СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАПСУЛИРОВАННОГО УДОБРЕНИЯ Российский патент 2025 года по МПК C05B1/04 C05G3/40 C05G5/35 

Фосфор является важнейшим и дефицитным питательным элементом для растений. Недостатком фосфорных удобрений является низкий коэффициент использования их растениями и способность водорастворимого фосфора превращаться в почве в труднорастворимые и малодоступные для растений соединения (химическое поглощение, ретроградация). Для противодействия этому процессу традиционно используют выпуск гранулированных форм водорастворимых удобрений и локальные способы их внесения, обеспечивающие меньший контакт удобрений с почвой.

Альтернативным способом может быть помещение гранул фосфорных удобрений в капсулу, обеспечивающую с одной стороны регулируемый выход фосфора в почвенный раствор, а с другой - сокращение потерь его за счет ретроградации.

Для капсулирования минеральных удобрений обычно используют покрытие гранул пленками из парафина, эмульсии полиэтилена, акриловой смолы, полиакриловой кислоты. Недостатком таких покрытий является необходимость использования дорогостоящего сырья и приводит к привнесению в почву чужеродных компонентов.

Учитывая, что фосфор и кремний являются конкурентами за сорбционные места в почве и не являются чужеродными элементами для почвы, предлагается для капсулирования водорастворимых фосфорсодержащих удобрений использовать кремниевый компонент.

Известен способ пропитки предварительно обожженного при 800-900°С сапропеля 80-90% раствором любых минеральных солей/удобрений с последующей сушкой (Гимадеев Ш.Н. Способ получения капсулированного медленнодействующего удобрения. Патент RU 2038347 C1, 1995 г.).

Недостатком этого метода является необходимость экологического контроля сапропеля и существование разных типов сапропеля, среди которых есть кремнистые, но в описываемом способе они не упоминаются.

Известны смеси фосфорных удобрений с кремнийсодержащими компонентами: синтетическим силикатом (A.B. Middlton et. Phosphor-silicate aggregation of non-nitrogenous fertilizers and resultant product. Патент США № 3266886 кл.71-64.052), термофосфаты с кремнеземом (Серазетдинов Д.З. и др. Удобрение с регулируемой растворимостью. Авт. свид.1608172, МКИ С 05 В 13/06. 1987 г.), кремниевым компонентом с биогеохимической активностью (твердые отходы металлургической, химической, фармацевтической, пищевой промышленности и др.) (Матыченков В.В. и др. Комплексное кремне-фосфорное удобрение. Патент RU 2130 445 С1, 1999 г.).

Указанные смеси обеспечивают кремне-фосфорное взаимодействие в почве, но являются либо слишком дорогими (синтетический силикат), либо производство является сложным и дорогостоящим (термофосфаты с кремнеземом), либо не обеспечивают регулируемый выход фосфора в почвенный раствор, и экологическая безвредность твердых отходов может вызывать вопросы.

Наиболее близким к изобретению по достигаемому результату является способ получения медленнодействующих капсулированных удобрений путем покрытия гранул растворами силиката натрия и хлористого кальция (Комиссаров И.Д. и др. Способ получения медленнодействующих капсулированных удобрений Патент RU 2732446 C1, 2020 г.).

Недостатком его является то, что он предназначен для азотсодержащих удобрений.

Целью изобретения является получение фосфорного удобрения и замедленным высвобождением из гранул фосфора, снижением химического связывания его почвой, оптимизацией фосфорного питания растений, которое при этом не будет вызывать отрицательных реакций у чувствительных к концентрации солей растений при использовании повышенных доз фосфора при посеве и максимальным соблюдением принципа охраны окружающей среды ввиду отсутствия вредных примесей и постороннего запаха.

Указанная цель достигается путем покрытия гранул суперфосфата слоем силиката натрия. Являясь растворимой солью кремниевой кислоты, он способен влиять на содержание доступного для растений фосфора в почве. Считается, что растворенная кремниевая кислота повышает доступность фосфора путем вытеснения последнего из труднорастворимых почвенных фосфатов и снижает химическое связывание фосфора вносимых удобрений. Благодаря этому повышается подвижность фосфат-ионов в почвенном растворе и их доступность растениям.

При внесении кремнийсодержащих материалов в почвах существенно снижается подвижность и токсическое действие многих тяжелых металлов, в том числе цинка, меди, никеля, свинца и кадмия (Тойгильдина, И.А. Эффективность высококремнистых пород и минеральных удобрений при возделывании сахарной свеклы в условиях Среднего Поволжья: Автореф. дис. канд. с.-х. наук / И.А. Тойгильдина. - Саранск, 2008. - 17 с.).

Поставленная задача решается следующим образом.

Гранулы двойного суперфосфата (41% Р₂О₅) погружают в сетчатом контейнере в ванну, содержащую 20% водный раствор силиката натрия и выдерживают в ней 1-2 минуты. Затем контейнер помещают в сушильную камеру и выдерживают при температуре 100-120°С до высыхания. Описанный цикл повторяют еще 2 раза. В результате полученное удобрение состояло на 73,5% из суперфосфата и на 26,5% из силикатной оболочки; содержание P₂O₅ составило 30%.

Описанный процесс прост в реализации в условиях промышленного производства так как не требует уникального оборудования, и исключает попадание чужеродных примесей при внесении удобрения в почву. Кроме того, являясь гидролитически щелочной солью, силикат натрия может дополнительно снижать уровень свободной кислотности суперфосфата.

Получаемое удобрение целесообразно использовать при выращивании рассады культур, чувствительных к повышенной концентрации солей в торфосмеси. Использование двойного суперфосфата, капсулированного силикатом натрия, позволяет кратно повысить дозу вносимого фосфорного удобрения с целью более полного обеспечения выращиваемой рассады фосфором и одновременно избежать проявления фитотоксичности.

Для определения эффективности капсулированного двойного суперфосфата силикатом натрия с целью его применения при выращивании рассады в качестве тест-объекта использовали растения кукурузы, так как известно, что эта культура наиболее чувствительна к повышенной концентрации солей в начале развития.

Рассаду кукурузы выращивали в пленочной теплице при температуре 18±4^°С в течение 1 месяца в торфяных горшочках объемом 300 мл.

Схема опыта включала 4 варианта с различными вариантами заправки торфосмеси: 1 вариант - NK (фон); 2 вариант - NK + P_сд (1 доза); 3 вариант - NK + P_сд (4 дозы); 4 вариант - NK + P_{сд капс} (4 дозы). В качестве фонового варианта для заправки торфосмеси азотом и калием использовали калийную селитру в дозе, соответствующей N - 170 г/м³, K₂O -500 г/м³ торфа. Одинарная доза фосфорных удобрений - 300 г P₂O₅ на 1 м³ торфа.

Качество полученной рассады оценивали по ряду биометрических показателей, среди которых были высота стебля, диаметр стебля, количество листьев на растении ко времени высадки в открытый грунт (табл. 1).

Таблица 1 - Влияние удобрений на качество 30-дневной рассады кукурузы

Вариант Высота растений,
см Диаметр стебля
у основания, мм Число листьев,
шт. 1. NK 13,2 4,9 4,1 2. NK + P_сд (1 доза) 13,3 5,3 4,7 3. NK + P_сд (4 дозы) 10,4 3,3 3,1 4. NK + P_{сд капс} (4 дозы) 15,7 5,6 5,0 НСР₀₅ 1,5 0,6 -

Применение суперфосфата в одинарной дозе оказало позитивное влияние на качество рассады, увеличение его дозы в 4 раза привело к угнетению растений, предотвратить которое позволило капсулирование суперфосфата силикатом натрия.

Использование капсулированного двойного суперфосфата позволило получить рассаду наилучшего качества, улучшив ее биометрические показатели на 14 - 22% по сравнению с фоновым вариантом, на 6 - 18% - по сравнению с одинарной (оптимальной) дозой обычного двойного суперфосфата и на 51 - 70% - по сравнению с 4-х кратной (завышенной) дозой. Этот факт подтверждает замедленный выход фосфора из гранул суперфосфата в раствор при наличии силикатной капсулы.

Качество полученной рассады сказалось на скорости линейного роста и урожайности растений после высадки их в открытый грунт, обеспечив в варианте с применением капсулированного двойного суперфосфата прибавку урожая зерна и вегетативной массы по сравнению с оптимальной дозой обычного двойного суперфосфата 64 и 55% соответственно (табл. 2).

Таблица 2 - Влияние способа заправки торфосмеси на урожайность кукурузы

Вариант Урожайность, ц/га Факторы формирования урожая зерна зерна вегетативной массы количество
початков,
шт./раст. число зерен
в початке,
шт. M₁₀₀₀,
г 1. NK 21,8 892 1,3 216 108,7 2. NK + P_сд (1 доза) 30,0 761 1,3 235 137,2 3. NK + P_сд (4 дозы) 21,4 566 1,1 232 119,0 4. NK + P_{сд капс} (4 дозы) 49,1 1181 2,3 251 119,3 НСР₀₅ 4,8 136 - - -

Таким образом, доза и форма вносимого в торфосмесь суперфосфата оказывает существенное влияние на урожайность растений. В качестве фосфорного удобрения целесообразно использовать двойной суперфосфат, капсулированный силикатом натрия. Его применение позволяет увеличить дозу фосфора с тем, чтобы полностью удовлетворить потребность растений в этом элементе минерального питания на начальном (критическом) периоде их роста и развития, и при этом избежать формирования высокой концентрации солей в субстрате за счет их замедленного высвобождения из удобрения.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к минеральным удобрениям, содержащим фосфорный и кремниевый компоненты с контролируемым выходом фосфора в раствор, что дает возможность синхронизировать высвобождение питательных элементов с потребностями растений. Способ получения капсулированного удобрения, заключается в том, что гранулы двойного суперфосфата подвергают 3-кратной обработке 20% водным раствором силиката натрия в течение 1-2 минут с последующей сушкой продукта при 100-120°С после каждого цикла обработки. Техническим результатом является получение фосфорного удобрения с замедленным высвобождением из гранул фосфора, снижение химического связывания его почвой, более полное обеспечение выращиваемой рассады фосфором без проявления фитотоксичности. 2 табл.

Способ получения капсулированного удобрения, характеризующийся тем, что для его получения используют двойной суперфосфат, гранулы которого подвергают 3-кратной обработке 20% водным раствором силиката натрия в течение 1-2 минут с последующей сушкой продукта при 100-120°С после каждого цикла обработки.