Способ интенсификации восстановления почвенно-растительного покрова нарушенных склонов

Название	Способ интенсификации восстановления почвенно-растительного покрова нарушенных склонов
Разработчик (Авторы)	Пыстина Наталья Борисовна, Унанян Константин Левонович, Наполов Олег Борисович
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2717503
Дата регистрации	23.03.2020
Правообладатель	Публичное акционерное общество "Газпром"
Область применения (класс МПК)	B09C 1/00 (2006.01) A01C 14/00 (2006.01) E01C 7/36 (2006.01) E02D 17/20 (2006.01)

Описание изобретения

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.

Формула изобретения

1. Способ интенсификации восстановления почвенно-растительного покрова нарушенных склонов, в котором 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.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в трубки подается принудительный поток атмосферного воздуха.

Изобретение "Способ интенсификации восстановления почвенно-растительного покрова нарушенных склонов" (Пыстина Наталья Борисовна, Унанян Константин Левонович, Наполов Олег Борисович) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога