СПОСОБ ОКУЛЬТУРИВАНИЯ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ПОЧВ Российский патент 2016 года по МПК A01C21/00 C05G1/00 

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано при выращивании сельскохозяйственных культур на вечномерзлых почв, в частности тундровых.

Из уровня техники известны следующие способы окультуривания почв.

Известен способ окультуривания каменистых почв, заключающийся в том, что осуществляют заделку измельченной зеленой массы рапса с помощью дисковой бороны, рапс скашивают и одновременно измельчают с помощью силосоуборочного комбайна на отрезки длиной 4-10 см, через 7-14 м прокоса оставляют 4-6 рядков растений для снегозадержания (патент РФ №2071230, 10.01.1997 г.).

Наиболее близким аналогом к патентуемому способу является способ, который включает нанесение на поверхность почвы 1/3 рекомендованной нормы навоза, доломитовой муки нормой 5-10 т/га и перекиси магния или бария нормой 40-60 кг/га, их запашку на глубину 35-40 см путем мелиоративной вспашки, дискование и выравнивание поверхности почвы, нанесение на ее поверхность остаточной нормы навоза, минеральных удобрений в рекомендуемых нормах, фосфогипса нормой 5-6 т/га, повторное дискование и вспашку на глубину вновь создаваемого пахотного слоя.

Недостатком известных способов является невозможность их осуществления для окультуривания вечномерзлых почв, поскольку установлено, что при низких температурах поглощение питательных элементов снижается. Действие низкой температуры, независимо от того, распространяется ли оно на корни или только на надземные органы, или одновременно на те и другие, приводит к снижению поступления элементов минерального питания по сравнению с растениями, растущими при оптимальной температуре. В связи с этим необходимо внесение значительных доз удобрений. В тоже время известными способами не определены нормы органических, минеральных и известковых удобрений и их влияние на плодородие и урожай кормовых культур.

Осваиваемые почвы региона, подстилаемые вечной мерзлотой, имеют крайне низкое плодородие. Короткий вегетационный и безморозный периоды, неудовлетворительный тепловой режим обуславливают специфику окультуривания лесотундровых почв. В данных условиях первостепенное значение в повышении продуктивности растений имеют удобрения.

Особую роль в повышении плодородия лесотундровых почв играют органические удобрения. Внесение их приводит к улучшению агрохимических свойств увеличивается в первую очередь содержание гумуса. Под их влиянием улучшаются биологические, водно-физические свойства почв, и, как следствие, урожай сельскохозяйственных культур.

На всей территории лесотундровой зоны наблюдается вечная мерзлота, уровень ее увеличивается с юга на север, колебания зависят от механического состава грунта, рельефа, толщины дернины и других факторов. В северной части вечная мерзлота залегает на глубине от 20 до 80 см от поверхности, на остальной территории она опускается на глубину 60-100 см, а на старопахотных участках опускается на глубину 3 м.

Снежный покров лежит в течение 260 дней. Погодные условия суровые. В южной части региона среднегодовая температура -5,1°С, на севере региона до -8,2°С. Вегетационный период (со среднесуточными температурами от 5°С и выше) колеблется от 82 до 120 дней, период интенсивной вегетации растений (среднесуточная температура выше 10°С) непродолжительный: на юге региона составляет 70 дней, на севере - 50-57 дней.

Осадков выпадает в период вегетации недостаточное количество (около 200 мм) и распределение их по периодам роста неравномерное. Период набольшего роста растений во второй половине июня и в июле. Осадков в это время выпадает 30-60 мм, осенью осадки выпадают в избытке, наступает осеннее переувлажнение, затягивающее созревание сельскохозяйственных культур, затрудняется их уборка. Последние весенние заморозки наблюдаются во второй половине июня, первый осенние заморозки во второй половине августа. Длина безморозного периода колеблется от 59 до 100 дней.

Положительным для земледелия на Севере является то, что недостаток тепла компенсируется светом, т.е. наличием длинного светового дня. Средняя продолжительность светового дня в период вегетации около 20 часов в сутки, круглосуточный световой день длится 27 дней (середина июня - начало июля). В конце вегетации продолжительность светового дня 14 часов. Ассимиляция в особо важные моменты роста и развития протекает почти целые сутки.

Природно-климатические условия наложили большой отпечаток и на формирование почв. Почвы региона обладают низким как потенциальным, так и эффективным плодородием.

В лесотундровой зоне региона преобладают почвы тундровые, глеевые оподзоленные, в низинах - болотные, в долинах рек формируются тундровые, иллювиально-гумусовые, оподзоленные.

Реакция среды кислая (pH=4-5), гидролитическая кислотность от 5 до 15 мг/экв. на 100 г почвы, низкие показатели и степени насыщенности почв основаниями, в почвенном поглощающем комплексе преобладающее место занимает водородный ион, большое содержание полуторных окислов алюминия и железа. Почвы бедны усвояемыми питательными веществами: содержание азота колеблется от 1,5 до 10,0, фосфора - от 2,2 до 10,0, калия - от 0,1 до 10,0 мг на 1 кг почвы.

Техническим результатом патентуемого способа является обеспечение высокого плодородия вечномерзлых почв и повышение их урожайности.

Заявленный технический результат достигается за счет осуществления способа окультуривания почв, заключающегося во внесении в почву органических, минеральных и известковых удобрений, согласно патентуемому изобретению, в качестве органического удобрения вносят навоз в количестве 240-480 т/га и торф в количестве 240-720 т/га, а в качестве известкового удобрения используют известь в количестве от 1,0 до 2,0 г.к. (гидролитической кислотности) или 6,7-13,4 т на 1 га, а в качестве минерального удобрения - азотно-фосфорно-калийное удобрение в следующем количестве: азот - 120-180, фосфор - 90-210, калий 120-240 кг действующего вещества на 1 га.

Внесение навоза (240-480 т/га) положительно действует на агрохимические свойства вновь освоенной почвы: снижается актуальная и обменная кислотность на 45-49%, увеличивается сумма поглощенных оснований и степень насыщенности основаниями. Систематическое внесение различных доз минеральных удобрений на фоне навоза повышает как актуальную, так и гидролитическую кислотность, происходит повышение насыщенности почв основаниями (таблица 1).

Совместное применение навоза и минеральных удобрений (N₁₈₀P₂₁₀K₂₄₀) увеличивает содержание общего азота в почве с 0,020 (контроль) до 0,072%, валового фосфора - с 0,073 до 0,132%, калия - с 0,053 до 0,192%. Навоз как в чистом виде, так и совместно с минеральными удобрениями повышает содержание подвижного фосфора в почве в 2,5 раза по сравнению с контролем, нитратов - в 4,6 раза, аммонийного азота - в 15,4 раза.

Под действием систематического применения минеральных удобрений в чистом виде и совместно с торфом (240-720 т/га) на 9 год исследований значительно увеличилось содержание нитратного азота и подвижных форм фосфора и калия (таблица 2).

Внесение навоза (240-480 т/га) увеличивает содержание общего углерода в слое почвы 0-20 см в 1,3-1,9 раза. Тип гумуса (Сгк:Сфк) исследуемых почв гуматно-фосфатный и под действием высокой дозы навоза (480 т/га) и совместно с N₁₂₀P₉₀K₁₂₀ переходит в фульватно-гуматный (таблица 3).

Внесение различных доз извести (от 0,5 до 2,0 г.к.) под рапс яровой на фоне N₁₂₀P₉₀K₉₀ существенно изменяло агрохимические свойства почвы (таблица 4). В результате действия извести изменился показатель pH в слое 0-20 см с 4,33 (на фоне N₁₂₀P₉₀K₉₀) до 6,28 (на 45%) при внесении извести по 2,0 г.к. Наибольшее снижение кислотности произошло при применении полуторной и двойной доз извести. Величина pH по этим дозам повышалась от сильно кислого до близко к нейтральному уровню; гидролитическая кислотность снизилась с 4,59 до 1,19-1,11 (на 75%) при внесении извести 1,5-2,0 г.к., повысилась сумма поглощенных оснований с 5,6 до 19,0 мг-экв./100 г почвы (на 239%) и степень насыщенности основаниями - с 54,9 до 94,5% (на 72%).

Математическая обработка данных о влиянии извести (х, кг/га) на изменения pH, Hr, S, V слоя почвы 0-20 см показала, что существуют тесные связи между дозами извести и вышеуказанными агрохимическими свойствами (уравнения 1-4):

Под влиянием известкования значительно повышается доступность растениям фосфатов кислых почв в результате трансформации труднодоступных соединений в более подвижные. Происходит изменение фракционного состава фосфора старопахотных почв, особенно резко возрастает содержание фракции CaP₁ (в 2,8 раза) при внесении извести по 2,0 г.к., а фракции CaР₁₁ - в 2,1 раза (таблица 5).

Снижается содержание фракций фосфора AlР и FeP соответственно в 1,7 и 1,8 раза. У всех групп фосфатов прослеживается сильная корреляционная связь с реакцией почвенной среды. Со снижением кислотности происходит увеличение содержания СаP₁, СаР₁₁ и СаР₁₁₁, а количество AlР и FeP снижается (r=0,84-0,96).

Под действием навоза (120-480 т/га) урожайность зеленой массы возрастала на 32,8-83,6%, сухой на 33,3-80,9%. Увеличивался вместе с этим и сбор с 1 га сырого протеина на 35,7-89,3%, кормовых единиц на 49,1-77,1%, повышалась обменная энергия за счет урожая - на 41,7-80,6% и по сравнению с контролем (таблица 6).

Применение полного минерального удобрения резко повысило урожайность овса на зеленый корм. Внесение N₁₂₀P₉₀K₁₂₀ увеличивало сбор зеленой массы по сравнению с контролем на 11,4 т/га (186%), сухой на 3,0 т/га (143%). Самая высокая прибавка зеленой и сухой массы получена при внесении N₁₈₀P₂₁₀K₂₄₀ соответственно - 15,6 т/га (256%) и 3,7 т/га (176%). Значительно увеличился при этом сбор сырого протеина, кормовых единиц и обменной энергии. Прибавка соответственно была, при внесении N_120-180P_90-210K_120-240 - 0,52-0,72 т/га; 1,57-2,07 т/га и 24,4-30,9 ГДж/га. При увеличении доз вносимых удобрений с N₁₂₀P₉₀K₁₂₀ до N₁₂₀P₁₅₀K₁₈₀ и N₁₈₀P₂₁₀K₂₄₀ получена существенная прибавка урожая зеленой и сухой массы.

Внесение минеральных удобрений на фоне различных доз навоза (120-480 т/га) по отношению к варианту без внесения навоза получена существенная прибавка зеленой и сухой массы овса на зеленый корм. Однако увеличение дозы минеральных удобрений свыше N₁₂₀P₁₅₀K₁₈₀ на фоне навоза 240-480 т/га не давало существенной прибавки урожая.

Математическая обработка полученных экспериментальных данных показала, что между дозами внесения навоза (x, кг/га) и урожайностью овса - зеленой массы (y₁, кг/га), сухой массы (у₂, кг/га) и сырого протеина (у₃, кг/га) существует высокая коррелятивная связь, выражающаяся уравнениями регрессии (5-8):

Между у₃ и x (т/га) коэффициент корреляции равен 0,97.

Такая же зависимость существует и с формированием кормовых единиц овса (у₄, кг/га) и обменной энергии (y₅, ГДж/га):

Самый высокий сбор сухой массы - 7,4 т/га получен при внесении навоза 480 т/га + N₁₂₀P₁₅₀K₁₈₀ кормовых единиц - 4,07 т/га и обменной энергии - 61,2 ГДж/га.

Внесение торфа оказывало существенное влияние на урожайность зеленой массы на корм. Сбор сухой массы существенно повышался на 22,2-33,3%, начиная с внесения торфа в дозе 480 т/га (таблица 7). Такая же картина была со сбором с 1 га сырого протеина, кормовых единиц и обменной энергии.

Данные таблицы показывают, что между дозами внесения торфа в пределах 120-720 т/га и формированием зеленой и сухой массы овса (y₁ и у₂), сырого протеина (у₃), кормовых единиц (у₄) и обменной энергии (у₅, ГДж/га) существует высокая коррелятивная связь, которая выражается следующими уравнениями (9-13):

В уравнениях регрессии количественные характеристики при «x» (дозами торфа) показывают интенсивность действия единицы торфа (т/га) на формирования зеленой массы (0,0029 т/га), сухого вещества (0,0009 т/га), сырого протеина овса (0,0001 т/га), кормовых единиц (0,0004 т/га). Эти величины или «нормативные» характеристики могут служить для прогноза действия торфа на урожайность и качество овса.

При внесении минеральных удобрений резко повышается продуктивность овса на зеленый корм. Так при внесении N₁₂₀P₉₀K₁₂₀, на фоне без торфа, повышается сбор зеленой массы на 8,6 т/га (175%), сухой - 2,2 т/га (122%), также резко увеличивается урожай сырого протеина, кормовых единиц, обменной энергии.

Самая высокая урожайность зеленой и сухой массы получена при внесении N₁₈₀P₂₁₀K₂₄₀ (в чистом виде), так и на фоне торфа, соответственно 17,5-23,3 т/га и 4,8-6,4 т/га. Увеличивался сбор сырого протеина до 0,76-0,95 т/га, кормовых единиц - 2,74-3,58 т/га, обменной энергии - 40,4-54,5 ГДж/га.

Существенная прибавка от взаимодействия торфа и удобрений получена на фоне высоких доз торфа (480-720 т/га).

Наиболее существенную прибавку урожая сухой массы давало внесение полного минерального удобрения. Так при внесении N₁₂₀P₉₀K₁₂₀ на фоне без торфа получена прибавка 2,2 т/га или 137% по сравнению с контролем, сырого протеина 0,3 т/га (273%), кормовых единиц - 1,35 (145%) и обменной энергии - 19,4 ГДж/га (143%).

Внесение возрастающих доз фосфорно-калийных удобрений (P₁₅₀K₁₈₀) при неизменной дозе (N₁₂₀) совместно с торфом 120-480 т/га не получено существенной прибавки сухой массы, по сравнению с дозой N₁₂₀P₉₀K₁₂₀, и только при максимальной норме торфа (720 т/га) прибавка была существенна.

В результате проведенных научно-исследовательских работ установлено:

1. Органические и минеральные удобрения, известь существенно повышают плодородие почв Крайнего Севера Западной Сибири. Внесение навоза (240-480 т/га) и торфа (240-720 т/га) увеличивают содержание в почве гумуса в 1,5-2,9 раза, общего азота - в 7,1 раза, валовых форм фосфора - в 2,8 раза и калия - в 2,6 раза.

В составе гумуса преобладают фульвокислоты (45,8-53,5%). В гуминовых кислотах основную долю составляют фракции ГК-1 (7,6-12,9%) и ГК-3 (18,8-23,1%), в фульвокислотах - ФК-1а (8,3-19,3%) и ФК-1 (8,7-19,3%).

2. Установлена тесная корреляционная связь между дозами внесенной извести и агрохимическими показателями поверхностно-подзолистой почвы (pH, Hr, S, V) - r=0,93-0,99, на долю подвижных форм фосфора в почве (СаР+СаР₁₁) приходится 23,4-42,8%, высокоосновных фосфатов (СаР₁₁₁) - 12,0-14,6%, оксидов Al и Fe - 42,6-66,2%. Навоз увеличивает содержание фракций СаP и СаР₁₁ в 1,3-2,7 раза и снижает AlР и FeP в 1,6-2,3 раза (r=0,89-0,98).

3. Определяющую роль в повышении урожайности сеяных кормовых культур на вечномерзлых почвах играют азотные удобрения. Оптимальной дозой азота под рапс яровой и его смесей с горохом и райграсом (на фоне P₉₀K₁₂₀) следует считать N₁₂₀ с известкованием из расчета 1,0 г.к., при этом урожайность сухой массы достигает 5,1 т/га (прибавка 144-150%), выход кормовых единиц - 5,2 т/га, сырого протеина - 0,9 т/га или в 2,5 раза выше по сравнению с контролем.

4. Органические удобрения (торф, навоз) как в чистом виде, так и в сочетании с минеральными удобрениями, в зависимости от дозы обеспечивают получение высокой продуктивности овса на зеленый корм и многолетних трав на сено: сухой массы - 2,8-7,4 т/га, кормовых единиц - 1,28-4,15 т/га, сырого протеина - 0,38-1,1 т/га, обменной энергии - 17,9-59,9 ГДж. Минеральные удобрения (N_120-180P_90-210K_120-240) увеличивают продуктивность кормовых культур до 4,0-7,4 т/га сухой массы, т.е. в 2,2-4,1 раза.

5. Самая высокая оплата азота урожаем к периоду уборки при внесении N₆₀P₉₀K₁₂₀ (37,7 кг). В первый год внесения окупаемость 1 т извести прибавкой урожая сухой массы остается низкой и составляет 117,3 кг на 1 т при ее внесении 0,5 г.к., с увеличением до 2,0 г.к. она снижается в 2,2 раза.

6. Известкование снижает в кормовых культурах содержание кадмия, железа, марганца, радионуклидов ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs. Систематическое применение минеральных удобрений (N_120-180P_90-210K_120-240) увеличивает содержание в растениях кадмия, свинца, цинка и снижает хром.

7. Экономически наиболее эффективной дозой минеральных удобрений под рапс яровой является N₁₂₀P₁₂₀K₁₅₀ на фоне извести из расчета 1,0 г.к. Внесение минеральных удобрений (N₁₂₀P_90-150K_120-180) под овес на зеленый корм и многолетние травы дает самый высокий чистый доход с 1 га, рентабельность производства корма 176-187%. Органические удобрения в чистом виде и совместно с минеральными не окупают затрат на их применение дополнительным урожаем в первый год внесения. Биоэнергетический коэффициент составляет 0,07-0,3.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано при выращивании сельскохозяйственных культур на вечномерзлых почвах, в частности тундровых. В способе в почву вносят органические, минеральные и известковые удобрения. При этом в качестве органического удобрения вносят навоз в количестве 240-480 т/га и торф в количестве 240-720 т/га. В качестве известкового удобрения используют известь в количестве 6,7-13,4 т на 1 га, а в качестве минерального удобрения - азотно-фосфорно-калийное удобрение: азот - 120-180, фосфор - 90-210, калий - 120-240 кг действующего вещества на 1 га. Способ позволяет улучшить минеральное питание растений при низких температурах, повысить плодородие и увеличить урожайность кормовых культур. 7 табл.

Способ окультуривания почв, заключающийся в том, что в почву вносят органические, минеральные и известковые удобрения, при этом в качестве органического удобрения вносят навоз в количестве 240-480 т/га и торф в количестве 240-720 т/га, а в качестве известкового удобрения используют известь в количестве 6,7-13,4 т на 1 га, а в качестве минерального удобрения - азотно-фосфорно-калийное удобрение: азот - 120-180, фосфор - 90-210, калий -120-240 кг действующего вещества на 1 га.