Способ улучшения питательного режима растений путем внесения в почвы вулканических пеплов
METHOD FOR IMPROVEMENT OF PLANTS NUTRITIVE REGIME BY VOLCANIC ASHES INTRODUCTION INTO SOILS

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к способу регулирования питательного режима растений. Данный способ может быть использован для прироста урожайности, улучшения качества и снижения себестоимости сельскохозяйственной продукции.
Известен способ получения искусственной высокоплодородной почвы (Авторское свидетельство SU 1599356 С05, F-3, AO1, G3/00, опубл. 1990 г., бюлл. 38), в котором используют в качестве высокогигроскопического материала (как один из ряда других компонентов) вспененный вулканический пепел.
Недостатком этого способа является то, что вулканический пепел рассматривается только как минеральный субстрат многокомпонентной питательной смеси без учета его химического состава. Вхождение в смесь других высокопродуктивных составляющих сводит на нет полезное действие вулканического пепла, обусловливаемое его химическим составом.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения по совокупности существенных признаков можно считать способ, описанный в диссертационной работе М.И. Ашинова (Дисс. … канд. сельск. наук. Приемы повышения качества посадочного материала косточковых плодовых культур на основе использования органоминеральных субстратов. Краснодар, 2013. 180 с.), в которой вулканический пепел используют в сочетании с органическим удобрением. При данном способе вулканический пепел применен в качестве  минерального субстрата, улучшающего физические свойства почвы, и как вещество, являющееся дополнительным источником элементов питания минерального происхождения на фоне органических удобрений. Такое сочетание не обеспечивает регулирование питательного режима растений.
Цель изобретения обеспечить оптимальное регулирование питательного режима растения за счет каталитических свойств вулканического пепла.
Поставленная цель достигается путем внесения в почвы вулканических пеплов в сочетании с минеральными удобрениями.
Установлено, что любые свежевыпавшие вулканические пеплы в своем составе имеют широкий спектр химических элементов в небольших количествах, но в необходимых для эффективной жизнедеятельности растений соотношениях, что наделяет пеплы каталитическими и стимулирующими свойствами. Свежевыпавшие пеплы являются катализаторами биогеохимических и стимуляторами микробиологических процессов в почвах, улучшают питательный режим растений, усвояемость ими питательных веществ, находящихся в почве и в одновременно вносимых минеральных удобрениях. Кроме того, внесение пеплов в почвы обеспечивает снижение её кислотности.
Таким же действием обладают и преобразованные охристые вулканические пеплы, повсеместно распространенные в средних частях профилей охристых вулканических почв. Последние содержат более высокие концентрации химических элементов. Химический состав свежевыпавших и преобразованных вулканических пеплов в сравнении с агрогенно преобразованными почвами приведен в таблице 1.
Для изучения оптимальных способов внесения вулканических  пеплов в почвы, обеспечивающих проявление их каталитических и стимулирующих свойств, был проведен 2-факторный сельскохозяйственный полевой опыт по выращиванию картофеля с использованием свежих (пеплы извержений вулкана Шивелуч, северо-восток Камчатки) и преобразованных вулканических пеплов (охристые генетические горизонты почв Южной почвенной провинции Камчатки) в сочетании с разными дозами минеральных удобрений. Для оценки эффективности предлагаемого способа параллельно закладывались фоновые варианты с посадкой картофеля без внесения пепла.
Опыт проводился на агроохристых вулканических почвах в Центральном районе Южной почвенной провинции Камчатки. Схема опыта приведена в таблице 2.
По результатам первого года опыта при внесении вулканических пеплов (в сочетании с разными дозами минеральных удобрений) по разным вариантам опыта были получены прибавки урожайности картофеля от 37 до 72% относительно фоновых вариантов без внесения пепла.
60
60
60
120
120
120
Установлено, что на агроохристых вулканических почвах в холодных гумидных условиях полуострова Камчатка при выращивании овощей оптимальное проявление каталитических и стимулирующих свойств пеплов происходит при внесении их в почвы в дозе 2,5–5,0 т/га при совместном внесении с ними минеральных удобрений в дозе NPK, что вдвое меньше обычной дозы (NPK), используемой при возделывании овощей в условиях Камчатки.
Наряду с повышением урожайности картофеля, внесение вулканических пеплов в сочетании с минеральными удобрениями оказало положительное воздействие на следующие биохимические показатели клубней картофеля.
Наблюдается повышение в клубнях картофеля крахмала (на 3–5%) (табл. 3). Это подтверждает каталитический эффект действия пеплов. Как известно, повысить одновременно содержание крахмала и урожай клубней у картофеля весьма затруднительно. Такой эффект, как правило, достигается при внесении в почвы комплексных удобрений, содержащих микроэлементы, оказывающие каталитическое действие на ферментативные реакции. Увеличение урожайности при применении лишь основных макроэлементов питания (азот, фосфор, калий), повышает урожайность картофеля и содержание в нем нитратов и снижает его качество по содержанию крахмала.
В наших исследованиях увеличение крахмалистости клубней необходимо связывать с поступлением вместе с пеплами широкого спектра микроэлементов, которые, как известно, наряду со стимуляцией усвоения азота, оказывают балансирующее действие на азотный и углеводный обмен растений и влияют на увеличение содержания крахмала в клубнях картофеля.
Наряду с повышением урожайности картофеля внесение вулканических пеплов в сочетании с минеральными удобрениями повысило степень насыщенности почв основаниями.
120
120
120
60
60
60.
В почвах в вариантах опыта с внесением пепла в сравнении с фоном наблюдается: снижение гидролитической кислотности, рост содержаний суммы обменных оснований и, соответственно, рост такого важного для почвы показателя, как степень насыщенности почв основаниями (табл. 4). Последний при внесении пеплов увеличивается в среднем от 43% для вариантов опыта без внесения удобрений до 69% при внесении минеральных удобрений в дозеNPKи до 59% при внесении минеральных удобрений в дозеNPKЗдесь необходимо отметить, что наблюдаемый очевидный эффект подщелачивания почв при внесении вулканических пеплов является крайне важным, особенно для территорий с развитием кислых и слабокислых почв, требующих известкования и располагающихся на существенном удалении от известных месторождений известняка. Проблема довольно дорогостоящего известкования почв таких районов на сегодня весьма актуальна и может быть частично решена за счет применения предлагаемого метода.
Известно, что большинство микроэлементов являются активными катализаторами, ускоряющими целый ряд биохимических реакций. Совместное влияние микроэлементов значительно усиливает их каталитические свойства. Именно композиции микроэлементов, имеющиеся в нашем случае в вулканических пеплах, оказывают в первую очередь каталитическое действие на питательный режим растений, обеспечивающее полученный положительный эффект при внесении в почвы вулканических пеплов.
Вулканические пеплы являются катализатором действия питательных веществ и использовать их с максимальной эффективностью нужно в сочетании с минеральными удобрениями, снижая дозы последних.
Таблица 1Валовые содержания (Св) химических элементов, концентрации их подвижных форм (Сп) в вулканических пеплах и агроохристых вулканических почвах Камчатки. Содержания в мг/кг
Элементы
Свежий пепел вулкана Шивелуч
Древний охристый пепел
Агрогенно-преобразованный горизонт почв
Элементы
Свежий пепел вулкана Шивелуч
Древний охристый пепел
Агрогенно-преобразованный горизонт почв
Св
Сп
Св
Сп
Св
Сп
Св
Сп
Св
Сп
Св
Сп
1.
Li
12
< 0,005
14
< 0,005
13
< 0,005
2.
Mo
1,2
< 0,003
1,8
< 0,003
2,2
< 0,003
3.
Be
0,77
0,002
0,86
0,15
0,58
0,025
4.
Cd
0,13
0,001
0,16
0,015
0,24
0,036
5.
Na
30718,8
16
16101,4
34
26563,6
25
6.
Sn
1,4
< 0,006
1,6
< 0,006
1,6
< 0,006
7.
Mg
36602,1
30
15075,0
18
16220,7
28
8.
Sb
0,38
< 0,002
0,43
0,014
0,53
0,0021
9.
Al
89930,0
28
102626,0
2500
98923,0
710
10.
Te
0,04
< 0,006
0,11
< 0,006
0,11
< 0,006
11.
Si
–
16
–
750
–
87
12.
Cs
0,54
0,011
2
0,079
1,4
0,029
13.
P
–
17
–
5,1
–
12
14.
Ba
280
0,86
260
9,3
320
18
15.
S
–
21
–
290
–
49
16.
La
7,2
0,043
10
0,52
8,3
0,24
17.
K
9213,0
14
8549,0
19
9877,0
220
18.
Ce
18
0,1
26
0,77
19
0,43
19.
Ca
57414,5
150
21879,0
120
40755,0
790
20.
Pr
2,6
0,016
3,4
0,18
2,7
0,059
21.
Sc
21
20
15
22.
Nd
12
0,056
15
0,89
12
0,27
23.
Ti
4612,3
0,05
6409,3
2,7
5630,6
0,68
24.
Sm
3
0,017
3,9
0,25
3,1
0,074
25.
V
160
0,095
190
0,56
180
0,09
26.
Eu
1
0,0032
1,2
0,067
1
0,019
27.
Cr
140
0,05
24
0,17
16
0,05
28.
Gd
3
0,014
4,3
0,31
3,5
0,082
29.
Mn
1083,6
1,3
1006,2
15
1548,0
17
30.
Tb
0,47
0,0022
0,73
0,044
0,59
0,012
31.
Fe
53892,9
24
66335,1
250
56549,1
56
32.
Dy
2,7
0,0036
4,8
0,25
3,8
0,052
33.
Co
23
0,004
13
0,19
11
0,095
34.
Ho
0,58
0,0025
1
0,057
0,83
0,013
35.
Ni
46
0,043
10
0,072
8,7
0,24
36.
Er
1,6
0,0062
2,9
0,16
2,4
0,032
37.
Cu
32
0,86
36
2
33
0,87
38.
Tm
0,24
0,00092
0,44
0,021
0,35
0,004
39.
Zn
70
0,38
55
0,32
74
2,6
40.
Yb
1,5
0,0047
3
0,14
2,4
0,023
41.
Ga
19
0,0035
21
0,22
16
0,025
42.
Lu
0,24
0,00078
0,46
0,022
0,37
0,0036
43.
As
3,1
0,12
6,6
0,003
4,5
0,018
44.
Hf
2,1
0,001
3,4
0,071
2,5
0,011
45.
Se
< 0,8
0,025
< 0,8
0,29
< 0,8
0,025
46.
Ta
0,23
< 0,002
0,38
< 0,002
0,34
< 0,002
47.
Rb
14
0,068
19
0,29
18
0,26
48.
W
0,29
< 0,002
0,59
< 0,002
0,46
< 0,002
49.
Sr
600
0,5
170
1,1
240
4,7
50.
Tl
0,13
0,0015
0,28
0,017
0,21
0,013
51.
Y
14
0,06
21
1,5
19
0,36
52.
Pb
4,7
0,0099
10
0,12
8,1
0,086
53.
Zr
120
0,004
200
2
130
0,25
54.
Bi
0,044
0,00069
0,22
0,0003
0,16
0,00091
55.
Nb
3,3
< 0,004
5,6
< 0,004
3,3
< 0,004
56.
Th
0,79
0,0028
2,1
0,06
1,4
0,015
57.
U
0,45
0,0035
0,88
0,14
0,57
0,033
Примечание: «-» - данные отсутствуют.
Таблица 2Результаты первого года опыта по исследованию эффективности применения свежих (пепел<sub>с</sub>) и охристых (пепел<sub>д</sub>) вулканических пеплов, урожайность картофеля 2014 г., ц/га.
Варианты опыта
Повторения
Среднее
± к фону
I
II
III
IV
ц/га
%
Без удобрений – контроль
65,0
74,0
60,0
50,0
62,0
–
–
Фон<sub>1 </sub>–<sub></sub>N<sub>120</sub>P<sub>120</sub>K<sub>120</sub>
125,0
112,0
124,0
110,0
118,0
–
–
Фон<sub>1 </sub>+<sub></sub>пепел<sub>д</sub> 2,5 т/га
158,0
161,0
162,0
168,0
162,0
+ 44,0
+ 37,0
Фон<sub>1 </sub>+<sub></sub>пепел<sub>д</sub> 5,0 т/га
165,0
198,0
165,0
158,0
172,0
+ 54,0
+ 46,0
Фон<sub>1 </sub>+<sub></sub>пепел<sub>с</sub> 2,5 т/га
140,0
170,0
160,0
155,0
156,0
+ 38,0
+ 32,0
Фон<sub>1 </sub>+<sub></sub>пепел<sub>с</sub> 5,0 т/га
142,0
168,0
160,0
150,0
155,0
+ 37,0
+ 31,0
Фон<sub>1 </sub>+<sub></sub>пепел <sub>с  </sub>7,5 т/га
166,0
168,0
162,0
155,0
163,0
+ 45,0
+ 38,0
Фон<sub>2 </sub>– N<sub>60</sub>P<sub>60</sub>K<sub>60</sub>
100,0
98,0
108,0
114,0
105,0
–
–
Фон<sub>2 </sub>+<sub></sub>пепел<sub>д</sub> 2,5 т/га
142,0
168,0
214,0
200,0
181,0
+ 76,0
+ 72,0
Фон<sub>2 </sub>+<sub></sub>пепел<sub>д</sub> 5,0 т/га
150,0
160,0
166,0
168,0
161,0
+ 56,0
+ 53,0
Фон<sub>2 </sub>+<sub></sub>пепел<sub>с</sub> 2,5 т/га
160,0
164,0
172,0
164,0
165,0
+ 60,0
+ 57,0
Фон<sub>2 </sub>+<sub></sub>пепел<sub>с</sub> 5,0 т/га
185,0
165,0
178,0
155,0
171,0
+ 66,0
+ 63,0
Фон<sub>2 </sub>+<sub></sub>пепел<sub>с</sub> 7,5 т/га
184,0
180,0
166,0
160,0
172,0
+ 67,0
+ 63,0
Примечание. Фон<sub>1 – </sub>внесение минеральных удобрений в дозе – N<sub>120</sub>P<sub>120</sub>K<sub>120</sub>., Фон<sub>2 – </sub>N<sub>60</sub>P<sub>60</sub>K<sub>60</sub>.
Таблица 3Содержание нитратов и крахмала в клубнях картофеля по вариантам опыта по исследованию эффективности применения свежих (пепел с) и охристых (пепел д) вулканических пеплов
Варианты опыта
Крахмал
%
± к фону, %
Без удобрений – контроль
11,00
Фон<sub>1 </sub>–<sub></sub>N<sub>120</sub>P<sub>120</sub>K<sub>120</sub>
10,20
Фон<sub>1</sub> + пепелд 2,5 т/га
10,70
+ 4,90
Фон<sub>1 </sub>+<sub></sub>пепел<sub>д  </sub>5,0 т/га
10,70
+ 4,90
Фон<sub>1</sub> + пепел<sub>с</sub> 2,5 т/га
10,50
+ 2,94
Фон<sub>1 </sub>+<sub></sub>пепел<sub>с  </sub>5,0 т/га
11,00
+ 7,84
Фон<sub>1 </sub>+<sub></sub>пепел<sub>с  </sub>7,5 т/га
10,20
+ 0,00
Без удобрений – контроль
11,20
Фон<sub>2</sub> - N<sub>60</sub>P<sub>60</sub>K<sub>60</sub>
11,20
Фон<sub>2 </sub>+<sub></sub>пепел<sub>д</sub> 2,5 т/га
11,50
+ 2,68
Фон<sub>2 </sub>+<sub></sub>пепел<sub>д</sub> 5,0 т/га
11,90
+ 6,25
Фон<sub>2 </sub>+ пепел<sub>с</sub> 2,5 т/га
11,50
+ 2,68
Фон<sub>2 </sub>+ пепел<sub>с</sub> 5,0 т/га
11,00
- 1,79
Фон<sub>2 </sub>+<sub></sub>пепел<sub>с</sub> 7,5 т/га
10,70
- 4,46
Таблица 4Физико-химические свойства почв по вариантам опыта по исследованию эффективности применения свежих (пепел с) и охристых (пепел д) вулканических пеплов
Варианты опыта
pH (сол)
pH (водн)
Гидролитическая кислотность
Сумма обменных оснований
Степень насыщенности основаниями
Сорг
мг-экв/100 г
абс. сухой почвы
%
± к фону
%
Июль
А агроген пар
4,8
5,2
3,33
2,95
46,97
–
6,93
Фон<sub>1</sub> + пепел<sub>с</sub> 5,0 т/га
4,70
5,70
4,23
4,00
48,60
–
7,86
Фон<sub>1</sub> + пепел<sub>д</sub> 5,0 т/га
4,50
4,50
4,32
4,30
49,88
–
6,72
Фон<sub>2</sub> + пепел<sub>д</sub> 5,0 т/га
4,60
4,80
4,42
3,50
44,19
–
5,55
Сентябрь
Без удобрений – контроль
4,9
5,4
3,26
4,07
55,53
–
6,42
Фон<sub>1</sub> – N<sub>120</sub>P<sub>120</sub>K<sub>120</sub>
4,7
5,6
4,14
3,13
43,05
–
7,34
Фон<sub>1</sub> + пепел<sub>д</sub> 5,0 т/га
4,6
5,2
3,90
8,9
69,53
+ 26,48
7,22
Фон<sub>1</sub> + пепел<sub>с</sub> 5,0 т/га
4,6
5,4
3,87
8,7
69,21
+ 26,16
7,12
Фон<sub>1</sub> + пепел<sub>с</sub> 7,5 т/га
4,5
5,6
3,96
9,10
69,68
+ 26,63
7,09
Фон<sub>2</sub> – N<sub>60</sub>P<sub>60</sub>K<sub>60</sub>
4,8
5,4
4,00
3,90
49,37
7,12
Фон<sub>2</sub> + пепел<sub>д</sub> 2,5 т/га
4,8
4,8
3,96
4,65
54,01
+ 4,64
7,43
Фон<sub>2</sub> + пепел<sub>д</sub> 5,0 т/га
4,8
5,0
3,86
4,7
54,91
+ 5,54
7,31
Фон<sub>2</sub> + пепел<sub>с</sub> 5,0 т/га
4,9
5,2
3,56
5,10
58,89
+ 9,52
7,55
Свежий пепел вулкана Шивелуч
5,7
5,7
0,32
0,5
60,98
0,27
Древний охристый пепел
5,5
5,84
3,26
6
64,79
4,35