Органоминеральное удобрение для повышения урожайности при выращивании экологически чистых и безопасных сельскохозяйственных культур Российский патент 2025 года по МПК C05D9/00 C05C1/00 

Область техники

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к новому экологически чистому органоминеральному удобрению нового поколения. Указанное удобрение может применяться для всех видов сельскохозяйственных культур, плодово-ягодных деревьев и кустарников, овощных культур, для декоративных насаждений, лесопосадок, причем как для растений в открытом, так и в закрытом грунте.

Уровень техники

На текущий момент в сельском хозяйстве акцент сделан на увеличении производства растений, в том числе полевых, садовых и овощных культур, путем применения органических и натуральных микроэлементных удобрений, микробиологических и биопрепаратов, получаемых на основе утилизации и/или переработки органических отходов и сырья и природных минералов. Важным аспектом в агротехнологиях является использование инновационных многокомпонентных органических и натуральных микроэлементных удобрений для восстановления плодородия почвы, которые не уступают синтетическим минеральным удобрениям по эффективности, обеспечивая при этом почве макро- и микроэлементы, полезные микроорганизмы, гуминовые и другие активные биохимические вещества.

Из уровня техники известно гранулированное органоминеральное удобрение с лузгой гречихи для повышения урожайности сельскохозяйственных культур и улучшения свойств почвы, характеризующееся тем, что для получения 1 кг удобрения в гранулятор барабанного типа помещают 500 г цеолита фракцией 3-5 мм и 125 г измельченного сухого гумата калия, а затем при постоянной работе гранулятора добавляют 125 г измельченной лузги гречихи и через 10 минут приливают 125 г свекловичной мелассы и 125 г воды с последующим подсушиванием полученных гранул на воздухе (RU2813901).

Из уровня техники известно комплексное удобрение на базе диатомита и цеолита, характеризующееся тем, что оно содержит гранулированный куриный помет, гранулированную древесную золу (RU2805874).

Из уровня техники известно комплексное удобрение на основе наноструктурного цеолита с функциями почвоулучшителя и биостимулятора (RU2781283).

Несмотря на наличие различных органических и натуральных микроэлементных удобрений по-прежнему сохраняется необходимость разработки и создания новых удобрений, которые способны значительно увеличивать урожай сельскохозяйственных культур наряду с улучшением плодородия почвы.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является разработка и создание органоминерального удобрения для повышения урожайности при выращивании экологически чистых и безопасных сельскохозяйственных культур вместе с улучшением характеристик почвы.

Поставленная комплексная задача решается посредством разработки и создания органоминерального удобрения, включающего структурированный цеолит, аминокислотный комплекс (компонент), воду, ортофосфорную кислоту, нитрат кобальта, нитрат железа, карбамид и/или аммиачную селитру в следующих количествах:

цеолит структурированный 1000 кг аминокислотный комплекс (компонент) 3,3 л вода 70 л карбамид и/или аммиачная селитра 25 кг ортофосфорная кислота 500 мл нитрат кобальта 50 мг нитрат железа 50 мг

В частных вариантах воплощения изобретения, аминокислотный компонент представляет собой продукт ферментативного гидролиза крови продуктивных животных.

В частных вариантах воплощения изобретения, аминокислотный компонент включает аспарагиновую кислоту, глутаминовую кислоту, серин, гистидин, глицин, треонин, аргинин, аланин, тирозин, цистин, валин, метионин, фенилаланин, изолейцин, лейцин, лизин, пролин.

В частных вариантах воплощения изобретения, структурированный цеолит имеет фракции гранул от 1,00-5,00 мм, размер отверстий до 6-ти ангстрем, пористость 75-90%.

В частных вариантах воплощения изобретения, карбамид марки Б.

В результате осуществления изобретения достигаются следующие технические результаты:

- разработано новое и эффективное органоминеральное удобрение, способствующее значительному увеличению урожая сельскохозяйственных культур, в частности зерновых, плодово-ягодных культур, овощных, декоративных и кустарников;

- органоминеральное удобрение по изобретению улучшает свойства почвы (физические, химические, биологические) и в целом оказывает положительное воздействие на систему «почва-растение»;

- органоминеральное удобрение по изобретению способствует повышению устойчивости растений к болезням, атакам вредителей, засухе и почвенным патогенам;

- органоминеральное удобрение по изобретению, благодаря богатому содержанию природных химических элементов, предотвращает заболевание корней растений, служит источником микроэлементов и терморегулятором почвы, снижает содержание нитратов в плодах растений, плоды отличаются повышенным качеством, высоким содержанием сахаров, аскорбиновой кислоты;

- органоминеральное удобрение по изобретению позволяет снижать частоту полива сельскохозяйственных культур за счет повышения влагоудерживающей способности почвы;

- органоминеральной удобрение по изобретению также является раскислителем почв; рН почвы (водородный показатель) изменяется на 1 (одну) единицу, например, было 5.5, повышается до 6.5 после применения удобрения по изобретению.

Органоминеральное удобрение по изобретению - это био-удобрение на основе цеолита природного структурированного, обогащенного аминокислотами и азотосодержащими компонентами. Данное удобрение нельзя сопоставлять с известными минеральными удобрениями. Это органоминеральное удобрение, принцип работы которого существенно отличается от общего понимания действия N, P, K.

Цеолит в составе удобрения по изобретения - природный минерал вулканогенного осадочного происхождения, пронизанный тончайшими полостями и каналами, придающими ему свойства молекулярного сита. Эти пустоты заполнены катионами щелочных и щелочноземельных металлов и молекулами воды, имеющими значительную свободу движения, что наделяет цеолит высокой ионообменной способностью, свойствами адсорбента и донора, возможностью впитывать и отдавать влагу, продлевать действие веществ, с которыми он обогащен, отдавать почве и живым организмам необходимые им элементы.

Пористая микроструктура цеолитов в составе удобрения по изобретению определяет его уникальные свойства ионообменника, катализатора, молекулярного сита и адсорбента. Размеры отверстий математически выверены, не превышают 6-ти ангстрем (Å). Это качество делает минерал «молекулярным ситом». Размеры каналов достаточны для проникновения в них органических молекул и катионов, а суммарный объем их вместе с порами достигает 50%. Суммарная катионообменная способность нативного цеолита - 80 мг-экв/100 г, после структурирования увеличивается до 160 мг-экв/100 г, при этом значительная роль в обмене принадлежит аморфному кремнию до 35 % (после активации - увеличивается до 60 %) и обменному кальцию до 68 % (после активации - увеличивается до 90 %), обменному: калию до 3 %, натрию до 1 % и магнию до 3 %. Это наделяет цеолит по изобретению высокой ионообменной способностью, свойствами адсорбента и донора, впитывать и отдавать влагу, продлевать действие веществ, с которыми он смешан.

Аминокислотный компонент в составе удобрения по изобретению является продуктом ферментативного гидролиза крови продуктивных животных, то есть имеет животное происхождения, с большим содержанием не только аминокислот, но и витаминов и хелатов минеральных элементов (цинка и меди). Таким образом, использование аминокислотного компонента по изобретению в составе удобрения по изобретению совместно с другими компонентами неожиданно обеспечивает достижение раскрытых в настоящем документе результатов. Аминокислоты - это органические биостимуляторы, они не оказывают отрицательного воздействия на окружающую среду, способствуют повышению эффективного плодородия почв являются высокоэффективными и высокорентабельными. Аминокислоты быстро и легко проникают через клеточные мембраны до ядра клетки, обеспечивая доступ необходимых питательных веществ естественным путём и более эффективно, чем химические удобрения.

Для внесения аминокислот и азотосодержащих компонентов в почву, незаменимым материалом в качестве носителя стал цеолит природный структурированный. Однако важно, чтобы цеолит работал в нужном направлении, для этого необходимо проводить его структуризацию (модификацию), которая включает в себя механическую активацию, термическую активацию и/или ультразвуковую активацию.

Эффективность цеолита значительно повышается внедрением соответствующих компонентов, повышающих биогенность почв за счет повышения активности почвенных микроорганизмов, в том числе азотфиксирующих. На основе результатов трехлетних микрополевых экспериментов установлена пролонгированная активизация фосфаторедуцирующей микробной функции почв под действием цеолита, вследствие которого содержание подвижных (доступных) соединений фосфора повышалось на 19-37 мг/кг почвы, или на 22-43%.

При внесении в почву удобрения на основе цеолита структурированного и обогащенного необходимыми компонентами по изобретению произошла значительная активизация аммонификаторов и целлюлозоразлагающих организмов.

Органоминеральное удобрение по изобретению - это биологически активное и экологически безопасное удобрение нового поколения. Оно оказывает положительное влияние на физико-химические и агрохимические свойства почвы, оптимизируя их структурное состояние и кислотно-основной режим, а также фосфорное и кремниевое питание культурных растений, что в итоге продуктивно сказывается на их урожайности и качестве получаемой продукции. Кроме того, проявляет сорбционные свойства в отношении многих токсикантов (тяжелые металлы, остаточные количества пестицидов и др.), тем самым способствуя получению экологически безопасной продукции растениеводства.

Удобрение по изобретению позволяет снижать частоту полива за счет повышения влагоудерживающей способности почвы. Обладая высокой сорбционной способностью, цеолит в составе удобрения по изобретению обладает уникальными свойства: способностью забирать влагу (ночную влагу) и затем постепенно отдавать ее растениям. Использование удобрения по изобретению в засушливых жарких местностях дает возможность обходиться длительное время без полива, без ухудшения состояния почвенного слоя и состояния растений.

Удобрение по изобретению является хорошим раскислителем почв. Кислые почвы, у которых значение рН ниже 6, т.е. 5-5,5. При использовании удобрения по изобретению происходит раскисление кислых почв. Значения рН смещается на 1, т.е. если рН почвы составляет 5,5, после внесения удобрения становиться 6,5. В России 49,5% всех почв- кислые. На кислых почвах бурно развивается сорняк, плохая всхожесть, низкая урожайность и снижается качество полученной продукции. Некоторые культуры вообще не растут на кислых почвах. Проводятся работы по раскислению почв, это еще называют известкованием, вноситься мел, или известь или доломитовая мука достаточно в больших количествах от 5 до 10 тонн на 1 га. При внесении удобрения по изобретению эффект более высокий, требуется всего 250 кг удобрения по изобретению на 1 га, к тому же все известные раскислители не являются удобрением. В данном случае достигается комплексный эффект - раскислитель и удобрение и рекультиватор (улучшитель почвы).

Подробное раскрытие изобретения

Краткое описание чертежей

Фигура 1. Структура цеолита. Кристаллическая решётка цеолита построена из колец, образованных алюмо-кремне-кислородными тетраэдрами. Имеет сложную систему микрополостей и каналов, где располагаются обменные катионы щелочных и щелочноземельных металлов и молекулы цеолитовой воды.

Определения (термины)

Для лучшего понимания настоящего изобретения ниже приведены некоторые термины, использованные в настоящем описании изобретения. Следующие определения применяются в данном документе, если иное не указано явно.

В настоящем описании и в последующей формуле изобретения, если контекстом не предусмотрено иное, слова «иметь», «включать» и «содержать» или их вариации, например такие как «имеет», «имеющий», «включает», «включающий», «содержит» или «содержащий», следует понимать, как включение указанного целого или группы целых, но не исключение любого другого целого или группы целых. Указанные термины не предназначены для того, чтобы их истолковывали как «состоит только из».

Термин «и/или» означает один, несколько или все перечисленные элементы.

Также здесь перечисление числовых диапазонов по конечным точкам включает все числа, входящие в этот диапазон.

Термин «структурированный цеолит» в настоящем документе означает технологически обработанный природный цеолит, т.е. прошедший в заводских условиях механическую активацию, термическую активацию на температуре строго 400°С при скоростном режиме обжига, из которого максимально удалены лишние шлаки, химически-связанная вода, увеличена пористость и диаметр «входных окон цеолитовой решётки», подвижность обменных катионов, и/или ультразвуковую активацию, которая способствует увеличению ионообменной способности, увеличению пористости, т.е. позволяет открыть закрытые поры, способствует деалюминированию, повышение аморфного кремния. Режимы обработки цеолита, т.е. прохождение той или иной стадии (механической термической и/или ультразвуковой) проводится в соответствии с минералогическим и химическим составом исходного продукта-цеолита карьерного. Могут применяться все три стадии, могут две, или даже одна. Суммарная катионообменная способность структурированного цеолита - до 160 мг-экв/100 г, ионообменная ёмкость составляет 0,32 мг/экв/г, плотность истинная 2,20 г/см³, объемная масса 0,7 г/см³, фракция гранул - от 1,00-5,00 мм, пористость 75-90%.

Цеолит структурированный ионообменный:

Кремния - 59-70% (аморфного до 60%);

кальций - 11-16% (86…88 % обменного кальция);

Калий - 1,5-2,8%;

фосфор - 0,3-0,5%;

магний - 1,3%;

железо - 1,9-2,5%;

медь - 0,1%;

цинк - 0,3-0,5%;

марганец - 0,03%;

кобальт - 0,02%.

Структурированный цеолит характеризуется повышенным содержанием аморфного кремния. Аморфный кремний, являющийся одним из важных элементов в составе цеолита структурированного, играет очень важную роль в питании растений. Находясь в свободном состоянии, он легко переходит в почвенные растворы и превращается в кремниевую кислоту, которая способствует высвобождению фосфора, находящегося в почве в недоступной для растений форме, переводит его в доступную форму и доставляет к клеточным мембранам корневой системы растений.

Структурированные цеолиты, прошедшие термомеханическую обработку способны адсорбировать вместо воды другие вещества: аммоний, спирт, NO₂, H₂S и т.д. Благодаря этому обнаруживается уникальная способность к ионному обмену и адсорбции молекул нанометровых размеров. Совокупность каналов и полостей создает систему пор, поверхность которых (внутренняя поверхность адсорбента) и может составлять сотни квадратных метров на 1грамм.

Термин «аминокислотный комплекс (компонент)» в настоящем документе означает концентрат состоящий из 17 аминокислот, с долей общего белка от 20 до 37 %, имеющий высокую биологическую активность и малые размеры аминокислот (до 0,4-7,2 нм), в состав включает минеральные элементы в хелатной форме (медь, цинк) и витамины А, D и группы B, получен методом ферментативного гидролиза продуктов убоя животных (крови) как описано ниже в примере 2, то есть представляет собой продукт ферментативного гидролиза крови продуктивных животных.

Аминограмма аминокислотного компонента по изобретению , г/100 г продукта:

Аспарагиновая кислота - 3,31±0,50;

Глутаминовая кислота - 2,88±0,43;

Серин - 0,70±0,11;

Гистидин - 0,52±0,08;

Глицин - 0,95±0,14;

Треонин - 0,60±0,09;

Аргинин - 0,89±0,13;

Аланин - 1,30±0,19;

Тирозин - 1,15±0,17;

Цистин - 0,32±0,05;

Валин - 1,82±0,27;

Метионин - 0,42±0,06;

Фенилаланин - 1,76±0,26;

Изолейцин - 3,18±0,48;

Лейцин - 4,46±0,67;

Лизин - 7,41±1,11;

Пролин - 3,10±0,46.

Массовая доля питательных веществ - 35,5±0,2.

В состав аминокислотного компонента входят также витамины и минеральные элементы: витамин А (ретинол) - 8 300±2 000 МЕ/л, D 3 (колекальциферол) - 510 000±120 000 МЕ/л, В1 (тиамин) - 4,31±0,26 г/л, В2 (рибофлавин) - 3,2±0,26 г/л, В6 (пиридоксин) - 2,38±0,19 г и микроэлементы: медь -7,6±1,8 мг/кг, цинк - 45,3±9,5 мг/кг.

Таким образом, аминокислотный компонент по изобретению имеют натуральное (животное происхождение), при этом он обогащен не только аминокислотами, но и витаминами и минеральными элементами.

Ортофосфорная кислота является идеальным удобрением для растений, которые требуют дополнительного фосфора для здорового роста и развития. Ее положительное влияние на растения проявляется в следующих аспектах:

- стимуляция корневой системы: фосфор, содержащийся в ортофосфорной кислоте, играет ключевую роль в развитии корневой системы растений. Он способствует формированию и укреплению корней, что обеспечивает эффективное поглощение влаги и питательных веществ из почвы. Ортофосфорная кислота является незаменимым инструментом для стимулирования роста корневой системы и обеспечения здорового развития растений;

- улучшение завязывания цветков и плодов: капельное орошение с использованием ортофосфорной кислоты способствует более эффективному процессу завязывания цветков и плодов у многих культурных растений. Благодаря своим удобрительным свойствам, ортофосфорная кислота способствует формированию качественных и обильных урожаев. Это особенно важно для культур, таких как виноград, клубника, голубика, малина, помидоры и огурцы;

- улучшение морозоустойчивости растений: растения, обрабатываемые ортофосфорной кислотой, проявляют повышенную морозоустойчивость. Это особенно актуально в условиях нестабильных погодных условий, когда растения подвергаются риску заморозков. Ортофосфорная кислота помогает растениям пережить неблагоприятные температуры и сохранить свою жизнеспособность;

- стимуляция развития почвенной микрофлоры: ортофосфорная кислота оказывает положительное влияние на почву, способствуя развитию почвенных бактерий и других микроорганизмов. Это влияет на структуру почвы, улучшает ее водопроницаемость и способствует более эффективному использованию питательных веществ. Кроме того, ортофосфорная кислота помогает подавлять образование вредных органических веществ, способных нанести вред растениям.

В растениях кобальт встречается в ионной форме и в составе витамина В12. Содержание кобальта в растениях в среднем составляет 0,00002%. Его количество может колебаться от 0,021 до 11,6 мг на 1 кг сухой массы. Растения, как и животные, сами не синтезируют витамин В12. Он вырабатывается бактериями клубеньков растений и участвует в синтезе метионина. Кобальт отвечает за накопление алкалоидов и витаминов, за ускорение наступления фаз развития растения. В растениях кобальт:

• влияет на накопление азотистых веществ и углеводов;

• интенсифицирует их отток из вегетативных органов в генеративные;

• усиливает интенсивность дыхания и фотосинтеза;

• способствует образованию хлорофилла и уменьшает его распад.

Кобальт также повышает общее содержание воды в растениях, особенно - в засуху, и является абсолютно необходимым для размножения клубеньковых бактерий и фиксации ими азота.

Железо в почве есть в различных формах, в почве с большим содержанием органики оно находится в хелатной форме. Сама по себе хелатная форма - это соединение минерала, в данном случае железа, с аминокислотой. При таком соединении органические аминокислоты находятся с железом в виде лиганд (донорно-акцепторное взаимодействие). В такой молекуле железо находится как в оболочке из аминокислоты, которая его сохраняет и транспортирует к клетке растения. Хелатные соединения могут быть с ионами разных металлов- с ионами магния, цинка, марганца.

Основная суть хелатных соединений в том, что процесс поглощения и усваиваемости растениями хелатных форм ионов металлов значительно результативнее, чем усваиваемость с другими формами.

Для растений железо нужно для окислительно-восстановительных процессов с участием ферментов. Другими словами, железо требуется растению для образования хлорофилла. Железо так же участвует в образовании белков хлоропластов. При недостатке железа не образуются цитохромы, которые важные компоненты хлоропластов. При недостатке железа у растения, кроме нарушения процесса фотосинтеза, есть видимые проявления этого недостатка, которые можно определить по специфичным изменениям листовой пластины. Начинается изменение цвета листа, а само растение начинает отставать в росте. Типичный визуальный признак- межжилковый хлороз. Изменяется цвет листовой пластины в сторону осветления без вовлечения жилок листа. Если недостаток железа принимает критичную форму, то начинается необратимое разрушение листовой пластины и она не сохраняется на стебле (ветке) растения. Недостаток железа в критичной форме способен привести к гибели растения.

Осуществление изобретения

Пример 1. Получение структурированного цеолита по изобретению.

Структурированный цеолит по изобретению имеет природное происхождение - минеральная порода вулкано-осадочного типа, кристаллическая решётка построена из колец, образованных алюмо-кремне-кислородными тетраэдрами (фигура 1). Имеет сложную систему микрополостей и каналов, где располагаются обменные катионы щелочных и щелочноземельных металлов и молекулы цеолитовой воды, имеющие значительную свободу движения.

Состав минеральной породы включает: клиноптилолит, монтмориллонит, биокальцит, морденит, кремнистый опал.

Природный (нативный) цеолит помещают в хранилище, где происходит его усреднение за счет вылеживания не менее 1-3 месяцев. После чего цеолит поступает на переработку технологической линии, где он проходит каскадную механическую активацию. Каскадная механическая активация природного цеолита позволяет изменить минералогический состав исходного сырья, а именно: очистить природный цеолит от примесей и получить продукт с максимальным содержанием активного компонента - клиноптилолита и монтморилонита. Результаты рентгеноструктурных анализов это подтверждают. Механическая активация основывается на разности прочности по шкале Мооса минералов входящих в состав цеолитовой породы.

После механической активации цеолит поступает по системе транспортеров на термическую активацию в печь обжига. Печь обжига имеет сложную структуру и позволяет проводить структуризацию в скоростном режиме на строго фиксированной температуре 400°С, так как основной компонент цеолитовой породы это клиноптилолит, а он не допускает высоких температур.

В ходе термической активации удаляется химически-связанная вода, открываются поры, увеличивается диаметр «входных окон цеолитовой решётки» и возрастает подвижность обменных катионов, и самое главное увеличивается содержание аморфного кремния.

Далее минерал поступает в холодильные установки, где происходит его интенсивное охлаждение до 30°С, охлаждения идет с целью прекращения окислительно-восстановительных процессов. В данном процессе участвуют вентиляционные системы, обеспечивающие рециркуляцию воздушной смеси.

Далее материал отправляется на вибросито на сортировку по фракциям от 1 до 5 мм. Крупная фракции от 5-10 мм отправляется на дополнительное дробление и снова на рассев. Ионообменная ёмкость готового материала составляет 0,32 мг/экв/г, плотность истинная 2,22 г/см³, объемная масса 0,7 г/см³. Влагопоглощение - 5 л на 1 кг.

Пример 2. Получение аминокислотного компонента по изобретению.

Аминокислотный компонент по изобретению имеет животное происхождение. Он может быть получен ферментативным гидролизом крови продуктивных животных.

Процесс гидролиза крови продуктивных животных осуществляется в реакторе объёмом 1,0 м³, коэффициент заполнения реактора 0,8. На подготовительном этапе измельчают 8,0 кг поджелудочной железы крупного рогатого скота и готовят суспензию путём добавления 8,0 кг воды и перемешивания. В реактор заливают смешанную с водой в соотношении 2:1 кровь крупного рогатого скота, общее количество смеси 700 л, нагревают до температуры 50°С и проводят первый этап ферментативного гидролиза в течение 10 часов с использованием ферментов поджелудочной железы крупного рогатого скота. Далее готовят раствор лимонной кислоты, разводя 20 кг лимонной кислоты в 100 л воды и добавляют в реакционную смесь. Проводят второй этап гидролиза при неизменной температуре в течение 2 часов, далее проводят инактивацию ферментативного гидролиза путём повышения температуры до 80°С в течение 40 минут. Смесь охлаждают.

Полученный продукт является аминокислотным компонентом в составе кормовой добавки по изобретению.

Как следует из методики выше, настоящее изобретение предусматривает использование побочных продуктов убоя продуктивных животных (крови, эндокринных желёз), как результат сокращаются выбросы и загрязнения окружающей среды, а также энергозатраты на утилизацию побочных продуктов убоя продуктивных животных.

Пример 3. Получение органоминерального удобрения по изобретению.

Получают удобрение по изобретению путём обогащения структурированного цеолита аминокислотным компонентом, а также карбамидом и/или аммиачной селитрой и другими компонентами согласно изобретению на специальном оборудовании (например, как описано в RU206018). Подготовка растворной смеси, в соответствии с рецептурой, - в 70 литрах воды (ионизованной или дистиллированной), причем вода должна быть теплой, но не более 35°С, растворить при медленном помешивании 25 кг карбамида и/или аммиачной селитры и добавить 3,3 литра аминокислотного компонента, полученного по примеру 2 выше, далее добавить ортофосфорную кислоту 500 мл, нитрат кобальта 50 мг и нитрат железа 50 мг. При помощи глубинного насоса происходит плавное перемешивание всех компонентов, интенсивное перемешивание, образование пены не допускается.

Цеолит (1000 кг) подвергают насыщению концентрированным водным раствором, полученным выше, в смесителях периодического действия. Цеолит структурированный подается в смесительный агрегат (например, как описано в RU206018), затем начинается подача растворной смеси через установленные форсунки с одновременным перемешиванием.

В данной установке происходит синергическое взаимодействие, а не простое перемешивание структурированного цеолита и внедренных в него компонентов.

Пример 4. Исследование влияния удобрения по изобретению на урожайность сельскохозяйственных культур и свойств почвы.

Органоминеральное удобрение на основе структурированного цеолита обогащением аминокислотами и карбамидом и/или аммиачной селитрой по изобретению оказывает комплексное положительное воздействие на фундаментальные свойства почвы (физические, химические, биологические) и в целом на систему «почва-растение», обеспечивая повышение урожайности сельскохозяйственных культур на уровне или выше минеральных удобрений с большей экономической эффективностью и экологической безопасностью продукции.

Ниже приведены результаты испытания удобрений на основе цеолита при возделывании сельскохозяйственных культур.

Кукуруза

Полевые эксперименты проведены на базе опытного поля Ульяновского государственного аграрного университета со строгим соблюдением всех методических требований, лабораторные анализы почвенных и растительных образцов - по соответствующим ГОСТам. Почва опытного участка представлена черноземом выщелоченным среднесуглинистым, характеризующимся высокой обеспеченностью фосфором и калием (180 и 145 мг/кг почвы), слабогумусированным (4,5%) и слабокислой реакцией почвенного раствора (5,4 единиц рН_KCl). Ниже рассматриваются изменения основных показателей плодородия почвы под влиянием удобрения по изобретению.

Агрофизическое состояние

Необходимость изучения агрофизических свойств почвы и приемов их улучшения обусловлено тем, что регулирование их имеет исключительно важное значение в создании оптимальных условий для растений. Наиболее значимыми показателями физического состояния почвы являются: оструктуренность, плотность сложения, соотношение капиллярной и некапиллярной пористости. Именно эти показатели определяют водный, воздушный и питательный режимы почвы. Результаты изучения агрофизических свойств чернозема, выщелоченного при применении удобрения по изобретения в отношении кукурузы, представлены в таблице 1 ниже.

Полученный данные демонстрируют хорошую оструктуренность чернозема выщелоченного опытного поля (контроль): количество агрономически ценных агрегатов при сухом просеивании составляет 57,4%, что обеспечивает устойчивое сложение почвы. Однако сельскохозяйственное их использование сопровождается постепенной потерей структуры, если не принимать меры по сохранению физического состояния почвы, о чем свидетельствует коэффициент структурности на контроле, который значительно ниже оптимального его значения (>2,3). И, как следствие, пахотный слой достаточно уплотнен и не соответствует требованиям возделываемой культуры (кукурузы), для которой необходимо создавать плотность почвы в пределах 0,98-1,10 г/см³.

Таблица 1. Агрофизические показатели пахотного слоя выщелоченного чернозема в зависимости от внесения в почву удобрения (0-30 см).

Вариант Содержание агрегатов, % (сухое просеивание) К_С
(коэффициент структурности) Содержание водопрочных агрегатов, % Плотность почвы, г/см³ >10
мм 10-0,25 мм* <0,25 мм 3-0,25 мм <0,25 мм Контроль 37,8 57,4 4,8 1,52 71,2 28,8 1,20 Цеолит 500 кг/га 26,4 65,3 1,9 1,88 73,5 26,5 1,12 Удобрение по изобретению (с карбамидом и другими компонентами в составе в составе) 250 кг/га 22,2 75,9 4,1 3,1 73,5 26,5 1,14 *Агрегаты размерами 10-0,25 мм являются агрономически ценными.

Внесение в почву удобрения по изобретению (с карбамидом в составе) в количестве 250 кг/га существенно улучшило физическое состояние пахотного слоя (0-30 см). При этом, прежде всего, увеличилось количество агрономически ценных агрегатов размерами10-0,25 мм при сухом просеивании (на 18,5%, абсолютное значение) и в 2 раза - коэффициент структурности. Почва приобрела оптимальную для кукурузы плотность (1,14 г/см³). Разуплотнение пахотного слоя произошло, несомненно, под влиянием оструктуривающего действия удобрения по изобретению на агрегатный состав почвы.

Биологические свойства

Агрофизическое состояние почвы оказывает наиболее сильное непосредственное влияние на ее биологические свойства. Функции микроорганизмов чрезвычайно разнообразны. Они, будучи живыми существами, наиболее чутко и быстро реагируют на все вмешательства в почву как естественные, так и антропогенные. В таблице 2 приведена численность основных эколого-физиологических групп микроорганизмов, наиболее важных с точки зрения питания растений.

Таблица 2. Численность функциональных групп микроорганизмов в зависимости от применения в системе удобрения кукурузы, КОЕ/1 г абс. сухой почвы.

Вариант Аммонифицирующая микрофлора Целлюлозоразлагающие микроорганизмы Несимбиотические азотфиксаторы Органотрофные фосфатредуцирующие микроорганизмы Литотрофные фосфатредуцирующие микроорганизмы Автохтонная микрофлора, способная усваивать гумусовые вещества Контроль 22,46 7,13 1,48 12,74 89,18 34,15 Цеолит 500 кг/га 30,92 7,17 1.52 12,89 98,45 30,51 Удобрение по
изобретению (с карбамидом и другими компонентами в составе) 250 кг/га 33,68 7,38 1,58 13,11 99,3 35,01

Как свидетельствуют данные таблицы 2, при внесении в почву удобрения по изобретению были получены значительно улучшенные данные по сравнению с контролем и просто с внесением необогащенного цеолита, в том числе произошла значительная активизация аммонификаторов.

Удобрение на основе цеолита способствует сохранению содержания и запасов гумуса. Изменение численности экологических групп микроорганизмов в почве сопровождалось соответствующей вариабельностью ферментов, поскольку последние продуцируются микроорганизмами.

Таким образом, удобрение по изобретению при внесении в почву оказывают существенное влияние на жизнедеятельность почвенных микроорганизмов, прежде всего, через улучшение ее физического состояния. Последнее непосредственно определяет питательный режим почвы.

Агрохимическое состояние

Уровни содержания питательных элементов в почве являются критерием оптимальности свойств почв, необходимых для нормального роста и развития и формирования высокой урожайности культур. В таблице 3 представлена динамика содержания основных элементов питания в доступной форме в пахотном слое чернозема выщелоченного в зависимости от применения цеолита и удобрения по изобретению.

Таблица 3. Динамика содержания элементов питания в черноземе выщелоченном, мг/кг почвы.

Вариант Фазы развития кукурузы Всходы Цветение початков Полная спелость Среднее Азот аммонийный (N - NH₄) Контроль 3,0 5,0 1,5 3,2 Цеолит
500 кг/га 3,1 5,1 1,5 3,2 Удобрение по изобретению (с карбамидом и другими компонентами в составе) 250кг/га 4,5 6,4 1,8 4,2 Азот нитратный (N - NO₃) Контроль 8,5 4,1 2,1 4,9 Цеолит 500кг/га 9,1 4,1 2,2 5,1 Удобрение по изобретению (с карбамидом и другими компонентами в составе)
250кг/га 12,1 6,6 3,6 7,4 Подвижный фосфор (P₂O₅) Контроль 182 156 146 161 Цеолит 500кг/га 183 160 150 164 Удобрение по изобретению (с карбамидом и другими компонентами в составе)
250кг/га 185 151 142 159 Подвижный калий (K₂O) Контроль 137 119 130 129 Цеолит 500кг/га 135 123 136 131 Удобрение по изобретению (с карбамидом и другими компонентами в составе)
250кг/га 141 132 143 139

Урожайность

Урожайность и качество продукции являются интегральным показателем эффективности всех агротехнических приемов, применяемых в технологии их возделывания. Что касается системы удобрения, она должна обеспечивать сбалансированный всеми элементами режим питания растений в любых почвенно-климатических условиях. Это касается не только основных макроэлементов как азот, фосфор и калий, но и кремния, а также микроэлементов. Урожайность зерна кукурузы представлена в таблице 4.

Таблица 4. Урожайность зерна кукурузы в зависимости от применения в системе её цеолита или удобрения по изобретению.

Вариант 2022г, т/га 2023 г, т/га Средняя, т/га Отклонение от контроля т/га % Контроль 6,21 5,59 5,90 - - Цеолит 500кг/га 7,36 6,51 6,94 1,04 18 Удобрение по изобретению (с карбамидом и другими компонентами в составе)
250кг/га 8,84 7,42 8,03 2,13 36 N60P60K60^* 8,36 7,27 7,82 1,92 33 *В качестве полного минерального удобрения применялась азофоска.

Результаты исследований показали, что внесение в почву удобрения по изобретению сопровождается значительным повышением урожайности зерна кукурузы: в среднем за 2 года более 2 тонн на гектаре. Полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности удобрения по изобретению. Внесение данного удобрения способствовало улучшению всех показателей качества зерна кукурузы (табл. 5).

Таблица 5. Качество зерна кукурузы, %.

Вариант Показатели Азот Фосфор Калий Белок Контроль 1,49 0,49 0,28 8,94 Цеолит 500кг/га 1.54 0,52 0,28 9,24 Удобрение по изобретению (с карбамидом и другими компонентами в составе)
250кг/га 1,67 0,53 0,31 10,00 N60P60K60 1,61 0,55 0,31 9,66

Экологическая оценка зерна

Из большого числа разнообразных химических веществ, поступающих в окружающую среду из антропогенных источников, особое место занимают тяжелые металлы, как выполняющие определенные функции в организме, так и не имеющие таковых, с атомной массой более 50 а.е.м., находящиеся в повышенных концентрациях в объектах окружающей среды (почва, вода, атмосфера, организмы). По степени токсичности тяжелых металлов выделяют 3 класса: 1 класс - особо токсичные (Cd, As, Hg, Pb, Se, Zn); 2 класс - токсичные (B, Co, Cu, Md, Ni, Sb, Cr) ; 3 класс - слаботоксичные (Ba, V, W, Mn, Sr). Была проведения экологическая оценка зерна кукурузы, для выращивания которой использовали цеолит и удобрение по изобретению (табл. 6).

Таблица 6. Влияние цеолита и минеральных удобрений на содержание подвижных соединений тяжелых металлов в почве, мг/кг.

Вариант Zn Cu Pb Ni Cd Контроль 9,8 3,1 0,41 1,50 0,09 Цеолит 500кг/га 9,5 2,9 0,36 1,39 0,06 Удобрение по изобретению (с карбамидом и другими компонентами в составе)
250кг/га 9,1 2,8 0,35 1,35 0,06 K60P60K60 9,9 3,0 0,40 1,52 0,11 HCP₀₅ 0,3 0,3 0,05 0,10 0,01

Экологическая оценка зерна кукурузы показала, что удобрение по изобретению является средством не только повышения урожайности, но и получения экологически безопасной продукции.

Картофель, томаты

Проведены работы в подсобном хозяйстве на полевых участках по выращиванию овощных культур, таких как картофель и томаты, с применение удобрения по изобретению (в составе карбамид Б и аммиачная селитра).

В таблице 7 приведены данные по динамике формирования площади листьев картофеля.

Таблица 7. Динамика формирования площади листьев картофеля в зависимости от удобрения.

Удобрение Всходы Бутанизация Цветения Уборка Урожайность Контроль 11,2 19,6 22,8 13,7 16,92 N90P90K90 по стандартной схеме 11,8 27,9 30,2 14,5 23,64 Удобрение по изобретению, 250 кг/га 12,3 39,4 32,8 17,1 29,65

Результаты проведенных исследований показали, что урожайность картофеля намного выше в следствие применение удобрения по изобретению. Сроки внесения удобрений могут зависеть от почвенных и климатических условий. Рекомендовано вносить удобрение по изобретение осенью под вспашку. Альтернативно указанное удобрение может быть использовано весной. Более того, возможна адресная подача при посадке картофеля. Помимо этого, удобрение может быть внесено после посадки картофеля в первую фазу после появления полных всходов до первой междурядной обработки.

При выращивании томатов внесение в почву удобрения по изобретению в количестве 250 кг/га существенно улучшило физического состояния пахотного слоя (0-30 см). При этом, прежде всего, увеличилось количество аграномически ценных агрегатов размерами 10-0,25 при сухом просеивании (на 18,5%, абсолютное значение) и в 2 раза увеличился коэффициент структурности. Помимо этого, исследовано влияние удобрения по изобретения на качество томатов, результаты представлены в таблице 8.

Таблица 8. Влияние удобрения по изобретению на качество продукции томатов (мг/кг нитраты).

Вариант N P K Нитраты Контроль 0,12 0,022 0,23 300 N150P150K180 0,11 0,025 0,25 267 Удобрение по изобретению, 250 кг/га 0,12 0,028 0,26 255

При внесении удобрения по изобретению улучшилось питание растений всеми основными микроэлементами. При этом содержание минерального азота в пахотном слое почвы увеличилось на 6,5 мг/кг (35 %), кремния на 10,3 мг/кг (37 %). Количество подвижного фосфора увеличилось на 16 мг/кг (11 %). Далее в таблице 9 приведены данные по урожайности томатов.

Таблица 9. Урожайность томатов с внесением различных вариантов удобрений.

Вариант Открытый грунт
т/га Закрытый грунт
т/га Контроль 38,2 49,4 Цеолит 250 кг/га 66,4 71,0 Удобрение по изобретению 250 кг/га 109,5 110

Таким образом, данные, представленные в таблице 9, убедительно демонстрирует значительное увеличение урожайности томатов в результате применения удобрения по изобретению.

Далее в таблице 10 приведены данные по влиянию удобрения по изобретению на содержание тяжелый металлов и радиоактивных элементов в плодах томатов, мг/кг в натуральном веществе.

Таблица 10. Влияние удобрения по изобретению на содержание тяжелый металлов и радиоактивных элементов в плодах томатов, мг/кг в натуральном веществе.

Вариант Zn Cu Pb Cd Ni Cr Hg As Cs¹ 37 S^r9
0 Контроль 15,25 3,28 0,59 0,183 1,15 0,68 0,0009 0,019 2,03 0,15 N150P150K180 14,42 2,23 0,09 0,120 0,98 0,62 0,0005 0,011 2,27 0,17 Удобрение по изобретению
250 кг/га 11,8 1,9 0,07 0,100 0,77 0,45 0,0002 0,009 1,1 0,08

Подсолнечник, рапс яровой

При возделывании подсолнечника и рапса ярового количество вносимого удобрения (с карбамидом Б) составляло 250 кг/га, площадь посева культур 1 га. Учет урожая комбайновый со всей площади посевов.

Таблица 11. Урожайность и качественные показатели семян рапса, подсолнечника в зависимости от применения удобрения по изобретению.

Вариант Урожайность,
т/га Содержание жира, % Кислотное число Содержание, % N P K Рапс Контроль 1,20 39,9 2,86 3,58 0,72 0,87 Удобрение по изобретению (с карбамидом Б и другими компонентами в составе), 250 кг/га 2,07 42,2 2,86 3,48 0,75 0,86 Подсолнечник Контроль 3,10 40,7 1,87 2,51 0,61 0,84 Удобрение по изобретению (с карбамидом Б и другими компонентами в составе), 250 кг/га 8,79 44,8 1,05 2,31 0,56 0,80

Как следует из опытов, при использовании удобрения по изобретению установлена очень высокая прибавка урожайности семян рапса на 0,87 т/га, или она повысилась на 72,5 %, на 13 % повысилась урожайность подсолнечника. При этом наблюдалось достоверное улучшение качества продукции, прежде всего, повышение в семенах масличных культур содержания жира, в частности подсолнечника на 4,1 %.

Таким образом, полученные результаты в реальных условиях сельскохозяйственного производства показали высокую эффективность удобрения как с точки зрения повышения урожайности, так и качества продукции.

Озимая пшеница, просо

Почва опытного поля - чернозём типичный среднемощный, среднесуглинистый с содержанием гумуса 4,7 %, доступных соединений фосфора и калия 185 и 196 мг/кг соответственно, рН_KCl - 6,9 единиц (при возделывании озимой пшеницы и проса).

При возделывании вышеуказанных культур количество вносимого удобрения (с карбамидом Б) составляло 250 кг/га, площадь учётной делянки 20 м², размещение их рандомизированное, повторность опыта четырёхкратная. Полученные результаты представлены в таблице 12.

Таблица 12. Влияние удобрений на урожайность озимой пшеницы и проса

Вариант Озимая пшеница Просо Урожайность,
т/га Отклонение от контроля Урожайность,
т/га Отклонение от контроля т/га % т/га % Контроль 1,92 - - 2,54 - - Цеолит 250 кг/га 2,14 0,22 +11 2,87 0,3 +13 Удобрение по изобретению 250 кг/га 2,31 0,39 +20 3,71 1,17 +46 Цеолит 500 кг/га + N₄₀ 2,25 0,33 +17 3,32 0,78 +31

Следует отметить невысокую урожайность озимой пшеницы, не превышающую на контроле 2,0 т/га, тогда как в благоприятных условиях она способна формировать 4,0-5,0 т/га зерна. В данном случае сказались засушливые условия осени, когда содержание доступной влаги в пахотном слое находилось на критическом уровне, и всходы озимых культур появились поздно, неравномерно и изреженные.

Тем не менее, внесение цеолита в почву в количестве 250 кг/га позволило сформировать урожайность, на 11 % превышающую контрольный вариант. Однако высокую урожайность зерна озимой пшеницы обеспечило применение удобрение по изобретению в таком же количестве, как и цеолит, прибавка урожайности зерна по отношению к варианту с внесением цеолита в чистом виде практически удвоилась и составила 0,39 т/га или 20 %.

Исключительную отзывчивость на внесение в почву удобрения по изобретению проявило просо: урожайность зерна превысила контрольный вариант на 1,17 т/га (46%).

Несмотря на то, что изобретение описано со ссылкой на раскрываемые варианты воплощения, для специалистов в данной области должно быть очевидно, что конкретные подробно описанные эксперименты приведены лишь в целях иллюстрирования настоящего изобретения, и их не следует рассматривать как каким-либо образом ограничивающие объем изобретения. Должно быть понятно, что возможно осуществление различных модификаций без отступления от сути настоящего изобретения.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к экологически чистому органоминеральному удобрению нового поколения, которое может применяться для всех видов сельскохозяйственных культур, плодово-ягодных деревьев и кустарников, для декоративных насаждений, лесопосадок, причем как для растений в открытом, так и в закрытом грунте. Органоминеральное удобрение включает структурированный цеолит, аминокислотный компонент, воду, ортофосфорную кислоту, нитрат кобальта, нитрат железа, карбамид и/или аммиачную селитру. Компоненты используют в заявленных количествах. Техническим результатом является увеличение урожая сельскохозяйственных культур и улучшение свойств почвы. 4 з.п. ф-лы, 12 табл., 1 ил.

1. Органоминеральное удобрение, включающее структурированный цеолит, аминокислотный компонент, воду, ортофосфорную кислоту, нитрат кобальта, нитрат железа, карбамид и/или аммиачную селитру в следующих количествах:

цеолит структурированный 1000 кг аминокислотный компонент 3,3 л вода 70 л карбамид и/или аммиачная селитра 25 кг ортфосфорная кислота 500 мл нитрат кобальта 50 мг нитрат железа 50 мг

2. Органоминеральное удобрение по п.1, в котором аминокислотный компонент представляет собой продукт ферментативного гидролиза крови продуктивных животных.

3. Органоминеральное удобрение по п.2, в котором аминокислотный компонент включает аспарагиновую кислоту, глутаминовую кислоту, серин, гистидин, глицин, треонин, аргинин, аланин, тирозин, цистин, валин, метионин, фенилаланин, изолейцин, лейцин, лизин, пролин.

4. Органоминеральное удобрение по п.1, в котором структурированный цеолит имеет фракции гранул от 1,00-5,00 мм, размер отверстий до 6 ангстрем, пористость 75-90%.

5. Органоминеральное удобрение по п.1, в котором карбамид представляет собой карбамид марки Б.