СПОСОБ СОХРАНЕНИЯ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВЫ НА СКЛОНАХ
PROCESS OF SOIL CONSERVATION ON SLOPES

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для сохранения плодородия почвы, в частности сохранения легкорастворимых форм азота в почве в местах близкого к ее поверхности весеннего внутрипочвенного тока грунтовых (талых) вод, например на склонах.
Известен способ обогащения почвы азотом (а.с. СССР №1351532, А01С 21/00), который заключается во внесении в почву на глубину 5-20 см при ее влажности 20-25% от воздушно-сухой и температуре 22-28 градусов по Цельсию фосфорных удобрений. Норма внесения зависит от типа почвы и уровня ее естественного плодородия. При этом содержание азота в почве увеличивается за счет возрастающей активности азотфиксирующих бактерий.
Недостатком известного технического решения задачи является то, что при близком к поверхности почвы весеннем внутрипочвенном токе талых (грунтовых) вод легкорастворимые формы азота, содержащиеся в почве весной, растворяются в грунтовых водах и уносятся с ними вниз по уклону местности в балки и овраги. При этом почва в весенний период теряет значительное количество легкорастворимых форм азота, что отрицательно влияет на ее плодородие и урожай сельскохозяйственных культур (табл.1).
Известен способ сохранения азота в почве (Попов А.И., Мергель А.А., Кураков А.В. и другие. Микробиологическое состояние и азотный режим серой лесной почвы при применении ингибиторов нитрификации, ж. Почвоведение №6, 1990 год, С.78-86) - прототип. Известный способ заключается в замедлении процесса нитрификации (образования легкорастворимых нитратных и аммиачных форм азота в почве) и сохранении азота в почве в нерастворимых в воде формах (в частности, в аммонийных), которые не вымываются из нее грунтовыми водами. Замедляют процесс нитрификации в почве с помощью внесения в нее специальных препаратов - ингибиторов нитрификации, которые тормозят развитие нитрифицирующих бактерий. Последние в процессе своей жизнедеятельности вырабатывают легкорастворимые формы (например, нитратные и аммиачные формы) азота в почве. При уменьшении их количества в почве уменьшается и количество легкорастворимых форм азота, выработанное ими.
Недостатком известного технического решения задачи является то, что внесение в почву ингибиторов нитрификации недостаточно снижает количество легкорастворимых форм азота в почве к моменту прекращения микробиологической деятельности в ней от наступления позднеосенних-зимних холодов. К весеннему таянию снега в почве остается много легкорастворимого азота, который растворяется в талых и грунтовых водах, и внутрипочвенно и надпочвенно стекает с ними в балки и овраги. При этом почва теряет легкорастворимый азот, а вместе с ним и плодородие в больших количествах, что отрицательно влияет на урожай сельскохозяйственной культуры, возделываемой в вегетационный период, следующий за внутрипочвенным и надпочвенным стоком талых (грунтовых) вод.
Таблица 1
Урожай некоторых сельскохозяйственных культур при использовании различных технических решений, ц/га
Техническое решение задачи
Яровая пшеница
Яровой ячмень
1. Аналог
16,8
22,2
2. Прототип
18,4
24,4
3. Заявляемое решение
22,4
28,0
Таким образом, технический результат заявляемого решения задачи заключается в сохранении запасов легкорастворимого азота в почве от уборки предшествующей культуры до посева следующей, путем его фиксации телами микроорганизмов от момента уборки предшествующей культуры до наступления позднеосенних-зимних холодов и высвобождения весной к посеву следующей культуры при увеличении урожая следующей культуры.
Технический результат достигают тем, что перед уборкой сельскохозяйственной культуры в разных частях склона определяют уровень микробиологической активности почвы, а во время ее уборки высоту среза стеблей оставляют достаточной для внесения в почву 0,5 т/га растительных остатков на каждую единицу уровня микробиологической активности почвы в разных частях склона, причем сразу после уборки растительные остатки измельчают, разбрасывают по поверхности поля согласно уровню микробиологической активности почвы и запахивают.
После запахивания в почву растительных остатков последние начинают активно разлагать почвенные микроорганизмы. При этом микроорганизмы при разложении органического вещества, которым и являются растительные остатки, - размножаются и при этом потребляют, прежде всего, самые доступные для них легкорастворимые формы азота, содержащиеся в почве. Эти формы легкорастворимого почвенного азота микроорганизмы перерабатывают в белковые вещества, из которых они «строят» свои тела. Этот процесс происходит в почве весь конец лета и осень, до наступления позднеосенних-зимних холодов. Во время холодов происходит массовая гибель большей части микроорганизмов. Таким образом, почвенный легкорастворимый азот из почвы переходит в белковые тела микроорганизмов, большая часть которых к весеннему внутрипочвенному и надпочвенному току талых (грунтовых) вод находится в почве в мертвом состоянии. Тела мертвых микроорганизмов не растворяются в грунтовых (талых) водах и не переносятся с ними в балки и овраги, они остаются в почве там, где они в живом виде переработали и аккумулировали в белках своих тел почвенные легкорастворимые формы азота. После окончания весеннего тока талых вод почва со временем (как правило, в течение 10-15 суток) по своей влажности и температуре приходит в состояние, пригодное для размножения и активной жизнедеятельности почвенных микроорганизмов. Они начинают активно размножаться и разлагать тела погибшей от холодов и превратившей осенью почвенный легкорастворимый азот в белки своих тел микробной флоры. Разложение проходит довольно быстро, в результате чего образуются вода, углекислый газ и легкорастворимые (водорастворимые) формы азота.
Таким образом, к посеву следующей культуры от момента запахивания растительных остатков предшествующей культуры в почву почвенный легкорастворимый азот к началу весеннего тока талых вод переходит в белок тел микроорганизмов, которые погибают от позднеосенних-зимних холодов. После весеннего тока талых вод и наступления оптимальных температур для развития почвенных микроорганизмов легкорастворимый азот из мертвых тел микроорганизмов возвращается в почву. При этом потери легкорастворимого азота при весеннем внутрипочвенном и надпочвенном токе талых вод сводятся к минимуму (табл.2). Вносимые же после уборки предшествующей культуры в почву органические (растительные) остатки являются питанием для почвенных микроорганизмов, которые, питаясь ими, размножаются, потребляя при этом большую часть имеющегося в почве легкорастворимого азота.
Таблица 2
Содержание в слое почвы 0-40 см легкорастворимых форм азота при применении различных способов, мг/кг абсолютно сухой почвы
Техническое решение задачи
Август, сразу после уборки предшественника
Ноябрь, наступление осенне-зимних холодов
Конец апреля, перед посевом, следующей яровой культуры
1. Аналог
17,8
22,9
7,9
2. Прототип
14,0
16,0
7,0
3. Заявленное решение задачи
18,0
4,2
20,4
Известен способ использования растительных остатков на удобрение (Р.Ф.Еремина, Н.А.Чуян, Использование растительных остатков на удобрение в условиях лесостепи Центральной Черноземной зоны. / Технология использования соломы и растительных остатков агроценозов на удобрение. // Под редакцией члена-корреспондента Россельхозакадемии А.И.Еськова - Владимир: ГНУ ВНИПТИОУ Россельхозакадемии. 2008, С.83-97), который заключается в измельчении растительных остатков во время уборки и распределении их по поверхности убранной площади, внесении антидепрессирующих добавок минерального или органического происхождения, заделке компостируемой массы в поверхностный слой почвы. После этого компостируемую массу выдерживают от поверхностной заделки до основной обработки почвы от 3-4 до 7-8 недель и проводят основную обработку почвы, которая заключается в запахивании компостной массы.
Внесенные по известному способу в почву растительные (послеуборочные) остатки частично минерализуются (превращаются в доступные для питания растений вещества) и частично превращаются в органические вещества, улучшающие плодородие почвы и способные в дальнейшем также минерализовываться и улучшать питание растений. Причем при использовании известного способа в почву вносят количество соломы (растительных остатков), которое может разлагаться весь следующий за ее внесением вегетационный период роста и развития следующей культуры.
Таким образом в известном решении солому (растительные послеуборочные остатки) используют в качестве удобрения для того, чтобы вещества, образующиеся при ее разложении, питали выращиваемую следующую за ее внесением культуру сельскохозяйственных растений. В заявляемом решении задачи послеуборочные (растительные) остатки вносят в почву для того, чтобы сохранить легкорастворимые формы азота, уже находящегося в почве от момента уборки предшествующей культуры до посева следующей от его растворения в талых (грунтовых) водах и выноса с ними с конкретного полевого участка в другие места, расположенные ниже по уклону местности, к примеру в нижние части склонов, балки и овраги.
Признаки: «перед уборкой сельскохозяйственной культуры в разных частях склона определяют уровень микробиологической активности почвы, а во время ее уборки высоту среза стеблей оставляют достаточной для внесения в почву 0,5 т/га растительных остатков на каждую единицу уровня микробиологической активности почвы в разных частях склона» являются существенными, так как они необходимы для достижения технического результата заявляемым решением задачи.
Уровень микробиологической активности почвы необходимо определять для выявления необходимого количества вносимых в почву растительных послеуборочных остатков (органического вещества). Органическое вещество (послеуборочные остатки) является питанием для почвенных микроорганизмов. Питаясь, последние размножаются и при этом поглощают из почвы легкорастворимые формы азота. Растительные послеуборочные (органические) остатки культуры предшественника необходимо вносить в почву соответственно уровню ее микробиологической активности, то есть столько, сколько микроорганизмы смогут до наступления позднеосенних-зимних холодов и своей массовой гибели от них переработать. Уровень микробиологической активности почвы определяет необходимое количество необходимых для внесения в почву растительных органических остатков. При внесении послеуборочных растительных остатков меньше, чем положено при имеющемся уровне микробиологической активности почвы, микроорганизмы не размножатся в достаточном количестве и не трансформируют в белок своих тел максимально возможное количество растворимого азота, имеющегося в почве. При этом большое количество легкорастворимого азота, имеющегося в почве, весной с талыми водами будет унесено в балки и овраги. Почвенное плодородие снизится, а урожай последующей сельскохозяйственной культуры будет более низким. Поэтому в данном случае достижение технического результата заявляемым техническим решением задачи станет невозможным. При внесении послеуборочных растительных остатков в почву больше, чем показывает уровень ее микробиологической активности, микроорганизмы не смогут до наступления позднеосенних-зимних холодов переработать все растительные остатки. Часть их останется на весну. Перерабатывая растительные остатки весной, почвенные микроорганизмы будут поглощать легкорастворимые формы почвенного азота тоже весной, что снизит количество легкорастворимых форм азота в почве в этот период до посева следующей культуры и во время ее роста, что отрицательно повлияет на плодородие почвы и урожай следующей культуры. В связи с этим достижение технического результата заявляемым решением задачи станет невозможным. Ввиду вышеизложенного необходимо определять уровень микробиологической активности почвы и вносить в нее определенное экспериментальным путем 0,5 т/га растительных послеуборочных остатков на каждую единицу уровня. Именно такое количество растительных послеуборочных остатков почвенные микроорганизмы смогут переработать, закрепив своими телами максимально возможное количество легкорастворимого азота почвы до наступления позднеосенних-зимних холодов. При снижении внесения растительных остатков в почву на каждую единицу уровня ее микробиологической активности на 0,1 т/га почвенные микроорганизмы не дотрансформируют до наступления осенне-зимних холодов в белки своих тел порядка 1,5-2,5 мг/кг абсолютно сухой почвы легкорастворимого азота (легкорастворимых форм азота). Это приводит к его потерям с вешними, грунтовыми водами из почвы. При внесении в почву после уборки предшествующей культуры растительных остатков больше заявляемых 0,5 т/га на каждую единицу уровня микробиологической активности на 0,1 т/га или, например, вместо 0,5 т/га - 0,6 т/га, растительные остатки в почве не перерабатываются в полном объеме до наступления позднеосенних-зимних холодов. Они остаются в почве до следующего вегетационного периода, когда и перерабатываются почвенными микроорганизмами. При этом микроорганизмы потребляют из почвы легкорастворимые формы азота, тем самым снижая их количество на каждые непереработанные 0,1 т/га растительных остатков по 1,5-2,5 мг/кг абсолютно сухой почвы легкорастворимого азота. Это снижает урожай следующей сельскохозяйственной культуры по причине нехватки в почве в процессе ее вегетации легкорастворимых форм азота, являющихся питанием для растений.
Поэтому как уменьшение внесения растительных остатков в почву на каждую единицу ее уровня микробиологической активности, так и увеличение внесения растительных остатков оказывает отрицательное влияние на достижение заявляемым решением задачи технического результата. В первом случае увеличивается вынос легкорастворимых форм азота из почвы полевого участка весной с грунтовыми вешними водами, что уменьшает весеннее содержание в почве легкорастворимых форм азота и снижает ее плодородие и урожай следующей культуры. Во втором случае в процессе вегетации следующей культуры в почве снижается количество легкорастворимых форм азота, поглощаемых микроорганизмами при переработке лишних растительных остатков, внесенных после уборки предшествующей культуры. Это также приводит к потере плодородия и снижению урожая следующей сельскохозяйственной культуры. Ввиду вышеизложенного необходимо вносить после уборки культуры в почву 0,5 т/га растительных остатков на каждую единицу уровня ее микробиологической активности.
В разных частях склона (вверху, в середине или в нижней части) всегда наблюдается различный уровень микробиологической активности в почве. Это обусловлено неодинаковыми почвенными условиями (влажностью, температурой, пестротой почвенного покрова). Поэтому необходимо измерять уровень микробиологической активности почвы в разных частях склона, иначе внесение в почву 0,5 т/га послеуборочных растительных остатков на каждую единицу уровня в конкретной части склона станет невозможным. Будет внесено либо больше, либо меньше необходимого количества послеуборочных растительных остатков и достижение технического результата станет также невозможным.
Количество вносимых в почву послеуборочных растительных остатков регулируют высотой среза стеблей убираемой культуры.
Сразу после уборки стерневые (послеуборочные, растительные) остатки измельчают, так как в этом случае почвенные микроорганизмы быстрее и в большем количестве их переработают, а значит, быстрее и в большем количестве размножатся и преобразуют больше легкорастворимого почвенного азота в белок своих тел до наступления осенне-зимних холодов и своей массовой гибели. Поэтому данный признак также является существенным, так как в совокупности с другими существенными признаками позволяет достичь технический результат заявленным решением задачи.
Стерневые (растительные) остатки разбрасывают по поверхности поля согласно уровню микробиологической активности почвы и запахивают. Эти признаки тоже являются существенными, так как способствуют достижению технического результата предлагаемым способом. Стерневые (послеуборочные, растительные) остатки необходимо разбросать по поверхности поля согласно уровню микробиологической активности почвы, иначе в тех местах, где послеуборочных (растительных) остатков разбросано больше, чем необходимо согласно уровню, микроорганизмы не смогут переработать до наступления холодов. Часть их останется и будет перерабатываться весной и летом, что снизит плодородие почвы и урожай следующей культуры. Если послеуборочных (растительных) остатков попадет в почву меньше уровня ее микробиологической активности, то микроорганизмы до наступления холодов не переведут в белки своих тел максимально возможное количество легкорастворимого азота из почвы и часть его с грунтовыми (талыми) вешними водами уйдет из нее в балки и овраги. Поэтому технический результат в этих случаях не будет достигнут.
Если послеуборочные (растительные) остатки не запахивать в почву, а оставить их лежать на поверхности, то почвенные микроорганизмы не получат дополнительного питания. Ввиду этого они не размножатся и не переведут в достаточном количестве почвенный легкорастворимый азот в белок своих тел и в этом случае технический результат заявленного решения также не будет достигнут.
Таким образом, каждый существенный признак необходим, а их совокупность достаточна для достижения заявленным решением задачи технического результата.
Изобретение осуществляют следующим образом. Участок поля, на котором применили заявленное решение, представляет собой пологий склон, заканчивающийся в нижней части небольшой лощиной. Грунтовые воды на протяжении всего участка находятся на глубине от 10-15 сантиметров от поверхности почвы в середине апреля, до 20-30 сантиметров в мае. Вешние (талые) воды стекают частично по поверхности поля, и частично впитываются почвой, проходя ее верхние слои вертикально, соединяются с грунтовыми водами, пополняя их запасы и поднимая их уровень к середине апреля. Далее они стекают внутрипочвенно по уклону местности, выклиниваются в лощине и уходят в близлежащую балку. Поэтому весной во время внутрипочвенного и надпочвенного тока талых вод почва полевого участка теряет большое количество легкорастворимого азота, который растворяется в воде и уходит с ней в балку, что отрицательно влияет на плодородие почвы и урожай сельскохозяйственных культур. Для того, чтобы избежать потери легкорастворимых форм почвенного азота, использовали предложенный способ.
Перед уборкой предшествующей сельскохозяйственной культуры в разных частях склона (в верхней, средней и нижней) определяли уровень микробиологической активности почвы, частично используя метод Штатнова (С.А.Воробьев, В.Е.Егоров, А.Н.Киселев, С.И.Долгов, Б.А.Доспехов. Практикум по земледелию. Издание третье, издательство «Колос», Москва, - 1967. С.180-184).
Метод заключается в определении микробиологической активности почвы, с помощью учета углекислоты, выделяющейся в атмосферу из почвы в перерасчете с площади 1 метр квадратный за сутки. При выделении за сутки одного грамма углекислоты считали уровень микробиологической активности почвы равным одной единице, двух грамм - две единицы и так далее. Всего в условиях юго-востока Центральной Черноземной зоны предложено использовать семь единиц уровня. На каждую единицу уровня микробиологической активности почвы вносят 0,5 т/га растительных остатков.
После определения в различных частях склона уровня микробиологической активности почвы убирали предшествующую культуру. Причем при уборке в разных частях склона высоту среза оставляли достаточной, чтобы вес стерневых (растительных) остатков был 0,5 т/га на каждую единицу уровня микробиологической активности почвы в разных частях склона. Например, если в верхней части склона уровень составил 3 единицы, в центре - 4, а в нижней части - 6, то оставляли соответственно 1,5; 2 и 3 т/га растительных остатков (стерни). Далее сразу после уборки предшествующей культуры оставшуюся на поле стерню срезали, измельчали и разбрасывали по поверхности почвы с помощью КИР-1,5 в агрегате с трактором МТЗ-80 и проводили лущение с помощью БДМ-4,8 в агрегате с Т-150. После этого измельченную стерню (растительные остатки) запахивали в почву, используя трактора ДТ-75 в агрегате с плугами ПЛН-4-35. После запахивания растительных остатков в почву вплоть до наступления позднеосенних-зимних холодов ими питались почвенные микроорганизмы. При этом они размножались и трансформировали легкорастворимые формы азота в белковые соединения своих тел. К концу ноября почвенные легкорастворимые формы азота большей частью были переведены в белки тел микроорганизмов (табл.2).
Весной после внутрипочвенного и надпочвенного тока талых вод и наступления благоприятных условий для развития почвенной микрофлоры микроорганизмы начали активно размножаться и разлагать тела частично погибшей от холодов микрофлоры. При этом в процессе разложения выделялись вода, углекислый газ и легкорастворимые формы азота. То есть проходило восстановление (иммобилизация) легкорастворимых форм азота в почве.
Таким образом, происходит сохранение почвенного плодородия и вместе с ним легкорастворимых форм азота в почве, повышающих урожай следующей сельскохозяйственной культуры.