Содержание:
рыхлитель почвы цилиндрический
Рыхлитель содержит корпус, металлические вилы, пружины и стопоры. Корпус выполнен в виде закрытой бочки с осью и ребордами по торцам. Вилы выполнены из дугообразных зубьев. Зубья вил закреплены в прорезях патрубков с образованием выступов в тыльной части вил. Вилы патрубками шарнирно установлены в ребордах. Стопоры выполнены в виде уголков и закреплены на поверхности корпуса и вдоль него. Пружины выполнены в виде булавок без головок с загнутыми концами и установлены кольцевой частью на концах патрубков. Загнутые концы булавок вставлены в выполненные в ребордах отверстия и в выступы крайних зубьев. Такое конструктивное выполнение позволит повысить качество обработки почвы и упростить конструкцию. 1 ил. 
Рисунки к патенту РФ 2337512
Предлагаемое изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению и может быть использовано при изготовлении орудий для рыхления почвы в растениеводстве.
Известно устройство для рыхления почвы по патенту №2282957, содержащее цилиндрический корпус, шарнирно смонтированные лопатки с рычагами, пружины и опорные шпильки.
Недостатком известного устройства является сложность конструкции и низкое качество рыхления плотных почв.
Задачей предлагаемого устройства является устранение указанных выше недостатков. Технический результат — повышение качества рыхления почвы, экономичности, упрощение конструкции.
Это достигается тем, что в рыхлителе почвы, содержащем корпус, металлические вилы, пружины и стопоры, корпус выполнен в виде закрытой бочки с осью и ребордами по торцам, вилы выполнены дугообразными зубьями, которые закреплены в прорезях патрубков и образуют выступы в тыльной части вил, при этом вилы патрубками шарнирно установлены в ребордах, стопоры выполнены уголками и закреплены на поверхности корпуса вдоль него, пружины выполнены в виде булавок без головок с загнутыми концами и установлены кольцевой частью на концах патрубков, а загнутые концы их вставлены в отверстия в ребордах и в выступах крайних зубьев.
На чертеже изображен рыхлитель почвы цилиндрический.
Корпус 1 рыхлителя выполнен в виде закрытой бочки с осью 2 и ребордами 3 по торцам. В ребордах шарнирно установлены вилы с патрубками 4 и закрепленными в прорезях дугообразными зубьями 5 с выступами 6 в тыльной части. Пружины 7 выполнены в виде булавки без головки с загнутыми концами, кольцевой частью установлены на концах патрубков 4, а загнутые концы их вставлены в отверстия в ребордах и в выступах крайних зубьев. Поворот вил ограничен в заданных пределах стопорами 8 и 9.
Рыхлитель почвы работает следующим образом.
Рыхление почвы осуществляется с помощью зубьев 5 при качении корпуса 1 на ребордах 3 по почве. Вилы пружинами 7 и стопорами 8 удерживаются в положении, при котором они касаются почвы перед корпусом 1 (по ходу движения) в точке 10, отстоящей от точки 11 касания ребордами 3 почвы на длину дуги от точки 11 до патрубка 4 касающихся почвы вил. Коснувшись почвы, вилы под действием (нажимом) реборд 3 через патрубки 4 внедряются в почву по дуге и, поворачиваясь относительно реборд, не нарушают состояния почвенного пласта. В месте наезда реборд 3 на почву в точки 11 внедрение вил в почву прекращается, их поворот относительно реборд 3 останавливается стопорами 9 и происходит рыхление почвы сзади корпуса 1, при этом часть почвы проваливается сквозь щели между зубьями, что улучшает ее рыхление. При выходе на поверхность вилы, упершись под действием пружины 7 выступом 6 в стопор 8, устанавливаются в исходное положение.
Рыхлитель почвы может изготавливаться различного диаметра с различной длиной и шириной вил, монтироваться на общей оси (и с промежутками) и применяться в боронах, культиваторах и плугах, в конструкциях с ручной тягой для огородников, прицепных и навесных почвообрабатывающих орудиях. Возможно использование рыхлителей в качестве движетелей в велосипедной, мотоблочной и тракторной конструкциях. В случаях недостаточности веса орудия для внедрения рыхлителей в почву применяется утяжеление их подручным баластом (песок, грунт), который можно помещать в корпус. Не исключается комбинация с рыхлителями других орудий, например посевных, поливных и др.
Положительный эффект применения цилиндрического рыхлителя заключается в простоте конструкции, универсальности в употреблении, повышении качества рыхления и экономичности.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Рыхлитель почвы цилиндрический, содержащий корпус, металлические вилы, пружины и стопоры, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде закрытой бочки с осью и ребордами по торцам, вилы выполнены из дугообразных зубьев, которые закреплены в прорезях патрубков с образованием выступов в тыльной части вил, при этом вилы патрубками шарнирно установлены в ребордах, а стопоры выполнены в виде уголков и закреплены на поверхности корпуса и вдоль него, причем пружины выполнены в виде булавок без головок с загнутыми концами и установлены кольцевой частью на концах патрубков, а их загнутые концы вставлены в выполненные в ребордах отверстия и в выступы крайних зубьев.
Патенты на почву
- Главная
- Реестр патентов
Последние новости
(21), (22) Заявка: 2008142997/15, 29.10.2008
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
29.10.2008
(46) Опубликовано: 10.08.2010
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: RU 2249933 С2, 20.04.2005. RU 2229203 С1, 27.05.2004. RU 2279472 С2, 10.07.2006. RU 2316923 С1, 20.02.2008. CN 101104175 А, 16.01.2008.
Адрес для переписки:
362000, Республика Северная Осетия-Алания, г. Владикавказ, ул. Маркова, 93а, ЦГИ ВНЦ РАН и РСО-А, директору В.Б. Заалишвили
(72) Автор(ы):
Заалишвили Владислав Борисович (RU),
Бекузарова Сарра Абрамовна (RU),
Батаев Дени-Карим Султанович (RU),
Мажиев Хасан Нажоевич (RU)
(73) Патентообладатель(и):
Учреждение Российской академии наук Центр геофизических исследований Владикавказского научного центра РАН и Правительства Республики Северная Осетия-Алания (ЦГИ ВНЦ РАН и РСО-А) (RU),
Комплексный научно-исследовательский институт Российской академии наук (RU)
(54) СПОСОБ РЕАБИЛИТАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ
Изобретение относится к восстановлению загрязненной нефтью и нефтепродуктами почвы. Способ реабилитации нефтезагрязненных земель включает высевание в первый год однолетней культуры амаранта в смеси с цеолитосодержащей глиной в дозе 0,8-1,0 т/га, скашивание и запахивание в почву растений в фазе начала созревания семян. При этом цеолитсодержащая глина содержит (%): кремний — 51-53, алюминий — 16-17, железо — 5-6, кальций — 30-33. На следующий год осуществляют посев бобово-злаковой травосмеси многолетних трав, в которую входят 50-60% бобовых растений, с последующей их запашкой в фазе цветения. Изобретение позволяет ускорить очистку и рекультивацию загрязненных нефтью и нефтепродуктами земель. 1 табл.
Изобретение относится к технологиям защиты окружающей среды и рационального использования природных ресурсов, в частности, к восстановлению загрязненной нефтью и нефтепродуктами почвы.
Известен способ рекультивации, при котором на загрязненные нефтью почвы вносят органические удобрения, птичий помет, древесные отходы (патент 
2240877, опубликован 09.12.2003 г.).
Однако в известном способе производятся значительные затраты на внесение птичьего помета, органических и древесных отходов.
Известен также способ, при котором для реабилитации почвы используют микроорганизмы углеводородокисляющие и растения, в основном, злаковых трав (полевица, мятлик, ежа, тимофеевка, овсяница и др.). Интродуцируемые в почву углеводородосодержащие микроорганизмы улучшают эмульгирующую способность почвы, окисляют углеводороды нефти, а вместе с высаженными растениями только через 3 года восстанавливаются загрязненные нефтью почвы (патент 2253909, опубликован 10.06.2005 г.).
Недостаток известного технического решения заключается в том, что реабилитация почвы наступает только на 3-й год. Большой набор многолетних трав не обеспечивает снижение загрязнения в год посева, так как биологическая особенность их давать хорошую биомассу только на 2-3-й год жизни.
Наиболее близким техническим решением является способ, при котором в загрязненную нефтью почву высевают семена растений, которые предварительно выращивают в чистой почве не менее одного года, а затем осуществляют пересадку вегетативных частей на загрязненный участок, используя при этом многолетние травы (патент 2249933, опубликован 27.12.2004 г.).
Недостаток способа-прототипа заключается в том, что травы предварительно высевают на чистом участке, а через год пересаживают на нефтезагрязненный, причем пересадку осуществляют вегетативными органами (корневищами, столонами, рассадой). При этом выживаемость бобовых трав (клевера лугового и клевера гибридного) — основных адсорбирующих компонентов — не превышает 25%. Участие бобовых растений не превышает 5-10%. Все эти приемы усложняют способ.
Технический результат заявленного объекта — ускорение очистки и рекультивации загрязненных нефтью и нефтепродуктами земель.
Технический результат достигается тем, что в первый год высевают однолетнюю культуру амаранта в смеси с цеолитосодержащей глиной-аланитом в дозе 0,8-1 т/га и в фазе начала созревания семян растения, скашивают и запахивают, а на следующий год осуществляют посев бобово-злаковой травосмеси многолетних трав, в которую входят 50-60% бобовых растений с последующей их запашкой в фазе цветения.
Способ осуществляется следующим образом.
На участке, загрязненном нефтью и нефтеотходами, высевают культуру амаранта. Амарант (Amaranthus L.) в сравнении с другими растениями характеризуется высоким содержанием кремния в зеленом растении и в корнях (3-5% в сухом веществе). Большая часть кремния (более 50%), содержащаяся в листьях, связана с органическими компонентами растительной ткани (белками, липидами, клетчаткой), что свидетельствует о значительных возможностях соединений кремния (органогенный, растворимый, полимерный, общий) поглощать токсические элементы (в том числе углеводороды нефтезагрязненных земель), ускорять метаболизм в обмене веществ в самом растении амаранта. Следовательно, кремний, имеющий высокую сорбционную способность в тех соединениях, которые находятся в амаранте, способен за один сезон значительно очистить почву от углеводородов нефти, радионуклидов и тяжелых металлов. Важной особенностью амаранта является накопление большой биомассы растений, обеспечивающих 50-60 тонн зеленой массы на одном гектаре.
Использование амаранта на загрязненной почве и запашка массы в начале созревания семян очищает почву от токсических веществ. К моменту начала созревания растения накапливают хорошую массу, а заделка ее в почву в этот период обеспечивает и частично созревшими семенами, которые взойдут на следующий год и вместе с подсеваемыми многолетними травами будут способствовать очищению загрязненного участка. Обоснование фазы скашивания (начало созревания) объясняется биологическими особенностями амаранта, высоким коэффициентом размножения. При норме высева 1 кг на гектар амарант способен дать более 3 тонн семян. Следовательно, при начале созревания в почву попадает 1/8 часть семян, которые прорастают на загрязненном участке на следующий год.
В связи с тем, что амарант слабо переносит кислую почву, в год его посева к высеваемым семенам добавляют цеолитосодержащие глины-аланит, имеющие щелочную реакцию среды (pH 8,6), которые нейтрализуют кислотность. Кроме того, в связи с тем, что семена амаранта очень мелкие (масса 1000 шт. — 0,5-0,6 г), высев их с измельченным аланитом улучшает сыпучесть, равномерное распределение смеси на обрабатываемом участке, обеспечивает питательность среды в семенном ложе.
Аланит (цеолитосодержащие глины Северо-Осетинского месторождения) содержит (%): кремний — 51-53; алюминий — 16-17; железо — 5-6; кальций — 30-33; калий, фосфор, марганец, серу, магний (в пределах 0,1-0,9%), а также в небольших количествах цинк, медь и другие микроэлементы. За счет высокого содержания кальция реакция среды щелочная. Аланит (как и все цеолиты) также способен сохранять влагу (коэффициент водоотдачи около 3%).
При более высоких дозах аланита (более 1 т) усложняется процесс высева семян. Ниже предлагаемого параметра способа снижается эффект адсорбции углеводородов на загрязненном нефтью участке.
Синергизм амаранта и аланита обеспечивает высокие адсорбционные свойства и в первый год снижает количество углеводородов в 4-5 раз.
На следующий год высеваются бобово-злаковые травы, такие как вязель, эспарцет, клевер, люцерна, донник, которые имеют высокую сорбционную способность поглощать из почвы вредные, токсические вещества, тяжелые металлы, радионуклиды, пестициды, углеводороды нефтехимии.
В наших опытах, проведенных в полевых условиях, выявлено, что содержание подвижных форм цинка, свинца, кобальта, никеля, меди, марганца, железа увеличивается от фазы стеблевания до фазы цветения. Особенно высокими сорбционными свойствами обладает вязель пестрый (Coronill varia L.).
Следовательно, максимальное количество в смеси бобовых трав (более 50%) обеспечивает изменение биохимического состава почвы, способствует накоплению азотфиксирующих бактерий, что обогащает почву биологическим азотом.
Пример 1. На загрязненном нефтью участке после подготовки почвы (дискование, планировка, паровая культивация) высевали семена амаранта с повышенной нормой высева 2 кг/га, смешивая предварительно с измельченным аланитом в дозе 800 кг/га. Посев осуществляли сеялкой СЗТ — 3,6 с междурядьями 15 см. В фазу начала созревания семян (когда созреют семена нижней части метелки) биомассу скашивали и запахивали в почву. На следующий год высевали многолетние травы. Бобовые травы от общего количества трав составили 50% (вязель, эспарцет, клевер, люцерна, донник по 3,5 кг/га каждого). Общее количество трав на гектарную норму составило 35 кг. Из злаковых трав высевали (тимофеевку — 4 кг/га, овсяницу — 4 кг/га, райграс — 5 кг/га, ежу сборную — 4,5 кг/га).
В фазе цветения бобовых массу скашивали и запахивали в почву.
Пример 2. Способ осуществляли, как в первом примере, с разницей дозы аланита 1000 кг/га и количеством бобовых многолетних трав 60% (вязель 5 кг/га, клевер, эспарцет, люцерна, донник по 4 кг/га). Все злаковые травы высевали в таком же количестве, как в первом примере. Результаты опытов сведены в таблицу.
Патенты на почву
- Главная
- Реестр патентов
Последние новости
(21), (22) Заявка: 2002135919/12, 26.12.2002
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
26.12.2002
(45) Опубликовано: 27.09.2004
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: ПЕТЕРБУРГСКИЙ А.В. Практикум по агрономической химии. — М.: Колос, 1968, с.249. RU 2009630 C1, 30.03.1994. МИНАЕВ В.Г. Химизация земледелия и природная среда. — М.: ВО «Агропромиздат», 1990, с.36-68 и 242-256. СТЕПЕНОВ И.Н. и др. Модель плодородия почв СССР. Доклады ВАСХНИЛ. 1985, № 8, с.10-12.
Адрес для переписки:
199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9, Университет, отдел интеллектуальной собственности, патентов и лицензий, Т.И. Матвеевой
(73) Патентообладатель(и):
Санкт-Петербургский государственный университет (RU)
(54) БИОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ПЛОДОРОДИЯ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ
Изобретение относится к сельскому хозяйству, агрохимии, почвенной биологии, агроэкологии, и может быть использовано при определении уровня эффективного плодородия дерново-подзолистых почв. Способ включает компостирование образца анализируемой почвы, которое проводят в течение 7-8 суток при температуре 34-36 
С, после чего определяют минеральный и мобилизованный из органического вещества почвы азот путем кипячения навески, взятой из прокомпостированного образца почвы, не менее 10 г по массе и в соотношении к воде 1:5 в течение 20 минут для песчаных, супесчаных и среднесуглинистых почв и 30 минут для тяжелосуглинистых почв. Затем производят определение количества экстрагированного азота в аппарате Кьельдаля в условиях мягкого щелочного гидролиза с добавлением сплава Деварда. Получают реально доступный азот в пахотном горизонте почвы (Nр.д.), определяют реальную усвояемость его культурой по стандартным коэффициентам. Затем определяют урожайность культуры по количеству азота, требуемого для производства 1 ц/га товарной продукции по формуле
где Ук — урожайность культуры, ц/га; C — реально доступный азот, требуемый для производства 1 ц/га товарной продукции, кг/ц; п — коэффициент использования культурой реально доступного почвенного азота, после чего судят об уровне плодородия почвы: при 8-12 ц/га зерновых — низкий уровень плодородия, при 13-20 ц/га зерновых — средний уровень плодородия, при 21-45 ц/га зерновых — высокий уровень плодородия, при более 45 ц/га зерновых — очень высокий уровень плодородия. Изобретение обеспечивает снижение количества операций, реактивов, материалов и возможность прямого определения запасов реально доступного азота растениям. 11 табл.
Изобретение относится к области земледелия, агрохимии, почвоведения, биологии почв, агроэкологии, химическому анализу почв и может быть применено в сельском хозяйстве.
Изобретение может быть использовано для оценки уровня эффективного плодородия дерново-подзолистых почв, прогнозирования урожайности, для оценки антропогенного воздействия на содержание и динамику реально доступного азота в дерново-подзолистых почвах.
Уровень эффективного плодородия почв определяется различными способами.
Известны способы определения уровня эффективного плодородия дерново-подзолистых почв, основанные на определении комплекса различных показателей: общего углерода, подвижных фосфора, калия и рН почвы [1, 2]. Известные способы имеют невысокую точность, длительное время анализа, трудоемки, дают лишь количественную характеристику исследуемых элементов почвы, не определяют доступный растениям азот, производимый из органического вещества почвы. Однако известно, что в дерново-подзолистых почвах “азот был и остается лимитирующим элементом, а его постепенная аккумуляция является решающим фактором развития почвенного плодородия” [3]. Содержание общего углерода, подвижных фосфора и калия в пахотных почвах часто является результатом антропогенного воздействия — интенсивности ресурсных вложений и технологических воздействий. Однако основным показателем эффективного плодородия дерново-подзолистых почв является количество доступного растениям азота, производимого самой почвой из ежегодно поступающего в нее растительного органического вещества. Этот параметр называется “производительная сила почвы” [4].
Известны методы оценки плодородия почвы способом гумусового баланса [5, 6]. Гумусовый баланс составляют путем сравнения ежегодных поступлений органического вещества в почву и потерь из нее гумуса при возделывании сельскохозяйственных культур. Наряду с данными о динамике гумуса в баланс включают расчеты прихода и расхода азота, фосфора и калия. Лыков А.М. [6] баланс гумуса подсчитывал на основе азотного баланса. При этом использовались многочисленные данные о содержании общего углерода в почве, урожае культуры, содержании углерода в растительных остатках и органических удобрениях, коэффициенты гумификации растительных остатков и органических удобрений, вынос азота с урожаем, содержание азота в органических удобрениях и коэффициент его использования, доза минерального азота и коэффициент его использования, содержание азота в корневых и пожнивных остатках и коэффициент его использования.
Однако и эти известные способы не позволяют быстро, доступно и информативно сделать прогнозную оценку, не дают представления о ближайшем резерве органических соединений, из которых при минерализации высвобождается доступный растениям азот.
Известен способ [7] определения уровня плодородия почв по содержанию азота в легкоразлагаемом органическом веществе (ЛОВ), которое включает в себя послеуборочные остатки, органические удобрения и промежуточные продукты их разложения (детрит). Определение содержания ЛОВ основано на отделении его от стабильного гумуса и минеральной части почвы с помощью тяжелой жидкости плотностью 1,6-1,8 г/см 3 и определении в нем азота. Однако известный способ недостаточно точен, обладает низкой чувствительностью, ограниченной областью применения и используются в основном для расчета доз органических удобрений.
Все описанные выше способы основаны на разных принципах.
Известен способ определения уровня эффективного плодородия дерново-подзолистых почв [8], основанный на принципе, близком к предлагаемому, — определении нитрифицирующей способности почвы по количеству нитратов, производимых почвой при минерализации почвенного органического вещества, определяемых до и после 12-дневного компостирования образца почвы при температуре +28 С и влажности 60% от полной влагоемкости. Нитрифицирующую способность почвы определяют как разность между конечным и начальным содержанием нитратов в прокомпостированной почве.
Недостатком способа являются недостаточная точность, длительность анализа, низкая информативность, так как исходное содержание нитратов не входит в подсчет мобилизованного азота, способ учитывает только одну нитратную форму азота, не учитывает аммонийный азот, не дает представления о ближайшем резерве органических соединений, при минерализации которых высвобождается доступный для растений азот. Кроме того, способ также слабо коррелирует с выносом азота растениями на дерново-подзолистых почвах и урожайностью культур. Длительная инкубация почвы в оптимальных условиях без отчуждения продуктов минерализации (NО — 3, NH + 4) приводит к поглощению их почвенной биотой, что значительно снижает точность определения.
В отличие от прототипа в заявленном изобретении срок компостирования почвы сокращается до 7-8 дней вместо 12 за счет повышения температуры до 34-36 С вместо 28 С, определяется не только наработанный почвой нитратный азот, но весь минеральный и способный к минерализации в течение вегетационного периода органический азот, экстрагируемый кипящей водой в течение 20 минут для песчаных, супесчаных и среднесуглинистых почв и в течение 30 минут для тяжелосуглинистых почв, и непосредственное прямое определение в аликвоте реально доступного азота, как суммы минерального и легко минерализуемого органического азота. В отличие от прототипа о плодородии почвы судят не по наработанным нитратам, а по урожайности зерновых культур, которую определяют на основе содержания реально доступного азота в почве.
Предложенный способ отличается от других повышением точности, сокращением времени проведения анализа, повышением информативности способа. Технический результат достигается тем, что ускоряется процесс мобилизации доступного для растений азота за счет повышения температуры при компостировании почвы с 28 С до 34-36 С, которая является оптимальной для жизнедеятельности почвенной микрофлоры и работы гидролитических ферментов, осуществляющих минерализацию органических азотсодержащих соединений [9]. Сокращается время компостирования почвы с 12 суток до 7-8 суток, что соответствует моменту максимальной наработки почвенной биотой минеральных и способных к минерализации органических соединений азота до начала их массового поглощения (иммобилизации) микроорганизмами. Осуществляется полное вытеснение в водный раствор реально доступного для растений азота путем кипячения навески почвы в воде в течение 20 минут для песчаных, супесчаных и среднесуглинистых почв и в течение 30 минут для почв тяжелого механического состава, и прямого определения в аликвоте реально доступного растениям азота в аппарате Кьельдаля со сплавом Деварда, переводящим в щелочной среде нитратный азот в аммиачный.
Повышение точности способа осуществляется за счет повышения температуры с 28 С до 34-36 С, в результате чего происходит интенсификация биохимических процессов высвобождения доступных растениям форм азота из органического вещества почвы, учета всего минерального и способного к минерализации органического азота без массового поглощения его микроорганизмами и непосредственное определение в водной вытяжке реально доступного азота. Повышение точности способа подтверждается данными таблицы 1, на которой представлена статистическая обработка величин реально доступного азота, определенного в шестикратной повторности в двух дерново-подзолистых почвах, предлагаемым способом и по прототипу. Обработка проведена по Дмитриеву Е.А. [10]. Видно, что точность определения реально доступного растениям азота по предлагаемому способу колеблется в пределах 1,11-1,19%, по прототипу — 6,9-7,4%. Следовательно, погрешность определения реально доступного азота по предлагаемому способу в 6-7 раз меньше, чем по прототипу. Относительная вероятная погрешность при определении реально доступного азота по прототипу в 7-8 раз больше, чем по предлагаемому способу. Это связано с тем, что реально доступный азот по прототипу определяется как разность между количеством наработанных микрофлорой нитратов и их содержанием до компостирования. Не учитывается исходное содержание нитратов в почве и другие доступные растениям формы азота: аммиачный, аминокислотный, аминосахаров и др. Поэтому абсолютные значения реально доступного азота по прототипу меньше в 4-12 раз, чем по предлагаемому способу. По предлагаемому способу реально доступный азот определяется непосредственно из водной вытяжки почвы как сумма минерального и способного к минерализации в течение вегетационного периода органического азота после его мобилизации микрофлорой в течение 7-8 дней при 34-36 C.
Технический результат предложенного биохимического способа определения эффективного плодородия дерново-подзолистых почв достигается за счет повышения температуры до 34-36 С, при которой производят компостирование почвы в течение 7-8 суток, после чего определяют минеральный и мобилизованный из органического вещества почвы азот путем кипячения навески взятой из прокомпостированного образца почвы не менее 10 г по массе и в соотношении к воде 1:5 в течение 20 минут для песчаных, супесчаных и среднесуглинистых почв, и 30-и минут для тяжелосуглинистых почв и последующего определения количества экстрагированного азота в аппарате Кьельдаля в условиях мягкого щелочного гидролиза с добавлением сплава Деварда, получают реально доступный азот в пахотном горизонте почвы (Nр.д.), определяют реальную усвояемость его культурой по стандартным коэффициентам, определяют урожайность культуры по количеству доступного азота, требуемого для производства одного ц/га товарной продукции (справочный материал, [11]) по формуле
где Ук — урожайность культуры, ц/га;
Nр.д. — реально доступный азот в пахотном горизонте почвы, кг/га;
С — количество доступного азота, требуемое для производства 1 центнера товарной продукции на 1 га, кг/ц (справочный материал);
Кп — коэффициент использования культурой почвенного азота, после чего судят об уровне плодородия почвы:
при 8-12 ц/га — низкий уровень плодородия;
при 13-20 ц/га — средний уровень плодородия;
при 21-45 ц/га зерновых — высокий уровень плодородия;
при >45 ц/га зерновых — очень высокий уровень плодородия.
Биохимический способ определения эффективного плодородия дерново-подзолистых почв включает отбор почвенных проб, подготовку их к анализу, инкубацию почвы в течение 7-8 дней при влажности структурообразования и температуре 34-36 С, высвобождение минерального и способного к быстрой минерализации реально доступного органического азота в раствор путем 20-минутного кипячения навески песчаной, супесчаной, среднесуглинистой почвы и 30-минутного кипячения тяжелосуглинистой почвы в воде, определение в аликвоте реально доступного растениям азота в условиях мягкого щелочного гидролиза с СаО в аппарате Кьельдаля с добавлением сплава Деварда, расчет реальной усвояемости его культурой по стандартным коэффициентам и расчет урожайности культуры по количеству азота, требуемого для производства 1 ц/га товарной продукции.
Сущность предлагаемого способа поясняется конкретными примерами реализации, сведенными в таблицу 2, на которой представлена динамика минеральных и легкоминерализуемых органических соединений азота при компостировании почв различного механического состава при температуре +36 С. Показано, что накопление минеральных форм азота (N-NО — 3, N-NH + 4) — конечных продуктов минерализации азотсодержащих органических соединений, а также легкоразлагаемых реально доступных промежуточных продуктов минерализации — аминосахаров и аминокислот происходит на 7-8 день компостирования почвы при t +36 C. В интервале 8-10 дней содержание реально доступных соединений азота несколько уменьшается, затем возрастает на 12-13 день, однако на меньшую величину по сравнению с содержанием соединений азота на 7-8 день, затем вновь снижается на 14 день.
Установлено, что для почв различного механического состава время накопления наибольшего количества минеральных и легкоразлагаемых соединений азота составляет 7-8 дней.
В таблице 3 представлено содержание легкоминерализуемых органических соединений азота в водной вытяжке в зависимости от времени кипячения прокомпостированной навески почвы. Видно, что аминокислоты и аминосахара полностью экстрагируются супесчаной и среднесуглинистой почвами после 20-минутного кипячения, а из тяжелосуглинистой почвы — через 30 минут.
В таблице 4 представлено влияние температуры от 25 С до 38 С на динамику нитратного азота при компостировании в течение 16 дней дерново-подзолистой супесчаной почвы, мг/кг. Видно, что наибольшее количество нитратного азота накапливалось в почве через 6-8 дней при температуре 34-36 С. При повышении температуры до 38 С наблюдалось снижение содержания нитратов в почве.
В таблице 5 представлено влияние температуры от 25 С до 38 С на динамику аммиачного азота при компостировании в течение 16 дней дерново-подзолистой супесчаной почвы, мг/кг. Видно, что на 6-8 день компостирования почвы содержание аммиачного азота, характеризующего процесс аммонификации, достигло максимума при температуре 34-36 С.
В таблице 6 представлено влияние температуры от 25 С до 38 С на динамику азота аминосахаров при компостировании в течение 16 дней дерново-подзолистой супесчаной почвы, мг/кг. Видно, что содержание азота аминосахаров изменялось при температуре 28°С от 9,25 до 12, 74 мг/кг, с максимумом на 6-8 сутки. При температуре 36 С — от 11,37 до 15,22 мг/кг, с максимумом на 6-8 сутки (17,90 мг/кг). Таким образом, максимальное количество азота аминосахаров, ближайшего резерва минерального азота при минерализации, накапливалось в почве на 6-8 сутки при температуре 34-36 С.
В таблице 7 представлено влияние температуры от 25 С до 38 С на динамику азота аминокислот, мг/кг. Видно, что содержание азота аминокислот при температуре +28 С изменялось от 31,8 до 31,17 мг/кг почвы со 2-го по 16-й день компостирования с максимумом 39,25 мг/кг на 6-8 сутки. При температуре 36 С динамика аминокислотного азота колебалась в пределах от 34,99 до 35,85 мг/кг с максимумом 41,98 на 6-8-е сутки. Дальнейшее повышение температуры приводило к снижению содержания азота аминокислот, что могло быть связано либо со снижением жизнедеятельности минерализующей микрофлоры, либо с поглощением аминокислот гетеротрофными микроорганизмами.
Представленная в таблицах 4, 5, 6, 7 зависимость между накоплением минеральных и реально доступных органических соединений азота и температурой почвы показывает, что максимальная мобилизация как минеральных, так и легко минерализуемых (реально доступных) органических соединений происходит при температуре 34-36 С за счет интенсификации не только микробиологической деятельности, но и почвенных гидролитических ферментов, ответственных за этот процесс. Оптимум их работы, как известно, находится в пределах 34-37 С [9]. В связи с этим недостатком предыдущих биохимических способов является создание оптимальной температуры только для микробиологической деятельности (+28 С), но не для работы почвенных ферментов, осуществляющих распад органических соединений, в связи с чем абсолютные значения и точность этих способов ниже.
Согласно изобретению на первом этапе проводят отбор почвенного образца агрохимическим или почвенным буром, сырую почву просеивают через сито 2 мм, воздушно-сухую через 1 мм.
На втором этапе проводят компостирование почвенного образца в течение 7-8 дней при влажности структурообразования (60% от полной влагоемкости) и температуре 34-36 С. При этой температуре, оптимальной не только для почвенной биоты, но и для ферментативного гидролиза, осуществляется мобилизация доступных растениям азотсодержащих соединений из органического вещества почвы. Образуются как промежуточные продукты минерализации — аминосахара, аминокислоты, аммонийные соли органических кислот, азот водорастворимых гуминовых и фульвокислот, аминов, амидов и др. (период минерализации их в почве максимально 1-2 недели), так и конечные — нитраты и аммоний без массового их поглощения микроорганизмами почвы.
На третьем этапе высвобождают доступный растениям минеральный и способный к быстрой минерализации органический азот кипячением инкубированной навески почвы в воде в течение 20 минут для песчаных, супесчаных и среднесуглинистых почв и 30 минут для тяжелосуглинистых почв от начала кипения в колбах с обратным холодильником при соотношении почва/вода 1:5, фильтруют через обычный фильтр.
На четвертом этапе помещают 10-20 мл фильтрата в отгонную колбу аппарата Кьельдаля, добавляют 1-2 г сплава Деварда для восстановления нитратов в аммоний, добавляют 0,5±0,02 г СаО для создания мягкого щелочного гидролиза, затем производят отгон реально доступного азота в течение 10 минут в борную кислоту с индикатором Гроака. Оттитровывают 0,001 н. H2SO4 содержание реально доступного азота растениям.
Рассчитывают реально доступный азот (Nр.д.) в мг/кг сухой почвы по формуле
где Nр.д. — реально доступный азот растениям, мг/кг;
а — количество 0,001 н. H2SO4, затраченное на титрование рабочей пробы, мл;
b — количество 0,001 н. H2SO4, затраченное на титрование холостой пробы, мл;
14 — вес 1 мг-экв. азота, мг;
V — объем Н2O, прилитый к навеске почвы, мл;
V1 — объем аликвоты, взятый для определения в отгонную колбу аппарата Кьельдаля, мл;
Р — навеска сырой почвы, г;
1000 — пересчет на 1 кг почвы, г;
К — коэффициент пересчета на абсолютно сухую навеску почвы (относительная величина).
На пятом этапе рассчитывают содержание реально доступного азота в пахотном горизонте почвы в кг/га по формуле
где Nр.д. — содержание реально доступного азота в почве, кг/га;
а — вес пахотного горизонта почвы, т/га;
b — содержание реально доступного азота в почве, мг/кг;
1000 — количество кг в 1 т.
Вес пахотного горизонта в т/га рассчитывают по формуле
P=h 
g S,
где Р — вес пахотного горизонта, т/га;
h — мощность пахотного горизонта, м;
g — объемный вес, т/м 3 ;
S — 10000, площадь 1 га, м 2 .
Например, объемный вес=1,18 г/см 3 , мощность исходного горизонта — 20 см.
Р=0,2 1,18 10000=2360 т/га
Определяют реальную усвояемость доступного растениям почвенного азота (Nр.д.у.) культурой по стандартным коэффициентам [11]. Коэффициенты усвоения почвенного азота растениями на дерново-подзолистых почвах обычно колеблются от 20 до 40%. Рассчет производят по формуле
где Nр.д.у. — количество реально доступного азота почвы, которое может усвоить культура, кг/га;
Nр.д. — количество реально доступного азота в почве, кг/га;
Кп — коэффициент использования почвенного азота растениями, %.
Рассчитывают урожайность культуры в зависимости от содержания реально доступного почвенного азота при 40% его использовании растениями в ц/га. Для этого используют справочный материал [13] (или находят из данных полевого опыта) о количестве азота, требуемого для производства 1 ц товарной продукции на 1 га. Рассчет производят по формуле
где Ук — урожайность культуры, ц/га;
Nр.д.у. — количество реально доступного азота почвы, которое может усвоить культура, кг/га;
С — количество реально доступного азота, требуемое для производства 1 центнера (ц) товарной продукции на 1 га, кг/ц.
Суммируя формулы 1, 2, 3, можно дать обобщенную формулу вычисления прогнозируемой урожайности
где Ук — урожайность культуры, ц/га;
Nр.д. — количество реально доступного азота почвы, кг/га;
С — количество реально доступного азота, требуемое для производства 1 центнера (ц) товарной продукции на 1 га, кг/ц (справочный материал);
Кп — коэффициент использования растениями почвенного азота.
На основании рассчитанной возможной урожайности зерновой культуры (чаще всего, возможно и другой) устанавливают уровень эффективного плодородия дерново-подзолистых почв [12]:
Примеры конкретного определения.
Пример 1. Определение реально доступного азота в пахотном горизонте дерново-подзолистой супесчаной почвы.
Отбор почвенных образцов производится тростьевым агрохимическим буром на глубину пахотного горизонта. Образец составляется из 25-30 индивидуальных (25-30 уколов буром по диагонали участка). Время отбора -ранняя весна (апрель) или поздняя осень (октябрь), когда почва находится в равновесном состоянии. Свежую почву пропускают через сито 2 мм, компостируют в биологическом термостате, при влажности структурообразования (60% от полной влагоемкости), в течение 7-8 дней при t 34-36 C. Затем 10 граммов прокомпостированной почвы заливают 50 мл дистиллированной воды, закрывают пробкой с обратным холодильником и кипятят 20 минут, если почва супесчаная или среднесуглинистая, и 30 минут, если почва тяжелосуглинистая, от момента закипания. 20 мл фильтрата помещают в отгонную колбу аппарата Кьельдаля, прибавляют 1-2 грамма сплава Деварда, 0,5 грамма СаО и отгоняют реально доступный азот в борную кислоту с индикатором Гроака. Оттитровывают 0,001 н. H2SO4. Допустим пошло на титрование 3 мл 0,001 н. H2SO4. Вычисляем содержание реально доступного азота для растений, мг/кг сухой почвы
Пример 2. Определить эффективное плодородие почвы, если содержание реально доступного азота равно 12, 6 мг/кг.
Определяем количество реально доступного азота в 1 га пахотного горизонта: 12,6 
3=37,8 кг/га (Вес пахотного горизонта в среднем равен 3000000 кг).
При 40% использовании растениями реально доступного почвенного азота вынос его составит 15,1 кг/га (37,8 40:100).
Для производства 1 ц озимой ржи, например, требуется 3,1 кг/га азота [13]. Реально доступного азота хватит на производство 4,9 ц/га зерна озимой ржи (15,1:3,1).Урожай очень низкий, почва крайне бедна реально доступным азотом. Эффективное плодородие почвы очень низкое, почва практически не освоена.
Пример 3. Определение уровня эффективного плодородия почвы по содержанию реально доступного азота растениям.
Содержание реально доступного азота в почве равно 30, 50 и 120 мг/кг. В пересчете на 1 га это составит 90, 150, 360 кг (средний вес пахотного горизонта почвы 3000 т). Коэффициент использования почвенного азота растениями в среднем равен 40%. Следовательно, растения усвоят 36, 60, 144 кг/га азота. Этого количества будет достаточно для формирования урожая зерновых: озимой ржи 11,6; 19,4; 54,2 ц/га (для образования 1 ц урожая озимой ржи требуется 3,1 кг/га азота); ячменя — 14,4; 24,0; 57,6 ц/га (для образования 1 ц урожая ячменя требуется 2,5 кг/га азота); овса — 12,2; 20,3; 48,8 ц/га (для образования 1 ц урожая овса требуется 2,95 кг/га азота).
Урожайность зерновых 8-12 ц/га характеризует очень низкое плодородие почвы, 13-20 ц/га — средний уровень плодородия, 21-45 ц/га — высокий и больше, 45 ц/га — очень высокий уровень плодородия почв.
Пример 4. Определение реально доступного растениям азота проведено в дерново-подзолистой супесчаной почве Ленинградской области, Гатчинского района, на полях многолетнего стационарного полевого опыта Меньковской опытной станции (база Агрофизического НИИ). Образцы почвы для анализа отбирали в апреле по всходам озимой ржи на двух вариантах опыта: почвы без удобрений и почвы после запашки многолетних трав. Почва под многолетними травами второго года пользования после последнего укоса была перепахана осенью предшествующего года. Содержание реально доступного азота в почве и урожайность зерна озимой ржи представлены в таблице 8.
Почвы без удобрений относятся к среднеплодородным окультуренным, почвы по пласту многолетних трав — к высокоплодородным, хорошо окультуренным.
Пример 5. Определение реально доступного растениям азота проведено на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве, Ленинградской области, Ломоносовского района, в Старом Петергофе, на полях Биологического НИИ СПбГУ, в условиях микрополевого опыта. Исследовались 3 варианта: почва без удобрений, почва с запашкой люпина и почва с запашкой люпина, в которую было внесено по 60 кг/га азота, фосфора и калия при посеве озимой ржи. Содержание реально доступного азота в почве и урожайность зерна озимой ржи представлены в таблице 9.
Почва без удобрений — средний уровень плодородия, почва+люпин -высокий уровень плодородия, почва+люпин+NPK60 — очень высокий уровень плодородия.
Пример 6. На основании прямой и сильной корреляции между содержанием реально доступного азота в почве (мг/кг) и действительной урожайностью культур (r=0.92+0.02) возможно прогнозировать урожайность различных культур на дерново-подзолистых почвах при наличии данных о содержании реально доступного азота растениям (таблица 10).
Количество реально доступного азота, требуемое для производства 1 ц товарной продукции, представлено в таблице 11 (справочный материал, Кюмов М.К., 1977).
Результаты многочисленных экспериментальных исследований подтверждают повышение точности предложенного биохимического способа определения уровня плодородия почв, сокращение срока компостирования почвы, установленное время для экстракции доступного азота кипящей водой для почв различного механического состава и возможность определения эффективного плодородия дерново-подзолистых почв по вычисленной урожайности зерновых культур.
1. Сычев В.Г. Динамика изменения, пути воспроизводства и совершенствования методов оценки плодородия почв Европейской части России. Автореферат докторской диссертации. Курск, 2000, 48 с.
2. Кулаковская Т.Н. Оптимальные параметры плодородия почв. М.: Колос, 1984, 271 с.
3. Тюрин И.В. Плодородие почв и проблема азота в почвоведении и земледелии. М., 1957, с.21.
4. Кравков С.П. Биохимия и агрохимия почвенных процессов. Л.: Наука, 1978, с.180-205.
5. Шенявский А.Л. Оценка плодородия почвы методом гумусового баланса. М., 1973, с.27.
6. Лыков А.М. К методике расчетного определения гумусового баланса почвы в интенсивном земледелии. Известия ТСХА, 1979, вып. 6, с.14-20.
7. Ганжара Н.Ф. Гумус, свойства почв и урожай. Почвоведение, 1998, № 7, с.812-819.
8. Петербургский А.В. Практикум по агрономической химии. М.: Колос, 1968, — 249 с. (прототип).
9. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. Наука. — 1990, — 188 с.
10. Дмитриев Е.А. Методы математической статистики в почвоведении. М., 1996, — c.115.
11. Каюмов М.К. Справочник по программированию урожаев. М.: Россельхозиздат, 1977, — с.88.
12. Коновалова А.С. Диагностические показатели окультуренных почв подзолистого типа. М., 1967, — 119 с.
Биохимический способ определения эффективного плодородия дерново-подзолистых почв, заключающийся в компостировании образца анализируемой почвы, отличающийся тем, что компостирование проводят в течение 7-8 суток при температуре 34-36 С, после чего определяют минеральный и мобилизованный из органического вещества почвы азот путем кипячения навески, взятой из прокомпостированного образца почвы, не менее 10 г по массе и в соотношении к воде 1:5 в течение 20 мин для песчаных, супесчаных и среднесуглинистых почв и 30 мин для тяжелосуглинистых почв и последующего определения количества экстрагированного азота в аппарате Кьельдаля в условиях мягкого щелочного гидролиза с добавлением сплава Деварда, получают реально доступный азот в пахотном горизонте почвы (Nр.д), определяют реальную усвояемость его культурой по стандартным коэффициентам, затем определяют урожайность культуры по количеству азота, требуемого для производства 1 ц/га товарной продукции по формуле:
где Ук — урожайность культуры, ц/га;
Nр.д — количество доступного азота в почве, кг/га;
С — реально доступный азот, требуемый для производства 1 ц/га товарной продукции, кг/ц;
Кп — коэффициент использования культурой реально доступного почвенного азота,
после чего судят об уровне плодородия почвы:
при 8-12 ц/га зерновых — низкий уровень плодородия,
при 13-20 ц/га зерновых — средний уровень плодородия,
при 21-45 ц/га зерновых — высокий уровень плодородия,
при более 45 ц/га зерновых — очень высокий уровень плодородия.
