Способ повышения плодородия почв и продуктивности ярового рапса при использовании отходов сахарного производства в комплексе с минеральными удобрениями Российский патент 2024 года по МПК A01B79/02 A01G22/15 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при переработке отходов сахарной промышленности и возделыванию рапса с применением минеральных удобрений, и для повышения плодородия почвы.

Продуктивность сельскохозяйственных культур, в том числе ярового рапса, обеспечивается в основном за счет агромероприятий, направленных, прежде всего, на изменение агрохимических свойств почвы. Эффективность их 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, 2009. 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 - 0,15-0,20, 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 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 RU №2294318, C05F 5/00, C12F 3/10 от 27.02.2007).

Известен, также, способ приготовления удобрительно-мелиорирующей смеси на основе карбонатного сапропеля, включающий компостирование в буртах смеси промороженного 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°С и оставляют созревать неделю, затем после повторного перемешивания оставляют созревать еще две недели при температуре не выше 30°С (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 гнилостных бактерий, и невысокого содержания NPK, что не позволяет использовать его непосредственно в качестве удобрения в смеси.

Известен способ использования отходов свеклосахарного производства в зерносвекловичных 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, 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, C05F 11/08 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 и микробиологических удобрений с защитными функциями препаратов: БСка-3 и «Экстрасол»), с получением наибольшего действия на биологическую активность почвы, вносимых под сельскохозяйственные культуры.

Техническим результатом является повышение плодородия почв и продуктивности ярового рапса, при совместном использовании минеральных и микробиологических удобрений на фоне внесения свекловичного дефеката, обладающими восстановительными свойствами плодородия почв и агроценозах под посевами ярового рапса.

Технический результат достигается тем, что в способе повышения плодородия почв при использовании отходов сахарного производства при выращивании ярового рапса с использованием минеральных удобрений, используют дефекат сахарного производства в дозе 12,6 т/га совместно минеральные удобрения в дозе N₁₄₀P₇₀K₁₀₀ с обработкой семян микробиологическим препаратом БСка-3 с нормой внесения 4 л/т, или препаратом Экстрасол с нормой внесения 4 т/га, при этом вносят осенью - под зяблевую вспашку, а весной - под культивацию в поверхностный слой и равномерно заделывают в почву, полученную смесь минерального удобрения и дефекат сахарного производства заделывают в почву на глубину 15-20 см, предшественник озимая пшеница, с посевом ярового рапса при норме высева 2 млн штук всхожих семян на гектар.

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

Механизм действия препарата обусловлен наличием всего состава живых культур. Эти микроорганизмы, а так же 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 (Arthrobacter mysore, Flavobacterium sp: L-30, Agrobacteriu radiobacter 204, Agrobacterium 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 заселении 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.

Научно-производственные испытания ресурсосберегающей технологии возделывания ярового рапса на семена проводились в Липецкой области на опытных участках ИП КФХ Аринина, в 2018-2021 гг.

На Фиг. 1. представлена диаграмма урожайности рапса ярового в зависимости от использования удобрений на фоне внесения доз дефеката.

На Фиг. 2. представлена графическая зависимость между содержанием жира и урожайностью рапса при внесении дефеката весной.

Способ осуществляется следующим образом.

Почвы в Липецкой области - чернозем выщелоченный, которая представлена 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 - 15,25-16,01 ммоль/100 г почвы; Mg - 2,05-2,39 ммоль/100 г почвы.

Дефекат сахарного производства имеет агрохимические показатели: СаСО₃ - 75,0-77,6%; массовая доля сухого вещества 70,3-72,0%; органическое вещество - 38,5%.

В качестве объекта исследований был выбран яровой рапс сорта «Риф». Данный сорт отличается высокой продуктивностью и качеством маслосемян, устойчив к основным болезням. С 2013 года включен в Госреестр охраняемых сортов, допущенных к использованию в производство.

Опыт был заложен по двух факторной системе: фактор 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 и под предпосевную культивацию.

Фактор В - использование микробиологических удобрений (препаратов): БСка-3 и Экстрасол, путем обработки семян перед посевом.

Мероприятия по выращиванию ярового рапса выстраивались согласно общепринятым рекомендациям в условиях Центрально-Черноземного района (ЦЧР). Посев ярового рапса сорта Риф выполняли сеялкой СФС - 2 на глубину заделки семян 2 см. Норма высева - 2 млн шт./га. 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 развития ярового рапса: 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 или 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.

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

Так, исследования показали, что 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 в почву на глубину 15-20 см (более 48%).

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

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

Установлено, в среднем, вегетационный период по вариантам составил в пределах 111-118 дней. Было также установлено, что более продолжительный период вегетации составил на варианте с внесением дозы дефеката 12,6 т/га и минеральных удобрений N₁₄₀P₇₀K₁₀₀ на фоне обработки семян перед посевом препаратом Экстрасол (118 дней).

Количество внесение более высоких доз дефеката стимулировало увеличение (т/га) урожайности ярового рапса (фиг. 1).

Установлено, что максимальная урожайность в среднем выявлена на вариантах при совместном внесении минеральных удобрений и, с обработкой семян микробиологических удобрений (препаратов), т.е. N₁₄₀P₇₀K₁₀₀ + Экстрасол (3,21 т/га).

Внесение минеральных удобрений и отходов дефеката сахарного производства с применением микробиологических удобрений способствовало высокое пищевое достоинство получения рапсового масла, и как следствие, высокий спрос и цену производимых заводами, а это значит, содержание жира в семенах рапса (табл. 1).

Таблица 1. - Масличность ярового рапса в опыте с комплексным применением дефеката и удобрений, % Уровень внесения удобрений Обработка микробиологическими удобрениями Без обработки БСка-3 Экстрасол 6,3 т/га дефекат, N₉₀P₄₀K₅₀ 41,0 41,5 41,9 12,6 т/га дефекат, N₉₀P₄₀K₅₀ 42,2 41,5 42,5 6,3 т/га дефекат, N₁₄₀P₇₀K₁₀₀ 40,2 41,0 41,5 12,6 т/га дефекат, N₁₄₀P₇₀K₁₀₀ 40,1 40,4 40,2 НСР ₀₅, %, среднее, взаимодействия факторов АВ - 2,05.

Коэффициент регрессии составляет 1,2%. Следовательно, с увеличением урожайности на 1 т семян увеличилось содержание жира на 1,2% (фиг. 2).

Коэффициент корреляции составил r = 0,50, а коэффициент детерминации d_ух = r² = 0,26. Следовательно, зависимость между урожайностью и содержанием жира в семенах рапса - слабая.

В полевом опыте, в среднем, масличность рапса сорта Риф варьировала в интервале 38,4-42,7%, в зависимости от варианта исследований, при этом в отдельные годы достигало 44,85.

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 минеральных удобрений (N₉₀P₄₀K₅₀) на фоне обработок семян ярового рапса с микробиологическими удобрениями. Максимальный показатель жира отмечен на варианте внесения дефеката 12,6 т/га при N₉₀P₄₀K₅₀ и препарата Экстрасол (42.%-42,7%).

Таким образом, использование отходов сахарного производства - дефеката зависит от сроков внесения в дозе 12,6 т/га, совместно с минеральными удобрениями N₁₄₀P₇₀K₁₀₀ с обработкой семян препаратом БСка-3 в дозе 4 л/т. Биологическая активность почвы в большей степени зависит от влияния биологических удобрений, что позволяет получать высокие, стабильные, экологически безопасные урожаи маслосемян. Полученная удобрительная смесь обладает восстановительными свойствами плодородия почвы.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Способ повышения плодородия почв и продуктивности ярового рапса при использовании отходов сахарного производства с использованием минеральных удобрений заключается в том, что смешивают дефекат сахарного производства в дозе 12,6 т/га совместно с минеральными удобрениями в дозе N₁₄₀P₇₀K₁₀₀ и вносят в два этапа: осенью – под зяблевую вспашку, а весной – под культивацию в поверхностный слой, равномерно заделывая в почву на глубину 15-20 см. Предпосевную подготовку семян осуществляют обработкой микробиологическим препаратом БСка-3 или препаратом Экстрасол с нормой 4 л/т. Посев ярового рапса осуществляют с нормой высева 2 млн шт./га. В качестве предшественника используют озимую пшеницу. Техническим результатом является утилизация отходов дефеката сахарного производства с получением удобрительной смеси с минеральными удобрениями для повышения плодородия почв и повышения урожайности масличных культур. 1 табл., 2 ил.

Способ повышения плодородия почв и продуктивности ярового рапса при использовании отходов сахарного производства в комплексе с минеральными удобрениями, характеризующийся тем, что используют дефекат сахарного производства в дозе 12,6 т/га совместно с минеральными удобрениями в дозе N₁₄₀P₇₀K₁₀₀, проводят обработку семян микробиологическим препаратом БСка-3 с нормой внесения 4 л/т или препаратом Экстрасол с нормой внесения 4 л/т, при этом полученную смесь минеральных удобрений и дефеката сахарного производства вносят осенью – под зяблевую вспашку, а весной – под культивацию в поверхностный слой и равномерно заделывают в почву на глубину 15-20 см, предшественник - озимая пшеница, посев ярового рапса осуществляют при норме высева 2 млн штук всхожих семян на гектар.