RU2835961C1 - Method of heating soil from energy of solar radiation in conditions of south-western part of belarus - Google Patents
Method of heating soil from energy of solar radiation in conditions of south-western part of belarus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2835961C1 RU2835961C1 RU2024109851A RU2024109851A RU2835961C1 RU 2835961 C1 RU2835961 C1 RU 2835961C1 RU 2024109851 A RU2024109851 A RU 2024109851A RU 2024109851 A RU2024109851 A RU 2024109851A RU 2835961 C1 RU2835961 C1 RU 2835961C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- soil
- air
- holes
- field
- heat
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к тепловой мелиорации, более конкретно - к составу материала, а также для тепловоздушной мелиорации подпочвенного слоя полей путем круглогодового обогрева их при помощи солнечного излучения, требующих подогрева почвы.The invention relates to agriculture, namely to thermal melioration, more specifically to the composition of the material, as well as to the thermal air melioration of the subsoil layer of fields by means of year-round heating using solar radiation, requiring soil heating.
Солнечная радиация - основной источник энергии на земле. Она играет первостепенную роль во многих биохимических процессах и формирует климат. В Республике Беларусь есть потребность в изучении особенностей пространственно-временного распределения характеристик солнечной радиации в связи с современными изменениями климата и его воздействия на природу.Solar radiation is the main source of energy on Earth. It plays a primary role in many biochemical processes and forms the climate. In the Republic of Belarus there is a need to study the features of the spatial and temporal distribution of solar radiation characteristics in connection with modern climate change and its impact on nature.
С 1990 года на территории Беларуси значительно увеличивается повторяемость засух в теплый период. Исследованию засух в Беларуси посвящено достаточно много работ, в которых описывается их пространственно-временная изменчивость (Сачок Г.И. Пространственная и временная неоднородность рядов заморозков и засух на территории Беларуси / Г.И. Сачок, Г.А. Камышенко // Вестник Полоцкого университета. Серия В. - 2005, - №3. - С. 92-97; Бровка Ю.А. Циркуляционные условия формирования и пространственно-временное распространение атмосферных засух на территории Беларуси в период современного потепления климата / Природные ресурсы. - 2022. - № 2. - С. 5-15).Since 1990, the frequency of droughts in the warm period has increased significantly in Belarus. Quite a few works have been devoted to the study of droughts in Belarus, describing their spatio-temporal variability (Sachok G.I. Spatial and temporal heterogeneity of frost and drought series in Belarus / G.I. Sachok, G.A. Kamyshenko // Bulletin of Polotsk University. Series B. - 2005, - No. 3. - P. 92-97; Brovka Yu.A. Circulation conditions for the formation and spatio-temporal distribution of atmospheric droughts in Belarus during the period of modern climate warming / Natural resources. - 2022. - No. 2. - P. 5-15).
Отсюда можно ожидать, что дальнейшее усиление засушливости климата, в частности, рост возникновения волн тепла и засух, приведет к регулярным значительным потерям урожая, особенно если они будут происходить во время чувствительных фаз развития растений, таких как начало вегетационного периода во время цветения растений и т.п.It can therefore be expected that further increases in climate aridity, in particular an increase in the occurrence of heat waves and droughts, will lead to regular significant crop losses, especially if they occur during sensitive phases of plant development, such as the beginning of the growing season during flowering, etc.
Согласно ГОСТ 22.0.03 засуха определяется как комплекс метеорологических факторов в виде продолжительного отсутствия осадков в сочетании с высокой температурой и понижением влажности воздуха, приводящий к нарушению водного баланса растений и вызывающий их угнетение и гибель.According to GOST 22.0.03, drought is defined as a complex of meteorological factors in the form of a prolonged absence of precipitation in combination with high temperatures and decreased air humidity, leading to a disruption of the water balance of plants and causing their oppression and death.
Известен способ регулирования микроклимата почвы снежного покрова посредством применения различных приемов снегозадержания (Адамено В.Н. Мелиоративная микроклиматология.- Ленинград: Гидрометеоиздат, 1979, с. 62). При накоплении первых 5-10 см снежного покрова температура почвы выше температуры воздуха на 3-15°С. Применение снежных мелиорации наиболее эффективно в холодных континентальных районах при возделывании озимых культур.A method of regulating the microclimate of the soil of the snow cover by using various snow retention techniques is known (Adameno V.N. Melioration microclimatology. - Leningrad: Gidrometeoizdat, 1979, p. 62). When the first 5-10 cm of snow cover accumulates, the soil temperature is 3-15°C higher than the air temperature. The use of snow melioration is most effective in cold continental regions when cultivating winter crops.
Недостаток известного технического решения является низкая эффективность, связанная с большими трудозатратами по проведению снегозадержания и недостаточной надежностью в районах с неустойчивым снежным покровом. Кроме того, при сходе снежного покрова температура почвенного слоя и воздуха быстро выравнивается, что при затяжной весне резко снижает эффект от применения способа, исключая возможность активного регулирования температуры почвы.The disadvantage of the known technical solution is its low efficiency, associated with high labor costs for snow retention and insufficient reliability in areas with unstable snow cover. In addition, when the snow cover melts, the temperature of the soil layer and air quickly equalizes, which, in a protracted spring, sharply reduces the effect of the method, eliminating the possibility of active regulation of soil temperature.
Известна технология применения эффективных микроорганизмов (ЭМ-технология) для приготовления компоста (солома, трава, листва, ботва, опилки и др.) послойно (3-4 слоя толщиной 20-25 см); ферментирование каждого слоя компоста из любого типа органики в аэробных условиях ЮМ - препаратом в пропорции 1:100; присыпание слоем земли; переработку до достижения биогумуса за 1,5-2 месяца; внесение в почву готового компоста. При компостировании растительной органики температура в бурте повышается до 60°С. Возможно, внесение компоста в почву через 7-10 дней после начала ферментации во внекорневую зону растений, что позволяет размножившимся микроорганизмам перерабатывать оставшуюся органику непосредственно в почву и стимулировать дождевых червей, которые также участвуют в переработке органических отходов в соединения, доступные для питания растений (Эффективные микроорганизмы: практические рекомендации по применению продукции серии ЭМ / сост. Северина В.Я., Адаменко Л.Я // Приморский ЭМ - центр, - Владивосток, 2002, с. 11). При таком варианте использование компоста возможно повышение температуры почвы, в которой продолжается процесс переработки органики за счет эффекта компостирования. Возможный вариант повышения температуры почвы не выявлен.The technology of using effective microorganisms (EM-technology) for preparing compost (straw, grass, leaves, tops, sawdust, etc.) in layers (3-4 layers 20-25 cm thick) is known; fermentation of each layer of compost from any type of organic matter in aerobic conditions with the YUM-preparation in a ratio of 1:100; sprinkling with a layer of soil; processing until vermicompost is achieved in 1.5-2 months; adding the finished compost to the soil. When composting plant organic matter, the temperature in the pile rises to 60°C. It is possible to add compost to the soil 7-10 days after the start of fermentation in the extra-root zone of plants, which allows the multiplied microorganisms to process the remaining organic matter directly into the soil and stimulate earthworms, which also participate in the processing of organic waste into compounds available for plant nutrition (Effective microorganisms: practical recommendations for the use of EM series products / compiled by Severina V. Ya., Adamenko L. Ya. // Primorsky EM - center, - Vladivostok, 2002, p. 11). With this option, the use of compost may increase the soil temperature, in which the process of processing organic matter continues due to the composting effect. A possible option for increasing the soil temperature has not been identified.
Недостатком известной технологии является низкая эффективность, особенно при использовании ее на больших площадях, обусловленная большими трудозатратами, связанными с необходимостью уборки и складирования сорной растительности и растительных остатков, послойной их укладки и дальнейшим распределением компоста по поверхности и внесением в почву.The disadvantage of the known technology is its low efficiency, especially when used on large areas, due to the high labor costs associated with the need to clean and store weeds and plant residues, lay them out in layers and then distribute the compost over the surface and add it to the soil.
Известен способ паровой мелиорации почвы, включающий зяблевую вспашку, обработку зяби, предпосевную обработку почвы под парозанимающие культуры и осеннюю обработку, причем обработку зяби проводят гребнеобразующими механизмами, предпосевную обработку проводят путем развалки образованных при зяблевой обработке гребней и формированием новых гребней по оси ранее образованных борозд после всходов сорной растительности с одновременным известкованием, последующие обработки путем развалки ранее образованных и формирования новых гребней проводят одновременным образованием гребней и внесением удобрений, а после уборки парозанимающих культур и провоцирования прорастания сорняков проводят формирование новых гребней развалкой существующих (Патент RU № 2159527, А01 В 79/00 от 27.11.2000).A method of steam soil reclamation is known, including autumn plowing, autumn fallow cultivation, pre-sowing cultivation of soil for fallow crops and autumn cultivation, wherein the autumn fallow cultivation is carried out by ridge-forming mechanisms, pre-sowing cultivation is carried out by breaking up the ridges formed during autumn fallow cultivation and forming new ridges along the axis of previously formed furrows after weed shoots emerge with simultaneous liming, subsequent cultivation by breaking up previously formed ridges and forming new ridges is carried out by simultaneously forming ridges and applying fertilizers, and after harvesting the fallow crops and provoking weed germination, new ridges are formed by breaking up the existing ones (Patent RU No. 2159527, A01 B 79/00 dated 27.11.2000).
Недостатком известного способа является низкая эффективность, обусловленная следующим: возделывание парозанимающих культур (овес, соя на сидерат) при относительно высоких затратах не позволяет получить высокую прибыль, перформирование гребней не позволяет надежно уничтожать сорную растительность, поскольку корневые остатки могут прорастать при относительно медленно текущих естественных процессах переработки органики, а периодичность перформирования 15-20 суток рассчитана на время, требуемое на провоцирование роста сорняков, температура в гребнях не более чем на 10°С выше средней температуры воздуха, поскольку эффект компостирования органики в гребнях без его искусственного стимулирования не наблюдается.The disadvantage of the known method is its low efficiency, due to the following: cultivation of fallow crops (oats, soybeans for green manure) at relatively high costs does not allow for high profits, perforation of ridges does not allow for reliable destruction of weeds, since root residues can germinate during relatively slow natural processes of organic matter processing, and the frequency of perforation of 15-20 days is calculated for the time required to provoke weed growth, the temperature in the ridges is no more than 10°C higher than the average air temperature, since the effect of organic matter composting in the ridges is not observed without its artificial stimulation.
Следует привести способ повышения равномерности таяния снега и достижения физической спелости почвы на поле, включающий проведение осенью цифровой съемки поверхности поля с фиксацией расположения параметров блюдцеобразных понижений микрорельефа поля, а весной в период снеготаяния распыление на поверхности снега над отмеченными блюдцеобразными понижениями микрорельефа поля смеси, состоящей из 90-95% хлористого кальция и 10-15% золы (Патент RU № 2758267, С09К 17/06, Е02 В 11/00, А01 В 13/16 от 27.10.2021).A method should be provided for increasing the uniformity of snow melting and achieving physical maturity of the soil in the field, which includes conducting a digital survey of the field surface in the fall with recording the location of the parameters of saucer-shaped depressions in the field microrelief, and in the spring during the snowmelt period, spraying a mixture of 90-95% calcium chloride and 10-15% ash on the snow surface above the marked saucer-shaped depressions in the field microrelief (Patent RU No. 2758267,
Способ заключается в смеси, состоящей из хлористого калия и золы. При использовании данного способа в основном предназначено для распыла на поверхности небольшого количества материала для зачернения снега на выделенных для обработки участках. Однако предлагаемый способ не обеспечивает более устойчивость агроландшафтов, билогизацию и экологизацию покрытия почвы с последующим выращиванием сельскохозяйственных культур в системе севооборота, посредством которых затем осуществляют равномерность задержки снега на поверхности поля в одной поверхности, при которой среднегодовой смыв почвы, средневзвешенный по севообороту, не должен превышать нормы водной плоскостной эрозии почвы. Кроме того, происходит смыв удобрений и ядохимикатов распыла вместе с талыми водами в коллекторы, что является источником загрязнения окружающей среды, нанося серьезный экологический и социальный ущерб близь расположенным населенным пунктам. Следовательно, необходимо использовать в технологии использования органических удобрений из местных видов, как термически обработанного куриного или индюшиного помета в виде полученных гранул, имеющих определенный размер диаметром, соответственно прессуют под высоким давлением в гранулы известными промышленными установками в виде грануляторов. Гранулы используют в качестве органических удобрений, которые удобряют мелиорируемое поле, а значит, повышения плодородия почвы в засушливой зоне, т.е. улучшая ее физико-химические свойства и увеличивая запасы влаги в подпахотном горизонте, внесением осенью на поле после уборки культуры.The method consists of a mixture consisting of potassium chloride and ash. When using this method, it is mainly intended for spraying a small amount of material on the surface to blacken the snow on the areas allocated for processing. However, the proposed method does not provide more stability of agricultural landscapes, biologization and ecologization of the soil cover with subsequent cultivation of agricultural crops in a crop rotation system, by means of which the uniformity of snow retention on the surface of the field in one surface is then carried out, at which the average annual soil washout, weighted average for crop rotation, should not exceed the norm of water sheet erosion of the soil. In addition, there is a washout of fertilizers and spray pesticides together with melt water into collectors, which is a source of environmental pollution, causing serious environmental and social damage to nearby settlements. Therefore, it is necessary to use in the technology of using organic fertilizers from local species, such as heat-treated chicken or turkey manure in the form of obtained granules, having a certain size in diameter, respectively pressed under high pressure into granules by known industrial installations in the form of granulators. Granules are used as organic fertilizers that fertilize the meliorated field, and therefore, increase the fertility of the soil in the arid zone, i.e. improving its physical and chemical properties and increasing the moisture reserves in the subsoil horizon, by applying in the fall to the field after harvesting the crop.
Известна «Теплица траншейного типа», состоящая из траншеи со светопрозрачным покрытием и полых стержней с перфорированной поверхностью (Патент RU № 2127036, A01G 9/14, A01G 9/24 от 10.03.1999). Однако его сложно принять для полей.The "Trench-type greenhouse" is known, consisting of a trench with a translucent covering and hollow rods with a perforated surface (Patent RU No. 2127036, A01G 9/14, A01G 9/24 dated 10.03.1999). However, it is difficult to adopt for fields.
Известен способ с устройством для обогрева почвы в теплице. Выполненное в виде двухконтурной солнечной нагревательной системы с насосом и теплообменником для прокачки теплоносителя и нагрева воды в емкости. При этом система также снабжена трубопроводом обогрева, а вертикальная сена теплицы снабжена калорифером (Патент RU № 2207752, A01G 9/14. Е04Н 5/08 от 10.07.2003). Однако его применение затруднено применения на поле.A method with a device for heating the soil in a greenhouse is known. It is made in the form of a two-circuit solar heating system with a pump and a heat exchanger for pumping the coolant and heating the water in the tank. In this case, the system is also equipped with a heating pipeline, and the vertical greenhouse is equipped with a heater (Patent RU No. 2207752, A01G 9/14.
Известна теплица с подогревом почвы от энергии солнечной радиации, принятая в качестве прототипа, содержащая прозрачный защитный купол, являющийся солнечным коллектором, грунтовый теплообменник и систему циркуляции жидкости -теплоносителя, при этом прозрачный защитный купол выполнен из светопрозрачных пластин ячеистого поликарбоната, снабжен нижними водопроводящими и верхними водоотводящими патрубками, с помощью которых включен в систему циркуляции жидкости - теплоносителя введены трехходовые термоуправляемые вентили для отвода нагретой жидкости -теплоносителя в тепловой аккумулятор в жаркое время суток (Патент RU 93208, A01G 9/44 от 27.04.2010).A greenhouse with soil heating from solar radiation energy is known, adopted as a prototype, containing a transparent protective dome, which is a solar collector, a ground heat exchanger and a system for circulating a liquid - heat carrier, wherein the transparent protective dome is made of translucent plates of cellular polycarbonate, equipped with lower water supply and upper water drainage pipes, with the help of which three-way thermo-controlled valves are included in the system for circulating the liquid - heat carrier for the removal of heated liquid - heat carrier into a heat accumulator during the hot time of day (Patent RU 93208,
Недостатком прототипа является отсутствие возможности регулирования температуры почвы при высоких материальных затрат, а также не оправданное технической необходимостью использование вторичного теплоносителя - жидкости, что, кроме того, свидетельствует о недостаточной надежности системы циркуляции жидкости, что связано с затруднением его применения на поле. Кроме того, система устройства не учитывает использование солнечное тепло для обогрева подпочвенного слоя при временном или постоянном высоком стоянии грунтовых вод на полях.The disadvantage of the prototype is the lack of the ability to regulate the soil temperature at high material costs, as well as the use of a secondary heat carrier - liquid, which is not justified by technical necessity, which, in addition, indicates the insufficient reliability of the liquid circulation system, which is associated with the difficulty of its use in the field. In addition, the device system does not take into account the use of solar heat to heat the subsoil layer with temporary or permanent high groundwater levels in the fields.
Пример 1. Одной из основных характеристик, определяющих эффективность работы закрытого дренажа, принят сток, т.е. модуль дренажного стока при определенной продолжительности работы дренажа на предпосевной и вегетационный периоды. Важным также является показатель водного режима уровень почвенно-грунтовых вод. Так, обработка тяжелых суглинистых почв возможна при понижении уровня почвенно-грунтовых вод на 45-50 см от поверхности земли, посев - при понижении при глубине не менее 70 см. В вегетационный период грунтовые воды должны находиться на глубине не выше 80-100 см для многолетних трав и 100-130 см для зерновых культур. Таким образом, снижение продолжительности стояния почвенно-грунтовых вод в активном слое почвы, особенно при продолжительности эксплуатации дренажа и осушения на состояние переувлажненных минеральных почв играет важную роль, и зависит от использования удобрения.Example 1. One of the main characteristics determining the efficiency of closed drainage is the flow, i.e. the drainage flow modulus for a certain duration of drainage operation during the pre-sowing and vegetation periods. The water regime indicator, the level of soil and groundwater, is also important. Thus, the cultivation of heavy loamy soils is possible with a decrease in the level of soil and groundwater by 45-50 cm from the surface of the earth, sowing - with a decrease at a depth of at least 70 cm. During the vegetation period, groundwater should be at a depth of no more than 80-100 cm for perennial grasses and 100-130 cm for grain crops. Thus, reducing the duration of standing of soil and groundwater in the active soil layer, especially with the duration of drainage and drainage on the state of waterlogged mineral soils plays an important role and depends on the use of fertilizer.
Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей способа с одновременным внесением в подпочвенный пахотный слой в осенний период органического удобрения на основе термически полученного птичьего или индюшиного помета гранул, в норме, отмеченной ниже, а также создания устройства в способе, позволяющего обогревать подпочвенный слой на определенной глубине и насыщать его теплым воздухом (аэрация) при временном или постоянном высоком стоянии грунтовых вод в течение года, поднимая ежегодно среднегодовую температуру почвы.The objective of the present invention is to expand the functional capabilities of the method with the simultaneous introduction of organic fertilizer based on thermally obtained bird or turkey manure granules into the subsoil arable layer in the autumn period, in the norm noted below, as well as to create a device in the method that allows heating the subsoil layer at a certain depth and saturating it with warm air (aeration) with a temporary or permanent high standing of groundwater during the year, annually raising the average annual soil temperature.
Техническим результатом изобретения является новое свойство в комплексе, а именно для засушливых зон Беларуси обеспечить условия, при которых водная плоскостная эрозия почвы - ее среднегодовой смыв не превысить нормы, соответствующей среднегодовому темпу почвообразования, средневзвешенному по севообороту, и как следствие в обеспечении расширенного воспроизводства плодородия почвы и повышение урожайности культур на землях с уклоном не менее 0,003, а также возможность в условиях кратковременного подтопления подпочвенного слоя, производить его тепловоздушный обогрев, а при снижении уровня грунтовых вод насыщение почвенного слоя теплым воздухом, кроме того, позволит ежегодно накапливать тепло в грунте под почвой, снижая неблагоприятные влияния погоды на урожайность сельскохозяйственных культур с возможностью среднегодового задержания влаги в почве при активизации почвенных процессов органических удобрений, в виде гранул вносимых в подпахотный горизонт почвы.The technical result of the invention is a new property in a complex, namely, for the arid zones of Belarus to ensure conditions under which water sheet erosion of the soil - its average annual washout does not exceed the norm corresponding to the average annual rate of soil formation, weighted average for crop rotation, and as a consequence in ensuring expanded reproduction of soil fertility and an increase in crop yields on lands with a slope of at least 0.003, as well as the possibility in conditions of short-term flooding of the subsoil layer, to produce its warm-air heating, and when the groundwater level decreases, saturating the soil layer with warm air, in addition, will allow annually accumulating heat in the soil under the soil, reducing the adverse effects of weather on the yield of agricultural crops with the possibility of average annual moisture retention in the soil during the activation of soil processes of organic fertilizers, in the form of granules introduced into the subsoil horizon of the soil.
Достижение заявленного технического результата и, как следствие, решение поставленной задачи достигается тем, что способ подогрева почвы от энергии солнечной радиации в условиях юго-западной части Беларуси, содержащий солнечный коллектор, соединенный с ним с помощью труб грунтовый теплообменник и систему циркуляции, характеризующийся тем, что формируют гидромелиоративную систему, окаймляющую мелиорируемое поле, которое включает дренажную сеть, впадающую в искусственно созданные на границах полей сбросные дренажные каналы, имеющие уклон к открытому коллектору, в осенний период на поле после уборки ранних сельскохозяйственных культур, являющихся предшественником в севообороте, устанавливают возможность перед выпадением снега использовать органические удобрения, в виде полученных гранул термически обработанного куриного или индюшиного помета, которые удобряют мелиорируемое поле, при этом осуществляют зяблевую вспашу по сухому полю, на котором вносят вразброс органическое удобрение в норме от 4 до 6 т/га за один проход агрегата, затем заделывают органическое удобрение в почву дисковыми боронами в слой почвы 8-10 см, кроме того, выше дренажной сети, предназначенной для понижения грунтовых вод, в подземный подпочвенный слой укладывают два подземных трубопровода, один из которых - перфорированный трубопровод малого диаметра с отверстиями, по которому подается сжатый теплый воздух, соединенный с коллектором солнечного излучения, теплый воздух из которого поступает в полость трубопровода малого диаметра с отверстиями на поверхности, при этом трубопровод малого диаметра с отверстиями помешают в полость трубопровода большого диаметра с отверстиями на его поверхности, трубопроводы выполняют из полиэтиленового материала, при этом трубопровод малого диаметра соединяют с вертикальной напорной трубой для подачи сжатого воздуха, оборудованной эжектором, активное сопло которого подсоединяют к камере, ориентированной выходным участком вдоль поступающего источника нагрева теплого сжатого воздуха, с подающим импеллером с соплом посредством закрытого по периметру поперечного сечения конического переходного участка с коллектором солнечного излучения, принимающего устройство, которого выполнено в виде алюминиевых листов с секциями так, что обеспечивают выделение тепла излучения солнечных лучей, а устройство импеллера позволяет забирать-втягивать в себя в корпус выделяющееся тепло воздуха и направляет его в сторону зоны выхода сопла, соединенного с вертикальной воздухопроводящей трубой, с возможностью системы управления за счет регулирования скорости вращения импеллера при заборе в переходном закрытом переходном коническом участке с предупреждением перегрева почвы и отключения в указанных режимах.The achievement of the stated technical result and, as a consequence, the solution of the set task is achieved by the fact that the method of heating the soil from the energy of solar radiation in the conditions of the southwestern part of Belarus, containing a solar collector, a ground heat exchanger connected to it by pipes and a circulation system, characterized by the fact that they form a hydromelioration system bordering the reclaimed field, which includes a drainage network flowing into artificially created drainage discharge channels on the boundaries of the fields, having a slope towards an open collector, in the autumn period on the field after harvesting early agricultural crops, which are the predecessor in crop rotation, the possibility is established to use organic fertilizers before snowfall, in the form of granules of heat-treated chicken or turkey manure, which fertilize the reclaimed field, while autumn plowing is carried out on a dry field, on which organic fertilizer is applied randomly at a rate of 4 to 6 t / ha per pass of the unit, then the organic fertilizer is embedded in the soil with disc harrows in a soil layer of 8-10 cm, in addition, above the drainage network intended for lowering the groundwater, two underground pipelines are laid in the underground subsoil layer, one of which is a perforated small-diameter pipeline with holes, through which compressed warm air is supplied, connected to a solar radiation collector, the warm air from which enters the cavity of the small-diameter pipeline with holes on the surface, while the small-diameter pipeline with holes is placed in the cavity of the large-diameter pipeline with holes on its surface, the pipelines are made of polyethylene material, while the small-diameter pipeline is connected to a vertical pressure pipe for supplying compressed air, equipped with an ejector, the active nozzle of which is connected to a chamber oriented with the outlet section along the incoming heating source of warm compressed air, with a supply impeller with a nozzle by means of a conical transition section closed along the perimeter of the cross-section with a solar radiation collector, a receiving device, which is made in the form of aluminum sheets with sections so that they provide the release of heat from the radiation of solar rays, and the impeller device allows the release of heat from the air to be sucked into the housing and directs it towards the nozzle outlet zone connected to the vertical air-conducting pipe, with the possibility of a control system due to the regulation of the impeller rotation speed during the intake in the transition closed transition conical section with the prevention of overheating of the soil and shutdown in the specified modes.
Кроме того, количество сжатого воздуха под почву, подаваемого в единицу времени, изменяют в зависимости от плотности почвы и глубины обработки.In addition, the amount of compressed air supplied to the soil per unit of time varies depending on the density of the soil and the depth of cultivation.
Кроме того, трубопроводы с перфорацией, с отверстиями на их поверхности, заглублены от 40 до 70 см, а сверху на обогреваемую почву по полю дополнительно вносят в разброс защитный материал из органического удобрения с размерами гранул диаметром 6-8 мм, соответственно, которые готовят под давлением 60 МПа в гранулы.In addition, perforated pipelines with holes on their surface are buried from 40 to 70 cm, and on top of the heated soil, protective material from organic fertilizer with granule sizes of 6-8 mm in diameter, respectively, which are prepared under a pressure of 60 MPa into granules, is additionally scattered across the field.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The essence of the invention is explained by drawings, where:
на фиг.1 схематично изображена схема осушения земель с близким залеганием грунтовых вод;Fig. 1 schematically shows a scheme for draining lands with close groundwater levels;
на фиг.2 показана схема поперечного сечения большого и малого трубопровода с системой распределения потока воздуха в прямоточном режиме;Fig. 2 shows a diagram of the cross-section of a large and small pipeline with an air flow distribution system in a direct-flow mode;
на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2, сечение большого и малого диаметров;in Fig. 3 - section A-A in Fig. 2, section of large and small diameters;
на фиг.4 - узел 1 на фиг.2;in Fig.4 - node 1 in Fig.2;
на фиг.5 - вид спереди импеллера сверху (подключение двигателя не показано для упрощения чертежа).Fig. 5 - front view of the impeller from above (the motor connection is not shown to simplify the drawing).
Работа предложенного способа для обогрева почвы от энергии солнечной радиации в условиях юго-западной части Беларуси выполняется в следующей последовательности.The operation of the proposed method for heating the soil from solar radiation energy in the conditions of the southwestern part of Belarus is carried out in the following sequence.
Первоначально строят осушительную регулирующую дренажную сеть на поле 1 из каналов, для дрен 2 и 3, последовательно формируют закрытые коллектора 4 и 5, расположенные по обе стороны ската поля, которые имеют уклон, соответственно коллектор 4 в сторону открытого коллектора 6, а коллектор 5 в сторону открытого коллектора 7, что интенсифицирует отвод подземных дренажных вод и создает благоприятные условия для сбора воды регулирующими сетями, представляющими дренами 2 и 3 для стока, водоприемниками которых являются коллекторы 4 и 5. Уклоны в основании дренирующих слоев выполнены на два ската от центральной продольной оси «А» орошаемого поля (осушаемого) поля.Initially, a drainage regulating drainage network is constructed on field 1 from channels for
Естественный уклон поверхности земли совпадает со стеканием грунтовых вод, соответствующих максимальным фильтрационным расходов через дрены 2 и 3. Поэтому каждый из закрытых коллекторов 4 и 5 захватывают максимальное количество грунтовых вод, т.е. работает с большой эффективностью, при этом количество уменьшается, соответственно, уменьшается объем земляных работ.The natural slope of the earth's surface coincides with the flow of groundwater corresponding to the maximum filtration flow rates through
Отсюда следует, что формирование поверхностного стока имеет взаимосвязь плотности сложения почвы с впитывающей способностью. При дождевании на дерново-подзолистых суглинистых почвах эрозионно-допустимые нормы для 70 и 80% НВ равны 17,8 и 15,6 мм соответственно, а время полива до появления поверхностного стока - 68 и 60 мин соответственно.It follows that the formation of surface runoff is interconnected by the density of soil composition with the absorption capacity. When sprinkling on sod-podzolic loamy soils, the erosion-permissible norms for 70 and 80% of the HB are 17.8 and 15.6 mm, respectively, and the irrigation time before the appearance of surface runoff is 68 and 60 minutes, respectively.
Пример 2. Как уже было отмечено в результате расчетов (Б.С. Маслов.- М.: Агропромиздат, 1985 г., или расчет по Аверьяну), с учетом эффективной работы междренные расстояния и модули стока в зависимости от мощности верхнего слоя почвы на данном участке до глубины 1 м междренное расстояние колеблется о 10 до 24 м соответственно, модуль стока во всех случаях составил 1 л/с.Example 2. As has already been noted as a result of calculations (B.S. Maslov. - M.: Agropromizdat, 1985, or calculation according to Averyan), taking into account the effective operation of the inter-drain distances and runoff modules depending on the thickness of the upper soil layer in a given area to a depth of 1 m, the inter-drain distance fluctuates from 10 to 24 m, respectively, the runoff module in all cases was 1 l/s.
Коллекторно-дренажная сеть, например, на площади 300 га проектируется пластмассовыми трубами, обернутыми геотекстилем с засыпкой поверхности гранитным щебнем не менее 20 мм и не более 70 мм суммарной толщиной не менее 150 мм и не более 250 мм, и защищена от заиления, далее засыпают вынутым грунтом каналы.A collector-drainage network, for example, on an area of 300 hectares is designed with plastic pipes wrapped in geotextiles with the surface filled with granite crushed stone of at least 20 mm and no more than 70 mm with a total thickness of at least 150 mm and no more than 250 mm, and is protected from silting, then the channels are filled with excavated soil.
Крепление открытых коллекторов 6 и 7 могут превышать более 2 м, но не меньше нормативной глубины заложения закрытой дренажной сети из дрен с закрытыми коллекторами. Крепление открытых коллекторов выполняется плитами, ширина по дну составит: 1,0 м и откосы m=1:1,5. Железобетонные плиты укладываются на подготовку из щебня слоем 10 см. Ширина крепления принимается из условия пропуска 10% обеспеченности поступления воды. Выше плит откосы укрепляют засевом трав с подсыпкой растительного грунта толщиной 5 см.The fastening of
В местах накопления воды в нижней части открытых коллекторов 6 и 7 строят в полувыемке пруд-накопитель 8 с насыпной перегораживающей дамбой, который рассчитывают на максимально возможное накопление воды. В случае потребности воды пруд-накопитель 8 оснащают регулирующим устройством 9 подачи воды. Кроме того, предусматривают колодец с автоматическим катастрофическим сбросом излишков воды в ручей.In places of water accumulation in the lower part of
Следует отметить, что по границам осваиваемого для обогрева солнечным устройством, выполненной системой нагрева с использованием сжатого воздуха и теплоносителя (не оказано), необходимо предусматривать режимные створы наблюдательных скважин, по которым пробы состояния грунтовых вод на данной территории орошения (осушения) во время эксплуатации будут отбираться. Питание грунтовых вод происходит за счет таяния снега и атмосферных осадков и за счет дождевания орошаемой культуры.It should be noted that along the boundaries of the area developed for heating by a solar device, made by a heating system using compressed air and a heat carrier (not provided), it is necessary to provide regime sections of observation wells, along which samples of the state of groundwater in this irrigation (drainage) territory will be taken during operation. Groundwater is fed by melting snow and precipitation and by sprinkling the irrigated crop.
На втором этапе освоения поля состоит из двух подземных трубопроводов, укладка которых выше дренажной сети, где укладка основного перфорированного трубопровода 10 большого диаметра заглубляют не более чем на 40-70 см (согласно изобретения), внутри которого размещают перфорированный трубопровод 11 малого диаметра, производят во время строительства дренажной сети, которые отдельными звеньями укладывают из полиэтиленового материала, отверстия 12 и 13, выполненных на верхней части, которые размещены по наружному диаметру трубопроводов 10 и 11 так, что обеспечивают выход воздуха вверх в грунт. При этом основной трубопровод 10 является своего рода защитным кожухом, в который помещен дополнительный перфорированный трубопровод 11 с перфорацией с отверстиями 12 и 13. При этом перфорированный трубопровод 10 большого диаметра дополнительно обматывают воздухопроницаемым материалом из геотекстиля, или по варианту выполнения, в место этого, сверху засыпают гранитным щебнем (ниже описан процесс технологии выполнения строительства). Затем концы всех трубопроводов соединяют между собой и получают заданную длину трассы по укладке трубопровода выше дренажных труб над уровнем грунтовых вод (не показан).At the second stage of development of the field consists of two underground pipelines, the laying of which is above the drainage network, where the laying of the main
Воздухопроводящая труба 14 для подачи теплого сжатого воздуха от импеллера 15 с соплом 16 с эжектором, включает активное сопло 17, камеру 18. Далее камеру 18 выполняют через диффузор, имеющего входной суженный участок 19 (горловина), выходной, участок которого соединяют со второй расширенной камерой 20 и под углом ее соединяют с перфорированным трубопроводом 11 малого диаметра.The air-conducting
Воздухопроводящая труба 14 связана для отбора и подачи теплого сжатого воздуха с помощью работы импеллера 15 с соплом 16 (двигатель не показан), направленный в сторону первой камеры 18. Перфорированный трубопровод 11 малого диаметра и присоединенный к нему воздухопроводящая труба 14 через камеру 18 сообщаются с помощью обратного клапана 21. Труба-впуска 14 (воздухопроводящая труба), таким образом, оборудована регулятором 22 расхода сжатого воздуха. Устройство импеллера 15 с соплом 16 установлено с подачей для принудительной циркуляции теплого воздуха в подпочвенный грунт на глубине от 40 до 70 см от поверхности земли, в результате чего возможно регулирование температурного режима и может располагаться в почве, а также косвенный контроль за работой устройства (за температурой и равномерностью обогрева почвы), ведется путем замера температуры поверхностного слоя почвы, который может производиться вручную - инфракрасным пирометром, или при помощи дрона (беспилотного летательного аппарата) с тепловизором и системой передачи сигналов, а при больших площадях наиболее перспективно использование системы ГЛОНАСС (не показано). Из уровня техники известны беспилотные аппараты (RU № 2793711 от 04.04.2023; RU № 2810956 от 09.01.2024; RU № 221352 от 01.11.2023). Кроме того, в случае применения датчика давления воздуха в ручном режиме, его дополнительно подсоединяют к градуированной шкале (прибор учета давления воздуха может быть выполнен различной конструкции).The air-conducting
Пример 3. Конкретное выполнение по укладке дренажных трубопроводов. Метод осушения на участке понижения уровня грунтовых вод и организация отвода воды производится закрытым дренажом из пластмассовых труб диаметром 63 мм, обернутых водопроницаемым геотекстилем с заполнением сверху гранитным щебнем фракции не менее 20 мм и не более 70 мм дренирующих слоев дренажной системы, в нашем случае площадь участка составила около 300 га.Example 3. Specific implementation of laying drainage pipelines. The method of drainage in the area of lowering the groundwater level and the organization of water drainage is carried out by closed drainage from plastic pipes with a diameter of 63 mm, wrapped in water-permeable geotextile with filling on top with granite crushed stone of a fraction of at least 20 mm and no more than 70 mm of drainage layers of the drainage system, in our case the area of the site was about 300 hectares.
Пример 4. Укладка в грунт (траншею) большого трубопровода 10 с малым трубопроводом 11 внутри него, причем основной большой в диаметре трубопровод 10 выполняют обернутым в материал однослойный воздухопроницаемый геотекстиль, который является новым перспективным, и он используется во многих отраслях сельского хозяйства и т.д. Кроме того, по варианту выполнения перфорированный трубопровод 10 возможно засыпать также гранитным щебнем отдельно, согласно выше указанной технологии по строительству дренажа, в результате чего сжатый воздух частично гасится о возникшее сопротивление в виде гранитной засыпки щебнем, и теплый воздух равномерно поступает вверх с малой скоростью, обогревая почву. Затем засыпают сверху вынутым грунтом канала (траншеи).Example 4. Laying a
Материал геотекстиль имеет небольшой вес - можно разрезать обычными ножницами, позволяет выдерживать эксплуатационные нагрузки: тонкий материал плотностью - 100 г/м2, более толстый материал - 600 г/м2.Geotextile material is lightweight - it can be cut with regular scissors and can withstand operational loads: thin material with a density of 100 g/ m2 , thicker material - 600 g/ m2 .
Долговечность геотекстиля - устойчив к воздействию кислот, щелочей и других агрессивных веществ, содержащихся в почве. Синтетические волокна не подвержены гниению, им не страшна влага, ни мороз, ни жара, ни солнечные лучи.Durability of geotextiles - resistant to acids, alkalis and other aggressive substances contained in the soil. Synthetic fibers are not subject to decay, they are not afraid of moisture, frost, heat or sunlight.
Материал геотекстиль экологичен, не выделяет вредных веществ в процессе эксплуатации, безопасно для окружающей среды. Сроку использования не менее 30 лет. Необходимо отметить, что его укладка проста, не требует специальных навыков в производстве данного объекта солнечной радиации на мелиорируемых землях, он более прочен для возможного порыва в сравнении с обычной пленкой, т.е. обладает высокой прочности и сократить сроки укладки тепловоздушных трубопроводов с обогревом подпочвенного слоя полей. Сварка полотен геотекстиля также может осуществляться краев между собой контактно-тепловым способом с использованием специально сварочного оборудования заранее на земле (полигоне) - (оно известно). При этом сварные швы могут выполняться также экструзионным способом с использование расплавленного полиэтиленового прутика. Все это в целом удешевляет строительство при укладке в грунт трубопроводов в целом при монтаже на мелиорируемых землях Беларуси.Geotextile material is environmentally friendly, does not emit harmful substances during operation, is safe for the environment. The service life is not less than 30 years. It should be noted that its installation is simple, does not require special skills in the production of this solar radiation object on reclaimed lands, it is more durable for a possible rupture in comparison with a conventional film, i.e. has high strength and reduces the time of laying hot-air pipelines with heating of the subsoil layer of fields. Welding of geotextile sheets can also be carried out between the edges by a contact-heat method using special welding equipment in advance on the ground (test site) - (it is known). In this case, welded seams can also be performed by extrusion using a molten polyethylene rod. All this generally reduces the cost of construction when laying pipelines in the ground as a whole during installation on reclaimed lands of Belarus.
В месте расположения вертикальной воздухопроводящей трубы 14 (труба-впуска) для подачи сжатого теплого воздуха, с присоединением к источнику излучения солнечной радиации теплоизолированного корпуса 23 со светопрозрачной крышкой 24, корпус с торца который соединен с концом устройства дополнительно размещения удлиненным в продольном сечении закрытым коническим переходным участком 25 для размещения внутри его импеллера 15 и отсоса сжатого воздуха (втягивания воздуха во внутрь его корпуса теплого воздуха), сопло 16 которого присоединено к трубе-впуска 14; далее давление теплого воздуха открывает обратный клапан 21, повышается давление воздуха в камере 18. Поступление теплого сжатого воздуха может фиксироваться прибором датчика давления воздуха со шкалой показателей его для почвы (не показан), а также другими устройствами измерения, описанными выше.In the location of the vertical air-conducting pipe 14 (inlet pipe) for feeding compressed warm air, with connection to the solar radiation source of the heat-insulated
Возможно управлять работой импеллера 15 с соплом 16, уменьшая при этом поступление сжатого воздуха, за счет регулирования его оборотов при заданной мощности применяемого двигателя (на чертеже не показано для упрощения), или регулятором 22 впуска воздуха.It is possible to control the operation of the
Естественно, что взаимосвязь элементов с трубопроводами 10 и 11 с теплопроводящими тепло обогрева подпочвенного слоя полей при создании солнечного излучения и с сверху с теплоизолирующим корпусом 23 в период строительства мелиорируемого объекта позволяют без больших затрат труда и средств осуществлять регулярную принудительную прямолинейную схему циркуляции теплого воздуха с постоянным поддержания давления в трубопроводах 10 и 11, закрытых (обмотанных), например, воздухопроницаемым материалом из геотекстиля (не показан), в частности для аэрации почвы с тепловой мелиорации, или с насыпью гранитного щебня указанного выше, который способствует частичному гашению выхода сжатого воздуха (в виде затухающего процесса) заполнения толщи подпочвенного горизонта грунта, соответственно защищает сверху от завала отверстий грунта, более мелкими частицами. Достоверность результатов эксплуатации тепловой мелиорации сопровождается известными описанными выше показаниями косвенного контроля за работой устройства в целом.Naturally, the interconnection of the elements with the
Замкнутые солнечные контура в теплоизолированном корпусе 23 имеют трехслойные алюминиевые листы с секциями 26 (количество их может быть не менее двух), корпус которого присоединен к удлиненному переходному участку 25 с импеллером 15, соплом 16 для отсоса теплого воздуха в сторону воздухопроводящей трубы 14.Closed solar circuits in a heat-insulated
Таким образом, теплообменный элемент в виде теплопоглощающих аллюминевых листов с секциями 26 для подачи воздуха путем отсоса его конструкцией импеллера 15 с соплом 16, в сторону воздухопроводящей трубы 14, далее в сторону подпочвенного обогрева слоя почвы с расположением на глубине от 40 до 70 см перфорированных труб 10 и 11 с отверстиями, обеспечивают оптимальную и надежную эксплуатацию.Thus, the heat exchange element in the form of heat-absorbing aluminum sheets with
Принцип работы способа для обогрева почвы от энергии солнечной радиации в условиях юго-западной части Беларуси основан на распределении сжатого потока воздуха в перфорированных трубах прямолинейно с возможностью работы солнечного коллектора вместе с сочленения его с импеллером с соплом и с перфорированными трубопроводами с отверстиями, закрытых сверху, например, материалом из воздухопроницаемого геотекстиля. При этом находящийся в системе воздух нагревается солнечной энергии и по перфорированному трубопроводам 10 и 11 поступает в толщу почвы (аэрация) для подачи тепла грунту в сторону выращиваемых культур с удобрениями.The principle of operation of the method for heating the soil from solar radiation energy in the conditions of the southwestern part of Belarus is based on the distribution of compressed air flow in perforated pipes in a straight line with the possibility of operating a solar collector together with its joint with an impeller with a nozzle and with perforated pipelines with holes, closed from above, for example, with a material made of air-permeable geotextile. In this case, the air in the system is heated by solar energy and through
Пример 5. Следует отметить теоретическую часть подачи теплоносителя (теплого воздуха) в трубопроводы 10 и 11, в том, что расположения отверстий с одинаковым шагом в них зависит от диаметра отверстий перфорации и от их расположения по длине определяется как где d(x) - зависимость диаметра отверстий от их местоположения; d - диаметр перфорации трубопровода теплоносителя; u(х) - зависимость относительной скорости воздушного теплого воздуха, поступающего от солнечного излучения теплоизолированного корпуса 23 в сторону работы импеллера 15 с соплом 16 вдоль трубопроводов 10 и 11; n - количество отверстий. Можно отметить, что предлагаемый способ конструкции устройства выгодно отличает от известных аналогов, в том числе и от прототипа.Example 5. It should be noted that the theoretical part of the supply of coolant (warm air) to
Таким образом, с помощью подачи импеллера 15 с соплом 16 при снятии тепла, исходящей от солнечной активной радиации с поглощающими алюминиевыми листами в секциях корпуса, по системе непрерывно поступает теплый воздух в грунт, что позволяет извлечь максимальный результат для нагрева почвы, а также для предотвращения промерзания, обогреваемый грунт, при этом дополнительно сверху поверхность почвы имеет эффект отражения за счет применения черных удобрений в виде внесенных в почву обработанных термическим способом гранул куриного или индюшиного помета с внесение их в почву в норме от 4 до 6 т/га на глубину заделки в почву дисковыми боронами в слой почвы 8-10 см, т.е. в подпочвенный слой. При этом органические удобрения в виде термически обработанных гранул обладают также ярко выраженным последствием в течение 2-3 лет после внесения, затем разлагаться в почве в период вегетации растений. Это объясняется тем, что полезные вещества освобождаются постепенно. Отсюда следует, что установление оптимальных норм удобрения при органической системе удобрения, применение которой дает максимальную агрономическую и экономическую эффективность, определяет их влияние на агрофизические свойства и агрохимические показатели на данной почве.Thus, with the help of the feed of the
Кроме того, из уровня техники известен дрон с надувным элементом (RU № 22370 от 22.11.2024), применение которого, также может обеспечить разбрасывание удобрений в виде гранул при обработке вспаханного поля с последующей заделкой в почву дисковыми боронами в слой почвы на глубину 8-10 см.In addition, a drone with an inflatable element is known from the prior art (RU No. 22370 dated 22.11.2024), the use of which can also ensure the spreading of fertilizers in the form of granules when cultivating a plowed field, followed by incorporation into the soil with disc harrows into a soil layer to a depth of 8-10 cm.
В результате полученные термически обработанные гранулы известными техническими операциями, гранулы удобрения внесения вразброс имеют следующий химический состав: массовая доля влаги - 24%, pHKCJ - 5,97, зольность - 17%, массовая доля органического вещества (в пересчете на углерод) - 41%, массовая доля общего азота (в пересчете на сухое вещество) - 5,9%, массовая доля фосфора (в пересчете на сухое вещество) - 5,5%, массовая доля общего калия (в пересчете на сухое вещество) - 2,9%, содержание серы - 989,1 мг/кг, бора - 23,7 мг/кг, цинка - 560, 6 мг/кг, марганца - 830,3 мг/кг, железа - 246,1 мг/кг, меди - 787,5 мг/кг, селена - 762,8 мг/кг.As a result, the obtained heat-treated granules by known technical operations, the fertilizer granules for broadcast application have the following chemical composition: moisture content - 24%, pH KCJ - 5.97, ash content - 17%, organic matter content (in terms of carbon) - 41%, total nitrogen content (in terms of dry matter) - 5.9%, phosphorus content (in terms of dry matter) - 5.5%, total potassium content (in terms of dry matter) - 2.9%, sulfur content - 989.1 mg / kg, boron - 23.7 mg / kg, zinc - 560, 6 mg / kg, manganese - 830.3 mg / kg, iron - 246.1 mg / kg, copper - 787.5 mg / kg, selenium - 762.8 mg/kg.
Таким образом, сочетание всех элементов питания данного изобретения, удается получить положительное влияние на почву и растения при комплексном использовании обогрева под почвенного слоя грунта с использованием влияния при помощи солнечного излучения, предназначенного для сельского хозяйства в местах возделывания сельскохозяйственных растений, т.е. в целом эффективно действующим распределения теплоносителя воздуха и регулируемой системой распределения теплоносителя воздуха и регулируемой системой распределения потока воздуха в данном режиме, исключающих перегрев почвы. При этом количество воздуха, подаваемого в единицу времени, изменяется в зависимости от плотности почвы и глубины обработки, аэрирует и насыщает ее воздухом с расширением под почвой.Thus, the combination of all the power elements of the present invention, it is possible to obtain a positive effect on the soil and plants with the complex use of heating under the soil layer using the influence of solar radiation, intended for agriculture in places of cultivation of agricultural plants, i.e. in general effectively operating distribution of the air coolant and the adjustable system of distribution of the air coolant and the adjustable system of distribution of the air flow in this mode, excluding overheating of the soil. In this case, the amount of air supplied per unit of time changes depending on the density of the soil and the depth of processing, aerates and saturates it with air with expansion under the soil.
При прохождении воздуха под давлением через перфорированные трубопроводы 10 и 11 отсутствует накопление конденсата в сравнение, если применять известным способом по схеме с вытяжными патрубками, накрытые сверху светопропускаемым экраном с имеющими водопропускными отверстиями наклонной трубой и вертикальной трубой при расположении выше уровня грунтовых вод, при расположении их в зоне стояния грунтовых вод с кротовинами, где проводят дополнительные элементы перекрытия для нагрева стенок кротовины (потери тепла).When air passes under pressure through
Следует отметить, что косвенный контроль за работой системы устройства (за температурой и равномерностью обогрева поля), ведется путем замера температуры поверхностного слоя почвы, который может производиться вручную - индикаторным пирометром или при помощи современных устройств в виде применяемых дронов (беспилотного летательного аппарата) с тепловизором и системой передачи сигналов, а при больших площадях наиболее перспективно использование системы ГЛОНАСС.It should be noted that indirect control over the operation of the device system (temperature and uniformity of field heating) is carried out by measuring the temperature of the surface layer of the soil, which can be done manually - with an indicator pyrometer or with the help of modern devices in the form of drones (unmanned aerial vehicles) with a thermal imager and a signal transmission system, and for large areas, the most promising is the use of the GLONASS system.
Кроме того, следует отметить, способ плодородия почвы для сельскохозяйственных культур и получение экологически безопасной продукции, а также снижения применения минеральных удобрений еще не достаточно, удобрение, которое в толще почвы необходимо для питания растений. Поэтому авторы предложения предлагают вносить в почву сниженные дозы органических удобрений после уборки ранних культур осенью перед выпадением снега, при этом используют удобрения термически обработанного куриного или индюшиного помета в виде полученных гранул, которые удобряют мелиорируемое поле.In addition, it should be noted that the method of soil fertility for agricultural crops and obtaining environmentally friendly products, as well as reducing the use of mineral fertilizers is not enough yet, fertilizer, which is necessary in the thickness of the soil for plant nutrition. Therefore, the authors of the proposal suggest introducing reduced doses of organic fertilizers into the soil after harvesting early crops in the fall before snowfall, while using fertilizers of heat-treated chicken or turkey manure in the form of granules obtained, which fertilize the reclaimed field.
Пример 6. Органическое вещество помета (основная часть сухого вещества этого удобрения в виде гранул) улучшает структуру почвы, ее водный и воздушный режимы, физико-химические и химические свойства (например, увеличивает емкость поглощения и степень насыщенности почвы основаниями). Степень влияния пометных удобрений на агрономические свойства почвы зависит от дозы внесения, культуры под которую они вносятся и длительности применения.Example 6. The organic matter of manure (the main part of the dry matter of this fertilizer in the form of granules) improves the structure of the soil, its water and air regimes, physicochemical and chemical properties (for example, it increases the absorption capacity and the degree of saturation of the soil with bases). The degree of influence of manure fertilizers on the agronomic properties of the soil depends on the application rate, the crop for which they are applied and the duration of use.
Другим важным фактором является то, что дополнительно являются отражающим солнечную радиацию в тепловой мелиорации почв в севообороте культур и освобождение при таянии снежного покрова в виде затемненного материала в почве. Образуется дополнительно теплоизолирующий слой. Для транспортировки с помощью определенной техники производят разброс готового продукта на поле. Например, разбрасыватели удобрений РУМ-8. Возможно применение дронов (беспилотного летательного аппарата) - это современная техника. Гранулирование удобрений представляет собой приготовление известного устройства плоскоматричного гранулятора (термически обработанного куриного или индюшиного помета). Здесь не приводится его устройство, так как не является задачей его описания и принципа работы. Однако следует отметить, что максимальный размер частиц достигает 8-10 см. Гранулы выходят из пресса имеют высокую температуру и непрочны, поэтому они транспортируются в охладитель (не показан). Здесь в слой гранул вентилятором подается воздух, который охлаждает гранулы и одновременно отсасывает часть не гранулированной муки в циклон. В процессе охлаждения влажность гранул уменьшается за счет испарения влаги и в гранулах происходит физико-химические процессы.Another important factor is that they additionally reflect solar radiation in the thermal melioration of soils in crop rotation and release during the melting of snow cover in the form of a darkened material in the soil. An additional heat-insulating layer is formed. For transportation, the finished product is scattered on the field using certain equipment. For example, fertilizer spreaders RUM-8. It is possible to use drones (unmanned aerial vehicles) - this is modern equipment. Granulation of fertilizers is the preparation of a known device of a flat-matrix granulator (heat-treated chicken or turkey manure). Its device is not given here, since it is not the task of its description and operating principle. However, it should be noted that the maximum particle size reaches 8-10 cm. The granules exit the press at a high temperature and are fragile, so they are transported to a cooler (not shown). Here, air is supplied to the granule layer by a fan, which cools the granules and simultaneously sucks out some of the non-granulated flour into a cyclone. During the cooling process, the moisture content of the granules decreases due to moisture evaporation and physical and chemical processes occur in the granules.
В результате они приобретают необходимую твердость, влажность и температуру. После этого гранулы поступают на сортировку, где происходит отделение кондиционных гранул и отделения от крошки. Далее гранулы загружают в заполненные мешки и транспортируют на склад производства. В результате чего гранулы приобретают влажность 13-14% в твердом состоянии при температуре нагрева 70-80°С в процессе времени 60-80 мин, соответственно получение гранул получают под прессом с давлением 60 МПа в гранулы. Производительность такого устройства может достигать за 1 час работы до 1000 кг гранул.As a result, they acquire the required hardness, humidity and temperature. After this, the granules are sent to sorting, where the conditioned granules are separated from the crumbs. Then the granules are loaded into filled bags and transported to the production warehouse. As a result, the granules acquire a humidity of 13-14% in a solid state at a heating temperature of 70-80 ° C in the process of 60-80 minutes, respectively, the granules are obtained under a press with a pressure of 60 MPa into granules. The productivity of such a device can reach up to 1000 kg of granules per hour of operation.
Следует также отметить важный фактор, что при возделывании сельскохозяйственных культур, тракторные агрегаты воздействуют на почву не одинаково - на одних участках проходят по одному разу, на других по несколько раз, имеются участки, на которые интенсивно воздействуют уборочные и транспортные агрегаты, а на отдельные - только почвообрабатывающие агрегаты. Поэтому плотность почвы характеризуется большой неравномерностью, она изменяется по пути следования агрегата для разрыхления почвы в широких пределах, а значит, это связано с количеством подаваемого воздуха в единицу времени с плотностью почвы и с глубиной обработки. Отсюда еще возникает другая важная задача - повышение эффективности использования энергии теплого сжатого воздуха на выполнение полезной работы по аэрации и насыщения почвы теплым воздухом путем изменения количества воздуха, подаваемого под почву через уложенные трубопроводы в единицу времени, при изменении плотности почвы и глубины обработки за счет режима работы импеллера с соплом, подаваемого под давлением количество сжатого воздуха (расход), расход уменьшают при снижение плотности почвы и глубины обработки и увеличивают при повышении плотности и глубины обработки почвы, при этом происходит аэрация и насыщение ее теплым воздухом, зависимой также и конструкцией уложенных двух трубопроводом совместно с отверстиями с покрытием сверху материала, где реакция почвы чувствительна к изменениям в целом, а значит, это учитывается регулированием работы импеллера с соплом.It should also be noted that an important factor is that when cultivating agricultural crops, tractor units affect the soil differently - they pass through some areas once, through others several times, there are areas that are intensively affected by harvesting and transport units, and some - only by soil-cultivating units. Therefore, the soil density is characterized by great unevenness, it changes along the path of the unit for loosening the soil within wide limits, and therefore, this is due to the amount of air supplied per unit of time with the soil density and the depth of cultivation. From here another important task arises - increasing the efficiency of using the energy of warm compressed air to perform useful work on aeration and saturation of the soil with warm air by changing the amount of air supplied under the soil through the laid pipelines per unit of time, with a change in the density of the soil and the depth of processing due to the operating mode of the impeller with a nozzle, the amount of compressed air supplied under pressure (consumption), the consumption is reduced with a decrease in the density of the soil and the depth of processing and is increased with an increase in the density and depth of soil processing, in this case aeration and saturation with warm air occurs, also dependent on the design of the laid two pipelines together with holes with a coating on top of the material, where the reaction of the soil is sensitive to changes in general, and therefore, this is taken into account by adjusting the operation of the impeller with a nozzle.
Как уже было отмечено выше, исследования ученых показывают, что в последние годы частота и количество засух наряду с экстремальными температурными связано с условиями засухи во всем мире, поскольку более сухая почва во время волн тепла повышает температуру земной поверхности. Следовательно, засуха и волны тепла тесно связаны между собой и имеют высокую вероятность возникновения одновременно с усилением воздействия по отношению к отдельным климатическим опасностям. Применение в сельском хозяйстве - это экология и инженерия. Разработка может быть использована для адаптации растений к изменениям климата. Тепловая мелиорация, которую можно создавать с учетом повышенной температуры, при учащении засух и изменений в осадках. Это как следствие, позволяет создавать более устойчивые сельскохозяйственные системы, способные адаптироваться к экстремальным условиям. Как уже отмечалось, в связи с применением термически обработанных гранул удобрений, с почвенным поглощением солнечных лучей и с учетом аэрации почвы, все это в комплексе способствует водопроницаемой структуры почвы, а значит и обеспечивает весной ускорение работы дренажной системой отведение излишек талых вод в глубину почвенного слоя и достижение почвой состояния физической спелости на всей площади поля равномерно, т.е. выравнивание процессов стоков воды с поверхности поля и применения тепловой мелиорации с достижением почвой состояния физической спелости в ранней стадии по всей площади, что дает возможность своевременно (до засухи) провести весенние полевые работы.As noted above, research by scientists shows that in recent years the frequency and number of droughts along with extreme temperatures are associated with drought conditions worldwide, as drier soil during heat waves increases the temperature of the earth's surface. Therefore, drought and heat waves are closely related and have a high probability of occurring simultaneously with an increase in the impact in relation to individual climate hazards. Application in agriculture is ecology and engineering. The development can be used to adapt plants to climate change. Thermal melioration, which can be created taking into account elevated temperatures, more frequent droughts and changes in precipitation. As a result, this allows for the creation of more resilient agricultural systems that can adapt to extreme conditions. As already noted, in connection with the use of thermally treated fertilizer granules, with soil absorption of sunlight and taking into account soil aeration, all this together contributes to the permeability of the soil structure, and therefore ensures acceleration of the drainage system in the spring, the removal of excess melt water into the depth of the soil layer and the achievement of the state of physical maturity by the soil over the entire area of the field uniformly, i.e. the alignment of the processes of water runoff from the surface of the field and the use of thermal melioration with the achievement of the state of physical maturity by the soil at an early stage over the entire area, which makes it possible to carry out spring field work in a timely manner (before drought).
Таким образом, необходимо учитывать основные гидрологические показатели: глубину залегания грунтовых вод на конкретном мелиорируемом поле, продолжительность стояния талых вод, состояние почвы, влажность почвы, соответственно 70-80% НВ и влажность разрыву капилляров. Кроме того, следует принимать во внимание рельеф местности, крутизну и направленность уклона поля.Thus, it is necessary to take into account the main hydrological indicators: the depth of groundwater on a specific reclaimed field, the duration of melt water standing, the condition of the soil, soil moisture, respectively 70-80% HB and moisture to break capillaries. In addition, it is necessary to take into account the terrain, steepness and direction of the field slope.
Пример 7. Зяблевую вспашку проводят по сухому полю, на котором вносят вразброс органическое удобрение в норме от 4 до 6 т/га за один проход агрегатора, затем заделывают в почву дисковыми боронами в слой почвы 8-10 см, в подпочвенный слой которые также снабжают его двумя подземными трубопроводами, один из которых перфорированный трубопровод малого диаметра, по которому подается сжатый теплый воздух, связанный с солнечным коллектором с импеллером с соплом. Малый трубопровод с отверстиями помещен во внутрь основного трубопровода большого диаметра с отверстиями, выполняющего роль и защитного кожуха. Увеличение только температуры почвы на один градус может увеличить урожайность на 6% (без учета внесения органических удобрений в виде гранул) на землях в условиях Беларуси, кроме того, ежегодно накапливать тепло в грунте под почвой, снижая неблагоприятные влияние погоды на урожайность сельскохозяйственных культур.Example 7. Autumn plowing is carried out on a dry field, on which organic fertilizer is applied randomly at a rate of 4 to 6 t/ha per pass of the aggregator, then embedded in the soil with disc harrows in a soil layer of 8-10 cm, in the subsoil layer which is also supplied with two underground pipelines, one of which is a perforated small-diameter pipeline through which compressed warm air is supplied, connected to a solar collector with an impeller with a nozzle. A small pipeline with holes is placed inside the main large-diameter pipeline with holes, which also acts as a protective casing. An increase in soil temperature by one degree alone can increase crop yields by 6% (excluding the introduction of organic fertilizers in the form of granules) on lands in the conditions of Belarus, in addition, annually accumulate heat in the soil under the soil, reducing the adverse effects of weather on crop yields.
Следует отметить, что в холодный период года уровень грунтовых вод понижается, и приток воды в открытый коллектор уменьшается, т.е. меньше эксплуатационного, при этом, использование перфорированных трубопроводов с отверстиями в подпочвенном грунте связаны с устройством солнечного излучения, расположенным снаружи, что обеспечивает поступление теплого воздуха постоянно (исключает практически остановку работы импеллера, настроенного на определенный режим), соответственно связь с регулированием уровня грунтовых вод снижается, а значит, повышается надежность работы устройства в целом. Почва постепенно прогревается в холодный период, тем самым весной перед наступлением положительной температуры воздуха, почва достигает состояния физической спелости для весенних полевых работ и посева культур в ранние сроки.It should be noted that in the cold period of the year the groundwater level decreases, and the water inflow into the open collector decreases, i.e. less than the operational one, while the use of perforated pipelines with holes in the subsoil is associated with a solar radiation device located outside, which ensures the constant flow of warm air (it practically eliminates the stop of the impeller, set to a certain mode), respectively, the connection with the regulation of the groundwater level is reduced, and therefore, the reliability of the device as a whole increases. The soil gradually warms up in the cold period, thus in the spring before the onset of positive air temperature, the soil reaches a state of physical maturity for spring field work and sowing crops in early terms.
Приведенные примеры наглядно демонстрируют преимущества заявляемого комплексного способа, и расширяет инновационные приемы экологически чистых высокопродуктивных технологий в тепловой мелиорации.The examples provided clearly demonstrate the advantages of the proposed integrated method and expand innovative techniques of environmentally friendly, highly productive technologies in thermal melioration.
Технический результат, достигаемый заявленным способом и его устройствами, заключается в расширении функциональных возможностей и инновационных приемов в области использования для обогрева почвы, а также повышении его энергоэффективности и надежности за счет конструктивного усовершенствования солнечного коллектора и грунтового теплообменника, использования в качестве теплоносителя сжатого воздуха с подачей импеллером и регулируемой системы распространения потока воздуха в режиме, исключающем перегрев почвы, позволяет повысить существенно урожайность культур в почвенно-климатических условиях в Республике Беларусь, кроме того, снизить существенно материальные затраты и норму внесения органических удобрений, что ведет к уменьшению антропогенной нагрузки на окружающую среду.The technical result achieved by the claimed method and its devices consists in expanding the functional capabilities and innovative techniques in the field of use for heating the soil, as well as increasing its energy efficiency and reliability due to the structural improvement of the solar collector and ground heat exchanger, using compressed air supplied by an impeller as a heat carrier and an adjustable air flow distribution system in a mode that eliminates overheating of the soil, allows to significantly increase the crop yield in the soil and climatic conditions in the Republic of Belarus, in addition, to significantly reduce material costs and the rate of application of organic fertilizers, which leads to a decrease in the anthropogenic load on the environment.
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2835961C1 true RU2835961C1 (en) | 2025-03-06 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001258405A (en) * | 2000-03-23 | 2001-09-25 | Rajiant:Kk | Soil warming method and house cultivation equipment used for it |
| RU2600684C1 (en) * | 2015-07-06 | 2016-10-27 | Юрий Анатольевич Мажайский | Method of creating lawn turf with soil heated |
| RU2651276C1 (en) * | 2017-07-04 | 2018-04-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Soil heating device |
| RU2716572C1 (en) * | 2019-04-23 | 2020-03-12 | Викторий Данилович Девяткин | Devyatkin solar heating of subsoil in high groundwater level |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001258405A (en) * | 2000-03-23 | 2001-09-25 | Rajiant:Kk | Soil warming method and house cultivation equipment used for it |
| RU2600684C1 (en) * | 2015-07-06 | 2016-10-27 | Юрий Анатольевич Мажайский | Method of creating lawn turf with soil heated |
| RU2651276C1 (en) * | 2017-07-04 | 2018-04-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Soil heating device |
| RU2716572C1 (en) * | 2019-04-23 | 2020-03-12 | Викторий Данилович Девяткин | Devyatkin solar heating of subsoil in high groundwater level |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hatibu et al. | Rainwater harvesting technologies for agricultural production: A case for Dodoma, Tanzania | |
| US10561082B2 (en) | Subsurface barrier retention system and methods related thereto | |
| Kathuli et al. | In-situ soil moisture conservation: utilisation and management of rainwater for crop production | |
| Li | Soil and water conservation in arid and semi-arid areas: the Chinese experience | |
| RU2247487C2 (en) | Method for creating of plantation plots | |
| RU2835961C1 (en) | Method of heating soil from energy of solar radiation in conditions of south-western part of belarus | |
| CN113557816B (en) | Desert mechanized planting method | |
| JP2015223177A (en) | Water-retaining planter | |
| Jafari et al. | Management of water resources | |
| Adams et al. | Water requirements of some selected crops in Tono irrigation area | |
| Stobdan | Plasticulture in cold arid horticulture | |
| RU2813927C1 (en) | Method for complex controlled hydro-reclamation of soil in agricultural landscape using ponds-digging in conditions of south-western part of belarus | |
| Sarkar | Fertigation and irrigation management systems of vertical gardens and green roofs | |
| Adhikari et al. | Dugout farm pond-A potential source of water harvesting in deep black soils in Deccan plateau region | |
| CN213152830U (en) | Agricultural ecological sand control system | |
| RU2821919C1 (en) | Method of growing forest belts on sandy soils with shallow occurrence of salty groundwater and system for its implementation | |
| RU2761875C1 (en) | Method for controlled soil hydromelioration in agricultural landscape in humid climate with intensive farming | |
| Hakizimana | PERFORMANCE EVALUATION OF CENTER PIVOT IRRIGATION SYSTEM AT MAMPRUGU MUADURI DISTRICT IN NORTH EAST REGION OF GHANA | |
| Visser | Some results of subirrigation in the Ijsselmeer polders in the Netherlands. | |
| Maslov | Drainage of farmlands | |
| Babaev et al. | Reclamation of sands by crop cultivation near oases in Turkmenistan | |
| CN112425304A (en) | Method for planting crops in desert | |
| DG et al. | WATER HA, RVESTING ON A YELLOW-GREY EARTH | |
| Evans et al. | Soil Moisture | |
| CN114071991A (en) | Infiltrator device |