Способ повышения плодородия сельскохозяйственных земель

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в земледелии для увеличения урожайности сельскохозяйственных культур путем повышения плодородия сельскохозяйственных земель, поддержания экологически безопасного уровня и увеличения эффективности использования минеральных удобрений. Способ включает внесение в почву почвоудобрительного материала, в качестве которого используют смесь монтмориллонита и палыгорскита в соотношении 1:1 по весу, а внесение смеси в почву осуществляют в количестве 3-6 т на 1 га. Изобретение позволяет повысить урожайность сельскохозяйственных культур. 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в земледелии.

В настоящее время актуальной стала задача повышения плодородия почв. Урожайность сельскохозяйственных культур в среднем по России в несколько раз ниже, чем в странах Западной Европы. Особенно низкими стали урожаи в Нечерноземье. Это во многом связано с системным кризисом, охватившим сельское хозяйство в последние десятилетия и обострившимся в 90-е годы. С 1990 по 1999 гг. в России внесение органических удобрений на 1 га посевов сократилось в 4 раза, минеральных удобрений - в 6 раз (Сельское хозяйство в России: Стат. сб. /Госкомстат России. - М.: 2000. 414 с.). В настоящее время на 1 га посевов вносится всего 0,9 т органических удобрений, в то время как потребность почв для поддержания бездефицитного баланса гумуса составляет 13-15 т. В результате за два последних десятилетия в России содержание гумуса в почве в среднем уменьшилось на четверть и достигло минимального уровня - 1,3% в Нечерноземной зоне и 5% - в Черноземной зоне (Зельднер А. Факторы производительности АПК / Вопросы экономики, 2000, №7. С.93-101). 2/3 всех земель России являются эрозионно опасными (О состоянии почвенного покрова земель Российской Федерации и предложения в проект рекомендаций парламентских слушаний. Письмо Федеральной службы земельного кадастра России (Росземкадастр) от 19.10.2000 №АО-747), что приводит к дальнейшей потере элементов почвенного плодородия. Не менее важна проблема поддержания экологически безопасного уровня плодородия почв и увеличения эффективности внесения минеральных удобрений в условиях интенсивного сельскохозяйственного производства (Западная Европа и в настоящее время - Юг России).

Известен способ повышения плодородия почвы (А 01 В 79/13, С1, 2159027, “Способ повышения плодородия почвы”), заключающийся в выращивании зеленой фитомассы, ее скашивании, измельчении и заделки на паровом поле, с которого скошенная зеленая фитомасса, в дозе, равной урожаю ее надземной массы на этой площади.

Недостатками данного способа являются:

1. Высокие издержки производства. Эти издержки связаны, во-первых, с тем, что данный прием (сидерация) необходимо проводить ежегодно (в Нечерноземье); во-вторых, данный способ является многостадийным, включающим множество операций (посев, выращивание зеленой фитомассы, скашивание, измельчение, заделка).

2. Недостаточный срок жизни почвенно-поглощающего комплекса органического вещества и недостаточно эффективное пролонгирование сидератами действия минеральных удобрений, что исключает использование зеленого удобрения для создания многолетнего запаса питательных веществ и влаги в почве.

3. Необходимость известкования кислых почв для эффективного действия сидератов.

Известен способ повышения плодородия почвы (А 01 С 21/00, C 05 D 1/04, А1, 95108437, “Способ повышения плодородия почвы”) путем внесения в нее в качестве почвоудобрительного материала отходов горнодобывающей промышленности - глины келловея, предварительно размельченные до тонкодисперсной фракции 0,2-0,3 мм в количестве 15-20 т на 1 га.

Одним из недостатков данного способа является опасность загрязнения поверхностных вод соединениями железа при внесении келловейских глин в почву в указанных объемах, поскольку они содержат большое количество железистых соединений, особенно пирита. Его мобилизация возможна при наличии в поступающей воде окислителей, каковыми являются, прежде всего, кислород и нитраты, в изобилии содержащиеся в плодородном слое почв. Нитраты, реагируя с пиритом или нейтральным железом, разлагаются сами и в результате в фильтрующейся воде увеличивается содержание растворенного железа.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является принятый за прототип способ повышения плодородия сельскохозяйственных земель, заключающийся в добавлении в почву бентонита (Шарафеева Ф.К. Применение бентонитовых глин для повышения плодородия легких дерново-подзолистых почв. В кн: Бентониты. М.: Наука, 1980. С.251-256).

Данный способ повышения плодородия сельскохозяйственных земель имеет следующие недостатки:

1) Достаточно низкий эффект от внесения бентонитовых глин в чистом виде (при использовании дозы бентонита 3 т/га прибавка к контролю составляет 19,4%. При использовании смеси прибавка к контролю составляет 50-55%).

2) Невозможность использования бентонитовых глин в чистом виде в засоленных грунтах, поскольку это может привести к сорбции натрия и пептизации глинистых коллоидов. Предлагаемый нами способ предполагает внесение в различных соотношениях монтмориллонита в смеси с палыгорскитом. Последний не способен к пептизации под воздействием ионов натрия.

3) Невозможность использования бентонитовых глин в чистом виде в переувлажненных грунтах, поскольку это может привести к набуханию глин и эрозионным процессам. Для повышения плодородия переувлажненных почв или почв, в которых существует опасность переувлажнения, предполагается внесение палыгорскита в качестве основного компонента смеси. Палыгорскит не способен к набуханию в условиях переувлажнения, но является регулятором почвенной влажности.

4) Менее выраженная способность бентонитовых глин к сорбции влаги, чем у палыгорскитов, что снижает эффективность их использования для повышения содержания влаги как важнейшего компонента почвенного плодородия. Добавление палыгорскита, предлагаемое нами, способно более эффективно решить проблему запаса влаги в корнеобитаемом слое.

5) Невозможность использования бентонитовых глин в чистом виде для достижения дополнительного эффекта очистки почв от тяжелых металлов. Эффективная сорбция тяжелых металлов в почве при их совместном присутствии достигается только при внесении смеси глин.

Настоящее изобретение направлено на увеличение урожайности сельскохозяйственных культур за счет повышения плодородия сельскохозяйственных земель, поддержания их экологически безопасного уровня и увеличения эффективности внесения минеральных удобрений

Основной технический результат, получаемый при осуществлении данного способа повышения плодородия земель, заключается в достижении более высокого эффекта увеличения урожайности сельскохозяйственных культур.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе повышения плодородия сельскохозяйственных земель в качестве почвоудобрительного материала используют смесь монтмориллонита и палыгорскита в соотношении 1:1 по весу при внесении ее в почву в количестве 3-6 т на 1 га. Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности, достаточной для получения основного и дополнительных технических результатов.

Основными причинами повышения плодородия сельскохозяйственных земель при осуществлении заявляемого изобретения являются:

(1) удержание питательных веществ и влаги в почвенном профиле, создание запаса питательных веществ и пролонгация действия минеральных удобрений. В свою очередь, это объясняется:

а) значительной емкостью катионного обмена одного из компонентов смеси - палыгорскита (254 ммоль-экв/100 г) по сравнению с бентонитом (121 ммоль-экв/100 г)), позволяющей смеси сорбентов более эффективно удерживать питательные элементы (ионы калия, фосфат-ионы, аммоний, нитрат ионы) в обменных позициях,

б) способностью монтмориллонита к необменной фиксации в межпакетных промежутках и иным путем иона калия, аммония, а также фосфат-ионов с возможностью ежегодного усвоения растениями 10-20% от всего фиксированного аммония и возможностью усвоения значительной доли свежефиксированного калия,

в) высокой способностью палыгорскита и монтмориллонита к сорбции органических молекул, в частности, гуминовых и фульвокислот,

г) формированием устойчивых гумусово-глинистых агрегатов, являющихся "контейнерами" элементов питания растений.

(2) улучшение водно-физических и агрономических свойств почв в результате:

а) особого строения кристаллической решетки одного из компоненов смеси - палыгорскита, позволяющего быстро сорбировать и удерживать значительное количество влаги даже в присутствии солей, сохранять способность к удержанию влаги после осаждения, отдавать влагу при относительной влажности ниже 43%;

б) способности одного из компонентов смеси - монтмориллонита воздействовать на эффективный диаметр пор, что усиливает стимуляционное действие микроэлементов, способствует лучшему развитию микробной биоты, в частности - стимулирует активность азотфиксаторов.

Кроме того, используемая смесь минералов монтмориллонита и палыгорскита является замечательным сорбционным агентом и с успехом применяется для рекультивации и очистки сельскохозяйственных земель (В 09 С 1/00, А1, 2002114307/12, “Способ очистки и рекультивации сельскохозяйственных земель”), что является дополнительным техническим результатом. Причиной взаимосвязи роста урожайности и эффекта очистки земель является особое строение кристаллической решетки слагающих минералов, обеспечивающее способность (по интерламеллярному механизму или путем формирования "мостика" из поливалентного катиона) к необменной сорбции: а) тяжелых металлов, которая носит необратимый характер, б) элементов питания растений с возможностью их постепенного высвобождения.

Осуществление настоящего изобретения позволяет также (дополнительные технические результаты):

- снизить издержки производства за счет внесения смеси сорбентов одновременно с основным удобрением (в том числе с органическим);

- создать запасы элементов питания и влаги в почве легкого гранулометрического состава в условиях Нечерноземья благодаря:

а) формированию в первые дни после внесения устойчивых гумусово-глинистых агрегатов (данные собственных исследований),

б) формированию эффективного порового пространства, гидрофильности и особому строению кристаллической решетки минералов, обеспечивающему длительное удержание и постепенную отдачу элементов питания растений и влаги;

- исключить дополнительные работы по известкованию почв, поскольку действие способа основано на оптимизации физического состояния почв.

Предлагаемый способ не заменяет внесение органических удобрений различными способами, в том числе и путем запахивания зеленой массы, а дополняет этот обязательный в земледелии прием, повышая эффективность внесения органических удобрений.

В отличие от других минералов, применяемых в агроэкологических целях, в частности, цеолитов и цеолитсодержащих смесей, предлагаемые мелиоранты устойчивы в почве. Это связано со строением их кристаллической решетки и подтверждается наличием длительно существующих (геологическое время) природных смектитовых (монтмориллонитовых) и палыгорскитовых кор выветривания и почвенных образований. Рыночная стоимость большинства подобных по эффективности сорбентов превышает стоимость указанной смеси мелиорантов.

В результате анализа результатов вегетационного опыта были получены доказательства свойства смеси сорбентов монтмориллонита и палыгорскита при добавлении в почву в количестве не менее 3 т/га значительно увеличивать урожайность зеленой массы.

Пример:

При дозе смеси сорбентов монтмориллонита и палыгорскита 3 т/га (весовое сотношение 1:1) происходит увеличение урожайности зеленой массы на 50%, что существенно выше, нежели при использовании чистого бентонита в аналогичных и более высоких дозах: на 15 - 19-22%.

Проведенный двумя независимыми способами анализ суммарного урожая 4-х вегетационных опытов в 3-х повторностях каждый дал следующие результаты, отображенные на нижеприведенной диаграмме (чертеж).

Таким образом, при добавлении в качестве почвоудобрительного материала смеси минералов монтмориллонита и палыгорскита в количестве не менее 3 т на 1 га земель решается задача увеличения урожайности сельскохозяйственных культур за счет повышения плодородия этих земель.

Способ повышения плодородия сельскохозяйственных земель путем внесения в них почвоудобрительного материала, отличающийся тем, что в качестве почвоудобрительного материала используют смесь монтмориллонита и палыгорскита в соотношении 1:1 по весу, а внесение смеси в почву осуществляют в количестве 3-6 т на 1 га.