СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ СТРУКТУРЫ ПОЧВЫ Российский патент 2017 года по МПК C09K17/00 B82B1/00 

Изобретение относится к области подготовки почвенных покровов для выращивания различных сельскохозяйственных культур и может быть использовано в сельском хозяйстве.

Известен способ улучшения структуры почвы посредством предварительного нанесения на ее поверхность структуроформирующей добавки - оксиэтилированного полиоксиэтиленгликоля, вспашки, боронования и культивации [1]. Недостатком известного способа является относительно низкая доля тех частиц почвы, которые вносят решающий вклад в ее плодородие, а именно с размером (0.25-10.0) мм, а также низкий коэффициент структурности. Кроме того, фигурирующий в нем органический препарат может не полностью перерабатываться в почве со временем и накапливаться в ней, создавая при этом нежелательные для выращивания сельскохозяйственных культур последствия.

Известен также способ улучшения структуры почвы предварительного нанесения на ее поверхность структуроформирующей добавки - бентонита, вспашки, боронования и культивации [2]. Недостатком данного способа, который по совокупности операций и достигаемому при его использовании техническому эффекту является наиболее близким к заявляемому авторами объекту и потому взят авторами за прототип, также является относительно низкая доля тех частиц почвы, которые вносят решающий вклад в ее плодородие, а именно с размером (0.25-10.0) мм, а также сравнительно низкие коэффициенты структурности и водопрочности.

Цель настоящего изобретения - увеличение доли тех частиц почвы, которые вносят решающий вклад в ее плодородие, а именно с размером (0.25-10.0) мм, а также повышение коэффициентов структурности и водопрочности.

Декларируемая цель достигается тем, что в известном способе улучшения структуры почвы посредством предварительного нанесения на ее поверхность структуроформирующей добавки, вспашки, боронования и культивации [2], в качестве структуроформирующей добавки используют нанобентонит, который наносят на поверхность почвы в количестве (15.0-25.0) кг на 1 га посевной площади. В результате использования заявляемого авторами способа доля частиц, обеспечивающих плодородие почвы, возрастает на 20-25%, коэффициент структурности - на 40-50%, коэффициент водопрочности - почти вдвое по сравнению с таковыми для способа-прототипа [2].

До настоящего времени в литературе не был описан какой-либо способ улучшения структуры почвы, в котором в качестве структуроформирующей добавки использовался бы нанобентонит или иной природный минерал с наноструктурным уровнем организации вещества. Данное обстоятельство позволяет авторам утверждать, что заявляемый объект соответствует первому из установленных законодательством РФ критериальных признаков изобретения - новизна. Сопоставление известных признаков способа-прототипа [2] и отличительных признаков, характеризующих заявляемый авторами объект (замена используемой в прототипе структуроформирующей добавки - природного бентонита, содержащего микро- и макрочастицы с размерами порядка 1 мкм и более, на нанобентонит, содержащий наночастицы с размерами менее 100 нм), не позволяет предсказать априори появления у него новых по сравнению с прототипом свойств, а именно увеличения доли частиц, обеспечивающих плодородие почвы, коэффициента структурности и водопрочности. Указанное обстоятельство дает авторам все основания утверждать, что заявляемый объект явным образом не следует из известного в данной отрасли техники уровня и, следовательно, соответствует второму критериальному признаку изобретения - изобретательский уровень. Предлагаемая структуроформирующая добавка весьма проста по своему составу, приготовление как ее самой, так и используемого в ней нанобентонита достаточно легко реализуемо в промышленном масштабе и следовательно, практическое использование ее также осуществимо без каких бы то ни было проблем; следовательно, заявляемый объект соответствует и третьему критериальному признаку изобретения - промышленная применимость.

Использование заявляемого авторами способа может быть представлено посредством приведенных ниже примеров.

Пример 1 (приготовление добавки)

Природный бентонит из Тарн-Варского месторождения (Нурлатский район Республики Татарстан) измельчают в муку и смешивают с дистиллированной или деионизированной (обессоленной) водой из расчета 20 г бентонита на 100 мл воды. Полученную смесь обрабатывают ультразвуком в ультразвуковом диспергаторе УЗУ-0,25 мощностью 80 Вт при частоте 18.5 кГц с амплитудой колебаний ультразвукового волновода 5 мкм в течение (5-20) мин при комнатной температуре, в результате чего получается водно-бентонитовая суспензия с размерами частиц бентонита от 5 до 100 нм. Приготовленную таким образом суспензию нанобентонита далее используют в качестве добавки в почву.

Пример 2

На поверхность почвы наносят указанную в Примере 1 структуроформирующую добавку - нанобентонит в виде суспензии из расчета 75 л (т.е. 15 кг нанобентонита) на 1 га посевной площади, после чего традиционным приемом осуществляют ее вспашку, боронование и культивацию. Затем производят определение содержания агрегатов определенного размера методом т.н. «сухого» агрегатного анализа, а водопрочных агрегатов - методом т.н. «мокрого» агрегатного анализа в соответствии с методикой, описанной в [3]. В рамках первого из этих методов из образца приготовленной выше воздушно-сухой почвы отбирают пробу в количестве 1 кг, просеивают ее порциями через колонку сит диаметром 10, 7, 5, 3, 2, 1, 0,5 и 0,25 мм, избегая при этом сильных встряхиваний. В результате этой процедуры почва разделяется на фракции с размером частиц >10, 10-7, 7-5, 5-3, 3-2, 2-1, 1-0,5, 0,5-0,25 и <0,25 мм. Каждую фракцию взвешивают на технохимических весах и рассчитывают ее массовую долю в процентах от массы взятой для анализа навески почвы. В рамках второго метода составляют среднюю навеску весом 50 г из отдельных фракций агрегатов, полученных при сухом просеивании, для чего из каждой фракции на технохимических весах берут навеску в г, численно равную половине процентного содержания данной фракции в почве. При этом фракцию с размером частиц <0,25 мм не включают в среднюю пробу, чтобы не забивать нижние сита при просеивании. Далее составляют набор из 6 сит с отверстиями диаметром от верхнего сита к нижнему 5, 3, 2, 1, 0,5 и 0,25 мм, скрепляют их и устанавливают в бак с водой так, чтобы над бортом верхнего сита находился слой воды высотой 5-6 см. Цилиндр с навеской почвы заполняют водой на 2/3 объема и оставляют стоять на 10 мин, после чего доливают водой доверху. После этого его прикрывают часовым стеклом, наклоняют до горизонтального положения и ставят вертикально. Указанную процедуру повторяют дважды до полного удаления воздуха из почвы. Затем цилиндр закрывают пробкой и выдерживают в таком положении до тех пор, пока основная масса почвенных агрегатов не упадет вниз, после чего его переворачивают и ждут, пока почва не достигнет дна. Описанный процесс повторяют 10 раз до разрушения непрочных агрегатов. Затем дном к верху цилиндр переносят к набору сит и открывают пробку цилиндра под водой. Почву, перешедшую на сито, просеивают под водой: набор сит поднимают под водой, не обнажая комков почвы на верхнем сите, и быстрым движением опускают вниз. Через 2-3 сек движения повторяют. После 10 встряхиваний снимают верхние два сита и продолжают встряхивать нижние три сита еще пять раз. Оставшиеся на ситах агрегаты смывают струей воды из промывалки в большие фарфоровые чашки. После оседания почвенных агрегатов на дно чашек осторожно сливают из чашек избыток воды и переносят агрегаты почвы в заранее взвешенные небольшие фарфоровые чашки для сушки на водяной бане до воздушно-сухого состояния, а затем взвешивают на технических весах. Массу каждой фракции агрегатов в граммах умножают на 2 (поскольку расчет производится на 100 г почвы, а для анализа взято 50) и получают процентное содержание водопрочных агрегатов в почве. Содержание фракции менее 0,25 мм определяют по разности: 100% - Σ всех фракций > 0,25 мм, в %. Результаты по определению доли частиц, обеспечивающих плодородие почвы, а именно с размерами в диапазоне (0.25-10.0 мм), а также коэффициентов структурности и водопрочности для данного случая представлены в Таблице 1.

Пример 3

Выполняют, как и Пример 2, но с введением указанной в Примере 1 суспензии нанобентонита из расчета 20.0 кг нанобентонита (т.е. 100 л этой суспензии) на 1 га посевной площади. Данные по определению доли частиц, обеспечивающих плодородие почвы, коэффициентов структурности и водопрочности для этого случая также приведены в Таблице 1.

Пример 4

Проводят, как и Пример 2, но с введением указанной в Примере 1 суспензии нанобентонита из расчета 25.0 кг нанобентонита (т.е. 125 л этой суспензии) на 1 га посевной площади. Сведения о доле частиц, обеспечивающих плодородие почвы, коэффициентах структурности и водопрочности для рассматриваемого случая показаны в Таблице 1.

Пример 5 (сравнительный)

Выполняют, как и Пример 2, но с введением указанной в Примере 1 суспензии нанобентонита из расчета 10.0 кг нанобентонита (т.е. 50 л этой суспензии) на 1 га посевной площади. Показатели доли частиц, обеспечивающих плодородие почвы, коэффициентов структурности и водопрочности для указанного случая см. в Таблице 1.

Пример 6 (сравнительный)

Выполняют, как и Пример 2, но с введением указанной в Примере 1 суспензии нанобентонита из расчета 30.0 кг нанобентонита (т.е. 150 л этой суспензии) на 1 га посевной площади. Результаты определения доли частиц, обеспечивающих плодородие почвы, коэффициента структурности и водопрочности для подобного случая также приведены в Таблице 1.

Пример 7 (по прототипу [2])

Осуществляют по общей технологии Примера 2, но с введением в почву бентонита из расчета 9 т на 1 га посевной площади (в виде водной суспензии). Сведения о доле частиц, обеспечивающих плодородие почвы, коэффициентах структурности и водопрочности для такого случая представлены в Таблице 1.

Пример 8 (по прототипу [2])

Осуществляют по общей технологии Примера 2, но с введением в почву бентонита из расчета 12 т на 1 га посевной площади (в виде водной суспензии). Данные по определению доли частиц, обеспечивающих плодородие почвы, коэффициентов структурности и водопрочности для такого случая представлены в Таблице 1.

Пример 9 (сравнительный, по прототипу [2])

Осуществляют по общей технологии Примера 2, но с введением в почву бентонита из расчета 25 кг на 1 га посевной площади (в виде водной суспензии). Результаты определения доли частиц, обеспечивающих плодородие почвы, коэффициента структурности и водопрочности для такого случая также представлены в Таблице 1.

Пример 10 (по аналогу [1])

Осуществляют по общей технологии Примера 2, но с введением в почву оксиэтилированного полиоксиэтиленгликоля из расчета 12 кг на 1 га посевной площади (в виде водной суспензии). Значения доли частиц, обеспечивающих плодородие почвы, коэффициентов структурности и водопрочности для такого случая также представлены в Таблице 1.

Пример 11 (сравнительный, по аналогу [1])

Осуществляют по общей технологии Примера 2, но с введением в почву оксиэтилированного полиоксиэтиленгликоля из расчета 20 кг на 1 га посевной площади (в виде водной суспензии). Результаты определения доли частиц, обеспечивающих плодородие почвы, коэффициентов структурности и водопрочности для такого случая также представлены в Таблице 1.

Пример 12 (контрольный)

Осуществляют по общей технологии Примера 2, но какой-либо добавки в почву не вводят. Данные по определению доли частиц, обеспечивающих плодородие почвы, коэффициентов структурности и водопрочности для такого случая также представлены в Таблице 1.

Как можно видеть из данных, приведенных в Таблице 1, при использовании заявляемого авторами способа имеет место существенное улучшение показателей, определяющих степень структурированности почвы, а именно значительное увеличение доли частиц с размерами в диапазоне (0.25-10.0) мм, а также коэффициента структурности и водопрочности по сравнению с таковыми для способа-прототипа [2]. Это притом что количество нанобентонита, требуемое для достижения поставленной цели, почти на три порядка меньше, нежели количество бентонита, используемого в рамках способа-прототипа [2]. Заметим в связи с этим, что заявляемый авторами диапазон количеств нанобентонита из расчета на 1 га посевной площади, а именно (15.0-25.0) кг, является существенным, и при выходе за его нижнюю границу имеет место снижение вышеуказанного технического эффекта, при выходе за верхнюю - по существу излишний расход нанобентонита, ибо дальнейший прирост вышеуказанных показателей при этом прекращается (см. данные Примеров 2-4 и 5-6).

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент РФ №2430951 (аналог).

2. Т.Х. Ишкаев, Ш.А. Алиев, И.А. Яппаров. Агроэкологические аспекты комплексного использования местных сырьевых ресурсов и нетрадиционных агроруд в сельском хозяйстве. Казань, Центр инновационных технологий, 2007. С. 99-101 (прототип).

3. В.В. Медведев. Структура почвы (методы, генезис, классификация). Харьков, Изд. «13 типография», 2008. С. 402-405.

Изобретение относится к области подготовки почвенных покровов для выращивания различных сельскохозяйственных культур и может быть использовано в сельском хозяйстве. Способ включает предварительное нанесение на поверхность почвы структуроформирующей добавки - нанобентонита в количестве 15.0-25.0 кг на 1 га посевной площади, вспашку, боронование и культивацию. Изобретение обеспечивает увеличение доли частиц, обеспечивающих плодородие почвы, на 20-25%, коэффициента структурности почвы - на 40-50%, водопрочности - почти в 2 раза. 1 табл., 12 пр.

Способ улучшения структуры почвы посредством предварительного нанесения на ее поверхность структуроформирующей добавки, вспашки, боронования и культивации, отличающийся тем, что в качестве указанной добавки используют нанобентонит, который наносят на поверхность почвы в количестве 15.0-25.0 кг на 1 га посевной площади.