СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ УРОЖАЙНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР Российский патент 2000 года по МПК A01B79/02 A01C21/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к способам возделывания сельскохозяйственных культур с внесением удобрений и извести в почву.

Согласно современным представлениям основной показатель плодородия почвы - гумус образуется из поступающих в почву после отмирания высших и низших растений или их остатков, микроорганизмов и почвенных животных. Органические остатки подвергаются в почве сложным биохимическим процессам, в результате чего распадаются на промежуточные продукты разложения. Белки, например, расщепляются на пептиды и аминокислоты, жиры - на глицерин и жирные кислоты, углеводы - на моносахара и органические кислоты. То есть расщепление органических остатков имеет, в основном, кислотную направленность (Пейве Я.В., 1961).

В дальнейшем часть промежуточных продуктов разложения минерализуется автотрофными микроорганизмами для питания, в результате чего вновь образуются вторичные органические соединения в виде белков, углеводов и жиров. Некоторая часть промежуточных продуктов разложения включается в реакции окисления, поликонденсации и полимеризации происходящих с участием ферментов клеток, в результате чего образуются гумусовые кислоты. Эта часть процесса разложения органических веществ в почве наиболее предпочтительна в смысле повышения плодородия почвы. Однако в связи с неясностью происходящего процесса, касающегося окончательного состава групп и степени их участия в процессах гумусообразования, можно сделать вывод о его сложности.

Родоначальником современных гипотез о гумификации является А.Г. Трусов (Тюрин И. В. , 1957). По его мнению гуминовые кислоты образуются в процессе окисления и конденсации продуктов разложения белков, лигнина и дубильных веществ. Стимуляторами гумификации А.Г. Трусов считал кислород воздуха, аммиак и оксидазы микроорганизмов.

В дальнейшее развитие представлений о сущности процесса гумусообразования крупный вклад внесли исследования С. Ваксмана, М.М. Кононовой, В. Фляйга (Тюрин, 1965), согласно которым расширилось представление о механизме гумификации процессами поликонденсации, путем окисления фенолов и взаимодействия их с аминокислотами или другими азотосодержащими органическими веществами. В связи с последним ими делается вывод о том, что процесс гумификации - это процесс карбоксилирования органических соединений, в результате чего идет постоянное как присоединение, так и потеря азота. По мнению авторов, основной критерий в биохимических процессах, способствующих образованию гумуса, принадлежит азоту, а основными звеньями гумификации являются: окислительное кислотообразование, формирование азотистой части молекулы, фракционирование системы образующихся гумусовых кислот, сопровождающиеся дальнейшей ароматизацией, гидролитическим расщеплением и сорбцией.

Таким образом, известна общая теория процессов гумусообразования, согласно которой данный процесс осуществляется вне живой клетки из продуктов частичного разложения. Однако данные о значении различных компонентов, составляющих органическую часть почвы, а также их влияние на ход этого процесса неизвестны.

Известен способ возделывания сельскохозяйственных культур (а.с. СССР 919620), включающий внесение навоза один раз в течение ротации севооборота, с запашкой его в виде прослойки в нижнюю часть пахотного горизонта. Данный способ способствует повышению урожайности возделываемых культур без существенного повышения содержания гумуса в почве.

Известен способ (а. с. СССР 1648271), предусматривающий повышение плодородия почвы путем интенсификации процессов образования гумуса, при котором навоз вносят слоем в нижнюю часть пахотного горизонта почвы и обеспечивают контакт слоя навоза и соломы при анаэробных условиях путем припахивания ее к нижнему унавоженному слою. Указанный способ является наиболее близким аналогом предлагаемого автором технического решения, его прототипом. Данный способ не обеспечивает достаточной степени интенсивности гумусообразования, необходимой для существенного увеличения урожайности сельскохозяйственных культур.

Целью изобретения является создание оптимальных условий для повышения урожайности сельскохозяйственных культур путем усиления процессов образования гумуса в почве.

Поставленная цель достигается тем, что автором выявлен способ стимулирования процесса почвенного гумусообразованиия при разложении органических веществ почвы, который состоит в воздействии соединений углерода, например, в виде углерода, содержащегося в измельченной соломе или извести, вносимых в почву. Причем органические вещества (навоз), вносимые в почву, располагаются в ней в виде прослойки в нижней части пахотного горизонта, в то время как стимулирование процесса гумусообразования осуществляют путем периодического внесения и припашки к созданной прослойке измельченной соломы или же извести, чередуя их через год.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается от известного тем, что процесс гумусообразования в предлагаемом способе ведут целенаправленно, используя для этой цели стимуляторы в виде измельченной соломы или извести, которые периодически припахивают к созданной прослойке. Таким образом, предлагаемый способ соответствует критерию "новизна".

Признак, отличающий предлагаемый способ от прототипа, - использование углеродистых соединений извести для стимулирования процесса гумусообразования путем поочередной припашки (через год) соломы или извести к навозной прослойке - не выявлен в известных технических решениях, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого способа критерию "существенные отличия".

В результате проведенных автором предлагаемого изобретения исследований установлено, что на фоне различных способов заделки органических удобрений (навоза) при возделывании сельскохозяйственных культур решающее значение на повышение урожайности и на накопление гумуса, оказало периодическое внесение и припахивание измельченной соломы или извести к унавоженной прослойке, расположенной в нижней части пахотного горизонта. Причем образование гуминовых кислот с участием углерода соломы или извести интенсивней происходило в условиях, близких к анаэробным, то есть когда навоз находился в нижней части пахотного слоя.

Полевые опыты, проведенные в НИИСХ ЦРНЗ в период с 1992 по 1999 годы в полевом севообороте с чередованием: пар - озимая рожь - люпин - яровая пшеница - ячмень - вика - озимая пшеница - овес, показали, что на интенсивность накопления гумуса в почве решающее влияние оказало внесение измельченной соломы к унавоженной прослойке, расположенной в нижней части пахотного слоя (таблица). В течение ротации севооборота содержание гумуса в пахотном слое увеличилось на 0,20%, в то время как в других вариантах всего лишь на 0,03.. . 0,07%. Повышение плодородия почвы положительно сказалось на величине урожайности сельскохозяйственных культур.

Аналогичные данные получены и при внесении и припахивании к унавоженной прослойке извести (в виде CaCO₃), также содержащей углерод. Причем значение извести как стимулятора процессов гумусообразования превосходило ее эффективность как нейтрализатора кислых почв.

Однако наулучшие результаты по повышению плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур были получены при чередовании внесения измельченной соломы с известью (таблица).

В таблице представлены данные, характеризующие повышение урожайности сельскохозяйственных культур (озимой ржи и овса) в зависимости от варианта внесения органических удобрений (навоза) и углеродсодержащих веществ (солома, известь). Из девятипольного севооборота приведены данные начала (1993 год - озимая рожь) и конца (1999 год - овес) ротации.

Опыты проводились на полях НИИСХ ЦРНЗ: площадь делянки 100 м², повторность опыта трехкратная, навоз в дозе 10 м/га вносили в пару под озимую рожь на всех вариантах опыта. В качестве контроля взят вариант внесения измельченной соломы (3), извести (6) по 3 т/га соответственно, под люпин, ячмень и овес с последующим перемешиванием с верхним слоем почвы и припахиванием к нижней унавоженной прослойке. В предлагаемом варианте (9) все как и на контрольных вариантах, за исключением чередования внесения соломы под люпин, извести под ячмень и соломы под овес. Гумус почвы определяли по Тюрину (Орлов Д.).

Как видно из таблицы, предлагаемый вариант обеспечил наибольший прирост содержания гумуса в почве за семь лет проводимых опытов (0,28%) и наибольший валовый сбор зерна за ротацию севооборота (302,5 ц/га).

Таким образом, эффект резкого повышения образования гумуса был получен за счет стимулирования процесса гумификации. Учитывая, что известь, как и солома зерновых культур является углеродосодержащим веществом (в соломе содержание углерода по отношению к азоту составляет 100:1), то можно сделать вывод о том, что углерод и явился причиной резкой активизации гумусообразования при взаимодействии его с продуктами разложения навоза, которые в основном являются различными органическими кислотами. То есть в процессе гумусообразования углерод способствовал полимеризации в гуминовые кислоты дополнительной части промежуточных продуктов разложения органических веществ.

Изобретение предназначено для использования в области сельского хозяйства. Способ включает заделку навоза слоем в нижнюю часть пахотного горизонта, внесение измельченной соломы, перемешанной с верхним слоем почвы, и припахивание ее к нижней унавоженной прослойке. При этом внесение измельченной соломы через год чередуют с внесением извести в дозе 3,0-3,5 т/га, причем известь предварительно разбрасывают по поверхности поля, перемешивают с верхним слоем почвы и припахивают ее к нижней унавоженной прослойке, а последующую обработку почвы проводят выше созданной прослойки. Изобретение позволяет усилить процессы образования гумуса и повысить урожайность. 1 табл.

Способ повышения урожайности сельскохозяйственных культур, включающий заделку навоза слоем в нижнюю часть пахотного горизонта, внесение измельченной соломы, перемешанной с верхним слоем почвы, и припахивание ее к нижней унавоженной прослойке, отличающийся тем, что внесение измельченной соломы через год чередуют с внесением извести в дозе 3,0 - 3,5 т/га, причем известь предварительно разбрасывают по поверхности поля, перемешивают с верхним слоем почвы и припахивают ее к нижней унавоженной прослойке, а последующую обработку почвы проводят выше созданной прослойки.