Способ мелиорирования почвы
Владельцы патента RU 2298026:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова (RU)
Изобретение относится к сельскохозяйственному производству и может быть использовано для улучшения физических, биологических и агротехнических показателей почвы. Способ включает внесение в почву карбонатсодержащего сырья, в качестве которого используют трепел, содержащий в масс.%: кальцит 13-19, цеолит 18-25, глауконит 8-10, глина и кремнистый материал - остальное. Внесение трепела в почву осуществляют в количестве 1,5-5 т/га. Изобретение обеспечивает создание почвенного мелиоранта, который позволяет улучшить агрохимические свойства почвы и ее продуктивность, расширить ассортимент средств данного назначения. 9 табл.
Изобретение относится к сельскохозяйственному производству и может быть использовано для улучшения физических, биологических и агротехнических показателей почвы.
Известно использование глауконита внесением в почву в количестве 4-5% по объему в теплицах для увеличения интенсивности размножения азотобактерий на 60-120%. Также известно влияние глауконита на всхожесть некоторых бобовых и злаковых культур. По данным Ю.В.Бескровного, Г.Г.Веретенникова и др. внесение в почву глауконитового песка повышает всхожесть указанных культур на 10-40%, благотворно влияет на развитие корневой системы и стебля, повышает урожайность корнеплодов (картофеля до 55%, свеклы и редиса до 30%) и сахаристость свеклы.
Известно использование органических удобрений - торфа, сапропеля, навоза, известковых материалов для улучшения физических и химических свойств почв ("Химическое загрязнение почв и их охрана". Словарь - справочник М.: "Агропромиздат", 1991, с.288).
Указанные препараты обладают повышенной избирательной сорбционной активностью к тяжелым металлам и радионуклидам, проявляют высокий мелиорирующий эффект и содействуют повышению плодородия почвогрунтов. Однако следует отметить сложность состава, который более характерен для органических удобрений, чем для мелиорантов.
Известно органо-минеральное удобрение-мелиорант, содержащее смесь торфа и сапропеля, цеолитовый туф, известковую муку и хитин или хитозан (RU 2115641, 6 C05F 7/00, C05G 1/00, C09K 17/40 1998.07.20).
К недостаткам его следует отнести то, что удобрение имеет достаточно многокомпонентный состав, в котором каждый компонент добывается отдельно, и требует технологической обработки до смешения, что усложняет получение удобрения-мелиоранта и способствует его удорожанию.
Известен способ мелиорирования почвы путем внесения в почву карбонатсодержащего сырья, в качестве которого используют трепел (заявка РФ №2002127836, кл. С05G 3/04, 20.04.04). Однако основным компонентом указанного в заявке трепела является СаСО3 в количестве 50-70 мас.% и он не содержит кремнистых соединений, характерных для трепела.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ мелиорирования почвы путем внесения в нее известковой муки, которая содержит до 80 мас.% карбоната кальция (ТУ 10 РФ 1080-92). Внесение ее в почву вызывает в ней целый ряд положительных изменений: снижает почвенную кислотность, действующую отрицательно на большинство сельскохозяйственных растений; устраняет вредное действие подвижного алюминия, усиливает жизнедеятельность свободно живущих в почве бактерий, усваивающих азот из воздуха, и клубеньковых, живущих на корнях бобовых культур; активизирует микроорганизмы, разлагающие растительные остатки; улучшает физические свойства почвы, которая становится более структурной, рыхлой и легче обрабатывается. С известковой мукой в почву вносятся кальций, являющийся одним из основных элементов питания растений, и магний, нужный для образования хлорофилла.
Однако известковая мука не содержит микроэлементов, необходимых для нормального развития растений, изготавливается из прочных известковых пород и соответственно требует больших энергетических затрат на размол. Готовая известковая мука содержит значительное количество (до 30%) малоактивных крупных частиц диаметром более 3-5 мм.
Задачей изобретения является создание способа мелиорирования почвы, который позволяет обеспечить улучшение агрохимических свойств почв и ее продуктивности, расширить ассортимент средств данного назначения.
Поставленная задача достигается тем, что в способе мелиорирования почвы путем внесения в почву карбонатсодержащего сырья согласно изобретению в качестве карбонатсодержащего сырья используют трепел, содержащий в масс.%: кальцит 13-19, цеолит 18-25, глауконит 8-10, глина и кремнистый материал - остальное, а его внесение в почву осуществляют в количестве 1,5-5 т/га.
Все компоненты предложенного состава содержатся в трепеле карбонатных пачек месторождения кремнистых цеолитсодержащих пород Алатырского района Чувашской Республики.
Отличие предлагаемого почвенного мелиоранта от известных заключается в том, что помимо карбонатов кальция и магния, он содержит: цеолиты, которые оздоравливают почву и увеличивают ее обменную емкость; глаукониты, которые подавляют патогенные и стимулируют азотоусваивающие почвенные бактерии; минерализованные остатки древних микроводорослей, которые совместно с цеолитами повышают обменную емкость почвы, обогащают ее микроэлементами (марганец, бор, медь, цинк, кобальт), необходимыми для нормального развития растений. В них содержится также значительное количество опалового (легко растворимого) кремнезема, который является источником кремниевого питания для растений.
Роль кремния в развитии растений длительное время не оценивалась должным образом. Его считали балластным и недефицитным элементом. В действительности, кремний является не только основным источником питания наряду с азотом, фосфором, калием и кальцием, но и оказывает положительное влияние на физико-химические свойства почв, их микробиологию, способствует поступлению в растения почвенного азота и фосфора [1, 2].
Содержание подвижного кремния считают в настоящее время одним из показателей плодородия почв [3]. Установлено, что при недостатке кремния происходит задержка роста некоторых растений - кукурузы, овса, ячменя, табака, свеклы и др. Наоборот, внесение солей кремниевых кислот способно увеличить урожай растений при недостатке в почве фосфора благодаря повышению усвояемости растениями фосфорной кислоты (БСЭ, т.23, с.953).
Внесение трепела в почву один раз в год в количестве не менее 1,5 т/га достаточно для улучшения показателей плодородия почвы. При меньших дозах эффективность предлагаемого способа мелиорации недостаточна для улучшения показателей плодородия почвы, а в дозах больше 5 т/га наблюдаются признаки угнетения развития растений. При этом полученные результаты указывают на возможность экономии фосфорных удобрений путем применения предлагаемого способа мелиорирования почв.
Для осуществления способа мелиорирования почв использовали трепел трех участков Алатырского района Чувашской республики. Порода обеих участков светлосерого цвета, сравнительно однородна, содержит небольшое количество твердых включений, разминается руками. В сухом размолотом виде обладает способностью впитывать большое количество влаги и легко отдавать ее. Размол породы не представляет трудностей и не требует предварительного использования тяжелого оборудования. Минералогический состав породы верхних карбонатных пачек по участкам приведен в табл.1, а химический состав - в табл.2 [4].
| Таблица 1 Средневзвешанный минеральный состав трепелов карбонатных пачек по участкам, мас.% | |||||||||
| Участок | Цеолит | Кальцит | Глауконит | Глина | Кремнистый материал | ||||
| Первомайский | 27,0 | 13,4 | 12,5 | 18,1 | 29,1 | ||||
| Шумской | 19,1 | 35,4 | 9,3 | 10,9 | 25,3 | ||||
| Ново-Айбесинский | 17,6 | 39,2 | 8,7 | 10,6 | 23,9 | ||||
| Таблица 2 Средневзвешанный химический состав трепелов карбонатных пачек по участкам | |||||||||
| Участки | Содержание окислов, в % | В том числе, в % | |||||||
| SiO2 | Al2О3 | Fe2О3 | CaO | MgO | Na2O | К2O | ППП | SiO2cвободн | |
| Первомайский | 63,8 | 7,2 | 3,5 | 8,4 | 1,5 | 0,20 | 1,5 | 14,4 | 21,6 |
| Шумской | 47,72 | 4,95 | 2,24 | 21,2 | 0,70 | 0,23 | 1,26 | 21,07 | 12,2 |
| Ново-Айбесинский | 42,10 | 4,60 | 2,40 | 23,75 | 2,15 | 0,26 | 1,17 | 22,94 | 9,6 |
Из таблицы 2 следует, что значительная часть кремнезема трепелов представлена (SiO2)св. - свободным (активным) кремнеземом, который улучшает микробиологию почв и повышает ее плодородие.
В отличие от известковой муки трепел содержит ряд микроэлементов, необходимых для развития почвенных микроорганизмов и культурных растений (табл.3).
| Таблица 3 | |||||
| Участок | Содержание микроэлементов, мг/кг | ||||
| Mn | Cu | В | Zn | Со | |
| Первомайский | 510 | 300 | 75 | 33 | 27 |
| Ново-Айбесинский | 55 | 60 | 90 | 4,6 | 16,5 |
| Шумской | 62 | 20 | 12 | 17 | 13 |
Сравнение способов мелиорирования почвы известкованием и внесением трепела проводили на делянках площадью 60 м2 каждая. Влияние заявляемого мелиоранта и известковой муки испытывали на площади 60 м2 каждая. Использовали трепел Первомайского участка в количестве 1,3 т/га и известковой муки с содержанием в ней 70% карбонатов кальция и магния (CaCO3+MgCO3) при влажности 2% в количестве 1,9 г/га, что соответствует дозе раскисляющих веществ, содержащихся в 5 т трепела. Данные приведены в таблице 4 и 5.
Анализ табл.4 и 5 показывает, что мелиоративный эффект от известкования и внесения трепела в дозе 5 т/га по снижению общей и гидролитической кислотности почвы приблизительно одинаковы (сравнение следует выполнять по горизонтали строками из-за некоторой неоднородности почвы участков). Однако внесение трепела существенно повысило содержание в почве свободного фосфора, что дает основание ожидать повышения эффективности известных минеральных удобрений при их совместном применении с трепелом (см. также урожайность культур в табл.5 при прямом действии и последействии).
В табл.6 представлены результаты влияния трепелов Ново-Айбесинского (А) и Шумского (Ш) участков и их сочетаний с минеральными удобрениями на продуктивность культур, выращенных на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве с содержанием гумуса 1,85, рНKCL - 5,9; гидролитической кислотностью 2,20 мг-экв/100 г, К2O - 109 мг/кг, P2O5 - 170 мг/кг почвы, степенью насыщенности основаниями 77%.
| Таблица 6 Влияние трепелов Шумского и Ново-Айбесинского участков и их сочетаний с минеральными удобрениями на продуктивность культур. | ||||||
| Варианты опыта | Картофель Невский, клубни ц/га | Ячмень Московский-3, зерно ц/га | Амарант Багрянный Зеленая масса | |||
| 1998 | 1999 | 1998 | 1999 | 1998 | 1999 | |
| 1.Без удобрения | 126,0 | 170,5 | 8,5 | 9,0 | 160,2 | 106,0 |
| 2. А | 147,5 | 165,6 | 12,3 | 9,2 | - | - |
| 3. NK | 184,4 | 285,0 | 15.7 | 17,6 | 373,1 | 232,5 |
| 4. NK+A | 228,7 | 325,0 | 18,9 | 21,1 | - | - |
| 5. NPK | 249,9 | 270,1 | 20,0 | 19,4 | 462,0 | 232,5 |
| 6. NPK+A | 267,5 | 246,7 | 19,3 | 19,0 | - | - |
| 7. Ш | 161,7 | 180,5 | 12,0 | 9,5 | 220,5 | 107,5 |
| 8 NK+Ш | 235,5 | 341,6 | 19,5 | 22,1 | 450,0 | 285,0 |
| 9 NPK+Ш | 260,3 | 238,3 | 18,7 | 19,1 | 480,3 | 225,0 |
| 10 НСР0.5 | 18,3 | 25,3 | 2,9 | 2,5 | 39,0 | 16,3 |
Обозначения: А - трепел Ново-Айбесинского участка; Ш - трепел Шумского участка; НСР0.5 - нормальная статистическая погрешность.
Опыты проводили по единой схеме:
1. Без удобрений
2 и 7 трепел - 1,5 га/т
3 и 5 смесь минеральных удобрений.
4 и 6 - смесь минеральных удобрений с трепелом Ново-Айбесинского участка
8 и 9 - смесь минеральных удобрений с трепелом Шумского участка
Удобрения вносили в виде мочевины (N), суперфосфата (Р) и хлористого калия (К) из расчета 100 кг действующего вещества каждого элемента на гектар, а трепел (А и Ш) - в дозе 1,5 т/га.
Опыты проводились на делянках 2×2 м, повторность четырехкратная. Из табл.6 следует, что внесенный трепел наиболее эффективно проявляет себя на фоне азотно-калиевых удобрений, увеличивая продуктивность почвы на 15-20%. На фоне же азотно-фосфорно-калийных удобрений применение трепела не дало эффекта. Причем по своему влиянию трепел Шумского участка действует подобно трепелу Ново-Айбесинского участка.
Такой результат связан с особенностями накопления растениями азотистых веществ в период вегетации и оттока пластических веществ в репродуктивные органы растений на стадии формирования урожая. Результаты опытов приведены в табл.7 и 8.
| Таблица 7. Содержание азотистых веществ и общего фосфора в растениях ячменя в фазу кущения. | ||||||||
| Вариант опыта | В % на сухое вещество | В г на 10 растений | ||||||
| Общий азот | Белковый азот | Общий фосфор | Общий азот | Белковый азот | Общий фосфор | |||
| Без удобрения | 3,6 | 2,5 | 0,45 | 3,9 | 2,7 | 0,49 | ||
| Мелиорант А | 4,3 | 3,2 | 0,62 | 4,7 | 3,5 | 0,68 | ||
| NK | 5,0 | 3,9 | 0,86 | 14,0 | 10,9 | 2,40 | ||
| NK+A | 6,2 | 5,1 | 1,20 | 21,7 | 17,8 | 4,20 | ||
| NPK | 5,1 | 3,9 | 0,83 | 15,3 | 11,7 | 2,49 | ||
| Таблица 8. Накопление сухого вещества растениями ячменя, (в г на 10 растений) | ||||||||
| Вариант опыта | Два листа | Кущение | Выход в трубку | Колошение | Урожайность, зерно, т/га | |||
| Без удобр. | 0,4 | 1,1 | 3,0 | 0,1 | 2,5 | 5,8 | 4,7 | 14,5 |
| Мелиорант А | 0,7 | 1,1 | 3,4 | 11,5 | 2,6 | 7,0 | 5,0 | 15,3 |
| NK+A | 1,5 | 3,5 | 5,5 | 12,3 | 3,1 | 6,1 | 6,4 | 23,0 |
| NPK | 1,3 | 3,0 | 4,9 | 13,0 | 5,6 | 11,0 | 5,4 | 20,0 |
| НСР0,5 | 0,1 | 0,3 | 0,3 | 2,3 | 0,6 | 1,3 | 0,5 | 4,3 |
Из табл.7 и 8 следует, что трепел обеспечивает более интенсивное поступление в растения почвенного фосфора и азота и более активное протекание синтетических процессов в растениях.
В варианте NK+A к фазе колошения наблюдались более быстрая потеря сухого вещества вегетативной массы и более значительный в сравнении с вариантами NK и NPK рост сухого вещества колоса. Это говорит о положительном влиянии трепела на отток пластических веществ из листьев и стеблей в колос.
В вариантах NK и NPK шло увеличение наземной массы растений вплоть до фазы колошения при отставании процесса оттока пластических веществ из вегетативных органов в репродуктивные.
Внесение в почву трепела в дозе 1,5 т/га проводилось на опытном участке площадью 2,4 га и контрольном участке площадью 13,6 га. Испытания проводили на черноземных почвах. Вносили трепел Шумского участка. Выращивали культуру - свеклу сахарную. Средняя урожайность свеклы на контрольном участке составляла 260 ц/га, а на опытном участке средняя урожайность составляла 264 ц/га. Свеклу выращивали на корм скоту. Данные по питательной ценности и химическому составу корма приведены в табл.9.
| Таблица 9. Данные по питательной ценности и химическому составу кормов. | ||||||||
| Наименование корма | Содержание в 1 кг корма (натуральной влажности) | |||||||
| Общей влаги, % | Сухое вещество, % | Кормовая единица, кг | Кальций, г | Фосфор, г | Сахар, г | Перевариваемый протеин, г | Сырой протеин, г | |
| Свекла сахарная/ опытный участок | 74,14 | 25,86 | 2,1 | 0,28 | 235,12 | 10,00 | 14,1 | |
| Свекла сахарная/ контрольный участок | 77,4 | 22,6 | 1,8 | 0,32 | 194,88 | 7,59 | 10,7 |
Из таблицы следует, что питательная ценность корма - свеклы сахарной, выращенной на делянке с трепелом увеличивается по сравнению с контролем.
Таким образом, предлагаемый внесенный карбонатный трепел содержит значительное количество опалового (более растворимого) кремнезема, который является источником кремниевого питания для растений и почвенных микроорганизмов; мобилизует биофильные элементы почвы и интесифицирует поступление в растение фосфора и азота; способствует более активному протеканию синтетических процессов в растениях; на фоне азотно-калийных удобрений стойко повышает продуктивность ряда растений, различающихся биологически и требованиями к условиям минерального питания; обладает меньшей прочностью (не более 0,2 МПа) и не требует тяжелого оборудования для размола, а также расширяет арсенал средств данного назначения.
Использованная литература
1. Рассел Б.В. Почвенные условия и рост растений, М.: Изд-во Иностр. Лит., 1965, с.455.
2. Воронков М.Г. Кремний и жизнь, Рига: Зинанте, 1978, 578 С.
3. Тавровская О.Л. Роль кремния в почвах и растениях /Химизация сельского хозяйства. 1992, №2 с.103.
4. Отчет о результатах поисковых и оценочных работ по выявлению запасов кремнистых цеолитсодержащих пород и определению возможностей использования их в народном хозяйстве в Алатырском и Шемуршинском районах Чувашской республики, выполненных в 1995-2001 годах. Комитет природных ресурсов по Чувашской Республике. ООО "Чувашгеолнеруд", Чебоксары, 2001 год.
Способ мелиорирования почвы путем внесения в почву карбонатсодержащего сырья, отличающийся тем, что в качестве карбонатсодержащего сырья используют трепел, содержащий, мас.%: кальцит 13-19, цеолит 18-25, глауконит 8-10, глина и кремнистый материал - остальное, а его внесение в почву осуществляют в количестве 1,5-5 т/га.
