Состав для создания прослойки, предотвращающей загрязнение грунтовых вод гербицидами на ирригационных системах Советский патент 1980 года по МПК E02B3/16 E02D3/12 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к охране вод от загрязнения ядохимикатами и гфедчазначено для использования на ирригационных системах для предотвращения загрязнения грунтовых вод гербицидами, применяемыми в сельском хозяйств Загрязнение грунтовых вод гербицидам происходит в процессе фильтрации поливных вод в глубьлежащие горизонты. Несмотря на то, что многие гербициды поглощаются верхним слоем почвы, в натурных условиях имеет место проникновение их в грунтовые воды, в частности по ходам корней и различных почвенных земле роев. Особенно велика опасность загрязнения грунтовых вод на малогумусных почвах легкого механического состава, обладающих низкой поглотительной способностью по отношению к гербицидам и высокой водопроницаемостью. Для снижения чрезмерной фильтрации естественных почвогрунтов и тем самым сокращения поступления ядохимикатов в глубьлежащи горизонты известен способ детоксикации пестицидов путем активизации деятельности микрофлоры в верхнем слое почвы .путем внесения веществ гумусовой природы yij Этот способ способствует уменьшению выноса токсикантов в грунтовые воды, о:шако он не пригоден для стойких препаратов, для почвенных пестицидов, которые предназначены дляДлительного . воздействия на вредные организмы, а также для гербицидов, поскольку в результате детоксикации будет снижено их действие на сорные растения. Кроме способ имеет разовое действие, так как Енесение веществ гумусовой природы или увлажнение должно сопровождать каждое применение пестицида, что практически, не всегда осуществимо. Известен способ предотвращения загрязнения дренажных вод гербицидами на рисовых оросительных системах путем создания прослойки, задерживающей гербициды 2J . Сущность этого способа заключается в том, что с целью локализации гербицидов в прецелах рисовых чеков под корне- обитаемым слоем создают прослойку тол щиной не менее 10 см, которую укладывают на примыкающей к дрене части чек При этом в качестве прослойки берут пасту из суглинка и воды с включением веществ гумусовой природы в следующем соотношении, вес.%: суглинка 65-70, гуматы натрия или аммония 0,2-1,0, во да-остальное. Для почв с высокой проницаемостью в состав пасты дополнительно вводят калий хлористый или аммоний хло ристый в количестве 0,2-2,0 вес.%. Это способ позволяет практически ликвидиро- вать вынос гербицидов дренажными водами при их применении в обычно рекомен емых дозах. Однако используемая пастообразная прослойка обладает незначительной адсор ционно-кумулятивной способностью. Поэтому при повышенных дозах гербицидных препаратов в случае повторной обработки Посевов или применения слабосорбирую- щихся веществ возможно их проникновение через прослойку в грунтовые воды. Кроме того, известная прослойка не мож быть эффективно использована на почвогрунтах с большим диапазоном колебаний механического состава, что часто встречается в природе, например в пойменных и дельтовых ландшафтах. Это свя зано с ограниченностью; набора компонентов, входяших в состав известной про лойки, не позволяющей широко регулировать, коллоидно-дисперсные свойства системы, определяющие величину ее водо проницаемости. Недостатком известного способа является также наличие хлорсодер жаших солей в составе прослойки, поскольку известно, что хлор, как один из подвижных и токсичных ионов, постепенно вымывается из почвогрунтов, проника ет в дренажногрунтовые воды и загрязняет их. Целью изобретения является повышение эффективности, создаваемой под корнеобитаемым слоем прослойки, путем увеличения ее адсфбционно-кумулятив-ной емкости по отношению к гербицидам и возможности регулирования фильтрационных свойств. Поставленная цель достигается.тем, что в состав прослойки вводят лигнин- содержащие вещества, бентонитовую глину, метилсиликон, углещелочный реагент. и клиноптилолит при следующем соотношении компонентов, вес.%: 45-55 Тяжелый суглинок 6-7 Бентонитовая глина Лигнинсодержащие вещества ОДО-О,15 Метилсиликон 0,14-0,18 Углещелочный реагент 2,5 - 3,0 Клиноптилолит Остальное Введение в состав прослойки бентонитовой глины, лигнинсодержащего вещества и углещелочного реагента обеспечивает образование комплексного соединения с высокой сорбционной емкостью по отношению к гербицидам разньк; классов, так как бентонитовые глины содержат большое количество (55-70%) тонкодисперсных илистых частиц и состоят главным образом из монтмориллонита - мин ерала с наибольшей из .всех глинистых минералов удельной поверхностью и емкостью поглощения, что связано с наличием у него расширяющейся кристаллической решетки, а известно, что адсорбция некоторых гербицидов в значительной мере зависит от содержанияв почве.глинистых частиц. Добавление метилсиликона способствует хорошему связьшанию тонкодисперсных глинистых частиц с лигнинсодержа- .щим веществом и углещелочным реагентом, и обеспечивает устойчивость системы. Углещелочной реагент с одной стороны, действует как катализатор при образовании органосиликановых комплексных пленок, а,с другой стороны, способствует закреплению их на активных участках поверхности жестких каркасов монтмориллонита. Лигнинсодержащне вещества, являю- .щиеся отходом гидролизной пpoмыQJлeнности, являются одним из наиболее устойчивых к ферментативному разложению соединений и в процессе медленного разложения превращаются в гумусовые ве- .щества. Кроме того установлена высокая адсорбционная способность пигнннсодержащих ве,Ществ по отношению к гербици дам различных классов, т.е. лигнинсодержа.щие вещества являются также хорошим сорбентом гербицидов. Благодаря эгйм свойствам лкгнинсодержащего-вещества предложенная прослойка будет функционировать не менее 7-8 лет. Устойчивости прослойки способствует образование прочного органо-минерального комплекса лигнинсодержащего вещества к образующегося из него гуму57са с глинистыми частицами, так как известно что при наличии глин гумус в меньшей степени подвергается гидролизу чем в суспенчаТых и песчанных почвах, причем гуминоБые кислоты наиболее про но связываются с глинистыми минералами монтмориллонитовой группы, которые в большом количестве входят в состав бентонитовых глин. Вместе с тем, введение в состав про лойки биологически активных гумусовых веществ, содержащихся в углещелочном реагенте и образующихся постепенно из лигнинсодержащего вещества, а также небольщого количества этилового спир- тй в составе метилсиликона способствуе некоторому повышению биологической ак тивности прослойки, достаточной для детоксикации поглощенных пестици- зов в течение вегетационного периода. Характеристика метилсиликона приведена Б табл. 1. Таблица Требования по г Показатель ТУ 6-О2-696-7 Внешний вид Жидкость от бесц (С,,,Н5бЮ Na)n ветного до светло коричневого цвета Донускаются оттен ки. Наличие осадка не допускается. Содержание сухого осадка в весовых процентахЩелочность {в пересчете на НаОН), 15. ±2 вес.% Плотность при + 20°С, г/см 1,19 + 0,О2 Содержание кремния, вес.%, не менее 5 Продолжение табл. 1 Гидрофобиз(фующая способность (проба на кошель) ч, не менее Содержание этилового Клиноптилолит как активный наполнитель вводится в состав прослойки для улучшения катионообменныхсвойств грунтов, так как известно, что цеолиты, входящие в состав клиноптилолита, -могут просеивать молекулы и сортировать их по размерам, поэтому их называют молекулярными ситами. Для различных по фильтрационным свойствам почБогрунтов (сильнопроницаемь1е, ере Днепр оницаемые н слабопроницаемые) целесообразно в зависимости от этих свойств брать различное соотношение компонентов прослойки. Рекомендуемые соотношения компонентов прослойки для различных по фильтрационным свойствам почвогрунтоБ приведены втабл. 2. Известно, что к сильнопроницаемым относятся почвогрунты с коэффициентом фильтрации более 1 м/сут к среднепроницаемым - почвогрунты с коэффициентом фильтрации 1-0,ОО1 м/сут, а к слабопроницаемым почвогрунты с коэффициентом фильтрации О,ОО1 м/сут. Изменением соотношения компонентов в прослойке обеспечивают направленное регулирование фильтрационных свойств почвогрунтов н для каждой группы почвогрунтов обеспечивают оптимальный вид прослойки, обеспечивающий наиболее эффективное задерживание гербицидов в пределах орошаемых полей и предотвращение их попадания ,в грунтовые воды. Для сильнопроницаемых почвогрунтов, т.е. для, тех которые обладают высокой фильтрацией, повышенным содержанием бентонитовой глины, углещелочного реа.гента и клиноптилолита обеспечивается повышение антифильтрационных свойств прослойки. Соотношения компонентов прослойки для различньгх по фильтрационным свойствам почвогрунтов приведены в табл.2.

Таблица 2

Метнлсиликон обуславливает определенц.УЕо физ 5 р:о-химическую природу и тек ТУРУ приготавливаемой смеси, из которой создают прослойку. При внесении метилсиликона в пределах 0,О1-О,02 вес.% ПРОИСХОДИТ значительная пептизация тонкодисперсных глинистых частиц, Этом также способствует повышение количества вносимого углещелочного реагента (0,80-0,90%).. Результатом этого является усиление антифильтрациойных свойст прослойки. Повышение содержания лигнин содержащего вещества в прослойках для сильнопроницаемых почвогрунтов необходимо для увеличения сорбционной емкости прослойки, в связи с тем, что на таких почвогрунтах возрастает вынос гербицидов. На слабопроницаемых грунтах по срав нению с сильнопроницаемыми и среднепро ницаемыми в создаваемой прослойке умен шают содержание бентонитовой глины, углещелочного реагента, лигнина и кли.ноптилолита, но при этом увеличивают количество метилсиликона, так как после ний способствует образованию специфичес ких коагуляционных структур с повышенной водопроницаемостью. Этим обеспечиваются нормальные условия произрастания, растений наряду с эффективным задерживанием гербицидов в подпахотном слое. Предлагаемый.- способ осуществляют следующим ооразом. На орошаемых землях, где возможен вынос гербицидов в грунтовые воды, т.е. на- почвогрунтах легких по механическому составу и малогумусных средних и тяжелых при малом количестве гумуса и наличии крупных пор, ходов землероев и перегнивших корней болотной растительности, почвогрунтах, подстилаемых ракушечниками, трещиноватыми и другими породами создают предлагаемую прослойку и при этом соотношении компонентов берут исходя из фильтрационных свойств почвогрунтов (см. табл. 2). Прослойка может быть создана на поле путем снятия почвы на глубину корнеобитаемого слоя с последующей укладкой толщиной до 10 см приготовленной предварительно смеси в определенном для данной почвы соотношении компонентов к окончательной засыпкой этой прослойки снятой ранее почвой на толщину корнеобитаемого слоя. Прослойку также можно получить, если на поверхность поля равномерно насыпают суглинок, бентонитовую глину, лиг- нинсодержащее вещество, клиноптилолит и углещелочной peiareHT. После ; тщательного перемешивания всех компонентов дисковым лущильником добавляют метилсиликон и недостающее количество воды. Затем вновь тщательно перемешивают, после чего укатывают гладкими катками до достижения смесью объемного веса , 1,45-1,66 г/см. Полученный таким образом слой запахивают с оборотом пласта плугом с предплужником на глубину 30-40 см. Пример. Предлагаемый способ апробирован в совхозе Благовещенский Краснодарского края. Почвогрунты на 973 участке, на котором проводилось апробирование, относятся к группе сильнопроницаемых. На этом участке была создана прослойка для которой брались компоненты в следузощем соотношении, вес.%: Суглинок Бентонитовая глина Лигнинсодержащие вещества Углещелочной реагент Клиноптилолит Метилсиликон В качестве лигнинсодержащих веществ были использованы лигнинсодержащие удобрения, выпускаемые Андижа11ским гид ролизным заводом. В качестве углещелоч ного реагента использовали торф, обработанный щелочью. Для укладки прослойки на площади 1,2 м был снят верхний слой почвы на глубину 30 см, затем уложили прослойку толщиной до 10 см и засыпали ее ранее снятым слоем почвы. Для отбора проб дренажной воды, проходящей через прослойку, микрочеки оборудовали лизиметрическими устройствами. Поверхность микрочеков обрабатывали гербицидами: пропанидом и ордрамом в соответствии с Рекомендациями по применению гербицидов на . полях. Пестициды вносили в двойном количестве по сравнению со средней рекомендуемой дозой. Скорость фильтрации воды в контрольных микрочеках поддерживалась на уровне 1 см/сут, установившемся в микрочеках с прослойкой. Результаты опытов, представленные в табл. 3 и 4 (анализ экстрактов выполнен на хроматографа Цвет ЮО, модель 104), св детельствует о том, что создаваемая прослойка с достаточной эффективностью задерживает гербициды. Если в контрольных микрочеках (без прослойки) суммарная концентрация пропанида и его метаболита 3,4-дихлоранилина достигала 3,4 мг/л, ордрама 3,0 мг/л, то в микро чеках с прослойкой пропанид и его метоболит не были обнаружены в дренажных водах, а концентрация ордрама не превышала 0,О13 мг/л, что значительно ниже рекомендуемой предельно допустимой концентрации (0,025 мг/л).В койие вег тационного периода был проведен хими- ческий и микробиологический анализ верх него слоя почвы над прослойкой и самой прослойки для выяснения вопроса о возможности накопления токсикантов в прослойке и степени их разложения. Остаточные количества токсикантов с помощью газохроматографического метода не были обнаружены. Результаты микробиологического анализа, сведенные в табл. 5 и 6, свидетельствуют о том, что создание прослойки способствует значительному повышению общей численности микроорганизмов. Так, даже в верхнем слое почвы над прослойкой .количество микроорганизмов возрастает в 1,5 раЗу а в прослойке - в 7 - 10 раз по сравнению с почвой. Следует отметить, что на общеупотребительной среде - мясо-пептонный агар (МПА) различие в численности микроорганизмов в вариантах с гербицидом к, без него су- щественно. На элективной же среде, предназначенной для роста видов, участвую.щих в превращенаи гербицидов, оно достаточно xopoitio выражено. Так, в прослойке количество указанных видов возрастает по сравненшо с почвой в 9 раз, а в присутствии пропанида - в 14,6- раза. Аналогичная картина наблюдалась и ь случае- применения ордрама, однако различия между вариантами менее значительны. В вариантах с прослойкой наблюдалось значительное (в три раза по сравнению с контролем) повыщение урожая риса, несмотря на равные с контролем дозы удобрений ( ), Это объясняется тем, что прослойка повышает содержание органического вещества (стимулятора роста) в подпахотном слое и уменьшает вынос минеральных удобрений из пахотного споя, Использованяе предлагаемого способа предотвращенг-чя загрязнения грунтовых вод пестицтшамй обеспечивает по сравнению с существ;утощими : следующие преимущества:повышение адсорбционно-кумулятив- ,ной емкости прослойки, в результате чего обеспечивается,пррл тическц полное поглощение пестицкдо1з даже при повышенных дозах нх применения,, Сум 1арная концентрадйя пропанида и его метаболита Зч4 Ди;4;лоран 1Лина в дренажных водах, мг/л приведена в табл. 3. ТаблицаЗ Jl SS§iLESS,SS,J gE-§iSMS J-J. после I контроль прослойгфослойкасоздания {без ка изпредлагаеслоя за™ слойки) I вестная мая топлени% B.. 1. 50,0 li

11733595

Продолжение табл. 3

Контроль без прослойки) + пропанид 1 230 100,0

С прослойкой без

гирбицида2 020 164,2

С прослойкой +

пропаннд1 80О 146,3

Контроль (без

прослойки) +

пропанид1 460 1ОО,О

С прослойкой без гирбицида14 320 980,8

с прослойкой +

пропанид. 12 560 860,3

12 Продолжение табл. 4

Влияние прослойки на количественное

содержание микроорганизмов, участвующих в превращении пропанида приведено в табл. 5.

Таблица 5

93

10О,0

139149,5

276296,8

156100,0

1 420910,0

2 280 . 1461,5 Влияние содержание 13733595. прослойки на количественноев превращении ордрама, приведено в микроорганизмов, участвующих табл. б. Таблицаб