МНОГОФАЗНЫЙ КОНДИЦИОНЕР ПОЧВЫ Российский патент 1997 года по МПК C05F11/02 C09K17/00 A01C1/06 

Изобретение относится к производству и применению органо-минеральных кондиционеров почвы.

Кондиционеры почвы это вещества, которые предназначены для улучшения характеристик почвы, в первую очередь, для восстановления, поддержания, усиления естественного плодородия почв, улучшения газо- и водообмена, поддержания определенной степени рыхления почвы и т.д.

Известно, что урожай на всех почвах, где гумуса меньше 2% (60 т/га), формируется за счет естественного плодородия. В год количество гумуса в почве уменьшается на 0,5-1,55 т/га. Чтобы гумус не убывал, а хотя бы оставался на уровне 2-4% надо вносить ежегодно 50-120 т навоза на гектар, засевать 7-10% пашни бобовыми травами, 10% занимать люпином и к осени его запахивать. Кроме того, хотя бы половину соломы при уборке зерновых измельчать и разбрасывать, потом запахивать.

Большие надежды долгие годы возлагались на различные синтетические минеральные удобрения, но они работают только на фоне органических веществ почвы. На фоне бедного гумуса не срабатывают и большие дозы данных удобрений. Они промываются грунтовыми и другими водами в глубину, поскольку биологических молекул органических веществ в почве мало и они не могут усваивать соли и туки до состояния, необходимого растениям.

Недостатком удобрений на синтетической основе является то, что они не только сами не соблюдают пропорциональный состав минеральных элементов и, тем более, биологических питательных веществ, но еще более усиливают неравновесие минеральных и биологических питательных соединений, возникающее на сельскохозяйственных угодьях.

Известен способ производства экологически чистого трехфазного удобрения из природных веществ (патент Германии N G 91 14 087.0), заключающийся в приготовлении гранул с ядром, которое до 50-70 мас. преимущественно до 60 мас. состоит из минерального компонента размолотой магматической горной породы, и до 50-30 мас. преимущественно 40 мас. из органического компонента молотого третичного бурого угля-сырца и оболочки из натурального порошка известнякового тука, преимущественно порошка ракушечного известняка, которая составляет 5-10 мас. преимущественно 8-10 мас. общей массы минерального и органического компонентов.

К недостаткам описанного удобрения следует отнести использование молотой магматической горной породы, разработанные сырьевые источники которой весьма ограничены, а потребности в рассматриваемом удобрении огромны, а также не активированного бурого угля, выделением из которого необходимых, особенно в первые моменты развития корневой системы растения, аминокислот, углеводов, водо-растворимых карбоновых кислот, физиологически активных веществ будет весьма незначительным. Кроме того, данное удобрение неспособно оказывать воздействие на рост растения в различные периоды вегетации, имеет низкие сорбционные свойства по отношению к тяжелым металлам и радионуклидам.

Целью изобретения является разработка кондиционера почвы, который будучи изготовленным из природных веществ, не содержал бы остродефицитных компонентов, как вышеуказанная магматическая горная порода, и в то же время обеспечивал бы расширение спектра действия на различных этапах развития растений, повышение физиологической активности, ускорение процесса созревания сельскохозяйственной продукции, увеличение сорбционной емкости почвы по отношению к различным тяжелым металлам, неметаллам и радионуклидам, получение высоких урожаев экологически чистой сельскохозяйственной продукции, снижение стоимости последней.

Указанные результаты достигаются благодаря тому, что в предлагаемом кондиционере почвы магматическая горная порода заменяется на доменный шлак аналогичного с ней химического состава, но с более высоким содержанием оксидов кальция, магния, марганца, и с меньшим оксидов железа, а также могут использоваться буро-угольные гуматы калия, аммония с высоким содержанием фульвокислот, включающих в себя широкий спектр физиологически активных соединений, микроэлементов, аминокислот, углеводов, органических водорастворимых кислот, стиролов, битумов, восков.

Другой целью изобретения является использование заявляемого кондиционера почвы для дражирования семян, то есть для покрытия и оболочкой.

Использование органо-минеральных смесей для дражирования семян известно в авт. св. СССР N 223484. Однако, назначение используемых при этом смесей (а следовательно и выбор их состава) ориентировано исключительно на повышение посевных качеств семян.

В соответствии с вышеизложенным одним из объектов изобретения является кондиционер почвы, включающий минеральный компонент, в качестве которого используется размолотый доменный шлак и органический компонент размолотый третичный бурый уголь-сырец и буроугольные гуматы калия и аммония. Содержание доменного шлака в кондиционере составляет 20-70 мас. бурого угля-сырца 29,5-79,95 мас. гуматов калия и аммония 0,05-0,5 мас.

В кондиционер почвы целесообразно добавлять порошок известняка в количестве 20-30% от общей массы доменного шлака, третичного бурого угля-сырца и буроугольных гуматов калия и аммония. Вместо порошка известняка в кондиционер почвы может быть введен измельченный гипс, если кондиционер используется на сильно защелоченных почвах.

В качестве органического компонента могут быть использованы бурые угли самых различных месторождений, однако желательно, чтобы минеральная составляющая (зола) была не выше 30%
Оптимальной формой для хранения и внесения заявляемого кондиционера в почву является форма гранул.

В качестве доменного шлака целесообразно использовать шлак производства литейного чугуна или шлак производства передельного чугуна (см. табл. 1).

Однако, могут быть использованы доменные шлаки и других производств.

В кондиционер могут быть введены различные питательные и иные целевые добавки (удобрения, микроэлементы, ростовые вещества и др.).

Другим объектом изобретения является посадочный материал, представляющий собой семена, помещенные в гранулы, которые выполнены из смеси размолотых третичного бурого угля-сырца, доменного шлака и известняка. В состав также могут быть введены буроугольные гуматы калия и аммония, при этом гранулы содержат, мас.

Доменный шлак 20-70
Третичный бурый уголь-сырец 29,5-79,95
Буроугольные гуматы калия и/или аммония
0,05-0,5,5
Порошок известняка 20-30% от общей массы вышеперечисленных компонентов.

Соответствующий изобретению кондиционер почвы содержит широкую гамму микроэлементов в виде металлов и неметаллов, таких как магний, железо, кремний, кальций, алюминий, титан, марганец, никель, медь, свинец, ванадий, кобальт, хром, галлий, германий, цинк, олово, скандий, цирконий, барий, мышьяк, молибден, вольфрам, висмут, лантан, золото, серебро, ртуть, палладий, иттрий, платина, ниобий, натрий, бор, фосфор, хлор, рубидий, литий, бериллий.

Вводимые в кондиционер почвы гуматы калия, аммония содержат фульво-кислоты, включающие:
1. Аминокислоты (мкг/кг):
аланин 5,8, цистеин 0,12, сарказин 0,2, триптофан 0,01, лизин 0,5, аспарагиновая кислота 0,4, глутаминовая кислота 0,01, тирозин 0,70, глутамин 0,80, аргинин 0,45, оксипролин 0,02, валин 0,01, трионин 0,14, гистидин 0,36, серин 0,01, фенилаланин 0,8. Сумма аминокислот 10,33.

2. Углеводы (мкг/кг):
мальтоза 2,0, арабиноза 1,0, галактоза 0,4, рамноза 0,2, глюкоза 4,1. Сумма углеводов 7,7.

3. Водо-растворимые карбоновые кислоты (мг/кг):
щавелевая 40,0, янтарная 10,0, адипиновая 2,0, пимелиновая 0,6, винная 0,1, яблочная 0,1, салициловая 0,6, о-фталевая 0,9, бензойная 0,4, меттилянтарная 0,4. Сумма водо-растворимых карбоновых кислот 55,1.

Величина pH соответствующего изобретению кондиционера почвы находится преимущественно в щелочной области и составляет около 8,5.

Соответствующий изобретению кондиционер почвы не содержит свободных солей и вредных веществ, не имеет запаха.

Изготовление вышеописанного кондиционера почвы в гранулированной форме осуществляется следующим образом:
а) мелют доменный шлак до размеров 10-90 мкм, преимущественно 70-75 мкм;
б) мелют третичный бурый уголь-сырец до размеров 10-90 мкм, преимущественно 70-75 мкм;
в) смешивают полученный в пункте (а) продукт и полученный в пункте (б) продукт в массовом соотношении (20-70) (70-20), преимущественно (около 50) (около 40), в смесительном барабане при комнатной температуре;
г) добавляют к смеси водный раствор гуматов калия, аммония с концентрацией 0,5-5% а также порошок естественного известняка, который размыливается до размеров частиц 10-90 мкм, преимущественно 70-75 мкм в количестве 20-30% от общей массы вышеперечисленных компонентов.

Смешивание в барабане производится преимущественно сначала в течение около 1 мин при приблизительно 500 об/мин и затем около 2 мин при приблизительно 200-500 об/мин.

д) полученную в пункте (г) смесь подают в барабан для получения окатышей, соответственно гранул, или в окатышевый, соответственно гранулирующий, диск с расположенным сверху ситом и устройством для получения окатышей или гранул, которое вращается со скоростью 30-40 об/мин, преимущественно 30 об/мин, при комнатной температуре в течение 5-10 мин;
е) полученные окатыши или гранулы опудривают порошком известняка;
ж) полученный гранулят с размерами частиц 2-15 мм после отсева частиц больших размеров складируют на больших ситах для устранения влажности на 4-5 ч и затем загружают в мешки или передают полученный гранулят в барабанный сушитель с дутьем теплого воздуха и высушивают гранулят в нем около 10 мин при числе оборотов 30-40 об/мин и температуре около 45-50^oC, а затем загружают в мешки.

Для изготовления посадочного материала в соответствии с настоящим изобретением описанному выше процессу гранулирования кондиционера почвы предшествует добавление семян к гранулированной смеси. Количество семян определяется из расчета несколько (до 5-6) семян на одну гранулу.

Предложенный кондиционер почвы прошел испытания, результаты которых изложены далее.

I. Определяли влияние почвенного кондиционера на свойства почв. Для этой цели брали дерново-подзолистую тяжелосуглинистую почву. Далее известняковую муку и почвенный кондиционер инкубировали с этой почвой. Дозу известняковых материалов рассчитывали с учетом нейтрализации 2/3 гидролитической кислотности почвы. Почву с известковыми материалами выдерживали 60 сут. Отбор проб для анализа проводили в первый день опыта, на 30-е и 60-е сутки. Почву предварительно измельчали и просеивали через сито с диаметром отверстий 2 мм. В течение всего периода компостирования температура поддерживалась на уровне 24±2^oC, влажность 60% от поливного веса. После отбора проб почву доводили до воздушно-сухого состояния, растирали, просеивали и анализировали на содержание основных питательных элементов, определяли также pH водной суспензии (табл. 2). pH водной вытяжки определяли потенциометрически, нитраты с ионселективным электродом, подвижные фосфор и калий по Мачигину в вытяжке 1,0% (NH₄)₂CO₃ соответственно на фотоколориметре и на пламенном фотометре.

Как показывают полученные данные, патентуемый почвенный кондиционер обладает такой же нейтрализующей способностью как известняковая мука. Количество нитратов и подвижного калия в почве также накапливается примерно одинаково при внесении известняковой муки и кондиционера. Что касается подвижного фосфора, то при использовании кондиционера его накапливается заметно больше, чем при внесении известняковой муки.

II. Вегетационные опыты с овощными культурами на различных почвенных субстратах.

В качестве почвенных субстратов были использованы три дерново-подзолистые почвы: супесчаная, среднесуглинистая и тяжелосуглинистая (табл. 3).

Из овощных культур были взяты следующие: салат Берлинский, редис Базис, перец сладкий Подарок Молдовы, кукуруза Одесская, также дополнительно ячмень Московский 121.

Схемы опытов были составлены таким образом, чтобы почвенный кондиционер и известняковая мука изучались на двух фонах обеспеченности растений основными питательными элементами: богатая смесь фон I и умеренная фон II.

В ряде овощных культур определяли содержание нитратов, имея в виду оценить воздействие органического вещества, содержащегося в почвенном кондиционере, на этот важный показатель качества продукции.

Результаты опытов представлены в табл. 4-6.

Таким образом, в опытах с редисом и салатом почвенный кондиционер увеличивал урожай по сравнению с фонами, причем на редисе имел достоверное преимущество перед известняковой мукой, не только увеличивая урожай, но и снижая содержание нитратов в корнеплодах. На салате по фону I получены статически равноценные результаты от муки и кондиционера, а по фону II почвенный кондиционер действовал значительно сильнее. Оба мелиоратора на салате снижали количество нитратов, но кондиционер существенно в большей степени.

Третий опыт проведен с перцем на среднесуглинистой почве (табл. 5).

Как следует из приведенных данных, почвенный кондиционер имел большое преимущество перед стандартной известняковой мукой, независимо от фона, т е. от обеспечения растений минеральными элементами. Таким образом, по итогам опытов с тремя овощными культурами следует отметить определенное положительное действие почвенного кондиционера в сравнении с известняковой мукой.

В следующей серии опытов оценивалось воздействие кондиционера и известняковой муки на кукурузу (среднесуглинистая почва) и ячмень (супесчаная почва) (табл. 6).

В опыте с ячменем как почвенный кондиционер, так и известняковая мука оказали высокое положительное и равноценное воздействие на растение. Лишь на богатом фоне I установлено достоверно лучшее влияние почвенного кондиционера на урожай соломы. В опыте с кукурузой действие кондиционера и муки на урожай не наблюдалось, но зафиксировано снижение содержания нитратов под действием обоих мелиораторов.

Таким образом в лабораторном и негетационных опытах получены в целом положительные результаты от применения кондиционера: нейтрализация кислотности, улучшение фосфатного режима, снижение накопления нитратов в зеленой массе, в отдельных случаях повышение урожая растений.

III. Полевые опыты
Опыт по изучению эффективности почвенного кондиционера, как химического мелиоранта для кислых дерново-подзолистых почв Нечерноземной зоны Российской Федерации в сравнении с известняковой мукой проводили на среднесуглинистой не известкованной дерново-подзолистой почве. Агрохимические показатели почвы до закладки опыта следующие: гумус (по Тюрину) 1,55% pH KCl 4,2, Hг (гидролитическая кислотность по Каппену) 3,93 мэкв/100 г, подвижный P₂O₅ (по Кирсанову) 1,64 мг/100 г почвы, степень подвижности P₂O₅ (по Карпинскому-Замятиной) 0,68 мг/100 г, K₂O (по Масловой) 6,57 мг/100 г почвы.

Изучение почвенного кондиционера осуществляли на вико-овсяной смеси. Вика сорт Льговская, овес -Гамба. Соотношение семян вики к семенам овса 1:3. Норма высева 225 кг/га. Действие почвенного кондиционера изучали на двух фонах: а) с применением минеральных удобрений и б) без минеральных удобрений.

Мелиоранты и NPK-удобрения вносили раздельно. Перед посевом семян под 2-кратную культивацию на глубину 8-10 см применяли только почвенный кондиционер и известняковую муку. Изучаемые мелиоранты вносили из расчета 4 т/га, что соответствовало известкованию по полной гидролитической кислотности. Затем участок вновь разбили на делянки и внесли аммиачную селитру (N_aa) в дозе N 70, суперфосфат двойной (P_сд) Р60 и хлористый калий (K_x) в дозе К90. Удобрения содержали: Na 34,1% N, P_сд 42,2% усвояемой P₂O₅, K_x 57% K₂O. Повторность в опыте 4-кратная. Общая площадь делянки 28,8 м (7,2 x 4). После внесения туков провели предпосевную культивацию на глубину 6-8 см. Посев семян провели 25 мая. Вико-овсяную смесь убирали в фазу цветения вики 25 июля. Учет урожая произвели методом отбора пробного снопа.

Полученные данные показывают (табл.7), что без внесения NPK-удобрений действие испытуемых образцов статически равноценно. На фоне азотно-фосфорно-калийных удобрений оба продукта дали достоверный положительный эффект относительно фона. Действие почвенного кондиционера на этом фоне заметно выше, чем известняковой муки, но по показателю наименьшей существенной разницы при 95% уровне вероятности различие находится на грани достоверности. Следовательно, по эффективности обоих образцов при совместном их внесении с NPK можно говорить о тенденции лучшего действия почвенного кондиционера в сравнении с известняковой мукой.

Анализ растений на содержание питательных веществ не обнаружил не обнаружил существенных различий при использовании испытуемых образцов на фоне без удобрений и при сочетании с NPK. Внесение минеральных удобрений (4-6 варианты) увеличивало содержание калия в надземной массе вики и овса (табл.8).

Вынос питательных веществ в основном определялся величиной урожая (табл. 9). Максимальное усвоение растениями азота, фосфора и калия наблюдалось при использовании под вико-овсяную смесь почвенного кондиционера в сочетании с NPK по сравнению с известняковой мукой на фоне NPK.

Таким образом, с помощью кондиционера почвы, соответствующего изобретению, возможно следующее:
достичь компенсации pH почвы;
вносить гумусовые питательные вещества с одновременным поддержанием необходимого газо- и водообмена, увеличением конвекции кислорода в почву;
снабжать почву компонентами из состава доменного шлака, поддерживать определенную степень рыхления почвы;
селективно управлять отдельными стадиями вегетации растения за счет гуматов калия и/или аммония;
повысить содержание в почве физиологически активных соединений;
увеличить прирост биомассы растений;
уменьшить срок созревания сельскохозяйственной продукции;
снизить поступление тяжелых металлов и радионуклидов в биомассу растений.

Из-за высокого содержания кальция гарантировано быстрое повышение pH почвы, обработанной данным кондиционером. Благодаря возврату важных микроэлементов интенсифицируется протекание самых различных окислительно-восстановительных процессов, вызывающих образование хлорофилла, целлюлозы, крахмала, витаминов, перевод нитратного азота в аммонийный, а также приобретение необходимой окраски. В целом использование предлагаемого кондиционера почвы позволит производить экологически чистую сельскохозяйственную продукцию.

Сущность изобретения: экологически чистый многофазный кондиционер почвы с физиологически активным действием в форме гранул, содержащих 20-70 мас.% минерального компонента в виде размолотого доменного шлака, 79,95-29,5 мас.% органического компонента в виде размолотого третичного бурого угля-сырца, 0,05-0,5 мас.% буро-угольных гуматов калия, аммония, а также известняк, составляющий 20-30% от массы гранулы кондиционера почвы. Гранулы опудрены порошком известняка. Для увеличения селективности действия предлагаемого кондиционера почвы возможно введение в него наряду с указанными фазами и других компонентов того или иного свойства. Возможно использование описанного кондиционера для дражирования семян растений. 2 с. и 13 з.п. ф-лы, 8 табл.

1. Многофазный кондиционер почвы, включающий минеральный и органический компоненты с использованием в качестве органического компонента размолотого третичного бурого угля-сырца, отличающийся тем, что в качестве минерального компонента использован доменный шлак. 2. Кондиционер по п.1, отличающийся тем, что в него дополнительно введены буроугольные гуматы калия и/или аммония. 3. Кондиционер по п.1 или 2, отличающийся тем, что в него введен порошок известняка. 4. Кондиционер по п.1 или 2, отличающийся тем, что в него введен гипс. 5. Кондиционер по п.3, отличающийся тем, что он содержит, мас.

Доменный шлак 20 70
Третичный бурый уголь-сырец 29,5 79,95
Буроугольные гуматы калия и аммония 0,05 0,5
и известняка в количестве 20 30% от общей массы доменного шлака, третичного бурого угля-сырца и буроугольных гуматов калия и/или аммония.

Доменный шлак 40 60
Третичный бурый уголь-сырец 39,95 59,95
Буроугольные гуматы калия и аммония 0,05 0,5
и известняка в количестве 20 30% от общей массы доменного шлака, третичного бурого угля-сырца и буроугольных гуматов калия и/или аммония.

Оксид кремния (IV) 30 40
Оксид алюминия (III) 7 12
Оксид кальция 40 45
Оксид магния 6 10
Оксид марганца (IV) 0,1 0,3
Окид титана (IV) 0,2 0,4
Оксид железа (III) 0,3 0,4
Серы 1,5 2,0
10. Кондиционер по пп.1 8, отличающийся тем, что в качестве доменного шлака использован шлак производства передельного чугуна с содержанием, мас.

Оксид кремния (IV) 30 35
Оксид алюминия (III) 7 10
Оксид кальция 40 45
Оксид магния 6 9
Оксид марганца (IV) 8 12
Оксид титана (IV) 0,3 0,4
Оксид железа (III) 0,2 0,4
Серы 1,5 2,0
11. Кондиционер по пп.1 10, отличающийся тем, что в качестве третичного бурого угля-сырца использован уголь с содержанием, в расчете на сухое вещество: мас.

Минеральная часть 20 30
Органическая часть 70 80
12. Кондиционер по пп.1 11, отличающийся тем, что в него дополнительно введены другие питательные и иные целевые добавки.

Доменный шлак 20 70
Третичный бурый уголь сырец 29,5 79,95
Буроугольные гуматы калия и аммония 0,05 0,5
и порошка известняка в количестве 20 30% от общей массы доменного шлака, третичного бурого угля-сырца и буроугольных гуматов калия и/или аммония.