Способ повышения агрофизических и биологических свойств черноземных почв Российский патент 2025 года по МПК A01C21/00 A01B79/02 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к средствам повышения плодородия почв, и может быть использовано для повышения урожайности сельскохозяйственных культур, в том числе кукурузы.

Известно, что кукуруза требовательна к плодородию почвы и при формировании высоких урожаев, которые получают чаще в условиях обеспечения растений влагой, потребляют большое количество питательных веществ. Для формирования урожая зерна кукурузы в 60-70 ц/га потребление культуры составляет примерно 150-180 кг азота, 50-60 кг фосфора, 150 кг калия; а для урожая 100 ц/га, соответственно - 390 кг/га, 110 кг/га и 300 кг/га. Потребление питательных веществ из почвы происходит на протяжении всего вегетационного периода. Поглощение азота и калия заканчивается раньше, а фосфор поступает в растения почти до созревания.

Черноземы, как наиболее плодородные почвы, являются главной базой земледелия России. Использование химических и биологических мелиорантов снижает вредное антропогенное воздействие, улучшает почвенное плодородие. Возникает потребность в научно-опытном обосновании, выборе и оптимизации применения различных мелиоративных приемов на черноземных почвах, в их экономической и энергетической оценке.

В связи с этим, использование местных более дешевых мелиорантов позволяет существенным образом изменять основные показатели почвенного плодородия в лучшую сторону. Использование природных более дешевых минеральных агроруд в сочетании с минеральными и органическими удобрениями может существенно повысить эффективное плодородие черноземных почв.

В диссертации Бельгина А.А. «Влияние подстилочного куриного помета и минеральных удобрений на пищевой режим чернозема обыкновенного Нижнего Дона и урожайность кукурузы» (Саратов, 2016) приведена информация о том, что в Северной Америке под кукурузу предлагают использовать 8-12 т/га свежего птичьего помета, рекомендуя как наиболее оптимальную дозу с точки зрения возможного вымывания питательных веществ и загрязнения грунтовых вод (В.W. Wood и др. (1994). О положительном влиянии свежего куриного помета на урожай кукурузы и овса свидетельствуют румынские исследователи Blaga G., Dimiteuetal М. (1993).

Однако в чистом виде птичий помет - это химически агрессивная субстанция. Она содержит болезнетворные микроорганизмы и способна уничтожить населяющих почву полезных насекомых, без которых невозможна регенерация плодородного слоя. Поэтому для использования в качестве подкормки необходима переработка помета (Интернет-источник: https://clcanbin.ru/urilization/organic-and-animal-waste/chieken-manure).

Известно, что кукуруза растет на любых почвах при уровне кислотности не ниже 5,6 рН. Оптимальная реакция почвенного раствора близка к нейтральной. На почвах с рН 5,6 урожайность существенно снижается, а при рН 4,0 растения кукурузы не выживают (Интернет-источник: https://www.aeesagro.eu/tehnologiia-vozdelyvanija-kukuruzy/).

Известен способ повышения плодородия почв, включающий равномерное распределение по поверхности почвы табачной пыли в дозе 2-8 т/га, равномерное внесение на обработанную площадь раствора, ускоряющего разложение табачной пыли, и заделывание в почву с помощью дисков на глубину 5-10 см за месяц до предполагаемого посева или посадки сельскохозяйственных культур, при этом в качестве раствора применяют смесь, приготовленную из птичьего помета из расчета 3 т/га, предварительно ферментированного биологическим препаратом «Байкал М 1», разведенного в воде объемом 10000-15000 л/га (Патент RU №2710727, А01С 21/00, C05F 11/00, C05F 11/08, C05F 15/00 от 10.101.2020).

Недостатком является сложность и многочисленность операций по реализации способа, что обуславливает значительную трудоемкость и себестоимость.

Известен способ возделывания кукурузы, включающий предпосевную культивацию, посев семян, довсходовое боронование и последующий уход за посевами, при этом предпосевную культивацию проводят на глубину заделки семян 8-9 см, на 4-5 день проводят довсходовую культивацию с боронованием на глубину 3-4 см, а за два-три дня до появления посевов проводят повторное боронование (Авторское свидетельство SU №1475507, А01В 79/02 от 30.04.1989).

Недостатком данного способа является недостаточно высокая урожайность - не более 57,9 ц/га вследствие того, что не предусмотрено внесение удобрений.

Известен способ повышения урожайности возделываемых культур путем внесения в нарезанную в почве открытую борозду сыпучих органо-минеральных удобрений одновременно с рыхлой почвой, их перемешивание и засыпание борозды слоем почвы. Смешивание органо-минеральных удобрений с почвой перед посадкой позволяет предотвратить неравномерную концентрацию удобрения, а также способствует созданию благоприятного воздушно-почвенного баланса (Авторское свидетельство SU №1794332, А01В 49/06, А01С 21/00 от 15.02.1995).

Недостатком данного технического решения является необходимость использования специального комбинированного сошника.

Известен способ возделывания кукурузы на зерно, включающий предпосевную обработку почвы, посев кукурузы при прогревании посевного слоя почвы до +12-14°С в Краснодарском крае (Патент RU №2428828, А01С 7/00, А01В 79/02 от 20.09.2011). Однако способ относится к географическому расположению объекта, его сортовые особенности и способ возделывания кукурузы.

Известен способ выращивания кукурузы на зерно при мелкодисперсном орошении, включающий обработку почвы и широкорядный посев семян путем образования в почве уплотненного ложа и уплотнение почвы катками, межрядные уходы и орошение, при этом обработку почвы проводят в два периода осенью с оборотом пласта, а весной перед посевом глубокое объемное рыхление без оборота пласта, при прикатывание верхнего слоя почвы совмещают с посевом, а орошение чередуют с большими и малыми поливными нормами, при этом малые поливные нормы осуществляют мелкодисперсным дождеванием нормой 200-250 л/ч/га в течение 0,5-2,0 ч при температуре воздуха выше 25°С и скорости ветра больше 5 м/с (Патент RU №2129766, А01В 79/02, A01D 91/04, 45/02 от 26.07.2010).

Недостатком данного способа является многооперационность и низкая урожайность зерна.

Известен способ повышения плодородия почв (Патент RU №2189720, А01С 21/00 от 27.09.2002), включающий запашку соломы с удобрениями, при этом жидкий навоз, минеральные удобрения, известь или цеолит вносят по валкам соломы вслед за уборкой колосовых культур, в межвалковом пространстве высевают сидеральную культуру, а осенью проводят поперечное дискование поля и чизельную обработку почвы.

Недостатками способа являются несбалансированное поступление в почву основных элементов питаний растений, что не позволяет в достаточной мере значительно повысить плодородие и продуктивность почв деградированных сельскохозяйственных земель, используемый жидкий навоз не проходит предварительную анаэробную обработку или выдержки для его достаточного обезвреживания до требуемого санитарных и экологических показателей безопасности. Кроме того, обозначенный способ трудоемок в исполнении, поскольку требует многоэтапного участия различной техники при нанесении карбонатсодержащего сырья и всех компонентов органоминеральной смеси на валки соломы и последующей заделки в почву перегнившей соломы с сидерантом, а значить, повышение плодородия и продуктивность почв сельскохозяйственных земель.

Известен способ выращивания кукурузы на зерно (Патент RU №2041587, А01С 7/00 от 20.08.1995), который включает внесение органического удобрения перед обработкой почвы и посевом, при этом в качестве органического удобрения используют побочный продукт гидролизного производства - аммонизированный лигнин в количестве 4,5-9,0 т/га. В результате повышается урожайность кукурузы.

Недостаток способа - внесение аммонизированного лигнина дважды: перед обработкой почвы и посевом кукурузы, для чего требуются дополнительные затраты, а также использование в качестве удобрения только органического компонента - аммонизированного лигнина, что снижает эффективность при выращивании сельскохозяйственных культур, в частности региона Самарской области.

Наиболее близким к предлагаемому является способ повышения плодородия и продуктивности почв сельскохозяйственных земель BY 12267 С1, 30.08.2009), в котором осуществляют последовательное внесение в почву карбонатосодержащего сырья и органического 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 с дозой 7 т/га в 5 лет.

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

Устранить указанные недостатки позволяет предлагаемый способ повышения агрофизических и биологических свойств черноземных почв, с использованием гипсо-доломитосодержащих продуктов производства ЗАО «Самарский гипсовый комбинат» в качестве мелиорантов черноземов обыкновенных солонцеватых центральной и южной агроклиматических зон Самарской области и установление степени их влияния на продуктивность сельскохозяйственных растений

Техническим результатом является повышение урожайности гибрида кукурузы в условиях выщелоченного чернозема Среднего Поволжья.

Технический результат достигается тем, что в способе повышения агрофизических и биологических свойств черноземных почв, включающий внесение доломитовой муки с учетом ее гидролитической кислотности с последующей заделкой в почву, согласно изобретения, вносят гипсосодержащий продукт и доломитосодержащий продукт в смеси в виде удобрения на основе гипсовой и доломитовой муки, полученного при перемешивании на открытой площадке, в соотношении 1:1 по массе в количестве 4 т/га в весенний период по поверхности почвы с последующей вспашкой на глубину 20-22 см, используют раннеспелый гибрид кукурузы «Амавит» с показателями ФАО в пределах 100-200, семена кукурузы высевают в начале первой декады мая, с нормой высева из расчета 20 кг/га.

Следует также отметить, что густоту стояния растений на 1 гектар можно определить по известной формуле: НВ=Г×М/B×10000, где НВ - норма высева, кг/га; Г - густота стояния растения, кг/га; М - масса 1 тысячи семян, г; В - потери при лабораторной всхожести, %.

Фосфогипсовая мука - это природное сырье, которое разламывается в муку и применяется как известковые мелиоранты. Это природное вещество, которое не загрязняет почву, происходит детоксикации с помощью этого удобрения, польза в том, что субстрат содержит практически все элементы таблицы Менделеева. В нем содержатся около 37% кальция, 20-21% серы, 2-4% фосфора, 1% кремния и гамма микроэлементов, необходимых для роста и развития растений. Фосфогипс хорошо показывает себя в борьбе с нефтеразливами, в фосфогипсе содержатся еще остатки фосфорной кислоты и все микроэлементы, содержащиеся в природном сырье. Другой очень важный элемент для питания растений - сера. Фосфогипс оказывает влияние на количественный и качественный состав гумуса в пахотном слое почвы, увеличивается доля гуминовых кислот, а также содержание гуминовых кислот, связанных с кальцием. В условиях внесения фосфогипса увеличивается численность микроорганизмов рода Pseudomonas, колоний азотобактера. Кроме того, улучшается водно-воздушный режим, уменьшается плотность почв, возрастает доля кислорода и масса кремнийсодержащих веществ, обладающих потенциальной способностью коагулировать с минеральными и органическими соединениями почвы. Фосфогипс снижает кислотность глубоких слоев почвы и увеличивает скорость впитывания воды почвой до 30-35%, что улучшает водоснабжение растений. Способность фосфогипса при внесении, медленно трансформируясь в органоминеральные соединения, является весьма ценным в практическом отношении свойством по поддержанию благоприятных физико-химических и биологических свойств почвы.

Следует также отметить, что фосфогипс - побочный продукт производства экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК), получаемой при разложении природного фосфорного сырья или апатитового концентрата смесью серной и фосфорной кислот.

Свежий фосфогипс в составе, которого находится не 90% сульфата кальция (CuSO₄) с технологической линии производства фосфоросодержащих удобрений выходит в состояние фосфополугидрата сульфата кальция при температуре 37-40°С, общей влажности 27-30 масс % кристаллизационной влажности 7%.

Фосфополугидрат сульфата кальция представляет собой сыпучий, мелкодисперсный продукт с размером частиц от 100 мкм, обладающий вяжущими свойствами.

Известно, что фосфогипс складируется на больших территориях в виде отвалов РФ. Например, в Саратовской области отвалы фосфогипса составляют более 50 млн. тонн, ежегодно увеличивается более чем на 3,5 млн. т.

Доломитовая мука, суммарное содержание в которой карбонатов кальция и магния около 85% (30-32%) Са и (18-20%) MgO, позволяет нейтрализовать избыточную кислотность почвы, улучшить ее агрономические, агрофизические и биологические свойства, обеспечить растения кальцием и магнием, активизирует микробиологические процессы, повышает эффективность применения минеральных удобрений, усиливает доступность растениям азота, фосфора, кальция, серы, магния и молибдена, снижает транслокацию тяжелых металлов в растениях. При этом кальций усиливает обмен веществ в растениях, играет важную роль в передвижении углеводов, оказывает влияние на превращение азотнокислых веществ, положительно влияет на активность ферментов, является сильным антогонистом других катионов и препятствует избыточному поступлению их в растения, при недостатке кальция на корнях растений перестают образовываться корневые волоски, через которые в растения из почвы поступает основная масса питательных веществ и воды, магний влияет на окислительно-восстановительные процессы в растениях, активизирует фосфатазу и другие ферменты, входит в состав хлорофилла, фитина и тектоновых веществ, недостаток магния тормозит синтез азотосодержащих соединений, особенно хлорофилла.

Новизна заявляемого технического решения обусловлена тем, что анализ свойств совокупности признаков заявленного способа и свойств совокупности признаков прототипа и аналогов показал, что совокупность признаков заявленного способа проявляет усиленное свойство прототипа повышение эффективности использования ресурсов обеспечения растений гибрида кукурузы элементами питания, как агрофизических свойств почвы в состояние ее, которая зависит от водного, питательного и воздушного режимов почвы. Особенность развития корневой системы (первые недели жизни) формирует первый ярус первичных корней, а затем второй ярус, который распространяется как в сторону, так и глубину до 30-35 см, а далее проникает в почву до 60 см и более. Большая часть чувствительных (питающих) корней находится в слое 20-40 см, следовательно, необходимо создать оптимальные агрофизическое состояние до глубины не менее 30 см. Этому обеспечивается на черноземах обыкновенного солонцеватого тем, что в почву вносят мелиоранты удобрений смесь гипсосодержащего продукта (ГСП) и доломитосодержащего продукта (ДСП). В качестве мелиорантов черноземов обыкновенных солонцеватых эффективности применения агрогипса и доломитовой муки используют производства ЗАО «Самарский гипсовый комбинат».

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

В качестве объекта исследований выбран сорт гибрида кукурузы на зерно «Амавит».

Почва участка чернозем обыкновенный солонцеватый с содержанием гумуса в пахотном горизонте 4,8% и значением рН водной вытяжки 7,8 с содержанием подвижных форм фосфора и обменного калия, соответственно: 110 т 240 мг 100 г почвы.

Сорт гибрида «Амавит». Данный гибрид кукурузы сочетает высокоурожайность и низкую влажность зерна. Культура устойчива к поражению болезням и вредителям. Початок имеет цилиндрическую форму длиной 20-21 см, зерно на уровне 34-36 шт. Густостояние в первую очередь зависит от региона выращивания. Семена в почве размещают широкорядным способом с шириной междурядий 70 см, посев на глубину 6-7 см сеялкой точного высева GASPARDO MTR 16. Норма высева из расчета 20 кг/га. Внесение мелиорантов тракторным разбрасывателем удобрений РУМ-4.

Внесение гипсо- и доломитосодержащих продуктов проводилась под культивацию на глубину 12-14 см, предпосевная культивация на глубину заделки семян 5-7 см, вспашка на глубину 20-22 см, при этом обработку почвы проводили тяжелой дисковой бороной БДТ. Полив растений выполняли дождевальной машиной BAUEK из открытого оросительного канала, вода которого подавалась из р. Волга.

Для посева используют семена раннеспелого гибрида кукурузы с показателями ФАО в пределах 100-200, которые высевают в начале первой декады мая на глубину 5-7 см. Выбор семян раннеспелого гибрида кукурузы с показаниями ФАО в пределах 100-200 обусловлен практическим внедрением и доказательным эффективным использованием (продуктивность гибрида кукурузы отечественной селекции при возделывании на зерно в условиях Среднего Поволжья достаточно высока). Показатель ФАО дает наибольший урожай зерна в условиях выщелоченного чернозема в регионе Самарской области.

В целом, подбор гибрида кукурузы, соответствует погодным условиям данного региона, применение смеси гипсосодержащего продукта ((ГСП) и доломитосодержащего продукта (ДСП) способствовало тому, что плотность пахотного слоя составила 1,14 и 1,2 г/см³, коэффициент структурности 2,30 и 2,52, а содержание водопрочных агрегатов составило 73,5% и 75,7% (доза внесения мелиорантов смеси, соответственно: 2 и 4 т/га).

Практические опыты включали следующие варианты: 1. Контроль без удобрений; 2. NPK (ФОН); 3. ФОН + Гипс 2 т/га; 4. ФОН + Гипс 4 т/га; 5. ФОН + Гипс + Доломит в соотношении 1:1, доза внесения 2 т/га; 6. ФОН + Гипс + Доломит в соотношении 1:1, доза внесения 4 т/га; 7. ФОН + Гипс + Доломит в соотношении 2:1, доза внесения 2 т/га; 8. ФОН + Гипс + Доломит в соотношении 2:1, доза внесения 4 т/га.

Приведенные удобрения, в основу которых входит гипсосодержащий продукт (ГСП) и доломитосодержащий продукт (ДСП) в большей степени соответствуют этим требованиям.

Пример. На опытном участке площадью делянок 500 м², перед вспашкой разнесена смесь гипсовой и доломитовой муки в соотношении 2:1 по массе, соответственно, в количестве 2 т/га с помощью разбрасывателя РУМ-4, с культивацией почвы на глубину 12-14 см тяжелой дисковой бороной БДТ. Перемешивание продуктов выполняли при формировании бурта фронтальным погрузчиком на открытой площадке (фиг. 1).

Показатели физиологического состояния чернозема обыкновенного солонцеватого приведены (табл. 1).

Следовательно, гипсосодержащий продукт (ГСП) при применении как в чистом виде, так и при обогащении его доломитосодержащий продуктом, оказали положительное влияние на физические показатели пахотного слоя чернозема обыкновенного солонцеватого, которые достигли оптимальных значении для возделывания кукурузы значения. В том числе, количество агрономически ценных агрегатов (0,25-10 мм) увеличилось на 5,6-18,5% (абсолютные значения), водопрочных на 2,0-5,9% (абсолютные значения), коэффициент структурности повысился с 1,25 на контроле до 1,62-2,52 единиц для вариантов. Плотность почвы приобрела лучшие значения для посева и выращивания кукурузы.

Концентрация распада целлюлозы в почве характеризует энергию круговорота азота, а общая протеазная активность - азота почвенными организмами. Метод аппликации довольно полно характеризует общую тенденцию микробиологических процессов в почве. Клетчатка (целлюлоза) является одним из самых основных элементов органического вещества почвы. Разложение ее происходит разнообразными группами микроорганизмов такими, как истинные бактерии, микробактерии, актиномицеты, грибная микрофлора, более того, часто служит фактором общей биологической активности почвы.

В таблице 2 приведены показатели деятельности целлюлозоразрушающих микроорганизмов под посевами кукурузы, определенных методом аппликации (по степени разрушения льняного полотна).

Приведенный пример подтверждает эффективность использования смесь гипсосодержащего продукта (ГСП) и доломитосодержащего продукта (ДСП) в соотношении 2)1 соответственно, в количестве 2 т/га для оптимальных условий для жизнедеятельности микроорганизмов при улучшении физических и водно-физических свойств почвы, обеспечивающее улучшение питательного режима почвы и повышения урожайности кукурузы (гибрид «Амавит») на почвах с рН 7,8 по сравнению с контрольным результатом. Активность почвы повысилась на 50-60% (относительные значения).

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Способ включает внесение доломитовой муки с учетом ее гидролитической кислотности с последующей заделкой в почву. При этом вносят гипсосодержащий продукт и доломитосодержащий продукт в смеси в виде удобрения на основе гипсовой и доломитовой муки, полученного при перемешивании на открытой площадке, в соотношении 1:1 по массе в количестве 4 т/га в весенний период по поверхности почвы с последующей вспашкой на глубину 20-22 см. Используют раннеспелый гибрид кукурузы «Амавит» с показателями ФАО в пределах 100-200. Семена кукурузы высевают в начале первой декады мая с нормой высева из расчета 20 кг/га. Способ обеспечивает повышение урожайности гибрида кукурузы в условиях выщелоченного чернозема Среднего Поволжья. 1 ил., 2 табл., 1 пр.

Способ повышения агрофизических и биологических свойств черноземных почв, включающий внесение доломитовой муки с учетом ее гидролитической кислотности с последующей заделкой в почву, отличающийся тем, что вносят гипсосодержащий продукт и доломитосодержащий продукт в смеси в виде удобрения на основе гипсовой и доломитовой муки, полученного при перемешивании на открытой площадке, в соотношении 1:1 по массе в количестве 4 т/га в весенний период по поверхности почвы с последующей вспашкой на глубину 20-22 см, используют раннеспелый гибрид кукурузы «Амавит» с показателями ФАО в пределах 100-200, семена кукурузы высевают в начале первой декады мая с нормой высева из расчета 20 кг/га.