СПОСОБ ВОСПРОИЗВОДСТВА ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ Российский патент 1994 года по МПК A01C21/00 A01B79/02 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при восстановлении плодородия интенсивно используемых сельскохозяйственных земель с помощью органических удобрений на основе торфа.

Известно, что минеральные удобрения улучшают круговорот и баланс биогенных элементов, в то время, как органические удобрения являются не только важным источником питательных элементов для растений, но и пополняют запас в почве гумуса - одного из основных показателей ее потенциального плодородия. Важная функция органических удобрений - их мелиоративное влияние, улучшение всех свойств почв, оптимизация их гумусного состояния [1] .

В почвоведении качество гумуса почв и направление процесса его трансформации определяется следующими показателями:
cодержание гумуса, С_общ. % ,
обогащенность гумуса азотом (C/N),
степень гумификации органического вещества (С_гк/С_общ) % ,
тип гумуса (С_гк/С_фк) % ,
фракционный состав азота (общий, негидролизуемый, трудногидролизуемый, легкогидролизуемый, минеральный),
фракционный состав органического вещества (воскосмолы, три фракции гуминовых кислот, четыре фракции фульвокислот, углеводы, негидролизуемый остаток [1,5,6] .

Каждая почва характеризуется своими показателями почвенного плодородия [2,7] сформировавшимися на протяжении многих столетий и показателями гумусного состояния (см. табл. 1-3).

Интенсивное земледелие приводит к снижению содержания гумуса в почве и к ухудшению ее гумусного состояния, поэтому оно должно предусматривать мероприятия, позволяющие не только поддерживать бездефицитный баланс гумуса, но и расширенное его воспроизводство в почве. Одним из таких мероприятий является внесение органических удобрений, в том числе и на основе торфа.

Известные способы получения органических удобрений на основе торфа предполагают, как правило, активизацию (биологическую, химическую и др. ) его органических веществ. Наиболее сильными химическими активаторами являются щелочи и аммиак. При этом нарушаетcя нативная структура торфа и образуются физиологически активные гуматы, положительно действующие на рост и развитие растений [3] .

Например, состав гумаса дерново-подзолистых почв, сформированных под воздействием зонального подзолистого процесса, характеризуется преобладанием третьей фракции ГК и ФК. Внесение физиологически активных гуматов, полученных путем воздействия на торф щелочью и содержащих комплекс водорастворимых ГК (первая фракция) и сопутствующих органических кислот, смешивают сложившееся биологическое равновесие в дерново-подзолистых почвах в сторону усиления подзолистго процесса, а следовательно выноса вместе с 1-й фракцией ГК и другими органическими кислотами катионов кальция железа, алюминия, марганца.

Внесение в почву органических удобрений на торфяной основе (ТМАУ, торфомелиорант и др. ) не предполагает знание состава органического вещества как почв, так и удобрений. Однако, внесение торфяных удобрений с высоким содержанием в составе органического вещества фульвокислот первой и второй фракции в черноземах, в которых преобладают гуминовые кислоты, и в особенности вторая их фракция, вызывает в черноземах нарушение гумусового баланса, выражающееся в увеличении процессов минерализации гумусового комплекса черноземов.

Применение торфа-мелиоранта в больших дозах 200-400 т/га при высоком содержании в органическом веществе форма фракций фульвокислот, способствует нарушению гумусового баланса в почве, увеличению подвижности почвенного гумуса и таким образом потере потенциального плодородия почв на фоне временного улучшения их агрохимических свойств.

Улучшенные агрохимические свойства таких органических удобрений благоприятно влияют на актуальное плодородие почв и повышают урожай сельскохозяйственных культур. Однако, потенциальное плодородие почв определяемое их гумусным состоянием, может ухудшиться вследствие усиления нежелательных процессов трансформации органических веществ.

Эти явления, по мнению автора, связаны с тем, что при внесении органических удобрений и определении необходимых их норм, рассчитываемых исходя из общего содержания углерода в почве и удобрениях [1] , не учитываются характеристики самого органического вещества, в частности его фракционный состав.

Известен способ окультуривания и повышения плодородия малопродуктивных почв посредством внесения органических удобрений (OУ) на торфяной основе. В торфе, как сырье для производства OУ, учитывают такие его характеристики, как влажность, степень разложения, зольность, химический состав золы, общее содержание азота, кислотность. В способе предлагается приготавливать и применять удобрения обязательно с учетом фракционного состава органического вещества торфа, в противном случае не всегда можно получить положительные результаты. О пригодности и эффективности торфа для повышения потенциального плодородия почв судят по результатам кратковременных исследований с различными нормами и видами удобрений на основе торфа. При этом контролируют различные агрохимические характеристики почвы, в том числе содержание гумуса и отношение С_гк/С_фк [4] .

Однако, длительность и сложность экспериментов и недостаточный учет качественного состава органического вещества торфа не позволяет оперативно регулировать гумусное состояние интенсивно используемых сельскохозяйственных земель.

Наиболее близким является способ воспроизводства плодородия почв, включающий определение оптимальных показателей плодородия почв, анализ обрабатываемой почвы перед внесением органических удобрений, анализ и выбор органического удобрения, определение его необходимой нормы и внесение в почву [1] . Способ позволяет на основе модели оптимального плодородия почвы более оперативно решить задачи повышения плодородия, однако в отношении гумусового состояния почвы он обладает теми же недостатками, что и аналоги.

Цель изобретения - повышение эффективности и ускорение регулирования гумусового состояния почв.

Это достигается тем, что анализу подвергают различные виды органических удобрений, при этом определяют помимо общепринятых характеристик дополнительно показатели гумусного состояния органического вещества: содержание гуминовых кислот, фульвокислот и их фракционных состав, типа гумуса, степень подвижности гуминовых кислот, негидролизуемый остаток и обогащенность гумуса азотом и др. В обрабатываемой почве дополнительно определяют те же показатели. По результатам анализа выбирают такое органическое удобрение, показатели гумусного состояния которого компенсируют неблагоприятные показатели почвы в сторону приближения к оптимальным, после чего известным способом определяют норму выбранного удобрения и вносят его в почву. Следовательно для сохранения гумусного состояния почв необходимо внесение не просто углерода в виде органической массы, а органических веществ определенного фракционного состава и даже определенного строения молекул гумусовых веществ, которые были бы совместимы с органическим веществом самой почвы. Для этого необходимо глубокое знание состава органического вещества как органических удобрений, так и почв, и подбор ассортимента торфяных удобрений и их доз с учетом гумусного баланса и биологического равновесия в почвах.

Данный прием может быть использован для многих видов органических удобрений, но особенно для удобрений на основе торфа.

На примере анализа характеристик органического вещества торфа можно проследить необходимость данного приема.

Показатели гумусного состояния органического веществ торфа зависят от вида растений - торфообразователей, а при узких ботанических границах от степени разложения (табл. 4,5). В пахотном горизонте почв в широких пределах изменяется 2-я и 1-я фракции гуминовых кислот и практически постоянной остается 3-я фракция ГК. В торфах отмечается обратная зависимость. Показатель степени гумификации С_гк/С_общ и содержание подвижных гуминовых кислот (1-я фракция ГК/С_гк имеют более широкий интервал изменений, что свидетельствует о возможности подбора торфов с требуемыми параметрами для регулируемого повышения плодородия каждой конкретной почвы.

Если расположить торф по степени гидролизуемости в ряд, то содержание наиболее подвижной 1-й фракции ГК резко возрастает в группе легкогидролизуемых торфов, а содержание негидролизуемого остатка снижается с одновременным снижением содержания ГК.

Таким образом, фракционный состав ОВ торфа, а в дальнейшем и более глубокое исследование строения ГК и ФК позволяют не только планировать ассортимент ОУ с учетом свойств почв, но и прогнозировать направление его трансформации в почве. Так, направление процесса гумификации обусловлено отбором наиболее устойчивых в конкретной биотермодинамической обстановке веществ. Высокая устойчивость таких соединений объясняется тем, что они прошли стадию абиотических превращений и способны к реакции с молекулярным кислородом только при узких пределах параметров внешних условий.

Таким образом, параметры фракционного состава органического вещества и показатели гумусного состава торфа могут служить показателями качества торфа при выборе вида торфа с заданными экологическими параметрами и с учетом свойств почв.

Рассмотрим химические параметры торфов, которые могут служить информативными показателями при выборе торфа.

Степень разложения торфа служит мерой содержания в нем разложившегося органического вещества и используется при оценке торфа, как сырья для производства торфяной продукции.

Отношение содержания в торфе общего углерода к общему содержанию азота (С/N) характеризует степень обогащения торфа азотом и может быть использовано, как критерий качества сырья для производства удобрений. Этот показатель является также мерой зрелости гумуса почвы.

Общее содержание гуминовых кислот в торфе, представлено по отношению к общему углерод (С_гк/С_общ), характеризует обогащенность органического вещества торфов наиболее ценной его частью - собственно оргагуминовыми кислотами, являющимися биостимуляторами роста растений.

Содержание в органическом веществе торфа фульвокислот характеризует степень его "агрессивности" по отношению к биологическому равновесию торфов и почв (С_фк/С_общ).

Отношение С_гк/С_фк характеризует процесс синтеза или ресинтеза органического вещества, а следовательно, и направление процесса трансформации (тип гумуса).

Отношение содержания 1-ой фракции ГК к сумме гуминовых кислот - величина, характеризующая степень подвижности гуминовых кислот торфа (1-я фракция ГК (C_гк).

Вторая фракция гуминовых кислот, определяемая из соотношения 2-я фракция ГК (С_общ и связанная с катионами двухвалентных металлов, определяет уровень плодородия (качество гумусовых веществ).

Третья фракция фульвокислот - это фульвокислоты, связанные с полуторными окислами. Их содержание характеризует способность к оструктурированию.

П р и м е р 1. Необходимо сырья для производства ТУ, предназначенных для повышения потенциального (генетического) плодородия почв. Предполагается удобрять дерново-подзолистые почвы, гумус которых можно охарактеризовать (табл. 1), как гуматно-фульватный с высоким содержанием первой фракции гуминовых кислот (водорастворимой), подверженной выносу с дренажными водами. Таким образом, состав гумуса почв крайне неблагоприятен. Для улучшения его свойств необходимо торфяное сырье следующего состава: степень разложения более 20% , С (N 20-23, C_гк/С_фк - 1,4, сумма ГК - 35% , сумма ФК - 20% , 2-я фракция ГК 10-15% ; 3-я фракция ФК 5-7% .

На осушенном т. м выбирается карта с торфом названного состава. Выбранный торф служит сырьем для производства ТУ с целью повышения потенциального плодородия почв. Выбор торфа с такими показателями обусловлен тем, что в пахотных дерново-подзолистых почвах, плодородие которых предполагается поднять до уровня, существующего в условиях целины, недостаточно содержания углерода, азота (т. к. ежегодно с урожаем из почвы отторгается определенное количество углерода и азота. Соотношение С/N при этом (20-23) предполагает обогащение его. Принятое соотношение С_гк/С_фк (1,4) предполагает баланс ГК и ФК, нарушенный сельскохозяйственным использованием, довести до генетического уровня (в условиях целины). Конкретным количеством ГК и ФК в торфяном удобрении дается направление сохранения равновесия почв на генетическом уровне. Содержание 2-й фракции ГК в количестве 10-15% позволит увеличить буферность почв по отношению выноса из гумусового горизонта катионов кальция, магния, железа, алюминия, марганца, а повышенное содержание 3-й фракции ФК относительно общей из суммы, позволит снизить интенсивность подзолообразовательного процесса.

Такой дифференцированный подход к выбору торфов для производства новых форм органических удобрений позволит при внесении ТУ в почву улучшить гумусовое состояние почв и повысить их актуальное и потенциальное плодородие, что увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур и сохраняет плодородие почв, как биоресурса планеты. В табл. 6 приведены показатели эффективности дифференцированного подхода к выбору торфов для удобрения почв разного генезиса.

Под воздействием ТУ на основе правильно подобранного торфа с целенаправленным действием увеличивается урожай, интенсифицируется биологическая активность почв.

П р и м е р 2. Необходимо сырье для производства ТУ с целью повышения актуального плодородия дерново-подзолистых почв. Увеличение содержания питательных элементов и приобретение свойства стимуляторов роста растений. Почвы дерново-подзолистые (характеристика дана выше). Для производства ТУ подбирается торф следующего состава: степень разложения более 20% , С/N 20-23% , С_гк/С_фк - 1,6, 1,8, сумма ГК 35-40% , сумма ФК 15-25% ; 2-я фракция ГК 10-15% ; 3-я ФК 5-7% , 1-я фракция ГК 10-13% . Выбор торфа с такими показателями обусловлен тем, что для повышения актуального плодородия дерново-подзолистых почв необходимо увеличение гуминовых кислот (С_гк/С_фк 1,6-1,8, ГК 35-40% , 1-я фракция ГК 10-13% ), которые играют роль стимуляторов роста растений; повышенное содержание 2-ой фракции гуминовых кислот способствует улучшению структуры дерново-подзолистых почв.

П р и м е р 3. Необходимо сырье для производства ТУ в целях повышения актуального плодородия черноземов. Гумус черноземов характеризуется как гуматный (C_гк/C_фк более 1), с высоким содержанием гуминовых кислот, особенно 2-й фракции, низким содержанием ФК.

С целью сохранения потенциального плодородия черноземов, повышения его актуального плодородия (без внесения минеральных удобрений) необходим торф следующего состава: степень разложения менее 20% , C/N 30-33, Сгк/Сфк 2,0-2,2, сумма ФК - 25-30% , 2-я фракция ГК 5-7% , 3-я фракция ФК - 10-15% .

Выбор торфа с такими показателями обусловлен тем, что для повышения актуального плодородия черноземов, характеризующегося высоким потенциальным плодородием, достаточно внесение гумусовых веществ, обладающих эффектом стимулятора роста растений (сумма ГК-25-35% ) при повышенном содержании в торфе ГК (С_гк/C_фк - 2,0-2,2).

Таким образом, интенсивное земледелие должно предусматривать поддержание баланса гумуса, расширенное его воспроизводство. Это достигается тем, что качественные показатели органического вещество ОУ должны соответствовать составу гумуса почв с целью оптимизации гумусового баланса и сохранения почв, как биоресурса планеты. В результате одновременно с увеличением урожая растений происходит стимуляция биологической активности почв и оптимизации их гумусового состава. (56) 1. Минаев В. Г. Химизация земледелия и природная среда. М. ; ВО Агропромиздат, 1990, с. 36-68 и 242-256.

2. Степенов И. Н. , Лучицкая О. А. Модель плодородия почв СССР. - Доклады ВАСХНИЛ. 1985, N 8, с. 10-12.

3. Торф в сельском хозяйстве Нечерноземной зоны. Справочник (В. Н. Ефимова и др. ) Л. ; Агропромиздат, Ленинградское отделение, 1987, с. 60-109.

4. Малышев Ф. А. Мелиорация легких почв торфом. Минск: Наука и техника. 1989, с. 36-38 и 136-142.

5. Гришина Л. А. Гумусообразование и гумусное состояние почв. М. , 1986.

6. Орлов Д. С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М. , 1990.

7. Р. Ш. Р. Тейт Органическое вещество почвы, М. ; Мир. 1991.

Использование: сельское хозяйство. Цель изобретения: повышение эффективности и ускорение регулирования гумусового состояния почвы. Сущность: в способе, включающем определение в почве фактического содержания гумуса и величины оптимального содержания гумуса для данного типа почвы, анализ органического удобрения на содержание органического вещества и определение степени его гумификации, определение нормы и внесение органических удобрений в почву, новым является то, что анализу подвергают различного вида органические удобрения. При этом дополнительно определяют показатели гумусного состояния органического вещества - содержание гуминовых и фульвокислот и их фракционный состав, тип гумуса, степень подвижности гуминовых кислот, негидролизуемый остаток и обогащенность гумуса азотом. В почве дополнительно определяют те же показатели и степень гумификации и их оптимальные значения для данного типа почвы. По результатам анализа выбирают такой вид органического удобрения, показатели гумусового состояния которого компенсируют неблагоприятные показатели почвы до оптимальных. 6 табл.

СПОСОБ ВОСПРОИЗВОДСТВА ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ , включающий опpеделение в ней фактического содеpжания гумуса и величины оптимального содеpжания гумуса для данного типа почвы, анализ оpганического удобpения на содеpжание оpганического вещества и опpеделение степени его гумификации, опpеделение ноpмы и внесение оpганических удобpений в почву, отличающийся тем, что анализу подвеpгают pазличного вида оpганические удобpения, пpи этом дополнительно опpеделяют показатели гумусного состояния оpганического вещества - содеpжание гуминовых и фульвокислот и их фpакционный состав, тип гумуса, степень подвижности гуминовых кислот, негидpолизуемый остаток и обогащенность гумуса азотом, в почве дополнительно опpеделяют те же показатели и степень гумификации и их оптимальные значения для данного типа почвы, а по pезультатам анализа выбиpают такой вид оpганического удобpения, показатели гумусового состояния котоpого компенсиpуют неблагопpиятные показатели почвы до оптимальных.