способ внутрипочвенного удобрения сельскохозяйственных культур

Формула изобретения

1. Способ внутрипочвенного удобрения сельскохозяйственных культур, включающий подачу жидкого удобрения в направлении корневой системы растений, отличающийся тем, что на глубину, ниже максимальной глубины основной обработки почвы, закапывают параллельные перфорированные трубы, одни концы которых перекрывают, а вторые концы выводят на дневную поверхность и соединяют с емкостями с жидким удобрением, находящимся под регулируемым давлением, в качестве жидкого удобрения используют угольную кислоту Н₂СО ₃, которую в период вегетации растений периодически подают из указанных емкостей в перфорированные трубы, выдавливая оттуда углекислый газ, который поднимается по пустотам в почве и преобразуется при взаимодействии с почвенной микрофлорой в питательные для растения вещества.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что основную обработку почвы выполняют посредством чизельно-отвального орудия, формирующего гребнистое дно борозды с углублениями, расположенными над перфорированными трубами, над которыми размещают ряды растений.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, а именно к способам внутрипочвенного удобрения различных сельскохозяйственных культур преимущественно в засушливых условиях.

Известен способ (в составе комплексного изобретения) внесения жидких и суспензированных удобрений одновременно со вспашкой почвы, включающий, в частности, подачу удобрения на поверхность поля, формирование борозды и закрытие борозды почвой из последующей борозды с одновременной послойной заделкой удобрения (RU №2080042 С1, МПК А01C 21/00, 23/00, А01В 49/06, 27.05.1997).

Технический недостаток подобных способов: ограниченные возможности, в том числе внесение только определенных удобрений на ограниченную глубину и только при основной обработке (зяблевой вспашке) почвы; невозможность удобрения (подкормки) сельскохозяйственных культур в процессе их вегетации.

Известен также рабочий орган для внесения жидких удобрений и гербицидов, содержащий культиваторную лапу с устройствами для подвода жидкости в почву и другие элементы (см. RU №2269885 С1, А01С 23/02 (2006.01), А01В 49/06 (2006.01), 20.02.2006). По принципу действия данный рабочий орган условно можно трактовать как соответствующий способ, включающий подачу жидкого удобрения в направлении корневой системы растений.

Технический недостаток данного способа: внесение жидких удобрений на ограниченную глубину и в удалении от корневой системы растений; затруднение с внесением удобрений после увеличения стеблей растений, несмотря на наличие устройств, уменьшающих "размах" листостебельной массы; невозможность внесения летучих удобрений; не решаются проблемы гумусообразования и плодородия почвы.

Техническая задача: расширение возможностей удобрения сельскохозяйственных культур в процессе их вегетации с решением проблемы гумусообразования и плодородия почвы преимущественно в засушливых условиях.

Технический результат: обеспечение возможности внесения удобрений непосредственно под корневую систему растений с учетом их потребности в период вегетации; развитие процессов выработки в почве питательных для растений веществ преимущественно в засушливых условиях на бедных гумусом полях.

Согласно изобретению в способе внутрипочвенного удобрения сельскохозяйственных культур, включающем подачу жидкого удобрения в направлении корневой системы растений, на глубину, ниже максимальной глубины основной обработки почвы, закапывают параллельные перфорированные трубы, одни концы которых перекрывают, а вторые концы выводят на дневную поверхность и соединяют с емкостями с жидким удобрением, находящимся под регулируемым давлением, в качестве жидкого удобрения используют угольную кислоту Н ₂СО₃, которую в период вегетации растений периодически подают из указанных емкостей в перфорированные трубы, выдавливая оттуда углекислый газ, который поднимается по пустотам в почве и преобразуется при взаимодействии с почвенной микрофлорой в питательные для растений вещества.

Наряду с этим основную обработку почвы выполняют посредством чизельно-отвального орудия, формирующего гребнистое дно борозды с углублениями, расположенными над перфорированными трубами, над которыми размещают ряды растений.

Способ иллюстрируется схемами-чертежами, где на фиг.1 изображена схема размещения перфорированных труб с емкостями для углекислоты; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - поперечный разрез пахотного горизонта с гребнистым дном борозды и с расположенными ниже углублений перфорированными трубами; на фиг.4 - выноска I из фиг.3; на фиг.5 - схема вегетации растений и поступления углекислого газа из перфорированных труб.

Способ внутрипочвенного удобрения сельскохозяйственных культур реализуют следующим образом.

На этапе подготовки поля к внутрипочвенному удобрению сельскохозяйственных культур закапывают параллельные перфорированные трубы 1 (фиг.1 и 2). Глубину Н расположения в почве труб определяют из условия (фиг.2 и 3):

H=h+0,5d+h₁,

где h - максимальная глубина основной обработки (зяблевой вспашки) почвы; d - диаметр труб; h₁ - гарантированный запас (расстояние) между углублениями на дне борозды и верхней кромкой труб.

После укладки перфорированных труб и запуска их в эксплуатацию основную обработку почвы выполняют посредством чизельно-отвального орудия, формирующего гребнистое дно борозды с углублениями 2, расположенными над трубами (фиг.3). Глубина h при чизелевании почвы в засушливых условиях 36-42 см; принимаем максимальное значение 420 мм. Диаметры d перфорированных труб 100 мм; гарантированный запас (расстояние) h ₁ между углублениями 2 и верней кромкой труб 1 принимаем 80 мм. Тогда Н=420-0,5·100+800=550 мм. Перфорацию - отверстия 3 в трубах 1 - располагают в сторону дневной поверхности (фиг.4). Трубы выполняют, как правило, из полимерного материала.

Количество труб 1 в блоке равно числу рабочих органов чизельно-отвального орудия или, что равносильно, числу сошников сеялки для широкорядного посева сельхозкультур. Предпочтительное количество труб в одном блоке, как показано на фиг.1, равно шести. Одни концы перфорированных труб 1 перекрывают - снабжают торцовыми заглушками 4 (фиг.1 и 2). Вторые концы труб посредством изогнутых трубопроводов 5 меньшего диаметра (без перфорации) выводят на дневную поверхность и соединяют с поперечным коллектором 6, который, в свою очередь, соединяют с емкостями 7 для жидкого удобрения. Трубопроводы 5 выполняют из известной деформируемой полимерно-металлической композиции. В качестве емкостей 7 могут применяться баллоны высокого давления - на 16 и более МПа. Баллоны снабжают регулятором давления (редуктором) 8 и манометром 9. На фиг.1 показано два баллона, по расчетам их может быть больше, для чего на коллекторе 6 предусмотрены соответствующие посадочные гнезда 10. Для оптимальной металлоемкости системы и удобства эксплуатации общее количество баллонов определяют из расчета одного выпуска жидкого удобрения в трубы 1. Между баллонами (емкостями) 7 - после их редукторов 8 - и коллектором 6 устанавливают вентили 11. Коллектор снабжают своими манометрами 12 для контроля сбалансированного давления после редукторов 8.

В качестве жидкого удобрения используют угольную кислоту Н ₂СО₃. Известно, что на растения, в том числе их корневую систему, весьма благоприятно воздействует углекислый газ СО₂ - носитель углерода - источника жизни растений. Но на практике для хранения газа СО₂ под давлением (в баллонах под давлением 16 МПа, на ряде предприятий - в рессиверах большой вместимости под давлением 0,8 МПа) предпочитают иметь дело с кислотой Н ₂СО₃. Это объясняется технологией ее получения, безопасностью и весьма простым ("автоматическим") отделением от кислоты углекислого газа СО₂ по схеме:

Н₂СО₃ Н₂О+СО₂.

В кислоте вода содержится в небольших количествах (с наличием СО₂ в газообразном состоянии), тем не менее Н₂СО₃ - это экологическая, сжимаемая, удобная и безопасная в хранении жидкость. Применительно к предлагаемому способу подача удобрения в виде углекислоты обеспечивает ее поступление на всю длину перфорированных труб 1, и лишь после этого газ СО₂ отделяется - выдавливается и через отверстия в трубах поступает в почву.

После монтажа и запуска в эксплуатацию системы производят с помощью чизельно-отвального орудия с наклонными стойками основную обработку (зяблевую вспашку) почвы, выставляя долота стоек по оси перфорированных труб. Указанное орудие формирует гребнистое дно борозды (фиг.3) с упомянутыми углублениями 2 и гребнями 13. Ширина междуследия пахоты равна расстоянию L между осями перфорированных труб. Чизельно-отвальное орудие с наклонными стойками исключает вертикальную щель в почве, которая остается в случае использования прямых стоек; оборачивает верхний взрыхленный слой 14 почвы на глубину h _от=15-20 см. Последняя операция окончательно закрывает пустоты и щели в верхнем пахотном горизонте; удаляет с поля и "закапывает" на указанную глубину h _от органику - сорняки, остатки культуры-предшественницы, поверхностный мульчирующий слой, традиционные удобрения, желательно навоз. Известно, что в верхнем слое почвы - на глубине до 20 см - происходит наиболее интенсивная переработка органики посредством почвенной микрофлоры и червей с образованием питательных для растений веществ и с гумусообразованием.

Основную обработку почвы проводили, как обычно, поздним летом или осенью - в сентябре-октябре. После выпадения осадков или таяния снега вода, проникая через рыхлую почву, скатывается в углубления 2, а при интенсивном (кратковременном) поступлении воды влага накапливается и в межгребневых взрыхленных понижениях 15 (фиг.3). При некотором уклоне поля трубы 1 укладывают, а вспашку производят поперек уклона. Благодаря этому предотвращают или существенно уменьшают наружный и внутрипочвенный стоки воды и смыв почвы, т.е. сводят к минимуму водную эрозию почвы. С учетом указанной глубины h чизелевания и в результате накопления влаги в углублениях 2 и в понижениях 15 почва по пути проникновения центрального ствола корневой системы имеет повышенную влажность даже в жаркое время года. По этой причине снижается и внутренняя температура пахотного горизонта.

Проводили внутрипочвенное удобрение сахарной и кормовой свеклы в засушливых условиях на бедной гумусом светло- каштановой почве. Посев семян проводили в оптимальные сроки. Ширину междурядий принимали равной ширине L=70 см междуследия орудия, располагая ряды растений по одной оси I-I, проходящей через ось перфорированной трубы 1 и углубления 2 в гребнистом дне борозды; на этой оси располагали и посевные ложе 16 для семян. После развития растений в фазе 5-7 листьев проводили первое удобрение (подкормку) растений. С помощью манометров 9 проверяли наличие давления углекислоты в баллонах 7. Давление на выходе из баллонов посредством редукторов 8 устанавливали в диапазоне 0,2-0,3 МПа. Открывая вентили 11, углекислоту подавали в коллектор 6, откуда под давлением кислота поступала в трубопроводы 5 и далее - в перфорированные проложенные в почве трубы 1. Прохождение кислоты контролировали манометрами 12, при необходимости с помощью редукторов 8 давление на выходе из баллонов 7 повышали. Процесс подачи углекислоты в трубы 1 завершали, как правило, после полной разрядки баллонов, после чего вентили 11 закрывали.

Находясь в трубах 1 (сечение труб полностью не заполняется), от углекислоты относительно быстро отделяется углекислый газ CO ₂, который через отверстия 3 в трубах выходит (выдавливается) наружу труб и по пустотам в почве поднимается к корневой системе растений 17 (фиг.5). Быстрый уход газа CO₂ в атмосферу предотвращается названными техническими и технологическими приемами: глубоким залеганием труб ниже обработанной почвы; исключением вертикальной щели при почвообработке; оборотом верхнего слоя почвы. Углекислый газ сам по себе оказывает благоприятное воздействие на корни, стимулируя их интенсивное развитие, что передается и надземной части растений; эффективность этого процесса повышается и расположением труб непосредственно под корнями растений, и наличием "раструба" для корней повышенной влажности в виде углублений 2 и межгребневых понижений 15 в борозде.

Как известно, углекислый газ относится к природным экологическим биологическим ингредиентам, которые являются составной частью биомассы почвы и, в частности, гумуса. Находящиеся в почве - в основном на указанной глубине (до 20 см) - микроорганизмы перерабатывают часть газа СО₂ и не только отщепляют углерод - основу жизнедеятельности микрофлоры, но и перерабатывают и его. Отсоединившийся кислород О₂ является окислителем биологического материала, что способствует его ускоренному разложению. В результате этого в почве возрастает содержание питательных веществ, прежде всего соединений азота NO ₃ и частично другой формы азота NH₄ , соединений фосфора P₂O ₅ и калия К₂О, причем эти вещества находятся в почве в форме, легкодоступной корням растений. Этот процесс весьма активно протекает в первые дни после подачи в перфорированные трубы 1 углекислоты, в дальнейшем, например через 21 день, процесс замедляется, и количество соединений азота NO ₃ несколько уменьшается. Несмотря на это, после внесения углекислоты органические вещества в почве накапливаются в различных формах.

Повышению плодородия почвы способствует также возрастание гуминовых кислот - высокомолекулярных органических веществ, образующихся при бактериальном разложении внутрипочвенного органического материала. Этому способствует углекислый газ СО₂ и отделившийся от него кислород. Гуминовые кислоты являются, как известно, высокоэффективной составной частью гумуса. Кроме показанного выше преобразования углекислоты, в полном объеме ее образование и разложение может проходить по следующей схеме:

CO ₂+Н₂О Н₂СО₃ H⁺+НСО₃ ^- 2H⁺+СО₃ ^2-

Углекислота может давать два ряда солей: карбонаты с анионом СО₃ ^2- и гидрокарбонаты НСО₃ ^- . Несмотря на бедные гумусом светло-каштановые почвы, в поле, где проводили опыты, почва была богата калием. В этих условиях реально образование калийных солей - карбонатов К ₂СО₃ и гидрокарбонатов (бикарбонатов) КНСО₃. Карбонат К₂ СО₃ - это одна из разновидностей калийного удобрения. Гидрокарбонаты выполняют важную физиологическую роль. Обе разновидности калиевых карбонатов растворимы в воде, при разложении выделяется СО₂. Эти процессы, протекающие в почве после внесения углекислоты, дополнительно подтверждают ее благоприятное влияние на плодородие почвы.

Приведенных данных достаточно, чтобы судить о повышении плодородия бедных гумусом почв за счет их обогащения углекислым газом - посредством подачи углекислоты в стационарные перфорированные трубы, расположенные на большой глубине ( 550 мм). Этому способствует и оригинальная чизельно-отвальная глубокая основная обработка почвы. Выше показана первая подкормка сахарной и кормовой свеклы. В процессе вегетации растений - в периоды их наибольшей потребности в питательных веществах - таких подкормок может быть 3-4. Углекислый газ в сочетании с названной почвообработкой (с накоплением почвенной влаги) обеспечивает возделывание влаголюбивых культур в засушливых условиях без орошения. Для сахарной свеклы иногда потребуется разовая поверхностная подкормка фосфорным удобрением (при достаточном наличии в почве калийных удобрений).

Полевые опыты показали, что при внедрении предлагаемого способа корневая система свеклы более интенсивно развивается вглубь (достигая двух метров) и "обрастает" боковыми корнями. А это дополнительный источник пополнения и влагой, и элементами питания, что весьма важно в засушливых условиях на бедных почвах. По предварительным данным, крупность корнеплодов увеличивается в 2,5-3,0 раза (по сравнению с контролем) при соответствующем увеличении урожайности. Мощная листостебельная масса - это дополнительный источник ценных зеленых кормов, а развитая корневая система - это в дальнейшем дополнительное накопление в почве органических веществ и разуплотнение почвы в глубоких горизонтах.