Способ тепловой мелиорации почв (варианты)

Способ тепловой мелиорации почв (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности мелиорации почв, и может использоваться для повышения сумм активных температур в почве в предпосевной период, для повышения плодородия земель и борьбы с сорной растительностью при возделывании сельскохозяйственных культур.

Известен способ регулирования микроклимата почвы изменением высоты снежного покрова посредством применения различных приемов снегозадержания (Адаменко В.Н. Мелиоративная микроклиматология. - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1979, с.62). При накоплении первых 5-10 см снежного покрова температура почвы становится выше температуры воздуха на 3-15°С. Применение снежных мелиорации наиболее эффективно в холодных континентальных районах при возделывании озимых культур.

Недостатком известного технического решения является низкая эффективность, связанная с большими трудозатратами по проведению снегозадержания и недостаточной надежностью в районах с неустойчивым снежным покровом. Кроме того, при сходе снежного покрова температура почвенного слоя и воздуха быстро выравнивается, что при затяжной весне резко снижает эффект от применения способа, исключая возможность активного регулирования температуры почвы.

Известен способ защиты растений и повышения температуры поверхности почвы и нижних слоев воздуха от заморозков радиационного типа, заключающийся в использовании различных источников обогрева и дымления (Адаменко В.Н. Мелиоративная микроклиматология. - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1979, с.64). При дымлении повышение температуры поверхности почвы на 1,0-0,5°С обусловлено уменьшением эффективного излучения, выделением тепла при сгорании смеси и при конденсации водяного пара.

Недостатком известного технического решения является значительное снижение эффективности при ветре, относительная краткосрочность действия обогревающего эффекта при высоких трудозатратах и возможность использования способа на относительно небольших площадях.

Известен тепломелиоративный прием, заключающийся в прикатывании почвы в начале вегетационного периода (май-июнь), что повышает температуру на поверхности почвы на 1-2°С и в пахотном слое на 0,1-0,5°С (Адаменко В.Н. Мелиоративная микроклиматология. - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1979, с.63-64). Предпосевное прикатывание (при нагрузке катков до 1 т) защищает почву от ветра и способствует повышению ее температуры, что оказывает положительное влияние, например, на развитие яровой пшеницы в весенний период и в начале лета.

Недостатком известного технического решения является низкая эффективность, обусловленная большими трудозатратами при относительно низком повышении температуры.

Известен способ регулирования климата почвы, заключающийся в изменении микрорельефа и шероховатости деятельной поверхности (Адаменко В.Н. Мелиоративная микроклиматология. - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1979, с.62), позволяющий активно влиять на увеличение суммы активных температур в почвенном слое в основном за счет более быстрого его прогревания при разрушении верхнего теплоизолирующего растительного слоя.

Недостатком известного технического решения является низкая эффективность, обусловленная большими трудозатратами в связи с проведением, например, мероприятий по многократному боронованию при относительно низком повышении суммы активных температур и без особого изменения характеристик плодородия почв.

Известен способ возделывания сельскохозяйственных культур на рисовых мелиоративных системах, включающий образование гребней за счет развалки гребней, сформированных в предыдущий год, с одновременным внесением удобрений, высевом семян пропашных культур и прикатыванием почвы, причем формирование гребней осуществляют с ориентацией преимущественно в направлении с востока на запад, а нормально к гребням нарезают щели, сопряженные с каналом оросителем-сбросом и с расстоянием между ними не более 50 м (Патент РФ №2159528, МПК⁷ А 01 В 79/02, А 01 C 7/00, 27.11.2000, Бюл. №33). За счет формирования гребневидной поверхности и особой ориентации способ обеспечивает увеличение теплопритока от солнечной радиации на 7-30% больше, чем на горизонтальную поверхность, и на 30-60% больше, чем при ориентации гребней с юга на север. Это позволяет ускорить оттаивание почвенного слоя, проводить более ранние посевы риса, сои и других культур при существенном повышении урожая.

Недостатком известного технического решения является низкая эффективность, обусловленная необходимостью применения большого количества ядохимикатов для борьбы с сорняками и использования минеральных и органических удобрений для восстановления и повышения плодородия почв.

Известна технология применения эффективных микроорганизмов (ЭМ-технология) для приготовления компоста, включающая: приготовление настила; укладку компонентов компоста (солома, трава, листва, ботва, опилки и др.) послойно (3-4 слоя толщиной 20-25 см); ферментирование каждого слоя компоста из любого типа органики в аэробных условиях ЭМ-препаратом в пропорции 1:100; присыпание слоем земли; переработку до состояния биогумуса за 1,5-2 месяца; внесение в почву готового компоста. При компостировании растительной органики температура в бурте повышается до 60°С. Возможно внесение компоста в почву через 7-10 дней после начала ферментации во внекорневую зону растений, что позволяет размножившимся микроорганизмам перерабатывать оставшуюся органику непосредственно в почве и стимулировать дождевых червей, которые также участвуют в переработке органических отходов в соединения, доступные для питания растений (Эффективные микроорганизмы: практические рекомендации по применению продукции серии ЭМ / сост. Северина В.Я., Адаменко Л.Я. // Приморский ЭМ-центр, - Владивосток, 2002. стр. 11). При таком варианте использования компоста возможно повышение температуры почвы, в которой продолжается процесс переработки органики за счет эффекта компостирования. Возможный диапазон повышения температуры почвы не выявлен.

Недостатком известной технологии является низкая эффективность, особенно при использовании ее на больших площадях, обусловленная большими трудозатратами, связанными с необходимостью уборки и складирования сорной растительности и растительных остатков, послойной их укладки и дальнейшим распределением компоста по поверхности и внесением в почву.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является способ паровой мелиорации почвы (Патент РФ №2159527, МПК⁷ А 01 В 79/00, 27.11.2000, Бюл. №33), включающий зяблевую вспашку, обработку зяби, предпосевную обработку почвы под парозанимающие культуры и осеннюю обработку, причем обработку зяби проводят гребнеобразующими механизмами, предпосевную обработку проводят путем развалки образованных при зяблевой обработке гребней и формированием новых гребней по оси ранее образованных борозд после всходов сорной растительности с одновременным известкованием, последующие обработки путем развалки ранее образованных и формирования новых гребней проводят с периодичностью 15-20 суток, посев парозанимающих культур проводят с одновременным образованием гребней и внесением удобрений, а после уборки парозанимающих культур и провоцирования прорастания сорняков проводят формирование новых гребней развалкой существующих.

Недостатком известного способа является низкая эффективность, обусловленная следующим: возделывание парозанимающих культур (овес, соя на сидерат) при относительно высоких затратах не позволяют получать высокую прибыль; переформировывание гребней не позволяет надежно уничтожать сорную растительность, поскольку корневые остатки могут прорастать при относительно медленно текущих естественных процессах переработки органики, а периодичность переформирования 15-20 суток рассчитана только на время, требуемое для провоцирования роста сорняков; температура в гребнях не более чем на 10°С выше средней температуры воздуха, поскольку эффект компостирования органики в гребнях без его искусственного стимулирования не наблюдается.

Задача изобретения - создание нового высокоэффективного способа тепловой мелиорации почв, обеспечивающего возможность регулировать температурный режим в предпосевной период за счет эффекта компостирования при механическом разрушении вегетативных органов сорной растительности, концентрировании ее и пожнивных остатков в борозде при активизации почвенных процессов микробиологическими препаратами, вносимыми по оси формируемых гребней.

Указанная задача решается следующим образом.

В известном способе, включающем обработку почвы формированием гребней с помощью гребнеобразующих механизмов после всходов сорной растительности и последующие обработки путем развалки ранее образованных и формированием новых гребней с одновременным известкованием, посев культур с одновременным внесением удобрений, причем при предпосевной обработке почвы с образованием гребней проводят заделку проросших сорняков, стерни и других растительных остатков по оси формируемых гребней с одновременным внесением гумусирующего микробиологического препарата, через 20-40 дней после внесения микробиологического препарата проводят развалку ранее образованных и формирование новых гребней с одновременным посевом поздних культур. В варианте способа при предпосевной обработке почвы формированием гребней одновременно с заделкой проросших сорняков, стерни и других растительных остатков вносят гумусирующий микробиологический препарат и производят посев сельскохозяйственных культур.

Отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения являются:

- при предпосевной обработке почвы и образовании гребней (вариант 1) проводят заделку проросших сорняков, стерни и других растительных остатков с одновременным внесением по оси формируемых гребней ферментирующего микробиологического препарата;

- через 20-40 дней (вариант 1) после внесения микробиологического препарата проводят развалку ранее образованных и формирование новых гребней с одновременным посевом поздних культур;

- при предпосевной обработке почвы (вариант 2) формированием гребней одновременно с заделкой проросших сорняков, стерни и других растительных остатков вносят гумусирующий микробиологический препарат и производят посев сельскохозяйственных культур.

При предпосевной обработке почвы с образованием гребней проводят заделку проросших сорняков, стерни и других растительных остатков по оси формируемых гребней с одновременным внесением ферментирующего микробиологического препарата, что обеспечивает концентрирование органических остатков сорной растительности и стерни в борозде при активизации почвенных процессов за счет ферментации органики микробиологическими препаратами, а образование гребневидной поверхности поля обеспечивает вентилирование почвы и процесс компостирования в аэробных условиях, при которых переработка остатков сорной растительности до состояния биогумуса ускоряется. Это позволяет повышать температуру почв, поскольку в процессе компостирования сорняков температура в сформированных гребнях, в зависимости от общего объема биомассы, на 10-40°С выше среднесуточной температуры воздуха, а также эффективно восстанавливать плодородие почв за счет превращения органических остатков непосредственно в почвенном слое в соединения, доступные для питания растений при уничтожении сорной растительности. Кроме того, концентрирование органических остатков сорной растительности и стерни в борозде позволяет сократить объем вносимого ферментирующего микробиологического препарата без снижения эффекта компостирования, поскольку он вносится одновременно с формированием гребней адресно-непосредственно в зону сконцентрированной органики.

Через 20-40 дней после внесения микробиологического препарата проводят развалку ранее образованных и формирование новых гребней с одновременным посевом поздних культур, что обеспечивает перемешивание разложившихся и полуразложившихся органических остатков сорных растений. При этом в присутствии большого количества микроорганизмов продолжается переработка органического вещества, стимулируются дождевые черви, также способствующие переработке органики. Дальнейшее созревание биогумуса, вносимого при такой развалке гребней в зону заделки семян, способствует созданию оптимальных температурных условий и условий питания, обеспечивающих активизацию роста и развития сельскохозяйственных культур, а в конечном итоге - повышение их урожайности.

При предпосевной обработке почвы (вариант 2) формированием гребней одновременно с заделкой проросших сорняков, стерни и других растительных остатков вносят гумусирующий микробиологический препарат и производят посев сельскохозяйственных культур, что позволяет при повышении температуры в формируемых гребнях за счет эффекта компостирования обеспечивать оптимальные условия для активизации роста и развития сельскохозяйственных культур, сократить число операций обработки, что целесообразно при относительно небольшой засоренности почвы и при возделывании ранних культур.

Таким образом, обеспечивается причинно-следственная связь совокупности отличительных признаков заявляемого изобретения и достигаемого технического результата: повышение эффективности за счет регулирования температурного режима в предпосевной период при механическом разрушении вегетативных органов сорной растительности, концентрировании ее и пожнивных остатков в борозде при активизации почвенных процессов микробиологическими препаратами - за счет эффекта компостирования, при этом восстанавливается плодородие почв и уничтожаются сорняки, что позволяет существенно снизить дозу вносимых удобрений и сократить или практически полностью исключить применение ядохимикатов для уничтожения сорной растительности.

Способ тепловой мелиорации почв (варианты) поясняется технологическими схемами.

На фиг.1 показан фрагмент схематичного поперечного разреза поля с гребневидной поверхностью после прорастания сорной растительности в предпосевной период (вариант 1); на фиг.2 - тот же фрагмент после переформирования гребней и внесения микробиологического препарата (вариант 1); на фиг.3 - тот же фрагмент после переформирования гребней, внесения микробиологического препарата и высева семян сельскохозяйственных культур (вариант 2).

До переформирования гребневидной поверхности поля после прорастания сорняков на схематичном поперечном разрезе (вариант 1) имеются гребни 1 с ложбинами 2 между ними, проросшая сорная растительность 3 и пожнивные остатки 4, а также условно можно выделить ось 5 ложбин 2 (фиг.1). После переформирования гребней 1 образуются гребни 6 и ложбины 7, причем ось 8 гребней 6 совпадает с осью 5 ложбин 2, образованных ранее до развалки гребней 1, а во вновь образованных гребнях 6 имеется зона 9, в которой концентрируется органика - остатки сорняков (фиг.2). При предпосевной обработке почвы (вариант 2) одновременно с заделкой проросших сорняков, стерни и других растительных остатков и внесением гумусирующего микробиологического препарата производят посев сельскохозяйственных культур на полках гребней 6 с необходимой глубиной заделки семян 10 (фиг.3).

Пример промышленной применимости изобретения.

Вариант 1. После уборки сельскохозяйственных культур, возделываемых с использованием гребневой мелиорации, например по патенту РФ №2159527 или по патенту РФ №2159528, сохраняются гребни 1 и ложбины 2 между гребнями 1, на поверхности которых в весенний период прорастает сорная растительность 3 и сохраняются пожнивные остатки 4. За 20-40 дней до посева сельскохозяйственных (преимущественно поздних) культур производят переформирование гребней 1 с помощью гребнеобразующей сеялки (а.с. СССР №946430, МКИ⁵ А 01 C 7/00, Б.И. №28), сеялки гребневой универсальной СТВ - 4 конструкции ФГУП ДальНИИГиМ, выпускаемой ОАО “Аскольд” (г.Арсеньев, Приморский край), или сеялки СГН-3,6 (модифицированный вариант), которые позволяют образовывать гребни 6 высотой до 0,35 м и с расстоянием между осями 8, равным 0,70-0,90 м. При этом проросшая сорная растительность 3 и пожнивные остатки 4 концентрируются в ложбинах 2 с одновременной завалкой их почвенным слоем - образуют гребни 6. Причем ось 8 вновь образуемых гребней 6 совпадает с осью 5 ранее образованных ложбин 2 между гребнями 1. В зону 9, которая формируется при концентрировании во вновь образуемых гребнях 6 сорной растительности 3 с разрушенными вегетативными органами и пожнивных остатков 4, одновременно с завалкой почвенным слоем и формированием гребней 6 подают ферментирующий микробиологический препарат. При повышенной кислотности почвы перед развалкой ранее образованных гребней 1 по гребневой поверхности поля разбрасывается известь или вносится одновременно с формированием вновь образуемых гребней через туковысевающие аппараты гребневых сеялок, например, сеялки СГН-3,6. Ферментирующий микробиологический препарат предварительно приготавливают, например, с применением эффективных микроорганизмов “Кюсей-ЭМ1” (Эффективные микроорганизмы: практические рекомендации по применению продукции серии ЭМ / сост. Северина В.Я., Адаменко Л.Я. // Приморский ЭМ-центр, Владивосток, 2002, стр. 11). Указанный препарат в пропорции 1:500-1:100 разводят водой, помещают в рабочую емкость навесного опрыскивателя, например, ОН-600-12, выпускаемого ОАО “Аскольд” (г.Арсеньев, Приморский край), и вносят непосредственно в зону 9, которая формируется во вновь образуемых гребнях 6 из сорной растительности 3 с разрушенными вегетативными органами и пожнивных остатков 4, до момента завалки этой зоны 9 почвенным слоем. С этой целью торцы трубопроводов подачи ферментирующего микробиологического препарата из рабочей емкости навесного опрыскивателя выводят перед высевающими аппаратами сеялки. При этом сорная растительность 3 и корневые остатки сельскохозяйственных растений 4, в основном сконцентрированные в образованных гребнях 6, перерабатываются за счет действия микроорганизмов при среднесуточной температуре более +10°С. При этом также обеспечивают разрушение корневой системы сорняков 3 за счет механического воздействия и удушения их вегетативных органов, а также активизацию почвообразовательных процессов и раскислению почвы при известковании. Образование гребневидной поверхности поля обеспечивает вентилирование почвы и процесс компостирования в аэробных условиях, при которых проходит переработка остатков сорной растительности в зонах 9 до состояния биогумуса, ускоряется. В частности, установлено увеличение степени аэрированности почвы в гребнях 6 на 10-15%. Это позволяет повышать температуру почвы, поскольку в процессе компостирования сорняков температура в сформированных гребнях 6, в зависимости от общего объема биомассы, на 10-40°С выше среднесуточной температуры воздуха, а также эффективно восстанавливать плодородие почв за счет превращения органических остатков непосредственно в почвенном слое в соединения, доступные для питания растений при уничтожении сорной растительности. Кроме того, концентрирование органических остатков сорной растительности и стерни в борозде 2 позволяет сократить объем вносимого ферментирующего микробиологического препарата без снижения эффекта компостирования, поскольку он вносится одновременно с формированием гребней 6 адресно - непосредственно в зону 9 сконцентрированной органики. Причем активизация почвообразовательных процессов определяется улучшением водно-воздушного и температурного режима почвы в гребнях 6, который в свою очередь оказывает положительное влияние на жизнедеятельность микроорганизмов, способствует усилению процессов минерализации органического вещества. По результатам опытов за 30, 60 и 90 суток пребывания в 30-ти сантиметровом слое почвы льняная ткань разложилась на 23,2; 49,1 и 58,7%, при внесении в зону 9 микробиологического препарата сроки разложения льняной ткани снижаются более чем в два раза. Активизация почвообразовательных процессов и повышение плодородия почвы в гребнях проявляется также в более высоком содержании нитратного азота, доступной фосфорной кислоты и подвижного калия. Особое значение в данном случае имеет изменение теплового режима почвы в гребнях, они прогреваются быстрее, чем ровная поверхность, причем за весенний период дополнительная сумма активных температур составляет 50-60° тепла, а при внесении эффективных микроорганизмов за счет эффекта компостирования органики в зоне 9 сумма активных температур в почвенном слое увеличивается вдвое. Известно, что затраты внешней радиационной энергии на почвообразование составляют 30-50 ккал см²/год и увеличение теплопоступлений в соответствии с указанной выше суммой активных температур существенно активизирует окислительно-восстановительные процессы, изменяющие внутреннюю структуру почвы и ее агрегатный состав. Через 20-40 дней после внесения микробиологического препарата проводят развалку гребней 6 и формирование новых гребней с одновременным посевом поздних культур. Посев также осуществляют гребнеобразующей сеялкой, например сеялкой СГН-3,6, обеспечивающей высев семян сельскохозяйственных культур на полку вновь образуемых гребней с необходимой глубиной заделки и производят одновременное прикатывание верхнего слоя почвы. Такое переформирование гребней 6 обеспечивает перемешивание разложившихся и полуразложившихся органических остатков сорных растений. При этом в присутствии большого количества микроорганизмов продолжается переработка органического вещества, стимулируются дождевые черви, также способствующие переработке органики. Дальнейшее созревание биогумуса, вносимого при такой развалке гребней в зону заделки семян, способствует созданию оптимальных температурных условий и условий питания, обеспечивающих активизацию роста и развития сельскохозяйственных культур, а в конечном итоге - повышение их урожайности. После всходов растений в течение вегетационного периода производят необходимый уход, в частности орошение сельскохозяйственных культур по ложбинам, образованным между вновь созданными гребнями, при дефиците влажности и культивирование с использованием гребневого пропашного культиватора, например КГН-3,6 (свидетельство на полезную модель №19441, МПК⁷ А 01 В 39/18, 10.09.01, бюл. №25). Исследования показывают, что улучшение водно-воздушного и теплового режимов почвы, а также режима питания растений особенно на ранних стадиях их развития при возделывании таких культур как соя активизирует жизнедеятельность клубеньковых бактерий, развивающихся на корнях сои. В частности, к фазе бобообразования количество азотфиксирующих клубеньков и их масса на гребнях более чем в 3 раза выше, чем на ровной поверхности. Например, общая масса клубеньков с одного растения сои на гребнях составляет в среднем 1,8-1,9 г, а на ровной поверхности - 0,5-0,6 г, при использовании тепловой мелиорации почв с внесением эффективных микроорганизмов в зону переработки органики в предпосевной период общая масса клубеньков увеличивается на 50-70%. При этом урожайность сои и гречихи повышается как минимум на 30-50%.

Вариант 2. В весенний период после прорастания сорной растительности 3 производят переформирование гребней 1 с помощью гребнеобразующей сеялки СГН-3,6 (модифицированный вариант), позволяющей образовывать гребни с одновременным посевом сельскохозяйственных культур. При этом проросшая сорная растительность 3 и пожнивные остатки 4 концентрируются в ложбинах 2 с одновременной завалкой их почвенным слоем - образуют гребни 6. Ось 8 вновь образуемых гребней 6 совпадает с осью 5 ранее образованных ложбин 2 между гребнями 1. Непосредственно в зону 9, которая формируется при концентрировании во вновь образуемых гребнях 6 сорной растительности 3 с разрушенными вегетативными органами и пожнивных остатков 4, одновременно с завалкой почвенным слоем и формированием гребней 6 подают предварительно подготовленный ферментирующий микробиологический препарат из рабочей емкости навесного опрыскивателя ОН-600-12. С этой целью торцы трубопроводов подачи ферментирующего микробиологического препарата из рабочей емкости навесного опрыскивателя выводят перед высевающими аппаратами сеялки. Одновременно из высевающих аппаратов сеялки СГН-3,6 производят высев семян 10 сельскохозяйственных культур на полку образуемых гребней 6 с необходимой глубиной заделки и производят прикатывание верхнего слоя почвы. После внесения микробиологического препарата в зону 9 в ней начинается процесс переработки органики и температура в гребнях 6 повышается за счет эффекта компостирования. Активное участие микроорганизмов в переработке органических остатков сорной растительности наблюдается при среднесуточной температуре воздуха более +7 - +10°С. Это обеспечивает оптимальные условия для активизации роста и развития сельскохозяйственных культур, сокращает число операций по обработке почвы, что целесообразно при относительно небольшой засоренности почвы и при возделывании ранних культур. В процессе прорастания и развития сельскохозяйственных культур в зоне 9 в присутствии большого количества микроорганизмов продолжается переработка органического вещества, стимулируются дождевые черви, также способствующие переработке органики, что способствует активному поступлению к растениям питательных веществ в наиболее доступной для них форме, в конечном итоге это обеспечивает восстановление плодородия почв и повышение урожайности. При дефиците влаги в почвенном слое проводят орошение по ложбинам 7, образованным между гребнями 6.

1. Способ тепловой мелиорации почв, включающий обработку почвы с формированием гребней гребнеобразующими механизмами после всходов сорной растительности, предпосевную обработку почвы с формированием новых гребней с заделкой проросших сорняков, стерни и других растительных остатков с одновременным известкованием, посев культур с одновременным внесением удобрений, отличающийся тем, что одновременно с формированием с заделкой проросших сорняков, стерни и других растительных остатков по оси формируемых гребней производят внесение гумусирующего микробиологического препарата, а через 20-40 дней после внесения микробиологического препарата проводят развалку ранее образованных и формирование новых гребней с одновременным посевом поздних культур.

2. Способ тепловой мелиорации почв, включающий обработку почвы с формированием гребней гребнеобразующими механизмами после всходов сорной растительности, предпосевную обработку почвы с формированием новых гребней по оси ранее образованных борозд с заделкой проросших сорняков, стерни и других растительных остатков с одновременным известкованием, посев культур с одновременным внесением удобрений, отличающийся тем, что при формировании гребней одновременно с заделкой проросших сорняков, стерни и других растительных остатков, вносят гумусирующий микробиологический препарат и производят посев сельскохозяйственных культур.