Спосіб меліорації ґрунтів

Реферат: Спосіб меліорації ґрунтів включає основне внесення кальцієвмісної суміші з удобрюючим ефектом у ґрунт. Як кальцієвмісну суміш використовують відхід виробництва сталі кальцієвмісний меліорант (КМ) на основі сталеплавильного шлаку. UA 113754 U (12) UA 113754 U UA 113754 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Спосіб належить до галузі сільського господарства й меліорації і може бути використаний для поліпшення властивостей та підвищення родючості ґрунтів та покращення екології регіону. У запропонованому способі як кальцієвмісну суміш використовують відхід виробництва сталі - кальцієвмісний меліорант на основі сталеплавильного шлаку з меліоруючим та удобрювальним ефектом, що при внесенні його в ґрунти приводить до покращення фізикохімічних показників ґрунту, підвищення врожайності сільськогосподарських культур та поліпшення якості продукції. Спосіб меліорації ґрунтів за рахунок використання відходів місцевого виробництва з меліоруючим та удобрювальним ефектом, дозволяє знизити затрати на проведення хімічної меліорації, забезпечити покращення фізико-хімічних властивостей ґрунтів, поживного режиму, підвищити урожайність сільськогосподарських культур та є ефективною альтернативою загальнопоширеного способу хімічної меліорації ґрунтів, - вапнування. Щорічна потреба у вапнуванні ґрунтів становить близько 500 тис. га, у вапняних матеріалах - 2,5-3,0 млн. т. В останні роки у зв'язку з різким зменшенням або повним призупиненням хімічної меліорації у ґрунтах відбувається розвиток деградаційних процесів - підкислення, що призводить до погіршення їх фізико-хімічних властивостей та зниження родючості. Альтернативою відомим меліорантам є використання місцевих сировинних ресурсів кальцієвмісних промислових відходів за умов відповідності їх токсиколого-гігієнічним та екологічним вимогам, що одночасно вирішує проблему утилізації відходів виробництва, охорони навколишнього середовища, покращення фізико-хімічних властивостей ґрунтів та підвищення врожайності сільськогосподарських культур. Вапнування є основним й універсальним заходом підвищення родючості кислих ґрунтів. Але у сучасних економічних умовах, через відсутність необхідної фінансової підтримки, обсяги хімічної меліорації є незначними. Тому розробки, пов'язані з пошуком нових ресурсозбережувальних меліорантів для відновлення та підвищення родючості кислих ґрунтів є досить актуальними. Відомий спосіб локального окультурювання кислих ґрунтів (патент № 30479 «Спосіб меліорації ґрунтів», Україна, UA), який дозволяє підвищити продуктивність ґрунтів, ефективно й економічно використовувати добрива та меліоранти і суттєво знизити енерговитрати. За даного способу на глибині 25-30 см та на відстані 35 см одна від одної формують локальні стрічки із комплексного органо-мінерального меліоранту, до складу якого входять перегній, торф, сапропель, лесові породи, органічні добрива, вапняні матеріали. Недоліком даного способу є багатокомпонентність органо-мінерального меліоранту, необхідність одночасної наявності органічних, мінеральних добрив та вапняного меліоранту, що створює певні труднощі у виготовленні суміші. До того ж сільськогосподарські культури різняться за шириною міжряддя. Тому локальні стрічки не можуть бути універсальними для всіх культур. Відомий спосіб меліорації кислих ґрунтів, при якому ґрунт обробляють електроактивованим католітним розчином з рН 11-12 та окислювально-відновлювальним потенціалом 800-900 мВ у максимальній дозі до 23 % від об'єму ґрунту (патент № 2234524 «Способ химической мелиорации кислых почв», Росія, RU). Даний спосіб вирішує задачу швидкого, строго дозованого без негативних побічних ефектів розкислення ґрунтів. Одноразова обробка сірих лісових ґрунтів католітним розчином дозволяє здвинути кислотність на 2,6 одиниці в сторону оптимуму, що покращує умови та сприяє вирощуванню більшої кількості сільськогосподарських культур, покращує структурність ґрунту. Недоліком даного способу є обмеженість показників, які змінюються під впливом меліорації. До того ж слід відмітити, що цей спосіб не має пролонгованої дії на ґрунт в наступні роки. Також існує спосіб меліорації кислих ґрунтів за рахунок підвищення вмісту водотривких агрегатів, який передбачає використання як структуроутворювача відпрацьованого бурового розчину, що містить глину - 25 %, гіпан - 4 %, сиру нафту - 3,0 %, KОН, NaOH - 1,2 %, незначну кількість хлоридів і сульфатів магнію, натрію, кальцію та воду (патент № 1331882 «Структурообразователь кислых почв», Радянський Союз, SU). Дана суміш сприяє підвищенню вмісту водотривких агрегатів діаметром більше 1 мм у 1,5-2,0 рази, більше 0,25 мм - у 1,5 разу, що призводить до поліпшення структури ґрунту та підвищення його родючості. Недоліком даного способу є обмеженість переліку ґрунтових показників, які змінюються під впливом дії меліоранту. Ефективність даного способу оцінюється лише за вмістом водотривких агрегатів, а інші важливі показники, що впливають на родючість ґрунту, не враховуються. Традиційним способом до недавнього часу була меліорація кислих ґрунтів з використанням вапна [Хімічна меліорація ґрунтів (концепція інноваційного розвитку)//За ред. С.А. Балюка, Р.С. Трускавецького, Ю.Л. Цапка. - Харків: Міськдрук, 2012. - 128 с]. Але вапно, в останні роки стало 1 UA 113754 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 невигідно використовувати як меліорант через його високу вартість. До того ж він характеризується низькою розчинністю, не містить поживних елементів, які необхідно обов'язково вносити у вигляді органічних та мінеральних добрив на бідних дерново-підзолистих ґрунтах для покращення їх поживного режиму та отримання стабільних врожаїв сільськогосподарських культур. Найбільш близьким до заявленого є спосіб меліорації ґрунтів з використанням суміші, яка містить: фосфогіпс - 20-36 %, вапняковий матеріал - 19-40 %, поліфосфат амонію (в перерахунку на Р2О5) - 0,34-1,48 % та воду у дозах 2,5-8,0 т/га (патент № 1511266 «Состав для химической мелиорации почв», Радянський союз, SU). Як вапняковий матеріал можливо використовувати вапнякову, доломітову муку або дефекат; поліфосфат амонію - рідкі комплексні сполуки. Застосування даного способу сприяє поліпшенню фізико-хімічних властивостей меліорованого ґрунту: підвищуються рН сольової витяжки на 0,5-1,1 одиниць, сума увібраних основ зростає на 3,9-5,3 мекв/100 г, вміст рухомого фосфору - на 20-70 мг/кг, а гідролітична кислотність знижується на 0,16-0,45 мекв/100 г. Внесення у ґрунт суміші сприяло покращенню біометричних показників ячменю - підвищенню кількості продуктивних стебел на 1 2 м , висоти рослин, кількості зерен у колосі та врожайності ячменю (прибавка становила 1,9-8,1 ц/га). Але даний спосіб є трудомістким, приготування суміші потребує наявності декількох компонентів. До того ж він є екологонебезпечним за застосування фосфогіпсу внаслідок вмісту у ньому токсичних сполук (водорозчинного фтору, стронцію, важких металів), що може призводити до забруднення ґрунту та вирощуваної сільськогосподарської продукції. Крім того, фосфогіпс перешкоджає зниженню кислотності ґрунтів. Серед поживних елементів до складу суміші входять лише фосфор і азот. Тому використання даного способу на кислих ґрунтах є обмеженим. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу меліорації кислих ґрунтів за рахунок використання відходів місцевого виробництва сталі з меліоруючим та удобрювальним ефектом, що дозволяє знизити затрати на проведення хімічної меліорації, забезпечити покращення фізико-хімічних властивостей ґрунтів, поживного режиму, підвищити урожайність сільськогосподарських культур та поліпшити екологічні умови регіону. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі меліорації кислих ґрунтів, який включає основне внесення кальцієвмісної суміші з удобрюючим ефектом у ґрунт, згідно з корисною моделлю, як кальцієвмісну суміш використовують відхід виробництва сталікальцієвмісний меліорант (КМ) на основі сталеплавильного шлаку, що додатково містить мікрота макроелементи, який вносять під оранку, або під весняну культивацію, або в припосівне внесення локально в рядки у дозах розрахованих, виходячи із кислотності ґрунту, згідно з існуючими методиками, що приводить до покращення фізико-хімічних показників ґрунту, підвищення врожайності сільськогосподарських культур та поліпшення якості продукції. В дослідженнях, що проводились на 4-ох типах ґрунтів (на дерново-підзолистих слабо-, середньо- та сильнокислих та темно-сірому опідзоленому) використовувався продукт відходу виробництва сталі ПАТ «АрселорМіттал Кривий Ріг» - кальцієвмісний меліорант на основі сталеплавильного шлаку. Польові досліди були закладені на Поліській дослідній станції (Волинська обл., м. Луцьк) та ДП «ДГ «Граківське» ННЦ «Інститут ґрунтознавства та агрохімії 2 імені О.Н. Соколовського» (Харківська обл., Харківський р-н). Площа ділянок - 1 м , повторність - трикратна. Меліорант являє собою однорідний розсипчастий дрібнодисперсний порошок сірого кольору без запаху. Хімічний склад його наведено в Таблиці 1. Вміст меліоруючих сполук кальцію становить 35-45 % . Лужність (рН водний) коливається в межах 8...12. Меліорант містить поживні елементи - калій, фосфор, цинк, марганець, мідь, сірку, азот, магній, що підвищують його удобрювальну дію. 50 2 UA 113754 U Таблиця 1 Показник СаО Р2О5 K2О SO3 MgO Co Сu Zn Fe Mn 5 10 15 Фактичний вміст, % 35,00-45,00 0,10-0,70 0,05-0,60 0,10-0,90 4,00-13,00 0,01-0,04 0,005-0,03 0,01-0,07 не більше 14 1,00-6,00. Для порівняльної оцінки ефективності КМ в схему дослідів було включено варіанти з вапном. Сільськогосподарські культури, що вирощувалися у дослідах - ячмінь ярий, кукурудза на зерно, кормовий буряк, соняшник. У зв'язку з тим, що у підзолистих ґрунтах спостерігається дефіцит поживних речовин, на всіх варіантах під посів культур у ґрунт загальним фоном вносили добрива в рекомендованих нормах для даної зони: під ярий ячмінь - N90Р60K60, кукурудзу на зерно - N120P90K120, кормовий буряк - N180P120K180. Добрива вносили у формі аміачної селітри, амофосу, калімагу. Після збору врожаю вирощуваних культур відбирали проби продукції для визначення її якості та проби ґрунту на глибину активного кореневмісного шару (0,5 м) за шарами 0-25 см, 2550 см. Дія меліоранту на всіх типах досліджуваних ґрунтів дала позитивні результати. Лабораторно-аналітичні дослідження виконувались за стандартизованими та атестованими методиками. Отримані дані щодо впливу меліорації на показники родючості, наприклад, дерново-підзолистого сильно- та середньокислого ґрунтів (шар 0-25 см): сольовий склад водної витяжки, склад ґрунтового вбирного комплексу, вміст карбонатів кальцію та поживних речовин, зведені у Таблиці 2, 3. Таблиця 2 Варіант досліду 1. Контроль (без меліорантів) 2. Вапно, основне внесення, 6,0 т/га 3. Кальцієвмісний меліорант, основне внесення 6,0 т/га 4. Вапно, під передпосівну культивацію, 4,0 т/га 5. Кальцієвмісний меліорант, під передпосівну культивацію, 4,0 т/га 6. Вапно, припосівне внесення, 3,0 т/га 7. Кальцієвмісний меліорант, припосівне внесення, 3,0 т/га Вміст Вміст поживних Н гідр., увібран. Вміст речовин, мг/кг рН СаСО3, 2+ мекв/100 Са , водорозчинного вод % N-NO3 + 2+ г мекв/100 Са , мекв/100 г Р2О5 K2О N-NH4 г Дерново-підзолистий сильнокислий ґрунт 1,90 6,2 0,38 6,0 0,20 7,89 62,69 66,27 0,82 6,5 0,48 8,0 0,60 10,83 71,56 69,29 0,72 6,6 0,52 8,5 0,80 11,15 91,80 77,24 1,17 6,5 0,32 7,0 0,30 8,21 78,43 73,14 0,97 6,7 0,44 8,0 0,40 9,43 69,84 78,14 1,32 6,5 0,48 7,0 0,25 9,83 81,87 75,19 1,20 6 0,56 7,5 0,40 9,91 85,87 76,15 3 UA 113754 U Таблиця 3 Варіант досліду 1. Контроль (без меліорантів) 2. Вапно, основне внесення, 4,5 т/га 3. Кальцієвмісний меліорант, основне внесення, 4,5 т/га 4. Вапно, під передпосівну культивацію, 3,0 т/га 5. Кальцієвмісний меліорант, під передпосівну культивацію, 3,0 т/га 6. Вапно, припосівне внесення, 2,25 т/га 7. Кальцієвмісний меліорант, припосівне внесення, 2,25 т/га 5 10 15 20 25 Вміст Вміст поживних Н гідр., увібран. Вміст речовин, мг/кг рН СаСО3, 2+ мекв/100 Са , водорозчинного вод % N-NO3 2+ г мекв/100 Са , мекв/100 г РО K2О + N-NH4 2 5 г Дерново-підзолистий середньокислий ґрунт 1,78 6,3 0,32 7,0 0,30 10,04 52,50 18,07 1,50 6,4 0,32 7,5 0,35 10,98 53,53 24,10 1,36 6,5 0,36 8,0 0,45 13,94 61,26 27,11 1,43 6,5 0,32 7,0 0,35 11,10 59,25 21,09 1,20 6,7 0,38 7,5 0,45 13,64 68,64 28,09 1,43 6,5 0,32 7,0 0,50 10,48 63,55 25,20 1,36 6,7 0,36 7,5 0,60 14,66 63,54 26,10 Отримані дані свідчать про те, що застосування КM оказує позитивний вплив на фізикохімічні властивості та поживний режим ґрунту, що дає можливість отримати економічну вигоду та покращити екологічну ситуацію регіону за рахунок утилізації відходів. Наприклад, за різних способів внесення кальцієвмісного меліоранту в досліджуваних ґрунтах знизилась гідролітична кислотність орного шару сильнокислого ґрунту на 0,90-1,18 мекв/100 г, середньокислого - на 0,42-0,58 мекв/100 г, що значно вище у порівнянні з прототипом (на 0,16-0,45 мекв/100 г). Вміст рухомого фосфору підвищився відповідно на 7,229,1 мг/кг та 8,8-16,1 мг/кг, що дещо нижче порівняно з прототипом (на 20-70 мг/кг). Окрім того, за запропонованого способу підвищився також рН водний відповідно на 0,4-0,5 та на 0,2-0,4 одиниці, покращився якісний склад солей водної витяжки завдяки підвищенню концентрації водорозчинного кальцію у досліджуваних ґрунтах (у дерново-підзолистому сильнокислому - на 0,20-0,60 мекв/100 г, у дерново-підзолистому середньокислому - на 0,150,30 мекв/100 г ґрунті) за різних способів внесення меліоранту. До того ж меліорація ґрунту сприяла покращенню складу ґрунтового вбирного комплексу. Так, вміст увібраного кальцію підвищився відповідно на 1,5-2,5 мекв/100 г та на 0,5-1,0 мекв/100 г за різних способів внесення меліоранту. Підвищення концентрації карбонатів кальцію у 1,1-1,5 разів обумовило посилення буферності досліджуваних ґрунтів, що запобігає розвитку деградаційних процесів. Завдяки удобрювальній дії КM покращився поживний режим ґрунтів за рахунок підвищення вмісту мінерального азоту (на 1,5-4,6 мг/кг) та рухомих сполук калію (на 8,0-11,9 мг/кг). Ефективність дії досліджуваного меліоранту за якісними показниками ґрунтів була дещо вищою порівняно з традиційним меліорантом - вапном. До того ж з урахуванням економічної та екологічної складової використовувати запропонований меліорант буде вигідніше. Поліпшення фізико-хімічних властивостей та поживного режиму досліджуваних ґрунтів сприяло підвищенню врожайності вирощуваних сільськогосподарських культур (Таблиці 4, 5) та деякому покращенню якості продукції, наприклад, зерна ячменю (Таблиця 6). 4 UA 113754 U Таблиця 4 Варіанти досліду 1. Контроль (без меліорантів) 2. Вапно, основне внесення 3. Кальцієвмісний меліорант, основне внесення 4. Вапно, під передпосівну культивацію 5. Кальцієвмісний меліорант, під передпосівну культивацію 6. Вапно, припосівне внесення 7. Кальцієвмісний меліорант, припосівне внесення НІР 05 Дерново-підзолистий сильнокислий ґрунт Врожайність, Прибавка, т/га т/га Ячмінь ярий 0,39 0,48 0,09 Дерново-підзолистий середньокислий ґрунт Врожайність, Прибавка, т/га т/га 1,28 1,50 0,22 0,53 0,14 2,70 1,42 0,45 0,06 1,66 0,38 0,43 0,04 1,63 0,35 0,46 0,07 1,58 0,30 0,48 0,09 1,62 0,34 0,08 0,31 Таблиця 5 Варіанти досліду 1. Контроль (без меліорантів) 2. Вапно, основне внесення 3. Кальцієвмісний меліорант, основне внесення 4. Вапно, під передпосівну культивацію 5. Кальцієвмісний меліорант, під передпосівну культивацію 6. Вапно, припосівне внесення 7. Кальцієвмісний меліорант, припосівне внесення НІР 05 Дерново-підзолистий Дерново-підзолистий сильнокислий ґрунт середньокислий ґрунт Прибавка, Врожайність, т/га Врожайність, т/га Прибавка, т/га т/га Кукурудза на зерно 1,20 2,57 1,80 0,6 4,90 2,33 2,08 0,9 4,92 2,35 2,60 1,4 4,16 1,59 4,24 3,0 4,30 1,73 3,95 2,8 5,07 2,50 3,80 2,6 5,00 2,43 0,30 0,46 Таблиця 6 Варіанти досліду 1. Контроль (без меліорантів) 2. Вапно, основне внесення 3. Кальцієвмісний меліорант, основне внесення 4. Вапно, під передпосівну культивацію 5. Кальцієвмісний меліорант, під передпосівну культивацію 6. Вапно, припосівне внесення 7. Кальцієвмісний меліорант, припосівне внесення 5 Білок 15,73 16,00 Крохмаль 54,67 55,10 16,48 55,87 15,90 Вміст, % Азот 1,82 1,98 Фосфор 0,73 0,76 Калій 0,55 0,54 2,03 0,76 0,60 55,23 2,04 0,70 0,57 16,32 55,30 2,10 0,79 0,58 15,95 55,70 2,01 0,73 0,57 16,42 55,81 2,15 0,83 0,48 Прибавка врожаю ячменю на дерново-підзолистому сильнокислому ґрунті становила 0,040,14 т/га за різних способів внесення меліоранту, що нижче порівняно з прототипом (0,19-0,81 5 UA 113754 U 5 10 15 т/га в залежності від дози суміші). А на дерново-підзолистому середньокислому ґрунті ефект був вищий і прибавка врожаю даної культури склала 0,34-1,42 т/га. Меліорація дерново-підзолистого сильно- та середньокислого ґрунтів з використанням KM сприяла також підвищенню врожайності зерна кукурудзи відповідно на 0,9-3,0 т/га та 0,7-2,4 т/га. Кальцієвмісний меліорант характеризується післядією, завдяки поступовій розчинності, тому ефект від його одноразового внесення буде оказувати тривалу дію. Щодо впливу на врожайність вирощуваних культур, запропонований меліорант не поступається вапну, а практично на всіх варіантах дає підвищення урожайності. Таким чином, запропонований спосіб меліорації ґрунту дає можливість: > знизити кислотність ґрунту завдяки збагаченню його кальцієм (підвищення вмісту різних його форм); > покращити склад ґрунтового вбирного комплексу; > поліпшити поживний режим ґрунту; > підвищити врожайність сільськогосподарських культур; > вирішити проблему утилізації відходів та поліпшення екологічної ситуації. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Спосіб меліорації ґрунтів, який включає основне внесення кальцієвмісної суміші з удобрюючим ефектом у ґрунт, який відрізняється тим, що як кальцієвмісну суміш використовують відхід виробництва сталі кальцієвмісний меліорант (KМ) на основі сталеплавильного шлаку. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6