СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ НА ПОЧВАХ ТЯЖЕЛОГО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА Российский патент 2021 года по МПК A01G7/00 C09K17/04 C09K101/00 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к приемам повышения плодородия почв тяжелого гранулометрического состава за счет корректировки их агрофизических свойств, а также может быть использовано для вовлечения земель в сельскохозяйственный оборот, облагораживания территорий, оказавшихся в зоне интенсивного влияния промышленных предприятий, с использованием их отходов или некондиционной продукции в качестве мелиорантов.

Почвы тяжелого гранулометрического состава (глинистые и тяжелосуглинистые) обладают повышенной плотностью, твердостью в сухом, вязкостью и липкостью во влажном состоянии. При сильном увлажнении или высыхании они становятся плохо пригодными для обработки и выращивания растений.

Для коренного улучшения бесструктурных тяжелосуглинистых и глинистых почв используют пескование - внесение высоких доз песка (300-700 т/га). Пескование является весьма дорогостоящим мероприятием и применяется на ограниченных площадях (Н.Ф. Ганжара Почвоведение. - М.: Агрокосалт. 2001. - 292 с.). Использование указанных земель в виде пахотных угодий и улучшение их качества производится путем внесения в них разрыхлителей в виде крупнозернистого песка, золы, торфа, извести, цеолита и пр., а биологические качества повышают введением органических удобрений (см. патенты РФ №2049107, №2193590).

Известен «Способ выращивания картофеля и овощей в условиях Среднего Урала» (см. Патент РФ№2529900). Способ включает подготовку почвы, внесение в почвенный слой природного кремнийсодержащего минерального сорбента-мелиоранта, посев или посадку семян, уход за посевами и уборку урожая. При этом в качестве кремнийсодержащего минерального сорбента-мелиоранта в почву вносят неактивированный диатомит Камышловского месторождения Свердловской области в дозах 2-4 т/га. Диатомит вносят поверхностно перед предпосевной культивацией или нарезкой гребней. При этом вносят неактивированный диатомит с размерами частиц менее 2 миллиметров, а для внесения используют отсев от производства сортового диатомита. К недостаткам способа относится ограниченные объемы и дороговизна такого диатомита, что ограничивает применение способа.

Известен также способ мелиорации почв (патент РФ №2091423), в котором измельченную до крупности 1-2 мм опал-кристобалитовую породу смешивают со стандартным торфоопилочным субстратом и вносят в почву в количестве от 10 до 20 мас. %, затем производят полный цикл выращивания культур по традиционной технологии.

Недостатками такого технического решения является пониженная водопроницаемость почвы, обусловленная формой поверхности грубоизмельченной опал-кристобалитовой породы и многокомпонентность вводимой смеси требующая дополнительных затрат на приготовление и доставку компонентов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является патент РФ №2411281, в котором состав для восстановления биопродуктивности глинистых и суглинистых почв содержит органическое удобрение сапропель и естественный рыхлитель, запахиваемые в почву на глубину 10-15 см, а в качестве естественного рыхлителя используется отсев карьеров строительных материалов.

Недостатком известного технического решения является необходимость добычи и сушки сапропеля и приготовления такого состава, что требует дополнительных затрат времени и средств при недостаточно высокой улучшаемости почвогрунта, объясняемая формой поверхности применяемых рыхлителей при высокой их плотности.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение урожайности возделываемых культур при улучшении водно-физических характеристик почв тяжелого гранулометрического состава с использованием в качестве разрыхлителей однокомпонентных отходов промышленности выровненной формы и размеров со снижением затрат труда и средств при улучшении экологической обстановки в зоне работы и при расширении ассортимента минеральных мелиорантов из отходов промышленности зоны Урала.

Указанный результат достигается тем, что в качестве разрыхлителя вносимого в корнеобитаемый слой почвы используют магнийсиликатный пропант в количестве 150-300 тонн на га (15-30 кг/м³), причем в качестве разрыхлителя для повышения продуктивности тяжелосуглинистой почвы используют некондиционный пропант, а насыпная плотность пропанта не превышает 1,6 г/см³ и вносят пропант в сухом виде россыпью под весеннюю или зяблевую вспашку в пахотный слой 0-25 см, при этом используют пропант производства ООО «ФОРЭС». Кроме того, заявляемый разрыхлитель может быть использован в многокомпонентных составах для восстановления и корректировки гранулометрического состава и биопродуктивности глинистых и тяжелосуглинистых почв совместно с органическим удобрением - сапропелем или другим удобрением.

По основному назначению магнийсиликатные пропанты предназначены для использования в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта - ГРП и представляют собой керамические гранулы с насыпной плотностью, как правило, менее 1,6 г/см³, поверхность которых обладает высокими показателями сферичности и округлости. Применение пропанта в виде жидкой суспензии - смеси под давлением увеличивает поток текучих сред из нефтяного или газового резервуара в скважину за счет увеличения общей площади контакта между резервуаром и скважиной, а также за счет того, что слой введенного под давлением пропанта в трещине имеет более высокую проницаемость, чем проницаемость пласта. ГОСТом Р 54571-2011 установлен фракционный состав выпускаемого магнийсиликатного пропанта, мм: 0,2-0,4; 0,3-0,6; 0,85-1,2; 1,0-1,7; 1,4-2,0. В 2017 г. емкость российского рынка пропантов превысила 1,3 млн.т. В среднесрочной перспективе в России ожидается дальнейший рост производства и потребления пропантов. (см. Обзор рынка пропантов в России (5 изд.) М. 2018 г. 139 с.). Уральская компания «ФОРЭС» производящая пропант была организована в 1998 году, однако уже в 2006 году "ФОРЭС" стал лидером производства и продаж пропантов в России. Сегодня у компании шесть производственных площадок в Свердловской и Курганской областях, она занимает около 60 процентов рынка, отгружая в среднем около 50 тысяч тонн продукции в месяц. При настройке производства пропанта и в процессе работы образуются некондиционная продукция по сферичности и форме или с отклонениями по ГОСТ в пределах до 3-7% по массе продукции в связи с чем и возник вопрос по утилизации больших объемов некондиционного пропанта, который и может быть в частности использован в качестве разрыхлителей на суглинистых почвах для выращивания сельскохозяйственных культур.

Использование магнийсиликатного пропанта в качестве разрыхлителя почвы вводимого в суглинистую почву в сухом виде позволяет повысить ее водо- и воздухопроницаемость, в том числе и за счет наличия у пропанта выровненной поверхности с высокими показателями сферичности и округлости. Кроме того, пофракционный обжиг пропанта дает возможность фракционирования материала непосредственно после обжига каждой конкретной товарной фракции, что, в свою очередь, позволяет заранее формировать зерновой состав разрыхлителя применительно к различным типам почв и культур. Необходимо отметить, что, имея слабощелочную реакцию, магнийсиликатный пропант может снижать избыточную кислотность почв, подвергшихся воздействию кислотных дождей.

Пример осуществления изобретения

Исследования проводились в 2016-2018 гг. на землях ООО «Исток» в Сухоложском районе Свердловской области. Полевые опыты были заложены в производственных посадках картофеля и зерновых культур и проведены в общем производственном цикле агротехнических мероприятий.

Решение, задач обусловленных целью исследований, достигалось использованием следующих методов:

1. полевой опыт;

2. лабораторный метод (анализ физических и водно-физических свойств почвы, определение крахмала в клубнях);

3. статистический метод (оценка достоверности исследований).

Схема полевых опытов включала три дозы пропанта:

1. Контроль (без пропанта)

2. Пропант 150 т/га

3. Пропант 300 т/га

4. Пропант 450 т/га.

Площадь делянки 100 м² (4×25 м), расположение делянок в опыте систематическое. Повторность в опыте трехкратная.

Пропант вносили при помощи разбрасывателя органических удобрений РОУ-6 со снятым узлом разбрасывателя и переоборудованным под саморазгружающуюся тележку. Уборка и учет урожая в опыте проводился вручную по две учетной площадки по 10 м² на каждой делянке. Урожай был разобран на фракции для определения доли товарных клубней.

Результаты учета урожая пересчитаны на 1 га и подвергнуты статистической обработке методом дисперсионного анализа по алгоритму однофакторного опыта в изложении Доспехова В.А.

Опыт был заложен на темно-серой лесной почве тяжелосуглинистого гранулометрического состава.

Агрохимические показатели почвы приведены в Таблице 1.

Почва опытного участка окультурена, имеет нейтральную реакцию, высокую насыщенность основаниями, повышенное содержание подвижного фосфора и обменного калия, но низкую обеспеченность азотом (Группировка почв МУ ЦИНАО, 1994 г.)

В опыте выращивается сорт картофеля Розара РС-2.

Результаты учета картофеля представлены в Таблице 2.

Несмотря на высокий уровень агротехники, урожайность картофеля в опыте невысокая и колеблется в пределах 151-171 ц/га. Это объясняется неблагоприятными погодными условиями вегетационного периода (аномально высокими температурами и дефицитом атмосферных осадков) в фазу интенсивного накопления массы клубней.

Однако, несмотря на малоблагоприятные погодные условия, внесение пропанта оказало положительное влияние на величину урожая клубней. При внесении пропанта в дозе 150 т/га отмечается прибавка клубней на 7,1 ц/га (4,5%). Увеличение дозы до 300 т/га обеспечивает достоверный рост урожая до 171 ц/га, прибавка 11,5 ц/га.

Дальнейшее увеличение дозы пропанта до 450 т/га оказало отрицательное, математически доказанное, влияние на продуктивность картофеля. Урожайность снизилась на 8,4 ц/га. Это, возможно, объясняется недостатком влаги, поскольку керамические гранулы, не являясь пористым материалом, не способны сорбировать и удерживать такое же количество влаги как почвенные агрегаты. А в условиях засушливого лета это обстоятельство усугубило дефицит влаги, необходимой для формирования урожая картофеля.

Одним из важных показателей качества клубней картофеля является содержание в них крахмала. По данным некоторых авторов в засушливые годы при недостатке влаги клубни картофеля способны накапливать повышенное количество сухого вещества и крахмала. В опытах содержание крахмала колебалось в пределах 17,8-18,6% (Табл. 1).

При внесении пропанта отмечались тенденция к повышению крахмала в клубнях на 0,1-0,5%. Хотя по ботанической характеристике колебания в содержании крахмала в клубнях картофеля сорта «Розара» находятся в пределах 12-16%.

Таким образом, в опытах с пропантом, в условиях засушливого вегетационного периода подтвердились результаты ранее проведенных исследований о повышенном накоплении крахмала в экстремальные годы.

После учета общей продуктивности урожай был разобран по фракциям: мелкая - до 5 см; средняя - 5-7 см; крупная - более 7 см (Табл. 3).

Разбор урожая клубней по размерным фракциям показал, что при внесении пропанта в дозах 150 и 300 т/га наблюдается увеличение доли крупных клубней на 4 и 2%, и уменьшение доли мелкой фракции клубней.

В Таблицах 4 и 5 представлены результаты опытов по изучению последействия пропанта на урожайность яровой пшеницы и ячменя.

Результаты учета урожая яровой пшеницы и ячменя показали, что внесение пропанта в дозе 150-300 т/га в тяжелосуглинистую темно-серую лесную почву достоверно увеличивает величину урожая на 2,5-5,0 ц/га.

В качестве суглинистой почвы использовались в производственных опытах поля Сухоложского района Свердловской области. В качестве разрыхлителя использовали смесь фракций магнийсиликатного пропанта размером 0,2-1,7 мм. Разрыхлитель в количестве 150-450 тонн на га запахивали в почву в сухом виде на глубину 0-25 см. Затем проводили измерение водопроницаемости почвогрунта методом заливных площадок. Результаты исследований показывают, что использование в качестве разрыхлителя магнийсиликатного пропанта повышает водопроницаемость почв, что в конечном итоге способствует повышению биопродуктивности почв тяжелого гранулометрического состава. Кроме того, пониженная насыпная плотность магнийсиликатного пропанта позволяет уменьшить количество вводимого разрыхлителя. Преимущество предлагаемого технического решения состоит в том, что оно позволяет получить материал для оптимизации водно-физических и физико-механических свойств почв без ограничения объемов и области применения из дешевого и распространенного сырья, что значительно снижает стоимость материала и расширяет сырьевые ресурсы для его получения при снижении себестоимости получаемой продукции и расширении ассортимента эффективных минеральных мелиорантов для тяжелых почв зоны Урала. Новизной способа является использование в качестве разрыхлителя-мелиоранта некондиционного пропанта в указанных практически обоснованных дозах и схемах под пропашные культуры, в частности под картофель, при утилизации больших объемов малоиспользуемых кремнийсодержащих отходов.

Неочевидным эффектом предложенного способа является повышение урожая и содержания крахмала в клубнях картофеля при внесении пропанта при увеличении выхода крупных фракций урожая, повышающих качество урожая, при простоте осуществления способа как на крупных с/х предприятиях, так и в фермерских и личных хозяйствах.

Способ может быть рекомендован для промышленного применения, особенно на территориях зоны Урала, где располагаются предприятия производящие пропант в значительных объемах и имеющих в качестве отходов некондиционный пропант, что будет снижать транспортные расходы на доставку и внесение.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Способ включает введение в слой почвы минерального разрыхлителя в виде пропанта в количестве 150-450 т/га, вносимого в пахотный слой почвы в сухом виде россыпью под весеннюю или зяблевую вспашку на глубину 0-25 см. Используют смесь фракций некондиционного магнийсиликатного пропанта размером 0,2-1,7 мм производства ООО «ФОРЭС», насыпная плотность которого не превышает 1,6 г/см³. Способ обеспечивает повышение урожайности возделываемых культур при улучшении водно-физических характеристик почв тяжелого гранулометрического состава с использованием однокомпонентного отхода промышленности выровненной формы и размеров при улучшении экологической обстановки с расширением ассортимента минеральных мелиорантов из отходов промышленности зоны Урала. 5 табл., 1 пр.

1. Способ выращивания растений на почвах тяжелого гранулометрического состава, включающий введение в слой почвы минерального разрыхлителя в виде пропанта в количестве 150-450 т/га, отличающийся тем, что в качестве минерального разрыхлителя, вносимого в пахотный слой почвы в сухом виде россыпью под весеннюю или зяблевую вспашку на глубину 0-25 см, используют смесь фракций некондиционного магнийсиликатного пропанта размером 0,2-1,7 мм.

2. Способ выращивания растений по п. 1, отличающийся тем, что используют пропант производства ООО «ФОРЭС», насыпная плотность которого не превышает 1,6 г/см³.