Мелиорант для почв земель сельскохозяйственного назначения Российский патент 2024 года по МПК C09K17/40 C09K17/50 

Изобретение относится к области сельского хозяйства и мелиорации агроландшафтов.

Использование земель сельскохозяйственного назначения связано с необходимостью привлечения дополнительных ресурсов для увеличения урожайности культурных растений. В основе решения проблемы снижения показателей почвенного плодородия в результате многолетнего пахотного использования лежит восстановление агрономических свойств почв путем внесения мелиорантов различной природы.

На мировом рынке известен препарат мелиорант-почвоулучшитель «ЭридГроу» (СООО «ЭридГроу Продакшн», Республика Беларусь), который заявлен производителем как универсальное средство для полного восстановления утраченных агрофизико-химических свойств почвы. Недостатком предлагаемого изобретения является использование в основе мелиоранта низинного торфа, обладающего высокой гигроскопичностью и способностью удерживать почвенную влагу в объеме, превышающем собственный вес более чем в 20 раз [1].

Известен почвенный мелиорант для восстановления плодородия от производителя ООО «Технолог» (Россия), который представляет собой торфяные гранулы с добавлением гуминовых веществ и микроэлементов. Заявлено, что почвенный мелиорант способен в короткие сроки создать устойчивую возобновляемую плодородную систему. К недостаткам изобретения относится ограничение его использования на почвах тяжелого гранулометрического состава, подверженных засолению из-за высокой гигроскопичности и замедления процессов трансформации растительных туков, вызванное дополнительным привносом гуминовых веществ [2].

Известно органическое удобрение – мелиорант (RU 2 745 780 C1), включающее в свой состав эффлюент, макроэлементы (N, P, K, Ca), микроэлементы (B, Mn, Co, Mo), а также азотфиксирующие и фосфатмобилизующие микроорганизмы. Преимуществом данного технического решения является обеспечение растений органическими и неорганическими соединениями на ранних стадиях развития. Однако недостатком является наличие в его составе ряда микроэлементов, которые при использовании мелиоранта на почвах агроценозов с высокой техногенной нагрузкой могут вызвать увеличение токсичности контаминаторов [3].

Известен способ получения органического мелиоранта (RU 2 736 648 C1), который включает реагентную обработку осадков сточных вод с последующим аэробным компостированием в течение не менее 30 дней и смешиванием с легким суглинистым почвогрунтом. Недостатком данного изобретения является наличие остатка сточных вод, содержащего высокие концентрации микроэлементов, внесение которых в загрязненные почвы может усилить их токсичность [4]. Еще одним недостатком является высокая дисперсность состава, способствующая запылению атмосферы.

В состав еще одного изобретения - мелиоранта входит помет птиц, опилки, подвергнутые предварительной ферментации, и верховой торф, отличающийся тем, что дополнительно в состав вводят низинный и верховой торф, при следующих соотношениях, мас. %: птичий помет с опилками 20-25; торф верховой с навозом 30-35 и торф низинный остальное (или 40-45) и вся смесь подвергается 2-х стадийному ферментированию [5]. Недостатками изобретения являются продолжительный срок производства и наличие низинного торфа в составе мелиоранта. Последний накапливает значительные количества микроэлементов и загрязнителей, т.к. низинные торфяники находятся в депрессивных местоположениях рельефа и являются местом вноса твердого материала с вышележащих участков ландшафта.

Известен способ получения мелиоранта почв путем измельчения бурого угля до размеров гранул менее 3 мм с последующей обработкой 40-50%-ным водным раствором азотной кислоты при массовом соотношении компонентов: бурый уголь: водный раствор азотной кислоты 1 : 0,24 - 0,30 до завершения реакции [6]. Недостатком изобретения является низкая растворимость гуминовых кислот при кислотной экстракции и ограниченность его использования на почвах со слабощелочной или щелочной реакцией среды.

Наиболее близким к заявленному изобретению является торфо-диатомитовый мелиорант «ТДМ» (производитель ООО «ЭкоИнноватор», г. Екатеринбург, Россия) на основе торфа и диатомита, который был использован в качестве прототипа [7]. Недостатками данного изобретения являются высокая гигроскопичность и продолжительный срок трансформации органического компонента - торфа, усложняющего рост и развитие растений на начальных стадиях развития.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение функционального назначения мелиоранта, что позволит вносить его в почвы земель сельскохозяйственного назначения с целью их детоксикации, восстановления плодородия и повышения продуктивности агроэкосистем.

Техническим результатом заявленного изобретения является снижение подвижности тяжелых металлов и биотоксичности почв пашни, прирост биомассы культурных растений за счет увеличения содержания органического вещества и элементов минерального питания (азота, фосфора, калия).

Указанный технический результат достигается тем, что мелиорант содержит солому, гумат калия, негашеную известь и бентонитовую глину в соотношении компонентов 3:1:2:1, при предварительной термомеханической обработке соломы с измельчением до длины фрагментов менее 1 см и продольным расщеплением стеблей более чем на 40 %.

Так солома злаковых культур как органический компонент мелиоранта была предварительно высушена при температуре 70˚С и измельчена до длины фрагментов менее 1 см и подвергнута продольному расщеплению стеблей более чем на 40%. Она выполняет роль субстрата для образования органического вещества и повышения микробиологической активности почвенного покрова, а также способствует восполнению потерь азота и повышению доступности фосфатов. Высокая степень расщепления обеспечивает более быстрое разложение органических остатков и включение в процессы питания растений.

Для производства мелиоранта была использована негашеная известь, которая представляет собой порошок белого цвета с сероватым оттенком, с содержанием основного вещества CaO – 95,5 %, карбоната кальция (СаСО₃) – 2,2 %, общего азота (N) – 0,03 % и железа (Fe) – 0,01 %. Главная роль негашеной извести заключается в стабилизации кислотности грунта, нейтрализации pH, снижении подвижности тяжелых металлов, обогащении кальцием, закреплении гумусовых молекул и оструктуривании почв.

Гумат калия представляет собой тонкодисперсный порошок без запаха, черного цвета, хорошо растворимый в воде. Содержание элементов в твердой фазе препарата: более 28,5 % Si, 13,9 % К, 9,43 % Ca, 3,42 % Ti, 4,42 % Fe, 3,31 % Al и менее 1 % серы и меди. Процент примесей остальных элементов составляет менее 1 %, а выход свободных гуминовых кислот составил 52,5 %. Гумат калия, был выделен из бурых углей путем щелочной экстракции и его внесение в почву будет способствовать закреплению органического вещества в пахотном горизонте, стимулированию роста и развития растений, оструктуриванию и улучшению условий питания растений. Достоинствами гуматов является их экологичность и пролонгированное воздействие на почвенную экосистему.

Использованная для создания мелиоранта бентонитовая глина представляет собой порошок светло-серого цвета, без запаха с размером частиц около 75 мкм. Химический состав которого варьирует в диапазоне: SiO₂ – 50-53 %, Аl₂O₃ – 14 - 16 %, Fe₂O₃ – 3 - 5 %, МgO и СаO – 4 - 7 % и Н₂O – 5-7 %. Глинистый минерал как компонент заявляемого мелиоранта обладает способностью к поглощению загрязняющих токсикантов, а также характеризуется высокой сорбционной емкостью.

Мелиорант готовили путем смешивания соломы, гумата калия, негашеной извести и бентонитовой глины в однородную массу в соотношении 3:1:2:1, при этом солома была предварительно подвергнута термомеханической обработке с измельчением до длины фрагментов менее 1 см и продольным расщеплением стеблей более чем на 40%.

Объектом исследования был выбран почвенный покров агроценоза, расположенного в зоне влияния металлургического предприятия ООО «ММСК» (Оренбургская область). Почву участка, отобранную из слоя 0-20 см, смешивали, высушивали в естественном состоянии и очищали от включений.

В вегетационные сосуды помещали почву и готовый мелиорант в соотношении 25:1, а в контрольные/фоновые сосуды вносили почву без внесения состава мелиоранта. Проведение эксперимента осуществляли в условиях вегетационного домика при температуре 20-26 С^о в течении 105 дней. Повторность опыта 7 – кратная.

На протяжении эксперимента почву в вегетационных сосудах выдерживали в увлажненном состоянии (ПВ = 40-55%). Семена яровой пшеницы мягкой (Triticum aestivum L.) сорта «Лада» и вики посевной (Vicia sativa L.) сорта «Льговская» высаживали в почву в соответствии с региональными нормами высева.

Состояние растений оценивали по всхожести согласно ГОСТ 12038-84 и морфометрическим показателям вегетативной части с расчетом индекса толерантности и массы (ИТ и ИМ) [8].

После истечения срока экспозиции эксперимента в почвенных образцах набором стандартных методов определяли показатели содержания органического вещества, электрическую проводимость и реакцию среды почвенного раствора, содержание подвижных форм P₂O₅ и K₂O₅, нитратную форму азота, фитотоксичность и морфометрические показатели растений [9, 10, 11].

Электрическая проводимость является диагностическим показателем подвижности водорастворимых форм неорганических соединений в почвенном растворе, в том числе и тяжелых металлов. Используя известный ранее предложенный способ экспресс-оценки эффективности сорбентов для снижения подвижности тяжелых металлов в почвах (RU 2 692 263 C1) был проведен эксперимент по определению удельной электропроводности почвенных образцов контрольных и опытных вариантов опыта [12]. Такой подход решает ряд методических проблем определения содержания тяжелых металлов в почвах при полиметальном загрязнении. Полученные результаты свидетельствуют о том, что при внесении мелиоранта происходит снижение подвижности тяжелых металлов и токсичности среды, выраженное в достоверном снижении значений показателя на 28,04 % относительно контрольного образца (табл. 1).

В ходе проведенных исследований было установлено, что почвы исследуемой территории имеют близкую к нейтральной рН почвенного раствора (рН_КСl = 6,67), в варианте с использованием прототипа и мелиоранта отмечено повышение рН до значений 7,25-7,26.

Внесение мелиоранта снижает токсическое воздействие контаминаторов на растения яровой пшеницы и вики посевной, снижая фитотоксичность до минимального значения в 13,4 % и 36,7 % соответственно. Индекс толерантности при внесении состава превышал значения показателя в фоновом варианте на 23,4 % и при внесении прототипа на 10,7 % в эксперименте с проращиванием пшеницы. А при выращивании вики посевной на 15,3 % и 5,1 % соответственно (табл. 2).

Наиболее важными элементами минерального питания злаковых растений считаются макроэлементы – азот, фосфор и калий, которые находятся в почвенном растворе в подвижной форме. На фоне внесения в почву разработанного состава был отмечен рост концентрации подвижного фосфора более чем в 2 раза относительно контроля и более чем на 70 % относительно варианта с внесением ТДМ.

Аналогичный эффект отмечен для содержания доступной формы калия и нитратной формы азота, что сопровождалось достоверным увеличением показателей на 44,5 % и 69,3 % соответственно.

Внесение состава способствует увеличению содержания гумуса более чем на 16,04 % относительно прототипа и 40 % - контроля (табл. 3).

Столь значительный результат связан с тем, что при смешивании гумата калия и негашеной извести с водой происходит образование гидроксида кальция и высвобождение гуминовых кислот, доступных для роста растений.

Благодаря такому составу мелиоранта снижается биотоксичность почв, подвижность тяжелых металлов, улучшаются условия питания растений.

Таблица 1 – Электрическая проводимость и рН почвенного раствора

Образцы ЭП, мСм/см рН _KCL Мелиорант 319,5±1,21 7,26±0,11 Прототип 432±1,34 7,25±0,12 Фон 444±2,14 6,66±0,09

Таблица 2 – Показатели фитотоксичности почв

Образцы Triticum aestivum L. Vicia sativa L. Фитоток-
сичность, % ИT, % ИМ, % Фитоток-
сичность, % ИT,% ИМ, % Мелиорант 13,4±0,21 123,4 152,3 36,7±0,31 115,3 123,1 Прототип 26,7±0,15 110,7 134,9 53,4±0,27 105,1 107,3 Фон 56,7±0,34 100 100 72,4±0,36 100 100

Таблица 3 – Агрохимические свойства почв

Образцы P₂О₅, мг/100 г почвы K₂О_5, мг/100 г почвы NO_3, мг/100 г почвы Гумус, % Мелиорант 89,21±0,65 978,57±3,35 17,04±0,14 4,1 ±0,09 Прототип 51,51±0,36 625±2,1 14,25±0,11 3,4 ±0,07 Фон 44,3±0,41 542,86±0,89 5,26±0,08 2,93 ±0,05

Список литературы:

1. Восстановитель почвы ЭридГроу / [Электронный ресурс] // ЭридГроу: [сайт]. — URL: https://aridgrow.by/ (дата обращения: 09.11.2023).

2. Почвенный мелиорант для восстановления плодородия почвы / [Электронный ресурс] // Органические удобрения : [сайт]. — URL: https://udobreniye.ru/pochvennyj-meliorant/ (дата обращения: 09.11.2023).

3. Патент RU 2 745 780 C1. Опубликовано: 31. 03.2021. Бюл. №10.

4. Патент RU 2 736 648 C1. Опубликовано: 19.11.2020. Бюл. №32.

5. Патент RU 2007 106 413 А Опубликовано: 10.10.2008.

6. Патент RU 2 005 763 A. Конвенционный приоритет: 28.02.1992.

7. Умное удобрение (Торфо-диатомитовый мелиорант) // ЭкоИнноватор URL: https://ecoinnovator.net/ru/ru-products-2/Umnoe-udobrenie-Torfo-diatomitovy-meliorant-p364666285 (дата обращения: 20.11.2023).

8. ГОСТ Р ИСО 22030-2009. Национальный стандарт Российской Федерации. качество почвы. Биологические методы. Хроническая фитотоксичность в отношении высших растений: Дата введения 2011-01-01. Москва: Стандартинформ, 2019 – 11 с.

9. ГОСТ 26213-2021. Межгосударственный стандарт. Почвы. Методы определения органического вещества: дата введения 2022—08—01. – Москва: Российский институт стандартизации, 2021. – 11 с.

10. ГОСТ Р 54650-2011 Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО : дата введения 2013-01-01. – Москва : Стандартинформ, 2013. – 11 с.

11. ГОСТ Р 58596-2019 Почвы. Методы определения общего азота: дата введения 2020-01-01. – Москва : Стандартинформ, 2019. – 11 с.

12. RU 2 692 263 C1 Опубликовано: 24.06.2019 Бюл. № 18.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и мелиорации агроландшафтов. Мелиорант для почв земель сельскохозяйственного назначения содержит солому, гумат калия, негашеную известь и бентонитовую глину в соотношении компонентов 3:1:2:1, при предварительной термомеханической обработке соломы с измельчением до длины фрагментов менее 1 см и продольном расщеплении стеблей более чем на 40%. Предлагаемый мелиорант позволяет снизить подвижность тяжелых металлов и биотоксичность почв пашни, способствует приросту биомассы культурных растений за счет увеличения содержания органического вещества и элементов минерального питания - азота, фосфора, калия. 3 табл., 1 пр.

Мелиорант для почв земель сельскохозяйственного назначения, отличающийся тем, что содержит солому, гумат калия, негашеную известь и бентонитовую глину в соотношении компонентов 3:1:2:1 при предварительной термомеханической обработке соломы с измельчением до длины фрагментов менее 1 см и продольном расщеплении стеблей более чем на 40%.