-
Bodenverbesserungsmittel für Sand-, Schlamm- oder Tonböden Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf Mittel zur Verbesserung von Sand-, Schlamm- oder Tonböden.
-
Zu den wichtigsten Eigenschaften der Ackerböden gehören erstens das
Bodengefüge oder der prozentuale Anteil der einzelnen Körner der verschiedenen Teilchengrößen
und zweitens die Struktur oder die physikalische Gestalt der Bodenteilchen. Die
Ackerbodenstruktur ist von großer Wichtigkeit und eine krümelige Struktur, bei welcher
die Einzelbestandteile im allgemeinen von sehr klein bis zu einer Größe von ungefähr
1,3 cm im Durchmesser variieren, wird als erwünschter, günstiger Zustand betrachtet.
Die günstigsten Böden mit besten Ernteerträgen sind solche, die eine krümelige Struktur
und eine ausreichende Durchlässigkeit für Luft, Wasser und die Wurzeln der Pflanzen
aufweisen. Die Böden müssen den Pflanzen ermöglichen, in ihn eindringen zu können
und außerdem auch die Fähigkeit haben, genügende Wassermengen nach den Regenfällen
zu speichern, um ein Pflanzenwachstum zu gewährleisten. Die Erhaltung des Bodens
in der erforderlichen krümeligen, porösen, Feuchtigkeit speichernden Beschaffenheit
ist jedoch schwierig, und bei ungeeigneter Bodenbearbeitung wird in einigen Fällen
die krümelige Form zerstört, wodurch eine Zusammenballung des Bodens zu sehr großen
Stücken (Schollen) erfolgt, die beim Befeuchten dazu neigen, zusammenzuwachsen.
Dieser Zustand der Bodenverfestigung kann nur durch sorgfältige Bearbeitung, die
sich auf Jahre erstrecken kann, behoben werden.
-
Es sind schon umfangreiche Forschungen durchgeführt worden, um den
Zustand der Böden mit Hilfe von Verbesserungsmitteln und Stoffen, welche den Böden
beigemischt werden, in Form von kleinen, voneinander getrennten Krümeln zu stabilisieren,
um sie porös und die Feuchtigkeit speichernd zu gestalten, ohne daß sie sich zusammenballen
und große, unbearbeitbare Massen bilden. Eine der mit diesem Problem verbundenen
Schwierigkeiten zur Erreichung einer befriedigenden Stabilisierung der Böden ist
die Tatsache, daß die Böden örtlich sehr verschieden zusammengesetzt sind. Gewöhnlich
bestehen die Böden vorwiegend aus drei Bestandteilen, nämlich Ton, Schlamm und Sand,
jedoch kann dabei ein Bestandteil überwiegen. Bis jetzt hat die Technik die spezifische
Einstellung des Bodenverbesserungsmittels, abhängig von der Art des zu behandelnden
Bodens, noch nicht gebührend berücksichtigt, d. h., ob der zu behandelnde Boden
mehr sandig oder zum größeren Teil aus feinen Ton- oder Schlammteilchen besteht.
Bei einer neueren Untersuchung des Problems konnte festgestellt werden, daß eine
spezifische Einstellung notwendig ist und daß Mittel zur Verbesserung und Stabilisierung
des Bodens dazu .neigen, die feinen Bodenteilchen in Form von kleinen bearbeitbaren
Aggregaten (Krümel) unter Bevorzugung der groben Sandteilchen zu stabilisieren.
Für diese ist die Stabilisierungswirkung gewöhnlich beträchtlich niedriger, so daß,
wenn die Verbesserungsmittel auf Böden angewandt werden, die Ton, Schlamm und Sand
enthalten, eine Stabilisierung des Bodens, als Ganzes gesehen, geringer ist, als
wenn das Verbesserungsmittel nur auf die groben Sandteilchen zusammenballend einwirkt.
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, Verbesserungsmittel
für; Böden zu schaffen, welche, wenn sie auf einem Boden angewandt werden, der aus
einer Mischung von Ton, Schlamm und Sand besteht, diesem eine gleichmäßige Porosität
und eine Wasserkapazität verleihen und eine Zusammenballung der Teilchen der verschiedenen
Arten in kleine »Krümel« bewirken, um den Boden zu verbessern und zu stabilisieren.
-
Die erfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittel haben ebenfalls eine
spezifische Stabilisierungswirkung auf grobe sandige Teilchen und sind bei überwiegend
sandigen Böden anwendbar.
-
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Feststellung, daß Dextrane
nicht nur als Verbesserungsmittel für Böden wirksam sind, sondern daß eine festgelegte
Beziehung zwischen dem Molekulargewicht des Dextrans und seiner Wirksamkeit als
Stabilisator und Verbesserungsmittel einerseits und der anfänglichen Größe der Bodenteilchen
andererseits besteht.
-
Die Dextrane sind verzweigte Polysaccharide, die aus Anhydroglucopyranoseeinheiten
aufgebaut sind
und durch sich in der Molekularstruktur wiederholende
Bindungen verbunden sind, wobei einige der Bindungen a-1,6-Bindungen und andere
Nicht-a-1,6-Bindungen und zumindest 50% der Bindungen anscheinend vom a-1,6-Typ
sind.
-
In der Technik sind Dextrane von verschiedenstem Molekulargewicht
und unterschiedlichem Verhalten gegenüber Wasser bekannt.
-
Wie schon oben ausgeführt, wurde erfindungsgemäß testgestellt, daß
die Wirksamkeit der Dextrane bei der Stabilisierung der Bodenteilchen zu voneinander
getrennten kleinen Aggregaten eine direkte Funktion des Molekulargewichtes des Dextrans
in Beziehung zu der Größe der den Boden bildenden Teilchen ist. Demzufolge wurde
festgestellt, daß hydratisierbare - ein Ausdruck, der Wasserlöslichkeit mit beinhaltet
- Dextrane mit hohem Molekulargewicht, das gleich oder annähernd gleich dem eines
natürlichen, im wesentlichen nichthydrolysierten mikrobiologisch erzeugten Dextrans
ist, spezifisch und selektiv wirksam bei der Stabilisierung der feinen Teilchen,
aus welchen Ton und Schlamm der Böden zusammengesetzt sind, in Form von kleinen
Aggregaten oder »Krümeln« sind, wohingegen Dextrane mit niedrigerem Molekulargewicht,
d. h. solche, die ein Molekulargewicht oder ein durchschnittliches Molekulargewicht
zwischen 5000 und ungefähr 50 000 besitzen, spezifisch und selektiv wirksam in der
Stabilisierung der groben Teilchen oder Körner, aus welchen Sand besteht, sind.
Es ist daher möglich, ein Dextran, das für wirksamste Stabilisierung eines gegebenen
Bodens auf der Basis der Bodenbestandteile und abhängig davon, ob Ton und/oder Schlamm,
oder Sand darin überwiegen, verwendet wird, auszuwählen.
-
Ein wichtiger Vorteil dieser neuartigen Lösung des Problems der Bodenverbesserung
und der vorliegenden Erfindung ist, daß es möglich ist, einen Boden, der aus Ton,
Schlamm und Sand besteht, als Ganzes in befriedigender Weise durch Behandlung mit
Mischungen von Dextranen mit niedrigem und hohem Molekulargewicht in vorherbestimmten
Anteilen zu stabilisieren.
-
Der. wasserlösliche oder hydratisierbare, ein hohes Molekulargewicht
besitzende Dextrananteil der Mischung kann mikrobiologisch, z. B. durch Beimpfung
eines Nährmediums, das Rohrzucker, besondere Stickstoff enthaltende Verbindungen
und bestimmte anorganische Salze enthält, mit geeigneten Bakterienarten, erzeugt
werden. Solche Bakterien sind z. B. die der Leuconostoc mesenteroides und der L.dextranicum-Arten,
z. B. die Stämme, die als Leuconostoc mesenteroides B-512, B-1190 und B-1208 und
Leuconostoc Dextranicum B-1146 (Northern Regional Research Laboratory-Klassifizierung)
bezeichnet werden. Nach der Beimpfung wird die Kultur bei der Temperatur bebrütet,
die für das Wachstum des besonderen Mikroorganismus am günstigsten ist.
-
Das Dextran übt seine stabilisierende Wirkung auf die Böden in Anwesenheit
von Wasser aus, welches durch Quellung oder Lösung des Dextrans die Bildung eines
Überzuges auf den Bodenteilchen verursacht, wobei die Überzüge der benachbarten
Teilchen dazu neigen, sich miteinander zu verbinden, oder bewirken, daß das Dextran
kleine voneinander getrennte Massen zwischen den Bodenteilchen bildet, wobei diese
durch Anhaften der benachbarten Teilchen gebildeten Massen dazu neigen, die Bodenbestandteile
miteinander zu verbinden.
-
Das wasserlösliche oder hydratisierbare Dextran finit niedrigem Molekulargewicht
kann gleichfalls durch irgendein geeignetes Verfahren erhalten werden, entweder
durch einen mikrobiologischen Proze13, der unter kontrollierten Bedingungen ausgeführt
wird, z. B. unter Auswahl bestimmter Enzyme, oder in indirekter Weise durch saure
oder enzymatische Hydrolyse eines Dextrans mit hohem Molekulargewicht, wie z. B.
aus einem »natürlichen« mikrobiologisch wie beschrieben erzeugten Dextran, oder
aus einem ursprünglich wasserunlöslichen oder im wesentlichen wasserunlöslichen
»natürlichen« Dextran, die zu einem wasserlöslichen oder hydratisierbaren Dextran
mit niedrigem Molekulargewicht umgewandelt werden.
-
Am vorteilhaftesten kann als Bodenv erbesserungsmittel auf der Basis
eines niedrig molekularen Dextrans ein Dextran verwendet werden, das ein niedriges
Molekulargewicht aufweist und bei der üblichen Erzeugung des sogenannten »klinischen«
Dextrans erhalten wird, welches bisher als unbrauchbar verworfen wurde. Ein klinisches
Dextran für intravenöse Injektionen als Blutplasmaersatz wird üblicherweise durch
saure Hydrolyse von »natürlichem« mikrobiologisch erzeugtem Dextran erhalten; dabei
wird gewöhnlich von einem mittels Leuconostoc mesenteroides B-512 erzeugten Dextran
ausgegangen, das fraktioniert wird, wobei die Fraktionen mit einem für die Verwendung
bei der parenteralen Inj ektionsflüssigkeit ungeeigneten Molekulargewicht einschließlich
des Dextrans mit einem niedrigen Molekulargewicht von 5000 bis 50 000 verworfen
werden. Erfindungsgemäß werden diese Fraktionen mit niedrigem Molekulargewicht als
solche bei der Verbesserung und Stabilisierung überwiegend sandiger Böden verwendet,
oder sie werden als Verdünnungsmittel für das »natürliche« oder das Dextran mit
hohem Molekulargewicht bei der Verbesserung von Böden aller Arten, die sowohl aus
feinem Ton und Schlammteilchen als auch aus groben Sandteilchen zusammengesetzt
sind, verwendet.
-
Es konnte ermittelt werden, daß die Wirkung der Dextrane mit hohem
Molekulargewicht in günstiger Weise diejenige der Elektrolyte der Acrylsäure- oder
Maleinsäurepolymerisate als Bodenverbesserungs-und -stabilisierungsmittel übertrifft.
Es konnte durch Versuche festgestellt werden, daß Mischungen von wasserlöslichen
oder hydratisierbaren Dextranen mit niedrigem und hohem-lgöleküI°aTg-ewicht zumindest
in gleicher Weise ebenso wirksam wie die geraden Dextrane mit hohem Molekulargewicht
oder die genannten Elektrolyte sind. Zusätzlich sind die Dextranmischungen als Verbesserungsmittel
für Sandteilchen wirksam, und die Verwendung derselben ergibt eine Stabilisierung
des Bodens als Ganzes, einschließlich des sandigen Bestandteiles, für welchen sowohl
die Dextrane mit hohem Molekulargewicht als auch die Elektrolyte ungenügend wirksam
sind. Wenn z. B. ein Boden, der Schlamm, Ton und Sand enthält, mit 0,3 Gewichtsprozent,
bezogen auf das Bodengewicht, der Dextranfraktion mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht
von 5000 bis 50 000, erhalten bei der Herstellung von »klinischem« Dextran mittels
Hydrolyse und Fraktionierung von »natürlichem« B-512-Dextran, behandelt wird, so
zeigen die drei Bestandteile des Bodens eine prozentuale Erhöhung der Stabilisierung
wie folgt: Sand .............................. 75,8 Humusschlamm ....................
29,0 Ton ............................... 21,4 Wenn der gleiche Boden mit 0,3% einer
Mischung von 50 Gewichtsprozent an »natürlichem« (unhydrolysiertem) B-512-Dextran
mit hohem Molekulargewicht
und 50°/o der Dextranfraktion mit einem
Molekulargewicht von 5000 bis 50000 behandelt wird, zeigen die Bestandteile
des Bodens einen prozentualen Zuwachs an Stabilisierung wie folgt: Sand ......................:.......
62,7 Humusschlamm .................... 69,8 Ton ...............................
97,3 Wenn das Dextran mit dem niedrigen Molekulargewicht somit allein angewandt
wird, wird der sandige Bestandteil des Bodens bevorzugt stabilisiert, und die feinen
Ton- und Schlammteilchen zeigen geichfalls eine Erhöhung in der Stabilisierung,
welche jedoch beträchtlich schwächer ausgebildet ist. Die Mischung beider Arten
der Dextrane bewirkt eine merkliche Stabilisierung aller drei Bestandteile des Bodens.
Es ist deshalb möglich, das Dextran mit dem höhen Molekulargewicht mit dem Dextran,
das bisher als unbrauchbares Material verworfen wurde, zu verdünnen und dennoch
eine höchst befriedigende Verfestigung und Stabilisierung der den Boden aufbauenden
Schlamm- und Tonteilchen als auch der Sandteilchen, die darin vorhanden sein können,
zu erreichen. Dies ist im Hinblick auf die Tatsache, daß das »klinische« Dextran
in großem Umfange hergestellt wird, von besonderer Bedeutung. Die Dextrane mit niedrigem
Molekulargewicht werden bei der Stabilisierung landwirtschaftlich genutzter Böden
in Vermischung mit Dextranen mit hohem Molekulargewicht verwendet, oder sie können
für sich allein zur Verbesserung überwiegend sandiger Böden dienen. Die Dextrane
können auch zur Umwandlung von unpas:sierbaren Straßenstellen, Morästen, Sümpfen
usw. in begehbare Straßenstellen verwendet werden.
-
Die polymeren Polyelektrolyte, die zur Verbesserung und Stabilisierung
von Böden vorgeschlagen worden sind, umfassen polymere organische Substanzen, welche
bei der Berührung mit einem wäßrigen Medium organische Ionen bilden, die eine wesentliche
Zahl von elektrischen Ladungen, die auf verschiedene Stellen verteilt sind, aufweisen.
Beispiele für diese Polyelektrolyte sind die äquimolaren Kopolymere einer mehrwertigen
Carbonsäure und eines Derivates und zumindest eines anderen Monomeren, das damit
Kopolymeri,sate bildet. Solche Kopolymere sind z. B. Kopolymere der Maleinsäure,
der Fumarsäure, der Itaconsäure, der Citraconsäure, der Aconitsäure, der Amide der
Säuren, die Alkali-, Erdalkali und Ammoniumsalze derselben, die Partialester, besonders
die partiellen Alkyles.ter, die Salze der partiellen Alkylester und die substituierten
Amide der Säuren, mit z. B. hydrophoben Komonomeren, wie Äthylen, Propylen, Isobutylen,
Styrol, a-Methylstyrol, Vinylacetat, Vinyldhlorid, Vinylforiniat, Vinylalkyläther,
Alkylacrylate und Alkylmethacrylate. Andere polyelektrolytische Polymere sind gleichfalls
schon für Bodenverbesserungszwecke vorgeschlagen worden. Besondere synthetische
Polyelektrolyte, welche als wirksame Stabilisierungsmittel für Böden gefunden wurden,
sind hydrolysierte Polymere von Acrylnitril und die Calcium- und Natriumsalze davon.
-
Die Polyelektrolyte sind jedoch im Preis sehr hoch, besonders wenn
die durchschnittliche Menge, mit welcher der Boden stabilisiert werden soll, hoch
ist. Es konnte festgestellt werden, daß die Polyelektrolvte mit einem Dextran verdünnt
oder gestreckt werden können, das ein Molekulargewiclht von 5000 bis 50 000 aufweist,
ohne daß irgendeine ernsthafte Verminderung in der Wirksamkeit als Verbesserungsmittel
und Stabilisierungsmittel für Böden, die aus Ton, Humussichlamm und Sandteilchen
bestehen, eintritt. So wird, wenn 0,30h des Bodengewichtes einer Mischung aus 500/a
Polyelektrolyt und 50% Dextran mit einem Molekulargewicht von 5000 bis 50 000 auf
Böden angewandt wird, die Ton, Schlamm und Sand enthalten, die durchschnittliche
Stabilitätserhöhung zu 41% gefunden. Dies ist außerordentlich günstig im Vergleich
zu Ergebnissen, die unter Verwendung von 0,3 Gewichtsprozent des Polyelektrolyts
allein erhalten werden. Die Mischung stellt sich bedeutend billiger, besonders wenn
das Dextran das normalerweise verworfene Material mit dem niedrigen Molekwlargewicht
bei der Erzeugung des »klinischen« Dextrans ist.
-
Die Dextrane mit niedrigem Molekulargewicht können den Böden in Mengen
zwischen 0,15 und 5,0 Gewichtsprozent beigefügt werden. Bevorzugt verwendete Mengen
liegen zwischen 0,3 und 0,6 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Böden.
Mischungen der Dextrane mit dem niedrigen Molekulargewicht (5000 bis 50 000) mit
den »natürlichen« Dextranen oder solchen mit hohem Molekuliargewicht oder mit den
synthetischen polymeren Polyelektrolyten können in den gleichen Mengen verwendet
werden. Bei diesen Mischungen können die Anteile an dem Dextranbestandteil mit dem
niedrigen Molekulargewicht variiert werden und können von 35 bis 65% betragen. Gewöhnlich
enthalten die Mischungen 50 Gewichtsprozent des Dextrans mit niedrigem Molekulargewicht
und 50 Gewichtsprozent des Dextrans mit einem Molekulargewicht, das demjenigen von
mikrobiologisch erzeugtem »natürlichem« Dextran entspricht.
-
Das Dextran mit dem niedrigen Molekulargewicht kann zu einer rohen
fermentierten Lösung, die natürliches Dextran enthält, in solchen Mengen zugegeben
werden, daß die genannten Anteile der beiden Dextranarten vorliegen. Die Zugabe
wird vor der Sterilisation des rohen Produktes oder unmittelbar vor der Aufbringung
auf den Boden vorgenommen.
-
Das flüssige Produkt, das die fermentierte Lösung enthält, ist besonders
bei der Verwendung auf Böden, die einen Mangel an einem wesentlichen: Metall aufweisen,
von Vorteil, weil vor der Sterilisation lösliche Salze von Metallen, wie z. B. Kupfer,
Zink, Mangan oder die anderen Spurenelemente, im allgemeinen hinzugefügt werden
können. Man braucht nur kleine Mengen von 0,1 bis 1 Gewichtsprozent solcher Eleinente
hinzuzufügen, um einen Ausgleich, für die Mangelböden zu schaffen. Die Zugabe kann
durch einfaches Einrühren der löslichen Salze in die fermentierte Lösung vor der
Sterilisation und vor oder nach der Zugabe des Dextrans mit niedrigem Molekulargewicht
erfolgen. Auch kann das betreffende Salz mit der sterilisierten neutralen, fermentierten
Lösung, kurz vor der Verwendung derselben, vermischt werden.
-
Falls im Boden Mangel an Pflanzennährstoffen vorliegt, kann eine Dextranmischung,
die diese Nährstoffe enthält, in ausreichender Menge angewandt werden.
-
Die Dextrane mit niedrigem Molekulargewicht und die Mischungen derselben
mit Dextranen mit hohem Molekulargewicht oder mit synthetischen polymeren Polyelektrolyten
können in trockenem pulverförmigem Zustand über die zu behandelnde Nutzfläche ausgebreitet
werden.
-
Überwiegend sandige Böden und Böden, die Ton, Schlamm und Sand enthalten,
die mit Dextranen mit niedrigem Molekulargewicht oder diese enthaltenden
Mischungen
behandelt wurden, zeigen geringe Pfützenbildung,wenn sie mit Wasser befeuchtet werden,
da dieses rasch, ohne stehenzubleiben, versickert. Die trocken oder im wesentlichen
trocken behandelten Böden zerfallen bei der Bearbeitung in kurzer Zeit in körnige
oder krümelige Struktur, und irgendwelche Klumpen lassen sich durch schwachen Druck
leicht zerteilen.
-
Stickstoff sammelnde Bakterien, wie z. B. solche der Rhizobia-Arten,
können gemäß der Erfindung ebenfalls mit den Dextranen mit niedrigem Molekulargewidht
oder diese enthaltenden Mischungen, bevor sie auf den für landwirtschaftliche Zwecke
zu verbessernden Boden angewandt werden, gemischt werden. Derartige Bakterien können
in bequemer Weise mit den trockenen Dextranen mit niedrigem Molekulargewicht oder
Mischungen derselben vermischt werden und werden besonders bei Leguminosenkwlturen
angewendet.
-
Beispiel 1 Um eine krümelige Erde zu erhalten, werden 0,3 Gewichtsteile
eines Dextrans mit einem Molekulargewicht von 5000 bis 50 000 mit 100 Gewichtsteilen
einer Erde, bestehend aus Ton, Schlamm und Sand, vermischt. Beispiel 2_ Eine gleichfalls
aus Ton, Schlamm und Sand bestehende Erde wird in einer Menge von 100 Gewichtsteilen
mit 0,3 Gewichtsteilen eines Dextrans (35%) vom Molekulargewicht 5000 bis 50 000
und 0,6 Gewichtsteilen eines Dextrans (65%) vom Molekulargewicht über 100 000 bis
Millionen vermischt.
-
Beispie13 Beispiel 2 wird wiederholt, jedoch mit dem Unterschied,
daß 65 % des Dextrans mit einem Molekulargewicht von 5000 bis 50000 und 35% des
Dextrans mit dem höheren Molekulargewicht verwendet werden. Beispie14 100 Gewichtsteile
Erde, wie oben beschrieben, werden mit einer Mischung von 5,0 Gewichtsteilen Dextran,
bestehend aus 50% natürlichem, niehthydrolysiertetn, hochmolekularem Dextran und
50,0/a hydrolysiertem Dextran mit niedrigem Molekulargewicht, vermischt.
-
Bei den obigen Beispielen kann vor oder nach der Zugabe der Dextrane
zur Erde Wasser hinzugefügt werden, um die Dextrane zum Ouellen zu bringen und den
Böden anzupassen. Bei Alfalfa, Klee, Bohnen, Sojabahnen, Lupinen, Erbsen, Wicken
und Weißklee sind die Bakterienarten Rhizobium meliloti, Rhizobium trefolü, Rhizobium
leguminosarum besonders geeignet. Rhizobium Lupini ist bei Lupinen wirksam. Rhizobium
panocium wirkt bei Sojabohnen usw. Diese verschiedenen Bakterienarten können für
die Vermischung mit dem Verbesserungsmittel für den Boden ausgewählt werden unter
Berücksichtigung der anzubauenden Kulturpflanzen.
-
Bei der Herstellung von Mitteln, die Dextrane mit niedrigem Molekulargewicht
enthalten oder daraus bestehenden Mischungen und die außerdem die Rhizobiabakterien
oder ähnliche Bakterien aufweisen, werden die in einer Flüssigkeit befindlichen
Bakterien zuerst zentrifugiert oder davon abfiltriert, um die Bakterien als eine
Aufschlämmung zu erhalten. Dieser Schlamm wird dann bei Zimmertemperatur versprüht
und vorzugsweise unter Anwendung eines hohen Vakuums getrocknet. Das trockene Pulver,
das die Bakterien enthält, kann dann direkt mit dem Dextran mit niedrigem Molekulargewicht
oder der Mischung vermischt werden, wobei vorzugsweise im allgemeinen ein Gehalt
von 0,1 Gewichtsprozent angestrebt wird.