Способ гуматизации минеральных удобрений Российский патент 2022 года по МПК C05G3/50 C05G3/00 C05G1/00 

Изобретение относится к производству удобрений, в частности минеральных, и может быть использовано для изготовления минеральных удобрений в оболочках из гуминовых препаратов.

Дефицит и дороговизна использования традиционных форм минеральных удобрений заставляет изыскивать способы повышения их эффективности и включать в современные технологии производства и применеия. В сельскохозяйственной практике нередки случаи, когда применение даже высоких доз минеральных удобрений не всегда приводит к прогнозируемому увеличению урожая, так как погодные условия вегетационного периода оказывают настолько сильное влияние на продукционные процессы, что в неблагоприятные годы (как засушливые, так и чрезмерно влажные) минеральные удобрения вообще не влияют на урожайность или даже вызывают ее снижение. Коэффициенты использования питательных веществ из минеральных удобрений резко отличаются в зависимости от погодных условий вегетационного периода. Особенно велики потери питательных веществ из почв более плодородных, из легких парующих (получающих повышенные дозы удобрений), а также при увеличении количества атмосферных осадков или норм оросительной воды и т. д.

Одним из направлений повышения эффективности минеральных удобрений является их биологическая модификация, в том числе гуматизация. Эффективность данного приема обусловлена взаимодействием различных функциональных групп, входящих в состав гумусовых кислот, с минералами и металлами.

Известны различные способы модификации минеральных удобрений гуматами.

Самый простой способ – перемешивание гранулированных минеральных удобрений с сухим порошком гуминовых удобрений. Для этого можно использовать смесители барабанного типа, тукосмесительные машины и бетономешалки в условиях хозяйства. Недостатком данного способа является низкая адгезия порошка гуматов на поверхности гранул минералки.

Известен способ получения комплексного органоминерального удобрения, включающий изготовление гранул из минерального удобрения и гумата щелочного металла препаратов (RU 2184103 C1, 04.07.2001, МПК C05G 1/00, C05F 11/02). Минеральное удобрение предварительно нагревают до температуры плавления, после чего вносят в него гумат щелочного металла в виде водного раствора в количестве 0,15-1,0 мас. % по действующему веществу, а затем расплав подвергают грануляции в вертикальной грануляционной колонне во взвешенном состоянии при продувании холодным воздухом. В качестве гуматсодержащего вещества может быть использован низинный фрезерный торф или бурый уголь. В качестве минерального удобрения могут быть использованы карбамид, или аммиачная селитра, или аммофос, или диаммонийфосфат, или сульфат аммония, или нитрофоска. Недостатками данного способа являются высокие энергозатраты, необходимые для плавления минеральных удобрений, их последующего гранулирования и охлаждения.

Известен способ получения гранулированных органо-минеральных наноудобрений, включающий смешение сухих исходных минеральных компонентов, выбранных из ряда: карбамид, аммофос, диаммонийфосфат, фосфоритная мука, аммиачная селитра, суперфосфат, двойной суперфосфат, сульфат аммония, сульфат калия, хлорид калия, поташ; минеральных компонентов, содержащих микроэлементы: Mg, В, Mn, Zn, Cu, Ni, Со, Cr, Мо и гуминовых веществ, их гранулирование и рассев гранул (RU 2479559 C2, 20.04.2013, МПК C05G 1/00, B82B 3/00). Гранулирование проводят в роторном пресс-грануляторе в термобарическом режиме: давление в зоне прессования 20-35 МПа, температура 100-125°С, что приводит к протеканию механо-химических процессов с образованием наноразмерных комплексов гуминовых веществ с минеральными компонентами (от 100 до 10 нм), обладающих свойствами стимуляторов роста, пролонгированным действием и повышенной биоактивностью, сохраняющейся длительное время, так как биоактивные нанокомплексы, инкапсулированные в жесткую матрицу – гранулу ОМУ, не агрегируются. Недостатком данного способа является использование роторного пресс-гранулятора, имеющего высокое энергопотребление.

Известен способ получения гранулированного комплексного удобрения на основе карбамида с гуматом (RU 2226427 C2, 10.04.2004, МПК B01J 2/30, C05C 9/00, C05F 11/02). Навеску карбамида помещают во вращающийся со скоростью 32 об/мин смеситель, наклоненный под углом 5-22 к горизонту, и заливают водой, взятой в соотношении 0,0096-0,0104 от навески карбамида, вращают в течение 20-30 секунд. Добавляют порцию гумата и вращают в течение 90-130 секунд. Затем смесь поступает во вращающуюся сушилку, где смесь сушат горячим воздухом, нагретым до температуры 90-100 С. Высушенная смесь до влажности 0,4-0,8% поступает в секторный питатель и высыпается в бункер, где охлаждается в течение 30-35 минут. Недостатками данного способа является ограниченный ассортимент возможных к обработке удобрений – только карбамид, отслоение гуминовой оболочки от гранул удобрения в процессе хранения, транспортировки и внесения удобрения в почву.

Наиболее близким по технологической сущности к заявляемому способу является способ получения гуматизированного минерального удобрения (RU 2110503 C1, 10.05.1998, МПК C05C 9/02, C05G 3/00). Минеральную основу удобрения, например карбамид в виде гранул размером 1-3 мм, обрабатывают порошкообразным гуматом калия влажностью 12% при их совместном перемешивании во вращающемся барабане (плакирование). Перемешивание минеральной основы удобрения с гуматом калия осуществляют при их соотношении 25-30:1 до приобретения гранулами черного или темно-коричневого цвета. Плакированные гуматовой оболочкой гранулы удобрения опрыскивают при интенсивном перемешивании 10%-ным раствором гумата калия и карбамидоформальдегидной смолы, обволакивая им первичную гуматовую оболочку вторым слоем. Гуматизированное удобрение высушивают и затем подают на расфасовку. Обработка гранул гуматизированного минерального удобрения водным раствором гумата щелочного металла и карбамидоформальдегидной смолы обеспечивает проникновение гуматов в структуру минеральной основы удобрения и предотвращает отслоение гуматовой оболочки от ее поверхности.

Недостатками известного способа являются достаточно высокая сложность, многостадийность и энергозатратность. Кроме того, применяемая карбамидоформальдегидная смола является токсичной, что обусловлено наличием в ней свободного формальдегида (класс опасности 2 по ГОСТ 12.1.007 и ГОСТ 12.1.005). Формальдегид обладает раздражительным и общетоксичным действием, является сильным аллергеном. Уже при концентрации формальдегида равной 0,12 мг/м³ происходит раздражение слизистых оболочек глаз, появляется першение в горле, кашель. В связи с чем использование карбамидоформальдегидной смолы опасно для людей, как при обработке удобрений, так и в случае попадания формальдегида в продукты растениеводства из удобрений.

Задачами изобретения являются увеличение урожайности культур за счет повышения доступности элементов питания, входящих в состав минеральных удобрений и снижение потерь водорастворимых элементов питания, входящих в состав минеральных удобрений, вследствие их вымывания.

Технический результат достигаются тем, что в способе гуматизации минеральных удобрений включающем обработку гранулированного минеральног удобрения гуматом щелочного металла, согласно изобретения, для гуматизации минеральных удобрений используют жидкие гуминовые препараты с содержанием гуминовых веществ более 5%, либо высококонцентрированных порошкообразных водорастворимых гуминовых препаратов с содержанием гуминовых веществ 80-90%, а также полиэтиленгликоль-400, используемый в качестве прилипателя, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

при использовании жидких гуминовых препаратов

минеральное удобрение – 97,96;

гуминовый препарат с содержанием д.в. – более 5% – 1,96;

полиэтиленгликоль-400 – 0,08.

при использовании порошкообразных гуминовых препаратов, мас. %:

минеральное удобрение – 98,04;

вода – 1,76;

гуминовый препарат с содержанием д.в. – 80-90% – 0,12;

полиэтиленгликоль-400 – 0,08.

В качестве минеральных удобрений применяются гранулированные и крупнокристаллические удобрения, комплексные минеральные удобрения – нитроаммофоска, аммофос, диаммонийфосфат; простые удобрения и их тукосмеси – мочевина, натриевая селитра, суперфосфат двойной, суперфосфат простой, сульфат аммония, сульфат аммония-натрия, цианамид кальция, хлорид аммония, сернокислый калий, хлористый калий крупнокристаллический, калимагнезия.

Обработка гранул минеральных удобрений происходит путем мелкодисперсного опрыскивания их раствором высококонцентрированных гуминовых препаратов и низкомолекулярного полиэтиленгликоля-400. Обеспечивается проникновение раствора в структуру минеральной основы удобрения, образуя вокруг гранул осматически активной оболочки, что в свою очередь позволяет уменьшить агдезию и снизить потери водорастворимых минеральных удобрений.

Использование высококонцентрированных гуминовых препаратов позволяет снизить объем необходимых рабочих растворов – 1,96-2,04 (мас. %), что облегчает процесс сушки.

В качестве оборудования могут быть использованы смесительные машины различных типов, оборудованные системами мелкодисперсного опрыскивания.

Пример.

На тукосмесительной машине ТСМ-20, оборудованной системой мелкодисперсного опрыскивания, производят обработка гранул нитроаммофоски жидким гуминовым препаратом Экорост (содержание гуминовых веществ 50,68 г/л). Машина оснащена двухшнековым смесителем, в котором происходит интенсивное перемешивание и одновременное транспортирование удобрений в приемный лоток отгружающего шнека.

Соотношение компонентов, мас. %:

Нитроаммофоска – 97,96;

Гуминовый препарат Экорост – 1,96;

Полиэтиленгликоль-400 – 0,08.

Эффективность полученных удобрений установлена в ходе проведения двухлетних полевых опытов.

Схема опыта включала три фона минерального питания: 1) без применения минеральных удобрений; 2) N₃₀Р₃₀К₃₀; 3) N₃₀Р₃₀К₃₀ + гумат Экорост. Поперек фонов располагаются восемь вариантов с обработками семян, включающие гуминовые и биопрепараты, жидкие комплексные микроудобрения и их смеси.

Полевые опыты проведены на серых лесных почвах колхоза (СПК) им. Ленина Старожиловского района Рязанской области в звене полевого севооборота – чистый пар, озимая пшеница, кукуруза на силос, ячмень.

Почвы опытных участков – среднесуглинистые, хорошо окультуренные за счет освоения севооборота, систематического внесения органических и минеральных удобрений.

Опытные участки располагались на убранных в конце августа – начале сентября полях со спокойным рельефом (склон 1, южной экспозиции). Проведена осенняя обработка дискаторами, в сентябре – вспашка на зябь на глубину 20-22 см.

Агрохимическая характеристика опытных участков свидетельствует о довольно низких показателях содержание гумуса, которое стабилизировалось на уровне 1,0-2,0%. Обеспеченность доступным фосфором 256-269 мг/кг почвы и обменным калием 81-120 мг/кг почвы высокая, реакция почвенной среды среднекислая (2016 г.) и слабокислая (2015 г.).

В ходе исследований установлено, что использование обработки минеральных удобрений жидким гуматом Экорост независимо от способов предпосевной обработки семян увеличивает воздушно-сухую массу растений в фазу кущения и колошения таблица 1, продуктивную кустистость таблица 2 и урожайность ячменя ярового таблица 3.

Таблица 1 – Влияние способов обработки семян и удобрений на воздушно-сухую массу растений в фазу колошения (2015-2016 г.), г/м²

Фон
Вариант Без внесения удобрений N₃₀Р₃₀К₃₀ N₃₀Р₃₀К₃₀ + Экорост Разница с абсолютным
контролем по фонам, % Без обработки семян 556 628 698 - 12,9 25,5 Гумат Экорост 735 857 923 32,2 54,1 66,0 Микромак 764 868 961 37,4 56,1 72,8 Райкат Старт 940 978 1010 69,1 75,9 81,7 Нутри - Файт РК 944 974 895 69,8 75,2 61,0 Гумат Экорост + Микромак 987 1002 1007 77,5 80,2 81,1 Гумат Экорост + Райкат Старт 998 1092 1140 79,5 96,4 105,0 Гумат Экорост + Нутри - Файт РК 871 928 998 56,7 66,9 79,5

Использование минеральных удобрений обеспечило повышение урожайности в среднем за 2015-2016 г. на 1,7 ц/га, а внесение удобрений, обработанных гуминовым препаратом, – 4,7 ц/га (см. таблицу 3).

Таблица 2 - Густота продуктивного стеблестоя в зависимости от способов обработки семян и удобрений (2015-2016 г.), шт/м²

Фон
Вариант Без внесения удобрений N₃₀Р₃₀К₃₀ N₃₀Р₃₀К₃₀ + Экорост Разница с абсолютным
контролем по фонам, % Без обработки семян 361 402 443 - 11,4 22,7 Гумат Экорост 452 460 521 25,2 27,4 44,3 Микромак 410 440 463 13,6 21,9 28,3 Райкат Старт 405 435 462 12,2 20,5 28,0 Нутри - Файт РК 448 467 466 24,1 29,4 29,1 Гумат Экорост
+ Микромак 392 444 455 8,6 23,0 26,0 Гумат Экорост
+ Райкат Старт 465 385 436 28,8 6,6 20,8 Гумат Экорост
+ Нутри - Файт РК 395 417 455 9,4 15,5 26,0

Анализ структуры урожая позволил установить, что прибавки урожая складывались, в первую очередь, за счет увеличения числа продуктивных колосьев. Наиболее сильное влияние на данный показатель оказало внесение минеральных удобрений, обработанных гуматом Экоростом. В среднем по вариантам за 2015-2016 г. число продуктивных колосьев на фоне без внесения удобрений составило – 416; на фоне (NPK)₃₀ – 420; на фоне (NPK)₃₀ + Экорост – 463 шт/м².

Таблица 3 – Урожайность ячменя ярового в зависимости от способов обработки семян и удобрений, т/га (средняя за 2015-2016 г.)

Фон
Вариант Без
внесения
удобрений N₃₀Р₃₀К₃₀ N₃₀Р₃₀К₃₀
+ гумат
Экорост Прибавки урожая к
абсолютному контролю по фонам, т/га Без обработки семян 2,30 2,56 2,94 - 0,26 0,64 Гумат Экорост 2,73 2,98 3,38 0,43 0,68 1,08 Микромак 2,68 2,77 3,09 0,38 0,47 0,79 Райкат Старт 2,44 2,54 2,86 0,14 0,24 0,56 Нутри - Файт РК 2,67 2,76 3,04 0,37 0,46 0,74 Гумат Экорост + Микромак 2,46 2,96 3,31 0,16 0,66 1,01 Гумат Экорост + Райкат Старт 2,60 2,55 2,67 0,30 0,25 0,37 Гумат Экорост + Нутри - Файт РК 2,43 2,52 2,70 0,13 0,22 0,40 НСР₀₅=0,28 т/га (2015 г.) НСР₀₅=0,29 т/га (2016 г.)

Приведенные исследований говорят о повышении урожайности культур за счет обработки минеральных удобрений гуминовыми препаратами предлагаемым способом.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ гуматизации минеральных удобрений характеризуется тем, что для гуматизации минерального удобрения – нитроаммофоски используют жидкий гуминовый препарат Экорост с содержанием гуминовых веществ 50,68 г/л, а также полиэтиленгликоль-400, используемый в качестве прилипателя. Все компоненты взяты при определенном соотношении. Изобретение позволяет увеличить урожайность культур за счет повышения доступности элементов питания, входящих в состав минеральных удобрений и снизить потери водорастворимых элементов питания, входящих в состав минеральных удобрений, вследствие их вымывания. 3 табл., 1 пр.

Способ гуматизации минеральных удобрений, характеризующийся тем, что для гуматизации минерального удобрения – нитроаммофоски используют жидкий гуминовый препарат Экорост с содержанием гуминовых веществ 50,68 г/л, а также полиэтиленгликоль-400, используемый в качестве прилипателя, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

минеральное удобрение – нитроаммофоска 97,96 жидкий гуминовый препарат Экорост 1,96 полиэтиленгликоль-400 0,08