Способ повышения плодородия лесостепных и степных черноземов
METHOD FOR INCREASING THE FERTILITY OF FOREST STEPPE AND STEPPE BLACK EARTH SOILS

Изобретение относится к области полеводства, прежде всего способам восстановления и воспроизводства плодородия черноземов в условиях богарного и орошаемого земледелия.
Получение стабильных урожаев сельскохозяйственных растений при сохранении и воспроизводстве почвенного плодородия является условием реализации стратегии по поддержанию продовольственной безопасности страны [1].
В настоящее время в области практического сельского хозяйства накоплен большой опыт по изучению влияния нетрадиционных удобрений и органических почвоулучшителей на агрономические свойства почв и урожайность культурных растений [2-6]. Отмечено повышение содержания органического вещества и элементов минерального питания растений, улучшение структурно-агрегатного состава почв и урожайности культурных растений при внесении почвоулучшителей на основе биологического компоста [7-9].
Известно использование искусственной почвосмеси (глина, цитрогипс, биокомпост черной львинки, отходы мокрой магнитной сепарации обогащения железной руды, песок) для воспроизводства почвенного плодородия и повышения урожайности культурных растений [10]. Недостатками данной почвосмеси является ее многокомпонентный состав, невысокое содержание органического вещества и сложность реального применения на большой площади деградированных земель.
Кроме этого, известен способ повышения урожайности культурных растений путем внесения в почву смеси птичьего помета и золошлакового материала от сжигания каменного угля в соотношении 1:1, что улучшает структурное состояние почвы, запасы элементов минерального питания растений и повышает урожайность культур огурца, томата и ячменя [11]. При использовании данного способа может проявиться отрицательное влияние мочевой кислоты, входящей в состав птичьего помета, которая может подавлять рост и развитие растений в больших концентрациях, что является существенным недостатком данного способа и накладывает ряд ограничений для его реализации.
Наиболее близким к предлагаемому является способ повышения плодородия за счет внесения навоза (7,5 т/га) и незерновой части растений (1,5-3,0 т/га) [12]. К недостаткам данного метода относят высокие риски поступления вместе с навозом в почвы пашни семян сорных растений, а широкое варьирование химического состава незернового компонента, что может в значительной степени повлиять на результат, поэтому эта неопределенность в составе смеси осложнит его внедрение в широкую практику растениеводства.
Задачей предлагаемого технического решения является разработка способа повышения плодородия почв, выраженное в улучшении ряда агрохимических, агрофизических и биологических свойств черноземов и повышении урожайности культурных растений.
Данное изобретение расширяет перечень нетрадиционных удобрений органических почвоулучшителей для использования в условиях богарного и орошаемого земледелия.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение структурного состояния, повышение водопрочности агрегатов, содержания основных элементов питания растений, ферментативной активности почв и урожайности сельскохозяйственных культур.
Достижение заявленного технического результата осуществляется путем внесения в обрабатываемую почву в предпосевной период или в течение вегетационного периода нетрадиционного удобрения - органического почвоулучшителя, полученного на основе вермикомпоста. Способ осуществляют следующим образом; органический почвоулучшитель вносят на поле поверхностно весной под вспашку в условиях богарного или с поливными водами в условиях орошаемого земледелия. Оптимальная доза внесения варьирует от 500 до 1000 л/га в зависимости от уровня окультуренности почв пашни, при этом двухлетнее внесение в почвы пашни осуществляют на глубину пахотного слоя следующим образом;
(a) в условиях орошаемого земледелия органический почвоулучшитель вносят в течение вегетационного периода многократно с поливными водами;
(b) в условиях богарного земледелия органический почвоулучшитель вносят однократно весной под вспашку с использованием разбрызгивателей.
В качестве органического почвоулучшителя используют переработанную в вермиреакторах смесь навоза КРС и отработанных блоков после выращивания Вешенки обыкновенной (мелкая солома + древесная стружка + мицелий Pleurolus ostreatus). Далее вермикомпост подвергают кавитационной обработке с дальнейшей экстракцией органических веществ раствором щелочи (КОН) и получением гелеобразного раствора (с содержанием органических веществ не менее 15%).
Почвоулучшитель проникает на всю глубину пахотного слоя, а высокое содержание гуминовых кислот обеспечивает оструктуривание почвенного мелкозема, насыщение органическим веществом и элементами питания растений, стимулирует биологические процессы, способствует восстановлению, воспроизводству плодородия и росту урожайности растений. Особо важное значение внесение нетрадиционных почвоулучшителей органической природы имеет для комплексного восстановления генетических свойств почв районов активной деградации почвенного покрова под влиянием агрогенного фактора.
Примеры конкретного выполнения способа повышения плодородия почв приведены ниже.
Пример 1
2
Исследования были проведены на производственных полях ООО «АГРОКОМ-М» (Энгельский район Саратовской области) в течение 2019-2020 гг. В ходе полевых опытов были проведены исследования на примере культуры картофеля (Solarium tuberosum), сорта которого были предоставлены компанией АО «HZPC SADOKAS» (https://hzpc-sadokas.ru/). В первом опыте по изучению влияния внесения почвоулучшителя в почвы участка исследования в течение 2 лет был использован среднеспелый столовый сорт «Сильвана». Опыт был заложен в 5-кратной повторности, учетная площадь делянки составила 50 м. Для сравнения в опыт был введен вариант применения смеси навоз + незерновая часть (7,5 т/га и 2,5 т/га соответственно). Участок исследования представлял собой интенсивно орошаемую пашню с 3 вариантами исследования: 1 - контрольный; 2 - участок, по всей площади которого внесли однократно весной под вспашку смесь навоз + незерновая часть; 3 - участок, на почвы которого в течение периода вегетации вместе с поливными водами вносили почвоулучшитель в дозе 1000 л на 1 га. Почвенный покров участков был представлен черноземом обыкновенным тяжелосуглинистым низкогумусным среднемощным и характеризовался многолетним пахотным использованием.
2
3
3
Второй опыт с аналогичными параметрами внесения почвоулучшителя был заложен на соседних участках в 2020 году с использованием раннего и высокоурожайного сорта картофеля «Ред Скарлетт». Опытные участки площадью 50 м были заложены в 5-кратной повторности с аналогичными вариантами опыта. Оросительная норма для участков составила 3900 м/га в 2019 году и 4300 м/га в 2020 году.
В ходе исследований были проанализированы структурное состояние почв, агрохимические показатели и биологическая активность почв общепринятыми методами [13-17], а также урожайность картофеля.
Влияние внесения почвоулучшителя в почвы участка в течение вегетационного периода проявилось в стимулировании процессов структурообразования и повысило водопрочность почвенных агрегатов и, как следствие, противоэрозионную устойчивость почв. В течение периода вегетации на фоне внесения органических мелиорантов улучшается структурное состояние черноземов, при этом поступление почвоулучшителя способствовало увеличению содержания агрономически ценных фракций более чем на 70%, коэффициента структурности - 2,5 раз в 2019 году и в 4,6 раз в 2020 г. Значение водопрочности агрегатов также увеличивается к концу вегетации во всех вариантах внесения мелиорантов органической природы.
Результаты оценки структурного состояния почв представлены в таблице 1.
Внесение органических мелиорантов способствовало увеличению содержания органического вещества почв на участках с одно- и двухлетним использованием почвоулучшителя. Максимальное увеличение значения показателя отмечено в варианте двухлетнего внесения органического почвоулучшителя в почвах орошаемой пашни, то связано с кумулятивным эффектом (таблица 2).
Оценка содержания органического вещества в почвах продемонстрировало повышение показателя более чем на 30% по сравнению с контролем на двух участках исследования. Таким образом, использование почвоулучшителя в течение 2 лет способствует восстановлению запасов органического вещества черноземов.
Внесение почвоулучшителя в пахотный горизонт способствовало увеличению содержания азота и подвижного фосфора, что, в целом, свидетельствует об обогащении почв элементами питания растений (таблица 3).
Использование препарата (на основе вермикомпоста) в течение вегетационного периода ведет к увеличению активности почвенных ферментов классов оксидоредуктазы и гидролазы, активизации процессов трансформации органических остатков, высвобождению и повышению доступности элементов минерального питания растений и формированию урожая (таблица 4).
Максимальные значения роста показателей активности дегидрогеназы, уреазы и протеазы отмечены в вариантах внесения органического почвоулучшителя.
Восстановление параметров агрофизических, агрохимических и биологических свойств почв отразилось в величине урожая (таблица 5).
Исследования 2020 года показали восстановление пула элементов питания растений, структурного состояния почв и биологической активности почв при использовании почвоулучшителя. Отмечен прирост урожая на 29,7% по сравнению с вариантом контроля при использовании почвоулучшителя в течение 1 вегетационного периода и на 38,9% в варианте двухлетнего его использование в период вегетации. Кроме того, отмечено ускорение роста и развития растений картофеля более поздних сроков посадки, а также повышение запасов гумуса и экологической устойчивости степных черноземов.
Использование органического почвоулучшителя на основе вермикомпоста в течение двух лет продемонстрировало более значительный эффект от внесения почвоулучшителя по сравнению со смесью навоза и незерновой части, что свидетельствует о высокой его эффективности при использовании в условиях орошаемого земледелия с выращиванием овощных культур, характеризующихся высокими значениями выноса элементов питания.
Пример 2
2
5
2
KCl
орг
3
3
3
2
В 2019 году был заложен полевой опыт на территории СПК «Северный» (Лунинский район Пензенской области). Основная культура - озимая пшеница мягкая, сорт "Фотинья" селекции ПензНИИСХ. Почвы участка исследования представлены черноземом выщелоченным среднесуглинистого гранулометрического состава (содержание РО составило 108 мг/кг, КО - 152 мг/кг, pH - 5,2, С - 5,1%). Схема опыта: 1 - контроль, однократное орошение водой (поливная норма 90 м/га); 2 - внесение смеси (навоз + незерновая часть) с последующим орошением (поливная норма 90 м/га); 3 - внесение раствора почвоулучшителя в дозе 500 л/га при поливной норме 90 м/га. Почвоулучшитель вносили после посева, по ранним всходам (20.09.2019), учетные делянки площадью 75 м были заложены в 5-кратной повторности. Результаты учета урожайности представлены в таблице 6.
Учет урожайности озимой пшеницы показал прибавку урожая в варианте применения почвоулучшителя на 26,3%, значительно превосходящую значения при использовании смеси навоза и незернового компонента.
Приведенные примеры демонстрируют, что использование органического почвоулучшителя оказывает благоприятное воздействие на комплекс свойств почв в условиях лесостепной и степной природных зон. Предложенный способ позволяет решить задачу воспроизводства почвенного плодородия в условиях богарного и орошаемого земледелия.
Таким образом, применение органического почвоулучшителя на основе вермикомпоста является эффективным способом восстановления и повышения почвенного плодородия, выражающееся в увеличении урожайности культурных растений.
Таблица 3 – Содержание элементов питания растений в почвах участков исследования
Показатель
Фон
Смесь (навоз+ незерновая часть)
Почвоулучшитель
Начало вегетации
Конец вегетации
Начало вегетации
Конец вегетации
Начало вегетации
Конец вегетации
Участок № 1, данные 2019 / 2020 гг
Массовая доля общего азота, %
0,54 / 0,56
0,56 / 0,54
0,53 /0,65
0,66 / 0,68
0,54 / 0,67
0,66 / 0,73
Массовая доля подвижного фосфора, %
41,4 / 40,6
40,9 / 41,2
26,3 / 28,3
28,4 / 32,1
40,1/57,3
55,9 / 63,8
Массовая доля подвижного калия, %
433 / 426
413 / 419
423 / 405
414 / 402
534 / 623
624 / 654
Участок № 2, данные 2020 года
Массовая доля общего азота, %
0,59
0,55
0,53
0,67
0,55
0,82
Массовая доля подвижного фосфора, %
43,7
41,7
32,9
30,8
36,4
51,2
Массовая доля подвижного калия, %
425
436
407
379
534
531
Источники информации
1. Указ Президента РФ «Об утверждении Доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации» от 21 января 2020 г. №20 // Российская газета 1993. 16 марта.
2. Патент RU №2536489 С1, опубл. 27.12.2014.
3. Патент RU №2646053 С1, опубл. 01.03.2018.
4. Патент RU №2 427 999 С2, опубл. 01.03.2018.
5. Патент RU №96107012, опубл. 10.02.2000.
6. Патент RU №2689562 С2, опубл. 28.05.2019.
7. Патент RU №2574740 С1, опубл. 10.02.2016.
8. Белюченко И.С. Применение сложных компостов для повышения плодородия почв // Экологический вестник Северного Кавказа, 2016. - №1. - Т. - 12. - с. 55-69.
9. Патент RU № RU 2426292 C1, опубл. 20.08.2011.
10. Патент RU №2733664 С1С1, опубл. 06.10.2020. П. Патент RU №2635697 С2, опубл. 15.11.2017.
12. Патент RU №2618330 С2, опубл. 02.03.2017.
13. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследования) / Б.А. Доспехов. - М.: Колос. - 1979. - 416 с.
14. Методы почвенных и агрохимических исследований: учебное пособие для вузов / Г.Е. Гришин, Е.Н. Кузин, Н.И. Аканова, С.М. Надежкин, Е.В. Курносова. - Пенза: РИО ПГСХА. - 2005. - 88 с.
15. Шеин Е.В. Полевые и лабораторные методы исследования физических свойств и режимов почв / Е.В. Шеин. - М.: изд-во Моск. ун-та, 2001. - 198 с.
16. ГОСТ 26213 - 91. Методы определения органического вещества. - М.: Издательство стандартов, 1993. - 8 с.
17. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии / Ф.Х. Хазиев. - М.: Наука, 1990. - 188 с.
18. Гришина Л.А. Учет биомассы и химический анализ растений / Л.А. Гришина, Н.И. Самойлова - М.: МГУ. - 1971. - 156 с.