СПОСОБ ПРИРОДОПОДОБНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР Российский патент 2021 года по МПК A01B79/02 A01B49/04 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к способам природоподобного выращивания сельскохозяйственных культур, при котором используют почву, разделенную на обрабатываемый рыхлый верхний слой, насыщенный пожнивными остатками, и необрабатываемый нижний слой с плотной и капиллярной структурой. Усовершенствован способ выращивания сельскохозяйственных растений, предложенный И.Е. Овсинским и сформулированный в работе «Новая система земледелия» 1898 г. В основу изобретения положены отдельные базовые принципы, изложенные в указанной работе; изобретение создано на основе анализа данных принципов, их корректировки и дополнения новыми принципами

В данном описании использованы следующие термины:

Био́та (от др.-греч. βιοτή — жизнь) — исторически сложившаяся совокупность видов живых организмов, объединённых общей областью обитания (распространения), в настоящее время или в прошедшие геологические эпохи. (Современный словарь иностранных слов: Ок. 20000 слов. — 4-е изд., стер. — М.: Русский язык, 2001. — С. 98. — 742 с. — Доп. тираж 10 000 экз. — ISBN 5-200-02989-9. — УДК 811.161.1’373.45(038).

Микробиом — это сообщество микроорганизмов, населяющих конкретную среду обитания, или совокупность генов микроорганизмов такого сообщества. (Microbiome: [англ.] // Merriam-Webster.com Dictionary. — Merriam-Webster).

Биогеоцено́з (от греч. βίος — жизнь γη — земля + κοινός — общий) — система, включающая сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах одной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии (природная экосистема). Представляет собой устойчивую саморегулирующуюся экологическую систему, в которой органические компоненты (животные, растения) неразрывно связаны с неорганическими (вода, почва). (Сукачёв В. Н. Биогеоценология и фитоценология // Доклады АН СССР. 1945. Т. 47, № 6. С. 447—449).

Чистый пар — паровое поле, свободное от возделываемых сельскохозяйственных культур. (ГОСТ 16265-89 Земледелие. Термины и определения).

Сидеральный пар – занятый пар, используемый для возделывания культур на зеленое удобрение. (ГОСТ 16265-89 Земледелие. Термины и определения).

Уровень техники.

Наиболее близка по основополагающим принципам к изобретенному способу выращивания технология, взятая за прототип изобретения, предложенная И.Е. Овсинским и сформулированная в работе «Новая система земледелия», опубликованной в 1898 г. на польском языке в журнале Rolnic i Hodowka («Крестьянин и предприниматель») (перевод на рус. – Киев, 1899 г., позднее неоднократно переиздавалась – Вильнюс, 1899, 1900 гг., Харьков, 1899 г., Санкт-Петербург, 1902 г., Москва, 1909, 1911 гг.).

При этом главные из предложенных в данной работе принципов нельзя полностью отнести к его авторству. Так, о поверхностной обработке почвы или как можно меньшем вмешательстве в нее говорили многие:

Ч. Дарвин отмечал первейшую роль дождевых червей в обработке земли («Образование растительного слоя деятельностью дождевых червей и наблюдения над образом жизни последних», 1881 г. (перевод с англ. М.А. Мензбира. - Москва : А.Л. Васильев, 1882).

П.А. Костычев – выдающийся русский учёный, основоположник агрономического почвоведения, самой важной заслугой которого явилось открытие роли почвенных микроорганизмов в разложении растительных остатков и формировании гумуса, придерживался позиции как можно меньшего вмешательства в почвенные механизмы почвы для сохранения ее продуктивности. («Почвы черноземной области России, их происхождение, состав и свойства» / [Соч.] П. Костычева. Ч. 1-. - Санкт-Петербург : А.Ф. Девриен, 1886)

И. Бочинский (польский (российский) ученый) в своем труде "Исследование о различном достоинстве свекловицы для сахарной промышленности и о ее возделывании, а также об использовании удобрительных веществ, находящихся в атмосфере, основанное на новом методе обработки земли" (Варшава, 1876 г.) фактически ввел понятие поверхностной двухдюймовой обработки земли, что впоследствии прямо легло в основу работы И.Е. Овсинского.

Однако, И.Е. Овсинский все же первым предложил достаточно законченную и обоснованную модель технологии земледелия, основанной на принципах мелкой поверхностной обработки почвы. Этот принцип, с учетом активно продвигаемой И.Е. Овсинским теории самостоятельности растений, и определил главную парадигму его "Новой системы земледелия". Другое название системы И.Е. Овсинского - "полосно-рядное земледелие" - несколько точнее соответствует визуальному восприятию технологии: сев производится загущенными полосами шириной 30 см с расстояниями между полосами также 30 см, и с постоянной прополкой междурядий.

Однако во времена И.Е. Овсинского ученые располагали лишь отдельными догадками относительно микробиологических процессов почвы и поэтому, разумеется, не могли оценить в полной мере их значения для решения практических сельскохозяйственных задач. Это неминуемо приводило, например, у Овсинского, к слишком упрощенному толкованию процессов в почве и, соответственно, к ошибкам или непредсказуемости сельскохозяйственных результатов.

Итого, недостатком прототипа является невозможность на современном этапе развития агротехники и производственных сил (ручной труд на больших площадях невозможен) выращивания растений без применения удобрений, средств стимуляции, регулирования роста и защиты растений, как химических, так и биологических, при условии достижения уровня урожайности и качества урожая не ниже среднего для соответствующей климатической зоны, а также невозможность роста естественного плодородия почвы, роста популяции флоры и фауны, невозможность оздоровления окружающей среды и улучшения экологической обстановки в целом.

Раскрытие изобретения.

Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить способ природоподобного выращивания сельскохозяйственных культур, при котором используют почву, разделенную на обрабатываемый рыхлый верхний слой, насыщенный пожнивными остатками, и необрабатываемый нижний слой с плотной и капиллярной структурой, позволяющий, по меньшей мере, сгладить, как минимум, один из указанных выше недостатков, а именно обеспечить выращивание растений без применения удобрений, средств стимуляции, регулирования роста и защиты растений, как химических, так и биологических, при условии достижения уровня урожайности и качества урожая не ниже среднего для соответствующей климатической зоны, что и является поставленной технической задачей настоящего изобретения.

Для достижения этой цели способ природоподобного выращивания сельскохозяйственных культур дополнительно содержит этапы, при которых:

• подготовку полей начинают сразу после освобождения полей от урожая,

• формирование конфигурации почвы осуществляют путем лущения на толщину 5-7 см,

• после прорастания сорняков осуществляют культивацию,

• применяют схему чередования культур: пары – озимые культуры– яровые культуры – пары,

• с получением верхнего слоя почвы, насыщенного пожнивными остатками толщиной 5-7 см, и

• необрабатываемого нижележащего слоя с плотной и капиллярной структурой толщиной 70-120 см,

• сев проводят в готовую почву по границе раздела между слоями при физической спелости почвы и

• при условии активного состояния микробиома почвы и стартовой чистоты поля от сорняков.

Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность обеспечить выращивание растений без применения удобрений, средств стимуляции, регулирования роста и защиты растений, как химических, так и биологических, при условии достижения уровня урожайности и качества урожая не ниже среднего для соответствующей климатической зоны, а также рост естественного плодородия почвы, рост популяции флоры и фауны, оздоровление окружающей среды, улучшение экологической обстановки в целом, о чем подробнее будет сказано далее.

Изобретенный способ природоподобного выращивания сельскохозяйственных культур, принимая во внимание некоторую ограниченность представления о микробиоме, тем не менее, нашел возможным положить в основу свою именно результаты исследований микроорганизмов – обитателей почвы, фактически определив микробиом почвы как некий суперорганизм, обуславливающий сельскохозяйственные результаты.

Основополагающим принципом и особенностью изобретенного способа является формирование здорового и оптимального микробиомного сообщества, как главной движущей силы всех почвенных процессов, позволяющих при среднестатистических природоклиматических условиях получать значительные урожаи культурных растений. Именно формирование и развитие микробиома почвы определяет все технологические приемы и действия, направленные, в конце концов, к росту ее естественного плодородия.

Изобретенный способ природоподобного выращивания сельскохозяйственных культур основан на постоянном и динамичном развитии микробиома как центрального звена агробиогеоценоза. Таким образом, подготовка почвы в целях создания условий для агробиогеоценоза и последующего его использования, является необходимым этапом и признаком изобретенного способа. Созданный агробиогеоценоз компенсирует отсутствие внесения удобрений, применения средств защиты растений и прочих традиционных средств стимулирования и регулирования вегетационных процессов.

Существует вариант изобретения, в котором лущение почвы осуществляют бороной

Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность конкретной реализации предложенного технического решения. В частности, можно производить рыхление широкозахватной дисковой бороной.

Существует кроме того и такой вариант изобретения, в котором культивацию почвы осуществляют плоскорезами с мульчирующими и рыхлящими приспособлениями. Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность конкретной реализации предложенного технического решения.

Совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения неизвестна из уровня техники для способов аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения в отношении способа. Неочевидность решения говорит о неочевидности решения для специалиста в данной области техники и, таким образом, о соответствии изобретения критерию «изобретательский уровень».

Краткое описание чертежей.

Другие отличительные признаки и преимущества данного изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемый рисунок, на котором:

- Фигура 1 показывает расположение слоев и место засева семян, согласно изобретению.

На фигуре 1 обозначено:

1 – верхний слой (всегда рыхлый, с обилием пожнивных остатков, толщиной 5 - 7 см);

2 – основной слой (с плотной и капиллярной структурой, толщиной от 70 см и более, оптимально - 120 см);

3 – граница между слоями;

4 –семена.

Осуществление изобретения.

Способ природоподобного выращивания сельскохозяйственных культур осуществляют следующим образом. Приведем наиболее исчерпывающий пример реализации изобретения. Имея в виду, что данный пример не ограничивает применения изобретения.

Этап 1. Формирование конфигурации почвы.

Для подготовки почвы используются последовательно следующие процедуры:

1) Лущение на толщину 5-7 см (фиг. 1, слой 1), например, посредством применения широкозахватной дисковой бороны производства Завода имени Медведева (г. Орел). Производится в целях провокации роста сорняков, создания условий для роста и развития биоты почвы, активного перегнивания пожнивных остатков и тем самым, обеспечения притока двуокиси углерода, процесса нитрификации, обеспечения свободного воздухообмена между почвой и атмосферой, необходимого, в том числе, для осаждения росы в глубинных слоях почвы.

2) После прорастания сорняков осуществляется культивация плоскорезами, снабженными рабочими органами для сильного рыхления верхнего слоя почвы (5-7 см, фиг. 1, слой 1). Производится для уничтожения сорняков, создания условий для роста и развития биоты почвы, создания условий для активного перегнивания пожнивных остатков и тем самым, обеспечения притока двуокиси углерода, процесса нитрификации, обеспечения свободного воздухообмена между почвой и атмосферой, необходимого, в том числе, для осаждения росы в глубинных слоях почвы. Может применяться, например, почвообрабатывающий агрегат универсальный комбинированный «Паук – 6,0» производства ООО «Пензагрореммаш», г. Пенза. Количество таких культиваций определяется активностью сорняков. Их отрастание должно прерываться как можно ранее, чтобы воспрепятствовать процессу фотосинтеза, восстанавливающего их жизненные силы.

3) Подготовка полей к новому сельхоз сезону начинается сразу же по освобождению полей от урожая. Именно эта операция является базовой по накоплению стартового азота в почве как для весеннего, так и для осеннего севов.

4) Применяется схема чередования культур (севооборот) – «минимум трехполье»: пары (чистые и сидеральные - горчица) - озимые - яровые - пары.

5) Вспашка плугом не производится.

В результате подготовки почва получает следующие характеристики, являющиеся необходимыми для изобретенного способа выращивания:

1) верхний слой 1 толщиной 5-7 см - рыхлый, насыщенный биомассой, поля чистые от сорняков, созданы условия для дальнейшего роста и развития биоты почвы, активного перегнивания пожнивных остатков и тем самым, обеспечения притока двуокиси углерода, процесса нитрификации, обеспечения свободного воздухообмена между почвой и атмосферой, необходимого, в том числе, для осаждения росы в глубинных слоях почвы;

2) нижележащий слой 2 толщиной 70 – 120 см твердый, пористый, с хорошей воздухопроводимостью;

3) граница между почвенными слоями ровная.

Этап 2. Определение севооборота (чередование культур)

Применяется система севооборота «минимум трёхполье»: пары - озимые культуры - яровые культуры – пары, как основа получения биодинамической устойчивости создающегося агробиогеоценоза.

Севооборот или чередование культур является способом встроить сельскохозяйственное производство, осуществляемое на конкретном поле, в биогеоценоз, в котором данное поле занимает подобающую ему часть.

Биогеоценоз представляет собой сложную многофакторную систему. Имея дело с любой системой такого рода, следует предполагать наличие ряда её состояний: устойчивости, возмущения, переходного процесса и т.д.

Под устойчивостью следует понимать состояние системы, когда любое её возмущение немедленно приводит к неким компенсаторным процессам, сохраняющим её функциональные проявления. В случае биогеоценоза, в первую очередь, имеется в виду непрерывающееся гармоничное развитие его составляющих частей и процессов. А применительно к агробиогеоценозу (то есть биогеоценозу, сформировавшемуся с участием человека) – также сохранение возможности получения приемлемого количества и качества продукта, используемого в пищевых целях.

В прикладных технических науках при анализе устойчивости выделяют, наравне с другими видами, устойчивость динамическую, как способность системы противостоять большим её возмущениям.

Действия человека по получению на больших площадях монокультуры (а собственно, это и есть цель сельхозпроизводства), приводят к существенным нарушениям функционирования биогеоценоза, и, другими словами, к масштабным возмущениям, при анализе которых целесообразно использовать понятие устойчивости динамической, как совокупности, в данном случае, значительных возмущений, процессов, нивелирующих их, и непрерывного ряда конечных состояний устойчивости.

Ввиду непрерывности таких возмущений и инвариантности откликов на них, мы получаем во временной перспективе непрерывный динамический ряд состояний, характеризующийся стремлением к некоему равновесию (устойчивости), т.е. имеет место переходный процесс с многофакторной моделью получения биодинамической устойчивости.

Если же подразумевать пути управления таким процессом, то здесь следует крайне осторожно отнестись к параметрам такой динамической устойчивости. Мы можем лишь предполагать, что является уместным и правильным для гармоничности системы. Поэтому, в первую очередь, целесообразно определить некоторые ориентиры желаемого и возможного в рамках существующей конфигурации системы и с учётом ее развития.

Нельзя исходить только из желаемого, в противном случае усилия человека могут быть отторгнуты биогеоценозом.

По сути, севооборот и является главным инструментом получения биодинамической устойчивости заданной почвенной системы. Изобретенный способ природоподобного выращивания сельскохозяйственных культур использует систему севооборота «минимум трёхполье»: пары - озимые культуры - яровые культуры – пары. Понятие "Минимум" - в данном случае означает минимальный севооборот. Таким образом, возможным является и четырех-полье, и пяти-полье, и т.д. (например, путем введения в чередование культур трав). Конкретный вид конфигурации системы севооборота определяется возможностями конкретного биогеоценоза и запросом хозяйствующего субъекта. Однако в любом случае окончательный вариант определяется эмпирически, а "трехполье" можно принять как базовый, доказанный на практике, работающий вариант для любого биогеоценоза. Необходимо отметить одно исключение из правила «минимум трёхполье»: в исключительных случаях и в течение ограниченного периода времени допустимо применять систему усеченно: пары - озимые культуры – пары. Причем, под парами в этом случае понимаются пары чистые. Такая схема применяется только для исправления положения, связанного с крайне неблагоприятной фитосанитарной обстановкой, например, с сильной засоренностью полей сорняками.

В первую очередь, под паром понимается пар сидеральный. В изобретении главными целями применения сидеральных культур с глубоко проникающими корнями являются обеспечение глубокой капиллярности слоя 2 (см. фиг. 1) и увеличение плодородия почвы за счет естественного удобрения, возникающего в результате отмирания и разложения их корней. Наиболее подходящей сидеральной культурой для Центральной России является Горчица (или Сина́пис, лат. Sinápis).

Культуры, используемые в сидеральном паре, допустимо доводить до урожая, т.е. не прерывать вегетационного периода. В этом случае нарушается традиционная схема использования сидератов - их запашка в почву в начале цветения, а имеет место полный цикл выращивания вплоть до получения урожая. Таким образом, достигается цель сидерального пара, как этапа изобретенного способа выращивания, а урожай масличной культуры (например, горчицы) дает дополнительный экономический эффект.

В случае критического засорения поля сорняками, равно как и общего неблагоприятного фитосанитарного фона, возможно применение чистых паров, как наиболее эффективного способа борьбы с сорными растениями, вредителями и возбудителями болезней сельскохозяйственных культур.

Этап 3. Сев

Начинается примерно на две - три недели позднее, чем рекомендовано по земледельческому региону. Сев осуществляется только в готовую почву. Под готовностью почвы понимается:

1) Активное состояние микробиома почвы. Критерием оценки состояния всего микробиома может служить состояние активности нитрифицирующих бактерий, определяемого по запаху продуктов их жизнедеятельности. Допустим также замер динамики накопления азота в почве, что также характеризует качество активности нитрифицирующих бактерий. Возрождение активности нитрифицирующих бактерий после зимних холодов в весенний период напрямую связано с установлением положительных температур достаточного уровня (+ 14 - 18°С).

2) Физическая спелость почвы. Определяется опытным путем: если слепить из почвы ком диаметром 6 - 8 см и бросить его с высоты одного метра, то он должен рассыпаться на множество мелких осколков.

3) Стартовая чистота поля от сорняков. Позволяет создать значительный ресурс конкурентоспособности культурных растений при прорастании по отношению к сорнякам.

Соблюдение вышеперечисленных принципов возможно только при относительно поздних сроках сева, как яровых, так и озимых культур. Как правило, это на две - три недели позднее, чем рекомендовано по земледельческому региону. До сева обязательны предпосевные культивации плоскорежущими механизмами с мульчирующими и рыхлящими приспособлениями. Наблюдения за активностью сорняков определяют возможность сева.

Традиционные рекомендации по глубине заделки семян не применяются. Вне зависимости от культуры, семена должны помещаться на плотный капиллярный слой 2, фактически на границу 3 слоев 1 и 2.

Именно такое расположение семян обеспечивает их необходимой почвенной и атмосферной влагой, причем в последнем случае активные осадки (дождь) не имеют принципиального значения - достаточно осаждаемой внутри почвы росы.

Сев - сплошной с применением, например, сеялки сплошного высева – агрегата универсального посевного плоскорежущего АУП 18.07 производства ООО «Сельмаш», г. Сызрань.

После сева никакие работы по посевам не производятся. Исключение составляет боронование по всходам в случае появления на почве твердой корки.

Этап 4. Уборка урожая

Производится обычным механизированным способом: прямое комбайнирование или раздельная уборка с использованием валковых жаток и платформ-подборщиков.

При проверке способа были использованы зерноуборочные комбайны Палессе 1218, трактора МТЗ 82.1, (Белоруссия), жатки валковые ЖВП-5.0 (Украина).

Сразу после окончания уборки начинаются работы по формированию конфигурации почвы - производится лущение, тем самым достигается создание условий для роста и развития биоты почвы, свободного воздухообмена между почвой и атмосферой, создание условий для активного перегнивания пожнивных остатков и тем самым, накопления стартового азота для последующих осеннего или весеннего севов.

Промышленная применимость.

Предлагаемый способ природоподобного выращивания сельскохозяйственных культур реализован на полях площадью 1232 га, расположенных в Орловской области, Свердловский район и принадлежащих ООО «Путь жизни». В результате опытов по выращиванию сельскохозяйственных культур, длившихся приблизительно 9 лет, к настоящему моменту технология приобрела следующие свойства:

1. Сформирована конфигурация почвы, обеспечивающая: хорошие условия роста и развития растений, в том числе их корневой системы, а также почвенной биоты, интенсивное перегнивание пожнивных остатков и отмерших корней, хороший паровоздухообмен между почвой и атмосферой, необходимый, в том числе, для осаждения росы в глубинных слоях почвы. Последнее обстоятельство позволило существенным образом минимизировать необходимость дождевого полива.

2. Разработан и внедрен севооборот, обеспечивающий приемлемый уровень биодинамической устойчивости, характеризующийся в первую очередь стабильным получением урожаев сельскохозяйственных культур не ниже среднего для местного региона.

3. Значительно снижены природо-климатические риски: обеспечена повышенная засухоустойчивость, защита от переувлажнения, практически снижена до минимума необходимость атмосферных осадков (дождя), как при севе, так и в процессе вегетации.

4. Наблюдается значительный рост плодородия почв.

5. Общее оздоровление экосистемы в сельхозугодиях хозяйства «Путь Жизни»: значительный рост представителей местной фауны - насекомых, птиц, позвоночных животных.

6. ООО "Путь Жизни" сертифицировало свое производство по ГОСТ 33980-2016 "Продукция органического производства. Правила производства, переработки, маркировки и реализации"

Таким образом, в данном изобретении достигнута поставленная задача –выращивание растений без применения удобрений, средств стимуляции, регулирования роста и защиты растений, как химических, так и биологических, при условии достижения уровня урожайности и качества урожая не ниже среднего для соответствующей климатической зоны, а также рост естественного плодородия почвы, рост популяции флоры и фауны, оздоровление окружающей среды, улучшение экологической обстановки в целом.

Экономические результаты не являются в данном способе основополагающими, а представляют собой побочный продукт. Технические и технологические методы направлены на минимальное вмешательство в природные процессы. Исходя из имеющегося на данный момент опыта применения изобретенного способа, можно констатировать увеличение плодородия почвы на 15-50% от ее естественного плодородия на начало использования изобретенного способа, что является прямым решением задачи, поставленной в Доктрине продовольственной безопасности Российской Федерации, утвержденной Указом Президента Российской Федерации от 21 января 2020 года N 20. Таким образом, фактически, ставя задачу постановки сельхоз производства, изобретенный способ в основе своей имеет результатом - создание чистой, здоровой среды обитания для всего живущего, включая человека. Все без исключения приемы и этапы изобретенного способа основаны на главенстве природы и ее процессов.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству. В способе подготовку полей начинают сразу после освобождения полей от урожая. Формирование конфигурации почвы осуществляют путем лущения на толщину 5-7 см. После прорастания сорняков осуществляют культивацию, применяют схему чередования культур: пары – озимые культуры – яровые культуры – пары с получением верхнего слоя почвы, насыщенного пожнивными остатками толщиной 5-7 см, и необрабатываемого нижележащего слоя с плотной и капиллярной структурой толщиной 70-120 см. Сев проводят в готовую почву по границе раздела между слоями при физической спелости почвы и при условии активного состояния микробиома почвы и стартовой чистоты поля от сорняков. Способ обеспечивает выращивание растений без применения удобрений, средств стимуляции, регулирования роста и защиты растений как химических, так и биологических, при условии достижения уровня урожайности и качества урожая не ниже среднего для соответствующей климатической зоны. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ природоподобного выращивания сельскохозяйственных культур, характеризующийся тем, что подготовку полей начинают сразу после освобождения полей от урожая, формирование конфигурации почвы осуществляют путем лущения на толщину 5-7 см, после прорастания сорняков осуществляют культивацию, применяют схему чередования культур: пары – озимые культуры – яровые культуры – пары с получением верхнего слоя почвы, насыщенного пожнивными остатками толщиной 5-7 см, и необрабатываемого нижележащего слоя с плотной и капиллярной структурой толщиной 70-120 см, сев проводят в готовую почву по границе раздела между слоями при физической спелости почвы и при условии активного состояния микробиома почвы и стартовой чистоты поля от сорняков.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что лущение почвы осуществляют бороной.

3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что культивацию почвы осуществляют плоскорезами с мульчирующими и рыхлящими приспособлениями.