Результат интеллектуальной деятельности: Способ устройства противоэрозионного водосберегающего беструбчатого закрытого дренажа на катене в моренных почвогрунтах

1. Область техники

Изобретение относится к области сельского хозяйства Нечерноземной зоны России, а также к технологиям комплексной мелиорации агроландшафтов и может быть применено при проведении так называемой сухой культуртехники и сельскохозяйственном использовании не требующих осушения склоновых земель.

2. Уровень техники

Водная эрозия происходит под влиянием стока дождевых и талых вод. Эрозия почвы во время дождя - результат совместного воздействия падающих капель и потока воды, а при снеготаянии - определяется параметрами стока талых вод, которые зависят от климатических особенностей конкретной местности, водопроницаемости мерзлой почвы и ее противоэрозионной стойкости.

Водная эрозия при снеготаянии отличается меньшей выраженностью, но большей продолжительностью, чем дождевая эрозия. Так, в условиях Тверской области длительность снеготаяния в среднем составляет около одного месяца, а продолжительность смыва почвы талыми волами - около одной недели. Продолжительность процесса эрозии при дождях гораздо меньше, чем при снеготаянии (исчисляется минутами и часами), а количество смываемой почвы - больше.

Водная эрозия подразделяется на плоскостную, заключающуюся в смыве частиц почвы из поверхностного (пахотного) слоя на больших площадях, и линейную в виде размыва почвогрунта на значительную глубину с образованием промоин разных размеров и длинных оврагов. При этом к линейным формам эрозии относят размывы, которые не могут быть ликвидированы при обычной вспашке, культивации и посеве сельскохозяйственных культур. Для ликвидации этих размывов необходима почва или почвогрунт, привезенные из другого местоположения.

Плоскостная водная эрозия представляет разрушение частиц на поверхности почвы и удаление их посредством многочисленных струйчатых промоин. Эти промоины глубиной от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров остаются после стока воды. При обработке почвы они сглаживаются, не изменяя общего рельефа местности.

Плоскостная эрозия почвы по причине ее скоротечности протекает скрытно и незаметно, встречается везде, где вода стекает по склонам незащищенной почвы. Доказательством наличия ее является мутность воды, наблюдаемая нами в водотоках. Землепользователь часто не замечает плоскостного смыва почвы до тех пор, пока плуг не коснется бесплодных нижних слоев почвы или материнской породы. Часто смыв почвы происходит настолько медленно, что тем, кто не знаком с этим явлением, кажется, что земля выцветает: при удалении верхнего слоя на дневную поверхность выходят светлоокрашенные нижние слои почвы.

Следующая стадия плоскостной эрозии - струйчатая. Она более заметна, чем обычная плоскостная эрозия, но и ею также часто пренебрегают. Мелкие промоинки легко запахивают, и о них забывают.

Смытая почва возобновляется из материнской породы очень медленно. Из истории известно «земледелие на подпочве». Получаемый урожай всегда значительно ниже, чем на нормальных посевах. Эта затея часто практически бессмысленна. По образному выражению X. Беннета, возглавлявшего в 1935…1951 гг. Службу охраны почв в Министерстве земледелия США, "положение «фермеров подпочвы» и «подпочвенное земледелие» часто, хотя и не всегда, равносильны банкротству земледельца на обанкротившейся земле".

Нечерноземная зона - зона дерново-подзолистых почв. Пахотные угодья в основном размещены на склонах моренных гряд и холмов. Наиболее распространенной почвообразующей породой является морена, на втором месте - покровные суглинки. При этом во втором случае водная эрозия проявляется более интенсивно.

Склоновые земли, как правило, занимают преобладающую часть водосбора. При этом склоны различают по форме, длине, крутизне и экспозиции. По форме продольного профиля склоны подразделяют на прямые, выпуклые (рассеивающие сток) и вогнутые (собирающие сток).

В зоне последнего Валдайского оледенения сформировался увалисто-холмистый рельеф преимущественно с короткими склонами длиной 100…200 м. В зоне Московского оледенения, где рельеф более старый и выработанный, склоны обычно имеют большую длину (500…800 м). На Среднерусской возвышенности, не затронутой оледенением, длина склонов заметно возрастает. В целом же в направлении с севера на юг имеет место увеличение длины и уменьшение крутизны склонов. Разумеется, это общая тенденция. В условиях конкретного склона ситуация может резко изменяться. Так, в условиях Валдайского оледенения имеют место склоны длиной 2,0 и более километров.

Длина склона и его крутизна имеют большое значение для формирования стока и проявления эрозии почв. Экспозиция склона также оказывает существенное влияние, как на формирование стока, так и на интенсивность смыва почвы. Влияние экспозиции склона на величину слоя весеннего стока, интенсивность и величину смыва почвы связано как с изменением запасов воды в снеге на склонах разной экспозиции, так и в целом с перераспределением выпадающих осадков по площади склонов. При дождевой эрозии это влияние проявляется и через разную степень увлажненности склонов разной экспозиции и связанную с этим разную густоту растительного покрова. Растения и их корневая система, как известно, оказывают значительное влияние на противоэрозионную стойкость почв, особенно в период их максимального развития. В период от посева до всходов влияние растений практически не проявляется.

Основная причина водной эрозии почв - бессистемная распашка склоновых земель. Почва, покрытая растительностью, меньше подвержена эрозии. Растительность, предохраняя поверхность почвы от капель падающего дождя, повышает шероховатость поверхности и замедляет скорость течения воды по ней.

Для развития водной эрозии почв большое значение имеют свойства почвы (гранулометрический состав, степень окультуренности и плотность сложения,) и ее почвообразующей породы, но, в первую очередь, их противоэрозионная стойкость. Почвы склоновых земель в основном легкие по гранулометрическому составу. Это результат действия многовековой водной эрозии почв. В частности, и по этой причине для них характерно низкое содержание гумуса (1,3…1,6%, редко достигает 2,0%).

В процессе хозяйственной деятельности человек может коренным образом изменить соотношение факторов эрозии почв. Хорошо, если окончательный эффект окажется благоприятным и водная эрозия почвы не превысит интенсивности почвообразовательного процесса.

Водная эрозия продолжает прогрессировать. Она остается одной из главных причин систематического снижения содержания гумуса в почве. Задача заключается в сохранении и преумножении плодородия почв.

Известен способ борьбы с водной эрозией почвы на склонах посредством задержания поверхностного стока с помощью горизонтальных водопоглощающих траншей с заполнением их органическим материалом, включающим хворост, солому и др. (Авторское свидетельство 429761, приоритет от 09.11.1972 г.). При этом в условиях Юга России органические заполнители необходимо менять в связи с их разложением, а заполнение траншей органическим материалом в условиях Юга России ведет к размножению в них вредителей и распространению возбудителей болезней сельскохозяйственных культур.

Известен и способ основной противоэрозионной обработки почв на катене, включающий вспашку почвы загонами поперек склона с образованием свальных гребней и разъемных борозд - борозд с перемычками, задерживающих сток поверхностных вод. При этом вверх по прямому склону, имеющему уклон не меньше 0,015 и не больше 0,05, ширина каждого предыдущего загона B_i меньше ширины каждого последующего B_i+1 (Патент RU 2520143 C1, приоритет от 09.01.2013 г.; прототип). Основным недостатком данного способа является недостаточная водовместимость разъемной борозды. В итоге зачастую борозда переполняется, вода движется дальше по склону.

Важное значение имеет и повышение водообеспеченности почвы на склонах путем уменьшения объема стекающей со склона воды посредством регулирования поверхностного стока.

Необходимо также отметить, что земли катены - склонов Нечерноземной зоны характеризуются закустаренностью и прогрессирующим зарастанием.

3. Раскрытие изобретения

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в создании способа устройства противоэрозионного водосберегающего беструбчатого закрытого дренажа на катене в моренных почвогрунтах с двучленными отложениями, не требующих осушения, обеспечивающего защиту почвы катены от смыва, а за счет проведения снегозадержания и повышения поглощения вод поверхностного стока повышение и водообеспеченности почв на склоне при одновременном предотвращении образования очагов размножения вредителей и возбудителей болезней сельскохозяйственных культур.

Технический результат заключается в обеспечении сохранности и расширенного воспроизводства плодородия почвы и высокой продуктивности взделываемых на катене сельскохозяйственных культур.

Поставленная задача решена тем, что способ устройства противоэрозионного водосберегающего беструбчатого закрытого дренажа на катене в моренных почвогрунтах с двучленными отложениями включает вспашку почвы загонами поперек склона с образованием свальных гребней и разъемных борозд - борозд с перемычками, задерживающих сток поверхностных вод. При этом вверх по прямому склону, имеющему уклон не меньше и не больше , ширина каждого предыдущего загона B_i меньше ширины каждого последующего B_i+1. Перед вспашкой почвы на катене проводят сводку древесно-кустарниковой растительности с разделыванием и уборкой стволов мелколесья, оставляя при этом естественные поле- или садозащитные лесные полосы с последующей разметкой размещения разъемных борозд между ними. После этого по намеченным трассам разъемных борозд перпендикулярно прямому склону прокладывают канавы глубиной не менее расчетной p-процентной вероятности превышения глубины промерзания почвогрунта в месте их прокладки с последующей укладкой в каждую канаву по ее периметру ленты из стекловолокнистого материала шириной не менее b=2L+s, где L - длина откоса канавы, а s - ширина канавы по дну, которой обертывают собранные из древесно-кустарниковой растительности и уложенные в канаву на ленту из стекловолокнистого материала на 1/3…1/2 ее высоты фашины. Затем канавы запахивают плугом всвал с полным оборотом пласта, прикрывая обернутые лентой из стекловолокнистого материала фашины дерниной, и проводят окончательную запашку каждой канавы водопроницаемым почвогрунтом двучленных отложений с его уплотнением гусеницей либо колесами применяемого трактора.

Прокладку канав осуществляют, например, посредством плужного канавокопателя с бермоочистителями, а для укладки в канаву и обертывания фашин используют ленту из стекловолокнистого материала марки ВВ-АМ по ТУ 21-23-131-80.

4. Осуществление изобретения

Способ промышленно применим, включает следующие операции:

- сводку древесно-кустарниковой растительности с разделыванием и уборкой стволов мелколесья, оставляя при этом естественные поле- или садозащитные лесные полосы;

- изготовление фашин из сведенной древесно-кустарниковой растительности;

- перенос в натуру местоположения разъемных борозд на участке между поле- или садозащитными лесными полосами, при этом вверх по прямому склону, имеющему уклон не меньше и не больше , ширина каждого предыдущего загона - расстояния между разъемными бороздами меньше ширины каждого последующего;

- перпендикулярно прямому уклону склона по разъемным бороздам прокладывают канавы глубиной не менее расчетной p-процентной глубины промерзания почвогрунта в месте их прокладки;

- в каждую канаву по ее периметру укладывают ленту стекловолокнистого холста шириной, не менее b;

- каждую канаву, по крайней мере, на 1/3…1/2 высоты, наполняют фашинами, собранными из сведенной древесно-кустарниковой растительности, и обертывают их предварительно уложенной в канаву лентой стекловолокнистого холста;

- канавы запахивают плугом всвал с полным оборотом пласта, прикрывая уложенную в нее ленту стекловолокнистого холста, защищающую фашины от заиления, дерниной, после этого проводят окончательную запашку канавы водопроницаемым почвогрунтом двучленных отложений с его уплотнением гусеницей (колесами) применяемого трактора;

- вспашку почвы загонами поперек склона с образованием свальных гребней и разъемных борозд - борозд с перемычками, задерживающих сток поверхностных вод, при этом вверх по прямому склону ширина каждого предыдущего загона B_i меньше ширины каждого последующего B_i+1, а вертикальную ось разъемной борозды совмещают с вертикальной осью канавы.

Способ применяют при противоэрозионном и водосберегающем обустройстве не требующих осушения склоновых земель. Он обеспечивает защиту почвы катены от смыва. При этом поле- или садозащитными лесными полосами проводят снегозадержание, а за счет и поглощения вод поверхностного стока беструбчатым дренажем повышается и водообеспеченность почв на склоне. Почвогрунт в траншее, размещенный в понижении (под разъемной бороздой), меньше промерзает зимой. Это способствует поглощению вод поверхностного стока по промерзшей почве: вода, достигая дна траншеи, впитывается в почвогрунт и при зимних оттепелях. Применение стекловолокнистого холста, кроме защиты фашин от заиления и повышения срока их службы, одновременно предотвращает размножение и образование в траншее очагов вредителей и возбудителей болезней сельскохозяйственных культур.

Положительной стороной предложенного способа также является дренирующее влияние заделанной древесной массы, улучшение свойств почвогрунта и обогащение его органическим материалом, повышение водовместимости и поглощения вод поверхностного стока почвогрунтом катены.

Способ прошел проверку на ряде мелиоративных объектов в Карелии и Калининской (ныне Тверской) области.

5. Технический результат

Предложенный способ обеспечивает решение поставленной задачи и ожидаемый технический результат.