Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ПАРОВОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к комплексной мелиорации почв, и может быть использовано для возрождения плодородия земель преимущественно в засушливых условиях.

Известен способ подготовки пара (парового поля) как средства повышения плодородия почвы, накопления в ней влаги, увеличения урожайности всех культур севооборота и как основной элемент системы земледелия (см., например: Большая Советская энциклопедия. - Том 19. - М.: Издательство «Советская энциклопедия», 1975. - С.165, статья «Пар, паровое поле»). Чистый черный пар обычно поднимают осенью по системе зяблевой (основной) обработки почвы, внося перед вспашкой навоз и минеральные удобрения.

Недостаток таких способов подготовки парового поля в современных условиях: не реализуются средства и методы рекультивации деградированных и нарушенных земель, в том числе загрязненных тяжелыми металлами, пестицидами и т.п.

Известен сорбент-мелиорант для очистки загрязненных почв при их рекультивации, содержащий минеральные компоненты - бентонитовые глины и др. (Патент №2303623 РФ, МПК С09К 17/00 (2006.01), 2005).

Технический недостаток таких сорбентов-мелиорантов: ограниченная область применения и отсутствие «привязки» к подготовке парового поля.

Известен способ обработки парового поля, включающий механические обработки поля, внесение гербицидов (Патент №2445758 РФ, МПК А01В 79/02 (2006.01), A01G 1/00 (2006.01), 2010).

Технический недостаток подобных способов: отсутствие комплексного подхода к подготовке парового поля, в частности не предусматриваются приемы для дополнительного накопления в почве влаги, улучшения структуры и водно-воздушного режима почвы, повышения ее микробиологической активности.

Известен также способ увеличения эффективного плодородия почвы, включающий основную (зяблевую) обработку почвы дисковыми рабочими органами, внесение минеральных удобрений на поверхность почвы с разуплотнением более глубоких горизонтов орудиями типа Параплау (Патент №2387120 РФ, МПК А01В 79/00 (2006.01), 2008).

Технический недостаток данного способа: необоснованное расположение минеральных удобрений на поверхности почвы, что может привести к их частичному смыву в периоды интенсивных дождей и таяния снегов, а также к химической эрозии почвы. К недостаткам способа относятся также отсутствие средств и методов дополнительного накопления влаги, улучшения водно-воздушного режима почвы, повышения ее микробиологической активности.

Техническая задача: дополнительное существенное накопление влаги в почве, улучшение ее водно-воздушного режима, насыщение поверхностного слоя почвы нетрадиционными элементами питания и биогенными микроэлементами.

Технический результат: возрождение плодородия деградированных и нарушенных земель, кардинальное улучшение микробиологической активности пахотных горизонтов парового поля, получение на нем высоких урожаев, в том числе в засушливых условиях.

Согласно изобретению при реализации способа подготовки парового поля, включающего внесение органических и/или минеральных удобрений и гербицидов, зяблевую и поверхностную обработки почвы, дополнительно применяют удобрения-мелиоранты, которые вносят в виде мульчирующего слоя после зяблевой обработки почвы, при этом в качестве удобрений-мелиорантов используют иловый осадок после его обработки ферментно-кавитационным методом в процессе очистки канализационных сточных вод с добавлением сыпучих природных минералов-ионитов.

Наряду с этим зяблевую обработку почвы выполняют посредством чизельно-отвального орудия с глубиной чизелевания 35-45 см и оборотом верхнего слоя почвы на глубину 10-20 см; иловый осадок вносят при его влажности 30-45% и при соотношении компонентов, масс.%:

иловый осадок 75-85,

сыпучие природные минералы-иониты 15-25.

Способ реализуют следующим образом.

Зяблевую обработку выполняют, как правило, после предварительной поверхностной обработки поля посредством, например дисковых лущильников и внесения на поверхность поля органических удобрений (в качестве которых могут использоваться стерня и корневые остатки убранной культуры) и/или минеральных удобрений, а также, при необходимости, гербицидов. Зяблевую (основную) обработку почвы выполняют преимущественно посредством чизельно-отвального орудия (современная версия орудия типа Параплау), которое состоит из рамы и рабочих органов - наклонные стойки с долотом на конце и смонтированные на верхней части стоек отвалы (отнюдь не лемеха!) с возможностью дискретной переустановки по высоте стойки. Глубина чизелевания (внедрения в почву долота) 30-45 см; оборот верхнего (уже взрыхленного) слоя почвы с помощью отвалов проводят в процессе чизелевания на глубину 10-20 см. Названная зяблевая обработка сопровождается заделкой в почву - на глубину действия отвалов - органических и/или минеральных удобрений, а также гербицидов. После зяблевой обработки почвы на поверхность поля - в виде мульчирующего слоя - дополнительно вносят удобрения-мелиоранты. В качестве таковых используют иловой осадок (активный ил) после его обработки ферментно-кавитационным методом в процессе очистки канализационных (бытовых) сточных вод с добавлением сыпучих природных минералов-ионитов.

Целесообразность использования илового осадка после его обработки ферментно-кавитационным методом обусловлена тем, что осадок, «получаемый» после очистки канализационных сточных вод традиционными методами, - это гелеобразная масса влажностью 98-99% с высоким - до 60% и более - содержанием непереработанной органики. Такой осадок высыхает на протяжении ряда лет, в случае его внесения в почву происходит органическое загрязнение полей. Наиболее опасно внесение непереработанного илового осадка при подготовке парового поля, предназначенного, как известно, для повышения плодородия почвы. Кроме этого осадок после традиционной очистки канализационных сточных вод может содержать патогенную микрофлору; в таком осадке незначительное количество общих форм азота и фосфора и практически отсутствуют общий калий и подвижная сера. После обработки ферментно-кавитационным методом качество илового осадка и содержание в нем элементов питания, а также микроэлементов существенно повышается - высвобождается из некондиционной органики. Это достигается в основном за счет глубокой переработки органической массы посредством воздействия на нее (в процессе обработки осадка) кавитации низкой интенсивности, ферментов (для которых такая кавитация является благоприятной), интенсивного окисления перерабатываемого субстрата кислородом. В результате этого глубоко переработанный иловый осадок содержит всего 15-18% органического вещества, но эта органика легкодоступна почвенной микрофлоре и корням растений. Содержание общих форм, также легкодоступных, минеральных элементов питания существенно возрастает: при влажности осадка 35% в нем фосфора до 4,2%, азота до 2,6%, калия до 1,3%. В осадке «появляется» подвижная сера - до 2-х г/кг, это важнейший источник питания (в микродозах); глубоко переработанный осадок содержит также «набор» биогенных микроэлементов. В процессе переработки осадка происходит нейтрализация («обволакивание») ионов тяжелых металлов.

Главная особенность глубоко переработанного осадка - его сорбционные свойства. Активный ил (иловый осадок) - это скопление микроорганизмов, их суммарная поверхность достигает 100 м² на 1 грамм сухого вещества ила (!). Этим и обусловлены огромные сорбционные свойства илового осадка. После его внесения в почву происходит аккумулирование (из атмосферы) воздуха и влаги. Благодаря этому кардинально улучшается водно-воздушный режим верхнего слоя почвы, даже в условиях острой засухи почва содержит влагу, происходит разуплотнение пахотного горизонта. Этому способствуют: расположение осадка на поле в виде мульчирующего слоя; глубокая чизельная (безотвальная) обработка почвы; оборот (с дополнительным рыхлением) верхнего слоя почвы.

В качестве добавляемых в иловый осадок сыпучих природных минералов-ионитов могут применяться: глауконитовые пески (глаукониты); цеолитсодержащие породы (цеолиты); бентонитовые глины (бентониты).

Состав и физико-химические показатели названных минералов видоизменяются в зависимости от месторождения, но в обобщенном виде (как усредненные показатели) представлены в таблице.

Наряду с этим минералы-иониты в разной степени обладают следующими свойствами:

1) высокая катионо- ионообменная активность;

2) повышенные сорбционные свойства;

3) способность к разуплотнению почв;

4) способность уменьшать жесткость воды;

5) повышенное количество калия и магния (свойственно в основном глауконитам);

6) наличие комплекса биогенных микроэлементов;

7) стимулирование действия традиционных минеральных удобрений;

8) улучшение структуры и водно-воздушного баланса почвы;

9) длительное действие - до трех лет.

Удобрения-мелиоранты - иловый осадок при его влажности 30-45% и сыпучие природные минералы-иониты (при их естественной влажности) - вносят в виде мульчирующего слоя одновременно; предварительное их смешивание необязательно, но желательно сначала внести осадок затем минералы. Целесообразно внесение двух из трех названных минералов-ионитов; если в почве недостает природного калия, то внесение калий- и магнийсодержащих глауконитов обязательно, плюс к этому в такой же дозе вносят цеолиты или бентониты. Рекомендуемое соотношение компонентов удобрений-мелиорантов: иловый осадок 75-85% (в среднем 80%); сыпучие природные минералы-иониты 15-25% (в среднем 20%). В процессе «вызревания» парового поля (черного пара), как правило, на следующий год, вплоть до посева озимых культур в сентябре, поле подвергается традиционной поверхностной обработке (культивации) для улучшения водно-воздушного режима почвы и уничтожения сорняков. После культивации поля удобрения-мелиоранты несколько перемешиваются с верхним слоем почвы, но в целом мульчирующий слой сохраняется и мало отличается по цвету от каштановых и светло-каштановых почв. Этот слой в основном сохраняется и после посева и всходов озимой культуры, их перезимовки и вегетации в следующем году. Удобрения-мелиоранты существенно улучшают структуру и водно-воздушный баланс верхнего слоя почвы. Поэтому культивация парового поля проводится по признакам произрастания сорняков, но для их подавления предназначаются гербициды, внесенные при зяблевой обработке почвы.

После внесения удобрений-мелиорантов на паровом поле - в основном в верхнем горизонте почвы - протекают необычные агромелиоративные, физико-химические и микробиологические процессы:

1) аккумулирование воздуха и влаги из атмосферы за счет огромных сорбционных свойств глубоко переработанного илового осадка и повышенных сорбционных свойств минералов-ионитов, сохранение этого нетрадиционного водно-воздушного режима почвы даже в условиях острой засухи;

2) следствием этого является разуплотнение почвы, чему способствует также рыхлый верхний слой после чизелевания и оборота пласта (с дополнительным крошением) на глубину действия отвалов 10-20 см;

3) из-за аккумулирования воздуха из атмосферы и сохранения в почве углекислого газа (чему способствует отсутствие традиционной отвально-лемешной пахоты) повышается содержание в почве углерода и, как следствие, оптимизируется соотношение углерода и азота C/N;

4) ионообменные свойства минералов-ионитов и частично илового осадка стимулирует развитие и жизнедеятельность полезной почвенной микрофлоры и усвояемость ими и корнями растений биогенных микрочастиц, в частности ионов сульфата серы - важнейшего источника минерального питания (на микроуровне);

5) после посева, произрастания и вегетации озимых культур возрастает концентрация микроорганизмов вокруг корней растений (развивается почвенная ризосфера), происходит усвоение легкодоступных форм органики, азота, фосфора и калия, а также магния, имеющегося в глауконитах (предотвращается, в частности, хлороз растений);

6) минералы-иониты усиливают и пролонгируют действие друг друга и всех видов питательных веществ, благоприятное воздействие на почву и на растения оказывает уменьшение жесткости воды (почвенной влаги);

7) минералы-иониты являются экологическим природным средством для улучшения качества нарушенных земель - очистки почвы от загрязнений, пестицидов и т.п.

В итоге формируются условия для возрождения плодородия деградированных и нарушенных земель (это относится и к бедным гумусом суглинистым почвам), происходит кардинальное улучшение микробиологической активности пахотных горизонтов парового поля. Благодаря этому создаются предпосылки для получения на черном пару гарантированно высоких урожаев, в том числе в засушливых условиях.