EA031039B1

EA031039B1 - Комплексное органоминеральное мелиорант-удобрение

Info

Publication number: EA031039B1
Application number: EA201700302A
Authority: EA
Inventors: Аманкул Джакановна Акбасова; Гаухар Аскеровна Саинова; Олжас Аскерович Исаков; Мадихан Арипович Бекжанов; Индира Оразгалиевна Аймбетова
Original assignee: Учреждение "Международный Казахско-Турецкий Университет Имени Ходжи Ахмеда Ясави"
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2017-05-23
Publication date: 2018-11-30
Also published as: EA201700302A3; EA201700302A2

Abstract

Изобретение относится к созданию новых органоминеральных мелиорант-удобрений, обладающих удобрительным, мелиорирующим и структурообразующим действиями, которые могут быть использованы в сельском хозяйстве для повышения плодородия деградированных, малопродуктивных почв за счет улучшения их питательных, физико-механических и гидроаккумуляционных свойств. Комплексное органоминеральное мелиорант-удобрение содержит при определенном массовом соотношении, мас.%: сероперлитсодержащий отход сернокислотного производства, образующийся при фильтрационной очистке элементарного серного сырья от зольных остатков - 30-45; вермикомпост, являющийся продуктом утилизации животноводческих и растениеводческих отходов, - 35-45 и бентонитовую глину -20-25. Для предлагаемого органоминерального мелиорант-удобрения характерны следующие свойства: высокая удобрительная, мелиорирующая, разуплотняющая корнеобитаемая зона, улучшение условия протекания окислительно-восстановительных процессов, стимуляция кальциевого режима, увеличение запаса влаги, емкость поглощения нитратов в почвенной системе и способность предотвратить их вымывание, а также способность переводить токсиканты - тяжелые металлы - в неподвижную форму, создавая условия для получения экологически чистой растениеводческой продукции.

Description

Изобретение относится к созданию новых органоминеральных мелиорант-удобрений, обладающих удобрительным, мелиорирующим и структурообразующим действиями, которые могут быть использованы в сельском хозяйстве для повышения плодородия деградированных, малопродуктивных почв за счет улучшения их питательных, физико-механических и гидроаккумуляционных свойств. Комплексное органоминеральное мелиорант-удобрение содержит при определенном массовом соотношении, мас.%: сероперлитсодержащий отход сернокислотного производства, образующийся при фильтрационной очистке элементарного серного сырья от зольных остатков - 30-45; вермикомпост, являющийся продуктом утилизации животноводческих и растениеводческих отходов, - 35-45 и бентонитовую глину -20-25. Для предлагаемого органоминерального мелиорант-удобрения характерны следующие свойства: высокая удобрительная, мелиорирующая, разуплотняющая корнеобитаемая зона, улучшение условия протекания окислительно-восстановительных процессов, стимуляция кальциевого режима, увеличение запаса влаги, емкость поглощения нитратов в почвенной системе и способность предотвратить их вымывание, а также способность переводить токсиканты тяжелые металлы - в неподвижную форму, создавая условия для получения экологически чистой растениеводческой продукции.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при производстве органоминеральных мелиорант-удобрений, предназначенных для обеспечения комплексом питательных веществ, улучшения физико-механических, гидроаккумуляционных свойств деградированных, малопродуктивных почв, приводящих к повышению плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур.

Известно органоминеральное удобрение (патент РФ № 2054404. Органоминеральное удобрение. Лясковский М.И., Овчинникова К.Н., Назирова Л.З., опубл. 20.02.1996), созданное введением в органоминеральные смеси дополнительно кальция и магния, серы, хлорхолинхлорида, диметилсульфоксида и связывающего, а также лигнина и микроэлементов (Mo, Mn).

В патенте создано полное комплексное удобрение, однако его производство сложное и основано на применении искусственных веществ, кроме того, данный состав обладает незначительным мелиорирующим эффектом.

Известны способы получения органоминеральных удобрений за счет использования различных природных материалов, сельскохозяйственных и промышленных отходов, например способ получения минерально-органического комплексного удобрения на основе кварц-глауконитового песка, сапропелевой массы и мела (патент РФ № 2189959. Минерально-органическое комплексное удобрение на основе кварц-глауконитового песка. Вознесенский В.Н., Маковский А.Н., Лядов В.В. и др., опубл. 27.09.2002); на основе бурого угля, торфа, отхода цементного производства и минеральных удобрений - фосфоритной муки, поташа, карбамида (патент РФ № 2151757. Органоминеральное удобрение. Черкасов А.Г., Гурьев В.М., Лапина Е.В. и др., опубл. 27.06.2000); комплексное органоминеральное удобрение, в котором в качестве органической составляющей оно содержит химически обеззараженную фекальную компоненту и смесь бурого угля и отходов с органическими добавками, а в качестве минеральной составляющей - источники азота, фосфора и калия и отходы добычи фосфоритов или золоотвалы (патент РФ № 2165401. Комплексное органоминеральное удобрение. Фролов А.В., Степанов А.Л.,

Балабушевич А.Г., опубл. 20.04.2001).

Недостатком этих смесей является несбалансированное содержание микроэлементов, кроме того, большинство из них перед внесением их почву требует обеззараживания от патогенных микроорганизмов.

Известно повышение урожайности сельскохозяйственных культур и плодородия почв смесями на основе куриного помета, бентонитовой муки и обожженной извести (патент ФРГ № 29891486. Verfahren zur herstellung eines granulierten organisch-mineralischen duengemittels. Baier Dieter, Hoehm Walther, Richter Dieter и др., опубл. 25.05.1988); органических и/или минеральных удобрений, цеолита и кварца (патент РФ № 2259032. Способ повышения плодородия почвы. Худяков А.В., Сухотина Е.А., Клевайчук Н.И. и др., опубл. 27.08.2005).

Недостаток - загрязнение окружающей среды и наличие патогенной микрофлоры, а также относительно высокая стоимость компонентов.

Известен ряд работ, в которых в качестве мелиорант-удобрения для создания пористости в почву вносят природные материалы, такие как перлит (патент Корейской Республики № KR 20030015662. Vegetable nutrient containing starfish extract and organic fertilizer and production thereof. Chung Hyun Suk. опубл. 25.02.2003.); коралловый известняк (патент Японии № JP 2004175680. Mineral-containing composition having improving effect on biological balance. Someya Hideo, Sato Noriro., опубл. 24.06.2004); глауконит с различными оксидами (патент РФ № 2524992. Удобрение-мелиорант на основе глауконита. Лебедовский И.А., Шеуджен А.Х., Сапиев Р.Н., опубл. 10.08.2014) или смеси природных материалов с отходами различных производств. Например, смесь бурого угля с отходами травильного производства (патент РФ № 2008302. Способ получения мелиоранта для солонцовых почв. Денисов В.В., Ковалев К.Е., Камнева Г.В., Крыпина С.М., опубл. 28.02.1994).

Основным недостатком является низкая удобрительная способность, выполняя роль структурообразователя почв, они не могут повысить в достаточной мере их плодородие и повысить урожайность сельскохозяйственных культур.

Наиболее близким аналогом (прототипом) по технической сущности к заявляемому изобретению является удобрительно-мелиоративное средство, состоящее из вермикомпоста и сероперлитсодержащего фильтрационного отхода сернокислотного производства, следующим содержанием компонентов в мас.%: вермикомпост - 30-45 и фильтрационный отход - 55-70 (Инновационный патент РК № 29739. Бекжанов М.А., Акбасова А.Д., Гузовский К.З., Саинова Г.А., Кудасова Д.Е., опубл. 15.04.2014).

Однако данное удобрительно-мелиоративное средство не обладает достаточно высоким иммобилизующим эффектом по отношению к тяжелым металлам, поэтому из сильно загрязненных почв затруднительно получить экологически чистые сельскохозяйственные растениеводческие продукции и достичь высокой урожайности.

На ликвидацию вышеперечисленных недостатков направлено заявляемое изобретение.

В основу изобретения положена техническая задача - разработка высокоэффективного с широким спектром действия мелиорант-удобрения из легко доступных компонентов, являющихся природным глинистым минералом, отходами и продуктами их утилизации, обладающих в совокупности структуро

- 1 031039 образовательным, мелиорирующим и удобрительным действиями, дающие возможность повышения плодородия почв, снижения подвижности тяжелых металлов и получения экологической чистой сельскохозяйственной продукции с высокой урожайностью.

Технический результат: повышение влагоемкости, восстановление плодородия деградированных почв и урожайности сельскохозяйственных культур при использовании предлагаемого мелиорантудобрения, а также расширение ассортимента экологически безопасных нетрадиционных средств отечественного производства на основе сокращения потоков складируемых техногенных образований сернокислотного производства и отходов сельского хозяйства, охрана окружающей среды.

Указанный технический результат достигается применением предлагаемого мелиорант-удобрения, в состав которого входят органическое удобрение вермикомпост (биогумус), получаемый после утилизации красными калифорнийскими червями сельскохозяйственных отходов, и сероперлитсодержащий отход сернокислотного производства, при этом дополнительно в состав включается бентонитовая глина при соотношении компонентов, мас.%: вермикомпост - 35-45; сероперлитсодержащий отход - 30-45; бентонитовая глина - 20-25.

В научно-технической и патентной литературе не известны технические решения, аналогично заявляемому, следовательно, данное техническое решение соответствует критерию новизна.

Проведенные исследования уровня техники не выявили известность предлагаемого состава мелиорант-удобрения на основе вермикомпоста, сероперлитсодержащего отхода сернокислотного производства и бентонитовой глины, что доказывает соответствие заявляемого технического решения критерию изобретательский уровень.

Предлагаемое мелиорант-удобрение обладает высоким структурообразующим, влагоудерживающим, питательным и биологически активным свойствами за счет усиления синергетического взаимовлияния всех компонентов при их совместном присутствии.

Для получения данного мелиорант-удобрения в качестве исходного сырья используются вермикомпост (или биогумус), который выпускается в твердой товарной форме в промышленном масштабе, сероперлитсодержащий отход сернокислотного производства и доступная природная глина бентонит; т.е. предложение соответствует критерию промышленная применимость.

Данное мелиорант-удобрение в твердом виде сохраняет свои физико-химические, биологические свойства при широком диапазоне температур, он не горюч и не требует специальных условий транспортировки и хранения.

Вермикомпост - органическое удобрение длительного срока действия (3-5 лет), является продуктом вермитехнологической переработки органических отходов сельского хозяйства красными калифорнийскими червями. Он содержит водорастворимые формы азота (1,0-3,0%), фосфора (1,3-2,8%), калия (1,22,4%), магния (0,5-2,3%), кальция (4,0-6,0%), железа (0,5-2,5%), марганца (0,34-0,67%), меди (0,270,49%), цинка (0,07-0,16%), бора (0,01-0,03%), антибиотики, витамины, ферменты и большое количество гумусовых веществ (до 37% на сухой вес). Вермикомпост повышает плодородие почвы, восстанавливает ее структуру, обладает высокими агрохимическими и ростостимулирующими свойствами, обеспечивает получение стабильного высокого экологически чистого урожая с отличными вкусовыми качествами. Вермикомпосту свойственны исключительные физико-химические свойства: водопрочность структуры (95-97%) и полная влагоемкость (200-250%). Это позволяет рассматривать его не только как удобрение, а также как прекрасный мелиорант и почвоулучшитель. Вермикомпост производится в производственном масштабе.

Основными компонентами, содержащимися в отходе сернокислотного производства, являются следующие экологически безвредные компоненты: сера (10-20%), перлит (до 35%), гипс (не менее 5%), гашеная известь (не менее 2%), не вызывающие опасность для здоровья биоты, включая человека.

Сера является одним из необходимым растениям микроэлементом, регулирует окислительновосстановительные процессы в почвах, входит в состав белков, ферментов, аминокислот, повышает урожайность растений. Сера и ее соединения используются как мелиорант и как удобрение, способствуют повышению урожайности растений.

Перлит - высокопористый минерал природного происхождения, разновидность класса естественных силикатных пород, в качестве мелиоранта находит широкое применение в сельском хозяйстве. Основными компонентами содержащимися в перлите являются оксид кремния (74,0-75,1%), оксид алюминия (7,8-8,3%), гипс и известь (в пересчете на оксид кальция 3,7-4,0%), оксид железа (0,7%). Действие перлита при внесении в почвенную систему заключается в улучшении физико-химических свойств почв, а именно создаются условия для аэрации, для повышения емкости катионного обмена, для устранения коркообразования.

Г ипс и гашеная известь - известные мелиоранты.

Бентонит является тонкодисперсной глиной, на 60-70% состоит из минералов группы монтмориллонит. Бентонит считается кладом естественных микроэлементов. Основные составляющие - SiO₂ (5461%); ATOs (4,4-5,5%); Fc-O; (2,0-3,4%); CaCO, (13,3-13,8%); K2O (0,8-1,4%); MgO (0,7-1,2%); N2O (10,8%); P₂O₅ (0,08-0,10%). Наличие K, N, P и микроэлементов (Mn, Ni, B, V и др.) позволяет рассматривать бентонит как удобрение, стимулирующее рост и снижающее количество болезней в растениях. Бен

- 2 031039 тонитовая глина может использоваться и как мелиорант для почв, и как пролонгатор минеральных удобрений. Бентонитовая глина обладает также высокой сорбционной способностью, поэтому при внесении в загрязненную почву он выступает в роли детоксиканта, особенно по отношению к тяжелым металлам.

Возможность получения и применения заявляемого состава в качестве мелиорант-удобрения подтверждена лабораторными и полевыми опытами.

Для получения мелиорант-удобрения вермикомпост, сероперлитсодержащий отход, бентонит перемешиваются в состоянии их исходной технологической влажности при их массовых соотношениях, %, (35-45):(30-45):(20-25) соответственно.

Рациональным методом внесения данного мелиорант-удобрения в почву является его равномерное распределение по поверхности поля с помощью прицепных кузовных разбрасывателей. Затем культиватором осуществляется запашка данного мелиорант-удобрения на глубину почвы 18-25 см. Необходимые для внесения нормы мелиорант-удобрения рассчитываются под планируемый урожай культуры и корректируются в зависимости от плодородия почвы. Оптимальная доза внесения данного мелиорантудобрения зависит от природы выращиваемой сельскохозяйственной культуры, например при выращивании в сероземной почве картофеля - 15-20; моркови - 30-40; свеклы - 25-35 т/га 1 раз в 2-3 года.

Оптимальные соотношения компонентов в предлагаемом мелиорант-удобрении установлены на основе результатов лабораторных, укрупненных лабораторных и полевых опытов. Для полевых исследований использован экспериментальный участок ботанического сада МКТУ им. Х.А. Ясави, а укрупненные лабораторные опыты проведены в теплице университета.

В табл. 1, 2 представлены состав предлагаемого мелиорант-удобрения и данные экспериментальных исследований, характеризующие преимущество предлагаемых составов и достигаемые результаты.

Таблица 1. Оптимальное и граничное содержания компонентов в мелиорант-удобрении, мас.%

Содержание компонентов в образцах	Компоненты
Вермикомпост	Сероперлитсодержащий Отход	Бентонит
Минимум (образец 1)	35,0	45,0	20,0
Оптимум (образец 2)	40,0	37,5	22,5
Максимум (образец 3)	45,0	30,0	25,0

Изучение влияния мелиорант-удобрения на урожайность и качество сельскохозяйственной продукции и на агрохимические свойства сероземной почвы позволило прийти к следующему выводу. Предлагаемое мелиорант-удобрение после его внесения в почву обеспечивает:

1) насыщение почвы недостающими калийным, магниевым, микро- и органическими удобрениями в оптимальном соотношении с фосфором;

2) улучшение водно-физических и агрономических свойств почв за счет наличия кремнезема, монтмориллонита и других природных минералов;

3) высокой способностью монтмориллонита к сорбции органических молекул, в частности гуминовых и фульвокислот, а также формированием устойчивых гумусово-глинистых агрегатов, являющихся контейнерами элементов питания растений;

4) существенное повышение биологической активности почвы за счет комплекса микроэлементов и ионов ряда соединений, в том числе сульфата;

5) кардинальное повышение сорбционных свойств почвы, что выражается в самообеспечении верхнего слоя почвы (до 25 см) воздухом (из которого усваивается в основном азот и углерод) и влагой;

6) активизацию и развитие полезной почвенной микрофлоры, которая, как известно, оказывает решающее влияние на развитие корневой системы растений.

Результатом уникальных свойств предлагаемого мелиорант-удобрения является увеличение урожайности и улучшение качества возделываемых сельскохозяйственных культур (табл. 2).

- 3 031039

Таблица 2. Урожай и качественная характеристика картофеля сорта Каратоп, выращенного в сероземной почве с исходным содержанием тяжелых металлов (ТМ), мг/кг: Pb - 64,5 и Cd - 1,0.

Варианты опытов	Урожай, т/га	Прибавка урожая	Содержание в корнеплоде
т /га	%	Сухой остаток, %	Вита -мин «С», г/100 г	Крах -мал, %	Тяжелые металлы, мг/кг
РЬ	Cd
Контроль (без удобрений)	18,2	-	-	20,8	15,7	14,0	θ,ι	0,01
Вермикомпост (ВК), 15 т/га	26,3	8,1	44,5	22,5	17,9	13,5	не обн.	0,001
ВК, 20 т/га	30,0	11,8	64,8	23,0	17,4	12,9	не обн.	не обн.
Сероперлитсодержащий отход (СПО), 15 т/га	22,4	4,2	23,1	21,8	16,0	14,0	0,05	0,002
СПО 20 т/га	23,8	5,6	30,8	24,4	16,6	13,6	0,05	0,002
ВК(50%)+СПО (50%); 20 т/га	28,5	10,3	56,5	23,2	18,3	12,2	не обн.	не обн.
Бентонит, 20 т/га	25,2	7,0	38,4	22,1	17,5	14,1	0,03	не обн.
ВК(40%) + СПО (37,5%) + бентонит (22,5%); 20 т/га	36,2	18,0	98,8	23,9	23,1	15,5	не обн.	не обн.
Прототип	34,0	15,8	86,8	22,6	19,6	13,0	0,05	0,001

Прирост урожая картофеля при использовании мелиорант-удобрения в среднем составляет не менее 98,8%. Улучшаются и качественные показатели урожайной продукции, усиливается синтез ценных питательных веществ: крахмала, аскорбиновой кислоты. Продукция получается экологически чистая в отношении содержания тяжелых металлов и других вредных веществ.

Увеличение урожайности и улучшение вкусовых качеств наблюдалось и для других культур. Например, урожайность свеклы повысилась с 20,5 (контроль) до 28,8 т/га (мелиорант-удобрение); моркови с 25,0 до 30,4 т/га соответственно.

Таким образом, предлагаемое мелиорант-удобрение обладает расширенным спектром действия и обеспечивает как урожайность, так и детоксикацию почв.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Комплексное органоминеральное мелиорант-удобрение, включающее в качестве основы вермикомпост и сероперлитсодержащий отход сернокислотного производства, отличающееся тем, что дополнительно в состав включена бентонитовая глина при соотношении компонентов, мас.%: вермикомпост - 3545; сероперлитсодержащий отход сернокислотного производства - 30-45; бентонитовая глина - 20-25.

<5