RU2805874C1 - Комплексное удобрение на основе диатомита и цеолита - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области растениеводства, а именно к производству комплексного удобрения на основе диатомита и цеолита с повышенным содержанием биоактивного кремния и с функциями почвоулучшителя, биостимулятора, биофунгицида и активизации почвенных ионообменных и каталитических процессов. Комплексное удобрение на основе диатомита и цеолита включает обожженную диатомитовую крошку с размером частиц 1,0-5,0 мм, цеолитовую крошку с размером частиц 1,0-5,0 мм, гранулированный куриный помет с размером гранул: длина 8,0-10,0 мм, ширина 5,0-7,0 мм; гранулированную древесную золу с диаметром гранул 1,0-3,0 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%: обожженная диатомитовая крошка 30, цеолитовая крошка 30, гранулированный куриный помет 30, гранулированная древесная зола 10. Технический результат заключается в объединении полезных физических, химических и технологических свойств разных видов соединений кремния, содержащегося в диатомите и цеолите, а также в дополнении состава удобрения макро- и микроэлементами, содержащимися в гранулированных курином помете и древесной золе. 7 табл.

Description

Изобретение относится к области растениеводства, а именно к производству комплексного микроэлементного удобрения на основе диатомита и цеолита с повышенным содержанием биоактивного кремния.

В настоявшее время земледелие и растениеводство ориентированы на ускорение роста и развития растений полевых, садовых и овощных культур и увеличение их продуктивности за счет применения органических и натуральных микроэлементных удобрений, микробиологических и био- препаратов, получаемых на основе утилизации и/или переработки органических отходов и сырья и природных минералов, что способствует также декарбонизации российского АПК.

Для получения органической растениеводческой продукции, восстановления плодородия почвы и сокращения углеродного следа в агротехнологиях особенно важным является использование инновационных многокомпонентных органических и натуральных микроэлементных удобрений, которые по агрономической и экономической эффективности не уступают основным синтетическим минеральным удобрениям, и при этом обеспечивают поступление в почву макро - и микроэлементов, полезных микроорганизмов, гуминовых и других активных биохимических веществ.

Известно комплексное удобрение на базе активированных дегидратированных природных цеолитов, характеризуется тем, что оно содержит смесь растворов гуминовых, фульвовых кислот и аминокислот в порах цеолита в количестве, не превышающем 1000 г на 1 тонну цеолита, а также раствор смеси азотного, фосфорного и калийного удобрения в порах цеолита в количестве не более 20 кг на 1 тонну цеолита (Патент РФ №2687362 Удобрение комплексное на базе активированных (дегидратированных) природных цеолитов, опубл. 13.05.2019 Бюл. №14).

Недостатками предлагаемого комплексного удобрения являются отсутствие полного спектра микроэлементов, невысокое содержание микроэлементов, а также применение минеральных удобрений. То есть, данное комплексное удобрение не является натуральным и микроэлементным.

Известно органо - минеральное удобрение, включающее птичий помет, воду и цеолитсодержащий туф, содержащий более 50% по массе клиноптилолита, при следующем соотношении ингредиентов, по массе, %: птичий помет - 70-80; цеолитсодержащий туф - 10-20; вода - остальное (Патент РФ №2382753 Органо-минеральное удобрение и способ его получения, опубл. 27.02.2010 Бюл. №6). Недостатки данного вида удобрения: 1) низкое содержание биоактивного кремния; 2) низкое содержание микроэлементов; 3) удобрение не является почвоулучшителем и биофунгицидом; 4) удобрение не является микроэлементным; 5) птичий помет смешивается с туфом в сыром некомпостированном виде, что не гарантирует уничтожение паразитов, семян сорняков и патогенной микрофлоры в птичьем помете.

Известно комплексное микроудобрение, которое имеет в своем составе борную кислоту, аммоний молибденовокислый и метасиликат калия или натрия, причем дополнительно содержит в качестве органической компоненты, выполняющей функции комплексообразователя - фуллеренол, полученный прямым каталитическим окислением фуллерена C₆₀ щелочью, состава C₆₀(OH)_n1O_n2, где nl+n2=12÷34, а также кальций азотнокислый четырехводный, калий азотнокислый, калий хлористый, калий фосфорнокислый однозамещенный, магний сернокислый семиводный. Все компоненты взяты при определенном соотношении (Патент РФ №2541405 Комплексное микроудобрение и способ его получения, опубл. 10.02.2015 Бюл. №4). Недостатки данного удобрения: 1) микроэлементы содержатся в виде минеральных солей; 2) в составе есть хлориды; 3) отсутствует биоактивный кремний; 4) удобрение не является почвоулучшителем и биофунгицидом; 5) удобрение имеет кислую рН; 6) удобрение - не пролонгированного действия.

Наиболее близким предлагаемому изобретению является органоминеральное удобрение, включающее куриный помет и адсорбент в массовом соотношении по сухому веществу 1:4, при этом в качестве адсорбента используют обожженную пенодиатомитовую крошку (Патент РФ №2333184 Состав для производства органо-минерального удобрения длительного действия, опубл. 10.09.2008 Бюл. №25).

Основным недостатком данного удобрения является необходимость внесения его в значительных дозах (диатомит - 3-8 т/га и куриный помет - 1,6-2,0 т/га), из-за низкого содержания основных питательных элементов, что значительно повышает технологическую сложность и экономические затраты на внесение.

Технический результат предлагаемого комплексного удобрения заключается в объединении полезных физических, химических и технологических свойств разных видов соединений кремния, содержащегося в диатомите и цеолите, а также в дополнении состава удобрения макро- и микроэлементами, содержащимися в гранулированных курином помете и древесной золе.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что комплексное удобрение на основе диатомита и цеолита включает обожженную диатомитовую крошку с размером частиц 1,0-5,0 мм, цеолитовую крошку с размером частиц 1,0-5,0 мм, гранулированный куриный помет с размером гранул: длина 8,0-10,0 мм, ширина 5,0-7,0 мм; гранулированную древесную золу с диаметром гранул 1,0-3,0 мм, при следующем соотношении компонентов по массе, %:

- диатомит - 30;

- цеолит - 30;

- куриный помет - 30;

- зола древесная - 10.

Диатомит - природное сырье биогенного происхождения - опал - кристобалитовая осадочная порода, практически полностью сложенная створками диатомовых водорослей, которые представляют собой микроскопические растения с внешним опаловым скелетом, и мелкими округлыми зернами кремнезема. Панцири диатомовых водорослей представляют собой полые внутри микроскопические опаловые тельца. Количество цельных панцирей диатомовых водорослей колеблется в различных сортах диатомита в широких пределах - от 1,17 до 30 млн. шт. в 1 см³, что создает высокую пористость диатомитов (до 90-95%, в среднем - 80%), размер пор от 1 до сотен нм.

Цеолит - природное сырье вулканического происхождения - сложен, в основном, каркасными алюмосиликатами щелочных и щелочноземельных металлов. Пористая открытая микроструктура цеолита предопределяет уникальные полезные свойства: высокие ионообменная, адсорбционная и каталитические способности. В процессах адсорбции и ионного обмена цеолит способен к избирательному поглощению одних ионов или молекул перед другими, то есть работает как «молекулярные сита».

В таблице 1 представлен химический состав высококремнистых природных пород диатомита и цеолита.

Таблица 1 Химический состав высококремнистых пород, % на абсолютно-сухое вещество (в числителе пределы колебаний, в знаменателе - среднее значение)
Элемент	Диатомит	Цеолит
SiО2общ.	80,40-85,30 83,10	54,11-58,38 56,60
SiО2аморф.	18,70-59,53 42,1	4,31-51,28 26,71
СаО	0,43-1,94 0,52	12,60-14,95 13,31
Fe2O3	2,09-3,60 2,47	1,81-3,16 2,34
MgO	0,30-1,07 0,48	1,77-2,00 1,90
К2О	0,08-2,01 1,25	1,16-1,90 1,25
Р2О5	0,05	0,08-0,49 0,23

В таблице 2 представлены физико-химические показатели высококремнистых природных пород диатомита и цеолита.

Таким образом, диатомит содержит больше кремния, в том числе в доступной для растений форме, и имеет значительно большую пористость, тогда как в цеолите соединения кремния обладают большей ионообменной и каталитической способностями, и работают как «молекулярные сита» за счет микропористой структуры минерала. В результате диатомит обогащает почву доступным кремнием, а цеолит активизирует ионообменные и каталитические биохимические реакции в почве, что способствует активизации ее микробиологической активности и процессов гумусообразования, а также повышает доступность макро - и микроэлементов, содержащихся в почве. Кроме того, цеолит имеет большее содержание таких элементов питания как кальций, магний и фосфор.

Таблица 2 Физико - химические показатели высококремнистых пород
Порода	Породообразующие минералы	Ионообменная способность, г-экв/кг	Удельная поверхность, м2/кг⋅103	Пористость, %	Эффективный диаметр пор, нм
Цеолит	клиноптилолит, морденит, филлипсит, шабазит	0,5-1,5	47-95	20-53	0,3-0,6
Диатомит	опал, опал-кристобалит	0,8-0,12	20-50	до 75	до 100 и более

Куриный помет и древесная зола обогащают комплексное удобрение макро - и микроэлементами (таблица 3).

Таблица 3 Агрохимический состав комплексного микроэлементного удобрения
Микроэлементное удобрение	«Диатомит (30%) + Цеолит (30%) + Куриный помет (30%) + Зола древесная (10%)» (сокращенно - «ДЦКпЗ»)
Состав	Диатомит, обожженный	Цеолит	Куриный помет, гранул.	Зола древесн., гранул.	Итого, агрохимический состав
1 рН	6,5 - 7,5	7,0 - 8,0	7,0 - 7,50	6,5-7,0	6,75 - 7,5
2. Общий азот, % на абс. сух. в-во	-	-	4,30	-	1,29
3. Общий фосфор, %	0,05	0,23	1,75	3,42	2,44
4. Общий калий, %	1,25	1,82	3,58	3,47	2,35
5. Кальций, %	0,52	13,3	2,05	34,68	8,24
6. Магний, %	0,48	1,90	1,78	6,39	1,88
7. Сера, %	-	-	-	1,35	0,14
8. Кремний, %	83,1	56,6	-	16,43	43,62
Массовая доля подвижных форм микроэлементов, мг/кг
9. Железо, г/кг	-	2,34%	4,56	8,44	2,21
10. Медь	-	-	142,0	76,56	50,26
11. Цинк	-	-	425,5	1576	285,25
12. Марганец	-	-	-	4915	491,5
13. Бор	-	-	-	227	22,70
14. Молибден	-	-	-	1,32	0,13
15. Кобальт	-	-	-	5,58	0,56

Куриный помет гранулированный производится из компоста куриного помета, гранулированного на промышленном грануляторе при температуре 80°С в течение 2-3 секунд, что позволяет полностью очистить гранулы от семян сорняков, паразитов и патогенной микрофлоры.

Зола древесная гранулированная производится методом окатывания частиц, при одновременной подаче порошкового и жидкого компонентов и дальнейшей сушке гранул. В качестве частиц гранулообразования используют отсев древесной золы с размером частиц до 1,5 мм; окатывание происходит в тарельчатом грануляторе, жидким компонентом служит вода, а порошкообразным - сухая древесная зола.

В совокупности данное удобрение обладает функциями почвоулучшителя, биостимулятора, микроудобрения и активизации почвенных ионообменных и каталитических процессов.

Отличие заявленного комплексного микроэлементного удобрения от других микроэлементных удобрений:

- удобрение - многофункциональное - с функциями почвоулучшителя, биостимулятора, биофунгицида и активизации почвенных ионообменных и каталитических процессов;

- удобрение - пролонгированного действия, за счет пористой структуры диатомита (до 75 % пор от общего объема частицы) и цеолита (до 53%);

- удобрение содержит макро-, мезо- и микроэлементы, а также биологически активный кремний (до 56% и выше состава цеолита);

- удобрение с повышенным содержанием микроэлементов в органической, а не хелатной форме;

- удобрение с повышенным содержанием калия, фосфора, кальция, магния и кремния;

- диатомит и цеолит выступают как почворазрыхлители за счет своих особых технологических свойств (например, объемная масса диатомита - 500-650 кг/м³; сорбция воды - до 120% собственного веса);

- удобрение обладает обеззараживающим воздействием на почву из-за слабощелочной реакции рН и высокого содержания калия и кальция;

- биоактивный кремний полнее используется корневой системой растений культур и быстрее проникает в их ткани, обеспечивая повышение засухо - и жароустойчивости растений и повышение стрессоустойчивости к другим неблагоприятным биотическим и абиотическим факторам среды;

- за счет высокой ионнообменной и каталитической активности биокремния цеолита повышается микробиологическая активность почвы, за счет чего активизируется гумусообразование и ускоряется усвоение растениями труднодоступных питательных элементов из почвы.

Положительный эффект при использовании заявленного комплексного микроэлементного удобрения:

- обладает пролонгированным действием, то есть постепенно отдает влагу, гуминовые и биохимические активные вещества, питательные элементы в почву, что является перспективным показателем в условиях повышения аридности вегетационного периода и биологизации земледелия;

- обогащает почву микроэлементами в органической форме, в том числе биоактивным кремнием;

- биоактивный кремний обеспечивает повышение засухо - и жароустойчивости растений культур, а также повышает стрессоустойчивость растений к другим неблагоприятным факторам окружающей среды;

- биоактивный кремний повышает иммунитет и тургор растений;

-- за счет высокой ионнообменной и каталитической активности биокремния повышается микробиологическая активность почвы, за счет чего активизируется гумусообразование и ускоряется усвоение растениями труднодоступных питательных элементов из почвы;

- действует как почвоулучшитель, микроудобрение, биостимулятор и биофунгицид, а также как активатор почвенных ионообменных и каталитических процессов;

- стимулирует рост корневой системы;

- повышает урожайность полевых культур на 15-35% (при внесении в рядок на семенное ложе при посеве из сеялки).

Указанное соотношение ингредиентов в комплексном удобрении по данным вегетационных и полевых опытов оказалось наиболее эффективным по сравнению с другими соотношениями.

Были приготовлены 4 состава многокомпонентного удобрения, соотношения ингредиентов которых представлены в таблице 4.

Таблица 4 Соотношения ингредиентов комплексного микроэлементного удобрения, % по массе
Состав	Диатомит	Цеолит	Куриный помет	Зола древесная
Контроль	Чернозем типичный тяжелосуглинистый, гумус - 5,9 % (центральная зона Самарской области)
1	40	40	10	10
2	30	30	30	10
3	40	30	20	10
4	25	25	25	25

Составы комплексного удобрения в четырехкратной повторности помещали в сосуды для исследований, в которые высевали тест - объект (растение - биоиндикатор) - культуру кресс - салат, сорт «Дукат» (норма высева - 1 г/м²). Растения кресс-салата убирали через 10 дней после полных всходов, и определяли урожайность (таблица 5).

Исследования показали, что наибольшая прибавка урожайности обеспечивается составом №2 при соотношении компонентов удобрения, % по массе: диатомит - 30, цеолит - 30, куриный помет - 30 и зола древесная - 10.

Таблица 5 Урожайность составов комплексного удобрения
Состав	Урожайность, кг/сосуд	Прибавка урожая, %
Контроль	0,42	-
1	0,48	+14,3
2	0,55	+31,0
3	0,52	+23,8
4	0,34	-19,0

Созданное комплексное удобрение позволяет перерабатывать различные органические отходы и сырье, а также природные минералы, что снижает экологическую нагрузку на окружающую среду, способствует восстановлению природного углеродного цикла, позволяет предприятиям решать вопросы утилизации отходов в соответствии с экологическим законодательством, а также позволяет получать органическую продукцию.

Заявленное комплексное микроэлементное удобрение имеет повышенное содержание следующих микроэлементов в органической легкодоступной для растений форме: Кремний - омолаживает клетки; повышает иммунитет, стрессоустойчивость к неблагоприятным условиям и тургор растений; Кальций - стимулирует рост растений и развитие корневой системы; усиливает обмен веществ и активирует ферменты; повышает вязкость протоплазмы; активизирует фотосинтез; Фосфор - неотъемлемая часть ДНК и РНК, поддержание обменных процессов, поддержание процесса фотосинтеза, участие в регуляции дыхания растений, важный элемент для формирования корневой системы и бутонов и семян; Калий - элемент молодости клеток; сохраняет и удерживает воду, повышая вязкость протоплазмы; усиливает образование сахаров и их передвижение по тканям; повышает толщину клеточных стенок, устойчивость к полеганию, болезням, засухе и низкой температуре; Магний - повышает интенсивность фотосинтеза и образование хлорофилла; активирует ферменты, транспорт фосфора, синтез сахаров, фиксацию азота в клубеньках бобовых.

Заявленное комплексное микроэлементное удобрение имеет за счет своих компонентов следующие преимущества: диатомит - почворазрыхление, источник биокремния и биофунгицид; цеолит - высокая ионообменная и каталитическая активность удобрения, обеспечивающая повышенное усвоение труднодоступных питательных элементов из почвы; источник биокремния; активизация гумусообразования; куриный помет - источник азота, фосфора и калия, а также микроэлементов; зола древесная - источник фосфора, калия и микроэлементов, биофунгицид, раскисление почвы.

Исследования эффективности комплексного микроэлементного удобрения проводились на опытном поле Самарского ГАУ в 2017 - 2022 гг.

Опытный участок Самарского ГАУ расположен в центральной зоне Самарской области, что соответствует южной лесостепи Заволжья. Почва - чернозем типичный среднемощный тяжелосуглинистый, гумус - 5,9 %.

Исследования проводили в полевом двухфакторном стационарном опыте, заложенном в 2017 году в рамках научной темы «Цифровое органическое земледелие», на полях зернопаропропашного севооборота: 1) чистый пар; 2) озимая пшеница; 3) яровая пшеница твердая; 4) горох; 5) ячмень яровой; 6) подсолнечник.

Результаты по опытному полю Самарского ГАУ представлены в таблицах 6 и 7.

Таблица 6 Урожайность озимой пшеницы, т/га (2017 - 2022 гг.)
Система удобрений (А)	Годы исследований						Среднее	% к контролю
	2017	2018	2019	2020	2021	2022
Система защиты (В) В1 - контроль
А1 - контроль	4,71	2,93	2,51	2,75	2,63	4,75	3,38	100
А2 - нитроаммофоска	4,88	3,33	2,43	2,98	2,83	4.90	3,56	105,3
А3 - ДЦКпЗ	4.69	3,61	2,80	3,89	3,45	5,23	3,95	116,9
Среднее							3,63	107,4
В2 - пестициды
А1 - контроль	4,90	3,12	2,67	3,02	2,77	5,10	3,60	106,5
А2 - нитроаммофоска	4,98	3,56	2,78	3,22	2,90	5,42	3,81	112,7
А3 - ДЦКпЗ	4,90	3,80	3,95	3,18	3,05	5,40	4,05	119,8
Среднее							3,82	113,0
В3 - биопрепараты
А1 - контроль	4,91	3,10	2,90	3,10	2,65	5,25	3,65	108,0
А2 - нитроаммофоска	5,15	4,10	3,33	3,43	2,79	5,34	4,02	118,9
А3 - ДЦКпЗ	5,00	3,25	3,60	3,13	3.43	5,32	3,96	117,2
Среднее							3,88	114,7

Урожайность озимой пшеницы (табл. 6) за шесть лет исследований на вариантах с комплексным микроэлементным удобрением («ДЦКпЗ», вариант А7) превышала урожайность при внесении минерального удобрения нитроаммофоска (А2) в среднем на 5,7 %, превышение над контролем (без удобрений, вариант А1В1) составило в среднем 18%.

Урожайность яровой твердой пшеницы (табл. 7) за шесть лет исследований на вариантах с комплексным микроэлементным удобрением («ДЦКпЗ», вариант А7) уступала урожайности при внесении минерального удобрения нитроаммофоска (А2) в среднем всего на 0,8 %, тогда как превышение над контролем (А1В1) составило в среднем 8,3%.

Увеличение урожайности по другим культурам, в среднем, % к варианту с нитроаммофоской (А2): ячмень - на 8,3, горох - 4,4.

Таблица 7 Урожайность яровой пшеницы твердой, т/га (2017 - 2022 гг.)
Система удобрений (А)	Годы исследований						Среднее	% к контролю
	2017	2018	2019	2020	2021	2022
Система защиты (В) В1 - контроль
А1 - контроль	2,64	1,38	1,60	1,83	1,71	3,32	2,08	100
А2 - нитроаммофоска	2,81	1,42	1,85	1,93	1,76	3,50	2,21	106,3
А3 - ДЦКпЗ	2,53	1,38	2,00	1,87	1,56	3,31	2,11	101,4
Среднее							2,13	102,6
В2 - пестициды
А1 - контроль	2,60	1,33	1,62	1,89	1,77	3,22	2,07	99,5
А2 - нитроаммофоска	2,75	1,46	1,88	1,92	1,87	3,78	2,28	109,6
А3 - ДЦКпЗ	2,73	1,62	1,88	1,45	1,69	3,56	2,16	103,9
Среднее							2,17	104,3
В3 - биопрепараты
А1 - контроль	2,74	1,43	1,70	2,04	1,72	3,44	2,18	104,8
А2 - нитроаммофоска	2.96	1,46	1,93	2,15	1,77	3,67	2,32	111,5
А3 - ДЦКпЗ	2,93	1,76	2,02	2,23	1,88	4,11	2,49	119,7
Среднее							2,33	112,0

Увеличение урожайности по другим культурам, в среднем, % к контролю (А1В1): ячмень - на 23,2, горох - 11,8.

В лабораторных вегетационных опытах (четырехкратный посев в трехкратной повторности) прибавка надземной биомассы по отношению к контролю (без удобрений) составила, %: томаты - 19,9, морковь - 34,8, свекла - 27,6, кукуруза - 35,5 и газонная трава - 23,6.

Таким образом, комплексное удобрение на основе диатомита и цеолита с функциями почвоулучшителя, биостимулятора, биофунгицида и активизации почвенных ионообменных и каталитических процессов не уступает нитроаммофоске по воздействию на урожайность озимой и яровой твердой пшеницы. Также на других зерновых колосовых и зернобобовых культурах предлагаемое комплексное микроэлементное удобрение по воздействию на урожайность превосходит синтетическое комплексное минеральное удобрение нитроаммофоску.

Для биологизации земледелия, развития и распространения технологий органического земледелия, и декарбонизации АПК в целом, данные результаты являются крайне перспективными, учитывая положительное воздействие органических удобрений на плодородие почвы, экологическое состояние агроэкосистемы, возможность получения органической продукции, более низкую себестоимость производства и внесения комплексных микроэлементных удобрений на основе продуктов переработки органического сырья и природных минералов.

Claims (2)

1. Комплексное удобрение на основе диатомита и цеолита, включающее обожженную диатомитовую крошку с размером частиц 1,0-5,0 мм, цеолитовую крошку с размером частиц 1,0-5,0 мм, гранулированный куриный помет с размером гранул: длина 8,0-10,0 мм, ширина 5,0-7,0 мм, гранулированную древесную золу с диаметром гранул 1,0-3,0 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
2. обожженная диатомитовая крошка 30 цеолитовая крошка 30 гранулированный куриный помет 30 гранулированная древесная зола 10