CC BY
36
УДК 631.4
ПРИМЕНЕНИЕ ПОЧВЕННОГО КОНДЕНСАТОРА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЛЕСНЫХ И КУСТАРНИКОВЫХ ДРЕВЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ
© 2014 г. Э.М-Р. Мирзоев, И.А. Магомедов, К.Э. Мирзоева
Мирзоев Энвер Магомед-Расулович - кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник, лаборатория почвенных и растительных ресурсов, Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского научного центра РАН, ул. Гаджиева, 45, г. Махачкала, Республика Дагестан, 367025, е-mail: pibrdncran@mail.ru.
Mirzoev Enver Magomed-Rasulovich - Candidate of Agricultural Science, Leading Scientific Researcher, Laboratory Soil and Vegetable Resource, Caspian Institute of Biological Resources of the Dagestan Scientific Center of the Russian Academy of Science, Gadjiev St., 45, Makhachkala, Dagestan Republic, 367025, Russia, e-mail: pibrdn cran @mail. ru.
Магомедов Иса Абулкасумович - научный сотрудник, лаборатория почвенных и растительных ресурсов, Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского научного центра РАН, ул. Гаджиева, 45, Республика Дагестан, г. Махачкала, 367025, е-mail: pibrdncran@mail.ru.
Мирзоева Кистаман Энверовна - кандидат технических наук, старший преподаватель, кафедра экологии, Дагестанский государственный технический университет, пр. И. Шамиля, 70, г. Махачкала, Республика Дагестан, 367015.
Magomedov Isa Abulkasumovich - Scientific Researcher, Laboratory Soil and Vegetable Resource, Caspian Institute of Biological Resources of the Dagestan Scientific Center of the Russian Academy of Science, Gadjiev St., 45, Makhachkala, Dagestan Republic, 367025, Russia, e-mail: pibrdn cran @mail. ru.
Mirzoeva Kistaman Enverovna - Candidate of Technical Science, Senior Lecturer, Department of Ecology, Dagestan State Technical University, Imam Shamil St., 70, Makhachkala, Dagestan Republic, 367015, Russia.
Разработан почвенный конденсатор парообразной воды атмосферы. Исследованиями установлено, что он ежесуточно накапливает в метровом слое почвогрунта аридных территорий более 49 мм/га влаги в знойно-жаркий период года. Это служит основой для создания воспроизводства биологического разнообразия аридных земель, подверженных опустыниванию путем посадки полезащитных лесных полос, зеленых лесных зонтов и лесных колков.
Ключевые слова: плодородие, сухостепь, полупустыня, пустыня, зеленые лесные зонты, лесные колки, почво-грунт, кротовины, каменный курган, конденсация, парообразная вода, атмосфера, опустынивание.
The soil capacitor of vaporous water of atmosphere is designed. The studies is installed that he daily allowance accumulates in metre layer soil ground arid territory more than 49 mms/hectare moisture in sultry-hot period of the year. This serves the central to making reproducing the biological variety arid lands, subject to desertification by boarding field protection timber bands, umbrella of green timber and timber peg.
Keywords: fertility, deand stand, semi-desert zone, desert, green timber umbrellas, timber prickly, soil ground, crotovines, stone burial mound, condensation, vaporous water, atmosphere, desertification.
В сухостепных, полупустынных и пустынных районах аридной зоны практически не встречаются лесные породы и кустарниковые древесные растения. Главная причина - малое количество атмосферных осадков (100-300 мм в год), сухость почвы и почвенного профиля. Высокая жара, постоянно дующие суховеи, большая испаряемость (в 5-6 раз превышающая сумму осадков) способствуют полному иссушению почвы. По этой причине продуктивность естественных пастбищных угодий очень низкая, и они под-
вержены опустыниванию в различной степени, сохранность и воспроизводство биологического разнообразия весьма ограниченны.
Научно обосновано, что создание пастбищезащит-ных лесных насаждений способствует улучшению микроклимата и повышению продуктивности пастбищ в 2-3 раза [1].
Отдых животных под зелеными лесными зонтами и лесными колками увеличивает продуктивность и плодовитость животных.
Для создания пастбищезащитных лесных насаждений, зеленых лесных зонтов, лесных колков нужно иметь источник воды для их орошения [1]. Без искусственного орошения в сухостепных, полупустынных и пустынных районах практически невозможно создание пастбищезащитных насаждений из-за недостаточности влаги в почве.
В то же время известно, что источником пресной воды на поверхности суши земного шара является парообразная вода атмосферы.
Основная причина низкой продуктивности почв аридных геоэкосистем - дефицит атмосферного увлажнения и недостаток влаги в почвенном профиле. В то же время первоисточником пресной воды служит водяной пар атмосферы. В системе «почва - атмосфера» происходит регулярный суточный влагообмен [2]. В атмосфере в виде пара содержится 14 тыс. км3 воды (а во всех речных руслах всего 1,2 тыс. км3). С поверхности суши и океана ежегодно испаряется 577 тыс. км3 воды, столько же потом выпадает в виде осадков. Речной годовой сток составляет лишь 7 % общего количества выпадающих осадков. Из сравнения общего потока испаряющейся влаги и воды в атмосфере можно отметить, что она в течение года обновляется 45 раз.
По высоте влага распределена неравномерно. Половина всего водяного пара располагается в нижнем полуторакилометровом слое атмосферы. У земной поверхности глобально средняя абсолютная влажность 11 г/м3, а в тропических регионах эта величина доходит до 25 г/м3 и выше. Парадоксально, но факт, самый крупный источник - вода в атмосфере - почти не используется [2].
Основой плодородия земель является содержание влаги в почве, созданное самой природой. Причина водного голода планеты кроется не в недостатке пресной воды на земном шаре, а в нарушении цепи, связывающей воду с почвой [3].
Вода из воздуха попадает в почву при малейших изменениях атмосферного давления. При его повышении воздух проникает в почву, неся с собой воду, при понижении давления уходит из почвы. И в том, и в другом случае разность температур почвы и воздуха приводит к конденсации капель воды на стенках многочисленных пустот, имеющихся в профиле почвы. При повышенном давлении воздуха обильно смачиваются корни, при пониженном - образуется роса, которая затем уходит вглубь [3 - 5]. Известно, что древние инженеры использовали эффект конденсации атмосферной воды в создании садов Семирамиды (VII в. до н.э.) - одного из семи чудес света [6].
В 1888 г. при раскопках в Феодосии обнаружили сеть труб, которые подавали воду в 114 фонтанов города. Они брали свое начало в кучках щебенки, сложенных на самых возвышенных, т.е. самых ветреных, местах. Ветры, проходя через эти конденсационные установки, оставляли на камнях миллиарды капелек
воды. По данным ученых, здесь накапливалось ежедневно по 700 тыс. л воды [3].
В Дагестане горцы издавна практиковали устройство каменных куч в виде пирамид на полях горного террасного земледелия. В засушливые годы им удавалось таким способом получать хоть какой-то урожай возделываемых культур вокруг устроенных каменных куч, которые способствовали конденсации влаги в почве [7].
В то же время можно наблюдать немало аномальных, на первый взгляд, явлений естественного самосохранения природы, способствующих повышению биологической продуктивности биоценозов. В частности, в условиях полупустыни и пустыни в знойный летний период с высоты птичьего полета хорошо видны среди высохшей степи небольшие пятна относительно пышной зеленой растительности. Они приурочены к местам кротовин животного происхождения, кучам камней или к отдельно лежащим в степи камням, где происходит конденсация парообразной влаги в почве из-за колебаний температурного режима [7].
Представление о содержании влаги в атмосфере региона можно получить по работе кондиционеров, которые, охлаждая воздух, конденсируют часть атмосферной влаги.
Анализ вышеизложенного побудил нас на идею создания способа конденсации парообразной воды атмосферы в почвенном профиле аридных геоэкосистем, обеспечивающего рост и развитие лесных пород и кустарниковых древесных растений для борьбы с опустыниванием аридных территорий.
В связи с этим нами разработан и исследован способ конденсации парообразной воды в почве, не имеющий аналогов [8].
Цель и задачи исследования
Цель работы - извлечение воды из воздуха атмосферы, разработка почвенного конденсатора парообразной воды атмосферы и исследование его эффективности.
Технология создания почвенного конденсатора состоит в следующем. Аэрация почвы достигается созданием множества кротовин под почвой (0,6^0,8 м от поверхности почвы) и горизонтальных и вертикальных макро-, мезо-, микро- и нанотрещин в почвенном профиле.
Кротовины и трещины создаются новым рабочим органом кротователя, не имеющим аналогов [9] (рис. 1). Он включает горизонтальный нож (А), выполненный в форме расходящихся крыльев, на котором закреплены три дрены - уширители кротов (Б, В, Г).
Рабочий орган крепится наглухо (сваркой) к вертикальному ножу кротователя. Сам кротователь навешивается на тяжелый гусеничный трактор С-100 или Т-130.
Экспериментальные исследования почвенного конденсатора парообразной воды атмосферы выпол-
нялись в условиях Терско-Кумской полупустыни Северо-Западного Прикаспия.
Почва светло-каштановая, среднесуглинистая солончаковая сильно деформированная. Площадь почвенного конденсатора - 4 м2.
На конденсаторах и контрольных участках (естественные угодья) проводились посадки однолетних саженцев лесной породы (вязь мелколиственный).
Рис. 1. Рабочий орган кротователя
На экспериментах определялась влажность почвы термостатно-весовым методом. Образцы почвы отбирались в трехкратной повторности через 10 см без пропусков до глубины 1,0 м в знойно-жаркие летние месяцы июнь-август.
Полученные данные по влажности почвы подвергались обработке по выведению средневзвешенных на метровый слой почвы. Такая обработка четко установила разницу содержания влаги на экспериментах (таблица).
Из таблицы видно, что почвенный конденсатор парообразной воды атмосферы накапливает в метровом слое почвогрунта ежесуточно на 49,35 мм/га больше, чем на контрольном экспериментальном участке в среднем за 4 г.
Каменный курган, множество кротовин под почвой, горизонтальных и вертикальных трещин в почвенном профиле ускоряют скорость обмена атмосферного воздуха в системе «почва - атмосфера», что способствует значительному накоплению конденсационной парообразной воды в почвенном профиле из-за разности режима их температуры.
Такое количество воды в почве в жаркий период года обеспечивает нормальный рост и развитие лесных и кустарниковых древесных насаждений в аридных климатических условиях полупустыни и пустыни (рис. 2, 3).
Опыт показывает, что искусственные лесные насаждения в виде узких лесных полос, создаваемых на пастбищах в засушливых районах страны, испытывают недостаток почвенной влаги и преждевременно гибнут. Для создания устойчивых и более долговечных лесных насаждений в этих условиях необходимо, прежде всего, изменить режим влажности почвы [1].
Рис. 2. Нормальный рост и развитие древесной породы в условиях Терско-Кумской полупустыни
Рис. 3. Древесная порода не прижилась из-за отсутствия влаги в почве в условиях Терско -Кумской полупустыни
Почвенный конденсатор парообразной воды атмосферы по длительности действия является бессрочным. Опыт показывает, что созданные кротовины сохраняются 10-летиями. В ночное время теплый почвенный воздух, охлаждаясь в приповерхностном слое почвы, отдает влагу кор-необитаемому слою. Кротовины и аэрация усиливают поток почвенного воздуха.
Каменное покрытие, обладающее более высокой теплоемкостью и теплопроводимостью, способствует увеличению объемов конденсации влаги.
В сухостепных, полупустынных и пустынных районах рекомендуется устройство почвенных конденсаторов парообразной воды атмосферы для создания лесных зеленых зонтов, пастбищезащитных лесных полос, колковых лесных насаждений, направленное на повышение плодородия пастбищных земель и продуктивности животноводства.
Выводы
1. Объем конденсации влаги из приземного слоя атмосферы почвы под каменным курганом составляет более 49 мм/га ежесуточно в летний жаркий период года.
2. Создание и воспроизводство лесных и кустарниковых древесных насаждений с использованием конденсационной парообразной воды атмосферы в аэрированных почвах сухостепных, полупустынных и пустынных районов увеличат биологическое разнообразие подверженных опустыниванию земель, повысят плодородие и продуктивность почв.
Поступила в редакцию
Среднесуточное содержание влаги в метровом слое почвы в жаркие летние месяцы июнь - август, мм/га
Литература
1. Касьянов Ф.М. Лесомелиорация и животноводство. М., 1985. 159 с.
2. Алексеев В.В., Березкин М.Ю. Пресная вода из атмосферного воздуха // Природа. 1988. № 6. С. 91 - 95.
3. Янович П. Вода и воздух // Наука и жизнь. 1968. № 11. С. 64 - 66.
4. Моргун Ф.Т. Обработка почвы и урожай. М., 1997. 150 с.
5. Черкасов А.А. Мелиорация и сельскохозяйственное водоснабжение. М., 1958. С. 83 - 90.
6. Шаров В.В. Секрет садов Семирамиды разгадан // Мелиорация и водное хозяйство. 1990. № 11. С. 44 - 45.
7. Мирзоев Э.М-Р., Баламирзоев М.А., Дадаев Н.Г. К вопросу о рациональном использовании и охране почв аридных экосистем в условиях опустынивания // Аридные экосистемы. 1977. Т. 3, № 5. С. 35 - 40.
8. А.с. № 1732829. Способ конденсации парообразной влаги в почве / Мирзоев Э.М-Р. 1992.
9. А.с. № 1656064. Рабочий орган кротователя / Мирзоев Э.М-Р. 1991.
7 мая 2014 г.
Экспериментальные участки Год Среднее за 4 г. Разница к контролю
1990 1991 1992 1993 мм/га %
Контроль (естественные пастбища) 93,58 156,10 130,57 110,35 122,65 - 100,00
Почвенный конденсатор 112,54 203,83 182,55 189,09 172,00 49,35 140,24
