RU2816454C1 - Полимер-структурообразователь для предотвращения опасных проявлений водно-эрозионных процессов и восстановления почвенно-растительного покрова техногенно-нарушенных участков - Google Patents

Полимер-структурообразователь для предотвращения опасных проявлений водно-эрозионных процессов и восстановления почвенно-растительного покрова техногенно-нарушенных участков Download PDF

Info

Publication number
RU2816454C1
RU2816454C1 RU2023122604A RU2023122604A RU2816454C1 RU 2816454 C1 RU2816454 C1 RU 2816454C1 RU 2023122604 A RU2023122604 A RU 2023122604A RU 2023122604 A RU2023122604 A RU 2023122604A RU 2816454 C1 RU2816454 C1 RU 2816454C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
soil
water
per
polymer
technogenically
Prior art date
Application number
RU2023122604A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Владимирович Теребнев
Константин Левонович Унанян
Елена Евгеньевна Ильякова
Людмила Аркадьевна Томская
Людмила Сергеевна Шибряева
Никита Дмитриевич Блинов
Андрей Михайлович Алабян
Артем Александрович Попрядухин
Сергей Федорович Краснов
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Газпром"
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Газпром" filed Critical Публичное акционерное общество "Газпром"
Application granted granted Critical
Publication of RU2816454C1 publication Critical patent/RU2816454C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к области биодеградируемых полимерных материалов, применяемых при закреплении почвогрунтов, оголенных или нарушенных на территории предприятий, осуществляющих добычу и транспортировку газа в различных природно-климатических условиях. Полимер-структурообразователь для предотвращения опасных проявлений водно-эрозионных процессов и восстановления почвенно-растительного покрова техногенно-нарушенных участков содержит растворенные в 10000 г на 1 м2 почвы водной фазы поливинилпирролидон с высокой или средней молекулярной массой и анионный полиакриламид. При этом указанный поливинилпирролидон содержится в диапазоне 1,8-3,6 г на 1 м2 почвы, а анионный полиакриламид содержится в диапазоне 5,4-10,7 г на 1 м2 почвы. Технический результат – улучшение агрофизических и структурных свойств почв, предотвращение опасных проявлений водно-эрозионных процессов, сокращение сроков и энергетических затрат при восстановлении техногенно-нарушенных участков. 3 табл.

Description

Изобретение относится к области биодеградируемых полимерных материалов и к их применению при закреплении почвогрунтов, оголенных или нарушенных на территории предприятий, осуществляющих добычу и транспортировку газа в различных природно-климатических условиях. Полимер-структурообразователь предназначен для предотвращения водно-эрозионных процессов и улучшения агрофизических и структурных свойств почв при добыче и транспортировке газа в различных природно-климатических условиях.
Известна композиция из влагосорбентов для защиты почв от водной эрозии, состоящая из влагосорбентов: гидрогель - 1%, глауконитовый песок -27%, сапропель - 52%, ракушечник - 20%. Сапропель сушат до влажности 10-15%, ракушечник дробят до получения частиц размером 4-7 мм, затем сапропель с размером частиц 0,2-0,7 мм и ракушечник смешивают с глауконитовым песком (размер частиц 0,25-0,05). Все указанные влагосорбенты смешивают с гидрогелем (размер гранул 0,8-2 мм) в оптимальном составе. (Патент RU 2430952 С1, Композиция из влагосорбентов для защиты почв от водной эрозии, патентообладатель - ФГНУ учреждение "Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации" (RU), опубл. 10.10.2011).
Недостатком является то, что технология приготовления композиции трудоемка, требует специального приготовления каждого компонента и энергозатратна. Основной компонент - гидрогель, основанный на сополимере акриламида и акриловой кислоты, является дорогостоящим (полимер гидрогель «Штокосорб®» немецкого производства).
Также известен порошок полимерного гидрогеля на основе полиакриламида, модифицированного ионизирующим гамма излучением до поглощенной дозы 3,0-7,0 кГц с последующей стабилизацией водой и сушкой при температуре 60-70 °С, при этом дисперсные частицы полученного полимерного гидрогеля, имеющие показатели вязкоупругих свойств: модуль упругости 20,0-23,07 Па, динамическую вязкость 3000-3754 Па при скорости сдвига 2,0-2,6-10-4 с-1, при водопоглощении частиц до 1000 мл на 1 г полимера, вносят в почву в количестве 50-300 кг на 1 гектар. (Патент RU 2527215 С1, СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ, патентообладатель - Аджиев Джамболат Рамазанович (RU) и др., опубл. 27.08.2014).
Недостатком данного способа является сложность исполнения метода, существенные энергозатраты на сушку, необходимость наличия и использования специального оборудования.
Задачей заявленного технического решения является создание полимера-структурообразователя для предотвращения водно-эрозионных процессов, закрепления и восстановления почвенно-растительного покрова в различных природно-климатических условиях.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное техническое решение, является улучшение агрофизических и структурных свойств почв, предотвращение опасных проявлений водно-эрозионных процессов, сокращение сроков, финансовых, материальных и энергетических затрат при восстановлении техногенно-нарушенных участков.
Указанный технический результат достигается за счет создания биоразлагаемого полимер-структурообразователя на водной основе, содержащего растворенные в водной фазе поливинилпирролидон и анионный полиакриламид, при этом все компоненты находятся в смеси в соотношении: поливинилпирролидон с высокой или средней молекулярной массой из расчета внесения 1,8-3,6 г на 1 м2 почвы, анионный полиакриламид в диапазоне 5,4-10,7 г на 1 м2 почвы, водная фаза - 10000 г на 1 м2 почвы.
Биоразлагаемый полимер-структурообразователь (далее в тексте – полимер-структурообразователь) должен отвечать следующим требованиям: легко приготовляемый; доступность исходных компонентов, в качестве растворителя должна использоваться водная фаза (вода или водные растворы); добавки должны обеспечивать эффект «склеивания» почвы для предотвращения эрозии; добавки не должны быть токсичными для растений, являться стимуляторами роста семян и развития корневой системы.
Основными компонентами биоразлагаемого полимер-структурообразователя на водной основе с улучшенными характеристиками являются поливинилпирролидон (1-этенилпирролидин-2-он) в количестве 1,8-3,6 г на 1 м2 почвы и анионный полиакриламид в количестве 5,4-10,7 г на 1 м2 почвы, при этом растворение указанных компонентов осуществляется в водной фазе, взятой в количестве 10000 г на 1 м2 почвы.
Основой композиции является растворимая в водной фазе смесь поливинилпирролидона (ПВП) с высокой или средней молекулярной массой и анионного полиакриламида (ПАА). Поливинилпирролидон (Требования к характеристикам ПВП (таблица 2)) растворяется в указанном выше количестве водной фазе из расчета внесения 1,8-3,6 г на 1 м2 почвы. Водный раствор поливинилпирролидона (1-этенилпирролидин-2-он) обладает высокими адгезионными свойствами, предназначен для увеличения связывающего действия полимера-структурообразователя на частицы почвы. Поливинилпирролидон также оказывает стимулирующее действие на рост растений, развитие их корневой системы и обеспечивает их элементами питания.
Анионный полиакриламид (ПАА) (ТУ 2216-133-26447891-2016) вносится в полученный водный раствор поливинилпирролидона в диапазоне 5,4-10,7 г на 1 м2 почвы. Полиакриламид уменьшает поверхностное уплотнение и образование корки, предотвращает проявление последствий эрозии. Анионный полиакриламид представляет собой отрицательно заряженный полимер, поэтому он может притягивать к себе положительно заряженные частицы грунта, глины или песка. Анионный полиакриламид обладает адгезивными свойствами и закрепляет грунт на период до прорастания семян растений.
Оба компонента растворимы в водной фазе и при концентрации 0,1-0,2 % могут использоваться совместно, не ухудшая свойств каждого из них.
Композиция используется в качестве носителя для проращивания семян травяных растений с нормой высева в интервале 100-250 кг/га. Для стимуляции роста их корневой системы может быть использована обработка стимуляторами роста. Композиция оказывает склеивающее действие на природный субстрат, способствует развитию корневой системы трав, которое усиливает взаимодействие композиции с субстратом.
Состав готовят по растворной технологии, которая представляет собой получение конечного состава последовательным растворением в водной фазе компонентов композиции.
Поливинилпирролидон (1-этенилпирролидин-2-он) растворяется при рН~7 в водной фазе (вода или водные растворы), которая не должна содержать взвешенных веществ, в полученный раствор добавляют при постоянном перемешивании анионный полиакриламид и доводят его до полного растворения.
Для выявления оптимальных концентраций веществ, входящих в состав полимер-структурообразователя, проведена серия исследований (таблица 1). Диапазон концентраций выбран на основании того, что при концентрации поливинилпирролидона менее 1,8 г/м2 почвы размыв образцов грунта начинается при малых значениях скоростей потока, а при концентрации более 3,6 г/м2 почвы значительного увеличения значения неразмывающей скорости потока не отмечается. Водная фаза берется из расчета 10000 г на 1 м2 почвы.
Исходя из того, что ПАА является компонентом, «ответственным» за закрепление почвогрунта до появления на его поверхности травостоя с развитой корневой системой (ускоренному развитию которой способствует ПВП и другие добавки), была проанализирована связь концентрации ПАА и размывающей скорости потока для грунта, обработанного композицией полимеров, но не закрепленного растительностью. Анализ влияния концентрации ПАА на неразмывающую скорость потока показывает, что после достижения концентрацией значения 5,36 г/м2 происходит резкое (более чем двукратное по сравнению с необработанным почвогрунтом) увеличение неразмывающей скорости потока до значения более 50 см/с. Однако при такой концентрации ПАА его эффективность в противоэрозионном отношении может быть уменьшена другим компонентом полимерной композиции. При опытах с концентрацией ПАА 7,14 г/м2 и более неблагоприятное влияние ПВП становилось существенно менее значимым, а неразмывающая скорость потока устойчиво увеличивалась до значений, превышающих 60 см/с. При этом скорость, при которой начинается размыв, почвы, составила 66,5 см/с.
Дальнейшее увеличение концентрации ПАА приводит к увеличению неразмывающей скорости по зависимости, близкой к линейной. Исходя из принципа разумной достаточности для условий конкретного природного или техногенного объекта (скорости стекания воды по его поверхности, зависящей от крутизны и длины склонов, а также технологии их обработки и концентрации второго компонента полимерной композиции) был определен рекомендуемый диапазон концентраций ПАА: 5-10 г/м2.
Увеличение рекомендуемой концентрации внесения ПАА выше значений данного диапазона нецелесообразно, как исходя из экономических соображений, так и из-за того, что при внесении избыточного количества полимера на поверхности почвогрунта образуется корка, препятствующая росту растительности и развития ее корневой системы. В то же время в ряде особых случаев (крутые длинные склоны северной экспозиции в арктических областях), где быстрое прорастание семян может быть проблематичным, концентрация ПАА может быть увеличена выше значений рекомендуемого диапазона.
Заявленный биоразлагаемый полимер-структурообразователь могут приготавливать как растворением порошкообразных компонентов в водной фазе, так и смешением порошкообразных компонентов с последующим растворением их в водной фазе. В качестве водной фазы берется либо вода, либо водные растворы, в качестве которых выступает вода с полностью растворенными в ней удобрениями и/или стимуляторами роста, например – водный раствор нитроаммофоса. Внесение удобрений способствует питанию растений и повышению плодородия почв за счет восполнения дефицита веществ, необходимых для роста и развития растений. Так, например, внесение нитроаммофоса обеспечивает растения азотом, калием и фосфором в легкодоступной для них форме. В свою очередь стимуляторы роста растений способствуют развитию подземной и наземной частей растений, повышению урожайности. Эффективность применения полимер-структурообразователя на водной основе показана в таблице 3. Для сравнения при проведении исследований эффективности заявленного полимер-структурообразователя взяли поливиниловый спирт (водный раствор) и водный раствор полиакриламида. Из таблицы 3 видно, что применение водного раствора (при использовании в заявленной композиции как воды, так и водного растворителя, указанного выше) полимер-структурообразователя позволяет достичь высоких значений проективного покрытия, обеспечить равномерное распределение всходов по всей площади, повысить суммарную долю жизнеспособных и незначительно ослабленных растений, а также в 1,5-2 раза увеличить значение средней высоты всходов, что свидетельствует о создании максимально благоприятных условий для активного роста и развития растений.
Разработка и применение заявленного биоразлагаемого полимер-структурообразователя обеспечивает улучшение агрофизических и структурных свойств почв, способствует предотвращению опасных проявлений водно-эрозионных процессов, а также обеспечивает сокращение сроков и финансовых, материальных и энергетических затрат при восстановлении техногенно-нарушенных участков.

Claims (1)

  1. Биоразлагаемый полимер-структурообразователь на водной основе для предотвращения опасных проявлений водно-эрозионных процессов и восстановления почвенно-растительного покрова техногенно-нарушенных участков, содержащий растворенные в водной фазе поливинилпирролидон и анионный полиакриламид, причем все компоненты находятся в смеси в соотношении: поливинилпирролидон с высокой или средней молекулярной массой из расчета внесения 1,8-3,6 г на 1 м2 почвы, анионный полиакриламид в диапазоне 5,4-10,7 г на 1 м2 почвы, водная фаза – 10000 г на 1 м2 почвы.
RU2023122604A 2023-08-30 Полимер-структурообразователь для предотвращения опасных проявлений водно-эрозионных процессов и восстановления почвенно-растительного покрова техногенно-нарушенных участков RU2816454C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2816454C1 true RU2816454C1 (ru) 2024-03-29

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU139433A1 (ru) * 1960-06-07 1960-11-30 В.И. Штатнов Способ получени препаратов почвенных структурообразователей
SU424548A1 (ru) * 1972-01-06 1974-04-25 С. М. Эпштейн Агрофизический научно исследовательский институт Препарат для искусственного структурообразования почв
SU1006444A1 (ru) * 1981-07-17 1983-03-23 Химико-металлургический институт АН КазССР Способ получени структурообразователей почв
RU2430952C1 (ru) * 2010-02-15 2011-10-10 Федеральное государственное научное учреждение "Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации" Композиция из влагосорбентов для защиты почв от водной эрозии
RU2527215C1 (ru) * 2013-04-15 2014-08-27 Джамболат Рамазанович Аджиев Способ улучшения водно-физических свойств почв
CN106398698A (zh) * 2016-08-30 2017-02-15 上海永通化工有限公司 一种土壤调理剂及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU139433A1 (ru) * 1960-06-07 1960-11-30 В.И. Штатнов Способ получени препаратов почвенных структурообразователей
SU424548A1 (ru) * 1972-01-06 1974-04-25 С. М. Эпштейн Агрофизический научно исследовательский институт Препарат для искусственного структурообразования почв
SU1006444A1 (ru) * 1981-07-17 1983-03-23 Химико-металлургический институт АН КазССР Способ получени структурообразователей почв
RU2430952C1 (ru) * 2010-02-15 2011-10-10 Федеральное государственное научное учреждение "Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации" Композиция из влагосорбентов для защиты почв от водной эрозии
RU2527215C1 (ru) * 2013-04-15 2014-08-27 Джамболат Рамазанович Аджиев Способ улучшения водно-физических свойств почв
CN106398698A (zh) * 2016-08-30 2017-02-15 上海永通化工有限公司 一种土壤调理剂及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Azzam Agricultural polymers polyacrylamide preparation, application and prospects in soil conditioning
Green et al. Polyacrylamide: A review of the use, effectiveness, and cost of a soil erosion control amendment
RU2459398C2 (ru) Способ рекультивации почв, загрязненных минерализованными водами
CN105567249A (zh) 农田土壤镉污染化学修复剂
US20070044528A1 (en) Soil Amendment
CN107311791A (zh) 一种环保型农田土壤重金属钝化剂的制备及其使用方法
CN101518780B (zh) 一种用于植物修复土壤的络合剂微胶囊及其制备方法
Gonet et al. Dissolved organic carbon and dissolved nitrogen in soil under different fertilization treatments
RU2816454C1 (ru) Полимер-структурообразователь для предотвращения опасных проявлений водно-эрозионных процессов и восстановления почвенно-растительного покрова техногенно-нарушенных участков
Mohammadi et al. Cumulative and residual effects of organic fertilizer application on selected soil properties, water soluble P, Olsen-p and P sorption index
Baran et al. Hydrophysical and Biological Properties of Sandy Substrata Enriched with Hydrogel.
RU2557618C2 (ru) Способ рекультивации песчаных почв в зоне полупустынь и питательная влагоаккумулирующая композиция для его осуществления
RU2620658C1 (ru) Способ восстановления загрязненных нефтью земель
CN111675575A (zh) 一种促进磷移动的磷肥增效剂及制备方法、施用方法
Selim et al. Beneficial effects of humic substances on soil fertility to fertigated potato grown on sandy soil
RU2817344C1 (ru) Способ закрепления и восстановления почвенно-растительного покрова нарушенных земель с использованием биополимера-структурообразователя
De Guzman et al. Synthesis and characterization of ionically-crosslinked κ-carrageenan/sodium alginate/carboxymethyl cellulose hydrogel blends for soil water retention and fertilizer release
BR112019006328B1 (pt) Método para sustentar o crescimento de uma cultura agrícola
RU2449001C1 (ru) Способ рекультивации нарушенных земель
Taha et al. Some agricultural practices for improving the productivity of moderately sodic soil I: soil properties and wheat vegetative growth
RU2513468C1 (ru) Способ рекультивации хвостохранилищ
RU2430952C1 (ru) Композиция из влагосорбентов для защиты почв от водной эрозии
CN109777429A (zh) 腐殖酸源土壤重金属有效态调控剂及其应用
RU2129368C1 (ru) Способ защиты почв от ксенобиотиков
JP2865584B2 (ja) 耐水性団粒構造緑化基盤の造成法