Почвенный инъектор

 

Изобретение относится к сельскому и лесному хозяйству и может быть использовано для поддержания баланса водоснабжения растений. Инъектор содержит погруженный в почву полый цилиндр из твердого непрозрачного материала. Полый цилиндр подключен к гидравлической магистрали и имеет в верхней части штуцер с обратным клапаном. К нижней части цилиндра присоединена сужающаяся и открытая в почву горловина. Гидравлическая магистраль имеет герметически закрывающиеся краны и соединена с резервной емкостью. В горловину плотно впрессована почва, и она расположена в зоне корневой системы растений. Горловина с впрессованной в нее почвой образует пористый зонд, что обеспечивает экономный расход жидкости. 2 ил.

Изобретение относится к сельскому, лесному хозяйству и может быть использовано для поддержания баланса естественного водоснабжения растений. Оно применяется в целях непрерывного сохранения капиллярной влажности (KB) в зоне корневой системы, а также для инъекции малых доз растворов ростовых веществ и пестицидов. Это не ороситель и не система для подпочвенного орошения, где приходится иметь дело с большими объемами воды, и этим инъектор принципиально отличается от указанных ниже аналогов и прототипов, это устройство для инъекций малых объемов жидкостей в почву. В связи с этим он обладает конструктивными особенностями, которые представлены в формуле изобретения.

Известна система подпочвенного орошения, включающая источник водоснабжения, соединенный с полевым распределителем (а.с. СССР 1020083, авторы Разуваев B.C., Яковлев Н.П., Гречкин В.В.). Это промывочное устройство работает под давлением, которое контролируется манометром. Система автоматизирует подачу воды и воздуха в почву, который нагнетается в гидравлическую магистраль через отверстие, соединяющее ее с атмосферой, где и установлен обратный клапан. Система предназначена для орошения, и ее отличительной особенностью является наличие промывочного устройства.

Известно устройство, позволяющее определять значения потенциала почвенной влаги, при достижении которых необходимо проводить полив (а.с. СССР 1822668, Сироткин В.В., Сироткин В.М.). Это тензиометр, который состоит из корпуса, а в нижней его части имеется пористый зонд из синтетических материалов. Внутри корпуса вмонтирован комплект поплавков, которые при всплытии указывают на необходимость полива той или иной культуры.

Наличие пористого зонда в нижней части корпуса тензиометра делает это устройство сходным с устройством, о котором речь пойдет далее и который был ранее принят за прототип. Однако недостатком такого зонда является то, что он не моделирует пористость почв с различным механическим составом, а это приводит к неточностям диагностики в комплекте зонда с поплавками. Это диагностический прибор, который имеет конструктивное сходство с заявленным инъектором.

Более близким по техническому исполнению является внутрипочвенный ороситель, состоящий из трубки с крышкой. Нижний конец трубки заужен и в это сужение посажен клиновидный стержень, выполненный из армированного полиэтиленовой сеткой стекловолокна. Стержень обладает влагопроводящими свойствами (а.с. СССР 1658917, авторы Попа Ю.Н., Лаптев А.А., Вольвач О.В.). Трубка имеет на внешней поверхности метки, по которым определяют глубину погружения в почву в зависимости от механического состава ее. Это одновременно является одним из недостатков оросителя, связанным с необходимостью предварительного эмпирического определения высоты подъема капиллярной каймы. Вторым недостатком конструкции (устройства) является консервативность пористого стержня в отношении выявления различий механического состава почв по влагоемкости, в связи с чем влагоемкость пористого материала в стержне рассчитана с большим запасом, что неприемлемо для точного зондирования почв с разными физическими свойствами. Самым большим недостатком перечисленных аналогов и прототипа является то, что они не компенсируют баланса влаги в капиллярах почв, не обеспечивают стабильного водоснабжения растений и не исключают возможность наступления влажности разрыва капилляров (ВРК) и последующего завядания растений (влажность завядания, ВЗ).

Целью предлагаемого изобретения является сохранение капиллярной влажности, самой ценной для растений, с помощью почвенного инъектора и устранение недостатков, свойственных аналогам и прототипу. Поставленная цель достигается тем, что к нижней горловине конического сужения цилиндра прикреплен цилиндрический патрубок почвенного зонда с фаской по внутренней нижней кромке, выполненной под углом не более 17^o. Это описывается силами сцепления, например, металла с почвой. Коэффициент трения равен при этом μ=0,3. Арктангенс (act) этого параметра дает угол скольжения, равный 17^o, при котором почва начинает скользить по металлу, чего нельзя допустить для внутренней поверхности патрубка почвенного зонда, поскольку сама почва внутри него получит подвижность при любом малейшем возмущении инъектора, например при перекосах в установке, усадке почвы после дождей и др. Обратный клапан подпитки цилиндра зондируемой жидкостью встроен внутрь герметической магистрали. Вода или растворы поступают из резервной емкости с герметически закрывающейся крышкой заливной горловины. Таким образом вся система, включающая инъектор, гидравлическую магистраль, обратный клапан и резервную емкость в рабочем состоянии, герметизирована, то есть работает в условиях вакуума.

На фиг. 1, 2 показаны цилиндр из твердого материала, например металла, который в верхней части имеет штуцер с обратным клапаном (а) и соединен с гидравлической магистралью (б). В нижней части инъектор имеет сужение, переходящее в цилиндр - зонд в конце конической части, заполненный почвой (в), он расположен в зоне корней растений (г). Группа таких инъекторов может быть объединена в систему, которая постоянно подпитывается из герметически закрытой крышкой (е) резервной емкости для жидкости (ж), чего нет у прототипа и аналогов. Магистраль дополнительно снабжена герметически закрывающимися кранами (д₁, д₂).

Инъектор работает следующим образом.

Пример 1. В почву вдавливают ногой шаблон, копирующий форму цилиндра с коническим сужением, а в образовавшееся гнездо, имеющее форму усеченного полого конуса, опускают инъектор и снова вдавливают цилиндрическую концевую часть его во влажное основание гнезда. При этом в цилиндр благодаря фаске впрессовывается почва, которая вместе с ним образует стабильный фильтр, не реагирующий на возможный перекос инъектора при установке его и осадке почвы, что непременно приводит к бесконтрольному расходу жидкости. Инъектор присоединяют к магистрали, заполняют водой или жидкостями из резервной емкости при открытых кранах д₁ и д₂, после чего их закрывают, а крышку резервной емкости герметически задраивают.

Пример 2. На месте установки иньектора делают углубление с помощью лопаты или тяпки до влажного слоя почвы (капиллярная кайма), в который нажатием вдавливается цилиндрический патрубок инъектора и углубление засыпают почвой, а лишнюю часть ее разравнивают. Таким образом существенным признаком изобретения является сам зонд, изготовленный так, что в качестве пористого материала используется та почва, на которой устанавливают инъекторы, что повышает чувствительность и точность устройства, обеспечивает высокий эффект, снижает дебет влаги любых почв и удешевляет процесс изготовления его.

Сосущая сила почвы настолько велика, что из-за снижения давления в инъекторе обратный клапан сжимает пружину и пополняет запасы жидкости в нем. Это зависит от поверхностного натяжения водной фазы на границе с воздухом в почвенных капиллярах, а само капиллярное давление определяется искривлением мениска, поверхности разделения водной и воздушной фаз по закону Лапласа P_σ = E_σ; где P_σ - капилярное давление, E_σ - кривизна поверхности раздела граничащих фаз вода-воздух, σ (сигма) - поверхностное натяжение.

Почвенный инъектор обеспечивает следующие преимущества перед существующими аналогами и прототипами: 1) экономный расход рабочих жидкостей; 2) использование растениями глубинных запасов с помощью непрерывно работающих капилляров; 3) возможность беспрепятственного поверхностного рыхления почвы, что улучшает работу устройства за счет снижения испарения влаги; 4) стабилизацию водоснабжения растений за счет самой ценной влажности - капиллярной; 5) исключение частого полива при отсутствии угрозы завядания растений; 6) подпочвенное введение растворов самых различных веществ; 7) исключение недоступных сегодня ежедневных транспортных расходов при поездках на загородные дачи; 8) возможность проведения всех перечисленных работ в защищенном грунте.

Формула изобретения

Почвенный инъектор, содержащий погруженный в почву полый цилиндр для жидкости, изготовленный из твердого непрозрачного материала и подключенный к гидравлической магистрали, причем цилиндр имеет в нижней своей части сужающуюся горловину, а в верхней части - штуцер, отличающийся тем, что штуцер имеет обратный клапан с пружиной и соединен посредством имеющей герметически закрывающиеся краны гидравлической магистрали с резервной емкостью, сужающаяся горловина выполнена открытой в почву, расположена в зоне корневой системы растений и в комплексе с почвой является пористым зондом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2