ПОЧВОМОДИФИКАТОР ПРОЛОНГИРОВАННОГО ДЕЙСТВИЯ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК C05F11/02 C05F3/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к средствам формирования плодородного слоя почвы с высоким содержанием гумуса, высокой ферментативной активностью, с улучшенными агрохимическими и агрофизическими показателями, а также со сниженным содержанием в них токсичных соединений - солей тяжелых металлов, радионуклидов, пестицидов и др., и может быть использовано в сельском и лесном хозяйстве, а также при озеленении населенных пунктов. Почвомодификатор можно использовать для формирования плодородного слоя почвы на непригодных для земледелия площадях, аридных, истощенных за счет интенсивного земледелия и загрязненных промышленными выбросами почвах, а также в качестве высокоэффективного удобрения при выращивании различных культур.

Известно сухое торфогуминовое удобрение заданного состава и способ его получения (RU 2075466, С05F 11/02, С05F 3/00, С05F 11/00, 1995.09.28), заключающийся в смешивании торфа, щелочи и птичьего помета в определенном соотношении и обработке смеси с целью измельчения и смешивания ударнотрущими нагрузками рабочих органов мельниц до получения однородной массы.

Наиболее близким по составу к заявляемому почвомодификатору является комплексное органоминеральное удобрение, которое содержит компоненты при следующем соотношении, мас.ч.: торф - 50-150; навоз крупного рогатого скота 2-3-годичной выдержки - 250-400; сухой птичий помет - 300-500; гидролизный лигнин - 50-100; материнский слой земли - 50-100; 4-25%-ный водный раствор аммиака - 1-10; минеральные добавки - 1-100; стимулятор - 0,5-5,0; связующее - 0,1-0,5 (RU 2174971, С05F 11/02, С05F 3/00, 2000.04.12). Способ получения удобрения включает измельчение органических компонентов, их смешивание с минеральными добавками, гранулирование с последующей сушкой и разделение гранул на фракции. Перед измельчением в органические компоненты вносят материнский слой земли, а измельчение проводят до размеров частиц 80-120 мкм. Затем осуществляют обеззараживание и ферментацию смеси и после этого производят фракционирование массы с размером частиц до 5 мм, вносят в нее стимулятор и связующее и производят гранулирование. Полученное удобрение может выступать в качестве почвомодификатора (улучшать структуру почвы и повышать ее плодородие).

Недостатком удобрений перечисленных составов является быстрое разложение питательных веществ при внесении удобрений в почву до водорастворимых соединений, частично усваиваемых растениями, но в большей части вымываемых грунтовыми водами в глубинные слои почвы (эффект вторичного засоления). При этом процесс образования гумуса, важнейшего показателя потенциального плодородия почв, протекает в незначительной степени.

Недостатком прототипа является также использование в его составе навоза КРС 2-3-годичной выдержки. Известно, что хранение навоза сопровождается значительными потерями азота и других полезных компонентов. Кроме того, гранулирование увеличивает себестоимость продукта и значительно снижает способность торфа улучшать агрофизические характеристики почвы. Изъятие с природного объекта материнского слоя земли вообще недопустимо.

Наиболее близким к заявляемому способу получения является известный способ получения удобрения на основе торфа, включающий измельчение, перемешивание торфа, навоза и птичьего помета и отличающийся тем, что предварительно проводят естественное компостирование смеси навоза КРС и птичьего помета при нормальной температуре в течение не менее 6 месяцев, в полученную смесь добавляют часть торфяного компонента. Перемешивают и подвергают измельчению на шнековом устройстве, затем добавляют оставшуюся часть торфяного компонента, перемешивают смесь до получения однородной массы и повторно измельчают, при этом в качестве торфа используют торфяной компонент, представляющий собой смесь верхового, переходного и низинного торфов или смесь верхового и переходного торфов, которые предварительно подвергают аэрации и измельчению до максимального размера частиц торфа 0,1-0,15 мм, а готовое удобрение содержит не более 30% навоза и сухого птичьего помета. При необходимости, при приготовлении торфяного компонента производят его смешивание с минеральными компонентами и/или микроэлементами (RU 2271347, С05F 3/00, 2006.01).

Недостатками данного способа являются длительность процесса предварительного компостирования смеси навоза и помета, а также значительные потери подвижных форм макро- и микроэлементов и полезной биомассы, сопровождающие этот процесс. Кроме того, отсутствие влагопоглощающего порообразующего материала создает значительные трудности для аэрации субстрата в процессе ферментации, что может привести к возникновению анаэробных зон.

Важным недостатком этого способа является также то, что весь торф, вводимый в систему, является инертным. Таким образом, функции этого уникального потенциального источника гумуса, микрофлоры, макро- и микроэлементов сводятся к улучшению только агрофизических характеристик почвы.

Задачей заявляемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание экологически чистого высокоэффективного почвомодификатора пролонгированного действия, который представляет собой сбалансированную систему органических компонентов, соединений макро- и микроэлементов, микроорганизмов, активных ферментов, витаминов и физиологически активных веществ для формирования плодородного слоя почвы с высокими агрофизическими и агрохимическими характеристиками.

Поставленная задача достигается тем, что в почвомодификатор на основе смеси низинного, переходного, верхового торфа и гумата калия (стимулятор) вводят готовый компост, полученный аэробной ферментацией смеси подстилочного навоза КРС, подстилочного птичьего помета и торфа, а также в качестве активатора процесса гумификации механоактивированную фракцию торфа с размером частиц 40-50 мкм, при следующем соотношении компонентов в готовом продукте:

- компост - 10-20%;

- механоактивированная фракция торфа - 1-2%;

- гумат калия - 1-2%;

- торф - органическая основа - остальное.

В качестве органической основы используют измельченную смесь верхового и низинного торфа влажностью не более 40%.

Инертная фаза диспергированного торфа с влажностью не более 40% выполняет роль ингибитора процесса минерализации почвомодификатора, не допуская быстрого «сгорания» компонентов и вымывания их из почвы, обеспечивая тем самым пролонгированное действие удобрения. Степень разложения торфа с влажностью 40% на 20-40% ниже, чем для торфа с влажностью 69-70% при прочих равных условиях.

Механоактивированная фракция торфа, введенная в состав заявляемого продукта, является своеобразным катализатором процессов разложения органического вещества с образованием гумуса. Известно, что интенсивное механическое воздействие приводит к изменению физико-химических свойств торфа и составляющих его высокомолекулярных соединений. Деформация составляющих торф веществ приводит к изменению межатомных и межмолекулярных связей, что сопровождается их ослаблением и в предельном случае вызывает механический разрыв химических связей и образование активных радикалов [Иванов А.А. Химические и структурные превращения органических компонентов торфов при механоактивации. Автореферат дис.канд.хим.наук, Томск, 2005, 23 с,]. Механоактивация торфа позволяет значительно увеличить выход растворимых фульвокислот и гуминовых кислот с одновременным повышением их реакционной способности.

Гуминовые кислоты с повышенной реакционной способностью эффективно связывают ионы тяжелых металлов, молекулы углеводородов нефти и нефтепродуктов, синтетических поверхностно-активных веществ, полиароматических и полихлорированных соединений и остаточных количеств пестицидов, солей и других естественных и синтетических экотоксикантов.

Компост, входящий в состав почвомодификатора, обогащен необходимыми макро- и микроэлементами и содержит сформировавшийся комплекс полезных микроорганизмов, активных ферментов и витаминов.

Гумат калия является известным стимулятором роста растений и компонентом, блокирующим токсическое воздействие ксенобиотиков и экотоксикантов на почвенную микрофлору.

Способ получения почвомодификатора заявленного состава включает предварительное получение компоста путем аэробной ферментации смеси подстилочного навоза КРС, подстилочного птичьего помета и торфа; смешивание готового компоста при комнатной температуре со смесью измельченного верхового и низинного торфа, повторное измельчение смеси до размера частиц 0,5-1 мм, просеивание через вибросито с отделением фракции более 1 мм, дополнительное введение в готовую смесь механоактивированной фракции торфа с размером частиц 40-50 мкм при перемешивании в течение 15-25 минут при комнатной температуре.

Использование ферментера позволяет сократить процесс производства удобрения с 6 месяцев (прототип) до 5-7 суток, избежать потерь полезных макро- и микрокомпонентов при компостировании, нейтрализовать патогенную микрофлору, яйца гельминтов, всхожеспособные семена сорных растений.

Комплексное воздействие гумата калия, компоста и механоактивированной фракции торфа на органическое вещество компостируемой массы, на микрофлору и токсиканты обеспечивает эффективное преобразование органического вещества в агрономически ценные продукты путем минерализации и гумификации. При этом процесс гумификации органического вещества протекает значительно интенсивнее, чем процесс его минерализации.

Полученный продукт характеризуется высоким содержанием гумуса, полезной микрофлоры, макро- и микроэлементов (см. табл.).

Изобретение в общем случае реализуется следующим образом. Предварительно готовят компост путем аэробной двухстадийной ферментации смеси подстилочного навоза и подстилочного птичьего помета с торфом с прерывающейся аэрацией воздухом снизу вверх, при этом первая стадия протекает в мезофильном режиме при 25-30°С, вторая - в термофильном при 65-80°С. Готовый компост в концентрации 10-20% смешивают с очищенным от механических примесей и измельченным торфом влажностью не более 40% (смесь низинного и верхового) и гуматом калия, взятыми в концентрациях 76-86% и 2% соответственно. Смешивание ведут при комнатной температуре в течение 12-25 мин.

После этого смесь измельчается в дробилке известным способом до размера частиц 0,5-1 мм и проходит через вибросито. Фракция с размером частиц более 1 мм направляется на повторное измельчение.

В полученную систему при помощи дозатора вводят механоактивированную фракцию торфа (размер частиц 40-50 мкм), полученную путем обработки торфа на центробежно-эллиптической мельнице с одновременным диспергированием. Ультрадисперсная фракция торфа должна составлять 2% от общей массы смеси. Компоненты тщательно перемешиваются при комнатной температуре в течение 12-25 мин.

Полученный почвомодификатор пролонгированного действия содержит в своем составе следующие компоненты:

- компост, полученный аэробной ферментацией смеси подстилочного навоза КРС, куриного помета и торфа, - 10-20%;

- механоактивированная фракция торфа с размером частиц 40-50 мкм - 1-2%;

- гумат калия - 1-2%;

- смесь измельченного низинного и верхового торфа влажностью не более 40% - остальное.

При необходимости в состав почвомодификатора пролонгированного действия вводят специальные добавки (минеральные соединения макро- и микроэлементов) для получения максимально обогащенного комплексного удобрения, которое оказывает быстродействующий эффект на развитие растений в определенные периоды вегетации (цветение, завязывание плодов и т.д.). Минеральные добавки вносят в смесь торфа с органическими компонентами после смешивания, измельчения и просеивания, но до ввода механоактивированной фракции.

Предлагаемое техническое решение является промышленно применимым. Для его реализации используется классическое несложное оборудование: смесители, дробилки, дозаторы, мельницы виброцентробежного типа, вибросита.

Применимость изобретения иллюстрируется следующим примером, не ограничивающим изобретение.

Пример

Субстрат, содержащий 19,5 кг подстилочного навоза КРС и 13 кг подстилочного птичьего помета, торф низинный - 16,25 кг, торф верховой - 16,25 кг, поступает в подготовительное отделение, где производится его измельчение при помощи дробилок и отделение посторонних включений. Затем в смесители производят перемешивание компонентов в течение 15-20 минут.

Полученная смесь с помощью транспортера направляется в ферментер. В ферментере протекает двухстадийный процесс ферментации. Первая стадия - воздействие аэробными микроорганизмами - мезофилами при температуре 20-40°С, вторая стадия - воздействие аэробными микроорганизмами - термофилами при температуре 40-80°С. Во время протекания всего процесса ферментации система периодически насыщается кислородом (аэрируется) путем продува воздухом снизу вверх.

Процесс компостирования продолжается в течение 4-6 суток, причем показателем его завершения является устойчивое снижение температуры смеси до 25-30°С. Влажность массы снижается с 76 до 54%.

Готовый компост 1,5 кг влажностью 54% смешивают с очищенным от механических примесей и измельченным торфом влажностью 38% (смесь низинного и верхового торфа в соотношении 1:1) и гуматом калия, взятыми в количестве 12,9 кг и 0,3 кг соответственно. Смешивание ведут при комнатной температуре в течение 20 мин.

После этого смесь измельчается в дробилке известным способом до размера частиц 0,5-1 мм и проходит через вибросито. Фракция с размером частиц более 1 мм направляется на повторное измельчение.

В полученную систему вводят механоактивированную фракцию торфа (размер частиц 40-50 мкм) в концентрации 0,3 кг, полученную путем обработки торфа на центробежно-эллиптической мельнице с одновременным диспергированием. Компоненты тщательно перемешиваются при комнатной температуре в течение 20 мин.

Готовый почвомодификатор пролонгированного действия характеризуется высоким содержанием макро- и микроэлементов и полезной микрофлоры (см. табл.).

Использование почвомодификатора пролонгированного действия позволяет значительно улучшить агрохимические, агрофизические показатели почв и повысить их биологическую активность. Вместе с тем почвомодификатор можно использовать в качестве высокоэффективного удобрения для выращивания овощных, зерновых, кормовых, цветочных и других культур в открытом и защищенном грунте, лесных насаждений, получения экологически чистой продукции растениеводства.

ТаблицаОсновные характеристики заявляемого продуктаНаименование показателяЕд. изм.Значение показателярН_солед.рН5,6Влажность%40,58Массовая доля гуминовых кислот%37,0Содержание азота в абс. сухом вещ-ве: аммонийный N-NH₄мг/кг1684,0нитратный N-NO₃мг/кг42,7Содержание фосфора (P₂O₅) в абс. сухом вещ-ве: общиймг/кг7103,0Подвижныймг/кг1997,0Содержание калия (K₂О) в абс. сухом вещ-ве: общиймг/кг5516,0Обменныймг/кг5126,0Содержание обменного кальция (Са) в абс. сухом вещ-вемг/кг10397,9Содержание обменного магния (Mg) в абс. сухом вещ-вемг/кг1074,0Содержание меди в абс. сухом вещ-вемг/кг3,42Содержание цинка в абс. сухом вещ-вемг/кг51,99Содержание кобальта в абс. сухом вещ-вемг/кг7,08Содержание марганца в абс. сухом вещ-вемг/кг162,3

Изобретение относится к сельскому и лесному хозяйству и может быть использовано для формирования плодородного слоя почвы с высоким содержанием гумуса, высокой ферментативной активностью и улучшенными агрохимическими и агрофизическими показателями, а также при озеленении населенных пунктов. Почвомодификатор пролонгированного действия содержит торф, стимулятор - гумат калия и дополнительно готовый компост, полученный аэробной ферментацией смеси подстилочного навоза КРС, подстилочного птичьего помета и торфа. В качестве активатора процесса гумификации почвомодификатор содержит механоактивированную фракцию торфа с размером частиц 40-50 мкм при следующем соотношении компонентов: компост 10-20%, механоактивированная фракция торфа 1-2%, гумат калия 1-2%, торф - остальное. Способ получения почвомодификатора включает предварительное получение компоста из подстилочного навоза КРС, подстилочного птичьего помета и торфа, смешивание готового компоста при комнатной температуре со смесью измельченного верхового и низинного торфа, повторное измельчение смеси до размера частиц 0,5-1 мм. После этого смесь просеивают через вибросито с отделением фракции более 1 мм, в готовую смесь дополнительно вводят механоактивированную фракцию торфа с размером частиц 40-50 мкм и перемешивают в течение 15-25 минут при комнатной температуре. Изобретение позволяет получить экологически чистый высокоэффективный почвомодификатор пролонгированного действия с высоким содержанием гумуса, полезной микрофлоры, макро- и микроэлементов. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Почвомодификатор пролонгированного действия, содержащий торф и стимулятор - гумат калия, отличающийся тем, что дополнительно содержит готовый компост, полученный аэробной ферментацией смеси подстилочного навоза КРС, подстилочного птичьего помета и торфа, а также в качестве активатора процесса гумификации механоактивированную фракцию торфа с размером частиц 40-50 мкм при следующем соотношении компонентов в готовом продукте, %:

компост10-20механоактивированная фракция торфа1-2гумат калия1-2торф - органическая основаостальное