ФОСФОРНОЕ УДОБРЕНИЕ Российский патент 2015 года по МПК C05F3/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к использованию отхода производства - золы биологических отходов, образующейся при термическом обезвреживании тел животных, птиц, рыб, не пригодной для употребления продукции животного происхождения в качестве удобрения, являющегося источником питания растений фосфором.

Известен ряд фосфорных удобрений: фосфоритная мука, преципитат, аммофос, простой и двойной суперфосфат (М.П. Петухов, Е.А. Панова, Н.Х. Дудина. Агрохимия и система удобрения. М.: Агропромиздат, 1985). Также известно применение в качестве фосфорного удобрения фосфата кремния (А.С. №1742275, C05B 13/06, опубл. 1992 г.).

Распространенным фосфорным удобрением является простой гранулированный суперфосфат, состоящий из свободной фосфорной кислоты и однозамещенных фосфатов кальция (Н.С. Авдонин. Применение гранулированного суперфосфата. М.: Сельхозгиз, 1950, с.117-119).

Суперфосфат - универсальное удобрение, применяется практически под все сельскохозяйственные культуры на всех типах почв, содержит фосфаты в водорастворимой форме. Однако при внесении его в почву водорастворимые фосфаты быстро связываются почвенно-поглощающим комплексом в малоподвижное состояние и постепенно переходят в труднодоступную для растений форму, особенно на кислых почвах, богатых полуторными окислами железа и алюминия. Вследствие этого на кислых почвах суперфосфат обладает ограниченным сроком действия.

В отличие от азота и других элементов питания, удобрения являются практически единственным источником пополнения запасов фосфора в почве. Между тем относительный рост потребления фосфорных удобрений меньше, чем других удобрений, что объясняется ограниченностью фосфатного сырья и их дороговизной. Из-за высокой стоимости суперфосфата в настоящее время поиск дешевых источников поступления фосфора является актуальной проблемой для сельскохозяйственного производства.

В настоящее время зола биологических отходов нигде не используется, не утилизируется и размещается на полигонах твердых бытовых отходов, загрязняя окружающую среду.

Дальнейшее использование отходов, обеспечивающее их возврат или повторное использование в производстве, остается одним из основных вопросов современности.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является калийно-фосфорное удобрение, состоящее из золы от термической обработки отходов животных (навоза, птичьего помета, с подстилкой и без подстилки) (GB 2272695 А, 25.05.1994, формула, п.1, описание, стр.10, строки 26-28).

Недостатком данного решения является то, что указанные отходы животноводства (навоз, птичий помет с подстилкой и без подстилки) используют в основном без термической обработки в качестве органических удобрений. Не имеет смысла проводить термическую обработку навоза и птичьего помета до зольного остатка, т.к. теряется основной элемент питания растений - азот. Не известно в каких формах и каком количестве в такой золе находится фосфор (водорастворимый, одно-двух-, трехзамещенные фосфаты). Исходя из химического состава навоза некоторых видов сельскохозяйственных животных и птицы (крупный рогатый скот, овцы, свиньи, куры, гуси) преобладающим зольным элементом питания растений является калий (М.П. Петухов, Е.А. Панова, Н.Х. Дудина. Агрохимия и система удобрения. М.: Агропромиздат, 1985, с.180).

Впервые изучена возможность использования золы биологических отходов (тел животных, птиц, рыб) в качестве фосфорного удобрения под сельскохозяйственные культуры.

Техническим результатом является изыскание дополнительных источников элементов питания растений, повышения плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур, утилизация отходов и охрана окружающей среды, а также повышение экономической эффективности сельскохозяйственного производства.

Сущность заявленного изобретения заключается в том, что в качестве фосфорного удобрения предлагается применять отходы производства - золу биологических отходов (тел животных, птиц, рыб), образующихся на предприятиях, осуществляющих термическое обезвреживание отходов, в том числе на мясокомбинатах, рыбоперерабатывающих комплексах и птицефабриках, имеющих собственное оборудование для термической утилизации. В проводимых нами испытаниях использовалась зола биологических отходов с ООО «Завод утилизации отходов «Экологическая система» и ОАО Птицефабрика «Калининская» Пермского края, имеющая следующий химический состав в % на воздушно-сухое вещество: СаО 19,1-31,9; Р₂O₅ 15,7-23,0; SiO₂ 10,1-22,5; К₂О 1,4-2,7; Na₂O 1,6-2,7; MgO 0,7-2,2; MnO₂ 0,01-0,1; Fe₂О₃ 0,4-5,3; Аl₂O₃ 0,3-1,4 и др. элементы.

Предлагаемая зола сочетает в себе разные по растворимости соединения фосфора: одно-, двух- и трехзамещенные фосфаты кальция, магния, железа и алюминия (табл.1).

Практически весь фосфор в золе находится в усвояемой для растений форме, содержание водорастворимой формы незначительное. По указанным показателям зола биологических отходов является пригодной для применения ее в качестве фосфорного удобрения.

Указанная зола представляет собой порошкообразную массу серого цвета, пригодную для механизированного внесения в почву.

Так как у прототипа (патент GB 2272695 А, 25.05.1994) не указаны химический состав, оценка его действия на показатели плодородия почвы, урожайность и качество сельскохозяйственных культур, сравнение заявленной золы биологических отходов проводилось с аналогами (суперфосфат простой гранулированный, фосфоритная мука).

Пример. Пригодность золы биологических отходов как фосфорного удобрения оценивалась в вегетационных опытах с ячменем, сорт Эколог (2010-2011 гг.), горохом, Губернатор (2010-2011 гг.) и полевом опыте с ячменем, сорт Сонет (2009-2011 гг.). Опыты проводили на дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почве с агрохимическими показателями, представленными в табл.2-3.

При проведении вегетационных опытов использовали сосуды Митчерлиха емкостью 6 кг воздушно-сухой почвы. Эффективность золы биологических отходов по сравнению с прототипом - суперфосфатом простым изучали на фоне NK: в вегетационных опытах в дозе по 0,15 г/кг абсолютно сухой почвы, в полевом - в дозах 30, 60 и 90 кг/га д.в. Минеральные удобрения вносили в форме аммонийной селитры (34,6% д.в.) и калия хлористого (60% д.в.). Техника закладки опытов и уход за растениями были общепринятыми. Повторность опытов четырехкратная. Схемы опытов предусматривали сравнительную оценку суперфосфата, фосфоритной муки и золы биологических отходов. Химические анализы растений и почвенных образцов проведены с использованием стандартных методик. Статистическая обработка результатов исследований проведена методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову (2011).

Результаты опытов, проведенные в одинаковых условиях, представлены в табл.4-6.

По данным полевого опыта суперфосфат во все годы исследований превосходил фосфоритную муку и золу. Такое действие форм фосфорных удобрений можно объяснить тем, что у ячменя по сравнению с другими зерновыми культурами значительно слабее развита корневая система и с более низкой усваивающей способностью. Это определяет высокие требования его к растворимости удобрений, и прежде всего фосфорных.

Зола существенно превосходила по своему действию фосфоритную муку в 2009 году, прибавка составила 0,21 т/га (1,99 и 1,78) при HCP₀₅=0,11 т/га. В 2010 г. она уступала фосфоритной муки, в 2011 г. действие этих форм было равноценным. В среднем за три года существенных различий по влиянию этих форм на урожайность ячменя не выявлено. В варианте с золой урожайность составила 3,24 т/га, в варианте с фосмукой - 3,21 т/га.

При использовании золы наибольшая урожайность 3,29 т/га получена при внесении 30 кг/га д.в., дозы 60 и 90 кг/га не имели преимущества. При внесении суперфосфата и фосмуки с повышением дозы фосфора отмечалась тенденция к увеличению урожайности зерна ячменя, но статистически это не было доказано.

Результаты вегетационного опыта с ячменем Эколог показали (табл.5), что в условиях 2010 г. среди испытываемых форм фосфорных удобрений наибольшая урожайность зерна получена при использовании суперфосфата. В 2011 г. зола по своему действию превосходила суперфосфат и фосфоритную муку. Прибавка по отношению к суперфосфату составила 0,9 г (3,0 и 2,1), к фосмуке - 0,6 (3,0 и 2,4) г на сосуд. В среднем за два года зола по своему действию не уступает суперфосфату и существенно превосходит фосфоритную муку.

Прибавка урожайности при применении суперфосфата и золы обеспечена повышением числа зерен на растении и массой зерна с растения в сравнении с фосмукой. Это подтверждается математической статистикой. Урожайность ячменя имеет прямую сильную корреляционную связь с массой зерна с колоса (r=0,80±0,11) и с массой 1000 зерен (r=0,86±0,09).

В вегетационном опыте с горохом в 2010 г. зола по своему действию уступала суперфосфату, превосходила фосфоритную муку, а в 2011 г. по эффективности превосходила обе формы удобрений. Прибавки составили: по сравнению с суперфосфатом - 0,7 (3,1 и 2,4) г/сосуд, а по сравнению с фосфоритной мукой - 1,1 (3,1 и 2,0) г/сосуд.

Данные испытания показали, что заявляемое удобрение (зола биологических отходов (тел животных, птиц, рыб) является достаточно эффективным фосфорным удобрением, не уступает обычным фосфорным удобрениям.

Внесение золы биологических отходов в дозах от 30 до 90 кг/га д.в. в экологических аспектах является безопасным приемом (табл.7-8). По результатам исследований содержание тяжелых металлов как в почве, так и в растительной продукции значительно ниже установленных предельно допустимых концентраций (ПДК). Исследованиями установлено, что степень воздействия на устойчивость микробного сообщества дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы при внесении золы биологических отходов в сравнении с суперфосфатом ниже, что может быть ее преимуществом при использовании.

Экономический эффект с 1 га пашни от использования золы биологических отходов в среднем за 3 года (2009-2011 гг.) составлял 5468 рублей против 1383 рублей от суперфосфата. Уровень рентабельности от внесения золы в 5 раз выше, чем при внесении суперфосфата.

Помимо этого дальнейшее использование золы биологических отходов имеет большое экологическое значение, способствует снижению воздействия отходов на природную окружающую среду.

Таблица 1 Год P₂O₅, % Общий Водорастворимый Лимоннорастворимый Усвояемый 2009 23,0 0,2 22,3 22,5 2010 16,8 0,1 16,6 16,7 2011 15,7 0,1 15,3 15,4

Таблица 2 Агрохимическая характеристика дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы полевого опыта Год Гумус, % мг-экв/100 г почвы V, % pH_KCl мг/кг почвы Нг S ЕКО N-NH₄ N-NO₃ P₂O₅ K₂O 2009 2,3 3,6-4,2 15,2-16,6 18,9- 20,7 79- 82 4,7-5,1 38-50 5-9 76-96 84-110 2010 2,1 4,8-5,0 26,2-28,6 31-33,6 84-85 4,7-4,9 29-48 15-24 61-111 104-177 2011 2,7 2,1-2,4 25,6- 27,8 28,1-29,8 91-93 4,7-5,2 16-23 68-99 87-108 185-235

Таблица 3 Агрохимическая характеристика дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы вегетационных опытов Год Гумус, % мг-экв/100 г почвы V,% pH_KCl мг/кг почвы Нг S ЕКО N-NH₄ N-NO₃ P₂O₅ К₂О 2009 2,3 2,7 19,3 22,0 87,7 5,0 42 35 112 130 2010 2,1 6,6 18,6 25,2 73,8 4,6 32 11 82 136 2011 2,4 1,6 19,8 21,4 92,5 5,2 17 124 74 150

Таблица 4 Действие форм и доз фосфорных удобрений на урожайность зерна ячменя Сонет, т/га Форма фосфорного удобрения Годы 2009 2010 2011 2009-2011 Доза фосфора,
кг/га д.в. Средняя Доза фосфора,
кг/га д.в. Средняя Доза фосфора,
кг/га д.в. (B) Средняя Доза фосфора,
кг/га д.в. (B) Средняя 30 60 90   30 60 90   30 60 90   30 60 90   Суперфосфат гранулированный 1,78 2,17 2,07 2,00 2,01 2,27 2,53 2,27 6,24 6,61 6,77 6,54 3,34 3,68 3,79 3,60 Зола 1,98 2,14 1,86 1,99 1,88 1,88 1,59 1,78 6,00 5,54 6,30 5,95 3,29 3,19 3,25 3,24 Фосфоритная мука 1,66 1,79 1,89 1,78 1,83 2,12 1,92 1,96 5,70 5,84 6,11 5,88 3,06 3,25 3,31 3,21 Средняя 1,81 2,03 1,94   1,91 2,09 2,01   5,98 6,00 6,39   3,23 3,37 3,45   НСР_0,05 Для формы удобрения 0,11       0,07       0,25       0,12 НСР_0,05 для дозы фосфора F_ф<F_т       F_ф<F_т       F_ф<F_т       F_ф<F_т НСР_0,05 Для частных различий формы удобрения 0,19       0,12       0,43       0,21 НСР_0,05 Для частных различий дозы фосфора F_ф<F_т       F_ф<F_т       F_ф<Р_n       F_ф<F_т

Таблица 5 Влияние форм фосфорных удобрений на урожайность зерна ячменя Эколог (вегетационный опыт), г/сосуд Вариант 2010 г. 2011 г. Средняя за 2010-2011 гг. Урожайность Прибавка Урожайность Прибавка Урожайность Прибавка (NK)_0,1(контроль) 12,5 - 17,0 - 14,8 - (NK)_0,1+P_сг0,15+Mg_{экв.золе} 15,8 3,3 19,1 2,1 17,4 2,6 (NK)_0,1+Р_{зола 0,15} 14,5 2,0 20,0 3,0 17,2 2,4 (NK)_0,1+P<b_0,15+Mg_{экв.золе} 14,0 1,5 19,4 2,4 16,7 1,9 HCP_0,05 0,5   0,6   0,4  

Таблица 6 Влияние фосфорных удобрений на урожайность зерна гороха Губернатор (вегетационный опыт), г/сосуд Вариант 2010 г. 2011 г. Средняя за 2010-2011 гг. Урожайность Прибавка Урожайность Прибавка Урожайность Прибавка (NK)_0,1(контроль) 18,3 - 16,6 - 17,5 - (NK)_0,1+P_сг0,15+Mg_{экв.золе} 24,6 6,0 19,0 2,4 21,8 4,3 (NK)_0,1+Р_{зола 0,15} 21,3 3,0 19,7 3,1 20,5 3,0 (NK)_0,1+P<b_0,15+Mg_{экв.золе} 21,8 3,5 18,6 2,0 20,2 2,7 HCP_0,05 2,1   0,7   0,9  

Таблица 7 Содержание подвижных форм тяжелых металлов в дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почве после уборки ячменя, мг/кг (среднее 2009-2010 гг.) Вариант опыта Cd Pb As Zn Ni Cu V Cr Без удобрений 0,06 0,24 0,43 2,28 1,38 0,33 0,05 0,51 P_зола30 0,07 0,19 0,44 2,52 1,27 0,32 0,05 0,45 Р_зола90 0,06 0,30 0,33 2,34 1,56 0,37 0,06 0,52 ПДК¹ - 6,0 - 23,0 4,0 3,0 - 6,0 ¹ Согласно ГН 2.1.7.2041-06.

Таблица 8 Содержание тяжелых металлов в зерне ячменя, мг/кг сухого вещества Вариант опыта Cd Pb Hg As Р_зола90 (2009 г) 0,13+0,05¹ 0,08 0,032+0,005 <0,25 Р_зола90 (2010 г) 0,11+0,04 0,10+0,05 0,027+0,004 <0,25 Р_зола90 (2011 г) 0,009±0,006 0,07 0,011±0,002 <0,25 ПДК 0,3 5,0 0,1 0,5 ¹ Здесь и далее доверительный интервал.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Фосфорное удобрение состоит из золы, получаемой путем термической обработки биологических отходов, причем биологические отходы состоят из тел животных, птиц, рыб, образующихся на предприятиях, осуществляющих производство и переработку мясной, птицеводческой и рыбной продукции, имеющей следующий химический состав, в процентах на воздушно-сухое вещество: СаО 19,1-31,9, P₂O₅ 15,7-23,0, SiO₂ 10,1-22,5, К₂О 1,4-2,7, Na₂O 1,6-2,7, MgO 0,7-2,2, MnO₂ 0,01-0,1, Fe₂О₃ 0,4-5,3, Аl₂О₃ 0,3-1,4. Изобретение позволяет повысить плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур, утилизировать отходы, а также повысить экономическую эффективность сельскохозяйственного производства. 8 табл., 1 пр.

Фосфорное удобрение, состоящее из золы, получаемой путем термической обработки биологических отходов, отличающееся тем, что биологические отходы состоят из тел животных, птиц, рыб, образующихся на предприятиях, осуществляющих производство и переработку мясной, птицеводческой и рыбной продукции, имеющей следующий химический состав, в процентах на воздушно-сухое вещество: СаО 19,1-31,9; P₂O₅ 15,7-23,0; SiO₂ 10,1-22,5; К₂О 1,4-2,7; Na₂O 1,6-2,7; MgO 0,7-2,2; MnO₂ 0,01-0,1; Fe₂О₃ 0,4-5,3; Аl₂О₃ 0,3-1,4.