КОМПОЗИЦИЯ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЧВОЗАМЕНЯЮЩЕГО ТОРФО-ДЕРНОВОГО БРИКЕТА ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ СБОРНОГО ГАЗОНА Российский патент 2000 года по МПК A01G9/10 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к производству формованных питательных торфосодержащих брикетов для выращивания растений, применяющихся, в частности, для сооружения переносных сборных газонов.

Известны брикеты, полученные путем прессования сухого торфа с питательными веществами, и способ их получения [1].

Недостатками известных брикетов являются их низкая плотность и прочность, низкая водопоглотительная способность. Кроме того, указанные известные брикеты не содержат достаточного количества питательных веществ, необходимых для роста и развития растений.

Задача получения брикетов с высокой плотностью и прочностью, как показывают исследования уровня техники, решается за счет введения в формуемую смесь (перед формовкой) связующих, в качестве которых применяются различные химические вещества, а для улучшения питательных свойств в торф добавляют различные минеральные удобрения, биостимуляторы, и т.п.

Известен торфяной брикетированный мелиорант, полученный прессованием сырьевой смеси, состоящей из торфа с питательными элементами, в которую перед прессованием добавлен раствор лигносульфонатов [2].

Лигносульфонаты увеличивают гидрофильность и прочность брикета. Однако указанный брикет содержит до 80% торфа, так же как и все известные в настоящее время брикеты, а это означает, что питательные вещества, даже с учетом добавок в виде лигносульфонатов, составляют в нем не более 5 - 15% по минеральным элементам и практически не содержат органических элементов в усвояемой растениями форме, поскольку торф сам по себе не является питательным веществом.

Известна композиция для формования брикетов, содержащая сухой верховой торф, питательные минеральные добавки, доломитовую муку для регулирования кислотности почвы, древесные опилки, биогумус для увеличения питательной ценности и сульфированный лигнин в качестве связующего (прототип) [3].

Однако полученный из этой композиции брикет не обладает достаточной питательной ценностью, т.к. при попытке увеличить содержание биогумуса более 15% по массе прочность брикета снижается, он перестает удовлетворять требованиям прочности и становится не пригодным для транспортировки. Запаса же биогумуса, содержащегося в брикете, хватает только для проращивания растений, а далее требуется постоянное регулярное внесение удобрений, подкормки. Такие брикеты не могут применяться для быстрого создания переносных декоративных сборных газонов на каменистом или песчаном грунте.

Известен способ производства формованных субстратов из торфа, включающий подготовку торфа, внесение известковых материалов, удобрений, поверхностно-активных веществ, формование и сушку, в котором в качестве поверхностно-активных веществ для повышения гидрофильных свойств субстратов используется водный раствор полиоксиэтиленгликолевого эфира с содержанием оксиэтильных групп 3-7 в количестве 0,1 - 1% от массы сухого вещества торфа, при этом поверхностно-активные вещества вносят перед формованием, а удобрения - после формования субстрата [4]. Указанный способ принят за прототип.

Способ по прототипу позволяет получить брикеты с хорошими водопоглотительными свойствами за счет внесения поверхностно-активных веществ, однако наибольшая эффективность ПАВ имеет место в узком диапазоне концентрации, при увеличении же концентрации ПАВ увеличения гидрофильных свойств не происходит. К тому же указанное поверхностно-активное вещество загрязняет почву, накапливаясь в ней, хотя и относится к классу малоопасных.

В то же время низки питательные свойства полученного указанным известным способом брикета, который состоит преимущественно из торфа и применяется только для проращивания растений. Такие брикеты также непригодны для быстрого создания качественного газона на каменистых, песчаных и глинистых грунтах, не имеющих собственных питательных веществ, достаточных для роста растений.

В настоящее время, когда в связи с бурным развитием промышленности все чаще появляется необходимость воссоздания (рекультивации) плодородного почвенного покрова земель, разрушенных воздействием неблагоприятных факторов, связанных с хозяйственной деятельностью человека, например земель, находившихся под промышленными зданиями, карьерами, свалками, земель, зараженных отходами химической и атомной промышленности, разрушенных при строительстве дорог и коммуникаций и т.д., возросла роль экологически чистого газонного покрытия как завершающего этапа рекультивации земель.

Газон является одним из важнейших компонентов современного объекта ландшафтной архитектуры. Установлено эффективное микроклиматическое воздействие газона на окружающую среду, которое выражается в активном регулировании влажности и температуры воздуха, уменьшении концентрации газов и пыли.

Создание высококачественного газона в короткий срок является важнейшей задачей зеленого строительства.

Известные традиционные способы создания газонов посевом или с использованием луговой дернины, а также получившие широкое распространение так называемые рулонные газоны требуют подготовки территории, предварительного создания слоя плодородного почвенного грунта, на котором возможно в дальнейшем выращивание качественного газона, что весьма трудоемко и требует значительных затрат времени и средств.

При строительстве же газона на каменистом или песчаном грунте или на рекультивированных участках известными традиционными способами (посевом или рулонным способом) требуется сначала завезти соответствующий чистый грунт, создать плодородный слой, пригодный для роста и развития растений, а это требует больших затрат времени и весьма трудоемко.

В настоящее время известно выполнение переносных декоративных сборных газонов из уложенных на площадке готовых брикетов, изготовленных из смесей на основе торфа с различными добавками. В них могут быть уже заделаны семена растений [4] . Однако все известные брикеты, как указывалось выше, изготавливаются преимущественно из торфа (до 98% по массе), сами по себе питательными свойствами в количествах, достаточных для роста и развития растений, не обладают. При строительстве сборных газонов их укладывают на предварительно подготовленный плодородный слой почвы. Такие газоны недолговечны, требуют периодической замены брикетов, требуют постоянной подкормки минеральными и органическими удобрениями.

Задачей настоящего изобретения является создание брикета, пригодного для быстрого и нетрудоемкого строительства декоративного сборного газона, не требующего большого ухода, а также для создания земельного участка, пригодного для возделывания сельскохозяйственных культур без завоза предварительно плодородного грунта.

Указанная задача решается за счет того, что композиция для формования брикетов для выращивания растений, преимущественно для сборного газона, содержащая торф, дополнительно содержит дерн, а в качестве торфа содержит мелкодисперсный торф при следующем соотношении компонентов, мас.%:
дерн - 60 - 98
Мелкодисперсный торф - 2 - 40
Предпочтительно при этом, чтобы средневзвешенный размер частиц измельченного торфа в композиции был приблизительно 0,2 - 0,5 мм.

Предпочтительно, чтобы композиция содержала торф верховой со степенью разложения 10 - 15%.

Композиция по настоящему изобретению может содержать минеральные удобрения, и/или стимуляторы роста, и/или сапропель.

Композиция может включать также доломитовую муку или известь.

Композиция может содержать семена растений.

Техническим результатом решения задачи настоящего изобретения является создание композиции для формования такого брикета для выращивания растений, который сочетает высокие питательные свойства, приближенные к естественному плодородному грунту, обладает высокой гигроскопичностью, т.е. имеет хорошие водопоглощающие и водоудерживающие свойства, при этом он обладает высокой плотностью и прочностью, обеспечивающими возможность его транспортировки на большие расстояния и длительное хранение.

Задачей настоящего изобретения с точки зрения способа является получение брикета с указанными выше свойствами при исключении использования экологически неприемлемых веществ, повышение потребительских качеств получаемого брикета.

При осуществлении предложенного способа указанная задача решается за счет того, что в способе изготовления формованных брикетов для выращивания растений из торфосодержащей смеси, включающем подготовку торфа, сушку и формование, перед формованием брикетов торф измельчают до мелкодисперсного состояния и равномерно перемешивают с измельченным дерном для получения формовочной смеси (композиции) в соотношении компонентов, мас.%:
Дерн - 60-98
Мелкодисперсный торф - 2 - 40.

Предпочтительно при этом, если торф измельчают до средневзвешенного размера частиц 0,2 - 0,5 мм.

Предпочтительно, если используют верховой торф со степенью разложения 10^oC15%.

В смесь перед формованием могут вносить минеральные удобрения и/или стимуляторы роста.

В смесь перед формованием могут вносить известь или доломитовую муку, или другие раскислители.

Смесь перед формованием могут обработать токами сверхвысокой частоты.

В смесь перед формованием могут поместить семена растений.

Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого способа, заключается в получении брикета с изложенными выше свойствами, а также исключении использования экологически вредных веществ.

При проведении патентного поиска не было обнаружено источников информации, раскрывающих известность совокупности признаков, изложенных в формуле настоящего изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Термин "дерн" в настоящей заявке применяется в значении, определенном в "Экологическом энциклопедическом словаре", 1989, изд. Молдавской ССР, а именно: "Дерн - верхний горизонт почвы, густо пронизанный, переплетенный живыми и отмершими корнями и корневищами растений, богатый питательными веществами".

Снятый слой дерна называют также дерн. Измельченный дерн - это дерновой грунт, часто также называемый дерном.

Благодаря наличию в композиции для формования брикетов значительных по массе количеств (до 90%) дерна, богатого гумусом, имеющего природно сбалансированный состав питательных веществ, как минеральных, так и особенно органических, значительно повышается питательная ценность полученных по настоящему изобретению формованных брикетов. Такие брикеты могут непосредственно использоваться для создания плодородного слоя почвы, пригодного для выращивания растений даже на песчаном и скальном грунте без дополнительных затрат на создание и подготовку подстилающего слоя.

Благодаря высокому содержанию дерна в полученном из предлагаемой композиции брикете значительно возрастает не только питательная ценность брикета, но также его формуемость и прочность.

Поскольку дерн сам обладает вязкостью и хорошо формуется при определенной влажности, что обусловлено наличием в нем природного гумуса, некоторого процента глины и другими факторами, то исчезает необходимость применения вяжущих веществ, загрязняющих почву.

Присутствующие в дерне остатки растений и их корней дополнительно увеличивают прочность брикета, поскольку в сущности армируют его, препятствуя излому и искрашиванию. Кроме того, растительные остатки улучшают структуру, аэрируемость, гидрофильные свойства брикета, и в то же время являются долговременным источником органических питательных веществ.

Измельчение торфа до мелкодисперсного состояния, как известно, увеличивает гидрофильные свойства торфа, его водопоглотительную и водоудерживающую способности. Чем меньше частицы торфа, тем выше его гидрофильные свойства.

Крупные волокна торфа обладают повышенной адгезией, и вследствие этого крупнодисперсный торф характеризуется плохой смачиваемостью.

Неожиданно было обнаружено, что добавление мелкодисперсного торфа к измельченному дерну в указанных в настоящем изобретении пропорциях придает сформованным из этой полученной смеси брикетам такие же высокие водопоглощающие и водоудерживающие свойства, какими обладает и сам мелкодисперсный торф. Эти гидрофильные свойства брикетов, как оказалось, не зависят от процентного соотношения компонентов торф - дерн в исходной композиции.

Было установлено, что при увеличении процентного содержания дерна в композиции даже до 98%, его водопоглотительная способность остается приблизительно такой же, как у брикета, содержащего значительно меньшее количество, например 60% дерна, и оказывается приблизительно такой же, как водопоглощающая способность торфа данной степени дисперсности.

Научные исследования данного явления не проводились. Можно лишь констатировать на основе проведенных многочисленных экспериментов, что при обработке под давлением (при формовании) смеси мелкодисперсного торфа и дерна (дернового грунта) частицы мелкодисперсного торфа, распределяясь по объему дернового грунта, придают последнему гидрофильные свойства, близкие к указанным свойствам торфа данной степени дисперсности. Если же попытаться сформовать брикет из дернового грунта без добавки мелкодисперсного торфа, то он получается плохо смачиваемым, т.е. обладает низкими гидрофильными свойствами. Опыты показали, что гидрофильные свойства получаемого продукта-брикета тем выше, чем мельче размер частиц измельченного торфа. Оптимальным является средневзвешенный размер частиц торфа 0,2 - 0,5 мм; частиц с размерами от 0,5 до 2,5 мм должно быть не более 10% от массы торфа.

Более крупные частицы торфа обладают меньшей влагоемкостью по сравнению с мелкими, но получение еще более мелких частиц влечет за собой увеличение энергозатрат и повышает трудоемкость и длительность процесса, и следовательно, удорожает продукт.

При использовании верхового торфа со степенью разложения 10 - 15%, согласно настоящему изобретению, питательная ценность получаемых брикетов максимальна.

Добавлением в брикет минеральных удобрений, стимуляторов роста, раскислителей добиваются оптимально сбалансированных условий для выращивания конкретной культуры. Добавление сапропеля, кроме того, увеличивает вязкость смеси, улучшает условия формования, повышает прочность, а также питательность брикета, т.к. является долгосрочным источником питательных веществ.

Благодаря тому, что брикет может включать уже заделанные семена растений, еще более сокращается время создания газона или огорода с помощью брикетов по настоящему изобретению, поскольку достаточно уложить брикеты слоем и полить, как растения сразу же начинают расти в идеальных для них условиях.

Обработка токами сверхвысокой частоты оказывает дезинфицирующее воздействие и позволяет получить в результате экологически чистый брикет, характеризующийся отсутствием нематод, вирусов, грибков, личинок насекомых-вредителей и другого вредного фитогенеза.

Прогревание дерна до температуры приблизительно 60^oC позволяет избавиться от семян и корней сорняков.

Композицию для формования брикетов для выращивания растений, согласно настоящему изобретению, и изготовление из нее формованных брикетов осуществляют следующим образом.

Каждый из компонентов, т.е. торф и дерн, предварительно подготавливаются.

Торф-сырец, преимущественно верховой со степенью разложения 10 - 15%, полученный, например, фрезерным способом, имеющий природную влажность, в зависимости от условий залегания, добычи и других факторов до 90%, сначала подвергают предварительной просушке в отвалах в естественных условиях, доводя влажность приблизительно до 60%, а затем досушивают в печах до влажности не более 40% (преимущественно 20 - 40%). Затем торф сепарируют, отделяют посторонние включения: древесные остатки, камни, мерзлоты и т.д. Допустимое содержание мелких посторонних включений по технологии не должно превышать 10% по массе торфа.

Далее подсушенный и очищенный от посторонних включений торф измельчают на известном оборудовании, например, специальных грохотах до получения мелкодисперсной массы со средневзвешенным размером частиц до 0,2 - 0,5 мм. Частицы большего размера отсеивают с помощью специальных сит. Допускается содержание частиц с размерами 0,5 - 2,5 мм не более 10% по массе торфа.

Выгодно, чтобы фракции подготовленного торфа были мельче для большей влагоемкости. Но получение очень мелкой фракции удорожает производство.

Далее массу мелкодисперсного торфа прогревают до температуры 40^oC, но не более 80^oC в зависимости от вида используемого торфа-сырца. При таком нагреве увеличивается пластичность торфяных волокон и одновременно снижается влажность.

Параллельно подготавливают дерн: измельчают, очищают от посторонних примесей, подсушивают при необходимости или, наоборот, увлажняют, доводя влажность до 40 - 60%. При измельчении дерна происходят не только разрушение комьев почвы, но также разрыв и измельчение растительных остатков, травы, корней растений. После этого полученный дерновой грунт может быть термообработан приблизительно до 60^oC с целью дезинфекции: уничтожения спор грибов, бактерий, семян и корней сорняков и др.

Подготовленный торф добавляют в подготовленный дерн (дерновой грунт) в нужных пропорциях в соотношении, мас. % (2 - 40 торфа и 60 - 98 дерна), тщательно перемешивают для равномерного распределения торфа в дерновом грунте, после чего из полученной композиции (формовочной смеси) производят формовку брикетов на специальном известном оборудовании под давлением 80 - 150 кг/см² (для брикетов не более 10 кг весом). Величина давления выбирается в зависимости от соотношения содержания торфа и дернового грунта в формовочной смеси, влажности смеси, веса получаемых брикетов и других факторов.

Форма и размеры брикетов могут быть различными: например, в виде кубиков, квадратных или прямоугольных параллелепипедов с размерами от 5х5х3 см до 30х30х10 см или в виде цилиндров с диаметром, например, до 15 см и высотой до 10 см или любой другой формы.

Высота (толщина) брикета определяется исходя из минимальной толщины грунтового слоя по желанию заказчика.

Вес готовых брикетов в зависимости от размеров, процентного содержания дерна и грунта колеблется от 0,5 до 10 кг и более по желанию заказчика, т.к. прочность их такова, что они не разваливаются под действием собственного веса. Готовые брикеты могут проходить при необходимости дальнейшую досушку для обеспечения влагосодержания до значения, соответствующего требованиям заказчика, условиям транспортирования, хранения и т.д.

Полученные отформованные брикеты направляются на упаковку, которую можно выполнить на оборудовании, применяемом, например, для упаковки кирпича или на специально разработанном оборудовании.

Для обеспечения повышенных требований по стерильности торфодерновых брикетов, т.е. при отсутствии вирусных и грибковых заражений, перед формованием производят обработку смеси токами СВЧ. Возможна также дезинфекция с помощью известных химикатов путем впрыскивания их в формуемую смесь или нанесения на готовый брикет.

В подготовленную для формования смесь из мелкодисперсного торфа и измельченного дерна могут быть, при необходимости, внесены известь или доломитовая мука для достижения необходимого pH, минеральные удобрения, биостимуляторы растений, микроэлементы.

В необходимых случаях в формуемую композицию (исходную смесь) может быть добавлена глина в количествах, необходимых для обеспечения лучшей формуемости брикета.

Однако предпочтительнее добавлять сапропель.

Полученный из композиции и способом согласно настоящему изобретению промышленный продукт - торфодерновой почвозаменяющий брикет характеризуется:
- высокой прочностью - менее 1% потерь массы брикета из-за крошимости при механических воздействиях во время упаковки, транспортировки и использования;
- высокой скоростью впитывания влаги - прирост влажности брикета за единицу времени после контакта его с водой составляет 1 кг/кг •мин;
- высокой влагоудерживающей способностью - 1 кг/кг;
- при смачивании практически не теряет форму, не разваливается;
- транспортабелен на любые расстояния;
- сохраняет влагу и отдает ее растениям по мере необходимости;
- в промышленных условиях обеспечен контроль на экологическую чистоту исходного сырья и получаемого продукта, на содержание токсических веществ, в том числе на радиоактивность;
- заранее заданными параметрами: влажностью, кислотностью (pH водной суспензии), содержанием подвижных форм питательных веществ и микроэлементов в легкоусвояемой растениями форме;
- идеальной для корневой системы растений пористой структурой, благоприятными водно-воздушными условиями, отсутствием вредного фитогенеза и сорняков;
- может использоваться на открытом и закрытом грунтах; на песчаном и даже скальном грунте, т.е. практически на любой поверхности;
- не требует замены, т.к. практически не стареет, органические и минеральные удобрения можно не вносить в течение 8-10 лет;
- позволяет в кратчайшие сроки сооружать газоны, а также сельскохозяйственные участки (поля, огороды) для выращивания цветов, овощных, ягодных культур, а также деревьев и кустарников с поверхностным расположением корневой системы;
- связывает песчаные почвы и почвы, разрушенные эрозией;
- прекрасно укрепляет берега рек и водохранилищ, откосы при строительстве мелиоративных сооружений, насыпей авто- и железных дорог.

Используют почвозаменяющие брикеты, полученные из композиции и способом по настоящему изобретению, следующим образом. Площадку, где предполагается создать, например, переносной декоративный сборный газон, разравнивают, доставляют брикеты согласно настоящему изобретению с заделанными в них семенами газонных трав и укладывают брикеты слоем плотно один к другому, покрывая весь участок. После этого равномерно поливают участок. Поскольку брикеты обладают высокой скоростью впитывания влаги, то вся вода быстро проникает внутрь брикетов, не испаряясь с поверхности, что особенно важно в условиях сухого жаркого климата. Полное размокание брикетов происходит за минуты. Растения сразу начинают расти в идеальных для них условиях, получая влагу и питательные вещества из брикета по мере необходимости. Газон получается высокого качества, не требует подкормки в течение 8 - 10 лет. Сроки строительства газона сокращаются в десятки раз.

Предложенные композиция и способ изготовления почвозаменяющего торфодернового брикета для выращивания растений могут найти широкое применение в сельском хозяйстве и строительстве.

Источники информации
1. Справочник по торфу. -М.: Недра, 1982 г., с.448 - 451.

2. Патент РФ N 2082747, C 10 F 7/00, 1997 г.

3. Патент РФ N 2029461, A 01 G 31/00, 1995 г.

4. Авторское свидетельство СССР N 1711715, A 01 G 9/10, 1992 г.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при производстве формованных питательных торфосодержащих брикетов для выращивания растений, применяющихся, в частности, для сооружения переносных сборных газонов. Брикеты формуют из композиции, содержащей, мас.%: дерн от 60 до 98 и торф, измельченный до мелкодисперсного состояния, от 2 до 40. Полученные почвозаменяющие мелиоранты-брикеты обладают повышенной влагоемкостью, большой скоростью водонасыщения, высокими питательными свойствами, стерильны от болезней и сорняков и могут найти широкое применение для быстрого строительства газонов, применяемых в ландшафтной архитектуре, для укрепления откосов автомобильных и железных дорог, спортивных сооружений, а также для создания плодородных участков для выращивания растений. 2 с. и 13 з.п. ф-лы.

1. Композиция для формования брикетов для выращивания растений, преимущественно для сборного газона, содержащая торф, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит дерн, а в качестве торфа содержит мелкодисперсный торф при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Дерн - 60 - 98
Мелкодисперсный торф - 2 - 40
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что средневзвешенный размер частиц мелкодисперсного торфа равен приблизительно 0,2 - 0,5 мм. 3. Композиция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что торф представляет собой торф верховой со степенью разложения 10 - 15%. 4. Композиция по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что включает минеральные удобрения, и/или стимуляторы роста, и/или сапропель. 5. Композиция по любому из пп.1 - 3 или 4, отличающаяся тем, что включает известь, доломитовую муку или другие раскислители. 6. Композиция по любому из пп.1 - 4 или 5, отличающаяся тем, что включает семена растений. 7. Способ изготовления брикета для выращивания растений, преимущественно для сборного газона, включающий подготовку торфа, сушку и формование брикетов, отличающийся тем, что перед формованием торф измельчают до мелкодисперсного состояния и равномерно перемешивают с измельченным дерном для получения формовочной смеси в соотношении компонентов, мас.%:
Дерн - 60 - 98
Мелкодисперсный торф - 2 - 40
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что торф измельчают до средневзвешенного размера частиц 0,2 - 0,5 мм. 9. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что используют верховой торф со степенью разложения 10 - 15%. 10. Способ по любому из пп.7, 8 или 9, отличающийся тем, что измельченный до мелкодисперсного состояния торф прогревают до температуры приблизительно 50^oC. 11. Способ по любому из пп.7 - 10, отличающийся тем, что в формовочную смесь вносят минеральные удобрения, и/или сапропель, и/или стимуляторы роста. 12. Способ по любому из пп.7 - 11, отличающийся тем, что в формовочную смесь вносят известь, доломитовую муку или другие раскислители. 13. Способ по любому из пп.7 - 12, отличающийся тем, что формовочную смесь перед формованием обрабатывают токами сверхвысокой частоты. 14. Способ по любому из пп.7 - 13, отличающийся тем, что дерн предварительно прогревают до температуры приблизительно 60^oC. 15. Способ по любому из пп.7 - 14, отличающийся тем, что в формовочную смесь перед формованием помещают семена растений.