Способ повышения плодородия почв сельскохозяйственных земель при утилизации отходов сахарного производства при выращивании подсолнечника в условиях Центрального Черноземья Российский патент 2023 года по МПК C05F5/00 A01B79/02 

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при выращивании подсолнечника и повышения плодородия почвы.

Продуктивность сельскохозяйственных культур, в том числе подсолнечника, обеспечивается в основном за счет агромероприятий, направленных, прежде всего, на изменение агрохимических свойств почвы. Эффективность ин напрямую зависит от системы применения удобрений. Исходя из этого, регулирование плодородия посредством применения удобрений в агроценозах, является актуальным для разработки обоснованных рекомендаций на основе изменения показателей химического состояния почв (Титова В.И., Дабахов М.В., Дабахова Е.В. Обоснование использования отходов в качестве вторичного материального ресурса в сельскохозяйственном производстве: Учебное пособие //Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2000, 178 с.).

В последнее время наблюдается большой рост производства свекловичного сахара в России. В условиях 2009-2010 гг. его производилось около 3 млн. тонн, а в 2019-2020 гг. – превысило уже 7 млн. тонн.

Отходы производства и потребления, образующие в настоящее время в огромных количествах, представляют угрозу для окружающей среды. В связи с этим большую актуальность в настоящее время приобретают проблемы их утилизации. Такие отходы производства содержат в своем составе ценные питательные вещества и могут быть использованы в качестве вторичного материального ресурса. К ним относится свекловичный жом, мелассу и дефекационная известь (свекловичный жом составляет 70-90% от массы свеклы). В состав жома входят (% к общей массе): пектиновые вещества – 48-50, целлюлоза – 22-25, гемицеллюлоза – 21-23, азотистые вещества – 1,8-2,5, зола – 0,8-1,3, сахара - - 0,215-0,20, а также витамины (В₁, В₂, В₆, С и др.), ферменты, небольшие количества жира и микроэлементов. Следовательно, свекловичный жом, возможно, использовать не только в качестве пищевых добавок в рационе сельскохозяйственных животных, но и в качестве органических удобрений на посевах. Кроме этого внесение в почву удобрений не только обеспечивает растение питательными элементами, но и изменяет условия существования почвенных микроорганизмов, которые являются продуцентами витаминов, ферментов, антибиотиков и других физиологических активных веществ.

В условиях стремительного роста цен на минеральные удобрения, использование не традиционных органических материалов и включение их в состав современных агротехнологий является весьма актуальным.

В предложенном изобретении авторы конкретно рассматривают использование дефеката сахарного производства. Дефекат представляет собой остатки растений, осадок после промывки свеклы, который наряду со свекловичным жомом накапливается также на предприятиях сахарной промышленности.

Дефекат, учитывая его агрохимические свойства, можно использовать также в качестве удобрения. Удобрение содержит органическое вещество, азот, фосфор, калий и другие многочисленные микроэлементы. Осадок после фильтрации на сахарном производстве – это дефекат, который содержит полезные азотные вещества, фосфорную кислоту и главную составляющую часть – СаСО₃, которая способствует повышению урожайности сельхозкультур, особенно на кислых почвах, к которым относится чернозем выщелочный, кислоты которых нейтрализуются известью. Кроме того, СаСО₃ совместно с гумусом способствует образованию благоприятной мелкокомковатой структуры почвы.

Известен способ повышения плодородия и продуктивности почв сельскохозяйственных земель (BY 12267 C1, 30/08/2009), в котором осуществляют последовательное внесение в почву карбонатсодержащего сырья и органоминерального комплекса с последующей заделкой в почву (в пахотный горизонт), в качестве карбонатсодержащего сырья используют доломитовую муку, которую вносят в почву с учетом величины ее гидролитической кислотности, а в качестве органоминерального комплекса используют навоз дозой 7 т/га 1 раз в 5 лет.

Недостатком известного способа является несбалансированное поступление в почву основных элементов питания растений, недостаточное для ускоренного восстановления сельскохозяйственных земель и значительного повышения их плодородия и продуктивности. Кроме того, чистый навоз, не прошедший предварительную анаэробную обработку или выдержки для его достаточного обезвреживания, является источником многих патогенных организмов и гельминтов.

Известен способ повышения урожайности подсолнечника по признакам подбора компонентов к природному минералу при обработке вегетирующих растений 2,4,5,6-тетрахлор-3-(N-бензил)-пиридинкарбамидом в количестве 200 г/га, способствующая увеличению урожайности на 8,3 ц/га (патент RU №2298322, A01N 43/40, A01P 21/00 от 10.05.2007).

Эффективность применения композиций полученного препарата и доз зависит не только от применяемого созданного препарата, но что не менее важно, от сортового материала созревания и фазы развития растений и времени внесения препарата на конкретном растении подсолнечника, а также микроэлементов в хелатной форме для стимулятора роста растений, что требует устранения дефицит элементов питания.

Внесение удобрений относится к одному из наиболее эффективных средств, способствующих повышению урожая подсолнечника. Эффект от их применения находится в зависимости от биологической особенности высеваемого генотипа, особенности почвы доступными элементами питания, сроков и способа внесения. В целом, подсолнечник требует умеренное калийное питание до фазы бутонизации и повышенное – в дальнейшем фазах онтогеноза.

Известен способ получения агроминеральных смесей из жидких отходов спиртового производства, включающий коагуляцию и осаждение органоминеральных веществ, при этом осуществляют коагуляцию и осаждение органоминеральных веществ введением в емкость с жидкими отходами спиртового производства дефеката в количестве от 10 до 100 кг сухого веса на 1 т жидких отходов спиртового производства, а осажденную смесь из органоминеральных веществ откачивают из нижней части емкости (Патент №2294318, C05F 3/10 от 27.02.2007).

Известен, также, способ приготовления удобрительно-мелиорирующей смеси на основе карбонатного сапропеля, включающий компостирование в буртах смеси примороженного сапропеля, органических отходов и минеральных удобрений NPK, при этом промороженный карбонатный сапропель обрабатывают пероксидом водорода в соотношении 10:1 в перерасчете на воздушно-сухое вещество, органические отходы доводят до влажности 60-65%, смешивают с сапропелем в соотношении, обеспечивающем оптимальные значения рН 6,5-7,5, добавляют минеральные удобрения, после чего смесь, укладывают в бурт и при перемешивании 1 л раствора на 1 т смеси при ее влажности 60-65%, температуре 22-24^оС и оставляют созревать неделю, затем после повторного перемешивания оставляют созревать еще две недели при температуре не выше 30^оС (Патент RU №2286321, C05F 7/00, C05F 3/00 от 27.10.2006).

Однако при этом, должны создаваться новые способы для расширенного воспроизводства почвенного плодородия с учетом целенаправленных мелиоративных и агротехнических действий, способствующих накоплению гумуса, как источника потенциальной энергии, а также необходимо учитывать агрохимические свойства дефеката при использовании его в качестве удобрения. Это удобрение содержит органическое вещество, азот, фосфор, калий и многочисленные микроэлементы.

Известен способ получения биогумуса при переработке отходов сахарной промышленности, который осуществляют путем внесения навозного червя в субстрат, включающий свекловичный жом и дефекат в соотношении 1:3 по объему, который под воздействием навозного червя превращается в биогумус, что позволяет обеспечить полную утилизацию свекловичных отходов сахарного производства (Патент RU №2339601, C05F 5/00, A01K 67/033 от 27.11.2008).

Недостатком известного способа является невысокое качество получаемого биогумуса как удобрения и мелиоранта из-за высокой щелочности дефеката (9-10), высокого содержания в нем олиго- и моносахаридов, вызывающих бурное развитие гнилостых бактерий, и невысокого содержания NPK, что не позволяет его непосредственно в качестве удобрения в смеси.

Известен способ использования отходов свеклосахарного производства в зерносвекличных севооборотах (взятый за прототип), включающий смешивание свекловичного жома и дефеката путем их распределения по поверхности почвы в соотношении (1-2):1-1,5), обеспечивающем рН получаемой смеси – 6,8-7,0 в количестве 12-20 т/га, затем обработку смеси культурой Trichoderma viride, штами 98 или 838, с нормой внесения 5 л/га и равномерную заделку в почву на глубину 7-10 см (Патент RU №2453521, C05F11/08 от 20.06.2012).

Недостатком данного способа является необходимость обработки получаемой смеси культурой Trichoderma viride, узкая область применения.

Изобретение направлено на экологизацию технологий агропромышленного производства, путем создания технического решения (способа), способность утилизировать отходы сахарного производства (дефекат, с применением минеральных удобрений с защитными функциями препаратов: БСка-3 и Экстрасол, с получением наибольшего действия на биологическую активность почвы, вносимых под сельскохозяйственные культуры.

Техническим результатом изобретения является повышение плодородия почв сельскохозяйственных земель при выращивании подсолнечника в условиях центрального черноземья, за счет совместного использования минеральных и микробиологических удобрений на фоне внесения свекловичного дефеката, обладающего восстановительными свойствами плодородия почв и агроценозах на выщелоченных почвах в зоне лесостепи Центрального Черноземного региона, с использованием только существующей сельскохозяйственной техники.

Технический результат достигается тем, что в способе повышения плодородия почв сельскохозяйственных земель при утилизации отходов сахарного производства при выращивании подсолнечника в условиях Центрального Черноземья, характеризующийся тем, что в качестве органоминерального комплекса используют смесь дефеката сахарного производства в дозе 12,6 т/га, минеральные удобрения в дозе N140P70K100 и обработку семян микробиологическим препаратом БСка-3 с нормой внесения 4 л/т, или препаратом Экстрасол с нормой внесения 4 л/т, при этом смесь органоминерального комплекса вносят осенью – под зяблевую вспашку, а весной – под культивацию в поверхностный слой и равномерно заделывают в почву на глубину 15-20 см, а заделку семян 3 см, осуществляют посев с нормой высева 30 тыс. шт./га всхожих семян

Указанная совокупность существенных признаков заявленного способа составлена с учетом приведенных ниже доводов.

Микробиологическое удобрение (препарат) БСка-3 предназначен для защиты и оздоровления почв, защиты и питания растений, повышения урожайности сельскохозяйственных культур, а также почвенного плодородия. БСка-3 поставляется в готовой жидкой препаративной форме. Производитель: ООО «Бмотехагро», Россия.

Механизм действия препарата обусловлен наличием всего состава живых культур. Эти микроорганизмы, а также выделяемые ими вещества (метаболиты), стимулируют всхожесть семян и рост растений, улучшают их фитосанитарное состояние, укрепляют корневую систему, обеспечивают устойчивость к полеганию сельскохозяйственных культур и, как следствие, повышают урожайность и восстанавливают плодородие почвы. Препарат совместим с гербицидами, инсектицидами и минеральными удобрениями в баковых смесях.

Предпосевную обработку семян рекомендуется проводить путем инкрустации (полусухого протравливания) в протравителях, с использованием имеющихся в хозяйстве протравочных агрегатов или шнекового погрузчика. Обработку семян препаратами на основе живых микроорганизмов проводят не позднее, чем за 1-20 дней до посева. Обработанное зерно должно храниться в тени.

Готовый препарат «Экстрасол» представляет собой чистую культуру бактерий (Artheobacter mysore. Flavobacteeium sp: L-30. Ageobacteeiu eadiobacter 204. Ageobacteium radiobacter 10. Azomonas agilis 12/ Bacillus subtitis 13, Pseudomobmonas fluorescens 2137 и др.).

Механизм действия биопрепаратов при проведении обработок сводится к тому, что при инокуляции происходит искусственное заселение поверхности семян полезной микрофлорой. При посеве семян, обработанных биопрепаратами, бактерии, нанесенные на их поверхность, начинают активно размножаться и активно колонизируют ризосферу развивающегося растения. Действие и полное ее подавление отмечается на 6-12 день после посева, при этом препарат оказывает пролонгированное стимулирующее действие на развитие растений в целом, что приводит к повышению продуктивности и лучшему качеству выращиваемой продукции.

Дефекат сахарного производства отличается высоким содержанием кальция и ценных органических компонентов. Дефекационная известь сахарного производства содержит до 84% активного СаО, и с учетом внесения минеральных удобрений, которые можно вернуть в почву, истощаемую выращиванием сельскохозяйственных культур.

Минеральные удобрения, входящие в состав органоминерального комплекса, являются, в первую очередь источником макроэлементов, и при использовании в комплексе с дефекатом и микробиологическими препаратами способствуют ускорению процессов восстановления плодородия и повышения продуктивности почв на черноземах выщелоченных почвах лесостепи. А значит, система севооборота представляет собой научно обоснованную технологию применения совместно удобрения, рассчитанного для внедрения на черноземах выщелоченных почвах лесостепи. Отсюда можно заключить, что правильно разработанная система удобрений (дефекат, минеральные удобрения и микробиологические препараты) обеспечивают увеличение урожайности, улучшения качества продукции, сохранения или повышения плодородие почв и предотвращения загрязнения окружающей среды удобрениями.

На основании этого можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию патентоспособности «промышленная применимость», т.к. может быть использовано в сельском хозяйстве.

Предлагаемый способ повышения плодородия почв сельскохозяйственных земель апробирован на землях Липецкой области на опытных участках ИП КФХ Аринина, в 2018-2021 гг.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Показатели агрохимических свойств на Черноземных выщелоченных представлены следующей характеристикой пахотного слоя: содержание гумуса – 5,56-5,75%; Н_г – 5,25-5,30 мг/экв на 10 г почвы; Р₂О₅ – 121,7-126,8 мг/кг почвы; К₂О – 151-156,6 мг/кг почвы; Са – 1525-16,01 ммоль/100 г почвы; Mg – 2,05-2,39 ммоль/100 г почвы.

По химическому составу дефекат сахарного производства: СаСО₃ – 75,0-77,6%; массовая доля сухого вещества – 70,3-72,0%; органического вещества – 38,5%.

В качестве объекта исследований был выбран подсолнечник сорт «Посейдон 625».

Опыт был заложен по двух факторной системе: А – расчетная норма внесения дефеката 6,3 т/га и 12,6 т/га.

Внесение осенью и весной в два этапа в комплексе с дозами минеральных удобрений (N₉₀P₄₀K₅₀ и N₁₄₀P₇₀K₁₀₀) - под зяблевую вспашку и – под предпосевную культивацию, соответственно.

Фактор Б – использование микробиологических удобрений (препаратов): БСка-3 и Экстрасол, путем обработки семян перед посевом. Норма применения препаратов 4 л/т. Расход рабочей жидкости – 10 л/т.

Мероприятия по выращиванию подсолнечника выстраивались согласно общепринятым рекомендациям в условиях Центрального Черноземья (ЦЧ). Посев подсолнечника сорта Посейдон 625 на глубину заделки 3 см. Норма высева – 30 тыс. шт./га всхожих семян. Предшественник – озимая пшеница.

Опыт проводили в соответствии с методическими указаниями Б.А. Доспехова (1985 г.). Общая площадь делянки 120 м², учетная 80 м².

Полевые работы на опытном участке осуществлялись с учетом погодных условий и требований культур. Погодные условия в годы исследований сложились благоприятные для выращивания подсолнечника: ГТК 2018-0,77; 2019-1,12; 2020-1,25; 2021-1,78.

Пример. Осуществим утилизацию отходов сахарного производства – дефеката с внесением минеральных удобрений и применением для обработки семян перед посевом микробиологическими удобрениями: БСка-3 и Экстрасол.

По известному способу свекловичный дефекат с расчетной дозой 6,3 т/га и 12,6 т/га осенью под зяблевую вспашку, а весной под культивацию, распределяя и равномерно заделывая в почву в зависимости от гидравлической активности почвы.

Следует отметить, что изменения агрохимических свойств почвы происходит не только под влиянием внесения элементов питания. Немаловажное значение также имеет деятельность почвенной микрофлоры. Вследствие биохимических превращений, при участии микроорганизмов происходит разрушение органического вещества, а также минеральной части почвы. От интенсивности протекания этих процессов зависит степень обеспеченности растений необходимыми элементами питания. В связи с этим, нами определялась биологическая активность почвы в зависимости от доз внесения свекловичного дефеката в комплексе с минеральными удобрениями.

Впервые выявлены особенности формирования планируемого урожая подсолнечника сорта Посейдон 625 в зависимости от варианта питания на черноземе выщелоченном (Центральное Черноземье) на примере Липецкой области.

Внесение одновременно смеси удобрений предусмотрено по данной масличной культуре после предшественника культуре в виде озимая пшеница с равномерным поверхностным разбрасыванием дефеката и минеральных удобрений в соответствующих дозах, отмеченных выше.

В исследованиях был применен метод разложения льняного полотна в опытной черноземной выщелоченной почвы. Эти данные учитывались на основе деятельности целлюлозоразлагающей микрофлоры.

Анализ результатов опытов показал, наибольшее действие на биологическую активность почвы оказали смеси заделки в почву дефеката и минеральных удобрений.

На вариантах определения разложения льняного полотна выявлено следующее: низкое его разложение на варианте с внесением 6,3 т/га дефеката в комплексе с действием N₉₀P₄₀K₅₀ в почву на глубину внесения до 10 см (28%). В среднем, максимальная степень разложения льняного полотна выявлена с высокими дозами внесения дефеката 12,6 т/га и в дозе минеральных удобрений N₁₄₀P₇₀K₁₀₀ при заделке на глубину 15-20 см (более 48%).

Исследования биологической активности почвы показали, что высокое действие на нее также оказывает влияние биологических удобрений для посевов подсолнечника двух исследуемых препаратов: БСка-3 и Экстрасол.

В среднем, разложение льняного полотна на варианте с действием БСка-3 (42,4%) увеличилась на + 10%, по сравнению с контролем (без обработки); и на + 6% по варианту с применением препарата Экстрасол (38,1%).

Оценку структурного состояние почвы при внесение высоких доз дефеката и минеральных удобрения с применением препаратов в виде микробиологический удобрений при обработке семян стимулировало увеличение (т/га) урожайности подсолнечника (табл. 1).

Таблица 1 - Урожайность подсолнечника в опыте с комплексным применением дефеката и удобрений, т/га

Уровень внесения удобрений Обработка микробиологическими удобрениями Без обработки БСка-3 Экстрасол 6,3 т/га дефекат, N₉₀P₄₀K₅₀ 18,9 22,6 22,9 12,6 т/га дефекат, N₉₀P₄₀K₅₀ 20,1 24,0 25,3 6,3 т/га дефекат, N₁₄₀P₇₀K₁₀₀ 22,8 26,7 26,8 12,6 т/га дефекат, N₁₄₀P₇₀K₁₀₀ 23,5 29,3 31,2

НСР ₀₅, т/га, среднее, взаимодействия: АВ – 4,01.

Анализ результатов опытов показал улучшение показателей агрохимических свойств почвы при внесении дефеката одновременно с минеральными удобрениями и с обработкой семян с препаратами БСка-3 и Экстрасол.

Установлено, что более высокие дозы минерального азота снижали показатели масличности, в среднем на 0,5-1,55. Максимальная масличность отмечена на вариантах с внесением более высокой дозы дефеката сахарного производства 12,6 т/га, при внесении с меньшей дозой минеральных удобрений (N₉₀P₄₀K₅₀) на фоне обработок семян подсолнечника с микробиологическими удобрениями. Максимальный показатель жира отмечен на варианте внесения дефеката 12,6 т/га при N₉₀P₄₀K₅₀ и препарата Экстрасол (42,5%-42,7%).

Таким образом, использование отходов сахарного производства – дефеката зависит от срока внесения в дозе 12,6 т/га, совместно с минеральными удобрениями N₁₄₀P₇₀K₁₀₀ с обработкой семян препаратом БСка-3 при дозе 4 л/т. Биологическая активность почвы в большей степени зависит от влияния биологических удобрений, что позволяет получить высокие, стабильные, экологически безопасные урожаи маслосемян, полученная удобрительная смесь обладает восстановительными свойствами плодородия почв, и как следствие, также способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Предложен способ повышения плодородия почв сельскохозяйственных земель при утилизации отходов сахарного производства при выращивании подсолнечника в условиях Центрального Черноземья, согласно которому в качестве органоминерального комплекса используют смесь дефеката сахарного производства в дозе 12,6 т/га, минеральные удобрения в дозе N₁₄₀P₇₀K₁₀₀ и обработку семян микробиологическим препаратом БСка-3 с нормой внесения 4 л/т, или препаратом Экстрасол с нормой внесения 4 л/т. При этом смесь органоминерального комплекса вносят осенью – под зяблевую вспашку, а весной – под культивацию в поверхностный слой и равномерно заделывают в почву на глубину 15-20 см. Заделку семян 3 см, осуществляют посев с нормой высева 30 тыс. шт./га всхожих семян. Изобретение обеспечивает повышение плодородия почв и повышения урожайности масличных культур. 1 табл.

Способ повышения плодородия почв сельскохозяйственных земель при утилизации отходов сахарного производства при выращивании подсолнечника в условиях Центрального Черноземья, характеризующийся тем, что в качестве органоминерального комплекса используют смесь дефеката сахарного производства в дозе 12,6 т/га, минеральные удобрения в дозе N₁₄₀P₇₀K₁₀₀ и обработку семян микробиологическим препаратом БСка-3 с нормой внесения 4 л/т, или препаратом Экстрасол с нормой внесения 4 л/т, при этом смесь органоминерального комплекса вносят осенью – под зяблевую вспашку, а весной – под культивацию в поверхностный слой и равномерно заделывают в почву на глубину 15-20 см, а заделку семян 3 см, осуществляют посев с нормой высева 30 тыс. шт./га всхожих семян.