Результат интеллектуальной деятельности: Способ интенсификации восстановления почвенно-растительного покрова нарушенных склонов

Изобретение относится к области рекультивации нарушенных склонов и может быть использовано для восстановления почвенно-растительного покрова на эрозионно-опасных участках тундровых земель в условиях Крайнего севера.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является техническое решение, предназначенное для рекультивации и озеленения склонов и откосов, в котором помещают покрытие на грунт, а стыковку отдельных полос покрытия осуществляют путем укладки его полос внахлест друг на друга. Покрытие выполнено, по меньшей мере, из трех слоев. Наружные слои покрытия скреплены между собой и выполнены из натуральных биоразлагаемых волокон, а внутренний слой представляет собой наполнитель в виде смеси из семян трав, удобрений и почвообразующих добавок. Наружные слои покрытия выполнены в виде холстов или полотен и скреплены иглопробивным или нитепрошивным методом. Покрытие по краям и в местах нахлеста закреплено крепежными элементами (см. патент на полезную модель RU 127758, Е01С 5/00, E02D 17/20 10.05.2013).

Недостатком упомянутого выше технического решения является недостаточная эффективность биологического восстановления растительного покрова нарушенных склонов высокой крутизны обусловленная следующими факторами:

- длительные сроки восстановления природных ландшафтов за счет недостаточности потребления кислорода и минеральных удобрений корневой системой растений;

- растепление многомерзлых пород (ММП) и развитие опасных экзогенных процессов.

При этом упомянутое выше техническое решение подходит только для склонов не более 30° и его нельзя применить в условиях Крайнего Севера для восстановления склонов высокой крутизны (до 50°). Кроме того практическая реализация упомянутого технического решения может потребовать больших экономических затрат и привлечения больших людских ресурсов, что ограничивает возможность его применения на практике.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка эффективного способа интенсификации восстановления почвенно-растительного покрова нарушенных склонов высокой крутизны в процессе рекультивации земель в условиях Крайнего Севера.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности и сокращение сроков процесса рекультивации эрозионно-опасных участков, расположенных на склонах высокой крутизны (до 50°), за счет усиления процессов кислородного обмена корневой системы растений, а также предотвращения процессов эрозии и солифлюкции.

Технический результат заявленного изобретения обеспечивается тем, что в способе интенсификации восстановления почвенно-растительного покрова нарушенных склонов выравнивают и очищают поверхность склона, а затем на всей поверхности склона прокладывают траншеи, часть из которых прокладывают параллельно направлению склона, а часть - поперек направления склона, после чего укладывают в траншеи трубки, равномерно перфорированные по всей поверхности и выполненные из биоразлагаемого материала, трубки присыпают слоем местного грунта и на всю поверхность склона укладывают полотна биомата, состоящего из двух сшитых друг с другом слоев нетканого льняного полотна, между которыми вшиты слой смеси семян многолетних растений, адаптированных к условиям Крайнего Севера, слой сапропеля и слой минерального удобрения, затем полотна биомата закрепляют на склоне и присыпают слоем местного грунта, далее выполняют закругление верхней кромки склона, а у подножия склона насыпают слой из мелкозернистого грунта.

В трубки может подаваться принудительный поток атмосферного воздуха.

Повышение эффективности интенсификации восстановления почвенно-растительного покрова нарушенных склонов обеспечивается за счет усиления аэрации почв посредством укладки на поверхность склона полотен биомата и трубок, равномерно перфорированных по всей поверхности и выполненных из биоразлагаемого материала. Усиление аэрации почв особенно важно в условиях Крайнего Севера для северных типов почв, поскольку наличие кислорода, регулирование которого путем соответствующих технических приемов является одним из основных факторов ускоренного роста растений и восстановления природного ландшафта.

Заявленный способ интенсификации восстановления почвенно-растительного покрова нарушенных склонов поясняется чертежами.

На фиг. 1 показано укрепление верхней части эрозионно-опасного склона;

На фиг. 2 показана схема крепления перфорированных трубок к поверхности склона;

На фиг. 3 схематически показано изготовление биомата;

На фиг. 4 показана трубка и расположение отверстий в ней.

Способ интенсификации восстановления почвенно-растительного покрова нарушенных склонов осуществляется следующим образом.

Выравнивают и очищают поверхность склона 1, имеющего высокую крутизну (до 50°) и имеющего эрозионно-опасные участки (см. фиг. 1). После чего на всей поверхности склона прокладывают траншеи. Первую часть траншей прокладывают параллельно направлению склона, а вторую часть - поперек направлению склона. Траншеи первой части параллельны друг другу, также как и траншеи второй части. Расстояние между двумя соседними параллельными траншеями составляет 30-40 см.

В проложенные по всей поверхности склона траншеи укладывают трубки 2, равномерно перфорированные по всей поверхности и выполненные из биоразлагаемого материала (см. фиг. 2 и фиг. 4). В качестве биоразлагаемого материала может быть использован экологически безопасный материал - «Биодеградируемая композиция полиэтилена Метален-БИО», который не подвержен ускоренному разрушению вследствие солнечного УФ-излучения или погодных условий, что особенно подходит для условий Крайнего севера и вечной мерзлоты. В состав «Метатилен-БИО» входит: биоразлагаемый полиэтилен, органофильный наносиликат «Монамет 104» и комплекс минеральных добавок. Данный материал под действием УФ-излучения и факторов внешней среды со временем разрушается и превращается в порошок, после этого в процесс вступают микроорганизмы, содержащиеся в грунте. В результате биоразложения материала экосистеме не будет наноситься вред, который наносится при применении существующих материалов из обычного полиэтилена.

Трубки 2 изготавливаются в заводских условиях. Трубки 2 имеют круглую перфорацию с рядами сквозных отверстий (см. фиг. 4). Диаметр трубки 2 составляет 4-5 см, длина трубки - 2 м, толщина стенок трубки - 1 мм, диаметр отверстий трубки - 0,5-1 мм. Межцентровое расстояние между соседними отверстиями трубки составляет 1-2 см.

Осуществляют укладку трубок 2 в траншеи, расположенные параллельно направлению склона, и в траншеи, расположенные поперек направлению склона.

Наружная поверхность трубок 2, уложенных в траншеи, проложенные параллельно направлению склона, а также наружная поверхность трубок 2, уложенных в траншеи, проложенные поперек направлению склона имеют места соприкосновения, в которых их скрепляют между собой посредством крепежных узелков 3, выполненных из металлической проволоки диаметром 1 мм (см. фиг. 2).

Трубки 2 крепят крепежными элементами к поверхности склона и присыпают слоем местного грунта. При креплении трубки 2 к поверхности склона происходит ее заглубление в траншею на глубину 3-4 см. Перекрестное расположение трубок 2 в траншеях и их крепление в них обеспечивает удержание склона от разрушения и оползания, тем самым армируя поверхность склона, выполняя роль армирующей сетки.

При этом для усиления аэрации почвы может осуществляться принудительная подача воздуха в трубки, для чего в торцах трубок 2 и/или в местах выполнения отверстий в трубке может устанавливаться устройство для принудительной подачи атмосферного воздуха (на чертеже не показано).

Также трубки 2 усиливают аэрацию почв за счет перфорации, которая обеспечивает усиленное питание корневой системы растений кислородом, который содержится в воздухе и обеспечивает ускоренный рост растений. Так на примере опытов, организованных на полях Московской области с применением минеральных удобрений были получены результаты, которые показали, что внесение всех необходимых для растений минеральных удобрений в почву увеличивает урожайность этих растений не в полной мере: в подавляющем большинстве случаев минеральное удобрение давало прибавку урожая всего лишь на 160-240 кг/га, повышая общий урожай лишь до 800-900 кг/га. Слабое увеличение урожайности на исследуемых полях зачастую вызывается не недостатком питательных веществ, а недостатком в почве потребного для растений количества воздуха, что не дает минеральным удобрениям возможности проявить свое действие в полной мере.

После укладки трубок 2 в траншеи на всю поверхность склона укладывают полотна биомата 4, состоящего из двух сшитых друг с другом слоев нетканого льняного полотна, между которыми вшиты слой смеси семян многолетних растений, адаптированных к условиям Крайнего Севера, слой сапропеля и слой минерального удобрения (см. фиг. 3).

Причем упомянутый биомат 4 (см. фиг. 3) может быть изготовлен следующим образом.

На 1-й слой биомата, представляющий собой горизонтальный лист льняного полотна размером 2×20 м и толщиной 0,5-1 см, наносят 2-й слой биомата состоящий из следующих последовательно нанесенных слоев: слой смеси семян многолетних растений, адаптированных к условиям Крайнего Севера, слой сапропеля и слой минерального удобрения. Далее сверху 2-го слоя биомата укладывают 3-й слой биомата, представляющий собой льняной лист с размерами и толщиной аналогичными размерам льняного листа 1-го слоя биомата. Затем первый и второй льняные листы прошивают между собой ниткой толщиной 1-2 мм.

В качестве смеси семян многолетних растений, адаптированных к условиям Крайнего Севера, может быть использована смесь семян следующих растений: костреца безостого, овсяницы луговой, овсяницы красной, тимофеевки луговой, пырея ползучего. Причем количество вшитых в биомат семян может составлять 0,16 кг/м², количество сапропеля - 0,1 кг/м², количество минерального удобрения (например нитроаммофоски) - 0,02 кг/м².

Полотна биомата 4 закрепляют на всей поверхности склона, после чего осуществляют присыпку их слоем местного грунта. Полотно биомата крепят к поверхности склона крепежными крестообразными скобами или деревянными колышками 7.

Производят укрепление верхней части склона путем выполнения закругления 5 верхней кромки склона и насыпки у подножия склона слоя из мелкозернистого грунта 6. Таким образом, формируется искусственная подпорка из мелкозернистого грунта у подножия склона, которая обеспечивает предотвращение разрушения склона в период активизации опасных водно-эрозионных процессов, а также предотвращение смыва уложенных материалов в период весеннего половодья.

Надежное укрепление склона с помощью биомата и трубок предотвращает его разрушение вследствие воздействия эрозионных процессов, способствует ускоренному развитию и усилению развития корневой системы растений вследствие усиления аэрации почв.

К основным преимуществам заявленного изобретения по сравнению с существующими методами и техническими решениями относятся:

- сохранность системы интенсификации восстановления почвенно-растительного покрова нарушенных склонов до 10 лет за счет крепежа

биомата к поверхности грунта в виде крестообразных скоб;

- надежное сохранение ландшафтов за счет ускоренного роста корневой системы растений за счет усиленного питания их кислородом;

- предотвращение размыва, оползания и разрушения рекультивированного склона за счет армирующего действия (перфорированных трубок и биомата).

Практическая реализация заявленного технического решения на 30-40% (по экспертной оценке) экономит средства за счет исключения необходимости повторной рекультивации данных склонов, сохраняет инженерные сооружения (в т.ч откосы дорог) в условиях ММП.

Заявленное техническое решение адаптировано на однократное применение (без дополнительного подсева) и рассчитано на длительный период его практического использования (до 10 лет), что повышает его экономическую эффективность по сравнению с существующими методами восстановления природных ландшафтов.