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Verfahren zur Verbesserung der Krümelstabilität der Oberflächen landwirtschaftlicher
Kulturböden und zur Verhinderung des Zerfalls der Bodenkrümel sowie zur Beseitigung
der Bodenerosion Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Bodenstruktur,
d. h. ein Verfahren zur Verbesserung der Krümelstabilität der Oberflächen landwirtschaftlicher
Kulturböden und zur Verhinderung des Zerfalls der Bodenkrümel unter der Einwirkung
des Wassers sowie zur Beseitigung der Bodenerosion.
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Die chemische Zusammensetzung von Gemischen organischer oder mineralischer
Verbindungen, die den Boden verbessern können, ist nicht der einzige bestimmende
Faktor dafür, ob der Boden zum Bearbeiten und zum Bestellen geeignet ist oder nicht.
Die physikalische Struktur des Bodens ist ein weiterer wichtiger und häufig bestimmender
Faktor bei der Bodenbehandlung. In den meisten unmodifizierten Böden liegen mindestens
einige der Bodenteilchen zu Aggregaten (Krümeln) zusammengeballt vor. Die Größenverteilung
dieser Aggregate und die sich daraus ergebende Größenverteilung der Porenräume zwischen
ihnen bestimmen die Bodenstruktur.
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Die Bodenstruktur ist bei der Bewertung von zu bearbeitenden und zu
bestellenden Böden von Wichtigkeit. Wenn der Boden keine oder nur geringe Neigung
hat, sich zu Krümeln zu vereinigen, verteilen sich die Tonteilchen des Bodens im
allgemeinen schnell in Regenwasser und bilden einen zähen Schlamm, der weiterer
Absorption und weiterem Eindringen von Wasser verhältnismäßig widersteht. Dies bewirkt
ein verstärktes Ablaufen des Regenwassers und eine damit verbundene Erosion während
starker Regenfälle. Ferner sind die Eigenschaften zur Zurückhaltung von Feuchtigkeit
in solchen Böden nur gering. Schließlich neigen solche nicht krümeligen Böden beim
Trocknen zur Bildung harter Krusten oder großer Klumpen an der Oberfläche und dicht
zusammenhängender Schichten (fester Tonuntergrund) unter der Oberfläche.
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Andererseits wird ein Boden, der eine beträchtliche Menge von aneinanderhaftenden
Tonteilchen unter Bildung wasserbeständiger Tonkrümel aufweist, eindringenden Regen
schnell absorbieren und diesem erlauben, in den Untergrund vor- und einzudringen.
Solche Böden sind in feuchtem Zustand weniger zäh, zeigen wenig Neigung zum Zusammenballen
und ein verbessertes Wasserhaltevermögen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Verbesserung
des physikalischen Zustandes von Böden, d. h. die Verbesserung ihrer Bröcklichkeit
sowie ihrer Eigenschaften hinsichtlich besserer Dränage, erhöhter Luftdurchlässigkeit
und/oder ihres Wasserhaltevermögens.
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Es sind Bodenverbesserungsmittel zur Steigerung der Ernteerträge und
zur Verhinderung der natürlichen Erosion bekannt, die sämtlich Mischpolymerirate
eines Maleinsäurederivates mit einer zweiten polymerisierbaren, monoolefinischenVerbindung
sind. Derartige bekannte Mittel sind durch eine einheitliche Kohlenstoff-Kohlenstoff-Kette
in den wirksamen Polymerisaten gekennzeichnet, wobei alle funktionellen Gruppen
als Seitenketten daran haften.
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Im Gegensatz hierzu handelt es sich bei dem vorliegenden Verfahren
zur Verbesserung von Kulturböden um solche wirksame Verbindungen, die durch folgende
Kette gekennzeichnet sind: -CH2CH,NHCH2CH2-\TH-, wobei die funktionellen NH-Gruppen
einen Teil dieser durchgehenden Kette bilden, die Verbindungen also keine ununterbrochene
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Kette in dem Polvmermolekül haben.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß wasserlösliche
Polymerisate von Äthylenimin, d. h. Polyäthylenimin, eine bemerkenswerte Verbesserung
der Struktur und der Bearbeitbarkeit von Böden ergeben, wenn sie Böden mit schlechter
physikalischer Struktur in einer Konzentration von mindestens 0,01 Gewichtsprozent
des Bodens einverleibt werden. Zu den Vorteilen dieser Erfindung gehört die Tatsache,
daß Böden, die, wie hier beschrieben,
behandelt worden sind, selbst
bei hohem Feuchtigkeitsgehalt ihre krümelige und bröcklige Struktur beibehalten,
daß das Eindringen des Regens in und durch den Boden gesteigert wird, daß die Durchlüftung
verbessert wird und daß der Boden ein verbessertes Wasserhältevermögen besitzt.
Ein weiterer Vorteil ist der, daß die behandelten Böden eine verminderte Neigung
zum Verschlammen im feuchten Zustand und zum Verkrusten und zur Rissebildung im
trocknen Zustand zeigen.
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Die wasserlöslichen Polyäthylenimine sind schwach alkalische, hydrophile
Substanzen, deren Herstellung in den USA.-Patentschriften 2 182 306 und 2 208 095
beschrieben ist. Diese Substanzen sind in Form konzentrierter wäßriger Lösungen
im Handel erhältlich. Die für die vorliegende Erfindung verwendbaren bestimmten
Polyäthylenimine sind durch Viskositäten von mindestens 20 Centistokes und bevorzugt
mindestens 250 Centistokes bei 25° C in einer wäßrigen 25gewichtsprozentigen Lösung
gekennzeichnet, wenn diese mit einem Ostwald-Viskosimeter bestimmt worden sind.
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Bei der Durchführung der Erfindung wird eine wäßrige Lösung des Polyäthylenimins
innig in den Boden bis zur gewünschten Tiefe eingearbeitet. Dies kann durch mechanisches
Vermischen des Polyäthylenimins mit dem zu verbessernden Boden durchgeführt werden.
Nach einer anderen Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung wird das Polyäthylenimin
in dem Bewässerungswasser gelöst und so in dem Boden verteilt. Das Polyäthylenimin
kann aber auch einfach auf die Oberfläche des Bodens aufgebracht werden. Es ist
zweckmäßig, daß nach einer solchen Aufbringung ein Grubbern, Hacken, Pflügen oder
Eggen des Bodens erfolgt, um das Polyimin soweit als irgend möglich in der gewünschten
Bodentiefe zu verteilen. Bei einem solchen Verfahren wird es häufig bevorzugt, das
Polyäthylenimin verhältnismäßig gleichmäßig in den oberen 8 bis 12 cm der Krume
des Bodens zu verteilen. Je nach den besonderen angetroffenen Bodeneigenschaften
und den gewünschten Ergebnissen kann der Boden aber auch in einer größeren oder
geringeren Tiefe behandelt werden.
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Nach einer weiteren Arbeitsweise kann das Polyäthvlenimin auf verhältnismäßig
kleine Flächen bzw. geringe Krumentiefe des Bodens aufgebracht werden. Wo z. B.
das Auskeimen der Saat durch Verhütung der Ausbildung einer harten Kruste unterstützt
werden soll, werden nur die oberen 0,6 bis 2,5 cm der Krume des Bodens behandelt.
In gleicher Weise kann bei örtlichen Verfahren, z. B. beim Pflügen eines harten
Untergrundes, das Polyäthylenimin auf den Boden der Furche sofort nach dem Pflügen
verteilt werden.
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Konzentrierte wäßrige Lösungen von Polyäthylenimin, wie sie im Handel
zu haben sind, können mit Wasser verdünnt werden, um die Aufbringung zu erleichtern.
Gute Ergebnisse werden bei der Verwendung wäßriger Lösungen erhalten, die etwa 1
bis 10 Gewichtsprozent Pölyäthylenimin enthalten, obwohl jede gewünschte Konzentration
verwendet werden kann, wenn sie nur die Eigenschaft besitzt, sich gut über und durch
den Boden zu verteilen.
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Es kann aber auch die Herstellung der Polyäthyleniminlösung mit wäßrigen
Lösungen wasserlöslicher Düngemittel als Verdünnungsmittel bewerkstelligt werden.
Bei diesem Verfahren können mit Vorteil Lösungen von Ammoniak, Ammoniumsulfat, Natriumnitrat
oder von flüssigem Stallmistextrakt u. dgl. verwendet werden, wobei dann durch eine
einzige Aufbringung eine Bodenverbesserung und Düngung erreicht wird. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung wird das Polyäthylenimin
teilweise oder vollständig mit einer oder mehreren Säuren, z. B. Salpeter- oder
Phosphorsäure neutralisiert, um eine wäßrige Bodenverbesserungs-und -düngelösung
zu erhalten. In solchen Lösungen wirkt das Nitrat-, Phosphat- oder sonstige Ion,
das einen Nährstoff für die Pflanzen darstellt, auf den Boden als Düngemittel ein,
wohingegen das Polyäthylenimin seine Wirkung als Bodenverbesserungsmittel ohne Verschlechterung
der Aktivität ausübt.
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Die zu verwendende genaue Menge des Polyäthylenimins hängt von der
Art des zu behandelnden Bodens und von den besonderen Zwecken der Behandlung ab.
Im allgemeinen ist es nur notwendig, solche Mengen Polyäthylenimin zu verwenden,
die zu den gewünschten Ergebnissen führen, die in der Verbesserung der physikalischen
Eigenschaften des Bodens, z. B. der Porosität, Feuchtigkeitszurückhaltung, Krümelung
usw- liegen. Diese Ergebnisse wurden bei Verwendung des Polyäthylenimins in einer
Menge von 0,01 bis 1,0 Gewichtsprozent des Bodens erhalten. Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ist die Verwendung von etwa 0,02 bis 0,5 Gewichtsprozent Polyäthylenimin,
die innig mit dem Kulturboden vermischt werden.
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Bei einer typischen Durchführung wurde Miami-Schlammlehmboden, der
bekanntlich stark zusammenbackt und verschlammt, an der Luft getrocknet und durch
ein Sieb mit 14 Maschen je cm2 gesiebt. 10 Gewichtsteile einer wäßrigen Lösung von
50 Gewichtsprozent eines Polyäthylenimins (mit einer Viskosität von 259 Centistokes
bei 25° C für eine 25gewichtsprozentige Lösung) wurden in 1000 Teilen Wasser gelöst
und diese Lösung durch gründliches Mischen in 10000 Teile des genannten Bodens eingearbeitet.
300 g des behandelten Bodens wurden in ein Standardbodenrohr von 4,75 cm Innendurchmesser
gebracht und leicht eingestampft, so daß eine Bodensäule von 15 cm Höhe entstand.
Diese Säule wurde bis zur Sättigung benetzt und 72 Stunden stehengelassen. Danach
wurde eine konstante Wasserschicht auf der Säule 24 Stunden lang aufrechterhalten,
worauf das Gesamtvolumen an Wasser, das durch die Säule durchsickerte, bestimmt
wurde. Ein unbehandelter Teil des Miamibodens wurde der gleichen Untersuchung unterworfen,
um als Vergleich zu dienen. Für den behandelten Boden wurde eine mittlere Durchsickergeschwindigkeit
von 473 cm3 je Stunde gegenüber 26 cm3 je Stunde bei dem unbehandelten Boden ermittelt.
Es wurde ferner beobachtet, daß der behandelte Boden nur zu 2 % zusammenbackte,
wenn er der obigen Sättigung mit Wasser unterworfen wurde, während der unbehandelte
Vergleichsboden zu über 18 °/o zusammenbackte.
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Nach Beendigung der oben beschriebenen Bestimmung der Durchsickergeschwindigkeit
wurden die Bodenproben 16 Stunden lang ablaufen gelassen und dann aus den Röhren
herausgenommen. 200 g des feuchten Bodens wurden auf ein Sieb mit 28 Maschen je
cm2 der Tylerreihe gegeben, das über einem Sieb mit 150 Maschen je cm2 angebracht
war. Die Siebkombination wurde dann 2 Minuten in einem Wasserbehälter geschüttelt,
bis der gesamte feine, nicht zusammengeklumpte Boden ausgesiebt war. Bei diesem
Verfahren wurden wasserbeständige Krümel, die einen Durchmesser von 0,5 mm oder
mehr hatten, auf dem Sieb zurückgehalten. Diese Krümel wurden 5 Minuten lang abtropfen
gelassen und gewogen. Es
wurde gefunden, daß der mit Polyäthylenimin
behandelte Boden 40,5 Gewichtsprozent an feuchten Krümeln enthielt, die einen Durchmesser
von 0,5 mm oder mehr hatten, gegenüber 14 Gewichtsprozent an Krümeln in dem unbehandelten
Boden.
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Bei weiteren Untersuchungen wurden Durchsickergeschwindigkeiten von
100 oder mehr mit Bodenproben von schlechter physikalischer Struktur gefunden, wenn
diese mit 0,01 bis 0,3 Gewichtsprozent Polväthyleniminverbindungen behandelt worden
waren, die eine Viskosität von 20 Centistokes oder mehr in einer wäßrigen 25o/oigen
Lösung bei 25° C hatten.
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Bei einer Feldbehandlung wurde eine wäßrige Lösung, die etwa 2,5 Gewichtsprozent
Polyäthylenimin enthielt, mittels Düsen durch eine =Motorspritze in einer Menge
von 187,5 1 je 93 m2 versprüht. Danach wurde der Boden geeggt, um das Imin in den
oberen 7,5 cm der Krume des Bodens zu verteilen. Dabei wurde Polyäthylenimin in
einer Menge von etwa 226,5 kg je 4000 m2 in den Boden innig eingearbeitet. Bei einer
darauffolgendenBeobachtung während einer Zeit mäßigen Regens wurde gefunden, daß
sich das Wasser auf dem behandelten Boden unter geringer oder gar keiner Schlammbildung
rasch verlief und daß der Boden nach einer verhältnismäßig kurzen Zeit nach dem
Regen bearbeitbar war. In einer darauffolgenden Trockenperiode blieb der behandelte
Boden bröckelig, behielt den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt und war leicht zu bearbeiten.
Im Gegensatz dazu verschlammte eine angrenzende unbehandelte Parzelle des gleichen
Feldes stark, saugte sich während der Regenzeit voll Wasser, trocknete während der
darauffolgenden Trockenperiode stark aus und bildete harte Krusten.