Verfahren zum Behandeln von Böden Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung der physi kalischen Struktur von Böden, welches ins besondere eine Erhöhung des Ernteertrages und eine Verminderung der natürlichen Ero sion ermöglicht.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist da durch gekennzeichnet, dass man dem Boden ein in Wasser lösliches bis quellbares Poly- merisationsprodukt einer Verbindung einver leibt, welche die Atomgruppe
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aufweist, wobei das Polymerisationsprodukt ein mittleres Molekulargetizeht von minde stens 10000 aufweist.
Vorzugsweise werden dem Boden 0,001 bis 2,0 Gew.% des Polymerisationsproduktes zu gesetzt.
Die Verwertbarkeit schlechthin und die günstigen Eigenschaften von Oberflächen böden und von unter der Oberfläche liegenden Bodensehichten hängen in erheblichem Aus mass von ihrer physikalischen Struktur ab. Die meisten Böden weisen einen Zustand feiner Zerteilung auf, der für das Wachstum der Pflanzen erforderlich ist, jedoch ermangeln viele Böden anderer physikalischer Eigen schaften, die ein normales Wachstum und eine normale Entwicklung der Pflanzen und die richtige Entfaltung der verschiedenen Pflanzenfunktionen ermöglichen. Ausser den Pflanzennährstoffen müssen einem Boden kontinuierlich Luft und Feuchtigkeit zuge führt werden.
Böden mit ungünstiger Struk tur können während der nassen Jahreszeiten durch Wasser verstopft werden, in welchem Zustand die für ein optimales Wachstum und eine optimale Entwicklung der Pflanzen er forderliche Luft keinen Zutritt hat. Böden von ungünstiger Struktur können durch Ver dampfung aus der Oberfläche infolge über mässiger Kapillarwirkung zu rasch Feuchtig keit verlieren. Den in einem solchen Boden wachsenden Pflanzen wird dadurch die er forderliche kontinuierliche und reichliche Feuehtigkeitszufuhr abgehen. Die letztere Wirkung ist übermässig stark in dichten, kompakten Böden, wodurch auch das Wachs tum von Wurzeln und Stengeln infolge un günstiger Wachstumsbedingungen verzögert. wird.
Böden mit ungünstiger Struktur sind der Schrumpfung unterworfen, wodurch eine unerwünschte Verdichtung, insbesondere in Form einer Oberflächenkruste, und die Bil dung von Rissen verursacht. werden. Dadurch wird die Geschwindigkeit der Abgabe von Bo denfeuchtigkeit an die Atmosphäre erhöht. Ausserdem ist die Keimung von Samen in Böden mit ungünstiger Struktur infolge Man gel an der für die normale Keimung erfor derlichen Luft oder Feuchtigkeit schlecht.
Es ist ferner bekannt, dass Böden mit un günstiger Struktur besonders der Erosion unterworfen sind, da sie unter der Einwir kung von Regen rasch sehlaminig werden und < las überschüssige Wasser über die Oberfläche des Bodens oder in abgegrenzten Kanälen ab fliesst. Dieses Oberfliichenwasser wäscht die feinen Bodenpartikel weg, wodurch grosse Mengen wertvollen Bodens verschoben wer den; ein grosser Teil der an Böden mit un günstiger Struktur auftretenden Schäden sind der Einwirkung des Regens zuzuschreiben, der die bestehenden Agglomerate zu kleineren und leichter wegführbaren Bruchstücken zer teilt.
Die Menge des Oberflächenwassers wird sowohl durch das fehlende Vermögen des Bodens, Oberfläehenwasser zu absorbieren, als auch durch das fehlende Vermögen des Bo dens, ein lIedium für die Überführung des Wassers nach darunterliegenden Bodensehich- ten oder nach natürlichen Wasserläufen zu liefern, erhöht.
Wenn der Boden gepflügt und gehackt wird, so ist es möglich, einen Boden von loser Struk tur zti erzeugen, der die Felelitigkeit besser zurückhält und genügend Luft für das Gedei hen der Pflanzen enthält.
Die durch das Pflü gen erzielte Verbesserung der Bodenstruktur ist. jedoch nicht von langer Dauer, und durch Einwirkung des Regens und der Sonne fällt der Boden bald wieder in sich zusammen, um eine dichte, kompakte Struktur mit einer harten undurchlässigen Kruste anzunehmen, wobei die erwünschten Bodeneigensehaften verloren sehen. Wird der Boden während der Dauer mehrerer Jahre bebaut und insbeson dere wenn organische Düng-eiiiittel verwendet. werden, so kann der Boden allmählich eine gute Struktur von dauerhafterer Natur an nehmen.
Diese Verbesserung ist. wahrschcin- lieh auf verschiedene Humusstoffe zurückzu- führen, unter anderem Polysaeeliaricie, die durch Bodenbakterien erzeugt werden, welche die organischen Zusätze zersetzen.
Die ver besserte Bodenstruktur ermöglicht das Ein dringen grösserer Mengen Luft und die Auf reeliterlialtung einer gleichmässigeren Zufuhr von Feuchtigkeit in den Boden, wodurch ein ;ünstigeres Medium für die weitere Entwieli:- lung von Bodenbakterien entsteht.
Ton- und schwere Lehmböden erfordern zur Entwick lung einer befriedigenden Struktur eine viel jährige Bebauung. \Es ist deshalb erwünscht, die Bildung fruchtbarer Böden zu bcschleu- ni-en. Die Entwicklung einer guten Struk tur durch intensive mechanische Behandlung ist nicht.
mir von kurzem Bestand, sondern oft nachteilig- für die wachsenden Pflanzen in folge der Durchtrennung der die Nährstoffe aufnehmenden, wenig tief eindringenden @@Turzeln. Wenn es möglich ist, eine verbes serte Struktur ohne die mechanische Durch brechung der Oberfläehensehiehten zu erzie len, so werden die Wachstumsgesehwindigkeit und die Ernteerträge noch weiter gesteigert.
Nach dem Verfahren gemäss der vorliegen den Erfindung gelingt es nun, eine rasche Verbesserung der\ Bodenstruktur und damit eine Stei-ertin- des landwirtsehaftliehen Er trages von Böden, insbesondere von solchen mit un_ünsti,--er Struktur, zu erzielen. Ausser dem ermöglicht das erfindungsgemässe Ver fahren, die Erosion freiliegender Bodenober flächen zu vermindern und die Entwicklung geeigneter Deckpflanzungen zu fördern.
Das Verfahren gemäss der Erfindung eignet sieh besonders für die rasche Verbesse rung von Gartenböden, insbesondere an Orten, wo -unfruchtbare untere Bodensehiehten frei gelegt worden sind, und ferner auch zur Ver besserung von Durchschnittsböden, insbeson dere wo keine organisehen Düngemittel zur Verfü-tingy stehen. Es ei-mö-lieltt ferner den Anbau von Knollenpflanzen an Orten, wo ein dichter, kompakter Tonboden die normale Entwicklung- solcher Pflanzen verhindert.
Im weiteren lassen sich auch halbunfruchtbare Böden verbessern, in welchen ein vermehrtes Zurückhalten der Bodenfeuchtigkeit und eine Verminderung der Verdampfung unter der Einwirkung der Sonnenbestrahlung anzu streben ist. Besondere Vorteile bietet das Verfahren ferner auch beim Anbau von Deck pflanzungen an Strassenbösehungen, auf auf- gesehüttetem Gelände und auf gestuften Däm men, wo die Erosion verhindert erden muss, bis solche Pflanzungen Fuss gefasst haben.
Sehliesslieh eignet sieh das Verfahren gemäss der Erfindung zur Verhinderung der Erosion in Geländeteilen, wo die Oberflächenvege tation durch natürliehe Phänomene oder in folge Raubbau des Bodens zerstört worden ist.
Als Polyrnierisationsprodukte kommen in erster Linie solche in Betracht, die aus hlono- ineren mit ionisierbaren Gruppen aufgebaut sind ( Polyelektrolyte ), z. B. ionisierbare Polymere von Derivaten der Acrvlsäure und der vlIethaery lsäure, sulfonierte Kohlenwasser- stoffderivate, wie z.
B. das Natriumsalz von sulfoniertem Polystyrol, Polymere ungesättig ter Ainine, beispielsweise Polyvinylpy ridin und Salze von Polvvinv lamin, und Polymere von ungesättigten Amiden, beispielsweise Poly- vinylaeetamid und Poly7-inyl-py rrolidon. Bei diesen Polvelektrolyrt.en handelt es sieh somit uni Xthylenpolymere,
die zahlreiehe, längs einer praktiseh linearen, kontinuier- liehen Kohlenstoffkette verteilte Seitenketten enthalten. Die Seitenketten können z.
B. aus Kohlenwasserstoffgruppen, Carbonsä.uregrup- pen oder Derivate derselben, Sulfonsäuregrup- pen oder Derivate derselben, Phosphinsäure- gruppen oder Derivate derselben, heteroeycli- schen stiekstoffhaltigen Gruppen, Aminoalkyl- gruppen,
Alkozygruppen und andern organi schen Gruppen bestehen. Die Zahl dieser Gruppen und die relativen Mengen von hydro- philen und hydrophoben Gruppen sind mass gebend für den Grad der Wasserlöslichkeit der polymeren Verbindungen. Vorzugsweise ist eine grosse Zahl von ionisierbaren Resten. vorhanden.
Die meisten der oben angeführten Poly elektrolyte sind hydrophil und machen den Boden nicht wasserabstossend; einige dieser Polymere machen jedoch, obwohl wasserlös lich, den Boden wasserabstossend, wenn sie in übermässigen Mengen verwendet werden. Es sind dies Polymere, die verhältnismässig hoch niolekulare Nebenketten aufweisen oder die eine geringe Zahl von ionisierbaren Gruppen enthalten.
Substanzen dieser Art kommen im allgemeinen weniger in Betracht; immerhin sind sie bezüglich der Erzeugung einer ver besserten Struktur vollwertig wirksam. Wenn diese Substanzen in sorgfältig abgemessenen Mengen zugesetzt werden, kann die nachteilige Eigenschaft der Wasserabstossung der behan delten Böden vermieden werden.
Die oben beschriebenen Polymere können dem Boden im Ausmass von 0,001-2 Gew. des pflügbaren Bodens zugesetzt werden. Opti male Resultate werden bei Verwendung von 0,01-0,2% erzielt.
Für die Erzielung einer optimalen Wir kung ist. das lIolekulargewieht des Poly-mers von einiger Wichtigkeit. Man kann bereits mit wenig über<B>10000</B> liegenden 1l olekular- gewiehten annehmbare Resultate erzielen;
für die Erzielung optimaler Resultate sind jedoch Ü **b e r etwa 15000 lie-ende C -,#lolel,--Ldar-ewiehte t' erforderlich. Bei einigen Polymeren erreicht die Wirkung ein Maximum bei Molekula.r- gewichten von 30000-100000.
Eine weitere Steigerung der Molekulargewichte bewirkt keine weitere Erhöhung der Wirkung, wenn auch keine inerkliclie Reduktion derselben ein tritt. Man kann vernetzte Polymere verwen den; bevorzugt werden jedoch lineare Poly mere.
Die Polymere können den Böden direkt, zu gesetzt werden. Es ist jedoch im allgemeinen zweckmässiger, die Polymere zusammen mit einem Verdünungs- oder Streckmittel, z. B. einem Lösungsmittel, wie Wasser, oder einem festen Träger, beispielsweise Torf, Kalkstein, Sand, Ton oder andern Erden, mineralischen Düngemitteln, Silage oder andern Düngemit teln oder bodenverbessernden Substanzen, zu zusetzen. Werden die Polymere zusammen. mit Pflanzennährstoffen zugesetzt, so sind günstige Nebenwirkungen auf die Wachs- tumgeschwindigkeit der Pflanzen auf dem be handelten Boden zu beobachten.
Mit Böden, die mittels die Polymere enthaltenden Dünge mitteln verbessert luden, wird ein rascheres und reichlicheres Wachstum der Pflanzen er zielt als bei alleiniger Verwendung von Dünge mitteln. Die Ausnützung irgendweleher Düngemittel, die Basisehe Nährstoffe, wie z. B. Stickstoff, Phosphor und Kalium, sowie Spuren elemente, wie z. B. Bor, Mangan, Magnesium, Molybdän, Kobalt und Eisen, enthalten, durch die Pflanzen kann durch Zugabe der Poly mere verbessert werden.
Chemisch reaktionsfähige Gruppen der Polymere, beispielsweise Säureanhydrid-, Carboxy l-, Hydroxyl- oder andere Gruppen, können sich mit gleichzeitig zugesetzten sau ren oder basischen Stoffen verbinden. So kön nen beispielsweise die Metallsalze oder der Kalk des Düneeniittels mit sauren Substituen- ten der Polymere reagieren. In ähnlicher Weise können sieh die Hydroxyl- oder Aminogruppen der Polymere mit sauren Gruppen des Düngemittels verbinden.
Die Polymere werden am besten innig mit. dem Boden vermischt. Man kann dies so bewerkstelligen, dass man das Polymer einem festen Träger zusetzt und durch Umgraben, Eggen oder unter Anwendung anderer in der Landwirtschaft üblicher Mischmethoden dem Boden beimiselit.
Die Polymere reagieren offenbar unter Mit hilfe des Bodenwassers. Sofern der Boden nicht ausgetrocknet ist, ist für eine wirksame Einverleibung des Polypiers genügend Feuch tigkeit vorhanden. Zusätzliche Feuchtigkeit ist. oft vorteilhaft; sie kann durch Regenfall oder künstlieli durch Besprengungen oder Be wässern geliefert werden.
Wenn zusätzliche Feuchtigkeit zugesetzt werden soll, so ist. es nveekmässig, die Polymere vor dem Befeuch ten dem Boden gründliell beizumisellen. Nachdem das Polymer im Boden dispergiert ist, ist es manchmal günstig, den Boden zii bearbeiten, um dabei beständi-e Agglomerate der gewünsehten Grösse zu bilden. Auch auf die Bodenoberfläehe aufgebrachte Polymere werden letztlich im Boden clispergiert, wo durch die Struktur des Bodens verbessert wird.
Bei dieser Arbeitsweise ist. jedoch zur Erzielung einer wesentlichen Verbesserung längere Zeit erforderlich. Iin. letzteren Fall diffundiert die polymere Substanz unter Mit hilfe der Bodenfeuchtigkeit in den Boden. Dieser Vorgang wird durch die normalen Wechsel der Befeuchtung und Trocknung so wie des Gefrierens und Auftauens begünstigt.
Man kann ferner die Polymere wie gesagt in Form von wässrigen Lösungen den Böden einverleiben. Diese Methode eignet sich be sonders für die Behandlung von Feldern, auf denen gerade angepflanzt, insbesondere ver pflanzt wird, oder von frisch besäten Böden. Durch Behandlung der unmittelbar an die waelisenden Pflanzen oder die ausgesäten Samen angrenzenden Bodenteile kann eine wirksame Agglomeration der kritischen Bo denteile erzielt werden, ohne Polymere für die nichtproduktiven Bodenteile zu verbrauchen. Es hat sich gezeigt, dass Poly inerlösungen nor malerweise unbeständige Agglomerate in wirk samer Weise stabilisieren.
Dazu braucht man bloss den bebauten Böden wässrige Lösungen der Polymere zuzusetzen. Weitere Massnahmen sind dabei nicht erforderlich. Beispiel Wässrige Lösungen von Polymeren werden wie folgt hergestellt 1. Polyacrylamid. Man löst 10 g Acryl amid und 0,05 g Kaliumpersulfat in 90 cm3 Wasser und erhitzt die Lösung in einem Ofen 3vährend 5 Stunden auf 60 C.
Infolge teil weiser Hydrolyse enthält das Polymer ausser den Aervlamideinheiten auch etwas Ammo- niunisalz und Imidgruppen. Die Lösung wird zweeks Verwendung für weitere Versuche mit 400 em3 Wasser verdünnt. '?. Dimethylaniirioäthyl-poli-nietliaei-ylat. Man löst 10 g Dinietliylaniinoäthyl-methacrylat, 3,86 g Eisessig und 0,2 g Kaliumpersulfat in 90 cni3 Wasser.
Diese Lösung wird über Nacht in einem Ofen bei 70 C stehengelassen, bevor sie mit 400 em3 Wasser verdünnt wird. 3. Natriumsalz von Polymethacrylsäure. Man löst 50 g Polyinethaerylsäure, die eine spezifische Viskosität von 1,25 aufweist (0,4 %ige Lösung in Dimethylformamid) und <B>17</B>,<B>5</B> g Natriumhydroz-,#d in 1 Liter Wasser.
-1. Ammoniumsalz von Poly niethacrylsäure. Man löst 2 g der oben beschriebenen Poly- methaerylsäure in einem Gemisch von 96 em3 Wasser und 2 em3 konz. Ammoniumhydroxyd.
5. Polyviny 1-py rrolidon. Polyvinyl-pyrro- lidon wird durch Polymerisieren von N-Vinyl- pyrrolidon in wässriger Lösung hergestellt. Das gebildete Polymer wird durch teilweise Ausfällung aus einer Methanollösung mit Äther fraktioniert. Die Fraktion von niedri gerem Molekulargewiclutwird nicht. verwendet.
6. Sulfoniertes Polystyrol. Polystyrol mit einem Molekulargewicht von etwa 65 000 wird in Äthylendichloridlösung sulfoniert. Als Sul- fonierungsmit.tel wird ein Komplex von bis-ss- Chloräthyläther und Sehwefeltrioayd im Ver hältnis 2:1 verwendet.
Das isolierte sulfo- nierte Polystyrol weist ein Neutra.lisations- äquivalent von 220 auf, entsprechend einem Durchschnitt von 0,75 Sulfonsäuregruppen pro Phenylgruppe. Dieses Polymer wird für den Gebrauch in Böden in das Natriumsalz übergeführt.
Diese Polymere sind durchwegs Polyelek trolyte, die sich in wässrigen Dispersionen ionisieren. Ein Teil dieser Polymere löst sich in Wasser unter Bildung klarer, viskoser Lösungen. Andere dieser Polymere sind nicht vollständig löslich, werden jedoch durch Was ser zum Quellen gebracht, wobei in genügen dem Ausmass Bruchteile kolloidal oder mole kular im Nasser gelöst werden, um die Agglo meration zu verursachen. Einige der wasser löslichen Polymere werden durch destilliertes Wasser offenbar nicht angegriffen. Hin gegen kann Bodenwasser, das saure oder basi sche Bestandteile gelöst. enthält, eine für den erfindungsgemässen Zweck genügend starke Lösungswirkung ausüben.
Wenn die Löslich keit minimal ist, so kann zur Erziehung einer vollständigen Agglomeration eine längere Zeit erforderlich sein.
Die Wirkung der Polymere auf den Pro zentgehalt an wasserbeständigen Agglomeraten wird nach der folgenden Methode bestimmt. Zu 100 g lliami-Schlammlehm, der derart ge- pulvert vlirde, dass die Partikel durch- ein Sieb mit Öffnungen von 0,25 mm hindurch gehen, werden 30 em3 destilliertes Wasser, das eine bestimmte -Menge Polymer enthält, ge geben.
Die Erde wird gut durchgemischt und durch ein 4-mm-Sieb hindurchgepresst. Nach mindestens 2tägigem Trocknen in einem war men Raum bei niederem Feuchtigkeitsgrad wird während 7.0 Minuten Luft von 50 C über das Erdmaterial geblasen, um die Trocknung zu vervollständigen. Proben von 40 g Gewicht werden auf das oberste Sieb eines Satzes von drei Sieben mit öffnungen von 0,84 mm, 0,42 mm und 0,25 mm, die von oben nach unten mit abnehmenden Grössen angeordnet sind, aufgebracht. Die Siebe werden in Was ser auf einer Distanz von 3,8 cm bei einer Ge schwindigkeit von 30 Schwingungen pro Mi nute während 30 Minuten gehoben und ge senkt.
Nach Ablauf dieser Zeit werden die Siebe gehoben, das Wasser wird abtropfen gelassen, und das Erdmaterial wird bei 80 C getrocknet und gewogen. In Tabelle I ist die Menge der wasserbeständigen Agglomerate, die Durchmessern von mehr als<B>0,25</B> mm auf weisen, in Prozenten angegeben. Miami- Schlammlehm, der kein Polymer enthält, lie fert sozusagen keine wasserbeständigen Agglo merate.
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<I>Tabelle <SEP> I</I>
<tb> !o <SEP> wasserbeständiger <SEP> Agglomerate <SEP> > <SEP> 0,25 <SEP> in <SEP> Miami-Schlammlehm <SEP> nach
<tb> der <SEP> Behandlung <SEP> mit <SEP> Polymeren
<tb> Polymer <SEP> % <SEP> Polymer, <SEP> bezogen <SEP> auf <SEP> das <SEP> Gewicht <SEP> der <SEP> Erde
<tb> Nummer <SEP> 0,005 <SEP> 0,01 <SEP> 0,02 <SEP> 0,05 <SEP> 0,1
<tb> keines <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> Nr.<B>1</B> <SEP> - <SEP> 11,7 <SEP> - <SEP> - <SEP> 70,8
<tb> Nr.2 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 53,0
<tb> Nr.4 <SEP> - <SEP> 4,5 <SEP> - <SEP> - <SEP> 70,
7
<tb> Nr.5 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 58
<tb> Nr.6 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 62 Rettiche wurden in einem Gewächshaus unter kontrollierten Bedingungen aufgezogen. In der Tabelle II sind die beobachteten Ver- besserungen der Erträge infolge des Zusatzes der Polymeren angegeben.
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<I>Tabelle <SEP> II</I>
<tb> Rettichpflanzung <SEP> in <SEP> Miami-Schlammlehm
<tb> Polymer <SEP> Rettich- <SEP> Ertrags- <SEP> Mittleres <SEP> GröBenver Nummer <SEP> Keimung <SEP> ertrag <SEP> verbesserungs- <SEP> Rettich- <SEP> besserungs (g) <SEP> faktor <SEP> gewicht <SEP> g <SEP> faktor
<tb> Kontrollversuch <SEP> 79 <SEP> 19 <SEP> - <SEP> 0,35 <SEP> Nr.3 <SEP> (0,1%) <SEP> 84 <SEP> 121 <SEP> 6,5 <SEP> 2,18 <SEP> 6,2
<tb> Nr.3 <SEP> (0,02 a) <SEP> 90 <SEP> 83 <SEP> 4,4 <SEP> 1,32 <SEP> 3,8
<tb> Nr.2 <SEP> (0,13ö) <SEP> 94 <SEP> 57 <SEP> 3,0 <SEP> 0,86 <SEP> 2,5
<tb> Nr.2 <SEP> (0,023ä) <SEP> 81 <SEP> 73 <SEP> 3,8 <SEP> 1,26 <SEP> 3,7