СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОЧВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ Российский патент 2004 года по МПК A01B79/02 B09C1/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к восстановлению плодородия низкопродуктивных пахотных угодий, нефтезагрязненных земель, эрозионно-опасных склонов.

В последние 15 лет сельское хозяйство России претерпело существенные изменения. К сожалению, происходящие перемены в большинстве случаев носят негативный характер, выражающийся в сокращении посевных площадей, выводе из оборота пахотных угодий, высоком уровне засорения, сильном развитии патогенной микрофлоры, снижении доступных форм азота, фосфора, калия, гумуса, суммы поглощенных оснований, буферности почвы, подкислению, усиленному развитию эрозионных процессов на склонах, загрязнению тяжелыми металлами, радионуклидами. Следствием этого является практически повсеместное снижение плодородия почв, хотя общеизвестно, что для приостановления процессов деградации, повышения гумусированности необходимо длительное время - десятки и сотни лет.

Известен способ восстановления нарушенных земель (Патент РФ 2030851, А 01 В 79/02, 1995 г.), включающий обработку почвы связующим составом, посев многолетних трав и уплотнение поверхности почвы. В качестве связующего используют 3-7%-ную водную эмульсию латекса в количестве 1,5-3,0 л/м², а многолетние травы высевают в чистом виде или совместно с покровной культурой, одновременно с посевом вносят минеральное удобрение.

Данный способ применим лишь на участках, подверженных водной и ветровой эрозии. Его нельзя использовать при залужении низкоплодородных, нефтезагрязненных почв. Основной недостаток этого изобретения - затраты на полимерное покрытие восстанавливаемой почвы (оптимальная доза 15 тонн на 1 га).

Известен способ ускоренного залужения и устройство для его осуществления (Патент РФ 2016499, А 01 В 79/02, 1994 г.), включающий фрезерование почвы на глубину дернового слоя, предпосевное уплотнение, высев семян сельскохозяйственных культур и трав, послепосевное прикатывание.

Основной недостаток этого изобретения состоит в том, что в качестве основной обработки почвы выбрано фрезерование, которое относится к одному из самых энергоемких приемов механической обработки почвы. На эрозионно-опасных участках фрезерование проводить не рекомендуется.

Известен способ химической мелиорации черноземных солонцовых почв (Патент РФ 2084096, А 01 В 79/00, 1997), включающий внесение химического мелиоранта, заделку его лущением или фрезерованием в поверхностный слой почвы, одновременно разделывая дернину или стерню, а затем проводят основную обработку почвы мелиоративным трехъярусным плугом, при этом глубину обработки у каждого корпуса плуга устанавливают в соответствии с проектом на мелиорацию дифференцированно в зависимости от глубины залегания и мощности солонцового горизонта, затем после мелиоративной обработки поверхность пашни выравнивают дисковыми орудиями и после одногодичного парования почвы проводят посев и возделывают солонце- и солеустойчивые культуры фитомелиоранты в севооборотах: костер + донник под покров горчицы, костер + донник второго года жизни - костер третьего и четвертого года жизни.

Данный способ восстановления почвенного плодородия применим лишь на солонцовых почвах и не может быть использован на эрозионно-опасных участках, на отвалах, на нефтезагрязненных почвах. Использование трехъярусного плуга в данном случае необходимо, но это слишком энергоемкая и дорогая операция, что значительно снизит эффективность этого изобретения.

В качестве прототипа выбрано изобретение Сарычева М.В., Сарычевой З.Н. (патент РФ 2038721, А 01 В 79/02, А 01 В 13/16, 1995 г.), включающее залужение многолетними травами весной и летом, высадку деревьев и кустарников. Залужение проводится мелкосемянными и крупносемянными многолетними бобовыми травами, причем травы высевают по видам сверху вниз по крутосклону отвала чередующимися ленточными массивами с учетом существующих микрометеоусловий и гидрорежима крутосклона отвала. Кроме того, ленточные посевы многолетних бобовых трав через каждые 15 м разделяют оегулярные горизонтальные полосы не менее 3 м ширины на основе садовых форм многолетнего люпина в сочетании с медоносами, ядовитыми или плохо поедаемыми фитофагами. В качестве остальных юоюовых мелкосемянных трав используют люцерну, донник, клевер, лядвенец с нормой 2-3 кг/га, крупносемянных - эспарцет, галега с нормой 5-6 кг/га. В весенние сроки с 20 мая по 10 июня высевают наиболее требовательные к почвенной влаге многолетние бобовые травы (галегу, клевер). В летние сроки с 25 июня по 10 июля проводят посев остальных бобовых трав. Ширина междурядий - 60-70 см. Осенью того же года по посеву трав проводится посадка древесно-кустарниковой растительности.

Основной недостаток данного изобретения состоит в сложности залужения рекультивируемого участка - используется большое количество видов трав, причем все они высеваются индивидуально. Кроме того, основу посева составляют бобовые травы, а как известно, большинство из них особо требовательны к почвенному плодородию. Такие как люцерна, клевер на низкоплодородных почвах не способны сформировать полноценный травостой. Высев, а следовательно, и сбор урожая с определенной площади большого количества различных видов трав из-за организационных причин значительно растянет период посева и уборки и чревато засорением одних видов трав другими.

Данная система рекультивации пригодна для очень больших площадей - сотни гектаров, а для небольших участков экономически не оправдана.

Задача предлагаемого изобретения - экономически эффективный способ залужения выбывших из оборота пахотных угодий, восстановления плодородия низкопродуктивных земель, эрозионно-опасных участков, нефтезагрязненных почв.

Задача решается за счет того, что основную обработку почвы проводят осенью посредством лущения и мелкой вспашки, весной вносят NPK, дозу рассчитывают по выносу элементов питания урожаем, участок культивируют, прикатывают, проводят посев культур фитомелиорантов - рапса, донника, сурепицы, горчицы, редьки масличной, причем растения с двулетним циклом высевают под покров однолетних трав, прикатывают. Зеленую массу культур фотомелиорантов используют в качестве сидерального удобрения.

Минеральные удобрения - азот, фосфор, калий вносятся на планируемый урожай весной под культивацию с учетом содержания этих элементов в почве.

Низкопродуктивные земли, участки, выбывшие из оборота, эрозионно-опасные и нефтезагрязненные почвы в большинстве случаев имеют неудовлетворительную структуру, обладают свойством заплывать. Для проведения качественной обработки, придания таким почвам агрономически ценной структуры необходимо разрезание стерни посредством лущения. Лущение проводят за 2-3 недели до вспашки, в этом случае данный агроприем выполняет еще одну очень важную функцию - в почву заделываются активно развивающиеся на старых растениях, растительных остатках, сорняках патогенные микроорганизмы и погибают там. Используют серийные лущильники типа ЛДГ-10.

Через 2-3 недели участок пашут на мелкую глубину - 10-15 см, это позволяет снизить энергозатраты на вспашку в сравнении с общепринятой на 20-22 см и сократить время на проведение этой операции. Создание рыхлого слоя глубиной 10-15 см вполне достаточно на первом этапе восстановительных работ. Почвенное плодородие нижних горизонтов - 20-30 см будет восстановлено корневой системой культур фитомелиорантов.

Для этих целей в большей степени подходят нетребовательные и хорошо устойчивые к различным неблагоприятным условиям травы, такие как донник - одна из немногих культур, способная произрастать на солонцовых, нефтезагрязненных, малопродуктивных угодьях. Донник обладает надежной зимостойкостью и засухоустойчивостью, что крайне важно для большинства регионов России.

Донник не требователен к почвенному плодородию, является растением азотонакопителем - при благоприятных условиях фиксирует в почве до 300 кг/га азота, накапливает органическое вещество, эквивалентное внесению 25 т/га навоза.

Благодаря наличию глубокопроникающей корневой системы растения донника способны извлекать из нижних слоев и поднимать вверх необходимые элементы питания. Корни донника выделяют много угольной кислоты, которая растворяет карбонат кальция. Перейдя в растворимое состояние, кальций замещает натрий, образуя бикарбонат, который по своей природе в несколько раз менее ядовит для растений, хорошо растворим в воде и вымывается из почвы с осадками.

Следовательно, корневая система донника вовлекает в пахотный слой основные макро- и микроэлементы с нижних подпахотных горизонтов, нейтрализует солонцовый слой, тем самым обогащает и оструктуривает низкопродуктивные почвы. Посев растений с двулетним циклом развития под покров однолетних трав защищает почву от эрозионных процессов. Однолетние травы и донник в первый год посева убираются на зеленый корм. Рано весной следующего года донник отрастает, что препятствует смыву почвы с паводковыми водами на эрозионно-опасных склонах. Окультуривание почвы таким способом улучшает почвенную структуру, делает ее водо- и воздухопроницаемой, что повышает скорость фильтрации как паводковых вод, так и ливневых осадков.

На нефтезагрязненных почвах посевы донника активизируют работу почвенной микрофлоры, что способствует активной деструкции остаточных соединений углеводородов.

Рапс, сурепица, редька масличная также могут с успехом использоваться для восстановления почвенного плодородия. Корни этих культур выделяют физиологически активные вещества, препятствующие развитию многих фитопатогенных групп почвенных микроорганизмов. Наличие стержневой корневой системы позволяет вовлекать в пахотный слой основные макро- и микроэлементы из подпахотных горизонтов. Органическое вещество этих культур разлагается в почве быстрее, чем зерновых культур, что позволяет в более короткие сроки окультурить верхние слои восстанавливаемой почвы. Посевные нормы семян составляют 10-15 кг на гектар, в то время как зерновых культур 220-300 кг. Стоимость килограмма крестоцветных культур примерно в 2-3 раза выше цены зерновых. Следовательно, и в экономическом отношении использование рапса, редьки, сурепки в качестве фитомелиорантов значительно отличается от традиционно используемых зерновых культур. По отношению к почвенному плодородию, качеству подготовки почвы, уходу и уборке принципиальных различий нет.

Зеленая масса культур фитомелиорантов запахивается в качестве сидерального удобрения. На сегодня наукой и практикой подсчитано, что сидерат в 12,0 раз дешевле затрат на внесение навоза и в 3,5 раза меньше стоимости минеральных удобрений.

Окультуривание низкопродуктивных пахотных угодий, в т.ч. солонцов, почв, выбывших из оборота, эрозионно-опасных и нефтезагрязненных, предлагаемым способом происходит посредством вовлечения природных биологических факторов, направленных на активизацию процессов самовосстановления поврежденной почвенной экосистемы. Данный подход в земледелии позволяет без вложения больших материальных затрат возвращать землям плодородие и вводить их в сельскохозяйственный оборот.

Способ апробирован на нефтезагрязненных участках ОАО "ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь", на эрозионно-опасных склонах и землях, выбывших из оборота д.Гусево Белоярского района Свердловской области.

Пример осуществления 1.

Производственное внедрение проводили в д. Гусево Белоярского района Свердловской области, где 700 га земли в течение последних трех дет не обрабатывалось и было выведено из сельскохозяйственного оборота.

По вышеописанной схеме после скашивания сорняков была проведена основная обработка почвы. Весной после закрытия влаги внесены расчетные дозы минеральных удобрений: азот - 97, фосфор - 52; калий - 60 кг/га д.в., поле закультивировали, выровняли, прикатали и посеяли однолетние травы с донником. На втором году жизни донник с урожайностью 195 ц/га запахали на сидерат.

На контрольных участках работы велись по общепринятой схеме занятого пара и чистого черного.

Результаты представлены в таблице 1.

По всем основным элементам минерального питания использование донника в системе восстановления почвенного плодородия имело неоспоримые преимущества. Содержание азота, фосфора и калия было наибольшим и составило: Nл.г. - 16,7, Р₂O₅ - 19,7, К₂О - 23,2 мг/100 г.

Была проведена оценка биоэнергетической эффективности севооборотов с чистым паром, занятым и донниковым. Максимальный выход обменной энергии - 54,3 ГДж получен в севообороте с занятым паром, наибольшие затраты совокупной энергии в севообороте с чистым паром - 48,7 ГДж/га. Введение донникового пара в севообороте существенно снизило затраты - в 1,8 раз к севообороту с черным паром и в 1,4 раза к севообороту с занятым паром.

Коэффициент энергетической эффективности максимальным был в севообороте с использованием донника - 1,7, минимальным в севообороте с черным паром - 0,8.

Таким образом, введение донника в сельскохозяйственное производство позволяет восстанавливать и повышать почвенное плодородие без вложения дополнительных ресурсов и при минимальных затратах иметь максимальный показатель энергетической эффективности возделываемых культур.

Пример осуществления 2.

Производственное внедрение проводилось в 1998, 1999, 2000, 2001, 2002 годах на участках ТПП "Лангепаснефтегаз", ТПП "Урайнефтегаз", ТИП "Когалымнефтегаз", ТПП "Покачевнефтегаз" на площади 1000 га. После удаления нефти с поверхности почвы был проведен биологический этап рекультивации, который заканчивается посевом трав. Контрольные варианты засевались смесью семян злаковых трав, внедряемые варианты - смесью злаковых трав +50% донника, злаковых трав +50% рапса, злаковых трав +50% клевера. Бобовый компонент вводится с целью фиксации атмосферного азота и внесения азота с сидератом, являющегося основным источником питания для аборигенной нефтеокисляющей микрофлоры, т. е. для активизации биологических процессов восстановления и самовосстановления нефтезагрязненного участка.

Результаты пятилетней работы по микробиологической части обобщены и представлены в таблицах 3, 4.

Посев трав проводили в августе, почвенные образцы для микробиологического анализа отбирали в летне-осенний период следующего года. Льняные полотна на биологическую активность вкапывали весной, убирали осенью.

Численность бактерий в ассоциации почвенной пробы с контрольного варианта составила: грамположительных - 3,4-8•10⁶, грамотрицательных - 9,2•10³ кл./мл.

Активность целлюлозоразлагающих бактерий определяли методом льняных полотен по слоям 0-5 и 5-10 см. В контроле биологически активен был верхний слой почвы, в вариантах с бобовыми травами - нижний. В десятисантиметровом слое за летний период разложилось: на участках со злаковыми травами - 10,3% полотна, с донником - 16,2%, с рапсом - 14,3%, с клевером - 13,9% полотна.

Таким образом, введение донника, рапса в травосмесь для залужения нефтезагрязненных участков активизирует биологическую активность восстанавливаемой почвы, а следовательно, и процессы биодеградации.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к восстановлению плодородия низкопродуктивных пахотных угодий, нефтезагрязненных земель, эрозионно-опасных склонов. Способ включает проведение рыхления, допосевного прикатывания, посева сельскохозяйственных культур, послепосевного прикатывания. Основную обработку почвы проводят осенью посредством лущения и мелкой вспашки, весной вносят NPK, дозу рассчитывают по выносу элементов питания урожаем, участок культивируют, прикатывают, проводят посев культур фитомелиорантов - донника, рапса, сурепицы, горчицы, редьки масличной, причем растения с двухлетним циклом высевают под покров однолетних трав, прикатывают. Зеленую массу фитомелиорантов используют в качестве сидерального удобрения. Минеральные удобрения - азот, фосфор, калий вносят на планируемый урожай весной под культивацию с учетом содержания этих элементов питания в почве. Способ позволяет восстановить плодородие низкопродуктивных земель, эрозионно-опасных участков, нефтезагрязненных почв. 4 табл.

Способ восстановления почвенного плодородия, включающий проведение рыхления, допосевного прикатывания, посева сельскохозяйственных культур, послепосевного прикатывания, отличающийся тем, что в качестве основной обработки почвы используют лущение и мелкую вспашку, минеральные удобрения вносят на запланированный урожай, в качестве культур фитомелиорантов высевают рапс, донник желтый, сурепицу, горчицу, редьку масличную, причем растения с двулетним циклом высевают под покров однолетних трав, культуры фитомелиоранты запахивают на сидерат.