土库曼斯坦发明人解决水资源稀缺问题

2020年12月

列·安·卡尔利耶夫,知识产权律师土库曼斯坦阿什哈巴德

水覆盖了地球表面的70%以上,但维持农业、工业和市政服务所需的淡水仅占地球水资源的一小部分。这就是为什么必须开发新的方法,以负责任地使用现有的淡水供应,并寻找新的淡水来源。

土库曼斯坦的干旱条件意味着,创新的节水技术对提高该国的农业能力至关重要。(图:Dusan Popovic / iStock / Getty Images Plus)

在像土库曼斯坦这样拥有大片干旱土地的国家,农业发展因土壤高度盐碱化和淡水严重短缺而受到阻碍。大多数作物都对盐碱地不耐受。高度盐碱化会导致低产,甚至作物歉收。淡水的稀缺也阻碍了为农业生产开辟新土地的努力。在土库曼斯坦,只有11.5%的国土面积用于农业发展。只有最有效地利用水资源,才有可能将20%的国土用于耕种。

该国高达80%的灌溉土地靠近盐碱地地下水,地下水位于地表以下1至2米处。在这一深度,土壤很快就会变成盐碱地。水通过土壤毛细管上升到地表并蒸发,使土壤中和土壤表明的盐分浓度增加。这导致了土壤肥力的损失。

在土库曼斯坦,只有11.5%的国土面积被用于农业发展。

土壤盐碱化还为喜湿的杂草、昆虫和其他害虫创造了有利的环境。在土库曼斯坦,这些挑战因相当常见的地震而变得更加困难。为了克服这些挑战,土库曼斯坦发明人提出了各种巧妙的解决办法,以降低地下水位,使土地脱盐,并确保淡水的替代来源。

一种具有成本效益的土壤脱盐工具

根纳季·加利法诺夫和维克托·瓦维洛夫等发明人观察到,用于建造房屋的粘土砖中过多的盐分在建筑物上形成了难看的外皮——被称为风化过程——使建筑物的墙壁难以维护。这种同样的风化过程也发生在位于盐碱地下水源之上的土地上。

土库曼斯坦卡拉库姆沙漠的盐分沉积。土壤的高盐度给土库曼斯坦的农业生产带来了重大挑战,极大地影响了土壤肥力和作物产量。(图:Arterra Picture Library / Alamy Stock Photo)

根纳季·加利法诺夫和维克托·瓦维洛夫对这一过程很感兴趣,他们找到了将这一自然盐化过程转化为脱盐工具的方法。为此,他们开发了各种技术装置,在从土壤中提取盐分的同时,通过一种凝结工艺收集水用于灌溉。这项技术是在30年前的1988-1989年开发出来的,得到了前苏联发明人证书的保护,证书号为第1547789号、第1634641号、第1638110号、第1654261号、第1761681号,在当时具有与专利相同的法律效力。

关于发明人证书

在苏联时期就有发明人证书。这些证书具有与专利相同的法律效力。与专利不同的是,受发明人证书保护的发明是国家财产,任何人都可以使用,无需发明人许可。发明人可获得该发明所产生的年收入的一小部分。

与传统的土地脱盐方法不同,这些装置为去除地表水中的化肥和农药残留物提供了一种具有成本效益的解决方案。这种脱盐工艺比传统方法便宜80倍,而收集水用于灌溉的成本比传统方法便宜五倍。该工艺还可以收获多达13吨的干盐和每公顷800立方米的淡水。

各种试点项目已经证明了这些发明在土地开垦方面的巨大潜力。该技术非常简单。在地下水位于地表以下1.3至2米的土地上,用链式挖掘机每隔10至20米开一条缝(20至30厘米宽,1至1.7米深)。每条缝隙之间的土地带都覆盖着覆盖物,以减少地表水分的蒸发。利用这种技术,水分垂直流经土壤毛细管,当到达几乎没有杂质的盐矿沉积的地表时,水分就会蒸发。

关于我们的地球和水资源

你是否知道:

  • 一立方公里的云层中约含有2,000吨水。
  • 每年有52万立方公里的水从地球表面蒸发,并有同样数量的水沉淀。这相当于黑海的水量(49.26万立方公里)。
  • 大气中的水汽含量一年变化40次,即平均每9天变化一次。
  • 大气中70%的水分都停留在离地表3.5公里内,其中离地表5公里内的水蒸气含量占水蒸气总含量的90%。

来源:《水的世界》,Vladimir Derpgolts著

图一所示的土地脱盐机制由此激发了一系列其他技术,这些技术既能提取淡水,又能从盐水中获取干盐。与传统的海水淡化厂不同,这些技术不产生任何有害环境的副产品。这些技术以太阳能为动力,每平方米土地每年可生产约2,000升淡水。这一产量是传统工厂的两倍多。

农业植物的根部生物量有99%停留在土壤中60厘米至120厘米的深度,它们从土壤中提取水分和养分以供植物生长。

生产成本也大大低于常规作业。这些技术既可用于固定的工厂,也可用于移动单元,并可处理任何盐浓度的水,为化学工业生产干盐。遗憾的是,到目前为止,发明人还无法获得在土库曼斯坦或其他地方将其发明商业化所需的投资。

最佳淡水管理技术

在土库曼斯坦,支持有效利用水资源的创新灌溉技术
是使更多土地投入生产的关键。
(图:Courtesy of R.A. Karliev)

农业植物的根部生物量有99%停留在土壤中60厘米至120厘米的深度,它们从土壤中提取水分和养分以供植物生长。因此,如果要让植物茁壮成长,灌溉系统的水需要渗透到以上深度的土壤中。然而,水渗透到以上深度以下会导致土壤中的养分流失和淡水的浪费。

为了解决这个问题,根纳季·加利法诺夫和维克托·瓦维洛夫开发了一系列灌溉信号装置,以确保灌溉系统优化植物生长,同时最大限度地减少水分损失。当根系层足够湿润时,该装置会发出信号让操作者停止浇水。当土壤湿度下降到临界值时,装置则发出需要再次开始浇水的信号。随着作物的生长,这个过程会定期重复。这种巧妙的装置消除了根系区以外的任何水分和养分的流失,并减少了工程排水负荷。

多余的水通过位于地下2至2.5米的管道系统输送到灌溉区以外,形成一个封闭式排水系统。或者,也可以使用有深度为3-4米的挖掘排水渠的开放式排水系统。通过封闭式排水系统从根层渗出的水被排入开放式排水管网,然后通过较大的排水管网(集水管)排入天然或人工水库(或洼地)。由于这种排水办法可以防止水涝和灌溉土地的盐碱化,因此可以更好地管理淡水资源,并通过更有效地使用化肥和杀虫剂来提高农业生产力。

这些装置已经在土库曼斯坦的棉花田里试验成功,并通过一系列发明人证书和专利在该地区各国受到保护,具体如下:发明人证书第1680019号、第1681772号、第1743480号、第1757533号、第1787373号、第1804751号;俄罗斯联邦专利第2050117号、欧亚专利第027647号。

优化深层过滤灌溉渠

圖片1:与传统的海水淡化方法不同,这种生态友好型装置以及根纳季·
加利法诺夫和维克托·瓦维洛夫发明的其他装置为去除地表水中的化肥和
农药残留物提供了具有成本效益的解决方案。

高达35%的淡水在深层过滤灌溉渠中流失,这些渠道位于沙质土壤中,衬有混凝土板。这些板的接缝是这些系统的一个薄弱点。温度变化往往会削弱和破坏密封性,从而大大降低渠道的过滤能力。

为了解决这个问题,根纳季·加利法诺夫、沙巴诺娃·拉里莎、阿塔·安纳尼亚佐夫等人开发出了可以承受热和生物腐蚀的接头。发明人们再次以发明人证书和专利的形式,寻求用知识产权保护自己的创新方案:发明人证书第1541339号、第1708933号、第1715941号、第1715942号、第1723236号、第1728339号、第1730340号和第1788130号,以及俄罗斯联邦专利第2012707号、第2029821号和第2031194号。

除了欧亚专利第027647号外,上述所有知识产权都进入了公有领域。这些技术的详细说明书可在网上查阅。此外,发明人也可应要求提供发明人证书和专利文件的复印件。

高达35%的淡水在深层过滤灌溉渠道中流失,这些渠道位于沙质土壤中,衬有混凝土板。

发明人们希望他们的技术能被用于造福社会。他们希望其他人能够认识到其成就的价值,并在此基础上开发新的可申请专利的技术,以进一步提高中东欧及其他地区淡水资源管理的成本效益和效率。

遗憾的是,由于他们无法控制的原因,这些技术的发明人还未能将其具有成本效益和环境友好型的解决方案带到成功的实验之外的范畴,因此欢迎有机会探索商业合作机会。在帮助改善干旱地区灌溉土地生态状况的愿望驱使下,他们随时准备分享他们的知识、经验和关于实际实施这些环境友好型节水技术的建议。

爱尔兰剧作家萧伯纳曾说过:“如果你有一个苹果,我有一个苹果,我们彼此交换,仍然是每人各有一个苹果;但如果你有一种思想,我有一种思想,我们彼此交换,每人可拥有两种思想。”这就是思想的价值,这就是为什么我们需要鼓励科学家、发明家和决策者有机会交流思想,为新的技术进步铺平道路。

我们从大气中提取水分的能力仍处于起步阶段。然而,有了发明家和科学家的聪明才智,有了支持他们的政策环境,有了他们成果的商业化,就有可能开发出高效和廉价的方法来缓解甚至消除水资源稀缺现象,并找到其他生态友好的方法来利用大自然的大量资源。

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