Способ определения агроресурсного состояния почв по мелиоративной шкале рисовой оросительной системы Российский патент 2020 года по МПК G01N33/24 

Изобретение относится к области исследования земной поверхности и может быть использовано в сельском хозяйстве, в частности для выращивания риса.

Известен способ аэрокосмической съемки поверхности открытых участков почвы в ранний весенний или поздний осенний период, преобразование полученного изображения, оценку фото тона этих площадей по 256-уровневой шкале серого цвета, выделение контуров по уровням шкалы серого цвета, вычисление площадей выделенных контуров, привязку обработанного изображения к почвенной карте и его трансформацию. Оценку деградации почв проводят по содержанию гумуса в почвенном покрове контуров, которое определяют по формуле Г=K_maxe^-0,0276ƒ, где Г - процентное содержание гумуса в почвенном покрове, K_max - коэффициент, учитывающий тип почвы, ƒ - текущее значение уровня серого цвета по аэрокосмическому фотоснимку (RU 2265839,G01N 33/24, G01V 9/00, 13.04.2004).

Недостатками этого способа являются невозможность его применения на рисовой оросительной системе, высокая стоимость проведения аэрокосмической съемки, низкая точность оценки мелиоративного состояния почвы только по содержанию гумуса в почве, высокая сложность и трудоемкость выполнения оценки состояния почвы.

Известен способ определения агроресурсного состояния почв по мелиоративной шкале рисовой оросительной системы включающий преобразование полученного изображения, вычисление площадей выделенных контуров, отличающийся тем, что во вневегетационный период с помощью навигационной системы на карте рисового поля наносят координаты и номера точек отбора почвенных проб и замеров уровня и минерализации грунтовых вод, затем выполняют количественную оценку мелиоративного состояния почв рисовой оросительной системы по уровню и минерализации грунтовых вод, содержанию гумуса, кислотно-щелочным свойствам почвы; обеспеченности гидролизуемым азотом, подвижным калием и подвижным фосфором; процентному содержанию в пахотном горизонте почвенных агрегатов; степени и типу засоления почвы путем присвоения каждому мелиоративному критерию от 1 до 5 баллов в зависимости от степени его влияния на мелиоративное состояние почвы; после чего по сумме баллов мелиоративных критериев оценивают мелиоративное состояние почвы, причем при сумме баллов 8-20 мелиоративное состояние почвы считается хорошим; 20-30 -удовлетворительным, 30-40 - неудовлетворительным, затем для каждого мелиоративного состояния почвы разрабатывают технологическую карту с оптимально-адаптивным комплексом технологических операций.

Недостатком этого способа является невозможность использования заявленной бальной методики при определении агроресурсного состояния почв, в связи с недостаточностью мелиоративных показателей, которое выражается в снижении мелиоративных показателей почв рисовой оросительной системы и отсутствии положительной динамики в прибавке урожайности риса в результате выполнения оптимально-адаптивных комплексов технологических операций по технологическим картам разработанным на основании бальной оценки мелиоративного состояния почв каждого рисового поля по восьми мелиоративным показателям: уровню и минерализации грунтовых вод, содержанию гумуса, рН почвы; обеспеченности гидролизуемым азотом, подвижным калием и подвижным фосфором; процентному содержанию в пахотном горизонте почвенных агрегатов; степени и типу засоления почв.

Техническим результатом изобретения является оптимизация комплекса технологических агроприемов путем повышения эффективности оценки агроресурсного состояния почв по мелиоративной шкале за счет увеличения количества мелиоративных критериев, что позволяет специалистам агропромышленного комплекса своевременно принимать управленческие решения по сохранению агроресурсного потенциала рисовых почв, получению устойчиво высоких урожаев риса, снижению трудоемкости выполняемых агромелиоративных мероприятий, уменьшению себестоимости риса.

Технический результат достигается тем, что в известном способе определения агроресурсного состояния почв по мелиоративной шкале рисовой оросительной системы, при котором на карте рисового поля наносят координаты и номера точек отбора почвенных проб и замеров уровня и минерализации грунтовых вод, затем выполняют количественную оценку мелиоративного состояния почв рисовой оросительной системы по уровню и минерализации грунтовых вод, содержанию гумуса, кислотно-щелочным свойствам почвы; обеспеченности гидролизуемым азотом, подвижным калием и подвижным фосфором; процентному содержанию в пахотном горизонте почвенных агрегатов; степени и типу засоления почвы путем присвоения каждому мелиоративному критерию от 1 до 5 баллов в зависимости от степени его влияния на мелиоративное состояние почвы; после чего по сумме баллов мелиоративных критериев оценивают мелиоративное состояние почвы, согласно изобретению при количественной оценке мелиоративного состояния почв рисовой оросительной системы дополнительно учитываются мелиоративные критерии: запасы гумуса в слое 0-100 см; обогащенность азотом C:N; содержание обменного магния в почве (MgO); содержание сульфатной (подвижной) серы; степень насыщенности основаниями; общая пористость; плотность почвы; нитрификационная способность почвы на начало посева озимых и зимующих культур; содержание водопрочных агрегатов > 0,25 мм в слое 0-30 см на начало посева озимых и зимующих культур; «суммарный эффект» токсичных ионов СО₃^2-, НСО₃^-, Cl^-, SO₄^2-; скорость эмиссии СО₂ в почве; содержание микроэлементов (Марганец (Mn), Медь (Cu), Цинк (Zn), Кобальт (Со), Молибден (Мо)), по всем вышеуказанным критериям осуществляют оценку в баллах на основании данных таблицы 1 описания, затем по сумме баллов мелиоративных критериев оценивают мелиоративное состояние почвы, причем при сумме баллов 20-50 мелиоративное состояние почвы считается хорошим; 50-80 - удовлетворительным, 80-100 - неудовлетворительным.

Новизна заявляемого изобретения заключается в повышении качества оценки мелиоративного состояния почв рисовой оросительной системы, оптимизации состава агромелиоративных приемов в оптимально-адаптивных технологических картах, что позволяет улучшить мелиоративное состояние почвы рисовых полей, снизить энергоемкость и трудоемкость выполняемых агромелиоративных мероприятий.

Выполнение отбора почвенных проб по дополнительным мелиоративным критериям: запасы гумуса в слое 0-100 см; обогащенность азотом C:N; содержание обменного магния в почве (MgO); содержание сульфатной (подвижной) серы; степень насыщенности основаниями; общая пористость; плотность почвы; нитрификационная способность почвы на начало посева озимых и зимующих культур; содержание водопрочных агрегатов > 0,25 мм в слое 0-30 см на начало посева озимых и зимующих культур; «суммарный эффект» токсичных ионов CO₃^2-, HCO₃^-, Cl^-, SO₄^2-, скорость эмиссии СО₂ в почве; содержание микроэлементов (Марганец (Mn), Медь (Cu), Цинк (Zn), Кобальт (Со), Молибден (Мо)), позволяет эффективнее выполнять количественную оценку мелиоративного состояния почвы, точнее корректировать оптимально-адаптивные технологические карты для каждого мелиоративного состояния почвы, экономить энергоемкости, снизить трудоемкость выполняемых агромелиоративных мероприятий и себестоимость производства риса.

Количественная оценка мелиоративного состояния почв по сумме баллов 20 мелиоративных критериев позволяет с достаточной для получения гарантированных урожаев риса точностью откорректировать принимаемые управленческие решения по разработке оптимально-адаптивных технологических карт и улучшить экологическую ситуацию на рисовой оросительной системе.

Способ осуществляется следующим образом

Во вневегетационный период, с помощью теодолита и мерного прибора, рисовые поля разбивают на сеть квадратов со стороной 50 метров. Затем с помощью GPS-навигатора номеруют вершины квадратов и определяют их координаты. После этого в полученных точках выполняется замер уровня грунтовых вод, отбор проб почвы и грунтовых вод. Для оценки мелиоративного состояния почв рисовых полей в каждой точке определяют уровень и минерализацию грунтовых вод, содержание гумуса, рН почвы; обеспеченность гидролизуемым азотом, подвижным калием и подвижным фосфором; процентное содержание в пахотном горизонте почвенных агрегатов; степень и тип засоления почвы, запасы гумуса в слое 0-100 см; обогащенность азотом C:N; содержание обменного магния в почве (MgO); содержание сульфатной (подвижной) серы; степень насыщенности основаниями; общая пористость; плотность почвы; нитрификационная способность почвы на начало посева озимых и зимующих культур; содержание водопрочных агрегатов > 0,25 мм в слое 0-30 см на начало посева озимых и зимующих культур; «суммарный эффект» токсичных ионов СО₃^2-, HCO₃^-, Cl^-, SO₄^2-; скорость эмиссии СО₂ в почве; содержание микроэлементов (Марганец (Mn), Медь (Cu), Цинк (Zn), Кобальт (Со), Молибден (Мо)). Результаты замеров уровня грунтовых вод, анализа проб почвы и грунтовых вод в каждой точке (таблица 1) оценивают в баллах по всем вышеперечисленным мелиоративным критериям. По сумме баллов мелиоративных критериев в каждой точке оценивают мелиоративное состояние почвы: при сумме баллов 20-50 мелиоративное состояние почвы считается хорошим; 50-80 - удовлетворительным, 80-100 - неудовлетворительным. После этого используя метод триангуляции, выполняется выделение контуров участков с различным мелиоративным состоянием почвы. Затем выполняют вычисление площадей, соответствующих различным мелиоративным состояниям почвы. Далее для каждого опытного поля разрабатывается технологическая карта с оптимально-адаптивным комплексом технологических агроприемов.

Пример осуществления способа.

Испытания способа оценки мелиоративного состояния почв и эффективности выполняемых агромелиоративных приемов на рисовой оросительной системе проводились во 2-м отделении ЗАО «Черноерковское» Славянского района Краснодарского края. На всех опытных полях принят шестипольный севооборот: 1 поле - агромелиоративное поле, 2 поле - многолетние травы (люцерна) первого года жизни, 3 поле многолетние травы (люцерна) второго года жизни, 4 поле - рис, 5 поле - рис, 6 поле - рис.

Во вневегетационный период с помощью теодолита и мерного прибора на пяти опытных рисовых полях разбивают сеть квадратов со стороной 50 метров и с помощью GPS-навигатора номеруют вершины квадратов и определяют их координаты, после чего в этих точках выполняется замер уровня грунтовых вод, отбор проб почвы и грунтовых вод. Для оценки мелиоративного состояния почв рисовых полей в каждой точке определяют уровень и минерализацию грунтовых вод, содержание гумуса, рН почвы; обеспеченность гидролизуемым азотом, подвижным калием и подвижным фосфором; процентное содержание в пахотном горизонте почвенных агрегатов; степень и тип засоления почвы. Результаты замеров уровня грунтовых вод, анализа проб почвы и грунтовых вод в каждой точке (таблица 1) оценивают в баллах по всем вышеперечисленным мелиоративным критериям. По сумме баллов мелиоративных критериев в каждой точке оценивают мелиоративное состояние почвы. После этого используя метод триангуляции, выполняется выделение контуров участков с различным мелиоративным состоянием почвы и вычисляются площади, соответствующие различным мелиоративным состояниям почвы. Далее для каждого опытного поля разрабатывается технологическая карта с оптимально-адаптивным комплексом технологических агроприемов. В соответствии технологическими картами и картами мелиоративного состояния почв, сельскохозяйственной техникой, оснащенной ГЛОНАСС/GPS приемниками во вневегетационный период на рисовой оросительной системе, выполняют оптимально-адаптивные комплексы технологических операций.

Примечание: 1 - отлично; 2 - хорошо; 3 - удовлетворительно; 4 - неудовлетворительно; 5 - плохое или очень низкое - деградация почв.

Использование способа определения агроресурсного состояния почв по мелиоративной шкале рисовой оросительной системы (способ-прототип) в течении 2003-2006 гг. исследований имело положительную динамику, которая выражалась в: снижении темпов подщелачивание пахотного горизонта; понижении уровня грунтовых вод на 0,4 м, уменьшении минерализации на 0,39 г/л, увеличении содержания: гумуса до 4,5%; подвижного калия на 8%; подвижного фосфора на 11%; гидролизуемого азота на 7%, прибавке урожайности на 10%.

Однако дальнейшее производство риса и сопутствующих культур рисового севооборота по способу-прототипу показало ухудшение темпов вышеперечисленных показателей, вплоть до снижения значений некоторых из них, так к концу 2008 года (на шестой год исследований) содержание гумуса в слое 0-30 см составило 4,3%, снизилась обеспеченность: подвижным калием на 2-3%; подвижным фосфором на 4%; гидролизуемым азотом на 2%, урожайность после 4 года исследования (в 2006 году) достигла своего максимального значения 50,9 ц/га (в амбарном весе), в последующие годы существенно не изменялась и к концу 2008 года составляла 49,5 ц/га.

Для стабилизации мелиоративного состояния почв и получения гарантированных урожаев риса начиная с 2009 года было принято решение увеличить количество мелиоративных критериев до двадцати.

В последующие годы исследований с 2009-2015 гг. на пяти опытных полях во вневегетационный период выполнялся оптимально-адаптивный комплекс технологических агроприемов по технологическим картам разработанным в соответствии с мелиоративным состоянием почв, определяемым в соответствии с заявленной в способе мелиоративной шкалой рисовой оросительной системы.

В результате внедрения способа определения агроресурсного состояния почв по мелиоративной шкале рисовой оросительной системы в АО «Черноерковское» Славянского района были получены положительные результаты (таблица 2).

Из таблицы 2 видно, что на третий год исследований мелиоративное состояние улучшилось с «удовлетворительно» на «хорошо» и сохранялось вплоть до конца периода исследований, прибавка урожайности риса составляла в: 2012 год -10%, 2013 году - 8%, 2014 году - 6%.

В сравнении с полученными результатами от использования способа-прототипа, полученных на конец 2006 года, и заявленного способа на конец 2015 года снижение трудоемкости выполняемых агромелиоративных мероприятий составила 5%, энергоемкость выполняемых агроприемов снизилась на 4%, уменьшение себестоимости риса составила 7%, прибавка урожайности составила 14%.

Результаты исследований (таблица 2) подтверждают эффективность использования заявляемого способа определения агроресурсного состояния почв по мелиоративной шкале рисовой оросительной системы.

Изобретение относится к области исследования земной поверхности и может быть использовано в сельском хозяйстве, в частности для выращивания риса. Способ включает преобразование полученного изображения, вычисление площадей выделенных контуров. Во вневегетационный период с помощью навигационной системы на карте рисового поля наносят координаты и номера точек отбора почвенных проб и замеров уровня и минерализации грунтовых вод. Затем выполняют количественную оценку мелиоративного состояния почв по уровню и минерализации грунтовых вод, содержанию гумуса, кислотно-щелочным свойствам почвы; обеспеченности гидролизуемым азотом, подвижным калием и подвижным фосфором; процентному содержанию в пахотном горизонте почвенных агрегатов; степени и типу засоления почвы путем присвоения каждому мелиоративному критерию от 1 до 5 баллов в зависимости от степени его влияния на мелиоративное состояние почвы. После этого по сумме баллов мелиоративных критериев оценивают мелиоративное состояние почвы. Затем для каждого мелиоративного состояния почвы разрабатывают технологическую карту с оптимально-адаптивным комплексом технологических операций. При этом дополнительно учитываются мелиоративные критерии: запасы гумуса в слое 0-100 см; обогащенность азотом C:N; содержание обменного магния в почве (MgO); содержание сульфатной (подвижной) серы; степень насыщенности основаниями; общая пористость; плотность почвы; нитрификационная способность почвы на начало посева озимых и зимующих культур; содержание водопрочных агрегатов >0,25 мм в слое 0-30 см на начало посева озимых и зимующих культур; «суммарный эффект» токсичных ионов CO₃^2-, НСО₃^-, Cl^-, SO₄^2-; скорость эмиссии СО₂ в почве; содержание микроэлементов (Марганец (Mn), Медь (Cu), Цинк (Zn), Кобальт (Со), Молибден (Мо)). Затем по сумме баллов мелиоративных критериев оценивают мелиоративное состояние почвы, причем при сумме баллов 20-50 мелиоративное состояние почвы считается хорошим; 50-80 - удовлетворительным, 80-100 - неудовлетворительным. Достигается повышение эффективности и качества оценки агроресурсного состояния почв. 2 табл., 1 пр.

Способ определения агроресурсного состояния почв по мелиоративной шкале рисовой оросительной системы, при котором на карте рисового поля наносят координаты и номера точек отбора почвенных проб и замеров уровня и минерализации грунтовых вод, затем выполняют количественную оценку мелиоративного состояния почв рисовой оросительной системы по уровню и минерализации грунтовых вод, содержанию гумуса, кислотно-щелочным свойствам почвы; обеспеченности гидролизуемым азотом, подвижным калием и подвижным фосфором; процентному содержанию в пахотном горизонте почвенных агрегатов; степени и типу засоления почвы путем присвоения каждому мелиоративному критерию от 1 до 5 баллов в зависимости от степени его влияния на мелиоративное состояние почвы; после чего по сумме баллов мелиоративных критериев оценивают мелиоративное состояние почвы, отличающийся тем, что при количественной оценке мелиоративного состояния почв рисовой оросительной системы дополнительно учитываются мелиоративные критерии: запасы гумуса в слое 0-100 см; обогащенность азотом C:N; содержание обменного магния в почве (MgO); содержание сульфатной (подвижной) серы; степень насыщенности основаниями; общая пористость; плотность почвы; нитрификационная способность почвы на начало посева озимых и зимующих культур; содержание водопрочных агрегатов > 0,25 мм в слое 0-30 см на начало посева озимых и зимующих культур; «суммарный эффект» токсичных ионов СО₃^2-, НСО₃^-, Cl^-, SO₄^2-; скорость эмиссии СО₂ в почве; содержание микроэлементов (Марганец (Mn), Медь (Cu), Цинк (Zn), Кобальт (Со), Молибден (Мо)), по всем вышеуказанным критериям осуществляют оценку в баллах на основании данных таблицы 1 описания, затем по сумме баллов мелиоративных критериев оценивают мелиоративное состояние почвы, причем при сумме баллов 20-50 мелиоративное состояние почвы считается хорошим; 50-80 - удовлетворительным, 80-100 - неудовлетворительным.