Комплексное органо-минеральное удобрение на основе диатомита Российский патент 2023 года по МПК C05G1/00 C05G5/10 

Изобретение относится к области растениеводства, а именно к производству комплексного органо-минерального удобрения на основе диатомита с повышенным содержанием на единицу массы удобрения основных макроэлементов.

В настоявшее время земледелие и растениеводство ориентированы на увеличение продуктивности растений полевых культур и повышение плодородия почвы за счет применения органических и органо-минеральных удобрений и биопрепаратов, получаемых на основе переработки органических отходов и сырья и природных минералов, что способствует также декарбонизации российского АПК в целом.

Для получения биологизированной растениеводческой продукции и расширенного воспроизводства плодородия почвы особенно важным является использование комплексных органо-минеральных удобрений, которые снижают экологическую нагрузку на агроэкосистемы, и при этом по агрономической и экономической эффективности не уступают основным минеральным удобрениям, обеспечивая поступление в почву макро- и микроэлементов, полезных микроорганизмов, гуминовых веществ, аминокислот, фитогормонов и других биохимических активных веществ.

Известны природные органические удобрения, такие как навоз крупного рогатого скота (КРС) и конский и птичий помет (например, куриный). Однако данные органические удобрения имеют два значительных недостатка: 1) низкое содержание макроэлементов (как правило, азот общий - 2-5%, калий общий - 2-4% и фосфор общий - 1,5-3%); 2) высокое содержание семян сорняков, яиц гельминтов, личинок вредителей и патогенной микрофлоры.

Известно органо-минеральное удобрение, включающее органическую составляющую на основе гуминовых кислот, и минеральную, содержащую компоненты с азотом, фосфором, калием и магнием, а также соли микроэлементов молибдена и марганца, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит кальций, элементарную серу, хлорхолинхлорид, диметилсульфоксид и связующее, при определенном соотношении действующих веществ (Патент РФ №2054404, Органоминеральное удобрение, опубл. 20.02.1996).

Основные недостатки данного комплексного состава: 1) слишком сложный набор дорогостоящих компонентов; 2) наличие среди компонентов хлорсодержащих веществ, что отрицательно сказывается на экологическом состоянии почвы и качестве получаемой продукции.

Известно органо-минеральное удобрение, содержащее куриный помет, растительный влагопоглощающий материал и минеральную составляющую, причем они дополнительно содержат гуматы из бурого угля и биологически активный препарат, при этом в качестве растительного влагопоглощающего материала используют смесь шелухи гречихи с шелухой овса в соотношении 1:1, а в качестве минеральной составляющей фосфоритную муку. Все компоненты взяты при определенном соотношении (Патент РФ №2693888, Органоминеральное удобрение (варианты), опубл. 05.07.2019, Бюл. № 19).

Основные недостатки данного органо-минерального удобрения: 1) использование смеси из шелухи гречихи и шелухи овса, так как гречиха и овес возделываются не во всех регионах, и/или площади возделывания данных культур незначительные; 2) нетехнологичная форма удобрения - в виде смеси шелухи и порошка, что крайне затрудняет внесение данного вида удобрения как по поверхности почвы, так и в почву при предпосевной культивации или при посеве, на значительных площадях; 3) наличие в сыром курином помете значительного количества семян сорняков, яиц гельминтов, личинок вредителей и патогенной микрофлоры.

Известно органо-минеральное удобрение (Патент №2382753, МПК C05F 3/00, опубл. 27.02.2010, Бюл. № 6), содержащее птичий помет, воду и цеолитсодержащий туф, содержащий более 50% по массе клиноптилолита, при следующем соотношении ингредиентов (%, по массе): птичий помет - 70-80; цеолитсодержащий туф - 10-20; вода - остальное. Удобрение получают путем смешения птичьего помета влажности 35-40% и цеолитсодержащего туфа, предварительно измельченного до размера частиц менее 1 мм, которые интенсивно перемешивают в течение 20-40 с, гранулируют, а затем подвергают дегидратации до влажности 10-14 мас.%. Предлагаемое удобрение отличается достаточной прочностью гранул, стабильно при хранении и эффективно при применении.

Основные недостатки данного удобрения: 1) низкое содержание основных макроэлементов - азота, фосфора и калия; 2) низкое содержание биохимических активных веществ в результате технологических процессов грануляции и дегидратации.

Наиболее близким предлагаемому изобретению является органо-минеральное удобрение, включающее куриный помет и адсорбент в массовом соотношении по сухому веществу 1:4, при этом в качестве адсорбента используют обожженную пенодиатомитовую крошку (Патент РФ № 2333184, МПК C05F 3/00, опубл. 10.09.2008, Бюл. № 25).

Основные недостатки данного удобрения: 1) значительные дозы внесения - диатомит - 3-8 т/га и куриный помет - 1,6-2,0 т/га - из-за низкого содержания основных питательных элементов, что значительно повышает технологическую сложность и экономические затраты на логистику и внесение; 2) наличие в сыром курином помете значительного количества семян сорняков, яиц гельминтов, личинок вредителей и патогенной микрофлоры.

Технический результат предлагаемого комплексного органо-минерального удобрения заключается в повышенном содержании на единицу массы удобрения основных макроэлементов - азота, фосфора, калия, и кремния, а также в содержании гуминовых и других биохимических активных веществ, в отсутствии в составе удобрения семян сорняков, яиц гельминтов, личинок вредителей и патогенной микрофлоры.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что комплексное органо-минеральное удобрение на основе диатомита включает обожженную диатомитовую крошку с размером частиц 1,0-5,0 мм; гумат калия, экстракт куриного помета и азотно-фосфорно-калийное минеральное гранулированное удобрение - нитроаммофоска, с размером гранул 1,5 - 3,5 мм, при следующем соотношении компонентов по массе,%:

- диатомит - 46,0;

- гумат калия - 12,0;

- экстракт куриного помета - 12,0;

- нитроаммофоска гранулированная - 30.

Диатомит - природное сырье биогенного происхождения - опал-кристобалитовая осадочная порода, практически полностью сложенная створками диатомовых водорослей, которые представляют собой микроскопические растения с внешним опаловым скелетом. Панцири диатомовых водорослей представляют собой полые внутри микроскопические опаловые тельца. Количество цельных панцирей диатомовых водорослей колеблется в различных сортах диатомита в широких пределах - от 1,17 до 30 млн. шт. в 1 см³, что создает высокую пористость диатомитов (до 90 - 95%, в среднем - 80%), размер пор от 1 до сотен нм.

Благодаря пористой структуре диатомит может впитывать в себя воды до 180% от собственного веса и затем постепенно эту влагу отдавать в почву и растениям; химически инертный, без запаха, имеет нейтральную рН; содержит органического кремния до 80-85% своего состава, из них 40-45% - в доступной для растений аморфной форме. Органический кремний повышает иммунитет и тургор растений; является почворазрыхлителем за счет пористой структуры и низкой плотности сложения (1 л чистого диатомита весит примерно 0,5 кг); является природным биоинсектицидом (особенно против нематод); препятствует развитию плесени и гнилей (биофунгицидные свойства).

В таблице 1 представлен химический состав, и в таблице 2 - физико-химические показатели высококремнистого природного минерала диатомита.

Гумат калия - источник гуминовых соединений, составляющих основную долю гумуса почвы, играющего решающую роль в плодородии. Гумат калия увеличивает всхожесть семян и ускоряет их развитие; повышает устойчивость растений к стрессам, вызванным засухой, засолением, применением пестицидов и минеральных удобрений, а также активизирует процессы расширенного воспроизводства плодородия почвы.

Таблица 1
Химический состав диатомита, % на абсолютно-сухое вещество (в числителе пределы колебаний, в знаменателе - среднее значение) Элемент Диатомит SiО₂общ. 80,40-85,30
83,10 SiО₂аморф. 18,70-59,53
42,1 СаО 0,43-1,94
0,52 Fe₂О₃ 2,09-3,60
2,47 MgO 0,30-1,07
0,48 K₂О 0,08-2,01
1,25 Р₂О₅ 0,05

Таблица 2
Физико-химические показатели диатомита Порода Породообразующие минералы Ионообменная способность,
г-экв/кг Удельная поверхность, м²/кг⋅10³ Пористость, % Эффективный диаметр пор, нм Диатомит опал, опал-кристобалит 0,8-0,12 20-50 до 75
до 100
и более

Химический состав гумата калия представлен в таблице 3.

Таблица 3
Химический состав гумата калия № п/п Наименование показателя Ед.
изм. Результат
испытаний НД
на метод испыаний 1 pH солевой вытяжки pH 13,0 ГОСТ 11623-89 2 Сухой остаток % 13,3 ГОСТ 26713-85 3 М.д. общего азота % на абс. сухое в-во 4,0 ГОСТ 26715-85 4 М.д. общего фосфора % на абс. cvxoe в-во 7,8 ГОСТ 26717-85 5 М.д. общего калия % на абс. сухое в-во 4,20 ГОСТ26718-85

Экстракт куриного помета производится на основе гранулированного куриного помета. Куриный помет гранулированный производится из компоста куриного помета, гранулированного на промышленном грануляторе при температуре 80°С в течение 2-3 секунд, что позволяет полностью очистить гранулы от семян сорняков, яиц гельминтов, личинок вредителей и патогенной микрофлоры.

Экстракт куриного помета производится путем смешивания обеззараженных гранул куриного помета с водой в соотношении 1:10 по массе, и последующего регулярного интенсивного механического перемешивания полученной массы в течение 10 минут через равные интервалы времени (2-3 часа) на протяжении 2-3 суток при температуре воды 20-25°С. Данная технология позволяет извлекать из куриного помета максимальное количество макро- и микроэлементов, гуминовых и других биохимических активных веществ.

Химический состав экстракта куриного помета представлен в таблице 4.

Таблица 4
Химический состав экстракта куриного помета № п./п. Наименование показателя Ед.
изм. Результат
испытаний НД
на метод испытаний 1 pH солевой вытяжки pH 6,8 ГОСТ 11623-89 2 М. д. сухого вещества % 32,5 ГОСТ 26713-85 3 М.д. общего азота % на абс. сухое в-во 7,2 ГОСТ 26715-85 4 М.д. общего фосфора % на абс. cvxoe в-во 1,0 ГОСТ 26717-85 5 М.д. общего калия % на абс. сухое в-во 12,6 ГОСТ 26718-85 6 М. д. органического вещества в пересчете на углерод % на абс. сухое в-во 33,8 ГОСТ 27980 - 88

Нитроаммофоска - комплексное азотно-фосфорно-калийное минеральное удобрение, внесение которого возможно под все культуры на всех типах почв, а также относительно допустимо внесение в рядок при посеве при соблюдении умеренных доз. Марка «16:16:16» (азот, фосфор и калий содержатся по 16%) является универсальной и наиболее востребованной на производстве и у садоводов-огородников.

Нитроаммофоска как минеральный компонент обладает высокой технологичностью для комплексных органо-минеральных удобрений: не гигроскопичен, полностью растворяется в воде, не токсичен.

Соотношение компонентов в заявленном комплексном удобрении определено следующим: пропорции содержания ингредиентов обусловлены технологическими свойствами диатомита как «контейнера - носителя» других компонентов. 46% диатомита - оптимальное содержание в данном виде удобрения, чтобы заполнить поры диатомита необходимым количеством гумата калия и экстракта куриного помета из расчета на 1 га.

Отличие заявленного комплексного органо-минерального удобрения от других органо-минеральных удобрений:

- удобрение - многофункциональное - с функциями почвоулучшителя и биостимулятора;

- удобрение - пролонгированного действия, за счет пористой структуры диатомита (на 80 - 90% по объему диатомит состоит из пор с размером от 1 до 100 нанометров);

- удобрение содержит макро-, мезо- и микроэлементы, а также органический кремний;

- удобрение с высоким содержанием основных макроэлементов - азота, фосфора и калия;

- удобрение с повышенным содержанием кремния и гуминовых веществ;

- диатомит выступает как почворазрыхлитель за счет своего пористого строения и особых технологических свойств (например, объемная масса - 434-588 кг/м³; сорбция воды - до 180% собственного веса);

- удобрение за счет полного набора основных макроэлементов и их высокого содержания обеспечивает интенсивные рост и развитие посевов культур в начале вегетации, что актуально в условиях засушливого климата;

- высокое содержание кремния и гуминовых веществ обеспечивает тургор, стрессоустойчивость и иммунитет растений культур;

- гуминовые и биохимические активные вещества удобрения активизируют микробиологические процессы и гумусообразование в обрабатываемом слое почвы.

Положительный эффект при использовании заявленного комплексного органо-минерального удобрения:

- обладает пролонгированным действием, то есть постепенно отдает влагу, гуминовые и биохимические активные вещества, питательные элементы в почву, что является перспективным показателем в условиях повышения аридности вегетационного периода;

- обогащает почву микроэлементами, в том числе органическим кремнием;

- обогащает почву полезными микроорганизмами, активизируя микробиологическую активность обрабатываемого слоя почвы;

- повышает иммунитет, тургор и антистрессовые свойства растений культур;

- действует как почворазрыхлитель;

- действует как биостимулятор за счет биохимических активных веществ гумата калия и экстракта куриного помета - фитогормоны, аминокислоты растительного происхождения, витамины; комплекс целлюлозолитических ферментов; почвенные антибиотики;

- стимулирует рост корневой системы;

- повышает урожайность полевых культур на 25-40% (при внесении в рядок на семенное ложе при посеве из сеялки).

Заявленное комплексное органо-минеральное удобрение производится следующим образом. В промышленное устройство - смеситель барабанного типа, в процессе вращения барабана, засыпается диатомит и добавляется жидкий гумат калия, до полного впитывания диатомитом, в следующих пропорциях, % по весу: диатомит - 23 и гумат калия - 12.

Затем засыпается следующая партия диатомита и добавляется жидкий экстракт куриного помета, до полного впитывания диатомитом, в следующих пропорциях, % по весу: диатомит - 23 и экстракт куриного помета - 12.

Вращение барабана при засыпке каждой партии длится 5-7 минут, до полного впитывания жидкого компонента, и превращения удобрения в единообразную сыпучую массу. Затем две партии полученных миксов, а также нитроаммофоска загружаются в барабан и смешиваются до единообразной сыпучей массы.

Указанное соотношение ингредиентов в комплексном удобрении по данным вегетационных и полевых опытов оказалось наиболее эффективным по сравнению с другими соотношениями.

Были приготовлены 4 состава комплексного удобрения, соотношения ингредиентов которых представлены в таблице 5.

Таблица 5
Соотношения ингредиентов комплексного удобрения, % по массе Состав Диатомит Гумат калия Экстракт
куриного помета Нитроаммофоска Контроль Чернозем типичный тяжелосуглинистый, гумус - 5,9%
(центральная зона Самарской области) 1 30 8 8 54 2 46 12 12 30 3 60 12 12 16 4 70 10 10 10

Составы комплексного удобрения в четырехкратной повторности помещали в сосуды для исследований, в которые высевали тест-объект (растение - биоиндикатор) - культуру кресс - салат, сорт «Дукат» (норма высева - 1 г/м²). Растения кресс-салата убирали через 10 дней после полных всходов, и определяли урожайность (таблица 6).

Таблица 6
Урожайность составов комплексного удобрения Состав Урожайность, кг/сосуд Прибавка урожая, % Контроль 0,31 - 1 0,48 +54,8 2 0,51 +64,5 3 0,41 + 32,3 4 0,37 +19,4

Исследования показали, что наибольшая прибавка урожайности обеспечивается составом № 2 при соотношении компонентов удобрения, % по массе: диатомит - 46, гумат калия - 12, экстракт куриного помета - 12, нитроаммофоска - 30.

Заявленное органо-минеральное комплексное удобрение имеет повышенное содержание следующих макро- и микроэлементов в легкодоступной для растений форме и природных веществ: Азот - строительный материал для любого растения, обеспечивает рост надземной части культуры и полноценное формирование завязи. Азот входит в состав: белков, пептидов и аминокислот; нуклеиновых кислот (ДНК и РНК); молекул хлорофилла; ферментов; фосфатидов; гормонов; большинство витаминов. Фосфор - контролирует обменные процессы, происходящие в растении, и является источником энергии; входит в состав клеточного ядра; участвует в синтезе углеводов; отвечает за ускорение формирования корневых систем растений. Большая часть фосфора присутствует в репродуктивных органах и молодых частях растений. Калий - элемент молодости клеток; сохраняет и удерживает воду, повышая вязкость протоплазмы; усиливает образование сахаров и их передвижение по тканям; повышает толщину клеточных стенок, устойчивость к полеганию, болезням, засухе и низкой температуре. Кремний - омолаживает клетки; повышает иммунитет, стрессоустойчивость к неблагоприятным условиям и тургор растений. Гуминовые вещества - способствуют активизации процессов восстановления плодородия почвы, повышают продуктивность культур, усиливают иммунитет растений.

Заявленное комплексное органо-минеральное удобрение имеет за счет своих компонентов следующие преимущества: диатомит - почворазрыхлитель, источник биокремния, биофунгицид и биоинсектицид; гумат калия - гуминовые вещества, калий и фосфор, микроэлементы, слабощелочная рН; экстракт куриного помета - отсутствие патогенной микрофлоры, семян сорняков и гельминтов; гуминовые и биохимически активные вещества (аминокислоты, фитогормоны, почвенные антибиотики и другие); азот и калий; микроэлементы; нитроаммофоска - высокое содержание азота, фосфора и калия; не токсично, не гигроскопично, полностью растворимо в воде.

Исследования эффективности нового комплексного органо-минерального удобрения проводились в 2020-2022 гг. в полевых мелкоделяночных опытах (площадь делянки - 3 м², размещение делянок - последовательное; в трехкратной повторности) на опытном поле Самарского ГАУ: центральная зона Самарской области (южная лесостепь Заволжья), почва - чернозем типичный среднемощный тяжелосуглинистый, гумус - 5,9% (таблица 7).

Таблица 7
Урожайность культур (в среднем за 2020-2022 гг.), т/га Удобрение Культура Прибавка урожая, % Яровая
пшеница
твердая Нут Подсолнеч-ник Яровая
пшеница
твердая Нут Подсолнеч-ник Контроль 3,07 1,93 1,85 - - - Нитроаммофоска
(16:16:16) 3,35 2,16 2,02 +9,1 +11,9 +9,2 «Диатомит + Гумат калия + Экстракт куриного помета + Нитроаммофоска»
(46:12:12:30) 3,43 2,33 2,46 +11,7 +20,7 +33,0 «Диатомит + Зола древесная + Мочевина» (50:25:25) 3,39 2,17 2,27 +10,4 +12,4 +22,7

Сорта культур, районированные: яровая пшеница твердая - «Безенчукская Степная», (оригинатор: Самарский НИИСХ - филиал СамНЦ РАН, п.г.т. Безенчук); нут - «Галилео» (оригинатор: ООО ОВП «Покровское»); подсолнечник - гибрид «Светлана» (оригинатор - селекционно-семеноводческая компания «Агроплазма», г. Краснодар).

Нормы высева: яровая пшеница твердая - 4,5 млн. всхожих семян (примерно 200 - 220 кг/га), нут - 0,8 млн. (200 - 240 кг/га), подсолнечник - 4 кг/га. Нормы высева пересчитывались из расчета на 3 м².

Удобрения вносили при посеве в рядок на семенное ложе.

Нитроаммофоска - 100 кг/га («16:16:16»); норма внесения определялась из расчета стоимости минерального удобрения и безопасной для проростков растений культур дозы. Нитроаммофоска - минеральное комплексное удобрение, внесение которого в рядок при посеве относительно допустимо при соблюдении умеренных доз.

«Диатомит + Гумат калия + Экстракт куриного помета + Нитроаммофоска» («46:12:12:30») - 150 кг/га; норма внесения определялась из расчета стоимости компонентов удобрения и технологичности внесения.

«Диатомит + Зола древесная + Мочевина» («50:25:25») (сокращенно - «ДЗМ») - 200 кг/га; норма внесения определялась из расчета стоимости компонентов удобрения, содержания основных макро- и микроэлементов и технологичности внесения.

Исследования проводили в рамках научной темы «Цифровое органическое земледелие».

Увеличение урожайности культур, в среднем за 2020-2022 гг., на варианте с заявленным комплексным органо-минеральным удобрением «Диатомит + Гумат калия + Экстракт куриного помета + Нитроаммофоска» по отношению к контролю составило 11,7 - 33,0%, по отношению к варианту с нитроаммофоской - 2,6 - 23,8%, по отношению к органо-минеральному удобрению «Диатомит + Зола древесная + Мочевина» - 1,3 - 10,3%.

Наибольшая прибавка урожайности отмечена на подсолнечнике (33,0% по отношению к контролю, 23,8% по отношению к нитроаммофоске, 10,3% по отношению к удобрению «ДЗМ»), что объясняется высокой отзывчивостью корневой системы подсолнечника к гуминовым веществам и микроэлементам.

Таким образом, комплексное органо-минеральное удобрение с повышенным содержанием основных макроэлементов на единицу массы удобрения и с функциями почвоулучшителя и биостимулятора по воздействию на урожайность зерновых колосовых, зернобобовых и подсолнечника превосходит минеральное удобрение нитроаммофоску («16:16:16») и органо-минеральное удобрение «Диатомит + Зола древесная + Мочевина» с более высокой дозой внесения из расчета на 1 га.

Для биологизации земледелия, и декарбонизации АПК в целом, данные результаты являются крайне перспективным фактором, учитывая положительное воздействие органо-минеральных удобрений на плодородие почвы, экологическое состояние агроэкосистемы, возможность получения биологизированной продукции, более низкую себестоимость производства и стоимость внесения комплексных органо-минеральных удобрений.

Комплексное органо-минеральное удобрение на основе диатомита включает обожженную диатомитовую крошку с размером частиц 1,0-5,0 мм, гумат калия, экстракт куриного помета, азотно-фосфорно-калийное минеральное гранулированное удобрение - нитроаммофоску с размером гранул 1,5 - 3,5 мм. Соотношения компонентов по массе, %: обожженная диатомитовая крошка - 46,0, гумат калия – 12,0, экстракт куриного помета – 12,0, нитроаммофоска гранулированная - 30. Техническим результатом является получение комплексного органо-минерального удобрения с повышенным содержанием на единицу массы удобрения основных макроэлементов, действующего как почворазрыхлитель и биостимулятор, и повышающего урожайность полевых культур. 7 табл.

Комплексное органо-минеральное удобрение на основе диатомита, включающее обожженную диатомитовую крошку с размером частиц 1,0-5,0 мм, гумат калия, экстракт куриного помета, азотно-фосфорно-калийное минеральное гранулированное удобрение - нитроаммофоску, с размером гранул 1,5-3,5 мм, при следующем соотношении компонентов по массе,%:

- обожженная диатомитовая крошка - 46,0;

- гумат калия - 12,0;

- экстракт куриного помета - 12,0;

- нитроаммофоска гранулированная - 30.