МНОГОКОМПОНЕНТНОЕ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОЕ УДОБРЕНИЕ Российский патент 2015 года по МПК C05F7/00 

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к производству удобрений с целью повышения плодородия и экологической устойчивости почв, получения экологически чистой сельскохозяйственной продукции.

Известны смеси, содержащие торф (иногда вместе с органическими отходами), обогащенный питательными элементами, поскольку сам торф содержит очень незначительное количество элементов питания и микроэлементов, поэтому все компоненты необходимо вносить в смесь при приготовлении. Кроме того, торф для удобрительной смеси должен иметь определенную влажность и кислотность. Все это препятствует широкому использованию этих смесей.

Известно гранулированное удобрение на основе торфа (пат. РФ №2121489, МПК C10F 7/00, C05F 11/00, 1998 г.). Кроме торфа оно содержит минеральные удобрения и природный цеолит для обеспечения устойчивости питательных элементов к вымыванию.

Недостатком этого удобрения является практически полное отсутствие жизненно необходимых растениям микроэлементов и кальция, который обеспечивает регулирование кислотно-щелочного состояния почвы. Все это не позволяет повысить плодородие деградированных и малопродуктивных почв и не стимулирует гумусообразование.

Известно удобрение-мелиорант «Нара-2» (пат. РФ №2115641, МПК C05F 7/00, 1998 г. ), представляющее собой смесь торфа и сапропеля, цеолитового туфа, известковой муки и хитина или хитозана. Оно проявляет высокий мелиорирующий эффект и обладает повышенной сорбционной активностью к тяжелым металлам и радионуклидам.

Недостатками известного удобрения являются малое содержание азота, фосфора и калия, что не обеспечивает повышения урожайности на обедненных почвах. Кроме того, прочный органоминеральный комплекс сапропеля препятствует высвобождению гуминовых веществ, что также снижает эффективность удобрения.

Известны органоминеральные удобрения, которые обладают преимуществами как минеральных, так и органических удобрений. Органическая часть способствует накоплению (или сохранению, компенсации потерь) гумуса, улучшает структуру почвы, обеспечивает развитие почвенных микроорганизмов, а минеральная составляющая восполняет потери в элементах питания и также способствует структурированию почвы.

Известно гранулированное комплексное удобрение, полученное путем смешивания и гранулирования суглинка, керамзита, каолинита, фосфогипса, аэросила с добавками торфа и природного цеолита в качестве сорбентов азота и фосфора в количестве 3,0-3,5 мас. % (Авт. свид. СССР № 1302646, МПК C05G 5/00, 1985).

Недостатками полученного таким образом удобрения являются существенная сложность технологического процесса, сложный компонентный состав, малое содержание органики и элементов питания для растений.

Наиболее близкой предлагаемому является удобрительно-мелиорирующая смесь (УМС), включающая карбонатный сапропель, торф и минеральную составляющую, получаемая компостированием с применением ЭМ-культуры почвенных микроорганизмов (пат. РФ №2286321, МПК C05F 7/00, 2006 г. ). Однако процесс этот длительный, требующий строгого соблюдения условий, микробные препараты очень чувствительны и не всегда соответствуют заявленным свойствам. Поэтому их применение не всегда дает ожидаемый эффект активизации процессов трансформации органического вещества сапропеля в почве в доступную для растений форму, что необходимо при наличии нерастворимых озерных осадков, содержащих более 50% органического вещества в виде прочных органоминеральных комплексов.

Устранить указанные недостатки позволяет предлагаемое многокомпонентное органоминеральное удобрение, включающее карбонатный сапропель, торф и минеральные удобрения, которое дополнительно содержит аморфный кремнезем в виде коллоидного диоксида кремния при следующем соотношении компонентов, мас. %:

карбонатный сапропель - 60,

торф - 30.

минеральные удобрения (NPK) - 5,

коллоидный диоксид кремния - 5.

Для расширенного воспроизводства почвенного плодородия требуется система целенаправленных воздействий, способствующих гумусообразованию и устойчивому накоплению гумуса как источника потенциальной энергии и носителя информации. Увеличение запаса органического вещества в почве повышает ее потенциальную энергию, внесение коллоидной фракции сапропеля улучшает структуру почвы за счет создания прочных органоминеральных комплексов гуминовых веществ. Коллоидные комплексы закрепляют питательные элементы (NPK) на поверхности коллоидных частиц в плодородном слое почвы и препятствуют их потере.

Активными центрами для формирования органоминеральных комплексов гумусовых веществ являются атомы поливалентных элементов в составе функциональных групп кремнийорганических соединений в состоянии коллоидных минеральных и органоминеральных мицелл сапропеля и аморфного кремнезема. Высокое содержание извести в карбонатном сапропеле формирует особо устойчивую буферную систему - гуминовые вещества (ГВ)-CaCO₃, что обеспечивает повышение устойчивости почвы к подкислению и подщелачиванию, снижение гидролитической кислотности, увеличение емкости катионного обмена. Это определяет длительность действия нового органоминерального удобрения в почве до 10 и более лет. Наличие достаточно высокой сорбционной емкости карбонатного сапропеля обеспечивает сорбцию тяжелых металлов, гербицидов и инсектицидов. Внесение аморфного кремнезема в виде коллоидного диоксида кремния эффективно снижает транслокационный коэффициент тяжелых металлов за счет увеличения количества и расширения состава активных центров сорбции. Для органических соединений - это d элементы - кальций, кремний. В карбонатном сапропеле высокое содержание кальция в составе органоминеральных комплексов гуминовых веществ и в виде минеральных солей, преимущественно карбонатов. Содержание кремния в виде аморфного кремнезема в сапропеле невысоко, поэтому в состав многокомпонентного органоминерального удобрения вносится аморфный кремний в виде коллоидного диоксида кремния (аэросила). Четырехвалентный кремний аналогичен по строению основному элементу-органогену - углероду, однако больший радиус атома определяет его большую поляризацию и способствует образованию менее прочных связей, поэтому соединения, имеющие в своем составе кремний, более активны и легче трансформируются под воздействием реагентов. Основная проблема - сохранить аморфную структуру с большой поверхностной энергией и высоким содержанием активных центров в виде атомов кремния со свободными валентностями. Эта проблема решается путем формирования кремнийорганических структур за счет органического вещества сапропеля и торфа и аморфного кремнезема. Роль соединений кремния велика как в почве, где они способствуют структурообразованию за счет органоминеральных комплексов, так и для растений - кремний укрепляет стенки эпидермиса. Кристаллический кремнезем недоступен растениям и малоактивен в почве. Аморфный кремнезем в силу большого количества активных центров и, как следствие, более высокой поверхностной энергии может более активно взаимодействовать с кислотными центрами органических соединений почвы и сапропеля, к которым относятся карбоксильные группы, фенольные гидроксилы и, возможно, сульфониевые группы фульвокислот, гуминовых кислот и других органических соединений.

Примеры взаимодействий:

1. аморфный кремнезем и кислотные центры - карбоксильные группы фульво- и гуминовых кислот

2. аморфный кремнезем и фенольные гидроксилы фульво- и гуминовых кислот

3. аморфный кремнезем и сульфоновые кислоты органических веществ

На следующем этапе кремнийсодержащая функциональная группа в качестве электрофильного субстрата взаимодействует с другими кислородсодержащими нуклеофильными реагентами органических соединений с замещением гидроксильной группы на алкоксильную. Так, соединение, которое является результатом взаимодействия аморфного кремнезема с полифенолами, имеет следующее строение:

Таким образом, торфо-сапропелевые смеси, содержащие большое количество органического вещества, а следовательно, органических кислот (карбоксильных групп и фенольных гидроксилов) переводят соединения кремния в более активную и доступную для растений форму, а на кремнийорганических функциональных группах в силу поливалентности данного элемента образуются активные центры для формирования почвенных органоминеральных комплексов, являющихся основой почвенного гумуса.

Многокомпонентное органоминеральное удобрение «Сапросил» получают следующим образом:

К предварительно промороженному влажному карбонатному сапропелю (влажность 50-60%) добавляют гидроперит в соотношении 100:1 на воздушно-сухое вещество. При перемешивании компонентов смеси гидроперит во влажной среде постепенно превращается в перекись водорода, что приводит к частичному разрушению органоминерального комплекса сапропеля и высвобождению гуминовых веществ. Сапропель выдерживают 2-3 дня. На следующем этапе в сапропель добавляют аэросил марки А-300 (аморфный кремнезем в виде коллоидного диоксида кремния). При этом происходит взаимодействие предварительно высвобожденных гуминовых кислот с кремниевыми соединениями, они постепенно растворяют кремнезем, образуя химически устойчивые растворимые кремнийорганические производные, доступные растениям. Компоненты смеси тщательно перемешивают. Смесь выдерживают 2-3 дня для восстановления состояния динамического равновесия всех химических процессов. На следующем этапе производят смешивание сапропелево-кремниевой смеси с торфом в соотношении 1:1 по объему и минеральными удобрениями. Производят тщательное перемешивание для обеспечения однородности полученного многокомпонентного органоминерального удобрения «Сапросил».

Соотношение компонентов в полученном удобрении определено следующим: нижний предел сапропеля и торфа, т.е. органики в удобрении, не должен быть меньше 40%, а поскольку предлагаемое удобрение пролонгированного действия, то предпочтение отдается сапропелю, так как торф - практически инертная, быстро сгорающая органика. Снижение содержания коллоидного диоксида кремния и минеральных удобрений ниже нижнего предела значительно ухудшает качество растений, крепость и стойкость их стеблей. Увеличение содержания компонентов выше верхнего предела при увеличении стоимости удобрения уже не дает сколь-нибудь значимых результатов.

Исследования эффективности нового многокомпонентного органоминерального удобрения проводились в вегетационном опыте на сосудах на культуре яровой ячмень.

Были изучены следующие варианты: контроль (почва чистая); внесение минеральных удобрений из расчета 210 кг д.в./га, торфо-сапропелевой смеси из расчета 5 т/га и многокомпонентного органоминерального удобрения «САПРОСИЛ» из расчета 5 т/га. Ячмень выращивался до кущения. Результаты опыта приведены в таблице.

Из таблицы видно, что при внесении «САПРОСИЛА» наблюдается синергетический эффект. Прибавка зеленой массы от минеральных удобрений составляет 16%, от торфо-сапропелевой смеси 16% из-за большого объема инертной массы, а от внесении «САПРОСИЛА» 44%.

Многокомпонентное органоминеральное удобрение «САПРОСИЛ» было также внесено на участке Тинки-2 ОПХ Полково Рязанского района Рязанской области в количестве 5 т/га под яровой ячмень. Урожайность зеленой массы составила 21,1 т/га, на контроле 15,4 т/га, а при внесении 10 т/га чистого сапропеля 17 т/га.

Таким образом, предлагаемое многокомпонентное органоминеральное удобрение «Сапросил» обеспечивает целенаправленное формирование и активизацию почвенных процессов гумусообразования, снижение барьера для трансформации гуминовых веществ сапропеля в гумус почвы, способствует повышению урожайности за счет внесения элементов питания и биологически активных соединений, обеспечивает высокую водоудерживающую способность в почве, является мелиорантом длительного действия, улучшает состояние почвы путем сорбции загрязняющих веществ, что обеспечивает повышение урожайности и получение экологически чистой продукции.

Многокомпонентное органоминеральное удобрение включает карбонатный сапропель, торф, минеральные удобрения и аморфный кремнезем в виде коллоидного диоксида кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%: карбонатный сапропель - 60, торф - 30, минеральные удобрения (NPK) - 5, коллоидный диоксид кремния - 5. Изобретение обеспечивает повышение плодородия и экологической устойчивости почв, способствует повышению урожайности. 1 табл.

Многокомпонентное органоминеральное удобрение, включающее карбонатный сапропель, торф и минеральные удобрения, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит аморфный кремнезем в виде коллоидного диоксида кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%:
карбонатный сапропель - 60;
торф - 30;
минеральные удобрения (NPK) - 5;
коллоидный диоксид кремния - 5.