СПОСОБ БОРЬБЫ С ЭРОЗИЕЙ ПОЧВ Российский патент 2015 года по МПК C05F11/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к сельскому хозяйству, а в частности - к способу борьбы с эрозией почв.

Уровень техники

Известны способы борьбы с эрозией почв, основанные на применении различных полимерных материалов, которые наносятся на поверхность почв и скрепляют почвенные частицы, что приводит к уменьшению смыва почв за счет улучшения водно-физических свойств (см., например, заявку РСТ № WO 2014/029029, опубл. 27.02.2014). Недостатком таких способов является их неэкологичность в связи с тем, что применение различных полимерных материалов - отходов химической промышленности приводит к появлению продуктов разложения полимерных материалов, которые могут быть токсичными и слабо разлагаться в почвах. Кроме того, эти способы достаточно дороги в связи с высокой стоимостью полимеров.

Известны также способы борьбы с эрозией почв с использованием биополимеров растительного происхождения (см., например, заявку Кореи №2012/0115656, опубл. 19.10.2012). Недостатком этого способа является его большая трудоемкость, поскольку почву с нанесенным биогелем необходимо затем рыхлить и перемешивать в течение нескольких недель. Однако использование биогеля, получаемого из природных растительных материалов, в частности из торфа, представляется перспективным с экологической точки зрения.

Существуют различные способы переработки торфа для получения гумусосодержащих веществ, используемых, в том числе, для борьбы с эрозией почв. Обычно торф (в чистом виде или в смеси с другими веществами) подвергают обработке, которая состоит в диспергации ультразвуком при воздействии кислотой (см., например, патент РФ №2058279, опубл. 20.04.1996) или щелочью (см., например, патент на полезную модель Украины №37422, опубл. 25.11.2008). Недостаток этих способов заключается в использовании кислот или щелочей, которые частично разрушают обрабатываемые материалы и требуют последующей нейтрализации.

В патенте РФ №2428404, опубл. 10.09.2011, который выбран в качестве ближайшего аналога описан биокатализатор, используемый для ремедиации почвенных структур. В этом способе торф смешивают с добавками и гомогенизируют в кавитаторе, а полученный гель наносят на почву. Недостатком данного способа является сложный и относительно дорогостоящий состав применяемых добавок. Кроме того, результирующий выход гуминовых веществ недостаточен, т.е. эффективность получаемого геля невысока.

Раскрытие изобретения

Таким образом, существует необходимость в разработке такого способа борьбы с эрозией почв, который был бы проще и эффективнее, нежели ближайший аналог.

Для достижения этого технического результата в настоящем изобретении предложен способ борьбы с эрозией почв, содержащий этапы, на которых заранее получают биогель, представляющий собой водоторфяной гель с размерами частиц торфа не более 40-60 нм, диспергированного с помощью ультразвуковой кавитации в водной среде при высоком статическом давлении; опрыскивают поверхность почвы после ее сельскохозяйственной обработки 10-30%-ным раствором полученного биогеля из расчета от 50 до 200 кг биогеля на один гектар.

Особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что сельскохозяйственная обработка может быть весенней вспашкой, тогда опрыскивание осуществляют 10-20%-ным раствором биогеля из расчета 50-70 кг биогеля на один гектар.

При этом вслед за вспашкой могут осуществлять посев пропашных сельскохозяйственных культур.

Другая особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что сельскохозяйственная обработка может быть осенней вспашкой, тогда опрыскивание осуществляют 20-30%-ным раствором биогеля из расчета 100-200 кг биогеля на один гектар.

Подробное описание вариантов осуществления

В способе борьбы с эрозией почв по настоящему изобретению используют заранее полученный биогель, представляющий собой водотор-фяной гель с размерами частиц торфа не более 40-60 нм, диспергированного с помощью ультразвуковой кавитации в водной среде при высоком статическом давлении. Такая диспергация может осуществляться, например, в соответствии с заявкой №2013130206 от 03.07.2013, где используют следующие этапы:

- загружают в диспергационную камеру торф влажностью 60-80% в смеси с водой при соотношении торфа к воде в пределах от 1:1,5 до 1:3,5;

- герметизируют упомянутую диспергационную камеру;

- подают в герметизированную диспергационную камеру статическое давление 5-7 атм;

- обрабатывают содержимое упомянутой диспергационной камеры ультразвуковыми колебаниями с плотностью озвучивания не менее 50 Вт/см², обеспечивающими в течение заранее заданного времени звуковое давление на упомянутую смесь торфа с водой, превышающее упомянутое статическое давление в 2-3 раза.

Из полученного биогеля готовят 10-30%-ный водный раствор, которым опрыскивают поверхность почвы после ее сельскохозяйственной обработки, причем используют от 50 до 200 кг полученного биогеля на один гектар. Эти пределы могут изменяться в зависимости от того, какая именно сельскохозяйственная обработка выполняется. Если это весенняя вспашка, то опрыскивание осуществляют 10-20%-ным раствором биогеля из расчета 50-70 кг биогеля на один гектар. Вслед за вспашкой и обработкой биогелем можно сеять пропашные сельскохозяйственные культуры. Если же эта обработка является осенней вспашкой, то опрыскивание осуществляют 20-30%-ным раствором биогеля из расчета 100-200 кг биогеля на один гектар.

Указанное различие в виде сельскохозяйственной обработки и указанных пределов вызвано тем, что в первом случае (весенняя вспашка) главную опасность с точки зрения почвенной эрозии представляет смыв почвы из-за стока талых вод, а во втором случае (осенняя вспашка) - сток от ливневой эрозии.

При применении биогеля (торфогеля) с указанными размерами частиц (40-60 нм) установлено его действие на физические свойства почв и водоудерживающую способность почвы. При проведении лабораторного опыта в контейнер, куда поместили 1,5 кг серой лесной почвы, добавили 100 мл полученного биогеля, и через каждые 5 дней контролировали влажность почвы при одинаковом уровне полива: ежедневно в каждый контейнер добавляли по 50 мл воды. То есть уровень полива исходно был недостаточным для моделирования условий засухи. При одинаковой влажности в начале эксперимента (25%), через 20 дней недостаточного полива влажность почвы отличалась на 5% (14% на контроле и 19% при применении биогеля). Это свидетельствует о способности биогеля удерживать воду.

Внесение биогеля оказывает влияние не только на водоудерживающую способность почв, но и на эрозионные показатели почв в полевых условиях (Таблица 1).

Противоэрозионная устойчивость изучалась в полевом опыте, в котором изучались 2 дозы биогеля - 100 кг/га и 200 кг/га.

Действие торфогеля на почвенную структуру оценивалось по таким классическим в почвоведении показателям противоэрозионной устойчивости, как смываемость почвы R и обратная величина 1/R [Швебс Г.И. Формирование водной эрозии стока наносов и их оценка. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 182 с.]. Как следует из Таблицы 1, под действием внесенного биогеля уменьшается сток и смыв мелкозема с поверхности почвы, а при внесении дозы биогеля 200 г/м смыв полностью прекращается.

Таблица 1 Изменение эрозионных показателей почвы под влиянием внесения биогеля при дождевании Вариант Эрозионные показатели почв Мутность, г/л Интенсивность стока, мм в мин Смыв почвы, г/сек с 1 м² (R) Эрозионная устойчивость (1/R) Контроль 14,9 2,5 0,85 1,14 Биогель 100 кг/га 10,2 0,85 0,12 8,06 Биогель 200 кг/га 5,3 0,42 Смыв отсутствует

Положительная зависимость от применения торфогеля прослеживалась в полевых опытах по изучению водопрочности почвенных агрегатов в опыте с ячменем, который был заложен на серых лесных почвах в августе 2013 года, а последействие применения торфогеля изучалось также в мае 2014 года (Таблица 2). Биогель применялся в дозе 100 кг/га.

Таблица 2 Изменение водопрочности почвенных агрегатов под действием биогеля Вариант Действие (2013 г) Последействие (2014 г) Сумма водопрочных агрегатов более 1 мм, % Сумма водопрочных агрегатов более 0,25 мм, % d, мм Сумма водопрочных агрегатов более 1 мм, % Сумма водопрочных агрегатов более 0,25 мм, % d, мм Контроль 28,0 73,1 1,24 28,4 72,3 1,20 Биогель 39.4 78,5 2,14 34,3 75,2 2,0 d, мм - средний диаметр водопрочных агрегатов

Применение биогеля также положительно сказывается на таком важном показателе, как водопроницаемость. В Таблице 3 представлены результаты определения водопроницаемости почв методом малых заливаемых площадок (метод рам) [Шеин Е.В. Курс физики почв: Учебник. - М.: изд-во МГУ, 2005. - 432 с.] после применения биогеля.

Таблица 3. Продолжительность действия торфогеля на водопроницаемость серой лесной почвы, мм в мин Вариант Продолжительность, месяцы 1 2 8 10 11 Контроль 8,0 7,3 7,0 6,7 7,1 Биогель 12,7 11,5 10,4 9,5 9,3

Таким образом, способ борьбы с эрозией почв по настоящему изобретению обеспечивает весьма эффективное предотвращение смыва почвы и является существенно более простым, поскольку не требует использования сложной исходной смеси.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ борьбы с эрозией почв содержит этапы, на которых заранее получают биогель, представляющий собой водоторфяной гель с размерами частиц торфа не более 40-60 нм, диспергированного с помощью ультразвуковой кавитации в водной среде при высоком статическом давлении, опрыскивают поверхность почвы после ее сельскохозяйственной обработки 10-30%-ным раствором полученного биогеля из расчета от 50 до 200 кг биогеля на один гектар. Изобретение позволяет эффективно предотвратить смыв почвы. 3 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ борьбы с эрозией почв, содержащий этапы, на которых:
- заранее получают биогель, представляющий собой водоторфяной гель с размерами частиц торфа не более 40-60 нм, диспергированного с помощью ультразвуковой кавитации в водной среде при высоком статическом давлении;
- опрыскивают поверхность почвы после ее сельскохозяйственной обработки 10-30%-ным раствором полученного биогеля из расчета от 50 до 200 кг биогеля на один гектар.

2. Способ по п. 1, в котором упомянутая сельскохозяйственная обработка является весенней вспашкой, а упомянутое опрыскивание осуществляют 10-20%-ным раствором упомянутого биогеля из расчета 50-70 кг биогеля на один гектар.

3. Способ по п. 2, в котором вслед за упомянутой вспашкой осуществляют посев пропашных сельскохозяйственных культур.

4. Способ по п. 1, в котором упомянутая сельскохозяйственная обработка является осенней вспашкой, а упомянутое опрыскивание осуществляют 20-30%-ным раствором упомянутого биогеля из расчета 100-200 кг биогеля на один гектар.