ПОЧВЕННЫЙ МОДИФИКАТОР Российский патент 2025 года по МПК C05F11/08 C09K17/40 

Область техники, к которой относится решение

Решение относится к области регуляторов роста растений, в частности, к почвенным модификаторам для рекультивации земель.

Уровень техники

Известен очаговый способ рекультивации горных отвалов (RU2343286, опубл. 10.05.2007), включающий биологическую рекультивацию, предусматривающую внесение удобрений, предпосевную обработку корнеобитаемого слоя, посев сельскохозяйственных культур, посадку древесно-кустарниковых пород и уход за ними, отличающийся тем, что биологическая рекультивация отвалов осуществляется без проведения технической рекультивации, за счет создания очагов биодинамических сообществ во впадинах технологических гребней, образующихся при отсыпке отвалов, посевом в мелкую фракцию породы, осыпавшейся с гребней на дно впадины, семян трав, кустарников и древесных пород, обработанных биодинамическими препаратами, состоящими из арбузкулярных микориз, адаптивных микроорганизмов, сине-зеленых водорослей группы цианидов, аккумулированных в модифицированном древесном угле, с последующим разрастанием по всей площади отвалов.

Однако в данном решении используется иной состав почвенного модификатора с отсутствующей структурной основой, обладающий более низкой эффективностью рекультивации отвалов, терриконов, карьеров и т.п. и не подходящий для технологии нанесения гидропосевом трав.

Известен почвенный модификатор (US20230279343A1, опубл. 2023-09-07), с добавками, улучшающими рост, для нескольких стадий роста растений. Предложены способы производства модификатора. Также раскрыты способы использования такого модификатора. Известный модификатор содержит торф, влагоудерживающий компонент (вермикулит или перлит), споры корнеразвивающих микоризных грибов, семена растений.

Однако в данном решении не заявляется использование гумуса, полимерного влагоудерживающего компонента и структурных древесных волокон. Известный состав не предназначен для посева на больших площадях методом гидропосева трав и обладает более низкой эффективностью биологической рекультивации отвалов, терриконов, карьеров и т.п.

Раскрытие изобретения

В одном аспекте решения раскрыт почвенный модификатор для нанесения посредством гидросеялки, содержащий:

- структурную волокнистую основу,

- питательную среду,

- влагоудерживающий компонент,

- споры микоризных грибов,

характеризующийся тем, что в что в качестве структурной основы используются древесные волокна, в качестве питательной среды используется гумус, в качестве влагоудерживающего компонента используется полимерный влагоудерживающий компонент, дополнительно содержатся древесные волокна,

причем массовый процентный состав компонентов модификатора следующий:

- древесные волокна 70-90,

- гумус 5-15,

- влагоудерживающий компонент 5-15,

- сверх 100% содержатся споры микоризных грибов в количестве 0,1-1 массовых процентов.

В дополнительных аспектах раскрыто, что полимерный влагоудерживающий компонент имеет коэффициент водопоглощения больше 250; древесные волокна имеют следующие параметры:

- длина не менее 80% волокон составляет 0,3 - 0,7 см,

- толщина составляет менее 0,03 см.

Основной задачей заявленного решения является создание высокоэффективного почвенного модификатора, применяемого (подходящего) для биологической рекультивации удалённых объектов как карьеров, отвалов, терриконов и иных объектов с низкоплодородными почвами, и подходящего для нанесения (применения) с высокой суточной производительностью на больших площадях методом гидропосева трав.

Гидропосев трав представляет собой метод приготовления в баке оборудования для гидропосева (гидросеялки) смеси, состоящей из воды, семян многолетних трав, почвенного модификатора и дополнительных удобрений, которая под давлением распыляется и наносится слоем на поверхность почвы. Заявляемый почвенный модификатор, нанесённый методом гидропосева трав, позволяет биологически рекультивировать большие площади объектов с производительностью от 10 000 м² в сутки.

Сущность решения заключается в оптимальном составе почвенного модификатора, который позволяет наносить его методом гидропосева и обеспечивает высокую эффективность рекультивации низкоплодородных почв.

Технический результат, достигаемый решением, заключается в повышении всхожести и обеспечении необходимого питания для роста и развития растений на обработанных почвенным модификатором участках с бедными и низкоплодородными почвами без природных питательных элементов.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 показывает вид применяемого древесного волокна, как структурной основы почвенного модификатора.

Фиг.2 показывает вид готового почвенного модификатора.

Фиг.3 показывает нанесение почвенного модификатора (слева) и результаты его применения (справа).

Осуществление изобретения

Существующие решения либо требуют больших временных и материальных затрат (перевозка большого объема материалов, длительные и ресурсоёмкие подготовительные процессы на почвах), имеют малую суточную производительность работ по рекультивации, так как не могут применяться в технологии гидропосева трав, либо не обеспечивают достаточную эффективность биологической рекультивации (низкий уровень всхожести семян, плохая приживаемость растений, отсутствует длительное питание растений и их гибель).

Дополнительно, существующие решения являются только точечными, питательными добавками, применяемыми для обработки семян трав, кустарников, древесных пород и растений, нанесённые только на определённые участки рекультивируемых объектов (впадины технологических гребней), тогда как заявленное решение является самостоятельным комплексным продуктом, эффективным питательным почвозаменителем всего верхнего слоя безжизненной почвы, наносимым на всю площадь участка объекта, запланированного под рекультивацию.

Также, благодаря переплетённым структурным древесным волокнам в основе заявленного модификатора, решение отличается от существующих долгосрочным обеспечением физической защиты посеянных семян трав, надёжно фиксируя на почве нанесённые семена как на ровной поверхности, так и на склонах с углами до 60° от внешних факторов: вымывание дождями, выдувание ветрами, съедание птицами.

Заявленное решение позволяет производить биологическую рекультивацию почв методом гидропосева, минуя подготовительный технический этап рекультивации, что исключает дорогостоящую и порой не осуществимую перевозку больших объемов плодородного грунта и его нанесения минимальным слоем в 15 см на участки с бедными и низкоплодородными почвами, особенно в условиях Крайнего Севера и иных географически удалённых объектов.

Обработанные поверхности формируют стабильный питательный и защитный слой на основе структурной составляющей из специальным образом произведённых термомеханическим методом волокон, питающей составляющей, влагоудерживающей составляющей, улучшителей роста и семян. Семена трав, оказываются в благоприятных условиях нанесённого слоя почвенного модификатора, которые способствуют их быстрому прорастанию и быстрому развитию.

За счет использования заявленного решения обеспечивается создание стабильного искусственного питательного слоя на основе термически обработанных древесных волокон, достаточного для повышения всхожести посеянных семян и дальнейшего успешного развития растений на обработанных почвенным модификатором карьерах, отвалах, терриконах и иных объектах с низкоплодородными почвами. Питательные вещества с элементами и микроэлементами, совместно с удерживаемой полимерами и древесным волокном влагой в нанесённом слое почвенного модификатора, в течение длительного времени питают и обеспечивают устойчивый долгосрочный рост растений на безжизненных почвах, где ранее это было невозможно сделать по техническим или финансовым причинам.

Искусственно запущенный цикл роста растений и увядания стеблей трав с последующим их гноением в зимний период запускают биологический цикл природного формирования органического вещества в почве – гумуса и как следствие повышения плодородных качеств почвы с улучшением их свойств.

Предложенный состав почвенного модификатора содержит следующие компоненты:

- структурную волокнистую основу;

- питательную среду;

- влагоудерживающий компонент,

- споры микоризных грибов.

при этом в качестве питательной среды используется органическое вещество - гумус, реже торф, в качестве влагоудерживающего компонента используется полимерный влагоудерживающий компонент.

Для успешного прорастания семян в процессе рекультивации, им необходима влага, питательные вещества, фиксация семян на почве после нанесения и подходящий температурный режим. Для обеспечения температурного режима почвенный модификатор наносится в теплое время года при температуре от +10°С. Комбинация полимерного влагоудерживающего компонента, гумуса и предложенных древесных волокон в заявленном соотношении обеспечивает длительное и надежное питание семян растений, что позволяет обеспечить высокую всхожесть семян и дальнейшее развитие растений.

Для создания стабильной структурной основы нанесённого модификатора разработчик использует древесные волокна, обеспечивающие фиксацию на месте нанесённых семян трав, удержание влаги в самом волокне, долгосрочное удержание влагоудерживающего и питательных компонентов решения в единой системе под воздействием внешних факторов как водная и ветровая эрозия. Разработчиком в заявленном решении произведены термомеханическим способом по собственным Техническим условиям ТУ 17.11.14–009–17329939–2019 и используются древесные волокна состава, показанного на фиг.1, длина 80% волокон составляет 0,3 - 0,7 см, толщина составляет менее 0,03 см. Было выявлено, что именно такие параметры волокон позволяют добиться наиболее эффективного переплетения волокон для достижения высокой стабилизации самой волокнистой основы, долгосрочное удержание семян трав и компонентов решения, обеспечивают равномерную кроющую способность (хорошая укрывистость) решения на поверхности участков и не позволяют волокнам забиваться в трубной системе и шланге гидросеялки при нанесении.

Древесные волокна являются самым оптимальным компонентом для создания структурной основы и намного предпочтительнее волокон из соломы или иных природных волокон, благодаря более высокому уровню водопоглощения (1 грамм волокон впитывает 13 мл воды) и более высокой влагоудерживающей способности, значительно большей гибкости и малой хрупкости, что позволяет своим сплетением создавать эффективную долгосрочную основу даже при малой толщине наносимого слоя. Например, волокна из соломы пшеницы имеют более низкое водопоглощение (1 грамм соломы впитывает до 8 мл воды) и обладают высокой ломкостью, низким коэффициентом гибкости.

Для удержания в структуре почвенного модификатора количества влаги достаточного для питания семян используется полимерный влагоудерживающий компонент. По сравнению с распространенными и широко используемыми минеральными влагоудерживающими компонентами полимерные влагоудерживающие компоненты обеспечивают более высокий уровень водопоглощения. Минеральные влагоудерживающие компоненты, такие как вермикулит и перлит, впитывают воды примерно в 5 раз больше своего веса, а полимерные могут впитывать более чем в 1000 раз больше своего веса (см., например, RU2641749C2). Предпочтительно использование полимерного влагоудерживающего компонента на основе полимеров полиакриламида и акрилата, изготавливаемый заявителем по Техническим условиям ТУ 20.16.59-005-17329939-2018. Данный полимерный компонент имеет существенное преимущество в водопоглощении (коэффициент водопоглощения больше или равен 250, т.е. 250 гр. воды на 1 гр. сухого полимера) над распространёнными существующими минеральными влагоудерживающими компонентами.

Питательная среда необходима для того, чтобы прорастающие семена трав получали необходимые для развития и роста питательные вещества как азот, фосфор и калий, и микроэлементы. В качестве такой среды предпочтительно использовать органическое вещество - гумус, но для некоторых условий возможно использование и торфа.

В таблице 1 показаны результаты исследования влияния содержания компонентов заявленного почвенного модификатора на всхожесть семян. Общее содержание влагоудерживающего компонента, гумуса и древесных волокон составляет 100%, споры микоризных грибов и семена трав добавляют сверх этих 100%.

Споры микоризных грибов значительно улучшают развитие корневой системы и соответствующий рост растений благодаря эффекту микоризы, при этом для положительного эффекта достаточно совсем небольшого их количества.

Разработчиками было выявлено, что повышение содержания спор микоризных грибов сверх определенного значения (около 1% от массы заявленного модификатора) не приводит к дальнейшему пропорциональному улучшению развития корневой системы посеянных трав с почвенным модификатором, так как при данной концентрации достигается максимальный потенциал развития корней растений, без дальнейшего его увеличения.

Для получения данных для таблицы 1 было приготовлено 10 смесей почвенного модификатора, которые приготавливались (гомогенизировались) в баке гидросеялки с валом перемешивания и затем каждая из 10 смесей равномерно распределялась на участке из неплодородного грунта размером 2х2 метра, осуществлялся однократный полив на следующий день после размещения смеси на участке. Количество семян и спор микоризных грибов для всех 10 смесей бралось одинаковым: 1% семян и 1% спор. При этом количество испытуемых семян трав в 1 грамме было подсчитано вручную и далее отмерялся одинаковый вес семян в граммах для каждой из 10 смесей почвенного модификатора, таким образом, общее количество посеянных семян для каждой смеси было известно.

Таким образом было засеяно 10 участков и отслеживалась всхожесть семян (для эксперимента применялась смесь семян трав Овсяницы луговой и Райграса пастбищного). Всхожесть фиксировалась ежедневно в одно и то же время, в таблицу 1 внесены результаты, полученные на 10-й день отслеживания. Для оценки всхожести использовалась измерительная рамка размером 20х20 см, в которой ручным методом подсчёта оценивалось количество проросших зеленых ростков. Также, каждый участок фотографировался с одной точки в одно и то же время, для визуальной оценки густоты ростков проросших семян трав.

Поскольку количество семян в смеси было известно, то всхожесть определялась как отношение проросших семян к количеству посеянных.

Таблица 1

Гумус Влагоудерживающий компонент Древесные волокна Всхожесть Пример 1 15 15 70 90% Пример 2 21 4 75 70% Пример 3 0 20 80 35% Пример 4 15 0 85 45% Пример 5 5 5 90 80% Пример 6 2,5 2,5 95 60% Пример 7 4 21 75 65% Пример 8 15 10 75 85% Пример 9 10 10 80 83% Пример 10 20 20 60 67%

Как видно из таблицы 1, для обеспечения всхожести более 80%, что рассматривается заявителем как оптимальное значение, содержание гумуса должно быть в пределах 5-15%, содержание влагоудерживающего компонента должно быть в пределах 5-15%, содержание древесных волокон должно быть в пределах 70-90%. Далее будут приведены более подробные описания примеров 1-10.

Вариант 1 осуществления

В данном варианте осуществления помещают в гидросеялку компоненты в следующем соотношении:

- питательная среда: 15%

- влагоудерживающий компонент: 15%

- структурная волокнистая основа: 70%.

К этой смеси добавляют 1% семян, 1% спор микоризных грибов, воду. Весь состав перемешивают для обеспечения гомогенизации и наносят на обрабатываемую поверхность участка с неплодородным грунтом.

Вариант 2 осуществления

В данном варианте осуществления помещают в гидросеялку компоненты в следующем соотношении:

- питательная среда: 21%

- влагоудерживающий компонент: 4%

- структурная волокнистая основа: 75%.

К этой смеси добавляют 1% семян, 1% спор микоризных грибов, воду. Весь состав перемешивают для обеспечения гомогенизации и наносят на обрабатываемую поверхность участка с неплодородным грунтом.

Вариант 3 осуществления

В данном варианте осуществления помещают в гидросеялку компоненты в следующем соотношении:

- питательная среда: 0%

- влагоудерживающий компонент: 20%

- структурная волокнистая основа: 80%.

К этой смеси добавляют 1% семян, 1% спор микоризных грибов, воду. Весь состав перемешивают для обеспечения гомогенизации и наносят на обрабатываемую поверхность участка с неплодородным грунтом.

Вариант 4 осуществления

В данном варианте осуществления помещают в гидросеялку компоненты в следующем соотношении:

- питательная среда: 15%

- влагоудерживающий компонент: 0%

- структурная волокнистая основа: 85%.

К этой смеси добавляют 1% семян, 1% спор микоризных грибов, воду. Весь состав перемешивают для обеспечения гомогенизации и наносят на обрабатываемую поверхность участка с неплодородным грунтом.

Вариант 5 осуществления

В данном варианте осуществления помещают в гидросеялку компоненты в следующем соотношении:

- питательная среда: 5%

- влагоудерживающий компонент: 5%

- структурная волокнистая основа: 90%.

К этой смеси добавляют 1% семян, 1% спор микоризных грибов, воду. Весь состав перемешивают для обеспечения гомогенизации и наносят на обрабатываемую поверхность участка с неплодородным грунтом.

Вариант 6 осуществления

В данном варианте осуществления помещают в гидросеялку компоненты в следующем соотношении:

- питательная среда: 2,5%

- влагоудерживающий компонент: 2,5%

- структурная волокнистая основа: 95%.

К этой смеси добавляют 1% семян, 1% спор микоризных грибов, воду. Весь состав перемешивают для обеспечения гомогенизации и наносят на обрабатываемую поверхность участка с неплодородным грунтом.

Вариант 7 осуществления

В данном варианте осуществления помещают в гидросеялку компоненты в следующем соотношении:

- питательная среда: 4%

- влагоудерживающий компонент: 21%

- структурная волокнистая основа: 75%.

К этой смеси добавляют 1% семян, 1% спор микоризных грибов, воду. Весь состав перемешивают для обеспечения гомогенизации и наносят на обрабатываемую поверхность участка с неплодородным грунтом.

Вариант 8 осуществления

В данном варианте осуществления помещают в гидросеялку компоненты в следующем соотношении:

- питательная среда: 15%

- влагоудерживающий компонент: 10%

- структурная волокнистая основа: 75%.

К этой смеси добавляют 1% семян, 1% спор микоризных грибов, воду. Весь состав перемешивают для обеспечения гомогенизации и наносят на обрабатываемую поверхность участка с неплодородным грунтом.

Вариант 9 осуществления

В данном варианте осуществления помещают в гидросеялку компоненты в следующем соотношении:

- питательная среда: 10%

- влагоудерживающий компонент: 10%

- структурная волокнистая основа: 80%.

К этой смеси добавляют 1% семян, 1% спор микоризных грибов, воду. Весь состав перемешивают для обеспечения гомогенизации и наносят на обрабатываемую поверхность участка с неплодородным грунтом.

Вариант 10 осуществления

В данном варианте осуществления помещают в гидросеялку компоненты в следующем соотношении:

- питательная среда: 20%

- влагоудерживающий компонент: 20%

- структурная волокнистая основа: 60%.

К этой смеси добавляют 1% семян, 1% спор микоризных грибов, воду. Весь состав перемешивают для обеспечения гомогенизации и наносят на обрабатываемую поверхность участка с неплодородным грунтом.

Описание использования почвенного модификатора

Почвенный модификатор (показан на фиг.2) готовится в виде смеси, состоящую из пресной воды, древесного волокна (показано на фиг.1), питательной среды, влагоудерживающего компонента, спор микоризных грибов, семян растений и воды перемешивают встроенным валом с лопастями в ёмкости гидросеялки и наносят (см. фиг.3 слева) на участки рекультивируемого объекта. В результате на участках с нанесённым почвенным модификатором рекультивируемого объекта прорастают семена трав и развиваются растения (см. фиг.3 справа), которые ростками и своей корневой системой способствуют уменьшению пылеобразования с поверхности объектов (карьеров, отвалов, терриконов и т.д.), уменьшению разрушения грунта под действием водной и ветровой эрозии, и способствуют биологическому восстановлению повреждённых или неплодородных территорий.

Варианты осуществления не ограничиваются описанными выше примерами, специалисту в области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления решения, не выходящие за пределы сущности и объема данного решения.

Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.

Способы, раскрытые здесь, содержат один или несколько этапов или действий для достижения описанного способа. Этапы и/или действия способа могут заменять друг друга, не выходя за пределы объема формулы решения. Другими словами, если не определен конкретный порядок этапов или действий, порядок и/или использование конкретных этапов и/или действий может изменяться, не выходя за пределы объема формулы решения.

Несмотря на то что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкое решение, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.

Признаки, упомянутые в различных зависимых пунктах формулы, а также реализации, раскрытые в различных частях описания, могут быть скомбинированы с достижением полезных эффектов, даже если возможность такого комбинирования не раскрыта явно.

Изобретение относится к регуляторам роста растений, в частности к почвенным модификаторам для рекультивации земель. Почвенный модификатор для нанесения посредством гидросеялки содержит: структурную волокнистую основу, питательную среду, влагоудерживающий компонент, споры микоризных грибов. В качестве структурной основы используются древесные волокна, в качестве питательной среды используется гумус, а в качестве влагоудерживающего компонента используется полимерный влагоудерживающий компонент. Соотношение компонентов составляет, мас.%: древесные волокна 70-90, гумус 5-15, влагоудерживающий компонент 5-15. Сверх 100% содержатся споры микоризных грибов в количестве 0,1-1 массовых процентов. Технический результат заключается в повышении всхожести и обеспечении необходимого питания для роста и развития растений на обработанных почвенным модификатором участках с бедными и низкоплодородными почвами без природных питательных элементов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Почвенный модификатор для нанесения посредством гидросеялки, содержащий:

- структурную волокнистую основу;

- питательную среду,

- влагоудерживающий компонент,

- споры микоризных грибов,

отличающийся тем, что в качестве структурной основы используются древесные волокна, в качестве питательной среды используется гумус, в качестве влагоудерживающего компонента используется полимерный влагоудерживающий компонент, причем массовый процентный состав компонентов модификатора следующий:

- древесные волокна 70-90,

- гумус 5-15,

- влагоудерживающий компонент 5-15,

- сверх 100% содержатся споры микоризных грибов в количестве 0,1-1 массовых процентов.

2. Модификатор по п.1, в котором полимерный влагоудерживающий компонент имеет коэффициент водопоглощения больше 250.

3. Модификатор по п.1, в котором древесные волокна имеют следующие параметры:

- длина не менее 80% волокон составляет 0,3 - 0,7 см,

- толщина составляет менее 0,03 см.