PL247827B1

PL247827B1 - Sposób spowolniania rozkładu w glebie mocznika zawartego w nawozach azotowych, nawóz azotowy z inhibitorem ureazy spowolniającym rozkład mocznika oraz zastosowanie niejonowych cząstek srebra jako inhibitora ureazy spowalniającego rozkład mocznika

Info

Publication number: PL247827B1
Application number: PL445238A
Authority: PL
Inventors: Jarosław MAŁEK; Jarosław Małek; Paweł SIEJKO; Paweł Siejko; Andrzej TUL; Andrzej Tul; Marta Pawłowska; Beata RUTKOWSKA; Beata Rutkowska; Wiesław Szulc
Original assignee: Nano Tech Polska Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia Spolka Komandytowa
Priority date: 2023-06-15
Filing date: 2023-06-15
Publication date: 2025-09-08
Also published as: PL445238A1; EP4477637A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób spowolniania rozkładu w glebie mocznika zawartego w stosowanych do oddziaływania na rośliny nawozach azotowych, poprzez zastosowanie w procesie hydrolizy mocznika, zachodzącym w glebie inhibitora ureazy - enzymu katalizującego reakcję rozkładu mocznika zawartego w nawozie do amoniaku i dwutlenku węgla, który charakteryzuje się tym, że jako inhibitor ureazy stosuje się niejonowe cząstki srebra, otrzymane metodą fizyczną, bez zanieczyszczeń i o czystości powyżej 99,99%, w postaci cząstek o rozwiniętej powierzchni aktywnej, różnych wielkościach i liczbowym rozkładzie tych wielkości od 1 nm do 500 nm, przy czym cząstki srebra dozuje się do masy nawozu pod postacią koloidu zawierającego wymienione cząstki srebra w wodzie dejonizowanej, do uzyskania koncentracji w masie nawozu od 1 do 50 ppm. Zgłoszenie dotyczy także nawozu azotowego otrzymywanego omawianym wyżej sposobem oraz zastosowania niejonowych cząstek srebra, otrzymanych metodą fizyczną, bez zanieczyszczeń i o czystości powyżej 99,99%, w postaci cząstek o rozwiniętej powierzchni aktywnej, różnych wielkościach i liczbowym rozkładzie tych wielkości od 1 nm do 500 nm — do spowolniania i przedłużania stopniowego pobierania azotu przez rośliny.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób spowalniania rozkładu w glebie mocznika zawartego w nawozach azotowych, nawóz azotowy mocznikowy z inhibitorem ureazy spowalniającym rozkład mocznika w glebie, a także zastosowanie niejonowych cząstek srebra jako inhibitora ureazy spowalniającego rozkład mocznika w glebie. Rozwiązania według wynalazku przeznaczone są do stosowania w szczególności dla roślin zbożowych, w tym pszenicy, kukurydzy, rzepaku.

Azot jest najważniejszym składnikiem pokarmowym w odżywianiu roślin decydującym o wielkości i jakości plonu. Pierwiastek ten jest najbardziej plonotwórczym składnikiem pokarmowym, wpływa zarówno na biomasę jak i na plon nasion.

Azot dostarczany do gleby wraz z nawozami jest częściowo pobierany przez rośliny, częściowo przez mikroorganizmy obecne w glebie, a część tego pierwiastka jest wymywana przez wody opadowe. Straty azotu w wyniku wymywania zależą głównie od formy występowania tego pierwiastka w nawozie - najłatwiej wymywany jest azot azotanowy. Mocznik jest uniwersalnym nawozem azotowym, zawierającym azot w formie amidowej. W glebie mocznik przechodzi w formę amonową, a następnie azotanową. Z punktu widzenia poboru przez roślinę związków azotu istotne jest dopasowanie go do wymagań pokarmowych rośliny.

Po zaaplikowaniu nawozu mocznikowego do gleby, pod wpływem wilgoci i enzymu ureazy, w zasadzie od razu dochodzi do hydrolizy mocznika i uwalniania amoniaku do środowiska. Zjawisko to jest niekorzystne z punktu widzenia ochrony środowiska, ponieważ w krótkim czasie dochodzi do rozkładu mocznika, uwolnienia dużych ilości amoniaku, a następnie powstanie azotynów i azotanów, które niewykorzystane przez rośliny stanowią zagrożenie dla środowiska i wód. Przekłada się to na większe zużycie nawozów azotowych w rolnictwie, co ma również swoje konsekwencje ekonomiczne.

Z tego względu do nawozów mocznikowych dodaje się substancje inhibitujące enzymatyczny rozkład mocznika. Dzięki zastosowaniu inhibitora ureazy proces uwalniania amoniaku jest wolniejszy, a rośliny stopniowo pobierają związki azotu niezbędne do prawidłowego wzrostu.

Spowolniona hydroliza nawozów mocznikowych sprawia, że rośliny mają stały dostęp do azotu i pobierają go w takich ilościach, jakich potrzebują, co zapobiega przenawożeniu oraz niweluje ryzyko wypłukiwania azotanów do gleby.

Z publikacji [Klimczyk, M., Siczek, A., & Schimmelpfennig, L. (2021). Improving the efficiency of urea-based fertilization leading to reduction in ammonia emission. Science of the Total Environment, 771, 145483.] wiadomo, że inhibitory ureazy opóźniają hydrolizę mocznika w glebie i tym samym ograniczają wzrost pH gleby i stężenia amoniaku/jonu amonowego w pobliżu granulek nawozu, zmniejszając w ten sposób toksyczny wpływ wysokiego stężenia amoniaku na kiełkowanie nasion. Mechanizm rozkładu mocznika zachodzi w dwóch etapach. W pierwszym etapie, katalizowanym przez enzym ureazę powstaje związek kompleksowy zawierający kwas karbaminowy i amoniak. W drugim etapie kompleks ten ulega samorzutnemu rozpadowi do amoniaku i kwasu węglowego. Przykładem związków hamujących proces hydrolizy są: NBPT (triamid N-(n-butylo)tiofosforowy), NPPT (N-(n-propylo)tiofosforowy triamid) i ATS (tiosiarczan amonu). NBPT i NPPT są uważane za znacznie skuteczniejsze od ATS, bowiem opóźniają proces hydrolizy i w konsekwencji szczyt emisji amoniaku o około tydzień.

NBPT jest uważany za najskuteczniejszy spośród wielu inhibitorów, które spowalniają proces mikrobiologicznego rozkładu amoniaku. Mechanizm jego działania polega na blokowaniu centrum aktywnego ureazy poprzez tworzenie wiązania z atomami niklu i tlenu i zmniejszenia prawdopodobieństwa połączenia mocznika z atomem niklu. Po zastosowaniu NBPT działanie nawozu jest przedłużone o okres od 2 do 10 tygodni.

Na rynku dostępne są nawozy na bazie mocznika zawierające inhibitor ureazy N-(n-butyl triamid kwasu tiofosforowego (NBPT) np. UREAstabil oraz moNolith46®. Dostępne są również preparaty płynne z inhibitorem ureazy, np. Agrotain® - zawierający dwa aktywne składniki: NBPT (25%) i N-metylopirolidynę (10%). Innym przykładem jest Limus® Clear, który jest połączeniem działania dwóch substancji czynnych NBPT i NPPT (triamid kwasu N-(n-propylo) tiofosforowego), który zmniejsza straty azotu z nawozów na bazie mocznika. Przykładowo inhibitory ureazy na bazie związków triamidu tiofosforowego ujawnione są w dokumencie US 4 530 714, obejmującym triamid kwasu N-(n-butylo) tiofosforowego (NBPT).

Z kolei opis patentowy EP 2 885 261 przedstawia ulepszone układy rozpuszczalników do wytwarzania ciekłych preparatów ureazy lub inhibitorów nitryfikacji, w szczególności NBPT, zawierających etery alkilowe glikolu alkilenowego. W szczególności przedstawiona jest kompozycja, w której inhibitorem ureazy jest triamid fosforowy lub tiofosforowy, zaś rozpuszczalnik eteru alkilowego glikolu alkilenowego wybrany jest z grupy składającej się z eteru monobutylowego glikolu dietylenowego, eteru monometylowego glikolu dietylenowego, eteru dimetylowego glikolu dipropylenowego, eteru monobutylowego glikolu trietylenowego, eteru monometylowego glikolu tripropylenowego i eteru monobutylowego glikolu tetraetylenowego.

Standardowe inhibitory ureazy muszą być stosowane prawidłowo i we właściwym czasie, aby były skuteczne. Zastosowanie ich w niewłaściwy sposób lub w niewłaściwym czasie może zmniejszyć ich skuteczność lub zniweczyć korzyści płynące z ich stosowania, co jest pewnym ograniczeniem w stosowaniu. Standardowe inhibitory ureazy nie zawsze zapewniają stałe korzyści we wszystkich warunkach glebowych i środowiskowych. Ich skuteczność może się różnić w zależności od czynników, takich jak pH gleby, temperatura, wilgotność i zastosowany specyficzny inhibitor ureazy.

Wszystkie te czynniki uzasadniają poszukiwanie nowych środków stymulowania rozwoju roślin, co skierowało zainteresowanie na nowe materiały w postaci cząstek metali i nowe sposoby ich aplikowania.

Mehta, C. M., Srivastava, R., Arora, S., & Sharma, A. K. [(2016), Impact assessment of silver nanoparticles on plant growth and soil bacterial diversity. 3 Biotech, 6, 1-10] wykazali, że dolistne stosowanie cząstek metali pozytywnie wpływa na wzrost roślin. Najkorzystniejsze warunki wzrostu dla wspięgi zwyczajnej (Vigna sinensis, var. Pusa Koma) odnotowano po aplikacji do gleby cząstki dozowanej na poziomie 50 ppm. Aplikacja cząstek pozytywnie wpłynęła na wzrost korzeni roślin, ich masę, odnotowano również zwiększenie liczby brodawek korzeniowych. Dla kapustnych (Brassica juncea, var. Pusa Jai Kisan) odnotowano poprawę parametrów pędów przy dawce 75 ppm (średnica, długość, masa), podczas gdy nie wpływała ona w istotnie statystyczny sposób na parametry korzenia.

Z kolei Sillen, W. M., Thijs, S., Abbamondi, G. R., Janssen, J., Weyens, N., White, J. C., & Vangronsveld, J. [2015 , Effects of silver nanoparticles on soil microorganisms and maize biomass are linked in the rhizosphere. Soil Biology and Biochemistry, 91, 14-22.] stwierdzili, że po zastosowaniu cząstek srebra do gleby biomasa kukurydzy znacznie wzrosła. Odnotowano wzrost długości liści, wzrost biomasy korzeni i pędów.

Natomiast Sharma, P., Bhatt, D., Zaidi, M. G. H., Saradhi, P. P., Khanna, P. K., & Arora, S. [2012, Silver nanoparticle-mediated enhancement in growth and antioxidant status of Brassica juncea. Applied biochemistry and biotechnology, 167, 2225-2233] odnotowali pozytywny wpływy cząstek srebra na wzrost i status antyoksydacyjny 7-dniowych sadzonek Brassica juncea. Po aplikacji cząstek w porównaniu do próby kontrolnej odnotowano wzrost długości korzeni i wskaźnika wigoru traktowanych sadzonek odpowiednio o 326 i 133%. Zaobserwowano również wzrost świeżej biomasy i pędów, a także poprawę wydajności kwantowej fotosyntezy oraz wyższą zawartość chlorofilu w porównaniu z siewkami kontrolnymi. Ponadto odnotowano, że poziom dialdehydu malonowego i nadtlenku wodoru obniżył się w traktowanych sadzonkach. Wykazano również, że cząstka indukowała aktywność określonych enzymów przeciwutleniających, co skutkowało obniżeniem poziomu reaktywnych form tlenu. Spadek zawartości proliny potwierdził poprawę statusu antyoksydacyjnego traktowanych sadzonek. Stwierdzono, że obserwowane stymulujące działanie cząstek srebra zależne jest od dawki, przy czym dawkę 50 ppm uznaną za najkorzystniejszą z punktu widzenia symulacji wzrostu roślin.

Z kolei Iqbal, M., Raja, N. I., Mashwani, Z. U. R., Hussain, M., Ejaz, M., & Yasmeen, F. [2019, Effect of silver nanoparticles on growth of wheat under heat stress. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions A: Science, 43, 387-395] wykazali, że zastosowanie cząstek srebra może chronić pszenicę przed stresem cieplnym poprzez poprawę wzrostu morfologicznego. Chociaż cząstki srebra zwiększały wzrost morfologiczny we wszystkich testowanych kombinacjach (25, 50, 75 and 100 ppm), znaczące istotne statystycznie wyniki zaobserwowano przy 50 i 75 ppm. Podczas gdy w badaniach [Salama, H. M. (2012). Effects of silver nanoparticles in some crop plants, common bean (Phaseolus vulgaris L.) and com (Zea mays L.). Int Res J Biotechnol, 3(10), 190-197] odnotowano wzrost długość pędu i korzenia wraz ze wzrostem stężenia cząstek. Najlepsze wyniki uzyskano dla dawki na poziomie 60 ppm. Dla podanego stężenia w porównaniu do kontroli odnotowano wzrost długości pędu i korzenia odpowiednio o 19 i 21% dla fasoli (Phaseolus vulgaris L.) podczas gdy dla kukurydzy (Zea mays L.) wartości te kształtowały się na poziomie 12 i 18%. Z kolei świeża i sucha biomasa w porównaniu do próby kontrolnej wzrosła odpowiednio o 30 i 27% oraz 35 i 33% odpowiednio dla fasoli i kukurydzy. Dla obu testowanych roślin dla dawek do 60 ppm odnotowano wzrost powierzchni liści, chlorofilu, węglowodanów i zawartości białka. Powyżej rekomendowanej dawki dla wszystkich wskaźników odnotowano ich wyraźne obniżenie.

Z opisu patentowego EP 3 302 063 znany jest sposób pobudzania nasion roślin dwuliściennych, w którym nasiona moczy się w roztworze zawierającym nanocząstki metalu, a następnie suszy, charakteryzujący się tym, że nasiona moczy się w nanokoloidalnym roztworze metalu zawierającym niejonowe nanocząstki metalu wybranego spośród: srebra (Ag), złota (Au), miedzi (Cu) i platyny (Pt), otrzymanym metodą fizyczną, o stężeniu od 0,05 ppm do 50 ppm, do uzyskania 40-60% wag. zawartości wody, a następnie suszy się w temperaturze pokojowej do uzyskania 10-40% wag. zawartości wody. Stosuje się niejonowy nanokoloidalny roztwór metalu w wodzie dejonizowanej. Jako nasiona roślin dwuliściennych stosuje się nasiona roślin: ozimych oleistych odpornych na działanie chłodu, wysiewanych wczesną wiosną i wrażliwych w ograniczonym stopniu na działanie chłodu, długo kiełkujących nasion warzyw, w szczególności nasiona: rzepaku, buraka cukrowego, papryki, marchwi, pietruszki, selera.

Celem wynalazku jest wykorzystanie metali do stymulacji rozwoju roślin poprzez zastosowanie cząstek metali w nawozach azotowych w glebie, z wyeliminowaniem konieczności zasilania dolistnego, z jednoczesną minimalizacją ilości substancji czynnej wpływającej na wzrost roślin. Suplementacja powinna odbywać się jako proces rozłożony w czasie, z ograniczeniem agresywnego oddziaływania na środowisko naturalne.

Rozwiązaniem jest sposób spowalniania rozkładu mocznika, produkt w postaci nawozu azotowego mocznikowego oraz zastosowanie niejonowych cząstek srebra jako inhibitora ureazy.

Suplementacja według wynalazku prowadzona jest w glebie. Wykorzystuje się przy niej spowalnianie rozkładu mocznika zawartego w stosowanych do oddziaływania na rośliny nawozach azotowych, poprzez zastosowanie w procesie hydrolizy mocznika zachodzącym w glebie, inhibitora ureazy - enzymu katalizującego reakcję rozkładu mocznika zawartego w nawozie do amoniaku i dwutlenku węgla.

Istota sposobu spowalniania rozkładu w glebie mocznika zawartego w nawozach azotowych, według wynalazku polega na tym, że jako inhibitor ureazy stosuje się niejonowe cząstki srebra, otrzymane metodą fizyczną, bez zanieczyszczeń i o czystości powyżej 99,99%, w postaci cząstek o rozwiniętej powierzchni aktywnej, różnych wielkościach i liczbowym rozkładzie tych wielkości od 1 nm do 500 nm, przy czym cząstki srebra dozuje się do masy nawozu pod postacią koloidu zawierającego wymienione cząstki srebra w wodzie dejonizowanej, do uzyskania koncentracji w masie nawozu od 1 do 50 ppm. Oddziaływanie nawozem azotowym prowadzi się na rośliny wysiewane wiosną, można je wykorzystywać dla roślin zbożowych, w tym pszenicy, kukurydzy, rzepaku.

Istota nawozu mocznikowego z inhibitorem ureazy spowalniającym rozkład mocznika, według wynalazku polega na tym, że jako inhibitor ureazy zawiera niejonowe cząstki srebra, otrzymane metodą fizyczną, o czystości powyżej 99,99%, w postaci cząstek o rozwiniętej powierzchni aktywnej i liczbowym rozkładzie wielkości od 1 nm do 500 nm, wprowadzone pierwotnie w postaci koloidu zawierającego wymienione cząstki srebra w wodzie dejonizowanej, o koncentracji w masie nawozu od 1 ppm do 50 ppm.

Istotą wynalazku jest także zastosowanie niejonowych cząstek srebra jako inhibitora spowalniającego rozkład mocznika, otrzymanych metodą fizyczną, bez zanieczyszczeń i o czystości powyżej 99,99%, w postaci cząstek o rozwiniętej powierzchni aktywnej, różnych wielkościach i liczbowym rozkładzie tych wielkości od 1 nm do 500 nm, wprowadzanych do nawozu w postaci koloidu zawierającego wymienione cząstki srebra w wodzie dejonizowanej, o koncentracji w masie nawozu od 1 ppm do 50 ppm.

Jakkolwiek oddziaływanie srebra, w tym jego cząstek na rośliny jest znane, to nieoczekiwanie okazało się, że dopiero zastosowanie niejonowych cząstek otrzymanych metodą fizyczną i bez domieszek - o czystości co najmniej 99,99%,a także w postaci z rozwiniętą powierzchnią aktywną - umożliwia zastosowanie takich cząstek srebra jako inhibitora ureazy, z wyeliminowaniem inhibitorów ureazy w postaci związków chemicznych.

Wykorzystanie omawianych cząstek srebra prowadzi do spowalniania i przedłużania stopniowego pobierania azotu przez rośliny. Dodatkowo możliwe jest uzyskanie synergicznego oddziaływania takich cząstek srebra jako stymulatora wzrostu roślin.

Oprócz samej inhibicji ureazy opisany sposób i produkt według wynalazku wykazuje jeszcze inne właściwości opisane poniżej przy wynikach badań.

Proponowana według wynalazku dawka cząstek koloidalnych jest znacznie niższa niż powszechnie stosowana w przypadku innych inhibitorów ureazy. Przykładowo, dla NBPT zawartość substancji czynnej waha się w przedziale od 0,09 do 0,2% (w/w), a dla NPT zawarta jest w zakresie od 0,04 do

0,15% (w/w). Z kolei w przypadku tiosiarczanu amonu (ATS, (NH4)2S2O3), obecnie stosowanego do suplementacji gleb azotem i siarką stosowane dawki do inhibicji ureazy są znacznie wyższe i wahają się w zakresie od 2500 do 5000 mg/kg gleby.

Poza tym, zgodnie z danymi zawartymi w publikacji [Byrne, M. P., Tobin, J. T., Forrestal, P. J., Danaher, M., Nkwonta, C. G., Richards, K., ... & O’Callaghan, T. F. (2020). Urease and nitrification inhibitors-As mitigation tools for greenhouse gas emissions in sustainable dairy systems: a review. Sustainability, 12(15)], 6018, okres półtrwania (DT50) dla NBPT (najczęściej stosowanego inhibitora ureazy), a tym samym okres inhibicji enzymu silnie uzależniony jest od pH matrycy. Przy pH 3 wynosi on 58 minut, dla pH=7 kształtuje się na poziomie 92 d, a dla pH=11 jest równy 16 d.

Jednocześnie opisany sposób i produkt według wynalazku, przy zastosowaniu wskazanej postaci, ilości i koncentracji niejonowych cząstek srebra nie powoduje zachwiania równowagi biologicznej w ekosferze.

Przedstawiony zgodnie z wynalazkiem sposób spowalniania rozkładu w glebie mocznika zawartego w nawozie azotowym oraz przedstawiony zgodnie z wynalazkiem nawóz mocznikowy z inhibitorem ureazy spowalniającym rozkład mocznika jest opisany poniżej w przykładach.

Charakterystyki cząstek i wyniki ich badań oraz zawartość frakcji azotu w próbkach gleb obrazują wykresy, zawarte na rysunkach:

FIG. 1 - wykres - charakterystyka cząstek, w szczególności ich wielkości i rozkład, z wykorzystaniem metody spektrometrycznej i przyrządu ΝΑΝΟΡΗΟΧ, dla niejonowych cząstek srebra o nazwie handlowej aXonnite®;

FIG. 2 - wykres - zawartość frakcji azotu mineralnego w próbkach gleb - rzepak, BR_P - bez roślin początek, BR_K - bez roślin koniec;

FIG. 3 - wykres - zawartość frakcji azotu mineralnego w próbkach gleb - kukurydza, BR_P - bez roślin początek, BR_K - bez roślin koniec;

FIG. 4 - wykres - zawartość frakcji azotu mineralnego w próbkach gleb - pszenica BR_P - bez roślin początek, BR_K - bez roślin koniec;

FIG. 5 - wykres - zawartość frakcji azotu mineralnego w próbkach gleb - jęczmień; BR_P - bez roślin początek, BR_K - bez roślin koniec;

FIG. 6 - wykres - wyniki czynnikowej analizy wariancji dla azotu amonowego

K - gleba bez suplementacji nawozami; M - gleba z dodatkiem mocznika; M1 - gleba z dodatkiem mocznika i niejonowych cząstek srebra - 1 ppm; M5 - gleba z dodatkiem mocznika i niejonowych cząstek srebra - 5 ppm; M10 - gleba z dodatkiem mocznika i niejonowych cząstek srebra - 10 ppm; M50 - gleba z dodatkiem mocznika i niejonowych cząstek srebra - 50 ppm;

FIG. 7 - wykres - wyniki czynnikowej analizy wariancji dla azotu azotynowego

K - gleba bez suplementacji nawozami; M - gleba z dodatkiem mocznika; M1 - gleba z dodatkiem mocznika i niejonowych cząstek srebra - 1 ppm; M5 - gleba z dodatkiem mocznika i niejonowych cząstek srebra - 5 ppm; M10 - gleba z dodatkiem mocznika i niejonowych cząstek srebra - 10 ppm; M50 - gleba z dodatkiem mocznika i niejonowych cząstek srebra - 50 ppm

FIG. 8 - wykres 8 przedstawia stężenie azotu amonowego po zakończeniu rozkładu mocznika katalizowanego ureazą.

Ilekroć w tekście mowa jest o niejonowych cząstkach srebra - dotyczy to niejonowych cząstek srebra, otrzymanych metodą fizyczną, bez zanieczyszczeń i o czystości powyżej 99,99%, w postaci cząstek o rozwiniętej powierzchni aktywnej, różnych wielkościach i liczbowym rozkładzie tych wielkości od 1 nm do 500 nm.

Wykorzystywana do otrzymywania takiej postaci srebra może być dowolna metoda fizyczna, korzystnie może to być metoda Brediga polegająca na rozdrobnieniu metalu w łuku elektrycznym. Uzyskana niejonowa forma koloidu srebra nie wymaga stabilizacji, w przeciwieństwie do formy jonowej.

Charakterystyka tych cząstek, w szczególności ich wielkości i rozkład, przedstawiona jest na wykresie - fig. 1, z wykorzystaniem metody spektrometrycznej i przyrządu ΝΑΝΟΡΗΟΧ. Jest to detektor DLS, urządzenie do pomiaru wielkości cząstek. Dynamiczne rozpraszanie światła (DLS - Dynamie Light Scattering) to metoda pomiaru wielkości nanocząstek zdyspergowanych w cieczy. W metodzie tej dyspersja nanocząstek jest oświetlana promieniem lasera. Światło lasera ulega rozproszeniu i jest zbierane przez detektor. Badanie dotyczy niejonowych cząstek srebra o nazwie handlowej aXonnite®.

Przykład 1 - przygotowanie nawozu

Do przygotowania 100 g nawozu o stężeniu 1 ppm użyto 1 mL roztworu niejonowych cząstek srebra o stężeniu 100 mg/L oraz 100 g mocznika granulowanego (cz. d. a). Do wytworzenia nawozu zastosowano metodę dyfuzyjną z penetracją do 50% (określaną w przekroju ziaren mocznika). W celu przygotowania nawozu, do kolby okrągłodennej dwuszyjnej ze szlifem wprowadzono granulowany mocznik, następnie kolbę z naważką zamocowano w wyparce rotacyjnej ROTAVAPOR R-215 firmy Buchi, po czym uruchomiono urządzenie, tak aby naczynie obracało się z prędkością 5-15 obr/min. Następnie na obracające się granule nanoszono nebulizatorem roztwór cząstek srebra, przy czym prędkość przepływu powietrza wynosiła w nim 2 ml/min. Procedurę przeprowadzono czterokrotnie. Po tym czasie naczynie z zawartością poddano suszeniu w temperaturze 20-25°C strumieniem powietrza o przepływie 2,5 L/min aż do uzyskania granul o zawartości wody kształtującym się na poziomie 99,9%.

Przykład 2 - przygotowanie nawozu

Do przygotowania 100 g nawozu o stężeniu 50 ppm użyto 50 mL roztworu niejonowych cząstek srebra o stężeniu 100 mg/L oraz 100 g mocznika granulowanego (cz. d. a). Do wytworzenia nawozu zastosowano metodę dyfuzyjną z penetracją do 50% (określaną w przekroju ziaren mocznika). W celu przygotowania nawozu, do kolby okrągłodennej dwuszyjnej ze szlifem wprowadzono granulowany mocznik, następnie kolbę z naważką zamocowano w wyparce rotacyjnej ROTAVAPOR R-215 firmy Buchi, po czym uruchomiono urządzenie, tak aby naczynie obracało się z prędkością 5-15 obr/min. Następnie na obracające się granule nanoszono nebulizatorem roztwór cząstek srebra, przy czym prędkość przepływu powietrza wynosiła w nim 2 ml/min. Procedurę przeprowadzono czterokrotnie. Po tym czasie naczynie z zawartością poddano suszeniu w temperaturze 20-25°C strumieniem powietrza o przepływie 2,5 L/min aż do uzyskania granul o zawartości wody kształtującym się na poziomie 99,9%.

Tak wytworzony nawóz aplikowano roślinom zgodnie z poniższymi przykładami.

Przykład 3 - zadawanie nawozu roślinom

Zawartość frakcji azotu mineralnego w próbkach gleb w zależności od gatunku rośliny przedstawiono na wykresach, fig. 2-5. Na wspomnianych wykresach zamieszczono również stężenie poszczególnych frakcji azotu mineralnego dla prób bez roślin na początku i na końcu doświadczenia wazonowego. Dla próby kontrolnej bez roślin, nawożenie badanym nawozem w porównaniu do mocznika dało na koniec doświadczenia niższe wartości sumy azotu nieorganicznego niż dla wszystkich testowanych nawozów z dodatkiem niejonowych cząstek srebra. Analogiczny trend odnotowano dla kukurydzy, wykres fig. 3. Z kolei dla pozostałych roślin na ogół dla nawozu z dodatkiem niejonowych cząstek srebra na poziomie 50 ppm odnotowywano najwyższą całkowitą zawartość azotu mineralnego, wykres fig. 2, 4, 5, która i tak jak zaznaczono na początku akapitu była niższa niż dla próby bez roślin na koniec doświadczenia.

Stężenia poszczególnych frakcji azotu mineralnego były przedmiotem analizy statystycznej. Zawartość azotu amonowego dla prób z roślinami na koniec doświadczenia oscylowała w zakresie 0,002- 0,006 mg/kg. Wartości te, w porównaniu z samym mocznikiem, były wyższe dla wszystkich dodatków badanego nawozu z wyjątkiem dawki M50. Zawartość azotu amonowego dla prób bez roślin na koniec doświadczenia oscylowała w zakresie 4,52-4,93 mg/kg. W badaniu odnotowano wysokie wartości dla azotu amonowego w próbie bez roślin. Dla nawozów M1 i M5 zawartość azotu amonowego jest wyższa niż dla samego mocznika, co świadczy o spowolnieniu procesu przekształcania azotu organicznego do amonowego przy zastosowanym nawożeniu. Dla prób M10 i M50 wyniki te są nieco niższe w porównaniu do próby kontrolnej z samym mocznikiem. W tabeli 1 zestawiono stężenie azotu amonowego w glebach po zakończeniu eksperymentu. Wykonana czynnikowa analiza wariancji wykazała, że jedynie rodzaj rośliny w istotnie statystyczny sposób wpływał na wartość omawianego wskaźnika, wykres fig. 6, co potwierdziła również jednoczynnikowa analiza wariancji przeprowadzona dla wszystkich kombinacji (tabela 2).

PL 247827 Β1

Tabela 1. Zawartość azotu amonowego (N-NH4⁺) w glebach [mg/kg]

Roślina

	Rzepak	Kukurydza ' ’	Jęczmień ί	Pszenica	Gleba bez roślin
	średnia	.....SD	średnia i SD i	średnia	SD'	Średnia	SD	średnia	SD
K	0,0047'	0,0002	0,0047 i 0,0002 ;	0,0051	0,0001 i	0,0049	0,0001’	4,5172	0,3976
M	0,0019	0,0002	0,0041 . 0,00()()	0/ΧΜ6	0,0004	0.0059	θ'θθθ2~	4,9108	0.3711
Ali	0,00'33'	0,0000	' 0,0048 ! 0,0000 ;	0,0052	0,0002	0,0052	0,0002	4,9295'	0,1856
A15	0,()031	0,0001	0,0052 0.0002 '	0,0049	0,0000 .	0,0052	0,0001	4,9295	0,2916
A110	0,0031	0.0002	0,0050 0,0003 ,	0.0049	0,0001	0,0055	0,0000	4,9108	0,1590
M50	0,0017	0.000 i	0,0042 0.0002	0.0045	0,0002	0,0055	0,0001	4,8920	0.4506

Tabela 2. Wyniki jednoczynnikowej analizy wariancji dla azotu amonowego [mg/kg]

Kombinacja	F p
Bez roślin	0,741 *0,607111
Pszenica	23,13 0,000009
Jęczmień	4.146 i 0,020263
Kukurydza	19,45 0.000022

Rzepak .14^,34^' ’ 0,000000

Zawartość azotu azotanowego dla prób bez roślin na koniec doświadczenia oscylowała w zakresie 0,05-0,08 mg/kg (tabela 3). Analogicznie jak dla azotu azotanowego również dla azotu azotynowego odnotowano istotnie statystyczny wpływ na jego wartość takich zmiennych jak roślina, sposób nawożenia jak i interakcja pomiędzy nimi (wykres fig. 7).

Tabela 3. Zawartość azotu azotanowego (N-NO3) w glebach [mg/kg] < Roślina

Rzepak । Kukurydza Jęczmień ; Pszenica j Gleba bez roślin

	' r f ' i Średnia i SD i średnia	SD	średnia 1 SD	średnia	SD i średnia	SD
K	20,00 2,12 j 20,00	1,41	10,50 0,71	9,00	1,41 ' 26,00	1,41 '
M	26,40 ' 0,57 163.50	3,54	81,50 ; 2,12	61,00	1,41 182,50	4,95
Ml	21,95 2,19 ; 128.00	4,24	76,50 2,12	62,50	2,12 119,50	2,12
AI5	26,15’ i 4,74 ' 162.00	1,41'	72,50 I 3,54	~75^50	2,12 129,00	'2,83
M10	43,20 l 2,55 126,00	2,83 '	89,00 ; 1,41	72,00	2,83 'i 136,00	4,24
M50	40,00 1,41 138.00*	1,4 i	110,50 ' 3,54	' 73,00	2,83 '105,50	3,54 '

J_____________________J.____________J.............................__L

Dla wszystkich testowanych kombinacji jednoczynnikowa analiza wariancji wykazała istotne statystyczne różnice pomiędzy próbami (tabele 4-9). Dla kombinacji bez roślin (tabela 5) oraz kukurydzy

PL 247827 Β1 (tabela 8) najwyższe stężenie azotu azotanowego odnotowano dla prób nawożonych samym mocznikiem. Z kolei dla jęczmienia (tabela 7) oraz rzepaku (tabela 9) wyższe wartości azotu azotynowego w porównaniu do mocznika odnotowano dla nawozów z dodatkiem niejonowych cząstek srebra powyżej 5 ppm. Natomiast dla pszenicy (tabela 6) obserwowane były one dla nawozów z dodatkiem niejonowych cząstek srebra powyżej 1 ppm, przy czy dla M5, M10 oraz M50 nie odnotowano istotnie statystycznych różnic.

Tabela 4. Wyniki jednoczynnikowej analizy wariancji dla azotu azotanowego [mg/kg]

Kombinacja	F	P
Bez roślin	: 684,40	0,000000
Pszenica	' 391,45	i 0.000000
Jęczmień	^! 557,48	0,000000
Kukurydza	' 1 134,95	i 0,0()0()()()
Rzepak	• 41,366	0,000000

Tabela 5. Post-hoc dla azotu azotynowego - bez roślin [mg/kg]

Próbka	średnia a	b	c	d e
. ^K ;.·	i i **** J··!’ -1^:· · Ja’· 1 ·.= A	.A .
M50	105,5000	♦ił*		1
Ml	119,5000 1			1.1·· i
M5 M10 M	129,0000 136,0000 182,5000		A-l	' P ’ 'A·' ^! 1 ΨΨ**

Tabela 6. Post-hoc dla azotu azotynowego - pszenica [mg/kg]

Próbka	średnia	a b	c
K	9,00000
M	61,00000
Ml	62,50000	'···?.
M10	72,00000		>Js >{< «
M50	73,00000
M5	75,50000

..............i.....................................i.........................................

PL 247827 Β1

Tabela 7. Post-hoc dla azotu azotynowego-jęczmień [mg/kg] Próbka średnia a b c d e K : 10,5000 0 ^! l· M5 | 72,5000 **** 1 mi -.i 76,5000 < >;:>***:| ; .-3·. Μ 1 81,5000 1 i **** M10 i 89,0000..... : , ' ****’’ M50 ΪΊ 1(),5()00 ~ ”ί i Γ**** Tabela 8. Post-hoc dla azotu azotynowego - kukurydza [mg/kg] Próbka średnia a b c d K 20,0000 : **** i M10 126,0000 Ml 128,0000 **** ' i M50 i 138,()00() 1 1 1 **** 1 M5 162,0000: : **** M i 163.5000 i i 1 i **** Tabela 9. Post-hoc dla azotu azotynowego - rzepak [mg/kg] Próbka średnia a b ” K 20,00000 VII 1 21 95000 Γ M5 26.15000 M _f 26,40000 : **** 1 1 : M50 -10.00000 **** M10 1 43,20000 1 1 ****

Przykład 4 - badanie rozkładu mocznika

Wpływ niejonowych cząstek srebra na rozkład mocznika katalizowanego ureazą, badany zmianami stężenia azotu amonowego, oznaczono w roztworach modelowych mocznika (0,72 M), do których wprowadzono komercyjnie dostępny enzym. Wcześniej dzięki dodatkowi EDTA oraz buforu fosforanowego zapewniono optymalne warunki do przeprowadzenia reakcji enzymatycznej. Po 45 minutowej inkubacji zatrzymano reakcję enzymatyczną, a stężenie azotu amonowego oznaczono spektrofotometrycznie metodą fenolowo-podchlorynową.

W wymienionej wyżej metodzie amoniak powstający w procesie hydrolizy mocznika wchodzi w reakcję z podchlorynem sodu tworząc chloraminę, która w obecności tlenu przekształca się w pchinonochloriminę, która z kolei ulega utlenieniu z fenolem do barwnika indofenolowego o barwie niebieskiej (wykres/wzór 7). Natężenie barwy niebieskiej jest proporcjonalne do zawartości amoniaku w próbce.

PL 247827 Β1

Bazując na wynikach dwóch eksperymentów, wykonano ocenę wpływu niejonowych cząstek srebra na rozkład mocznika katalizowanego ureazą (wykres fig. 8). W pierwszym doświadczeniu, roztwory modelowe mocznika sporządzono z nawozów otrzymanych w pierwszym etapie badań. Natomiast w drugim eksperymencie do mocznika dodano odpowiednie stężenie niejonowych cząstek srebra tak, aby ich stężenie w modelowym roztworze mocznika było analogiczne ja w kompatybilnym nawozie.

W pierwszym eksperymencie, przy stężeniu niejonowych cząstek srebra na poziomie 1 ppm i 5 ppm odnotowano inhibicję ureazy. W porównaniu do mocznika stężenie azotu amonowego dla nawozu z dodatkiem 1 ppm niejonowych cząstek srebra było niższe o 16%.

Schemat reakcji barwnej przedstawiono poniżej:

+ NaOCI

NH₂CI chloramina

p-chinonochłorimina

barwnik indofenolowy

W drugim eksperymencie stężenie azotu amonowego malało wraz ze wzrostem dodatku niejonowych cząstek srebra do modelowego roztworu mocznika. Jednakjedynie dla próbki z dodatkiem niejonowych cząstek srebra na poziomie 50 ppm odnotowano inhibicję ureazy. W pozostałych przypadkach po zakończeniu reakcji enzymatycznej stężenie azotu amonowego było wyższe niż dla samego mocznika.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób spowalniania rozkładu w glebie mocznika zawartego w nawozach azotowych, stosowanych do oddziaływania na rośliny, poprzez wykorzystanie w procesie hydrolizy mocznika zachodzącym w glebie, inhibitora ureazy - enzymu katalizującego reakcję rozkładu mocznika zawartego w nawozie do amoniaku i dwutlenku węgla, znamienny tym, że jako inhibitor ureazy stosuje się niejonowe cząstki srebra, otrzymane metodą fizyczną, bez zanieczyszczeń i o czystości powyżej 99,99%, w postaci cząstek o rozwiniętej powierzchni aktywnej, różnych wielkościach i liczbowym rozkładzie tych wielkości od 1 nm do 500 nm, przy czym cząstki srebra dozuje się do masy nawozu pod postacią koloidu zawierającego wymienione cząstki srebra w wodzie dejonizowanej, do uzyskania koncentracji w masie nawozu od 1 do 50 ppm.
2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że oddziaływanie nawozem azotowym prowadzi się na rośliny wysiewane wiosną.
3. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że oddziaływanie nawozem azotowym prowadzi się na rośliny zbożowe, w tym pszenicę, kukurydzę, rzepak.
4. Nawóz azotowy mocznikowy z inhibitorem ureazy spowalniającym rozkład mocznika, mający postać granul mocznika zawierających inhibitor ureazy, znamienny tym, że jako inhibitor ureazy zawiera niejonowe cząstki srebra, otrzymane metodą fizyczną, o czystości powyżej 99,99%, w postaci cząstek o rozwiniętej powierzchni aktywnej i liczbowym rozkładzie wielkości od 1 nm do 500 nm, wprowadzone do granul mocznika w postaci koloidu zawierającego wymienione cząstki srebra w wodzie dejonizowanej, o koncentracji w masie nawozu od 1 ppm do 50 ppm.
5. Zastosowanie niejonowych cząstek srebra, otrzymanych metodą fizyczną, bez zanieczyszczeń i o czystości powyżej 99,99%, w postaci cząstek o rozwiniętej powierzchni aktywnej,

PL 247827 Β1 różnych wielkościach i liczbowym rozkładzie tych wielkości od 1 nm do 500 nm, wprowadzanych do nawozu w postaci koloidu zawierającego wymienione cząstki srebra w wodzie dejonizowanej, o koncentracji w masie nawozu od 1 ppm do 50 ppm, jako inhibitora ureazy spowalniającego rozkład mocznika zawartego w nawozie azotowym - do spowalniania i przedłużania stopniowego pobierania azotu przez rośliny.