СПОСОБ БОРЬБЫ С ЭРОЗИЕЙ ПОЧВ
METHOD OF CONTROLLING SOIL EROSION

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к сельскому хозяйству, а в частности - к способу борьбы с эрозией почв.
Уровень техники
Известны способы борьбы с эрозией почв, основанные на применении различных полимерных материалов, которые наносятся на поверхность почв и скрепляют почвенные частицы, что приводит к уменьшению смыва почв за счет улучшения водно-физических свойств (см., например, заявку РСТ № WO 2014/029029, опубл. 27.02.2014). Недостатком таких способов является их неэкологичность в связи с тем, что применение различных полимерных материалов - отходов химической промышленности приводит к появлению продуктов разложения полимерных материалов, которые могут быть токсичными и слабо разлагаться в почвах. Кроме того, эти способы достаточно дороги в связи с высокой стоимостью полимеров.
Известны также способы борьбы с эрозией почв с использованием биополимеров растительного происхождения (см., например, заявку Кореи №2012/0115656, опубл. 19.10.2012). Недостатком этого способа является его большая трудоемкость, поскольку почву с нанесенным биогелем необходимо затем рыхлить и перемешивать в течение нескольких недель. Однако использование биогеля, получаемого из природных растительных материалов, в частности из торфа, представляется перспективным с экологической точки зрения.
Существуют различные способы переработки торфа для получения гумусосодержащих веществ, используемых, в том числе, для борьбы с эрозией почв. Обычно торф (в чистом виде или в смеси с другими веществами) подвергают обработке, которая состоит в диспергации ультразвуком при воздействии кислотой (см., например, патент РФ №2058279, опубл. 20.04.1996) или щелочью (см., например, патент на полезную модель Украины №37422, опубл. 25.11.2008). Недостаток этих способов заключается в использовании кислот или щелочей, которые частично разрушают обрабатываемые материалы и требуют последующей нейтрализации.
В патенте РФ №2428404, опубл. 10.09.2011, который выбран в качестве ближайшего аналога описан биокатализатор, используемый для ремедиации почвенных структур. В этом способе торф смешивают с добавками и гомогенизируют в кавитаторе, а полученный гель наносят на почву. Недостатком данного способа является сложный и относительно дорогостоящий состав применяемых добавок. Кроме того, результирующий выход гуминовых веществ недостаточен, т.е. эффективность получаемого геля невысока.
Раскрытие изобретения
Таким образом, существует необходимость в разработке такого способа борьбы с эрозией почв, который был бы проще и эффективнее, нежели ближайший аналог.
Для достижения этого технического результата в настоящем изобретении предложен способ борьбы с эрозией почв, содержащий этапы, на которых заранее получают биогель, представляющий собой водоторфяной гель с размерами частиц торфа не более 40-60 нм, диспергированного с помощью ультразвуковой кавитации в водной среде при высоком статическом давлении; опрыскивают поверхность почвы после ее сельскохозяйственной обработки 10-30%-ным раствором полученного биогеля из расчета от 50 до 200 кг биогеля на один гектар.
Особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что сельскохозяйственная обработка может быть весенней вспашкой, тогда опрыскивание осуществляют 10-20%-ным раствором биогеля из расчета 50-70 кг биогеля на один гектар.
При этом вслед за вспашкой могут осуществлять посев пропашных сельскохозяйственных культур.
Другая особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что сельскохозяйственная обработка может быть осенней вспашкой, тогда опрыскивание осуществляют 20-30%-ным раствором биогеля из расчета 100-200 кг биогеля на один гектар.
Подробное описание вариантов осуществления
В способе борьбы с эрозией почв по настоящему изобретению используют заранее полученный биогель, представляющий собой водотор-фяной гель с размерами частиц торфа не более 40-60 нм, диспергированного с помощью ультразвуковой кавитации в водной среде при высоком статическом давлении. Такая диспергация может осуществляться, например, в соответствии с заявкой №2013130206 от 03.07.2013, где используют следующие этапы:
- загружают в диспергационную камеру торф влажностью 60-80% в смеси с водой при соотношении торфа к воде в пределах от 1:1,5 до 1:3,5;
- герметизируют упомянутую диспергационную камеру;
- подают в герметизированную диспергационную камеру статическое давление 5-7 атм;
2
- обрабатывают содержимое упомянутой диспергационной камеры ультразвуковыми колебаниями с плотностью озвучивания не менее 50 Вт/см, обеспечивающими в течение заранее заданного времени звуковое давление на упомянутую смесь торфа с водой, превышающее упомянутое статическое давление в 2-3 раза.
Из полученного биогеля готовят 10-30%-ный водный раствор, которым опрыскивают поверхность почвы после ее сельскохозяйственной обработки, причем используют от 50 до 200 кг полученного биогеля на один гектар. Эти пределы могут изменяться в зависимости от того, какая именно сельскохозяйственная обработка выполняется. Если это весенняя вспашка, то опрыскивание осуществляют 10-20%-ным раствором биогеля из расчета 50-70 кг биогеля на один гектар. Вслед за вспашкой и обработкой биогелем можно сеять пропашные сельскохозяйственные культуры. Если же эта обработка является осенней вспашкой, то опрыскивание осуществляют 20-30%-ным раствором биогеля из расчета 100-200 кг биогеля на один гектар.
Указанное различие в виде сельскохозяйственной обработки и указанных пределов вызвано тем, что в первом случае (весенняя вспашка) главную опасность с точки зрения почвенной эрозии представляет смыв почвы из-за стока талых вод, а во втором случае (осенняя вспашка) - сток от ливневой эрозии.
При применении биогеля (торфогеля) с указанными размерами частиц (40-60 нм) установлено его действие на физические свойства почв и водоудерживающую способность почвы. При проведении лабораторного опыта в контейнер, куда поместили 1,5 кг серой лесной почвы, добавили 100 мл полученного биогеля, и через каждые 5 дней контролировали влажность почвы при одинаковом уровне полива: ежедневно в каждый контейнер добавляли по 50 мл воды. То есть уровень полива исходно был недостаточным для моделирования условий засухи. При одинаковой влажности в начале эксперимента (25%), через 20 дней недостаточного полива влажность почвы отличалась на 5% (14% на контроле и 19% при применении биогеля). Это свидетельствует о способности биогеля удерживать воду.
Внесение биогеля оказывает влияние не только на водоудерживающую способность почв, но и на эрозионные показатели почв в полевых условиях (Таблица 1).
Противоэрозионная устойчивость изучалась в полевом опыте, в котором изучались 2 дозы биогеля - 100 кг/га и 200 кг/га.
Действие торфогеля на почвенную структуру оценивалось по таким классическим в почвоведении показателям противоэрозионной устойчивости, как смываемость почвы R и обратная величина 1/R [Швебс Г.И. Формирование водной эрозии стока наносов и их оценка. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 182 с.]. Как следует из Таблицы 1, под действием внесенного биогеля уменьшается сток и смыв мелкозема с поверхности почвы, а при внесении дозы биогеля 200 г/м смыв полностью прекращается.
Таблица 1
Изменение эрозионных показателей почвы под влиянием внесения биогеля при дождевании
Вариант
Эрозионные показатели почв
Мутность, г/л
Интенсивность стока, мм в мин
Смыв почвы, г/сек с 1 м<sup>2 </sup>(R)
Эрозионная устойчивость (1/R)
Контроль
14,9
2,5
0,85
1,14
Биогель 100 кг/га
10,2
0,85
0,12
8,06
Биогель 200 кг/га
5,3
0,42
Смыв отсутствует
Положительная зависимость от применения торфогеля прослеживалась в полевых опытах по изучению водопрочности почвенных агрегатов в опыте с ячменем, который был заложен на серых лесных почвах в августе 2013 года, а последействие применения торфогеля изучалось также в мае 2014 года (Таблица 2). Биогель применялся в дозе 100 кг/га.
Таблица 2
Изменение водопрочности почвенных агрегатов под действием биогеля
Вариант
Действие (2013 г)
Последействие (2014 г)
Сумма водопрочных агрегатов более 1 мм, %
Сумма водопрочных агрегатов более 0,25 мм, %
d, мм
Сумма водопрочных агрегатов более 1 мм, %
Сумма водопрочных агрегатов более 0,25 мм, %
d, мм
Контроль
28,0
73,1
1,24
28,4
72,3
1,20
Биогель
39.4
78,5
2,14
34,3
75,2
2,0
d, мм - средний диаметр водопрочных агрегатов
Применение биогеля также положительно сказывается на таком важном показателе, как водопроницаемость. В Таблице 3 представлены результаты определения водопроницаемости почв методом малых заливаемых площадок (метод рам) [Шеин Е.В. Курс физики почв: Учебник. - М.: изд-во МГУ, 2005. - 432 с.] после применения биогеля.
Таблица 3.
Продолжительность действия торфогеля на водопроницаемость серой лесной почвы, мм в мин
Вариант
Продолжительность, месяцы
1
2
8
10
11
Контроль
8,0
7,3
7,0
6,7
7,1
Биогель
12,7
11,5
10,4
9,5
9,3
Таким образом, способ борьбы с эрозией почв по настоящему изобретению обеспечивает весьма эффективное предотвращение смыва почвы и является существенно более простым, поскольку не требует использования сложной исходной смеси.