Модификатор для дерново-подзолистой супесчаной почвы Советский патент 1992 года по МПК C09K17/00 C05F11/02 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, к области окультуривания и рекультивации почв, а именно дерново-подзолистых супесчаных, с помощью модификаторов почв, мелиорантов/регуляторов роста растений для выращивания на них различных сельскохозяйственных культур. . : . . : ... .. ... ; ,У : :

Известен модификатор почвы, состоя-/ щ ий.из частиц кауетобйолита - угольной зо ны и доменного шлака в соотношении (50-70):(50-30). Угольная зола содержит зна- чительнре количество СаО (30-48%) и Mgti (1,5-3,8%), обладает достаточной нейтрализующей способностью. Содержащиеся в ней соединения кальция, магния, микроэлементы усиливают эффективность применения золы для окультуривания почв.v ;;

Недостатком этого модификатора ор чвы является то, что значительное количество оксидов железа и алюминия, содержащихся в угольной золе, отрицательно воздействует на рост и развитие растений. Это происходит из-за связывания коллоидами этих элементов одного из важнейших элементов питания растений-фосфора. Кроме того, при внесений модификатора в почву наблюдается снижение содержания гумуса почвы уже в течение первого года. Это объясняется тем, что угольная зола как сильный щелочной реагент, имеющий рН 12,8-13,0 и содержащий ряд щелочных и щелочноземельных элементов, вызывает частичный гидролиз органических веществ почвы, в результате чего выщелачиваемые гумусовые кислоты (гуми- новые и фульвовые) связываются этими элементами (оксидами железа и алюминия) с образованием органоминеральных комплексов и происходит более быстрая их минерализация, сопровождающаяся снижением содержания гумуса почв.

Известен субстрат, применяемый как модификатор для обработки почвы,, содержащий в качестве органического компонента торф, известкового золу каустрбиолита. в частности угольную, минерального минеральные удобрения. Кроме того, он содержит 40-50% бурого угля.

Недостатки известного модификатора аналогичны описанным. Значительное количество в угольной золе оксидов железа и алюминия отрицательно влияет на растения, так как связывает фосфор, необходимый им как элемент питания. Такое явление, как снижение содержания гумуса самой посл

С

00 х|

ю

N

СА)

чвы, несколько замедлятся за счет внесения 15-20 мас.% торфа, так как торф частично принимает на себя действие щелочноземельных элементов золы угля и испытывает частичный гидролиз своего органического вещества, замедляя тем самым снижение содержания гумуса почвы. Однако его количества недостаточно, чтобы предотвратить снижение общего содержания гумуса почвы. При этом боль- шую роль играет очередность внесения компонентов. Кроме того, внесение 40-50% бурого угля не дает большого эффекта, так как органики в буром угле мало, зато присутствуют канцерогенные вещества и соли тяжелых металлов. Присутствие полимерных носителей также имеет отрицательную роль, так как загрязняет почву химическими веществами. Все это снижает эффективность модификатора.

Целью изобретения является повышение эффективности модификатора почвы.

Поставленная цель достигается тем, что модификатор для дерново-подзолистой супесчаной почвы, содержащий торф и золу каустобиолита, в качестве золы содержит торфяную золу сухого способа удаления не более двухдневной выдержки в объемном соотношении зола : торф 1 : (0,3-0,4).

Сущность приготовления модификато- ра заключается в следующем.

Энергетическая зола торфа, полученная при сжигании торфа любого типа на ГРЭС или ТЭЦ, смешивается с торфом в соотношении 1 : (0,3-0,4). Берется зола сухого спо- соба удаления и не более двухдневной выдержки с момента ее получения, чтобы избежать выщелачивания и потерь зольных элементов в окружающую среду. Смешивание ведется бульдозерным методом или в смесителях, оборудованных дозаторами, обеспечивая равномерность смешивания и однородность смеси. Готовый модификатор складируется в штабели или упаковывается в полиэтиленовые пакеты. Энер- гетическая зола торфа содержит до 25-29% (на сухое вещество ) органики и элементы питания растений; макроэлементы NPK и микроэлементы Zn, Си, Мп, известковые вещества СаО и МдО. Из нежелательных элементов она содержит оксиды железа (токсичные лишь при большом содержании подвижных форм) и алюминия. При смешивании золы с торфом происходит взаимодействие щелоч- нЫх соединений золы с торфом, следствием чего является гидролиз органических веществ, в результате чего часть из них, например гуминовые кислоты, вступают в реакцию с элементами, входящими в состав

золы (Са, Mg, Fe и т.д.) с образованием малоподвижных соответственно гумзтов кальция, магния, железа и комплексных органоминеральных соединений. При этом рН получаемого продукта с 12,8-13,0 снижается до 8,6-9,5.

В результате значительная часть подвижных соединений железа и алюминия (вредно влияющих на растения) вступает в реакцию с органическими веществами торфа и переходит в труднорастворимое состояние, а это в дальнейшем вызывает снижение ими сорбции фосфора (как содержащегося в золе, так и почвенного), т.е. фосфор остается свободным и доступным элементом питания для растений. Удобрительные свойства такого продукта резко возрастают.

В результате щелочного гидролиза органических соединений торфа продукт обогащается соединениями азота, которые в торфе до этого находились в недоступном для растений виде, а в торфяной золе почти отсутствовали (не более 0,1 % на сухое вещество). При внесении вместо чистой золы модификатора устраняется отрицательное действие гидролизующего эффекта щелочных компонентов золы на органические вещества почвы, в которой, как правило, если почва дерново-подзолистая супесчаная кислая, его и так недостаточно. Это происходит потому, что щелочные элементы золы уже частично вступили в реакцию с гумусом торфа. Образовавшиеся гуматы и другие органические вещества минерализуются в почве, в результате почва обогащается ценными органическими соединениями торфа и собственно гумус почвы, не подвергшийся жесткому гидролизу, не подвергается и быстрой минерализации, и гумусовый баланс такой почвы не уменьшается, он даже растет. Если бы вносили чистую золу, то содержание гумуса почв падало бы, снижалось бы и их плодородие.

При внесении модификатора с поступлением частично модифицированных органических веществ торфа лучше идет усвоение растениями элементов питания, значительно сокращается содержание связанного фосфора при одновременном уменьшении количества вредно влияющих на растения соединений железа и алюминия.

Таким образом, модификатор, приготовленный из торфяной золы и торфа, является как бы буферо.м всех нежелательных явлений, которые возникли бы в почве при внесении чистой золы. Он не только гасит в себе эти явления, но и обогащается полезными для питания растений компонентами.

Предлагаемый модификатор почвы состоит на 45-50% из органической составляющей, является хорошим известковым материалом, обогащен макро- и микроэлементами, необходимыми для питания расте- 5 ний. Содержание подвижного железа снижено почти в 3 раза и становится безопасным при внесении в почву в рекомендуемых дозах (например, 40-60 т/га).

Зола для получения модификатора ис- 10 пользуется сухого способа удаления, так как при этом способе не происходит выщелачивание и потерь зольных элементов, что способствует повышению эффективности модификатора. При мокром удалении золы 15 происходит вымывание части компонентов и химическое изменение другой их части. Однако можно применять и золу мокрого удаления, но при этом йеобходимы мероприятия по отделению воды от зольного ос- 20 татка на ТЭЦ с мокрым удалением золы (сепарация, фильтрование в сочетании лишь с кратковременным пребыванием в отстойниках и т.д.)в течение довольно короткого ере- 25 мени (1-2 сут) по гашению ее температуры. При этом вода циркулирует по замкнутому циклу и в ней создается равновесная концентрация элементов, что предотвращает процесс выщелачивания их из золы или по 30 крайней мере намного снижает его. Такий образом возможно не ограничиваться ис-: пользованием при производстве модификатора почвы только золы сухого способа удаления, а применять и золу мокрого спо- 35 соба удаления, это позволит значительно увеличить масштабы его производства при сохранении гарантии качества и обеспечить выполнение требований к охране окружающей среды. Получение модификатора почвы 40 поясняется примерами.

Пример 1. Для экспериментальной проверки модификатора почвы были приготовлены семь смесей торфяной золы сухого способа удаления и торфа в различном со- 45 отношении 1: (0,1-0,7). Зола была получена на ГРЭС при сжигании низинного осоковр- гилнового торфа (рН 4,1).0птимальные со- - отношения золы и этого торфа выбирались исходя из минимального содержания тех ве- 50 ществ, которые отрицательно влияют на растения. Повторность опытов 5-кратная

Данные влияния соотношения золы и торфа на содержание железа и алюминия приведены в табл.1.55

Данные табл.1 показывают, что при добавлении торфа к золе заметно снижается содержание подвижных соединений железа и алюминия. Сдерживающим фактором при этом является следующее: чем большесии

жаем рН готового продукта (при увеличении доз вносимого торфа), чем сильнее снижается его нейтрализующая способность и тем больше такого продукта потребуется вносить в почву, что экономически нецелесообразно и не всегда необходимо. Оптимальные результаты получены в опытах 4 и 5 при соотношении зола:торф 1 - (0,3-0,4), при котором полученный модификатор является Достаточно сильным известкующим материалом, в котором количество вредно влияющих на растения подвижных соединений железа и алюминия снизилось в 1,5 1,6 раза.

П р и ме р 2. Вторая серия опытов была проведена по подбору времени выдержки торфяной золы после ее получения. Условия опыта аналогичны примеру 1. Соотношение золы и торфа в модификаторе почвы 1:0,3. Повторность опытов 5-кратная.

Зола, получаемая при сгорании торфа, представляет собой (сразу после выхода из топки) сложный комплекс различных соединений кальция, магния, железа, серы, алюминия и микроэлементов (меди, марганца, цинка, бора и т.д.), которые еще продолжают какое-то время взаимодействовать как между собой, так и с компонентами окружающей среды (диоксидом углерода СОа, водяными парами и т.д.), в результате чего часть из них диокисляется, присоединяет воду и из безводных превращается в гидра- тированные формы. В дальнейшем часть этих соединений уже бывает способна вымываться из золы (идет процесс выщелачивания).

Допрекращенияэтихпроцессов(созревания или выдержки золы)зола является болееактивной, сильнее реагирует с торфом, осуществляя более сильное гидролизующее действие на органические вещества торфа, в частности его гумусовые кислоты.С временем ее активность падает.

Данные влияния времени созревания золы на качественные показатели модификатора почвы приведены в табл.2.

Из приведенных данных табл.2 видно, что оптимальный срок созревания золы не более 2 сут, это время активности золы. Модификатор почвы, полученный на такой золе, содержит максимальное количество элементов питания растений, имеет хорошую нейтрализующую способность и наименьшее количество вредных элементов. Если смешивать Золу с торфом после двухсуточного созревания, то качество модификатора понижается. Уменьшается содержание элементов питания растений и нейтрализующая способность его как известкующего материала (падает рН), но растет

количество элементов, вредно влияющих на растения.

П р им е р 3. Таким образом, экспериментальная проверка предлагаемого модификатора почвы показала, что оптимальными условиями его получения является соотношение золы и торфа 1 : {0,3- 0,4) при выдержке золы не более 2 дней. Степень активизации удобрительных свойств модификатора выражается в новы- шении содержания элементов питания для растений, оптимальных извествующих свойствах и снижении содержания элементов, вредно влияющих на растения. Характеристика модификатора почвы, полученного при этих условиях, представлена в табл.3.

П р и м ер 4. Для экспериментальной проверки действия полученного модификатора на состав почвы были проведены опы- ты, целью которых являлось выявление изменений, происходящих в содержании и групповом составе гумуса почвы при внесении в нее модификатора. Причем опыты были проведены с различными вариантами внесения компонентов модификатора - отдельно чис той торфянрй золы, раздельное внесение золы и торфа, внесение предлагаемого модификатора.:

Для опытов использовалась дерново- подзолистая супесчаная почва. Групповой состав органического вещества образцов проведен по общеизвестной методике (Пономаревой и Николаевой), Во всех опытах сохранялись эквивалентные соотношения компонентов. Повторность опытов 5-кратная. .. ; : ..:...Данные качественного изменения почвы при внесении различных модификаторов приведены в табл.4.

Анализ данных табл.4 показывает, что наилучшие качественные изменения почвы произошли при внесений предлагаемого модификатора. Увеличилось содержание углерода (С), а значит и веществ гумусовых кислот, уменьшилось содержание негйдро- лизуемого остатка. В результате почва превращается в хорошо окультуренную.

Положительный эффект качественных изменений почвы при внесении в Wee пред- латаемого модификатора происходит за счет следующих положительных моментов: исключение отрицательного влияния на органику почв, приводящее к ускоренной минерализации гумуса; снижение содержания подвижных форм железа и алюминия, в результате чего высвобождается дополнительное количество связываемого ранее ими фосфора; обогащение азотом (из-за гидролиза торфа); растет (а не падает) содержание гумуса в почве, что ведет к увеличению урожая сельскохозяйственных культур. Операции извествования почв и обогащения ее органикой совмещаются.

Неплохие результаты получены и при внесении золы и торфа, но при раздельном внесении, т.е. не в виде модификатора (состоящего из торфяной золы и торфа), а при внесении их отдельными порциями в почву Однако при сравнении их с показателями при варианте внесения модификатора видно, что они все же ниже, а содержание неги д рол изуемого остатка выше, что играет отрицательную роль, так как он содержит больше смолистых веществ, и лигинина, в которых находится некоторое количество вредных соединений, что засоряет почву. , Это показывает эффективность предлагаемого модификатора.

П р и м ер 5. Для экспериментальной проверки действия при внесении в почву предлагаемого модификатора на урожай сельскохозяйственных культур были проведены опыты по выращиванию нескольких культур при различных вариантах внесения модификатора и отдельно его составляющих компонентов.

В вегетационном опыте, проведённом в условиях оранжереи ботанического сада, на дерново-подзолистой супесчаной почве выращивали в течение 13 мее. 3 культуры последовательно: салат, редис, ячмень. После снятия первой и второй культур каждый раз вносили нитроаммофоску состава 16:16:16 из расчета 0,1 г действующего вещества на 1 кг почвы. Кроме того, был проведен опыт с паровым сосудом - сосуд с почвой, в котором небыли высажены растения, но условия полива, закладки и наблюдения были сохранены, каки для других вариантов. Этот опыт являлся контрольным вариантом проверки возможности изменения органики почвы без влияния на нее процессов, происходящих при выращивании растений. Во всех опытах сохранялись соотношения компо нентов. Повторноеть опытов 5-кратная. Данные представлены в табл.5.

Анализ табл.5 показывает, что в опыте 4 (с предлагаемым модификатором)набл.юда ется максимальный урожай всех культур, что можно объяснить более, высоким содержанием гумуса, привнесенным с модификато-. ром азотом, устранением вреднего влияния железа и алюминия, высвобождением фосфора, а также лучшим режимом усвоения всех элементов питания, который наступает, когда элементы питания вносятся на фоне органики (торфа, содержащегося в модификаторе). В этом варианте также не уменьшилось содержание гумуса, несмотря

на такой интенсивный режим выращивания культур. Органика осталась на том же уровне за счёт дополнительного обогащения гумусом торфа, при этом на органику почвы не было оказано жесткого гидролизующего влияния благодаря модификатору почвы.

В варианте с исходной золой (опыт 2) и в варианте с раздельным внесением золы и торфа (опыт 3) зафиксировано снижение гумуса, что дает более низкий урожай культур, чем в опыте с предлагаемым модификатором (опыт 4)...

Примерб. Для экспериментальной проверки предлагаемого модификатора был взят другой вид торфа -переходный сосно- во-сфагновый со степенью разложения 22%. Соотношение зола:торф 1:0,35 (пообъ- ему).

Анализировались партии модификатора, произведенные в разные, но следующие один за другим дни. Партия - продукция, полученная за месяц. Состав модификатора довольно стабилен, равномерность перемешивания высокая....

Содержание элементов питания в подвижной форме (0,2 н. HCI вытяжке) в модификаторе почв, приведено в табл.6.

Модификатор, полученный на переходном сосново-сфагновом торфе, был испытан в растениеводстве на дерново-подзолистой супесчаной почве. Повторность опытов 5- кратная, НСРо,,94.

Данные испытаний представлены в табл.7.

Как видно из табл.7, наибольший урожай наблюдался при использовании модификатора с предлагаемым соотношением, компонентов. Это объясняется уменьшением количества подвижных соединений железа и алюминия, вредно влияющих на рост, и развитие растений.

При снижении количества вводимого торфа (соотношение 1:0,2 и менее) повышается содержание этих элементов при довольно значительном росте показателя рН модификатора, что резко ограничивает допустимую дозу внесения, а это, в свою очередь, уменьшает и поступление органики в почву.

При использовании более узкого соотношения (1:0,5 и т.д.) резко снижается рН

модификатора, снижается процесс гидролиза органического вещества и в результате значительного разбавления золы торфом снижается количество вносимых с модификатором макро-и микроэлементов.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что именно соотношение зола:торф при производстве модификатора, равное 1:(0,3- 0,4), является оптимальным.

Технические преимущества изобретения заключаются в повышении эффективности модификатора почвы за счет снижения отрицательного действия соединений железа и алюминия, сохранения содержания гумуса почв, обогащения модификатора

азотом, необходимым элементом питания для растений, гумусовыми веществами, обладающими стимулирующим действием. Кроме того, повышаются такие свойства модификатора, как непылимость, неслеживаемость,.что упрощает его применение.

Изобретение обеспечивает получение экологически чистого модификатора почвы, с помощью которого достигается достаточно высокая степень окультуривания почвы,

что ведет к повышению урожайности сельскохозяйственных культур. Кроме того, решаются вопросы охраны окружающей среды за счет предотвращения вымывания из золы во время ее хранения в отвалах

минеральных веществ в почву. Это обеспечивается смешиванием золы не более двухдневной выдержки с тррфом, за счет чего все минеральные компоненты золы закрепляются торфом.

Формула изобретения

Модификатор для дерново-подзолистой супесчаной почвы содержащий торф и золу кауетобиолита, отл ича ю щийсятем,что, с целью повышения эффективности, в качестве золы кауетобиолита он содержит торфяную золу сухого способа удаления не более двухдневной выдержки в объемном соотношении зола : торф -1 :(0,3-0,4).

Таблица 1

Изобретение относится к окультуриванию и рекультивации почв. Модификатор содержит торфяную золу сухого способа удаления не более 2-дневной выдержки и торф при объемном соотношении 1:(0,3- 0,4). 7 табл.

Таблица 2

Табл и цаЗ

С общ.,,682,682,832,832,6

С а 1 м. H.S04 (соединения,

связанные с кальцием), % 0,087 0,090 0,ОйЬ 0,081 0,088

С гумусовых кислот (г.к. +

ф.к.), 1, 0,1 н. NaOH вытяжка

(I фракция)-1,30 1,31 l. ta 1,65 1,31

С гумусовых кислот (г.к. +..-.. ф.к.), ,. 0,02 н. NaOH

г.к. - гуминовые кислоты; ф.к. - фуяьвовые кислоты.

Содержание гумуса в почве до начала опыта Ь,1%.

Таблица )

Таблица 5

Та б л и ц а 6

Таблица 7