СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЭЛЮВИАЛЬНЫХ ПОЧВ Российский патент 2020 года по МПК A01B79/02 B09C1/00 C09K17/40 

Область техники

Заявляемое изобретение относится к области рекультивации элювиальных почв в полевых условиях. Сельскохозяйственные угодья, расположенные в пригородной зоне, играют особую роль, как для самого города, так и для сельского хозяйства региона (района, области, республики). Именно в этой зоне производится значительная часть овощных, кормовых культур и картофеля, в ней расположены наиболее окультуренные и интенсивно используемые почвы. Однако под действием техногенеза они постепенно утрачивают свою производительную способность, подвергаются химическому загрязнению и механическому нарушению, вплоть до полной деградации почвенного и растительного покрова. Особую опасность вызывают тяжелые металлы, содержащиеся в загрязненных почвах, так как они накапливаются в растениях, а потом по пищевой цепочке попадают в организм животных и человека и вызывают различные заболевания. Площадь таких деградированных земель ежегодно только увеличивается. Заявляемый способ может быть использован для повышения продуктивности почв с низким уровнем плодородия.

Рекультивация - это комплекс мер, направленных на восстановление прежних плодородных качеств земли, ее биологической и хозяйственной ценности, а также на улучшение условий окружающей природной среды.

Уровень техники

В лабораторных условиях на сегодняшний день доступны такие методы рекультивации, как:

- Фиторекультивация, за счет поглощения растениями_мутагенных, канцерогенных и других биологически опасных продуктов.

- Компостирование, заключающееся в укладке слоями остатков растений, навоза, неспелого компоста, соломы и т.д. для перегнивания непосредственно на поверхности почвы.

- Активация почв аборигенной микрофлорой, что позволяет сократить продолжительность выделения аборигенных нефтеокисляющих микроорганизмов-деструкторов, упростить технологию наработки биомассы штаммов-деструкторов.

- Внесение органических удобрений в почву, что способствует улучшению структуры почвы, склеивая бесструктурные частицы в комочки и создавая свободное пространство между ними. Структурный грунт имеет лучшую воздухо- и водопроницаемость, дольше сохраняет тепло и удерживает питательные вещества.

- Микробиологическая очистка, где главными агентами самоочищения почвы являются естественные деструкторы - углеводородокисляющие микроорганизмы. Такие организмы содержаться, например, в торфе. Существуют выведенные штаммы микроорганизмов, способных за короткое время практически полностью утилизировать нефтяные продукты.

Из уровня техники для оздоровления почвы известно применение торфогелей. При этом торфогелями преимущественно обрабатывают семена или рассаду растений (https://agroportalziz.ru/sites/default/files/brand_files/prezentaciya torfogel plodorodie sibiri nа blanke.pdf).

Известно применение торфогеля «LIST-FORTE» в растворе посредством полива почвы. Данный торфогель способствует образованию крупных почвенных агрегатов, на которых развиваются колонии микроорганизмов https://pandia.ru/text/79/499/35712.php.

Торфогель вносят в конкретные почвы, в которые впоследствии осуществляют посев семян различных культур, как правило, посредством простого полива почвы раствором, содержащим торфогель. В результате такой обработки образование структурных агрегатов возможно, но на очень небольшой глубине и неравномерно. Отсутствие заделки торфогеля в почву не обеспечивает возможности формирования структурного слоя.

Известны различные способы рекультивации почв. Так, например, из патента РФ №2646892 известен способ рекультивации нарушенных земель, включающий осеннее внесение осадков сточных вод с нормой внесения 50-150 т/га, заделку их в почву и последующий посев фитомелиоранта, отличающийся тем, что осадки сточных вод заделываются в почву на глубину 18-20 см, в качестве фитомелиоранта используются растения однолетнего солеустойчивого фитомелиоранта из семейства маревых (Chenopodiaceae), а фитомелиорант скашивается до осеменения растений, измельчается и запахивается на глубину 18-20 см.

Данный способ обеспечивает повышение плодородия нарушенных земель, однако характеризуется длительностью и многостадийностью процесса.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является техническое решение по а.с. СССР №1069655, раскрывающее способ оструктуривания почвы, включающий нанесение структурообразователя на почву послойно во время двух последовательных обработок почвы, при этом во время первой обработки срезают верхний слой (4-6 см) почвы и наносят структурообразователь на его поверхность и поверхность нижележащего слоя, а срезанный слой почвы подсушивают до 0,6-0,8 от наименьшей влагоемкости, затем после второй основной обработки почвы с оборотом пласта операции по нанесению структурообразователя повторяют.

Данный способ направлен на формирование структуросодержащего слоя почвы, однако характеризуется достаточной сложностью в реализации, необходимостью хранения срезанного поверхностного слоя для просушивания, и труднореализуем в полевых условиях.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в преодолении недостатков, присущих аналогам и прототипу, а именно, в необходимости создания способа, обеспечивающего возможность рекультивации элювиальных почв в полевых условиях, за счет обработки бесструктурных почв с получением агрономически ценных структурных фракций конструктозема, пригодного для выращивания сельскохозяйственных культур и естественной растительности.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в обеспечении формирования слоя структурной почвы из элювиальных почв, достаточного для выращивания культур с глубокой корневой системой. Технический результат достигается за счет применения продольного внесения в почву торфогеля с последующим ее уплотнением, также дробления образующегося после сушки монолита (коркового слоя) с последующей переработкой в агрономически ценные структурные фракции методом сдавливания. В результате была разработана технология рекультивации элювиальных почв в полевых условиях. Заявляемый способ также способствует повышению урожайности за счет обеспечения питания корневой системы растений. Способ также способствует более раннему посеву различных культур за счет оструктуривания почвы, поскольку уменьшаются плотность, связность и липкость почвы, благодаря чему снижаются энергетические затраты на ее дальнейшую механическую обработку и появляется возможность проводить ее при более высокой влажности почвы (например, весной, при избыточной влажности).

Поставленная задача решается тем, что в способе рекультивации элювиальных почв, согласно техническому решению, пласт почвы вспахивают с обеспечением формирования одностороннего отвала, обрабатывают вспаханный пласт почвы торфогелем и уплотняют прикатыванием, после чего повторно вспахивают уплотненный почвенный пласт и обрабатывают торфогелем с последующим уплотнением, после чего почву оставляют на просушивание до образования твердого коркового слоя, включающего смесь почвы с торфогелем, корковый слой снимают и измельчают до образования структурных фракций конструктозема. Почву уплотняют посредством катка с обеспечением давления не более 1 кг на 1 см². При измельчении обеспечивают размер структурных фракций не более 1 см в диаметре.

Элювиальные почвы относятся к бесструктурным почвам, для которых характерно раздельно-частичное состояние, которое обусловливает плотную упаковку частиц и развитие в основном тонкокапиллярной пористости. Поэтому суглинистые и глинистые бесструктурные почвы имеют плохую водопроницаемость, неудовлетворительную влагоемкость и недостаточные запасы влаги, доступной для растений. Такие почвы плохо впитывают выпадающие осадки, в результате чего часть воды расходуется на испарение или теряется с поверхностным стоком, что приводит к развитию эрозии.

В то же время бесструктурные почвы характеризуются очень высокой капиллярной проводимостью, вследствие чего по капиллярам вода легко поднимается к поверхности почвы и испаряется в атмосферу.

В результате интенсивного физического испарения запасы воды в бесструктурной почве быстро исчерпываются и она покрывается глубокими трещинами.

Заявляемый способ направлен на оструктуривание элювиальных почв, их обогащение, формирование коллоидного комплекса и формирование слоя, достаточного для выращивания сельскохозяйственных культур.

В структурной почве создаются оптимальные условия водно-воздушного и теплового режимов. Благодаря наличию водопрочных агрономически ценных агрегатов в структурной почве присутствуют поры различного размера - от самых тонких капилляров в агрегатах и на их стыках до более крупных пор с диаметром в несколько миллиметров и более. Благодаря высокой водопроницаемости и влагоемкости структурная почва практически полностью впитывает влагу, поступающую на ее поверхность, предотвращает поверхностный сток и развитие эрозии. Даже при увлажнении до предельно-полевой влагоемкости в такой почве сохраняется хороший воздухообмен и протекают окислительные процессы.

Краткое описание чертежей

Заявляемый способ поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 приведена схема, иллюстрирующая последовательность действий заявляемого способа.

Позициями на чертеже обозначены:

1. Перевернутый пласт почвы.

2. Корпус плуга с односторонним отвалом.

3. Форсунка.

4. Каток.

5. Окучник.

6. Нож, подрезающий монолитный слой смеси почвы с торфогелем.

7. Корковый слой монолита смеси.

8. Барабаны.

Осуществление изобретения

Технологический процесс рекультивации элювиальных почв с применением торфогеля в полевых условиях по механическому воздействию на почву разделен на два этапа. На первом этапе выполняют операции смешивания элювиальной почвы с торфогелем, вследствие чего почва насыщается торфогелем и увлажняется, так как торфогель содержит до 80% воды. На втором этапе производится переработка твердой фракции смеси почвы с торфогелем в агрономически ценные структурные фракции конструктозема. Эти этапы разделяет процесс сушки смеси, во время которой торфогель, обладающий хорошими адгезионными свойствами, склеивает почвенные частицы, образуя твердый монолитный слой.

Перемешивание почвы с торфогелем происходит в следующей последовательности. Обрабатываемую почву вспахивают, например, плугом с односторонним отвалом. Корпус плуга 2 подрезает почвенный пласт и отворачивает его в сторону (фиг. 1а). Отвернутый почвенный пласт через форсунку 3 обливают торфогелем (раствором торфогеля), после чего этот пласт уплотняют катком 4. Уплотнение проводят прокатыванием катка по вспаханным гребням почвы с давлением не более 1 кг на 1 см² почвы. При этом пласт почвы оседает и торфогель пропитывает смежные слои отвернутого почвенного пласта (фиг. 1б). Уплотненный почвенный пласт подвергают рыхлению, например, окучником 5. Окучник отворачивает почву на обе стороны, оставляя борозду посередине уплотненного почвенного пласта (фиг. 1в). Оба отвернутых пласта почвы через форсунку 3 повторно обливают раствором торфогеля, и катком 4 уплотняют почву (фиг. 1г). При каждой обработке на 1 м² почвы расходуется 1-1,2 литра торфогеля.

Обработанную таким образом почву, пропитанную торфогелем, оставляют на просушку до образования твердой корки. Время просушки зависит от погоды. При сухой, солнечной и ветреной погоде твердая корка образуется за 24 часа. Высушенную корку смеси почвы с торфогелем 7 снимают ножом 6 почвообрабатывающего агрегата, разрушают на куски и пропускают между двумя вращающимися на встречу друг другу барабанами 8. Зазор между барабанами составляет 0,7-1,0 см, что соответствует размеру требуемых почвенных агрегатов. При этом куски смеси почвы с торфогелем сдавливаются, вызывая сдвиг частиц относительно друг друга и разрушение на мелкие агрономически ценные почвенные агрегаты.

Пример конкретного выполнения

Для подтверждения эффективности заявляемого способа рекультивации элювиальных почв было сформировано 6 делянок размером 100×100 см, обложенных по контуру досками высотой 15 см. Делянки были заполнены элювиальной почвой. На четырех делянках ручным плугом было прорезано по шесть канавок глубиной 12 см. Борта канавок были облиты раствором торфогеля из лейки, после чего поверхность почвы была выровнена и уплотнена. Затем на поверхности по местам нахождения бортов канавок вновь были прорезаны канавки окучником, а их борта облиты торфогелем и уплотнены.

5-я делянка, на которой предварительно вспаханная почва была облита тем же количеством торфогеля и дополнительному механическому воздействию не подвергалась. 6-я делянка, ничем не обработанная, была оставлена в качестве контрольной. В верхнем слое опытных делянок после просушки образовалась твердая корка. На четырех опытных делянках толщина корки достигала 10-13 см. На пятой делянке образовалась корка толщиной 2,5-3 см. Корки были сняты и раздроблены на куски. Эти куски укладывали на твердую поверхность между двумя рейками толщиной 7 мм, по которым прокатывали каток. Каток давил на твердые куски смеси, вызывая сдвиг и расщепление на мелкие фракции конструктозема. Каждая делянка была заполнена конструктоземом, полученным из снятой с нее корки. Толщина слоя конструктозема на четырех опытных делянках составила 12-15 см. Толщина слоя конструктозема на пятой делянке была 3-4 см, что недостаточно для распределения всей корневой системы многих культур растений.

На опытных четырех делянках были посеяны сельскохозяйственные культуры (пшеница, кукуруза, огурцы, томаты). Эти же культуры были посеяны на отдельных участках пятой и шестой (контрольной) делянок. Режимы полива корректировали учитывая состояние посеянных культур. Вскоре на всех делянках, кроме контрольной, появились всходы, которые активно развивались, прошли вегетационный период и дали урожай.

Однако на 5-й делянке растения, имеющие глубокую корневую систему (кукуруза) замедлили свое развитие по сравнению с теми же растениями на опытных делянках. Потребность растений во влаге на опытных делянках была заметно ниже. Всходы на опытных делянках зафиксировали на 5 дней раньше, чем на пятой, обрабоанной торфогелем, делянке. Дальнейшее наблюдение показало необходимость меньшего полива растений на опытных делянках (сокращение достигло 1,5-2 раза), и, кроме того, в конечном итоге зафиксирована большая урожайность на данных делянках по сравнению с пятой и шестой (на 15-20%).

Таким образом, обработка элювиальных почв торфогелем с последующей вспашкой и уплотнением позволили рекультивировать почву, сформировать обогащенный слой, толщина которого пригодна для выращивания различных культур. Данный способ показал большую эффективность в рекультивации элювиальных почв, чем простое внесение торфогеля, так как за счет многократной обработки поверхностного слоя с последующим его просушиванием и дроблением удалось сформировать равномерную почвенную структуру, состоящую из обогащенных торфогелем агрегатов. Почвенный слой, полученный в результате применения заявляемого способа может быть перенесен на другие участки или оставлен на месте обработки для посадки различных культур. Обработка почвенного слоя в процессе реализации способа ведется на глубину 10-12 см, достаточную для размещения корней культурных растений. Простое внесение торфогеля на поверхность почвы не обеспечивает формирование структурных фракций почвы на такую глубину.

Изобретение относится к области рекультивации элювиальных почв в полевых условиях. В способе пласт почвы вспахивают с обеспечением формирования одностороннего отвала. Обрабатывают вспаханный пласт почвы торфогелем и уплотняют прикатыванием, после чего повторно вспахивают уплотненный почвенный пласт и обрабатывают торфогелем с последующим уплотнением. Почву оставляют на просушивание до образования твердого коркового слоя, включающего смесь почвы с торфогелем. Корковый слой снимают и измельчают до образования структурных фракций конструктозема. Почву уплотняют посредством катка с обеспечением давления не более 1 кг на 1 см², а при измельчении обеспечивают размер структурных фракций не более 1 см в диаметре. Способ обеспечивает формирование слоя структурной почвы из элювиальных почв, достаточного для выращивания культур с глубокой корневой системой для повышения урожайности за счет обеспечения питания корневой системы растений. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

1. Способ рекультивации элювиальных почв, характеризующийся тем, что пласт почвы вспахивают с обеспечением формирования одностороннего отвала, обрабатывают вспаханный пласт почвы торфогелем и уплотняют прикатыванием, после чего повторно вспахивают уплотненный почвенный пласт и обрабатывают торфогелем с последующим уплотнением, после чего почву оставляют на просушивание до образования твердого коркового слоя, включающего смесь почвы с торфогелем, корковый слой снимают и измельчают до образования структурных фракций конструктозема.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что почву уплотняют посредством катка с обеспечением давления не более 1 кг на 1 см².

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при измельчении обеспечивают размер структурных фракций не более 1 см в диаметре.