ИСКУССТВЕННАЯ ПОЧВА Российский патент 2009 года по МПК A01G31/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для получения искусственных почв, предназначенных для выращивания растений в условиях закрытого или открытого грунтов.

В последние годы в растениеводстве широко используются искусственные почвы, содержащие в своем составе различные минералы природного происхождения в сочетании с синтетическими веществами.

Известна искусственная почва на основе органического ила из отложений водоемов - сапропеля и различных добавок для улучшения качества искусственной почвы: биологически активных веществ и влагоемкого гельобразующего водорастворимого синтетического полимера из класса полиакриламидов [1]. Известна искусственная почва, в которой в качестве основы используют сапропель с природным цеолитом, измельченным до порошкообразного состояния, и водорастворимым влагоемким синтетическим полимером из класса полиакриламидов [2], а также способ изготовления искусственной почвы на основе указанных компонентов [3].

Недостатком известных составов искусственных почв является неустойчивость сапропеля к биологическому разрушению почвенными микроорганизмами в аэробных условиях. Кроме того, использование в составах известных искусственных почв в качестве влагоемкого материала растворимого в воде полимера акриламида приводит к разрушению структуры искусственной почвы и ухудшению ее водно-физических свойств из-за вымывания полимера.

Известна композиция для получения стерильного и экологически чистого искусственного субстрата для защищенного грунта, состоящая из керамзита и клиноптилолита. В качестве водосорбирующего и водоудерживающего компонента композиция содержит искусственный целлюлозосодержащий материал в виде отходов целлофана и мерсиризованной целлюлозы [4]. Несмотря на устойчивость целлюлозы к биоразрушению по сравнению с органическим илом - сапропелем, водосорбирующая и водоудерживающая способность ее недостаточна.

Среди многокомпонентных искусственных почв наиболее близкой к заявляемому изобретению по технической сущности является смесь носителя и добавок, используемая для проращивания семян и выращивания растений, в которой носителем является природный пористый минерал, выбранный из группы: перлит, и/или вермикулит, и/или цеолит, а добавками являются биологические инсектициды и/или фунгициды, водосорбирующий пространственный полимер [5].

Как известно [6], для успешного ведения растениеводства почвы в агрономическом отношении должны обладать оптимальными водными и одновременно оптимальными общими физическими свойствами: плотностью сложения и пористостью. Для создания устойчивого запаса влаги в почве при одновременном хорошем воздухообмене необходимо, чтобы почвы имели наибольшую капиллярную пористость, заполненную водой, и одновременно некапиллярную пористость, или пористость аэрации, занятую воздухом, не менее 15% объема в тяжелых минеральных и 30-40% в легких почвах, или пористость аэрации почвы должна быть не менее 20-25% ее общей пористости.

Непосредственное влияние на изменение в почве соотношения между порами различного назначения оказывают водосорбирующие пространственные полимеры, обладающие свойством при контакте с водой быстро поглощать и длительно удерживать ее в своем объеме в количествах, в десятки и сотни раз превышающих собственную массу. Как и вода, находящаяся в тонких капиллярных порах почвы, поглощеннная полимером вода практически полностью доступна для растений [7]. Повышение содержания доступной растениям воды при внесении в почву водосорбирующих полимеров сопровождается одновременно созданием в почве дополнительных пор аэрации, ввиду того что частицы полимера в процессе поглощения воды набухают и увеличиваются в объеме в десятки раз, способствуя разрыхлению почвы под действием давления набухания. При этом поддерживание в почве оптимальных условий увлажнения и аэрации определяется количеством в ней водосорбирующего пространственного полимера и его фракционным составом.

В формуле изобретения известной смеси-прототипа значения фракции и количества полимера не определены, но согласно приведенному в заявке примеру 1 известная смесь носителя и добавок включает в свой состав пространственный водосорбирующий полимер фракции 0,2-0,6 мм в количестве 3-4 мас.% от массы сухой смеси.

Недостатком известной смеси-прототипа является фракция используемого в прототипе водосорбирующего полимера, ввиду того что частицы его из-за малого размера могут занимать некапиллярные поры аэрации и в процессе набухания при поливах резко уменьшить воздухообмен в почве.

Недостатком прототипа является также большое количество в его составе водосорбирующего полимера, которое приводит не только к удорожанию известной смеси, но и к ее избыточной влажности после поливов и вытеснению воздуха из аэрационных пор, а с учетом использования мелкой фракции полимера этот процесс еще более усугубляется.

Недостатком известной смеси-прототипа является также отсутствие в ней консервантов и антиоксидантов, без которых невозможно стабильно поддерживать высокую эффективность действия включенных в состав смеси биологических препаратов против болезней растений.

Целью заявляемого изобретения является задача обеспечения искусственной почве, представляющей собой многокомпонентный материал, оптимальных показателей водно-физических свойств и стабильной биологической активности при уменьшении ее стоимости.

Эта задача решается тем, что заявляемая искусственная почва, включающая природный пористый минерал, взятый из группы: перлит, и/или вермикулит, и/или цеолит, водосорбирующий пространственный полимер и биологические инсектициды и/или фунгициды, отличается тем, что используют водосорбирующий пространственный полимер в количестве 0,5-1,0 мас.% и фракционного состава 0,7-2,5 мм, причем искусственная почва дополнительно содержит бензоат натрия в качестве консерванта и аскорбиновую кислоту в качестве антиоксиданта при следующем соотношении компонентов, мас.%:

водосорбирующий пространственный полимер0,5-1,0биологические инсектициды и/или фунгициды0,02-0,05аскорбиновая кислота0,5-1,0бензоат натрия0,1-1,0природный пористый минералостальное

Заявляемое изобретение иллюстрируется следующими примерами выполнения.

Пример 1.

1 кг вермикулита фракции 0,5-3 мм перемешивают в мешалке с 50 мг (0,005 мас.%) биопрепаратов - фунгицида на основе бактерий Bacillus subtilis и инсектицида на основе бактерий p.Bacillus thuringiensis в соотношении 1:1. Затем при постоянном перемешивании в эту смесь вносят добавки: 10 г (1,0 мас.%) водосорбирующего пространственного полимера - сополимера акриламида и акрилата калия фракции 1-2 мм и веществ для поддержания эффективности действия биопрепаратов стабильно высокой: 8 г (0,8 мас.%) аскорбиновой кислоты в качестве антиоксиданта и 5 г (0,5 мас.%) бензоата натрия в качестве консерванта.

Полученную искусственную почву насыщают водой до состояния равновесного ее поглощения и определяют водно-физические свойства почвы (таблица).

Пример 2.

В условиях примера 1 при тщательном перемешивании готовят смесь 1 кг перлита фракции 0,7-2 мм и 10 мг (0,001 мас.%) биоинсектицида на основе бактерий p.Bacillus thuringiensis, в которую, не прекращая перемешивания, вносят 5 г (0,5 мас.%) водосорбирующего пространственного полимера - гидролизованного полиакриламида фракции 2-2,5 мм и 10 г (1,0 мас.%) бензоата натрия в качестве консерванта биопрепарата. Приготовленную искусственную почву подвергают насыщению водой и определяют ее водно-физические свойства, показатели которых приведены в таблице.

Пример 3.

Аналогично примеру 1 получают искусственную почву на основе смеси природных минералов: цеолита в виде мелкодисперсной фракции 1-3 мм и вермикулита фракции 0,5-3 мм, взятых в соотношении 1:1 по объему. При постоянном перемешивании в эту смесь вносят добавки: 100 мг (0,01 мас.%) биоинсектицида, 10 г (1,0 мас.%) водосорбирующего пространственного полимера - сополимера акриламида и акриловой кислоты фракции 1-2 мм и 6 г (0,6 мас.%) аскорбиновой кислоты в качестве антиоксиданта. После насыщения искусственной почвы водой определяют ее водно-физические показатели (таблице).

В таблице представлены показатели водно-физических свойств образцов искусственной почвы, получаемой по примерам 1-3, и контрольного образца, который характеризует искусственную почву по прототипу.

Сопоставление представленных данных показывает, что искусственная почва по заявляемому изобретению, содержащая в своем составе от 0,5 до 1,0 мас.% водосорбирующего пространственного полимера фракции от 0,7 до 2,5 мм, отвечает требованиям, предъявляемым к почвам для выращивания растений как по водным, так и физическим свойствам. При этом образцы предлагаемой искусственной почвы, несмотря на то, что содержание водосорбирующего полимера в них в 4-8 раз меньше, чем в контрольной, имеют показатели влагоемкости, практически одинаковые с последней, т.е. оптимальные водные свойства заявляемой искусственной почвы обеспечиваются при меньшем содержании водосорбирующего полимера, что позволяет значительно уменьшить стоимость искусственной почвы.

Из сравнения физических свойств образцов заявляемой почвы и контрольной почвы видно, что при практически одинаковой их общей пористости значение капиллярной пористости, заполняемой водой, для контрольной почвы превышает этот вид пористости в различных образцах заявляемой почвы на 20-40% в зависимости от используемого в ней пористого минерала. Однако показатель некапиллярной пористости, ответственной за запасание почвенного воздуха, в контрольной почве при этом резко падает, свидетельствуя тем самым о значительном уменьшении количества в ней пор аэрации. Это позволяет сделать вывод о том, что содержание водосорбирующего пространственного полимера в составе контрольной почвы является избыточным, благодаря чему он поглощает практически всю воду, поступающую во время поливов в некапиллярные поры, и в процессе набухания вытесняет воздух из этих пор, а малый размер частиц полимера лишь способствует протеканию этого нежелательного процесса.

В отличие от контрольной почвы, характеризующей свойства известной смеси - прототипа, количество некапиллярных пор в заявляемой искусственной почве после увлажнения соответствует оптимальным условиям аэрации. Следовательно, предлагаемое количество водосорбируюшего пространственного полимера в заявляемой искусственной почве 0,5-1,0 мас.% и его фракционный состав 0.7-2,5 мм являются оптимальными для выращивания растений.

Образец искусственной почвы, приготовленной по примеру 1, и контрольный образец почвы, характеризующий известную искусственную почву-прототип, были испытаны при выращивании рассады огурцов.

Приготовленные искусственные почвы были распределены по рассадным горшочкам и насыщены водой до состояния равновесного поглощения ими воды (примерно в течение 1 часа). Сразу же после слива из почв гравитационной воды производили посев семян.

Массовая всхожесть во всех вариантах почв наступила на третий день. Из чертежа, на котором представлены биометрические данные, а именно значения общей листовой поверхности выращиваемой расссады, видно, что растения на заявляемой искусственной почве по своим биометрическим данным, а именно по показателю общей листовой поверхности в течение всего вегетационного периода, значительно опережают в своем развитии растения на известной смеси-прототипе. Кроме того, у растений на предлагаемой искусственной почве в отличие от растений, возделываемых на контрольной почве, характеризующей известную смесь, практически не обнаружены заболевания, часто встречающиеся при возделывании овощных культур (корневые и прикорневые гнили). Значения биологической эффективности препаратов при этом составили: 90% и 60% для предлагаемой искусственной почвы и контрольной соответственно, что подтверждает защитную роль внесенных в состав предлагаемой искусственной почвы бензоата натрия в качестве консерванта и аскорбиновой кислоты в качестве антиоксиданта против разрушения биологических препаратов в ее составе и стабилизации биологической активности почвы в течение всего вегетационного периода растений.

Источники информации

1. RU 2032704, С09K 17/00, 1995.

2. RU 2032319, A01G 31/00, 1995.

3. RU 2044471, A01G 31/00, 1995.

4. RU 2004142, A01G 31/00, 1993.

5. EP 1091641 B1, A01G 31/00, 2003.

6. «Почвоведение» под ред. И.С.Кауричева. М.: ВО «Агропромиздат», 1989, с.191.

7. Commun. in soil Sci. Plant Anal. 1985. v.16, №10, p.1123-1138.

ТаблицаВодно-физические свойства образцов искусственных почвИскусств. почва по примеруВлагоемкость, %Объемная плотность, г/см³Общая пористость, %Капиллярная пористость, %Пористость аэрации, %15650,1192,762,230,626460,08694,355,637,832650,2791,072,718,3Контроль4580,2092,091,60,4

Искусственная почва содержит водосорбирующий пространственный полимер в количестве 0,5-1,0 мас.% и фракционного состава 0,7-2,5 мм; биологические инсектициды и/или фунгициды 0,001-0,01 мас.%. Искусственная почва дополнительно содержит бензоат натрия 0,1-1,0 мас.% в качестве консерванта и аскорбиновую кислоту в количестве 0,5-1,0 мас.% в качестве антиоксиданта. Природный пористый минерал, выбранный из группы: перлит, и/или вермикулит, и/или цеолит, составляет остальную часть смеси. Изобретение позволяет получить искусственную почву с оптимальными показателями водно-физических свойств и стабильной биологической активностью при одновременном снижении ее стоимости. 1 ил., 1 табл.

Искусственная почва, включающая природный пористый минерал, выбранный из группы: перлит, и/или вермикулит, и/или цеолит, водосорбирующий пространственный полимер, биологические инсектициды и/или фунгициды, отличающаяся тем, что используют водосорбирующий пространственный полимер в количестве 0,5-1,0 мас.% и фракционного состава 0,7-2,5 мм, причем искусственная почва дополнительно содержит бензоат натрия в качестве консерванта и аскорбиновую кислоту в качестве антиоксиданта при следующем соотношении компонентов, мас.%:

водосорбирующий пространственный полимер0,5-1,0биологические инсектициды и/или фунгициды0,001-0,01аскорбиновая кислота0,5-1,0бензоат натрия 0,1-1,0природный пористый минералостальное