DE4022119A1 - SOIL CONDITIONING - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft die Bodenkonditionierung.The invention relates to soil conditioning.
Stark verkrustete Böden verhindern das Eindringen von Wasser (selbst während einer Microbewässerung) und führen daher zu einem übermäßigen Ablaufen. Darüber hinaus sind stark verfestigte Böden undurchdringbar für Pflanzenwurzelsysteme. Deshalb können die Pflanzenwurzeln nicht in diese Böden eindringen und die enthaltenen Nährstoffe und Feuchtigkeit nutzen.Heavily encrusted floors prevent the ingress of water (even during a micro irrigation) and therefore lead to excessive drainage. In addition, are strongly solidified Soils impermeable to plant root systems. Therefore, the plant roots can not get into these soils invade and contain the nutrients and moisture use.
Diese Probleme werden am besten dadurch gelöst, daß man stabile Microaggregate des Bodens bildet, indem man Konditionierer zusetzt. Solche Konditionierer sind häufig teure synthetische polymere Produkte.These problems are best solved by: to form stable microaggregates of the soil by Add conditioner. Such conditioners are common expensive synthetic polymeric products.
Es ist gut bekannt, daß Humusprodukte, die aus der Zersetzung von Pflanzenmaterial im Boden stammen, sehr wirksame Mittel sind, um die Bodenstruktur zu stabilisieren. Es steht jedoch einfach nicht genug von diesem Material zur Verfügung. Darüber hinaus werden relativ große Mengen der aus dieser Quelle stammenden Huminsäure benötigt, d. h. mindestens 1 Gew.-%, um signifikante Erhöhungen in der Bodenaggregat- Stabilität zu bewirken; vgl. Piccolo und Mbagwu, "Effects of Humic Acids and Surfactants on the Stability of Soil Aggregates", Soil Science, 147, 47 bis 54.It is well known that humus products from the decomposition come from plant material in the soil, very effective means are to stabilize the soil structure. It stands however just not enough of this material available. In addition, relatively large amounts of this are from this Source-derived humic acid is needed, d. H. at least 1% by weight in order to achieve significant increases in the soil aggregate To effect stability; see. Piccolo and Mbagwu, "Effects of Humic Acids and Surfactants on the Stability of Soil Aggregates ", Soil Science, 147, 47-54.
Es wurde nun gefunden, daß gewisse aus Kohle stammende Oxidationsprodukte Huminsäure oder deren Salze enthalten (im folgenden als Oxihuminsäuren und Oxihumate bezeichnet), welche ausgezeichnete Bodenkonditionierer und insbesondere geeignete Konditionierer sind, um Aggregate und Microaggregate in verkrusteten oder verfestigten Böden zu bilden.It has now been found that certain originated from coal Oxidation products Humic acid or salts thereof (in hereinafter referred to as oxihumic acids and oxihumates), which excellent soil conditioner and in particular suitable conditioners are aggregates and microaggregates to form in encrusted or solidified soils.
Die Erfindung betrifft daher einerseits eine Methode zum Konditionieren von Böden, insbesondere verkrusteten oder verfestigten Böden, wobei diesen Böden ein aus Kohle hergestelltes Produkt hinzugefügt wird, welches entweder ein Oxihuminsäuresalz, ein Gel aus einem Oxihuminsäuresalz, ein Oxihuminsäuresalz, welches in Wasser ein Gel bilden kann, oder eine Mischung davon darstellt.The invention therefore relates firstly to a method for Conditioning of soils, especially encrusted or solidified soils, these soils being made of coal Product is added, which either one Oxihumic acid salt, a gel of an oxihumic acid salt Oxihumic acid salt, which can form a gel in water, or a mixture thereof.
Erfindungsgemäß notwendig ist die Verwendung eines Gels, welches ein Oxihuminsäuregel oder Oxihuminsäuresalz-Gel ist oder die Verwendung von Oxihuminsäuresalzen, welche in Wasser ein Gel bilden können. Im letzteren Fall wird das Salz dem Boden zugefügt und bildet mit dem Wasser, welches sich in dem Boden befindet oder welches dem Boden zugesetzt wird, ein Gel. Weiterhin ist es wichtig, daß die Oxihuminsäure aus Kohle hergestellt ist. Es wurde gefunden, daß die aus Kohle hergestellten Produkte in wesentlich geringeren Mengen verwendet werden können, im Vergleich mit ähnlichen Produkten, welche aus der Zersetzung von Pflanzenmaterial stammen. Die Oxihuminsäure oder das Salz davon entspricht üblicherweise einer Elementaranalyse oder funktionalen Gruppenanalyse, beides auf lufttrockener Basis, wie folgt:According to the invention, the use of a gel is necessary, which is an oxihumic acid gel or oxihumic acid salt gel or the use of oxihumic acid salts which are dissolved in water can form a gel. In the latter case, the salt is the Ground added and forms with the water, which is in the Soil or which is added to the soil, a Gel. Furthermore, it is important that the oxihumic acid Coal is made. It was found that made of coal produced in much smaller quantities can be used, compared with similar products, which originate from the decomposition of plant material. The oxihumic acid or the salt thereof usually corresponds an elemental analysis or functional group analysis, both on air-dry basis, as follows:
Das Salz ist üblicherweise ein Alkalimetallsalz, beispielsweise ein Natrium- oder Kalium- oder Ammoniumsalz.The salt is usually an alkali metal salt, for example a sodium or potassium or ammonium salt.
Das Produkt, welches dem Boden zugefügt wird, wird üblicherweise in einer Menge von mindestens 0,02 Gew.-% zugefügt. Normalerweise ist die Menge des zugefügten Produkts weniger als 2 Gew.-% und vorzugsweise weniger als 1 Gew.-%.The product added to the soil usually becomes in an amount of at least 0.02 wt .-% added. Normally, the amount of product added is less as 2% by weight and preferably less than 1% by weight.
Das Produkt wird normalerweise dem Boden zugefügt und dann gründlich mit diesem vermischt. Es hat den Effekt, stabile Aggregate und Microaggregate zu bilden, insbesondere in verkrusteten und verfestigten Böden. Dies erlaubt es dem Wasser, die Böden besser zu durchdringen. Weiterhin sind Pflanzenwurzeln besser in der Lage, den Boden zu durchdringen und die darin enthaltenen Nährstoffe und Feuchtigkeit zu nutzen.The product is usually added to the soil and then thoroughly mixed with this. It has the effect of stable To form aggregates and microaggregates, in particular in encrusted and solidified soils. This allows it Water to penetrate the soil better. Furthermore are Plant roots better able to penetrate the soil and the nutrients and moisture it contains use.
In einer bevorzugten Form der Erfindung ist das verwendete Produkt ein Oxihuminsäuregel, welches nach dem folgenden Verfahren hergestellt wird. Eine oxidierte Kohle (im folgenden als Oxikohle bezeichnet) wird mit wäßrigem Alkali gemischt und die Mischung auf eine Temperatur über 90°C und unter 180°C erhitzt. Dies geschieht unter einem ausreichenden Druck, um die Verdampfung von Wasser zu verhindern. Die erhöhte Temperatur wird für eine ausreichende Zeit aufrechterhalten, um eine beträchtliche Menge der in der Oxikohle enthaltenen Huminsäure zu extrahieren. Nach dem Abkühlen wird die erhaltene Mischung filtriert und das Filtrat angesäuert, um die aus der Kohle stammende Oxihuminsäure auszufällen, welche durch Zentrifugieren gewonnen und durch Waschen mit Wasser von den anorganischen Säuren abgetrennt wird, worauf erneut zentrifugiert wird, um das Gel zu erhalten. Die Oxikohle wird üblicherweise durch einen Feuchtoxidationsprozeß, wie er in dem US-Patent 49 12 256 beschrieben und beansprucht ist, erhalten.In a preferred form of the invention is the used Product an oxihumic acid gel, which after the following Process is prepared. An oxidized coal (below as Oxikohle) is with aqueous alkali mixed and the mixture to a temperature above 90 ° C and heated below 180 ° C. This happens under a sufficient Pressure to prevent the evaporation of water. The elevated temperature will last for a sufficient amount of time maintained a considerable amount in the Oxicole contained humic acid extract. After this Cooling, the resulting mixture is filtered and the Filtrate acidified to the coal derived oxihumic acid precipitate, which is obtained by centrifugation and separated from the inorganic acids by washing with water is recentrifuged to the gel to obtain. The Oxikohle is usually by a Wet oxidation process, as described in US Patent 49 12 256 described and claimed.
In einer anderen Form der Erfindung wird ein Gel aus einem aus Kohle stammenden Oxihuminsäuresalz hergestellt, indem man Oxikohle mit wäßrigem Alkali mischt, auf eine Temperatur oberhalb 90°C und unter 180°C erhitzt, und zwar unter einem ausreichenden Druck, um die Verdampfung von Wasser zu verhindern, und die erhöhte Temperatur für eine ausreichende Zeit aufrechterhält, um eine erhebliche Menge der Oxihuminsäure aus der Oxikohle zu extrahieren. Die Lösung, welche wasserlösliche Oxihuminsäuresalze enthält, wird filtriert, um die Feststoffe abzutrennen. Das Filtrat wird dann konzentriert, bis sich ein Gel bildet. Alternativ kann die Konzentration fortgesetzt werden, bis ein Pulver gebildet wird, welches das Oxihuminsäuresalz (ein Oxihumat) darstellt. Bei Zugabe von Wasser wird das Salz ein Gel bilden.In another form of the invention, a gel is made from a derived from coal Oxihuminsäuresalz by Oxicarbonate is mixed with aqueous alkali to a temperature heated above 90 ° C and below 180 ° C, under a sufficient pressure to prevent the evaporation of water, and the elevated temperature for a sufficient Maintains a significant amount of oxihumic acid extract from the Oxikohle. The solution, which contains water-soluble oxihumic acid salts, is filtered to to separate the solids. The filtrate is then concentrated until a gel forms. Alternatively, the concentration continue until a powder is formed, which is the oxihumic acid salt (an oxihumate). at Adding water will make the salt a gel.
In beiden Formen der Erfindung entspricht die Elementaranalyse und funktionale Gruppenanalyse dem oben gesagten.In both forms of the invention, elemental analysis is equivalent and functional group analysis of the above.
Das Gel kann auch andere Materialien enthalten, welche die Bildung des Gels nicht negativ beeinflussen. Beispielsweise können Feststoffe aus der Oxikohle in dem Gel enthalten sein.The gel may also contain other materials which the Do not negatively influence the formation of the gel. For example For example, oxycarbon solids may be included in the gel.
Eine Waterberg-Kohle (400 g) und Wasser (700 ml) wurden in einen 2-Liter-Rührreaktor aufgeschlämmt. Der Reaktor wird mit Sauerstoff auf einen Druck von 8,0 MPa gebracht und auf 160°C erhitzt. Sauerstoff wird durch die gerührte Aufschlämmung (in einer Menge von vier Litern/Minute) durchgeleitet. Nach einer Reaktionszeit von einer Stunde wird der Sauerstoffstrom unterbrochen, der Reaktor auf Raumtemperatur abgekühlt und der Druck auf Atmosphärendruck abgesenkt. Die erhaltene Aufschlämmung wird aus dem Reaktor entnommen und filtriert, wodurch Oxikohle und Filtrat erhalten werden.A Waterberg coal (400 g) and water (700 ml) were added in slurried a 2 liter stirred reactor. The reactor is with Oxygen brought to a pressure of 8.0 MPa and up Heated to 160 ° C. Oxygen is through the stirred slurry (in an amount of four liters / minute). After a reaction time of one hour, the oxygen flow interrupted, the reactor to room temperature cooled and the pressure lowered to atmospheric pressure. The obtained slurry is removed from the reactor and filtered, whereby Oxikohle and filtrate are obtained.
Die Oxikohle wird unter Rückfluß mit einer wäßrigen Lösung von Kaliumhydroxid (10 g Oxikohle, 14 g Kaliumhydroxid in 300 ml Wasser) sieben Stunden gekocht. Der unlösliche Rückstand (welcher Asche und nichtreagierte Kohle enthält) wird durch Zentrifugation der Extraktionsmischung entfernt. Der Überstand wird mit Schwefelsäure angesäuert und das unlösliche Oxihuminsäuregel durch Zentrifugation gewonnen. Das Oxihuminsäuregel wird zweimal mit destilliertem Wasser gewaschen, um überschüssige Schwefelsäure zu entfernen.The Oxikohle is refluxed with an aqueous solution of potassium hydroxide (10 g oxicole, 14 g potassium hydroxide in 300 ml Water) for seven hours. The insoluble residue (which contains ash and unreacted coal) is passed through Centrifugation of the extraction mixture removed. The supernatant is acidified with sulfuric acid and the insoluble Obtained oxihumic acid gel by centrifugation. The oxihumic acid gel is washed twice with distilled water to remove excess sulfuric acid.
Verschiedene Mengen Oxihuminsäuregel werden zu 500 g Teilproben eines stark verkrusteten Bodens zugefügt. Jede Mischung wird mit destilliertem Wasser in einen ackerähnlichen Zustand gebracht und dann gut gemischt. Jede Teilprobe wird in einem Becherglas in einem dunklen Schrank bei einer konstanten Temperatur von 27°C fünf Wochen inkubiert. Nach fünf Wochen werden die Teilproben der ofentrockenen Proben mechanisch durch ein 0,25 mm Sieb feucht gesiebt. Der Boden auf dem Sieb bleibt während des Siebprozesses mit Wasser bedeckt. Das Sieben wird innerhalb von vier Minuten mit 75 Schwingungen pro Minute durchgeführt. Nach dem Sieben wird das auf dem Sieb verbliebene Material quantitativ in ein Becherglas überführt und bei 105°C ofengetrocknet, bevor die Menge des Materials bestimmt wird.Various amounts of oxihumic acid gel become 500 g subsamples a heavily encrusted soil added. each Mixture is made with distilled water into a field-like Condition brought and then mixed well. Every subsample is in a beaker in a dark cupboard at a constant temperature of 27 ° C for five weeks. To five weeks become the subsamples of the oven-dry samples mechanically sieved through a 0.25 mm sieve. The floor on the sieve remains with water during the sieving process covered. The sieving will be within four minutes with 75 Vibrations per minute performed. After sieving becomes the material remaining on the screen quantitatively into one Beaker transferred and oven-dried at 105 ° C before the Quantity of material is determined.
Die Kontrolle wird in genau der gleichen Weise wie bei den obigen Beispielen durchgeführt, außer daß keine Oxihuminsäuregele zugefügt werden.The control is in exactly the same way as with the except that no oxihumic acid gels be added.
Ein handelsüblicher Bodenkonditionierer (PVM/5) wurde als Vergleichsprodukt benutzt. Das Verfahren war das gleiche, außer daß das Oxihuminsäuregel durch PVM/5 ersetzt wurde.A commercial soil conditioner (PVM / 5) was designated as Comparative product used. The procedure was the same except that the oxihumic acid gel has been replaced by PVM / 5.
Jede Bestimmung wurde zweifach durchgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 1 wiedergegeben.Each determination was made in duplicate. The obtained Results are shown in Table 1.
Ein Oxihuminsäuregel wird nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt.An oxihumic acid gel is prepared by the method described in Example 1 Process produced.
Ein Kaliumhumatgel wird nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren zur Herstellung des Oxihuminsäuregels hergestellt, mit Ausnahme daß der Überstand nicht angesäuert wird. Entsprechend wird ein Natrium-Oxihumatgel hergestellt, indem man Kaliumhydroxid durch Natriumhydroxid ersetzt. Ein Ammoniumoxihumatgel wird in gleicher Weise hergestellt durch Austauschen des Kaliumhydroxids durch Ammoniumhydroxid, wobei die Reaktion der Oxikohle unter Umgebungsbedingungen durchgeführt wird.A potassium humate gel is prepared according to the procedure described in Example 1 Process for the preparation of the oxihumic acid gel prepared, except that the supernatant is not acidified becomes. Accordingly, a sodium oxihumate gel is prepared, by replacing potassium hydroxide with sodium hydroxide. On Ammonium oxihumate gel is prepared in the same way Exchanging the potassium hydroxide with ammonium hydroxide, the reaction of Oxikohle under ambient conditions is carried out.
Zwei hellgraue Oberflächenböden alluvialer Herkunft, einer aus Lückoff und einer aus Addo, wurden verwendet. Beide Böden sind durch einen hohen Gehalt von Feinmaterial, beispielsweise feinem Sand oder Silt gekennzeichnet. Die Wirkungen von aus Kohle hergestellten Oxihuminprodukten auf die Stabilität dieser Oberflächenböden wurde untersucht.Two light gray surface soils of alluvial origin, one from Lückoff and one from Addo, were used. Both floors are characterized by a high content of fine material, for example fine sand or silt. The effects of made of coal Oxihuminprodukten on the stability of these surface soils was examined.
Die Vorbereitung des Bodens für das Naßsieben besteht im Abwiegen von 250 g lufttrockenem Boden, Zufügen der korrekten Menge des Produkts, um einen gewünschten Gewichtsprozentgehalt zu erzeugen, Zufügen der optimalen Menge von Wasser, um ein Krümeln während des Mischens zu bewirken und sorgfältiges Vermischen. Die optimale Menge Wasser wird empirisch von Hand für jeden Boden bestimmt. Der Boden wird dann in einer kontrollierten Temperaturkammer bei 27°C eine Woche inkubiert. Ein System für alternative Befeuchtung und Trocknung wurde verwendet.The preparation of the soil for the wet sieving consists in Weigh out 250 g of air-dry soil, adding the correct one Quantity of the product to a desired percentage by weight to generate, adding the optimum amount of water to to cause crumbling during mixing and careful Mix. The optimal amount of water becomes empirical determined by hand for each soil. The soil is then in a controlled temperature chamber at 27 ° C a week incubated. A system for alternative humidification and drying was used.
In Vorabuntersuchungen wurde gefunden, daß alternatives Befeuchten und Trocknen sehr viel bessere Strukturverbesserungen durch die Produkte ergibt gegenüber einem System, in dem der Boden kontinuierlich in einem ackerähnlichen Zustand gehalten wird.In preliminary investigations it was found that alternative Moisten and dry much better texture improvements through the products compared to a system, in which the soil is continuously in a field-like Condition is maintained.
Nach einer Woche wird der Boden in einem Ofen 24 Stunden bei 105°C getrocknet. Zwei Proben von je 50 g des ofentrockenen Bodens wurden dann für das Naßsieben verwendet. Naßsieben wird mit einem 0,25 mm Sieb in einer mechanischen Naßsiebmaschine mit vertikaler Tropfenwirkung durchgeführt. Das Sieben wird während vier Minuten bei 60 Schwingungen pro Minute durchgeführt. Der Boden, der auf dem Sieb verbleibt, wird quantitativ in ein Becherglas überführt, in einem Ofen bei 105°C 24 Stunden getrocknet und gewogen.After one week, the soil is left in an oven for 24 hours Dried at 105 ° C. Two samples of 50 g each of the oven-dry Soils were then used for wet sieving. wet sieving is done with a 0.25 mm sieve in a mechanical wet sieving machine performed with a vertical drop effect. The Seven will be at 60 vibrations per four minutes during four minutes Minute performed. The soil left on the sieve, is quantitatively transferred to a beaker, in an oven dried at 105 ° C for 24 hours and weighed.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 wiedergegeben. The results obtained are shown in Tables 1 and 2 played.
Man sieht aus den Tabellen 2 und 3, daß ein signifikant höherer Prozentsatz des Bodens auf dem Sieb zurückbleibt, wenn die Böden mit aus Kohle stammenden Oxihuminprodukten behandelt wird, im Vergleich zu der Kontrolle. Mit anderen Worten, die aus Kohle stammenden Oxihuminprodukte verbessern die Bodenaggregatstabilität der Böden, selbst bei geringen Zugabemengen. It can be seen from Tables 2 and 3 that a significant higher percentage of the soil remains on the sieve, if the soils are coal-derived oxyhumin products treated, compared to the control. With others Words, the coal-derived oxihumine products improve Soil aggregate stability of soils, even at low levels Addition levels.
Die Bodenvorbereitung für die Regensimulationsversuche entspricht der Vorbereitung für die Naßsiebungsversuche. Speziell hergestellte, perforierte Polyethylenschalen, welche ungefähr 300 mm breit und 500 mm lang waren, wurden benutzt. Filterpapier wird auf den Boden der Schalen ausgebreitet. Darauf wird 10 mm grober Quarzsand gefüllt und mit 8 kg krümmeligen Boden bedeckt (ungefähr 20 mm dick).The soil preparation for the rain simulation experiments corresponds to the preparation for the Naßsiebungsversuche. Specially manufactured, perforated polyethylene shells which about 300 mm wide and 500 mm long were used. Filter paper is spread on the bottom of the cups. Then 10 mm coarse quartz sand is filled and 8 kg crumbly soil covered (about 20 mm thick).
Der Boden wird dann in einem Laboratorium inkubiert, wobei das Trocknen durch einen Heizlüfter bewirkt wird. Ein alternatives Befeuchten und Trocknen wird durchgeführt. Im Fall des Lückoff-Bodens wurde eine Inkubationszeit von einem Monat verwendet. Der Addo-Boden wurde eine Woche inkubiert.The soil is then incubated in a laboratory, wherein the drying is effected by a fan heater. An alternative Moistening and drying is performed. In the case of the Lückoff soil was incubated by one Month used. The Addo soil was incubated for one week.
Nach der Inkubation werden die Schalen in den Laboratoriums- Regensimulator überführt. Ein Neigungswinkel von 5% wurde verwendet. Der Boden wird vorbefeuchtet mit Null-Energie- Sprühregen und dann für zwei Stunden einem Regensturm mit einer Intensität von 42 mm/h ausgesetzt. Eindringungsrate und Bodenverlust (Erosion) wurden bestimmt.After incubation, the dishes are placed in the laboratory Rain simulator transferred. An inclination angle of 5% was used. The soil is prewetted with zero energy Drizzle and then with a rainstorm for two hours exposed to an intensity of 42 mm / h. Penetration rate and Soil loss (erosion) was determined.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 4 wiedergegeben. The results obtained are shown in Table 4.
Wie man sieht, sind die Eindringtiefen bei den Böden, die mit aus Kohle stammenden Oxihuminprodukten behandelt wurden, höher als bei den Kontrollen, insbesondere bei dem Lückoff Boden. Das Ammonium-Oxihumat verbesserte die finale Infiltrationsrate der Addo-Böden nicht.As you can see, the penetration depths of the soils are with derived from coal-derived oxyhumin products, higher than in the controls, especially at the Luckoff Ground. The ammonium oxihumate improved the final infiltration rate the addo floors not.
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