RU2726649C2 - Method of maintaining optimal soil temperature in desert and semi-desert conditions for life support of plants and microorganisms - Google Patents
Method of maintaining optimal soil temperature in desert and semi-desert conditions for life support of plants and microorganisms Download PDFInfo
- Publication number
- RU2726649C2 RU2726649C2 RU2018140737A RU2018140737A RU2726649C2 RU 2726649 C2 RU2726649 C2 RU 2726649C2 RU 2018140737 A RU2018140737 A RU 2018140737A RU 2018140737 A RU2018140737 A RU 2018140737A RU 2726649 C2 RU2726649 C2 RU 2726649C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- soil
- temperature
- horizon
- heat
- deserts
- Prior art date
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 101
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 244000005700 microbiome Species 0.000 title claims abstract description 16
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 17
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 claims description 6
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims description 6
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 3
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 claims 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 abstract 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 7
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 3
- 238000009331 sowing Methods 0.000 description 3
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 3
- 230000005068 transpiration Effects 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 2
- 238000003971 tillage Methods 0.000 description 2
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
- A01G7/00—Botany in general
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
- A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
- A01G9/24—Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
- Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
- Y02A40/25—Greenhouse technology, e.g. cooling systems therefor
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Botany (AREA)
- Ecology (AREA)
- Forests & Forestry (AREA)
- Greenhouses (AREA)
- Cultivation Of Plants (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к сельскому хозяйству, к способам обработки почвы в сельском хозяйстве, а именно к способам поддержания оптимальной температуры почв для восстановления экосистемы в пустынях и полупустынях для жизнеобеспечения растений и микроорганизмов, для выращивания сельскохозяйственных культур и лесных насаждений.The invention relates to agriculture, to methods of soil cultivation in agriculture, and in particular to methods of maintaining the optimum soil temperature for ecosystem restoration in deserts and semi-deserts for the life support of plants and microorganisms, for growing crops and forest plantations.
Почва в пустыне плохо удерживает влагу, т.к. при высоких температурах увеличивается расход влаги на транспирацию растений и физическое испарение. Так под воздействием солнечной радиации в пустынях почва на глубине до 0,5 м, где размещается корневая система растений, прогревается до 70-80°С, корни растений слабо приживаются даже при интенсивном орошении, т.к. влага быстро испаряется. В ночное время воздух над поверхностью земли охлаждается до 1-10°С. Пояс постоянной температуры - уровень Земли, температура которого равна среднегодовой температуре данной местности. Глубина расположения пояса постоянных температур в различных районах колеблется от первых метров до 20-30 м (Короновский Н.В., Якушева А.Ф. "Основы Геологии", М., 1991). Среднегодовая температура у поверхности земли в пустынях варьируется в пределах 13-15°С.The soil in the desert does not retain moisture well; at high temperatures, the consumption of moisture for plant transpiration and physical evaporation increases. So, under the influence of solar radiation in deserts, the soil at a depth of up to 0.5 m, where the root system of plants is located, warms up to 70-80 ° C, the roots of plants take root weakly even with intensive irrigation, because moisture evaporates quickly. At night, the air above the earth's surface cools down to 1-10 ° C. The belt of constant temperature is the level of the Earth, the temperature of which is equal to the average annual temperature of a given area. The depth of the belt of constant temperatures in different regions ranges from the first meters to 20-30 m (Koronovskiy N.V., Yakusheva A.F. "Foundations of Geology", Moscow, 1991). The average annual temperature at the surface of the earth in deserts varies between 13-15 ° C.
На сегодняшний день для эффективного использования земельного фонда многие страны осваивают пустыни и полупустыни для ведения сельскохозяйственной деятельности с помощью мелиорации, заключающейся в орошении, обводнении, борьбе с сыпучими песками и засолением почв. Мелиорация - совокупность организационно-хозяйственных и технических мероприятий, направленных на создание благоприятных для полезной флоры и фауны водный, воздушный, тепловой и пищевой режимы почвы. Известны несколько типов и видов мелиорации: гидромелиорация (оросительная, противоэрозионная, противооползневая и др.), агролесомелиорация (создание защитных лесных насаждений), культуротехническая мелиорация (обработка солонцов, рыхление, пескование и др.), химическая мелиорация (известкование, фосфоритование, гипсование). Применяют вышеназванные способы мелиорации в комплексе в зависимости от природно-хозяйственных условий.To date, for the effective use of the land fund, many countries are developing deserts and semi-deserts for agricultural activities with the help of reclamation, which consists in irrigation, watering, the fight against loose sands and soil salinization. Melioration is a set of organizational, economic and technical measures aimed at creating favorable water, air, thermal and food regimes of the soil favorable for beneficial flora and fauna. Several types and types of reclamation are known: hydro reclamation (irrigation, anti-erosion, anti-landslide, etc.), agroforestry (creation of protective forest plantations), cultural and technical reclamation (processing of salt licks, loosening, sanding, etc.), chemical reclamation (liming, gypsum plating, phosphorization) ... The above methods of reclamation are used in combination, depending on the natural and economic conditions.
Известны способы мелиорации почв в пустынных и полупустынных зонах, заключающиеся в обогащении и мульчировании путем внесения в обрабатываемую почву органических и природных минеральных материалов (патенты РФ №2067804, МПК А01С 21/00, C09K 17/00, опубл. 20.10.1996, №2178964, МПК А01С 21/00, опубл. 10.02.2002, №2621025, МПК А01В 79/02, опубл. 30.05.2017, №2408181, МПК А01С 21/00, опубл. 10.01.2011, KR 100965734, МПК A01G 24/40, опубл. 06.03.2009 и т.д.).Known methods of soil reclamation in desert and semi-desert zones, consisting in enrichment and mulching by introducing organic and natural mineral materials into the cultivated soil (RF patents No. 2067804, IPC А01С 21/00, C09K 17/00, publ. 20.10.1996, No. 2178964 , MPK А01С 21/00, publ. 10.02.2002, No. 2621025, MPK А01В 79/02, publ. 05/30/2017, No. 2408181, MPK А01С 21/00, publ. 10.01.2011, KR 100965734, MPK A01G 24 / 40, publ. 03/06/2009, etc.).
Недостатком известных способов является большой расход органических или минеральных добавок для покрытия необходимой для мелиорации площади пустынной или полупустынной зоны, необходимость по несколько раз повторять процедуру из-за выветривания и вымывания добавок.The disadvantage of the known methods is the high consumption of organic or mineral additives to cover the area of the desert or semi-desert zone required for reclamation, the need to repeat the procedure several times due to weathering and leaching of the additives.
Известны способы гидромелиорации почв, заключающиеся в орошении почвы водой (патент РФ №2080434, МПК Е02В 11/00, Е02В 13/00, опубл. 27.05.1997, патент РФ №65280, МПК G09F 9/00, опубл. 27.07.2007, CN 107087534, МПК A01G 25/06, опубл. 25.08.2017, CN 107155813, МПК A01G 25/00, опубл. 15.09.2017, JP 2005328715, МПК A01G 25/02, A01G 25/16, A01G 27/00, опубл. 02.12.2005).There are known methods of soil irrigation, consisting in irrigating the soil with water (RF patent No. 2080434, IPC E02B 11/00, E02B 13/00, publ. 05/27/1997, RF patent No. 65280, IPC G09F 9/00, publ. 07/27/2007, CN 107087534, IPC A01G 25/06, publ. 08/25/2017, CN 107155813, IPC A01G 25/00, publ. 09/15/2017, JP 2005328715, IPC A01G 25/02, A01G 25/16, A01G 27/00, publ . 02.12.2005).
Недостатком известных способов является малая эффективность в пустынных и полупустынных зонах, так как почва в пустыне плохо удерживает влагу из-за высокого расхода влаги на транспирацию растений и физическое испарение.A disadvantage of the known methods is their low efficiency in desert and semi-desert zones, since the soil in the desert does not retain moisture well due to the high consumption of moisture for plant transpiration and physical evaporation.
Известен способ выращивания пастбищезащитных лесных насаждений в пустынях (агролесомелиорация), включающий безотвальную ленточную обработку почвы с одновременным рыхлением гипсоносного слоя и посадку или посев растений по центру ленты обработки почвы (патент СССР №1481912, МПК А01В 79/02, опубл. 30.09.1990). Для улучшения водо-физических свойств почвогрунтов, повышения запасов почвенной влаги в зоне размещения корней, улучшения приживаемости, сохранности, роста н развития культур, на обрабатываемой полосе под верхним песчаным слоем формируют ленту с поперечным трапециевидным сечением взламыванием, рыхлением и перемешиванием гипсоносного слоя с песком или супесью с прилегающих к нему горизонтов.A known method of growing pasture protective forest plantations in deserts (agroforestry), including moldboard-free belt tillage with simultaneous loosening of the gypsum layer and planting or sowing plants in the center of the soil tillage belt (USSR patent No. 1481912, IPC А01В 79/02, publ. 30.09.1990) ... To improve the water-physical properties of soils, increase the reserves of soil moisture in the area of root placement, improve survival, preservation, growth and development of crops, a tape with a transverse trapezoidal section is formed on the treated strip under the upper sand layer by breaking, loosening and mixing the gypsum-bearing layer with sand or sandy loam from adjacent horizons.
Недостатком известного способа является сложность применения в условиях пустыни, когда почва на глубине до 0,5 м прогревается до 30°С, корни растений слабо приживаются, большая трудоемкость, протяженность во времени для реализации способа.The disadvantage of this method is the complexity of application in desert conditions, when the soil at a depth of 0.5 m warms up to 30 ° C, the roots of plants take root poorly, high labor intensity, length in time for the implementation of the method.
Известен способ поддержания грунта в мерзлом состоянии с применением сезонно-действующих охлаждающих устройств для обеспечения устойчивости зданий, сооружений на сваях, а также сохранения замерзшего грунта вокруг опор ЛЭП и трубопроводов, вдоль насыпей железнодорожных путей и автомобильных магистралей (http://frost3d.ru/termostabilizatsiya-gruntov/). В основе технологии сезонно-действующих охлаждающих устройств лежит устройство передачи тепла (термосифон), которое в зимний период извлекает тепло из почвы и передает его в окружающую среду. Принцип работы всех видов сезонно-действующих охлаждающих устройств состоит из герметичной трубы, в которой находится теплоноситель-хладагент: углекислота, аммиак и др. Труба состоит из двух секций. Одна секция размещается в земле и называется испарителем. Вторая, радиаторная секция трубы, расположена на поверхности. Когда температура окружающей среды опускается ниже температуры земли, где залегает испаритель, пары хладагента начинают конденсироваться в радиаторной секции.A known method of maintaining the soil in a frozen state using seasonal cooling devices to ensure the stability of buildings, structures on piles, as well as the preservation of frozen soil around the poles of power lines and pipelines, along the embankments of railway tracks and highways (http://frost3d.ru/ termostabilizatsiya-gruntov /). The technology of seasonally operating cooling devices is based on a heat transfer device (thermosyphon), which in winter extracts heat from the soil and transfers it to the environment. The principle of operation of all types of seasonally operating cooling devices consists of a sealed pipe containing a coolant-coolant: carbon dioxide, ammonia, etc. The pipe consists of two sections. One section is placed in the ground and is called an evaporator. The second, the radiator section of the pipe, is located on the surface. When the ambient temperature drops below the ground temperature where the evaporator is located, refrigerant vapors begin to condense in the radiator section.
Известен также способ направления подогретого теплоносителя вниз, то есть в сторону противоположную к направлению естественной конвекции по обратному термосифону, работа которого основана на использовании повышенного давления насыщенного водяного пара в теплой ветви циркуляционного контура по сравнению с давлением насыщенного пара в холодной ветви, это давление может преодолеть силы естественной конвекции и вытеснить теплый теплоноситель по теплой ветви вниз к охладителю, через охладитель и далее уже холодный теплоноситель по холодной ветви к верхней части циркуляционного контура (патент UA 15361 А, МПК F28D 25/00, опубл. 30.06.1997).There is also known a method of directing the heated coolant downward, that is, in the direction opposite to the direction of natural convection along the reverse thermosyphon, the operation of which is based on the use of an increased pressure of saturated water vapor in the warm branch of the circulation circuit compared to the pressure of saturated steam in the cold branch, this pressure can be overcome forces of natural convection and displace the warm heat carrier along the warm branch down to the cooler, through the cooler and then the already cold heat carrier along the cold branch to the upper part of the circulation circuit (patent UA 15361 A, IPC F28D 25/00, publ. 30.06.1997).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ стабилизации теплового режима в теплице с помощью устройства, состоящего из двух радиаторов, сообщенных между собой и наполненных водой (патент РФ №2110171, МПК A01G 9/24, опубл. 10.05.1998). Верхний радиатор расположен в теплице под углом 10-30° над уровнем почвы, а нижний радиатор - в почве на глубине до 1 м. В дневное, более теплое время, вода нагревается в верхнем радиаторе и поступает самотеком в нижний радиатор. За счет теплообмена от последнего нагревается почва теплицы, аккумулируя подводимое тепло. В ночной, более холодный период, осуществляется обратный процесс. Нагретая почва за счет теплопередачи отдает запасенное тепло воде в нижнем радиаторе. Затем теплая вода поступает в верхний радиатор и нагревает воздушную среду в теплице.The closest in technical essence to the proposed invention is a method of stabilizing the thermal regime in a greenhouse using a device consisting of two radiators communicated with each other and filled with water (RF patent No. 2110171, IPC A01G 9/24, publ. 10.05.1998). The upper radiator is located in the greenhouse at an angle of 10-30 ° above the soil level, and the lower radiator is located in the soil at a depth of 1 m. In the warmer daytime, water is heated in the upper radiator and flows by gravity into the lower radiator. Due to heat exchange from the latter, the greenhouse soil heats up, accumulating the supplied heat. In the nighttime, colder period, the reverse process takes place. The heated soil, due to heat transfer, transfers the stored heat to the water in the lower radiator. Then warm water enters the upper radiator and heats the air in the greenhouse.
Недостатком известного способа является то, что отсутствует возможность применить способ при обратном процессе охлаждения почвы.The disadvantage of this method is that it is not possible to apply the method in the reverse process of cooling the soil.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение оптимальной температуры верхних горизонтов грунта для восстановления экосистемы в пустынях и полупустынях, создания комфортных условий для жизнедеятельности растений и микроорганизмов с применением температуры нижних горизонтов грунта.The objective of the present invention is to provide the optimal temperature of the upper soil horizons for ecosystem restoration in deserts and semi-deserts, creating comfortable conditions for the life of plants and microorganisms using the temperature of the lower soil horizons.
В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность осуществлять охлаждение грунта до комфортной для жизнедеятельности растений и микроорганизмов температуры путем отвода тепла от поверхностного прогретого горизонта в нижний горизонт грунта по теплообменному устройству с испарительно-конденсационным контуром в пустынях и полупустынях.As a result of using the proposed invention, it becomes possible to cool the soil to a temperature comfortable for the life of plants and microorganisms by removing heat from the surface heated horizon to the lower soil horizon through a heat exchange device with an evaporating-condensation circuit in deserts and semi-deserts.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе поддержания оптимальной температуры грунта в условиях пустынь и полупустынь для жизнеобеспечения растений и микроорганизмов, включающий стабилизацию теплового режима почвы с помощью теплообменного устройства, тепло верхнего, нагретого солнечной радиацией горизонта грунта пустыни или полупустыни, направляют в нижний горизонт грунта, используют теплоноситель с температурой кипения, совпадающей с температурой верхнего горизонта почвы, и температурой конденсации, равной температуре грунта на глубине ниже прогревания грунта, при этом в грунт погружают и вертикально устанавливают теплообменное устройство с обратной конвекцией, причем нижнюю часть теплообменного устройства с конденсатором зарывают в грунт на глубину ниже прогревания грунта с постоянной температурой равной среднегодовой температуре воздуха в зависимости от региона, а верхнюю часть теплообменного устройства с испарителем закапывают в верхний горизонт грунта, в зону распространения корневой системы растений на глубину до 0,5 м и охлаждают верхний прогретый горизонт грунта до оптимальной температуры 20-24°С для жизнеобеспечения растений и микроорганизмов за счет переноса тепла паром из зоны испарения вниз в зону конденсации, под воздействием перепада давления между зоной испарения и отдачей скрытой теплоты парообразования в зоне конденсации, где теплоноситель конденсируется за счет отдачи скрытой теплоты парообразования нижнему горизонту грунта, откуда в жидком виде по капиллярному телу теплоноситель поднимается наверх в испаритель, процесс регенерации теплоносителя повторяется циклически, а в ночное время суток, когда верхний горизонт грунта охлаждается до температуры ниже показателя температуры нижнего горизонта грунта, накопленное за день тепло в нижнем горизонте грунта направляют обратно вверх на прогрев грунта верхнего горизонта, поддерживая при этом оптимальную температуру грунта жизнеобеспечения растений и микроорганизмов в условиях пустынь и полупустынь.The above technical result is achieved by the fact that in the proposed method of maintaining the optimum soil temperature in deserts and semi-deserts for the life support of plants and microorganisms, including stabilizing the thermal regime of the soil using a heat exchange device, the heat of the upper, heated by solar radiation, the soil horizon of the desert or semi-desert is directed to the lower the soil horizon, a heat carrier is used with a boiling point that coincides with the temperature of the upper soil horizon and a condensation temperature equal to the soil temperature at a depth below the heating of the soil, while a heat exchanger with reverse convection is immersed in the ground and vertically installed, and the lower part of the heat exchanger with a condenser buried in the ground to a depth below the heating of the ground with a constant temperature equal to the average annual air temperature, depending on the region, and the upper part of the heat exchanger with an evaporator is buried in the upper horizon tons of soil, into the zone of distribution of the root system of plants to a depth of 0.5 m and cool the upper heated soil horizon to an optimal temperature of 20-24 ° C for the life support of plants and microorganisms due to the transfer of heat from the evaporation zone down to the condensation zone, under the influence of the pressure difference between the evaporation zone and the release of the latent heat of vaporization in the condensation zone, where the coolant condenses due to the release of the latent heat of vaporization to the lower soil horizon, from where the coolant rises upward into the evaporator in liquid form along the capillary body, the process of regeneration of the coolant repeats cyclically, and at night days, when the upper horizon of the soil is cooled to a temperature below the temperature of the lower horizon of the soil, the heat accumulated during the day in the lower horizon of the soil is directed back upward to warm the soil of the upper horizon, while maintaining the optimum temperature of the soil for the life support of plants and microorganisms in conditions of deserts and semi-deserts.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая схема для осуществления предлагаемого способа.The essence of the invention is illustrated by the drawing, which shows a general diagram for implementing the proposed method.
На чертеже показаны автономное теплообменное устройство 1, испаритель 2, конденсатор 3, капиллярное тело 4, верхний горизонт грунта 5, нижний горизонт грунта 6, растения 7.The drawing shows an autonomous heat exchanger 1, an evaporator 2, a
Способ поддержания оптимальной температуры грунта в условиях пустынь и полупустынь для жизнеобеспечения растений и микроорганизмов осуществляют следующим образом.The method for maintaining the optimum soil temperature in deserts and semi-deserts for the life support of plants and microorganisms is as follows.
В пустыне или полупустыне в почву на глубину ниже прогревания грунта в зависимости от региона зарывают автономное теплообменное устройство 1 с движением теплоносителя в направлении обратном по отношению к естественной конвекции с курсирующим внутри теплоносителя с испарителем и конденсатором. Верхнюю часть теплообменного устройства 1 с испарителем 2 закапывают в верхний горизонт грунта 5 на глубине до 0,5 м, а нижнюю часть устройства с конденсатором 3 погружают в нижний горизонт грунта 6 на глубину ниже прогревания. Солнечные лучи нагревают верхний горизонт грунта 5 в пустыне или полупустыне до 70°С, что вызывает испарение теплоносителя в испарителе 2 теплообменного устройства 1. Под воздействием возникающей при этом разности давлений пар направляется от испарителя 2 вниз к конденсатору 3, где он конденсируется, отдавая скрытую теплоту парообразования нижнему горизонту грунта 6 с температурой, равной среднегодовой температуре воздуха в зависимости от региона. Теплоноситель в жидкой фазе по капиллярному телу 4 из зоны конденсации возвращается в зону испарения. Цикл повторяется. При этом теплоноситель подбирается таким образом, чтобы температура кипения совпадала с температурой верхнего горизонта почвы, а температура конденсации была равна температуре грунта на глубине ниже прогревания грунта, не зависящей от сезонных колебаний температуры и равной среднегодовой температуре воздуха на поверхности земли.In a desert or semi-desert, an autonomous heat exchange device 1 is buried in the soil to a depth below the warming of the soil, depending on the region, with the movement of the coolant in the direction opposite to natural convection with the coolant running inside the evaporator and condenser. The upper part of the heat exchanger 1 with the evaporator 2 is buried in the
Предлагаемый способ обеспечивает и поддерживает оптимальную для ведения сельскохозяйственного производства температуру в верхнем слое почвы до 0,5 м 20-24°С.The proposed method provides and maintains an optimal temperature for agricultural production in the upper soil layer up to 0.5 m 20-24 ° C.
Пример.Example.
Для более эффективного использования земельного фонда в пустыне на территории, выбранной для выращивания сельскохозяйственных культур равномерно по всей площади посадки растений закапывают теплообменное устройство с обратной конвекцией. Нижнюю часть теплообменного устройства с конденсатором зарывают в грунт на глубину 16 м, а верхнюю часть с испарителем - на глубине 0,4 м. Солнечные лучи нагревают поверхностный горизонт грунта до 70°С. От поверхностного слоя грунта тепло направляют в испаритель теплового устройства, внутри которого происходит испарение теплоносителя, далее пар направляется от испарителя вниз к конденсатору, где охлаждается, отдавая скрытую теплоту парообразования нижнему горизонту грунта с температурой 14°С и конденсируется. Таким образом, происходит отвод тепла от верхнего в нижний горизонт грунта. Под воздействием капиллярных сил теплоноситель в жидкой фазе из зоны конденсации возвращается в зону испарения. Цикл повторяется. В ночное время, когда температура поверхностного горизонта грунта снижается до 10°С, происходит обратный процесс с естественной конвекцией теплоносителя. Тепло от нижнего горизонта грунта, в результате теплообмена прогревшегося в течение дня до 20-25°С, отводится по теплообменному устройству обратно наверх в верхний горизонт грунта, обеспечивая необходимую для жизнеобеспечения растений и микроорганизмов температуру почвы 20-24°С. Реверсивный процесс отдачи накопленного за день тепла в верхний горизонт грунта активизируется при снижении температуры грунта в верхнем горизонте до показателей ниже температуры нижнего горизонта грунта. В процессе реализации способа поверхностный горизонт грунта, где размещается корневая система растений, охлаждается до оптимальной для жизнеобеспечения растений и микроорганизмов температуры 20-24°С. Появляется возможность более эффективно проводить мелиорационные работы, в том числе орошение, посадку защитных лесных насаждений, а также увеличить приживаемость при высеве семян культурных растений. Испарение влаги из почвы снижается за счет обеспечения оптимальной температуры почвы, повышается эффективность орошения и других мелиорационных работ, увеличивается приживаемость при высеве семян культурных растений, посадке защитных лесных насаждений. Также появляется возможность экономии на воде при проведении оросительных мероприятий за счет уменьшения потерь на испарение и транспирацию растений.For a more efficient use of the land fund in the desert in the area selected for the cultivation of crops, a heat exchanger with reverse convection is buried evenly over the entire area of planting. The lower part of the heat exchanger with the condenser is buried in the ground to a depth of 16 m, and the upper part with the evaporator is buried at a depth of 0.4 m. The sun's rays heat the surface horizon of the soil to 70 ° C. From the surface layer of the soil, heat is directed to the evaporator of the thermal device, inside which the coolant evaporates, then the steam is directed from the evaporator down to the condenser, where it cools, giving off the latent heat of vaporization to the lower soil horizon with a temperature of 14 ° C and condenses. Thus, heat is removed from the upper to the lower soil horizon. Under the influence of capillary forces, the coolant in the liquid phase from the condensation zone returns to the evaporation zone. The cycle is repeated. At night, when the temperature of the surface horizon of the soil drops to 10 ° C, the reverse process occurs with natural convection of the coolant. Heat from the lower horizon of the soil, as a result of heat exchange warmed up during the day to 20-25 ° C, is removed through a heat-exchange device back up to the upper horizon of the soil, providing a soil temperature of 20-24 ° C necessary for the life support of plants and microorganisms. The reversible process of the return of the heat accumulated during the day to the upper soil horizon is activated when the soil temperature in the upper horizon drops to values below the temperature of the lower soil horizon. In the process of implementing the method, the surface horizon of the soil, where the root system of plants is located, is cooled to an optimal temperature for the life support of plants and microorganisms of 20-24 ° C. There is an opportunity to more effectively carry out reclamation work, including irrigation, planting protective forest plantations, as well as to increase the survival rate when sowing seeds of cultivated plants. The evaporation of moisture from the soil is reduced by ensuring the optimum temperature of the soil, the efficiency of irrigation and other reclamation work increases, the survival rate increases when sowing seeds of cultivated plants, planting protective forest plantations. It also becomes possible to save on water during irrigation activities by reducing losses for evaporation and transpiration of plants.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018140737A RU2726649C2 (en) | 2018-11-19 | 2018-11-19 | Method of maintaining optimal soil temperature in desert and semi-desert conditions for life support of plants and microorganisms |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018140737A RU2726649C2 (en) | 2018-11-19 | 2018-11-19 | Method of maintaining optimal soil temperature in desert and semi-desert conditions for life support of plants and microorganisms |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2018140737A3 RU2018140737A3 (en) | 2020-05-19 |
| RU2018140737A RU2018140737A (en) | 2020-05-19 |
| RU2726649C2 true RU2726649C2 (en) | 2020-07-15 |
Family
ID=70734806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018140737A RU2726649C2 (en) | 2018-11-19 | 2018-11-19 | Method of maintaining optimal soil temperature in desert and semi-desert conditions for life support of plants and microorganisms |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2726649C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2778817C1 (en) * | 2021-03-25 | 2022-08-26 | Северно-Западный институт экологии и природных ресурсов Академии наук Китая | Self-circulation preventing heaving during freezing heat collecting device and its ground base |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1630667A1 (en) * | 1988-10-20 | 1991-02-28 | Ю.М.Попов | Method for thermal protection of trees |
| SU1657123A1 (en) * | 1989-05-12 | 1991-06-23 | Таджикский государственный университет им.В.И.Ленина | Method for subsoil irrigation |
| RU2073079C1 (en) * | 1994-01-06 | 1997-02-10 | Анатолий Владимирович Мамырин | Amelioration system for agricultural development of deserts and near deserts |
| RU2110171C1 (en) * | 1996-11-29 | 1998-05-10 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Мицар" | Apparatus for stabilization of temperature mode in greenhouse |
| RU2125789C1 (en) * | 1997-10-14 | 1999-02-10 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Мицар" | Method for soil moistening in the process of plant growing |
| RU2664276C2 (en) * | 2016-04-19 | 2018-08-15 | Открытое акционерное общество "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ" | Method of regulation of the geothermal heat pump system and device for its implementation |
-
2018
- 2018-11-19 RU RU2018140737A patent/RU2726649C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1630667A1 (en) * | 1988-10-20 | 1991-02-28 | Ю.М.Попов | Method for thermal protection of trees |
| SU1657123A1 (en) * | 1989-05-12 | 1991-06-23 | Таджикский государственный университет им.В.И.Ленина | Method for subsoil irrigation |
| RU2073079C1 (en) * | 1994-01-06 | 1997-02-10 | Анатолий Владимирович Мамырин | Amelioration system for agricultural development of deserts and near deserts |
| RU2110171C1 (en) * | 1996-11-29 | 1998-05-10 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Мицар" | Apparatus for stabilization of temperature mode in greenhouse |
| RU2125789C1 (en) * | 1997-10-14 | 1999-02-10 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Мицар" | Method for soil moistening in the process of plant growing |
| RU2664276C2 (en) * | 2016-04-19 | 2018-08-15 | Открытое акционерное общество "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ" | Method of regulation of the geothermal heat pump system and device for its implementation |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2778817C1 (en) * | 2021-03-25 | 2022-08-26 | Северно-Западный институт экологии и природных ресурсов Академии наук Китая | Self-circulation preventing heaving during freezing heat collecting device and its ground base |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2018140737A3 (en) | 2020-05-19 |
| RU2018140737A (en) | 2020-05-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110199604B (en) | A method for preventing and controlling soil salinization in irrigation areas based on freezing and thawing | |
| Patel et al. | Effect of subsurface drip irrigation on onion yield | |
| Chilundo et al. | Influence of irrigation and fertilisation management on the seasonal distribution of water and nitrogen in a semi-arid loamy sandy soil | |
| JP2003189745A (en) | Cultivation facility utilizing natural energy | |
| RU2726649C2 (en) | Method of maintaining optimal soil temperature in desert and semi-desert conditions for life support of plants and microorganisms | |
| Turcheniuk et al. | The efficiency of waste hot water utilisation to improve the temperature conditions for growing plants | |
| Arabnejad et al. | Greenhouse cultivation feasibility using condensation irrigation (studied plant: Basil) | |
| Pandya et al. | Summer sesame response to irrigation methods and mulching. | |
| Turcheniuk et al. | A Technological System for Using Waste Warm Water from Energy Facilities for Effective Agriculture | |
| CN107821078A (en) | A kind of implantation methods of tulip | |
| Hussain | Problems of irrigated agriculture in Al-Hassa, Saudi Arabia | |
| Pinchuk et al. | Intensifying agricultural crops production by means of thermal reclamation | |
| NO146408B (en) | PROCEDURE FOR STORING HEAT ENERGY IN A MARKET STOCK | |
| JPS6188827A (en) | Culture of plant | |
| Tundup et al. | Water harvesting and conservation under cold desert condition of Ladakh (J&K): Constraints and strategies | |
| Gubin et al. | Reclamation Systems for Growing Shelterbelts on Saline Soils Under Saltwater Irrigation | |
| Sago et al. | Energy-saving temperature control of nutrient solution in soil-less culture using an underground water pipe | |
| Ryszkowski et al. | The influence of plant cover structures on water fluxes in agricultural landscapes. | |
| JP2004313154A (en) | Water-feeding device for tree planting in desert or arid region | |
| US5842813A (en) | Method of cold technology based irrigation of areas affected by aridity | |
| Manea et al. | STUDY ON IRRIGATION SYSTEMS IN AREAS THREATENDE BY DESERTIFICATION-REVIEW. | |
| AU2008100203A4 (en) | Solar soil heating and cooling | |
| ABU-ZREIG | On-farm rainfall harvesting in drylands of Jordan | |
| Yarahmadi et al. | Effect of different tillage and planting methods on wheat water consumption in north of Khouzestan, Iran. | |
| JPS5847411A (en) | Cultivation of horseradish |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201120 |