Органо-мінеральне добриво

Изобретение относится к производству органо-минерального удобрения, а именно сложного медленнодействующего органоминерального удобрения, предназначенного для выращивания зерновых культур, в частности пшеницы. Известно сложное гранулированное минеральное удобрение длительного действия [1], содержащее ядро из питательных элементов (нитроаммофоска, мочевина, кальций углекислый, оксид магния, сера элементарная, молибдат аммония, хлорид марганца), связанных катионоактивным полиуретансемикарбазидом с количеством ионных центров 0,8-1,1 мэкв/г полимера. Ядро гранулы покрыто ^удобрительным слоем, содержащим фундазол, 2,4-Д-бутиловый эфир, гексахлорциклогексан, хлорхолинхлорид и питательные элементы. Такая гранула покрыта двухслойной оболочкой, первый слой которой, расположенный на удобрительном слое, содержащем фундазол и др. вещества, содержит смесь полиуретансеми-карбазида с диметилсульфоксидом, а покровный, второй слой - катионоактивный полиуретансемикарбазид. Недостатком такого удобрения является применение довольно значительного количества полимера в его составе (8-10 мас.% от массы агрохимических веществ), что существенно повышает цену такого удобрения, а при длительном его применении в почве могут накапливаться продукты разложения этого полимера. Известно удобрение на основе лигнина [2] , содержащее продукт деструкции гидролизного лигнина, одно или несколько соединений щелочноземельных металлов (гидроокиси или соли Са, Мg, Ва), одно или несколько соединений переходных элементов III-IV групп периодической системы (соли или окислы Мо, Μn, В, Zn, Co, Cu, Fe) и фосфоросодержащие соединения. Такое удобрение обладает повышенной эффективностью при применении на бедных гумусом почвах, т.к. содержит продукт деструкции гидролизного лигнина - гумусоподобные вещества. Однако это удобрение не содержит весь необходимый комплекс питательных и других веществ, оптимально обеспечивающий развитие злаковых растений, что сказывается на их росте, устойчивости к неблагоприятным условиям и продуктивности. Известно органоминеральное удобрение на основе лигнина [3], полученное нит-рационным окислением лигнина азотной кислотой в момент ее образования, выделяющейся при взаимодействии в смеси порошкообразных лигнина и калиевой селитры в соотношении 1:(1-1,5) с фосфорной кислотой при соотношении количества смеси лигнина и калиевой селитры и фосфорной кислоты 1:(1,7-2,0) в течение 30-60 мин с последующей нейтрализацией углеаммонийными солями. Химический состав конечного продукта (мас.%): фосфор общий 32,7-33,2; азот общий 12,8-16,8; азот органический 3,6-3,8; калий 7,6~8,4; органическое вещество 15,1-18,1; карбоксильные группы 12,7-12,9; сумма питательных веществ 70,2-73,5. Удобрение содержит набор питательных элементов, состоящих только из фосфора (Р), азота (N), калия (К), а также органического вещества, содержание которого, в т.ч. и С гум., увеличилось по сравнению с исходным после модификации гидролизного лигнина. Однако такой состав удобрения не обеспечивает активацию обменных процессов в растениях и не оказывает существенного влияния на почвенный поглощающий комплекс, так как в его состав не входят кальций (Са) и магний (Мg), Именно совместное содержание кальция, магния и органического вещества создает условия, при которых улучшается физико-химическая структура почвы. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является универсальное органоминеральное удобрение - биостимулятор, полученное по способу /4/, и принятое нами за прототип. Удобрение содержит органический компонент (не менее 70 мас,%) на базе гумино-вых кислот, содержащихся в выбранном из ряда веществ: лигнине, буром угле, смеси бурого угля с навозом, торфе или материалах на базе целлюлозы; 0,2-0,5 мас.% биостимуляторов в расчете на сухое вещество и остальное до 100 мас.% - минеральный компонент и микроэлементы. Минеральный компонент содержит N, Р2О5. К2О, а микроэлементы Си, Fe, Μn, Μο, Со, В, Zn и др. Биостимуляторы выбраны из групп: рибофлавин, алантоин, триптофан, глютамино-вая кислота, алантоиновая кислота и др. Однако органическая часть этого удобрения (торф, навоз, целлюлоза, отходы древесины, также так и гидролизный лигнин без его модификации) бедна гуминовыми кислотами. Последние образуются в результате гумификации этих веществ в почве под воздействием почвенных микроорганизмов и процесс этого происходит в течение ряда лет. Широко известно из литературы об угнетающем действии на рост растений использования в качестве удобрения только одного гидролизного лигнина. Поэтому применение одного гидролизного лигнина в качестве органической части удобрения в количестве 70-80 мас.% приведет к угнетению роста растений. Минеральная часть удобрения содержит состав макроэлементов: азот (N), фосфор (Р), калий (К), магний (Мg), а также большой набор микроэлементов. Однако большой набор микроэлементов не всегда целесообразен. В почве некоторые микроэлементы уже могут присутствовать в значительных количествах, поэтому внесение дополнительного количества их, особенно в случае железа (Fe) и, особенно цинка (Zn), будет вызывать загрязнение почвы, а затем и растений, тяжелыми металлами. В тоже время в состав удобрения не входит кальций (Са), что может отрицательно сказываться на почвенно-поглощающем комплексе, обязательными компонентами которого являются магний (Мg), кальций (Са) с органическими веществами. Почвенно-поглощающий комплекс является важной составляющей обогащения почвы питательными вещесnвами, так как регулирует физико-химические процессы в почве, создавая ее комковатую структуру и не позволяя питательным веществам мигрировать в глубокие слои, недоступные для растений. В основу данного изобретения поставлена задача создать такое органо-минеральное удобрение, которое позволило бы путем подбора определенных соотношений агрохимических веществ в нем улучшить плодородие почвы и ее структуру, а также обеспечить усиление обменных процессов злаковых растений, что позволит повысить урожайность зерна злаковых растений. Поставленная задача решена тем, что в органо-минеральное удобрение, содержащее в качестве органического компонента материал, содержащий гуминовые кислоты, в качестве минерального компонента азот, фосфор, калий, магний, а в качестве микроэлементов - молибден, марганец, согласно изобретению вводят кальций, серу элементарную, хлорхолинхлорид, диметилсульфок-сид и связующее, в качестве материала, содержащего гуминовые кислоты - модифицированный гидролизный лигнин, в котором углерод гумусный составляет 25-46 мас.% от С общ при следующем соотношении действующих веществ (д.в.) в удобрении, маc. %: В предложенном составе органоминерального удобрения гидролизный лигнин вводится после его химической модификации и в определенном соотношении с другими агрохимическими веществами. В процессе химической модификации из макромолекулы гидролизного лигнина образуются моно- и олигомерные производные, содержащие функциональные группы, обуславливающие реакционную способность модифицированного гидролизного лигнина. Важнейшими из них, как и в компонентах гумуса гуминовых и фульвовых кислотах, являются карбоксильные и фенолгидроксильные группы. При взаимодействии с минеральными элементами почвы продукты модификации гидролизного лигнина образуют гетерполярные соли и сложные комплексные органо-минеральные соединения, закрепляющие в почве легкоподвижные элементы, чем препятствуют их миграции в глубокие слои и вымывание. Впоследствии эти соединения полностью используются растениями и почвенной микрофлорой как органо-минеральные питательные вещества. Моно- и олигомерные производные модифицированного гидролизного лигнина по химической природе сходны с гумусовыми веществами почвы. Следовательно, модификация гидролизного лигнина приводит к ускоренному превращению макромолекул гидролизного лигнина в гумусовые вещества почвы, минуя процессы их многолетней трансформации микроорганизмами. Образующиеся при модификации гидролизного лигнина моно- и олигомерные производные проявляют фунгицидные свойства. В результате этого они подавляют развитие вирулентной микрофлоры почвы и тем самым способствуют защите корневой системы растений от болезней. Угнетение жизнедеятельности вирулентной микрофлоры приводит к сдвигу микробоценоза почвы в сторону развития полезной микрофлоры, оздоровлению почвы за счет уменьшения количества токсичных метаболитов жизнедеятельности вирулентной микрофлоры, а следовательно, и экологии. При совмещении в удобрении модифицированного гидролизного лигнина с основными элементами питания (азотом, фосфором, калием и др.) образуются комплексные органоминеральные соединения. Последние под влиянием корневых выделений растений - органических кислот разрушаются на ионы, поглощаются корнями растений и ассимилируются ими. Интенсивность превращения этих комплексов регулируется физиологическим состоянием растений и потребностью их в элементах питания на конкретной фазе развития, а также состоянием почвенно-поглощающего комплекса, на который благотворно действует совместное присутствие кальция, магния и органического составляющего (модифицированный гидролизный лигнин) удобрения. Физиологический статус растения повышается вследствие как наличия в органоминеральном удобрении регулятора роста - хлорхолинхлорида и мембраноактивного вещества диметилсульфоксида, так и наличия и поступления в растения регуляторов роста и хинонных группировок самого модифицированного гидролизного лигнина, проявляющих физиологическую активность. Такое совместное содержание органо-минеральной части с регуляторами роста и мембраноактивным веществом позволяет, во-первых, за счет образования комплексных соединений между органической и минеральной частями удобрения обеспечить медленное высвобождение питательных элементов из этих комплексов, а, вовторых, за счет воздействия мембранно-активного вещества и регуляторов роста, усилить активность поглощения питательных веществ корневой системой. Соотношения агрохимических веществ предлагаемого органоминерального удобрения были подобраны экспериментально, исходя из потребности в них злаковых растений, в частности пшеницы. Меньше их количество, чем представленное минимальным пределом формулы изобретения, не удовлетворяет физиологическим потребностям растений. Большее их количество, чем представлено максимальным пределом формулы изобретения, приводит к перенасыщению почвы данными соединениями Это обусловлено тем, что растениями в каждой конкретной фазе развития ассимилируется только физиологическая норма питательных элементов и превышение ее приводит к неэффективному их расходованию. Степень модификации гидролизного лигнина была определена также экспериментально. Она характеризуется содержанием углерода гумусного (С гум) после модификации в пределах 25-46 мас.% от С общ Указанная степень С гум достигается любым из известных способов модификаций гидролизного лигнина азотной кислотой, образованной в момент ее выделения, например, при взаимодействии серной кислоты с аммиачной селитрой, и зависит от количественного соотношения веществ, участвующих в реакции, и от вида исходного сырья для получения гидролизного лигнина. Для связывания агрохимических веществ в гранулу в состав удобрения вводят связующее, в виде 10%-ного водного раствора любого из полимеров или других веществ (например, сапропель), широко рекомендуемых для применения в производстве органоминеральных удобрений. Количество действующего вещества было определено экспериментально для следующих связующих: - катионоактивный полиуретансемикар-базидс количеством ионных центров 0,8-1,1 мэкв/r полимера; - полиакриламид; - кзрбоксиметилцеллюлоза, - сапропель и составило 1-3 мае % к весу удобрения. Меньшее количество связующего не позволяет получить прочные, стойкие гранулы. Дальнейшее увеличение количества связующего экономически не оправдано. Данное удобрение в лабораторных условиях получают следующим образом. Размолотые в порошок гидролизный лигнин и аммиачную селитру (NH4NO3) помещают в реактор, добавляют к ним 50%-ную серную кислоту (H2SO4) и интенсивно перемешивают мешалкой в течение 30-60 мин при комнатной температуре. Затем к полученному модифицированному гидролизному лигнину добавляют предварительно размолотые в порошок и тщательно перемешанные питательные вещества (нитроаммофоска, карбамид, кальций углекислый, оксид магния, сера элементарная, молибдат аммония, марганец хлористый) и регулятор роста хлорхолинхлорид, взятые в количествах, представленных в примерах табл.1. Смесь тщательно перемешивают до получения однородной массы. Влажную рассыпающуюся массу переносят в гранулятор и при постоянном его вращении со скоростью 100-120 об./мин с помощью пульверизатора небольшими порциями (по 5-10 мл) прибавляют 10%-ный водный раствор связующего в количестве 2/3 частей от исходного объема. Виды связующего, количество его препаративной формы, так же как и количество действующих веществ в них и др., представлены в табл.1, 2. Сформированные гранулы удобрения классифицируют на ситах. Оптимальный размер гранул от 2 до 3 мм.. Гранулы удобрения такого размера высушивают в термостате при 40-50°С в течение 10-12 ч. Гранулы меньше 2 мм и больше 3 мм размалывают и возвращают в гранулятор для получения новой порции гранул необходимого размера. Сухие гранулы необходимого размера засыпают в гранулятор и обрабатывают их при скорости его вращения 100-120 об./мин предварительно приготовленной смесью водного раствора связующего (1 /3 оставшаяся от предварительно приготовленного раствора) с диметилсульфоксидом (ДМСО) см. табл.1 и 2. Затем гранулы удобрения, с нанесенным на их поверхность ДМСО, извлекают из гранулятора, подсушивают в термостате при температуре 40-45°С в течение 6-8 ч или на открытом воздухе в течение 1012 ч. В результате получают гранулированное органоминеральное удобрение, содержащее микро-(Ν, Ρ, S, К, Са, Mg), микроэлементы (Mo, Μη), регулятор роста хлорхолинхлорид, мембраноактивное соединение - диметилсульфоксид, служащее одновременно и криопротектором, и органический компонент - модифицированный гидролизный лигнин, С гум которого 25~46 мас.% от С общ Излучение влияния, органо-минерального удобрения на вегетационный цикл развития злаковых растений проводилось в условиях физиологически точных вегетационных опытов. Вегетационные опыты в 20-ти кратной повторности проводились в сосудах Вагнера, емкостью 8 кг почвы. Для набивки сосудов использовали лугово-черноземную оподзоленную почву. В почву опытных сосудов вносили органоминеральное удобрение, характеризуемое составом, приведенным в примерах N4-N8 табл.1, в количествах, указанных в табл.3, примеры N4-N8. Эти количества удобрений в части основных питательных веществ соответствуют количеству действующего вещества Νι,2 г.; Ро,8 г; Ко,8 г. Для сопоставления аналогичные опыты были проведены при выращивании злаковых растений в сосудах, в почву которых вносили: А - равноценное количество только одного модифицированного гидролизного лигнина (пример 2 табл. 1); Б - равноценное количество агрохимических веществ, при этом вместо модифицированного гидролизного лигнина был взят гидролизный лигнин (пример 3 табл. 1). В почву контрольных сосудов вносили удобрение в виде смеси 4,7 г нитроаммофоски и 0,8 г мочевины, что соответствует количеству действующего вещества N1,2 г; Ро,8 г; Ко,8 г (пример 1 табл. 1).Более подробно сущность изобретения иллюстрируется приведенными примерами N4-N7 табл, 1, в каждом из которых для приготовления органо-минерального удобрения агрохимические вещества взяты в следующем соотношении (см. табл. 1). Содержание основных (NPK) питательных веществ в составе удобрения и количество его, внесенное в сосуд с почвой согласно проведенному лабораторному эксперименту по сопоставлению влияния различного количественного (в пределах действующих веществ, защищенных формулой изобретения) и качественного составов (состав органо-минерального удобрения, защищенный формулой изобретения; состав органоминерального удобрения с гидролизным лигнином; состав удобрения, содержащего только питательные вещества; состав удобрения содержащего только один модифицированный гидролизный лигнин) приведены в табл.3. Результаты анализа влияния органо-минерального удобрения на вегетационный цикл развития растения согласно проведенного лабораторного эксперимента и аналогичные результаты сопоставимых опытов статистически обработаны и приведены в табл.4, Растения выращивали до полной спелости без дальнейшей подкормки. Влажность почвы поддерживали постоянной в течение вегетации на уровне 60 или 70% от полной влагоемкости. В процессе вегетации растений проводили наблюдение за прохождением фаз роста и развития, степенью поражения их болезнями и, в частности, корневыми гнилями, формированием корневой системы и ее функциональной активностью. По фазам развития растений в листьях, стеблях, корнях, колосьях определяли активность ключевого фермента азотного метаболизма - нитратредуктазы, содержащее нитратов и различных форм азота, а также других элементов. В конце вегетации растений изучали морфологическую структуру стебля, структурные элементы урожая, содержание в зерне белкового азота и белка, сухой и сырой клейковины, аминокислотный состав кислотных гидролизатов муки зерна. Результаты, полученные из 5-7 параллельных определений, обрабатывали на ЭВМ СМ-1, Ошибка определений в каждом случае не превышала 5-7%. Как видно из анализа данных, представленных в табл.1, 2, 3, 4 при применении органо-минерального удобрения (примеры N4-N8, табл.1, 3) наблюдалось проявление синергизма в воздействии на злаковые растения всех составляющих удобрения: физиологически активных веществ - регулятора роста хлорхолинхлорида и мембраноак-тивного вещества диметилсульфоксида; минеральных веществ, содержащих азот, фосфор, калий, кальций, магний, серу элементарную, молибден, марганец и органического компонента - модифицированного гидролизного лигнина, содержащего С гум. 25-46 мас.% от С общ. Таким образом, предлагаемое органо-минеральное удобрение вследствие подбора определенного соотношения агрохимических веществ улучшает структуру почвы и повышает ее плодородие, а также обеспечивает ускорение обменных процессов злаковых растений, в результате чего повышает урожайность зерна растений на 35-48 мас.% по сравнению с сопоставительными опытами (примеры N2-N3 табл. 1, 3,4) и контролем (пример N1 табл.1, 3, 4). Содержание белка, клейковины в зерне и аминокислот в гидролизатах муки опытных растений для примеров N4-N8 (опыты с удобрением по изобретению) было также выше на 30-50 мас.% по сравнению с контролем. Проявление синергизма подтверждалось также резким увеличением активности нитратредуктазы и интенсивности фотосинтеза, что можно объяснить как благоприятным влиянием удобрений по предлагаемому изобретению на почвенно-поглощающий комплекс, структуру почвы, процессы гумификации и накопление в почве питательных элементов в виде органо-минеральных комплексов, так и медленным поступлением питательных веществ в растения согласно физиологической потребности по каждой фазе развития в течение периода вегетации. В результате обогащения тканей растений минеральными элементами и, в частности, азотом, а также усилением физиологического статуса растений за счет введения мембраноактивного вещества диметилсульфоксида и регулятора роста - хлор-холинхлорида, а также регуляторов роста, присутствующих в модифицированном гидролизном лигнине, усиливаются процессы биосинтеза и транспорта запасных веществ в зерновки, их накопление, что приводит к увеличению урожая и улучшению качества зерна.