Комплексное удобрение на основе диатомита и цеолита Российский патент 2023 года по МПК C05D9/00 C05G1/00 C05F3/00 

Изобретение относится к области растениеводства, а именно к производству комплексного микроэлементного удобрения на основе диатомита и цеолита с повышенным содержанием биоактивного кремния.

В настоявшее время земледелие и растениеводство ориентированы на ускорение роста и развития растений полевых, садовых и овощных культур и увеличение их продуктивности за счет применения органических и натуральных микроэлементных удобрений, микробиологических и био- препаратов, получаемых на основе утилизации и/или переработки органических отходов и сырья и природных минералов, что способствует также декарбонизации российского АПК.

Для получения органической растениеводческой продукции, восстановления плодородия почвы и сокращения углеродного следа в агротехнологиях особенно важным является использование инновационных многокомпонентных органических и натуральных микроэлементных удобрений, которые по агрономической и экономической эффективности не уступают основным синтетическим минеральным удобрениям, и при этом обеспечивают поступление в почву макро - и микроэлементов, полезных микроорганизмов, гуминовых и других активных биохимических веществ.

Известно комплексное удобрение на базе активированных дегидратированных природных цеолитов, характеризуется тем, что оно содержит смесь растворов гуминовых, фульвовых кислот и аминокислот в порах цеолита в количестве, не превышающем 1000 г на 1 тонну цеолита, а также раствор смеси азотного, фосфорного и калийного удобрения в порах цеолита в количестве не более 20 кг на 1 тонну цеолита (Патент РФ №2687362 Удобрение комплексное на базе активированных (дегидратированных) природных цеолитов, опубл. 13.05.2019 Бюл. №14).

Недостатками предлагаемого комплексного удобрения являются отсутствие полного спектра микроэлементов, невысокое содержание микроэлементов, а также применение минеральных удобрений. То есть, данное комплексное удобрение не является натуральным и микроэлементным.

Известно органо - минеральное удобрение, включающее 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 (Патент РФ №2382753 Органо-минеральное удобрение и способ его получения, опубл. 27.02.2010 Бюл. №6). Недостатки данного вида удобрения: 1) низкое содержание биоактивного кремния; 2) низкое содержание микроэлементов; 3) удобрение не является почвоулучшителем и биофунгицидом; 4) удобрение не является микроэлементным; 5) птичий помет смешивается с туфом в сыром некомпостированном виде, что не гарантирует уничтожение паразитов, семян сорняков и патогенной микрофлоры в птичьем помете.

Известно комплексное микроудобрение, которое имеет в своем составе борную кислоту, аммоний молибденовокислый и метасиликат калия или натрия, причем дополнительно содержит в качестве органической компоненты, выполняющей функции комплексообразователя - фуллеренол, полученный прямым каталитическим окислением фуллерена C₆₀ щелочью, состава C₆₀(OH)_n1O_n2, где nl+n2=12÷34, а также кальций азотнокислый четырехводный, калий азотнокислый, калий хлористый, калий фосфорнокислый однозамещенный, магний сернокислый семиводный. Все компоненты взяты при определенном соотношении (Патент РФ №2541405 Комплексное микроудобрение и способ его получения, опубл. 10.02.2015 Бюл. №4). Недостатки данного удобрения: 1) микроэлементы содержатся в виде минеральных солей; 2) в составе есть хлориды; 3) отсутствует биоактивный кремний; 4) удобрение не является почвоулучшителем и биофунгицидом; 5) удобрение имеет кислую рН; 6) удобрение - не пролонгированного действия.

Наиболее близким предлагаемому изобретению является органоминеральное 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 Состав для производства органо-минерального удобрения длительного действия, опубл. 10.09.2008 Бюл. №25).

Основным недостатком данного удобрения является необходимость внесения его в значительных дозах (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 внесение.

Технический результат предлагаемого комплексного удобрения заключается в объединении полезных физических, химических и технологических свойств разных видов соединений кремния, содержащегося в диатомите и цеолите, а также в дополнении состава удобрения макро- и микроэлементами, содержащимися в гранулированных курином помете и древесной золе.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что комплексное удобрение на основе диатомита и цеолита включает обожженную диатомитовую крошку с размером частиц 1,0-5,0 мм, цеолитовую крошку с размером частиц 1,0-5,0 мм, гранулированный куриный помет с размером гранул: длина 8,0-10,0 мм, ширина 5,0-7,0 мм; гранулированную древесную золу с диаметром гранул 1,0-3,0 мм, при следующем соотношении компонентов по массе, %:

- диатомит - 30;

- цеолит - 30;

- куриный помет - 30;

- зола древесная - 10.

Диатомит - природное сырье биогенного происхождения - опал - кристобалитовая осадочная порода, практически полностью сложенная створками диатомовых водорослей, которые представляют собой микроскопические растения с внешним опаловым скелетом, и мелкими округлыми зернами кремнезема. 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.

Цеолит - природное сырье вулканического происхождения - сложен, в основном, каркасными алюмосиликатами щелочных и щелочноземельных металлов. Пористая открытая микроструктура цеолита предопределяет уникальные полезные свойства: высокие ионообменная, адсорбционная и каталитические способности. В процессах адсорбции и ионного обмена цеолит способен к избирательному поглощению одних ионов или молекул перед другими, то есть работает как «молекулярные сита».

В таблице 1 представлен химический состав высококремнистых природных пород диатомита и цеолита.

Таблица 1
Химический состав высококремнистых пород, % на абсолютно-сухое вещество
(в числителе пределы колебаний, в знаменателе - среднее значение) Элемент Диатомит Цеолит SiО₂общ. 80,40-85,30
83,10 54,11-58,38
56,60 SiО₂аморф. 18,70-59,53
42,1 4,31-51,28
26,71 СаО 0,43-1,94
0,52 12,60-14,95
13,31 Fe₂O₃ 2,09-3,60
2,47 1,81-3,16
2,34 MgO 0,30-1,07
0,48 1,77-2,00
1,90 К₂О 0,08-2,01
1,25 1,16-1,90
1,25 Р₂О₅ 0,05 0,08-0,49
0,23

В таблице 2 представлены физико-химические показатели высококремнистых природных пород диатомита и цеолита.

Таким образом, диатомит содержит больше кремния, в том числе в доступной для растений форме, и имеет значительно большую пористость, тогда как в цеолите соединения кремния обладают большей ионообменной и каталитической способностями, и работают как «молекулярные сита» за счет микропористой структуры минерала. В результате диатомит обогащает почву доступным кремнием, а цеолит активизирует ионообменные и каталитические биохимические реакции в почве, что способствует активизации ее микробиологической активности и процессов гумусообразования, а также повышает доступность макро - и микроэлементов, содержащихся в почве. Кроме того, цеолит имеет большее содержание таких элементов питания как кальций, магний и фосфор.

Таблица 2
Физико - химические показатели высококремнистых пород Порода Породообразующие минералы Ионообменная способность, г-экв/кг Удельная поверхность, м²/кг⋅10³ Пористость, % Эффективный диаметр пор, нм Цеолит клиноптилолит, морденит, филлипсит, шабазит 0,5-1,5 47-95 20-53 0,3-0,6 Диатомит опал, опал-кристобалит 0,8-0,12 20-50 до 75 до 100 и более

Куриный помет и древесная зола обогащают комплексное удобрение макро - и микроэлементами (таблица 3).

Таблица 3
Агрохимический состав
комплексного микроэлементного удобрения Микроэлементное удобрение «Диатомит (30%) + Цеолит (30%) + Куриный помет (30%) + Зола древесная (10%)» (сокращенно - «ДЦКпЗ») Состав Диатомит, обожженный Цеолит Куриный помет, гранул. Зола
древесн.,
гранул. Итого, агрохимический
состав 1 рН 6,5 - 7,5 7,0 - 8,0 7,0 - 7,50 6,5-7,0 6,75 - 7,5 2. Общий азот, % на абс. сух. в-во - - 4,30 - 1,29 3. Общий фосфор, % 0,05 0,23 1,75 3,42 2,44 4. Общий калий, % 1,25 1,82 3,58 3,47 2,35 5. Кальций, % 0,52 13,3 2,05 34,68 8,24 6. Магний, % 0,48 1,90 1,78 6,39 1,88 7. Сера, % - - - 1,35 0,14 8. Кремний, % 83,1 56,6 - 16,43 43,62 Массовая доля подвижных форм микроэлементов, мг/кг 9. Железо, г/кг - 2,34% 4,56 8,44 2,21 10. Медь - - 142,0 76,56 50,26 11. Цинк - - 425,5 1576 285,25 12. Марганец - - - 4915 491,5 13. Бор - - - 227 22,70 14. Молибден - - - 1,32 0,13 15. Кобальт - - - 5,58 0,56

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, паразитов и патогенной микрофлоры.

Зола древесная гранулированная производится методом окатывания частиц, при одновременной подаче порошкового и жидкого компонентов и дальнейшей сушке гранул. В качестве частиц гранулообразования используют отсев древесной золы с размером частиц до 1,5 мм; окатывание происходит в тарельчатом грануляторе, жидким компонентом служит вода, а порошкообразным - сухая древесная зола.

В совокупности данное удобрение обладает функциями почвоулучшителя, биостимулятора, микроудобрения и активизации почвенных ионообменных и каталитических процессов.

Отличие заявленного комплексного микроэлементного удобрения от других микроэлементных удобрений:

- удобрение - многофункциональное - с функциями почвоулучшителя, биостимулятора, биофунгицида и активизации почвенных ионообменных и каталитических процессов;

- удобрение - пролонгированного действия, за счет пористой структуры диатомита (до 75 % пор от общего объема частицы) и цеолита (до 53%);

- удобрение содержит макро-, мезо- и микроэлементы, а также биологически активный кремний (до 56% и выше состава цеолита);

- удобрение с повышенным содержанием микроэлементов в органической, а не хелатной форме;

- удобрение с повышенным содержанием калия, фосфора, кальция, магния и кремния;

- диатомит и цеолит выступают как почворазрыхлители за счет своих особых технологических свойств (например, объемная масса диатомита - 500-650 кг/м³; сорбция воды - до 120% собственного веса);

- удобрение обладает обеззараживающим воздействием на почву из-за слабощелочной реакции рН и высокого содержания калия и кальция;

- биоактивный кремний полнее используется корневой системой растений культур и быстрее проникает в их ткани, обеспечивая повышение засухо - и жароустойчивости растений и повышение стрессоустойчивости к другим неблагоприятным биотическим и абиотическим факторам среды;

- за счет высокой ионнообменной и каталитической активности биокремния цеолита повышается микробиологическая активность почвы, за счет чего активизируется гумусообразование и ускоряется усвоение растениями труднодоступных питательных элементов из почвы.

Положительный эффект при использовании заявленного комплексного микроэлементного 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 и биологизации земледелия;

- обогащает почву микроэлементами в органической форме, в том числе биоактивным кремнием;

- биоактивный кремний обеспечивает повышение засухо - и жароустойчивости растений культур, а также повышает стрессоустойчивость растений к другим неблагоприятным факторам окружающей среды;

- биоактивный кремний повышает иммунитет и тургор растений;

-- за счет высокой ионнообменной и каталитической активности биокремния повышается микробиологическая активность почвы, за счет чего активизируется гумусообразование и ускоряется усвоение растениями труднодоступных питательных элементов из почвы;

- действует как почвоулучшитель, микроудобрение, биостимулятор и биофунгицид, а также как активатор почвенных ионообменных и каталитических процессов;

- стимулирует рост корневой системы;

- повышает урожайность полевых культур на 15-35% (при внесении в рядок на семенное ложе при посеве из сеялки).

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

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

Таблица 4
Соотношения ингредиентов комплексного микроэлементного удобрения, % по массе Состав Диатомит Цеолит Куриный помет Зола древесная Контроль Чернозем типичный тяжелосуглинистый, гумус - 5,9 % (центральная зона Самарской области) 1 40 40 10 10 2 30 30 30 10 3 40 30 20 10 4 25 25 25 25

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 5).

Исследования показали, что наибольшая прибавка урожайности обеспечивается составом №2 при соотношении компонентов удобрения, % по массе: диатомит - 30, цеолит - 30, куриный помет - 30 и зола древесная - 10.

Таблица 5
Урожайность составов комплексного удобрения Состав Урожайность, кг/сосуд Прибавка урожая, % Контроль 0,42 - 1 0,48 +14,3 2 0,55 +31,0 3 0,52 +23,8 4 0,34 -19,0

Созданное комплексное удобрение позволяет перерабатывать различные органические отходы и сырье, а также природные минералы, что снижает экологическую нагрузку на окружающую среду, способствует восстановлению природного углеродного цикла, позволяет предприятиям решать вопросы утилизации отходов в соответствии с экологическим законодательством, а также позволяет получать органическую продукцию.

Заявленное комплексное микроэлементное удобрение имеет повышенное содержание следующих микроэлементов в органической легкодоступной для растений форме: Кремний - омолаживает клетки; повышает иммунитет, стрессоустойчивость к неблагоприятным условиям и тургор растений; Кальций - стимулирует рост растений и развитие корневой системы; усиливает обмен веществ и активирует ферменты; повышает вязкость протоплазмы; активизирует фотосинтез; Фосфор - неотъемлемая часть ДНК и РНК, поддержание обменных процессов, поддержание процесса фотосинтеза, участие в регуляции дыхания растений, важный элемент для формирования корневой системы и бутонов и семян; 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; Магний - повышает интенсивность фотосинтеза и образование хлорофилла; активирует ферменты, транспорт фосфора, синтез сахаров, фиксацию азота в клубеньках бобовых.

Заявленное комплексное микроэлементное удобрение имеет за счет своих компонентов следующие преимущества: диатомит - почворазрыхление, источник биокремния и биофунгицид; цеолит - высокая ионообменная и каталитическая активность удобрения, обеспечивающая повышенное усвоение труднодоступных питательных элементов из почвы; источник биокремния; активизация гумусообразования; куриный помет - источник азота, фосфора и калия, а также микроэлементов; зола древесная - источник фосфора, калия и микроэлементов, биофунгицид, раскисление почвы.

Исследования эффективности комплексного микроэлементного удобрения проводились на опытном поле Самарского ГАУ в 2017 - 2022 гг.

Опытный участок Самарского ГАУ расположен в центральной зоне Самарской области, что соответствует южной лесостепи Заволжья. Почва - чернозем типичный среднемощный тяжелосуглинистый, гумус - 5,9 %.

Исследования проводили в полевом двухфакторном стационарном опыте, заложенном в 2017 году в рамках научной темы «Цифровое органическое земледелие», на полях зернопаропропашного севооборота: 1) чистый пар; 2) озимая пшеница; 3) яровая пшеница твердая; 4) горох; 5) ячмень яровой; 6) подсолнечник.

Результаты по опытному полю Самарского ГАУ представлены в таблицах 6 и 7.

Таблица 6
Урожайность озимой пшеницы, т/га (2017 - 2022 гг.) Система удобрений (А) Годы исследований Среднее % к
контролю 2017 2018 2019 2020 2021 2022 Система защиты (В)
В1 - контроль А1 - контроль 4,71 2,93 2,51 2,75 2,63 4,75 3,38 100 А2 - нитроаммофоска 4,88 3,33 2,43 2,98 2,83 4.90 3,56 105,3 А3 - ДЦКпЗ 4.69 3,61 2,80 3,89 3,45 5,23 3,95 116,9 Среднее 3,63 107,4 В2 - пестициды А1 - контроль 4,90 3,12 2,67 3,02 2,77 5,10 3,60 106,5 А2 - нитроаммофоска 4,98 3,56 2,78 3,22 2,90 5,42 3,81 112,7 А3 - ДЦКпЗ 4,90 3,80 3,95 3,18 3,05 5,40 4,05 119,8 Среднее 3,82 113,0 В3 - биопрепараты А1 - контроль 4,91 3,10 2,90 3,10 2,65 5,25 3,65 108,0 А2 - нитроаммофоска 5,15 4,10 3,33 3,43 2,79 5,34 4,02 118,9 А3 - ДЦКпЗ 5,00 3,25 3,60 3,13 3.43 5,32 3,96 117,2 Среднее 3,88 114,7

Урожайность озимой пшеницы (табл. 6) за шесть лет исследований на вариантах с комплексным микроэлементным удобрением («ДЦКпЗ», вариант А7) превышала урожайность при внесении минерального удобрения нитроаммофоска (А2) в среднем на 5,7 %, превышение над контролем (без удобрений, вариант А1В1) составило в среднем 18%.

Урожайность яровой твердой пшеницы (табл. 7) за шесть лет исследований на вариантах с комплексным микроэлементным удобрением («ДЦКпЗ», вариант А7) уступала урожайности при внесении минерального удобрения нитроаммофоска (А2) в среднем всего на 0,8 %, тогда как превышение над контролем (А1В1) составило в среднем 8,3%.

Увеличение урожайности по другим культурам, в среднем, % к варианту с нитроаммофоской (А2): ячмень - на 8,3, горох - 4,4.

Таблица 7
Урожайность яровой пшеницы твердой, т/га (2017 - 2022 гг.) Система удобрений
(А) Годы исследований Среднее % к
контролю 2017 2018 2019 2020 2021 2022 Система защиты (В)
В1 - контроль А1 - контроль 2,64 1,38 1,60 1,83 1,71 3,32 2,08 100 А2 - нитроаммофоска 2,81 1,42 1,85 1,93 1,76 3,50 2,21 106,3 А3 - ДЦКпЗ 2,53 1,38 2,00 1,87 1,56 3,31 2,11 101,4 Среднее 2,13 102,6 В2 - пестициды А1 - контроль 2,60 1,33 1,62 1,89 1,77 3,22 2,07 99,5 А2 - нитроаммофоска 2,75 1,46 1,88 1,92 1,87 3,78 2,28 109,6 А3 - ДЦКпЗ 2,73 1,62 1,88 1,45 1,69 3,56 2,16 103,9 Среднее 2,17 104,3 В3 - биопрепараты А1 - контроль 2,74 1,43 1,70 2,04 1,72 3,44 2,18 104,8 А2 - нитроаммофоска 2.96 1,46 1,93 2,15 1,77 3,67 2,32 111,5 А3 - ДЦКпЗ 2,93 1,76 2,02 2,23 1,88 4,11 2,49 119,7 Среднее 2,33 112,0

Увеличение урожайности по другим культурам, в среднем, % к контролю (А1В1): ячмень - на 23,2, горох - 11,8.

В лабораторных вегетационных опытах (четырехкратный посев в трехкратной повторности) прибавка надземной биомассы по отношению к контролю (без удобрений) составила, %: томаты - 19,9, морковь - 34,8, свекла - 27,6, кукуруза - 35,5 и газонная трава - 23,6.

Таким образом, комплексное удобрение на основе диатомита и цеолита с функциями почвоулучшителя, биостимулятора, биофунгицида и активизации почвенных ионообменных и каталитических процессов не уступает нитроаммофоске по воздействию на урожайность озимой и яровой твердой пшеницы. Также на других зерновых колосовых и зернобобовых культурах предлагаемое комплексное микроэлементное удобрение по воздействию на урожайность превосходит синтетическое комплексное минеральное удобрение нитроаммофоску.

Для биологизации земледелия, развития и распространения технологий органического земледелия, и декарбонизации АПК в целом, данные результаты являются крайне перспективными, учитывая положительное воздействие органических удобрений на плодородие почвы, экологическое состояние агроэкосистемы, возможность получения органической продукции, более низкую себестоимость производства и внесения комплексных микроэлементных удобрений на основе продуктов переработки органического сырья и природных минералов.

Изобретение относится к области растениеводства, а именно к производству комплексного удобрения на основе диатомита и цеолита с повышенным содержанием биоактивного кремния и с функциями почвоулучшителя, биостимулятора, биофунгицида и активизации почвенных ионообменных и каталитических процессов. Комплексное удобрение на основе диатомита и цеолита включает обожженную диатомитовую крошку с размером частиц 1,0-5,0 мм, цеолитовую крошку с размером частиц 1,0-5,0 мм, гранулированный куриный помет с размером гранул: длина 8,0-10,0 мм, ширина 5,0-7,0 мм; гранулированную древесную золу с диаметром гранул 1,0-3,0 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%: обожженная диатомитовая крошка 30, цеолитовая крошка 30, гранулированный куриный помет 30, гранулированная древесная зола 10. Технический результат заключается в объединении полезных физических, химических и технологических свойств разных видов соединений кремния, содержащегося в диатомите и цеолите, а также в дополнении состава удобрения макро- и микроэлементами, содержащимися в гранулированных курином помете и древесной золе. 7 табл.

Комплексное удобрение на основе диатомита и цеолита, включающее обожженную диатомитовую крошку с размером частиц 1,0-5,0 мм, цеолитовую крошку с размером частиц 1,0-5,0 мм, гранулированный куриный помет с размером гранул: длина 8,0-10,0 мм, ширина 5,0-7,0 мм, гранулированную древесную золу с диаметром гранул 1,0-3,0 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

обожженная диатомитовая крошка 30 цеолитовая крошка 30 гранулированный куриный помет 30 гранулированная древесная зола 10