Состав кондиционера почв и способ его изготовления Российский патент 2023 года по МПК C05G3/80 A01G24/13 B09C1/00 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к способу рекультивации почв.

Известен состав кондиционера почвы, где в качестве минерального компонента использована смесь из двух или более твердых кремнийсодержащих веществ с содержанием Si от 5-45%, при этом, по крайней мере, одно из указанных веществ, расход которого составляет 50-10000 кг на 1 га, находится в некристаллической форме с частицами размером не более 1 мм, а другие вещества, общий расход которых составляет 100-20000 кг на 1 га, находятся в некристаллической или кристаллической форме с частицами размером не более 5 см. В качестве твердых кремнийсодержащих веществ могут быть использованы экологически безопасные твердые кремнийсодержащие отходы промышленности и сельского хозяйства в виде золы, шлаков, пыли и т.п., химически чистые кремнийсодержащие соединения, например аморфный диоксид кремния, кварцевый песок, силикат кальция, силикат магния и т.п., а также молотые кремнийсодержащие горные породы, например песок, песчаник, цеолит, туф и т.п. Кондиционер почвы обеспечивает снижение уровня загрязнения почвы тяжелыми металлами, улучшение водно-воздушных свойств верхнего горизонта почв, усиление устойчивости растений к неблагоприятным условиям роста. (Патент RU №2122903, опубл. 10.12.1998)

К недостаткам известного технического решения, препятствующего достижению заявленного технического результата, можно отнести то, что его действие направлено исключительно на снижение уровня загрязнения почв, без учета влияния на ее агрофизические свойства и на рост растений.

Известен состав кондиционера почвы в форме гранул, включающий минеральные компоненты с использованием золошлаковой смеси и извести, гранулы нерегулярной формы в интервале фракций от 1,0 до 6,0 мм водостойкого пористого конгломерата с плотностью от 300 до 400 кг/м³ и со структурой пористости, имеющей капиллярную и некапиллярную форму, при их соотношении между собой, равной 0,85:1, в свою очередь конгломерат состоит из сухой смеси, обработанной смешением с водой до однородной консистенции при соотношении вода: сухая смесь, равном 0,75:1, при этом сухая смесь содержит в качестве золошлаковой смеси - золу биотоплива, а также цемент, негашеную известь и порообразователь при следующем соотношении компонентов, масс. %: зола биотоплива 53,2; цемент 41,6; негашеная известь 4,6; порообразователь 0,6 Кондиционер почвы содержит порообразователь в виде смеси из алюминиевой пудры, известковой муки и сульфоната натрия, полученной совместным помолом до 10 мкм при следующем соотношении компонентов, масс. %: алюминиевая пудра 10-60; известковая мука 39-99; сульфонат натрия остальное (Патент RU №2013 146 908, опубл. 27.04.2015).

К недостаткам известного технического решения, препятствующего достижению заявленного технического результата, можно отнести сложный компонентный состав.

За прототип выбран состав кондиционера почв и способ его изготовления (Патент RU №2 649 634, опубл. 04.04.2018). Состав кондиционера почв, содержащий кремний и дополнительно содержащий янтарную кислоту, в качестве кремнийсодержащего материала используют диатомит, причем состав выполняют при следующем соотношении компонентов, мас. %: кремнийсодержащий материал 85-90 и янтарная кислота 15-10. Способ изготовления состава кондиционера почв, заключается в том, что предварительно обжигают диатомитовую крошку при температуре 700-900°С, после чего наносят на крошку раствор янтарной кислоты, затем обработанные гранулы перемешивают в течение 15-20 минут в грануляторе при частоте оборотов от 30 до 40 Гц при наклоне чаши от 40 до 50° до момента исчезновения комочков и влажных зон, после этого гранулы просушивают при температуре от 15 до 25°С, распределив их тонким слоем на ровной, сухой и чистой поверхности. (Патент RU №2 649 634, опубл. 04.04.2018).

К недостаткам известного технического решения, препятствующего достижению заявленного технического результата, можно отнести высокую стоимость заявленных компонентов, отсутствие исследовательских данных степени влияния данного состава на агрофизические свойства почвы, такие как: плотность сложения, порозность аэрации, предельная полевая влагоемкость.

Задачей предлагаемого изобретения является создание эффективного и безопасного состава кондиционера почв, улучшающего структуру и агрофизические свойства почв и стимулирующего рост растений.

Технический результат - улучшение агрофизических свойств почвы при внесении кондиционера на основе природного цеолита и гуминовой кислоты в почву в процессе рекультивации, увеличение всхожести семян не менее чем на 20%.

Технический результат достигается за счет того, что состав кондиционера почв дополнительно содержит гуминовую кислоту, а в качестве кремнийсодержащего материала используют природный цеолит фракцией 3-5 мм с содержанием клиноптилолита 50-75%, причем состав с влажностью не более 18% выполняют при следующем соотношении компонентов, мас. %: природный цеолит 80-92 и гуминовая кислота 20-8.

Способ изготовления состава кондиционера почв, заключается в том, что природный цеолит предварительно измельчают до фракции 3-5 мм, замачивают в 30-35% растворе гуминовой кислоты на 25-40 минут, перемешивают и просушивают до влажности не более 18%.

К общим существенным признакам, влияющим на достижение заявленного технического результата, относятся:

- использование природного цеолита с содержанием клиноптилолита 50-75%;

- использование природного цеолита с размером фракций 3-5 мм;

- соотношении компонентов, мас. %: природный цеолит 80-92 и гуминовая кислота 20-8;

- замачивание измельченного природного цеолита в 30-35% растворе гуминовой кислоты на 25-40 минут;

- сушка насыщенного гуминовой кислотой природного цеолита до влажности не более 18%;

Гуминовые препараты и цеолиты - это сорбенты мелиоранты природного происхождения. Цеолиты - природные минералы алюмосиликаты вулканического происхождения. Химический состав цеолитов отличается в зависимости от места добычи. При внесении в почву они являются источниками макро- и микроэлементов, их ценные каталитические и сорбционные свойства определяются степенью наличия в составе таких элементов как шабазит, эрионит, модернит, ломонит, филлипсит в том числе и клиноптилолита, которые имеют кристаллическую структуру и обладают ионообменными свойствами. Природные цеолиты при внесении в почву структурируют ее, повышают влагоемкость и воздухопроницаемость, стимулируют развитие полезной почвенной микробиоты.

Гуминовые кислоты - сложная смесь природных органических соединений, образовавшихся в результате биохимических превращений органических остатков при участии микроорганизмов, влаги и кислорода атмосферы. По химической структуре гуминовые кислоты представляют собой высокомолекулярные конденсированные органические соединения, в которых установлено наличие фенольных гидроксилов карбоксильных, карбонильных, ацетильных и других активных групп.

Гуминовая кислота участвует в процессе клеточного дыхания кислорододышащих организмов, помогает микроорганизмам в почве быстрее разрушать органические вещества с повышенной токсичностью, а также блокирует токсины не позволяя им накапливаться в растениях, укрепляет растения, увеличивает их сопротивляемость болезням. Гуминовая кислота нормализует естественную микрофлору почвы, стимулирует жизнедеятельность полезных микроорганизмов, находящихся в ней. Немало важно, что присутствие гуминовой кислоты в питательном растворе приводит к увеличению скорости и повышению процента прорастания семян.

Гуминовая кислота для растений - это совершенно безопасный биостимулятор, широко используемый на протяжении всего цикла роста растения, добавление которого приводит к серьезному повышению урожая

Природные цеолиты и гуминовые кислоты являются результатом естественного преобразования органической материи, содержат более 50-ти важнейших макро- и микроэлементов, которые полезны не только растениям, но и любым другим живым организмам и экологически безопасны.

В результате применения природного цеолита с содержанием клиноптилолита 50-75%, достигаются оптимальные показатели необходимые для получения заявленного технического результата, при изменении процентного содержания клиноптилолита не наблюдается увеличение всхожести семян не менее чем на 20%.

Размер фракции цеолита 3-5 мм установлен экспериментально, в результате исследований, так как при уменьшении размера зерен, почва менее структурирована, увеличивается срок промачивания корнеобитаемого слоя сокращается влагоемкость почвы, в результате чего увеличивается число поливов, а увеличение фракции, отрицательно влияет на процесс всхожести семян.

Соотношении компонентов, мас. %: природный цеолит - 80-92 и гуминовая кислота - 20-8; подтверждены опытно-экспериментальным путем и являются достаточными и необходимыми, так как их изменение отрицательно влияет на процесс всхожести семян.

Процентное содержание 30-35% гуминовой кислоты в растворе определено опытным путем и является достаточным для достижения заявленного технического результата, т.к. при такой его концентрации происходит модификация природного цеолита в результате увеличения общего объема пор, что при дальнейшем внесении в почву улучшает ее агрофизические свойства, такие как воздухопроницаемость, влагоемкость. При снижении концентрации раствора необходимая модификация природного цеолита не происходит, а увеличение концентрации раствора не приводит к существенным изменениям характеристик сорбента и соответственно не оказывает заметного влияния на достижение заявленного технического результата.

Время замачивания измельченного природного цеолита в растворе гуминовой кислоты на 25-40 минут установлено экспериментально, в результате исследований, так как именно в течении этого времени происходит достаточная модификация природного цеолита и полное насыщение его гуминовыми веществами, содержащимися в растворе, при сокращении вымени замачивания эти условия не обеспечиваются, а увеличение не оказывает заметного влияния на достижение заявленного технического результата.

Необходимость сушки насыщенного гуминовой кислотой природного цеолита до влажности не более 18% обусловлена технологическим процессом внесения в почву препарата с использованием технических средств, так как при большем уровне влажности материала происходит склеивание зерен природного цеолита. При внесении препарата механизировано, происходит его налипание в районе выходных отверстий, что затрудняет процесс внесения и отрицательно сказывается на равномерности распределения состава в рекультивируемой почве.

Предложенный кондиционер почвы прошел испытания, результаты которых изложены далее.

Примеры конкретного выполнения.

1. Определяли влияние почвенного кондиционера на агрофизические свойства почвы в полевых условиях. Для этого опытный земельный участок со светло-каштановой, среднесуглинистой почвой размерами 6 м × 1,0 м разделяли на три равные делянки. 1-я делянка служила контролем. На 2-й делянке в почву добавляли вермикулит из расчета 5 кг на 1 м² и перемешивали с почвой на глубину 30 см. На 3-й делянке в почву добавляли кондиционер почвы из расчета 5 кг на 1 м² и перемешивали с почвой на глубину 30 см. Отбор проб на определение агрофизических характеристик производился со следующей периодичностью: в первый день, через 20 суток, через 40 суток, через 60 суток. Во время проведения испытаний опытные участки подвергались одинаковому атмосферному воздействию.

Плотность сложения почвы (р_с) определена по стандартной методике (буровым методом), принятой в почвоведении.

Плотность твердой фазы почвы (р_тф) определяли пикнометрическим методом.

Предельную полевую влагоемкость (ППВ) определяли термостатно-весовым методом.

Общую порозность почвы (П_общ) определяли по формуле:

П_общ=(1-Р_с/р_тф)*100, где

р_с - плотность сложения почвы;

р_тф - плотности твердой фазы почвы.

Порозность аэрации (ПА) рассчитывали по формуле:

ПА=П_общ-ППВ* р_с, где

ППВ - предельную полевую влагоемкость;

П_общ - общую порозность почвы.

Результаты определения влияния почвенного кондиционера на агрофизические свойства почвы приведены в таблице 1.

Анализ данных, приведенных в таблице 1, показывает, что кондиционер почвы оказывает значительно большее воздействие на агрофизические характеристики почвы, чем вермикулит. Внесение почвенного кондиционера заметно улучшило агрофизические свойства почвы, а именно, уменьшилась на 29% плотность сложения - почва стала рыхлой и неслеживаемой, на 24,4% увеличилась порозность общая и в 2 раза возросла порозность аэрации, следовательно, значительно улучшился водно-воздушный режим почвы.

2. Определялось влияние кондиционера почвы на всхожесть семян различных овощных культур в полевых условиях. С этой целью описанные ранее три выделенные опытные делянки размером 2 м × 1,0 м были разделены на четыре равные части каждая. Первая часть оставлялась незасеянной и предназначалась для исследований агрофизических характеристик почвы, на трех последующих проводились вегетационные опыты со следующими овощными культурами: перец сладкий сорт «Белозерка», томаты сорт «Волгоградский розовый», морковь гибрид «Тангерина F1».

Внешние условия для прорастания семян овощных культур на всех опытных делянках были одинаковыми. Эксперимент проводился в трехкратной повторности при высеве по 100 семян анализируемой овощной культуры, процент всхожести определяли арифметически путем как отношение числа проросших семян к числу посеянных.

Результаты приведены в таблице 2, в которой

* состав I - природный цеолит фракцией 5 мм, с содержанием клиноптилолита 50%, замоченный в 30% растворе гуминовой кислоты на 40 мин. в соотношении компонентов, масс. %: природный цеолит 80, гуминовая кислота 20.

* состава II - природный цеолит фракцией 3 мм, с содержанием клиноптилолита 75%, замоченный в 35% растворе гуминовой кислоты на 25 мин. в соотношении компонентов, масс. %: природный цеолит 92, гуминовая кислота 8.

Анализ результатов опытов, приведенных в таблице 2, показывает, что на делянках с применением кондиционера почвы всхожесть семян овощных культур в сравнении с контрольной делянкой увеличилась: по перцу сладкому на 20-22%, по томатам на 20%, по моркови на 22-23%.

Следовательно, предлагаемое в качестве изобретения техническое решение обеспечивает улучшение агрофизических свойств почвы при внесении кондиционера на основе природного цеолита и гуминовой кислоты в почву в процессе рекультивации и способствует увеличению всхожести семян не менее чем на 20%.

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства. Состав кондиционера почв содержит кремнийсодержащий материал и гуминовую кислоту. В качестве кремнийсодержащего материала используют природный цеолит фракцией 3-5 мм с содержанием клиноптилолита 50-75%. Состав с влажностью не более 18% выполняют при следующем соотношении компонентов, мас.%: природный цеолит 80-92, гуминовая кислота 8-20. Изобретение касается также способа изготовления состава кондиционера почв. Техническим результатом является улучшение агрофизических свойств почвы при внесении состава на основе природного цеолита и гуминовой кислоты в почву в процессе рекультивации, увеличение всхожести семян не менее чем на 20%. 1 табл.

1. Состав кондиционера почв, содержащий кремнийсодержащий материал, отличающийся тем, что состав кондиционера почв дополнительно содержит гуминовую кислоту, а в качестве кремнийсодержащего материала используют природный цеолит фракцией 3-5 мм с содержанием клиноптилолита 50-75%, причем состав с влажностью не более 18% выполняют при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Природный цеолит 80-92 Гуминовая кислота 8-20

2. Способ изготовления состава кондиционера почв по п.1, заключающийся в том, что природный цеолит предварительно измельчают до фракции 3-5 мм, замачивают в 30-35%-ном растворе гуминовой кислоты на 25-40 минут, перемешивают и просушивают до влажности состава не более 18%.