2+5+5≈25 см.

Дренируемый участок используется в системе зернотравяного севооборота. По данным на объектах-аналогах глубина проникновения корневой системы (h_к)_min=40 см, a (h_к)_max=70 см.

Глубина рыхления дренируемых почв h_p на объекте «Поджариха» должна отвечать требованиям (1), (2) и (4):

40≤h_p≤70;

h_p≤90-7-25=58≈60 см,

60≤h_p≤h_т.

При применении рыхлителя РУ.65.2,5 максимально возможная глубины рыхления почвогрунта h_т=65 см (см. приведенную выше работу В.Я. Черненка и Ш.И. Брусиловского, с.18).

В соответствии с условиями (1)…(4) глубина глубокого рыхления почвогрунта на дренируемом участке должна быть равной 60 см. При h_p=60 см выполняется и требование (5): по исполнительной документации, переданной землевладельцу строителями, на участке, на котором планируют проведение глубокого рыхления, h_д=90…130 см, m_п=40…80 см, т.е. присыпку дренажной траншеи выполняют до уровня, располагающегося ниже поверхности почвы на 50 см, что обеспечивает гидравлическую связь разрыхленного почвогрунта с дренажной трубой.

Величину h_p=60 см устанавливали с помощью регулятора глубины на механизме рыхлителя при его настраивании, подготавливая к работе. После выполнения разметки в натуре направления проведения рыхления осуществляли глубокое рыхление почвогрунтов на участке, периодически контролируя его глубину и состояние присыпки дренажной трубы.

Заявленный способ обеспечивает, особенно на участках с развитым микрорельефом, достижение ожидаемого технического результата, а именно: получение землепользователем надежного в действии долговечного закрытого дренажа, обеспечивающего проектный режим влажности почвогрунта в процессе его эксплуатации в течение, как минимум, нормативного срока его службы и сокращая потребность в орошении выращиваемой культуры.