Інгібітор нітрифікації

Реферат: Винахід належить до галузі сільськогосподарського виробництва, зокрема до інгібіторів нітрифікації для азотовмісних мінеральних добрив та стабілізаторів для рідкого гною і рідких форм азоту, та може бути використаний при виробництві добрив. Заявлено інгібітор нітрифікації азотних добрив, що містить суміш кремнієвмісних природних мінералів - трепелу і анальциму, взятих у співвідношенні 2:1. UA 113553 C2 (12) UA 113553 C2 UA 113553 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до сільського господарства, зокрема до інгібіторів нітрифікації для азотовмісних мінеральних добрив та стабілізаторів для рідкого гною і рідких форм добрив, та може бути використаний при виробництві добрив. З метою забезпечення рослин необхідним для їхнього розвитку азотом, у сільськогосподарському виробництві використовують азотні добрива. Амонійні сполуки в ґрунті за відносно короткий термін за участі мікроорганізмів перетворюються в нітрат (нітрифікація), який дуже рухливий в ґрунтовому профілі і швидко вимивається. Витрачена частка азоту не може бути використаною рослинами і, з цієї причини нітрифікація небажана. Тому для кращого використання азотних добрив до їхнього складу додатково вводять інгібітори нітрифікації. Відомою групою інгібіторів нітрифікації є піразольні сполуки. Проблема, що виникає при використанні піразольних сполук як інгібіторів нітрифікації, пов'язана з їх високою летючістю. Під час зберігання попередньо оброблених добрив відбувається постійна втрата діючої речовини за рахунок випаровування. Виходячи з вищевикладеного піразольні сполуки необхідно переводити в нелеткі форми: 3,4-диметилпіразол, 4-хлор-3-метилпіразол, Nгідроксиметил-3,4-диметилпіразол, а також солі з фосфорною кислотою 3,4-диметилпіразолів і 4-хлор-3-метилпіразолу (заявка WO 98/05607, 1998.02.12). Використання піразольних сполук як інгібіторів нітрифікації не передбачає їхнього застосування в органічному землеробстві, негативно позначається на електропровідності водного розчину за рахунок присутності атомів галогенів у складі сполук, що призводить до незбалансованого агрохімічного режиму ґрунту. Найближчий за сукупністю ознак є склад для інгібування нітрифікації азотних добрив, який описано в авторському свідоцтві № 1819881, МПК С 05 G 3/08, опубл. 1993 р. Бюл. № 21 і в якому запропоновано використання інгібітору нітрифікації з високодисперсним кремнеземом, попередньо модифікованим аміногрупами. Недоліком відомого винаходу є складність приготування суміші, дорожнеча продукту, малий термін зберігання, обмеження у використанні. Крім того, запропоновану суміш не можливо застосувати в технологіях органічного землеробства. Винахід спрямований на підвищення ефективності, спрощення та здешевлення суміші, що використовується як інгібітор нітрифікації, покращення фізико-хімічних і біологічних характеристик ґрунту, а також стимуляцію росту та розвитку рослин. Поставлена задача реалізується за рахунок внесення в ґрунт суміші природних кремнієвмісних мінералів трепелу і анальциму у співвідношенні 2:1. Запропонований інгібітор нітрифікації має наступну сукупність суттєвих ознак: - участь природних кремнієвмісних мінералів у інгібуванні процесів нітрифікації та більш раціональному використанні азотних добрив, особливо сечовини; - висока персистентність кремнієвмісних природних мінералів за рахунок рухливості кремнію, який є не лише поживним, але й конституційним елементом ґрунту. Дефіцит кремнієвих кислот призводить до порушення органо-мінерального комплексу, пришвидшує деградацію органічної речовини ґрунту, погіршує мінералогічний склад, сприяє розвитку фітотоксичних мікроорганізмів; - підвищення стійкості рослинних організмів до незадовільних умов зовнішнього середовища, яке проявляється у потовщенні епідермальних тканин (механічний захист), прискоренні росту і розвитку рослин (фізіологічний захист), зв'язуванні токсичних сполук (хімічний захист) та зростанні біохімічної стійкості до стресів (біохімічний захист). Ефективність заявлюваного інгібітора нітрифікації перевірялась в лабораторних, вегетаційних і польових дослідах. Для кращого розуміння матеріалів опису наводимо конкретні приклади. Приклад 1. У вегетаційному досліді досліджували персистентність відомої суміші, що використовується як інгібітор нітрифікації та містить 4-аміно-1,2,4-триазолгідрохлорид (АТС 90 мас. ч.) і модифікований аміногрупами високодисперсний гідрофільний кремнезем (10 мас. ч.), а також запропонований інгібітор нітрифікації - суміш, доскладу якої входять кремнієвмісні мінерали трепел і анальцим у співвідношенні 2:1. Отримані результати представлено в таблиці 1. Доведено, що персистентність відомої суміші (АТС і кремнезем) нижча порівняно з кремнієвмісними мінералами, про що свідчить зменшення вмісту нітратів у листках експериментальних рослин на 45 добу вирощування. 1 UA 113553 C2 Таблиця 1 Порівняльний аналіз ефективності дії інгібіторів нітрифікації в залежності від вмісту органічної речовини і рН ґрунтового субстрату* Варіант досліду Контроль АТС і кремнезем 200 мг/200 г субстрату Суміш трепелу і анальциму 200 мг/200 г субстрату Контроль АТС і кремнезем 200 мг/200 г субстрату Суміш трепелу і анальциму 200 мг/200 г субстрату Контроль АТС і кремнезем 200 мг/200 г субстрату Суміш трепелу і анальциму 200 мг/200 г субстрату Вміст нітратного азоту, мг/кг Тривалість експозиції рослин, Ґрунтовий субстрат рН сол. Гумус, % доба 15 30 45 Озима пшениця Пісок 7,2 0,03 115,7 193,6 298,1 Ґрунтова суміш 6,2 7,5 146,9 235,8 334,2 Пісок 7,2 0,03 97,5 83,9 92,4 Ґрунтова суміш 6,2 7,5 101,7 88,3 95,6 Пісок 7,2 0,03 71,3 64,9 61,7 Ґрунтова суміш Пісок Ґрунтова суміш Пісок Ґрунтова суміш Пісок 6,2 Кукурудза 7,2 6,2 7,2 6,2 7,2 Ґрунтова суміш Пісок Ґрунтова суміш Пісок Ґрунтова суміш Пісок 6,2 Сукуленти 7,2 6,2 7,2 6,2 7,2 Ґрунтова суміш 6,2 7,5 73,8 66,1 64,3 0,03 7,5 0,03 7,5 0,03 99,3 125,7 81,2 87,9 52,4 168,4 191,0 73,7 76,4 43,9 255,8 287,1 77,6 82,3 42,5 7,5 54,3 45,1 43,2 0,03 7,5 0,03 7,5 0,03 131,8 169,3 119,3 144,7 89,4 224,8 251,6 182,9 135,5 71,3 327,5 359,1 311,5 198,2 68,9 7,5 91,5 74,8 70,2 * один раз на тиждень вносили 0,5 % розчин сечовини у кількості 50 мл на 200 г ґрунтового субстрату. 5 10 15 Використання суміші трепелу і анальциму як інгібітору нітрифікації забезпечує більш пролонговану консервацію азоту в ґрунті, за рахунок чого спостерігається більш рівномірне в часі зменшення нітратного азоту в рослинах. Отримана залежність має величезне значення не лише для зменшення втрат і підвищення ефективності азотних добрив, але й для охорони водного середовища від забруднення нітратами. Для прогнозу ефективності та тривалості дії суміші АТС і кремнезему та кремнієвмісних мінералів на процеси нітрифікації досліджувалась динаміка чисельності мікроорганізмів у ґрунтовому субстраті протягом 60 діб. З'ясовано, що при внесенні суміші АТС і кремнезему на високому фоні сечовини у ґрунтовому субстраті спостерігається різке зменшення чисельності нітрифікаторів на 30 добу експерименту з поступовим збільшенням їхньої кількості на 60 добу. Особливий інтерес викликають мікробіологічні дослідження ґрунтового субстрату при внесенні кремнієвмісних мінералів, які було проведено вперше. Встановлено поступове зменшення чисельності нітрифікаторів, що свідчить про пролонговану дію сполук кремнію щодо пригнічення процесів нітрифікації в ґрунті (таблиця 2). 2 UA 113553 C2 Таблиця 2 Чисельність мікроорганізмів у ґрунтовому субстраті при внесенні інгібіторів нітрифікації (червень-липень) Варіант досліду Мікроорганізми Контроль (без інгібіторів нітрифікації) АТС і кремнезем 200 мг/200 г субстрату Суміш трепелу і анальциму 200 мг/200 г субстрату Контроль АТС і кремнезем Суміш трепелу і анальциму Контроль АТС і кремнезем Суміш трепелу і анальциму Контроль АТС і кремнезем Суміш трепелу і анальциму 5 Загальна кількість мікроорганізмів Термін визначення чисельності 15 доба 30 доба 45 доба 60 доба 21,7 16,5 12,4 7,8 Денітрифікуючі, млн./г Нітрифікуючі, тис/г 25,4 15,1 13,2 24,7 Амоній-фіксуючі, млн./г 22,0 25,1 25,7 26,3 5,1 10,4 11,8 2,9 1,3 0,8 3,5 2,8 2,5 11,4 18,3 17,6 3,7 1,0 0,7 2,7 1,5 1,7 3,7 12,8 17,2 3,1 1,3 0,5 2,1 1,8 1,5 3,3 11,5 16,9 2,1 1,4 0,5 1,9 2,1 1,5 Аналіз динаміки накопичення токсиноутворювальних речовин у ґрунтовому субстраті після 30-добового вирощування дослідних видів рослин наведено у таблиці 3. Як видно із отриманих даних ґрунтовий субстрат, який містить природні мінерали характеризується значно нижчим рівнем токсичності порівняно з відомим інгібітором і контролем. Таблиця 3 Токсичність ґрунтових субстратів і наявність у них фітотоксичних мікроорганізмів після 30 діб вирощування озимої пшениці та кукурудзи Варіант досліду Контроль (без інгібіторів нітрифікації) АТС і кремнезем 200 мг/200 г субстрату Суміш трепелу і анальциму 200 мг/200 г субстрату 10 15 Озима пшениця Кукурудза Кількість фітотоксичних Кількість фітотоксичних мікроорганізмів, % мікроорганізмів, % Токсичність, Токсичність, УКО УКО АктиноАктиноБактерії Гриби Бактерії Гриби міцети міцети 25,4 12,3 9,4 2,1 28,6 13,7 9,7 2,4 21,7 11,9 9,1 2,8 26,3 12,5 9,5 3,1 10,7 2,7 4,0 1,5 11,6 3,3 4,2 1,8 Приклад 2. Польові досліди проводились на базі дослідного сільськогосподарського виробництва Інституту фізіології рослин і генетики НАН України на смт Глеваха Васильківського району, Київської області, на посівах озимої пшениці сорту Смуглянка. Базовий вміст елементів живлення темно-сірого опідзоленого ґрунту, піщано-легкосуглинкового за механічним складом: легкогідралізований азот - 92 мг/кг, легкорозчинний фосфор - 150 мг/кг, водорозчинний калій 40 мг/кг, гумус - 1,8 %, кислотність водної витяжки - 7,2. Фон мінерального живлення N120Р60K60. Азотне добриво у вигляді сечовини, попередньо змішували із сумішшю 4-аміно-1,2,4триазолгідрохлорид (АТС) і кремнеземом, модифікованим аміногрупами в кількості 1,2 кг. Суміш 3 UA 113553 C2 5 природних кремнієвмісних мінералів вносили в ґрунт локально з добривами в кількості 12 кг. Отримані результати наведено в таблицях 4 і 5. Використання суміші мінералів дозволяє значно поліпшити ефективність інгібування процесів нітрифікації, що призводить до покращення азотного живлення рослин. Присутність моно- і полікремнієвих кислот у ґрунті забезпечує ефективне використання рослинними організмами не лише азоту, але й інших елементів, що позитивно позначається на продуктивності рослин. Таблиця 4 Вплив інгібіторів на вміст нітратного азоту в ґрунті, мг/л Варіант досліду кущіння Контроль (без інгібіторів) АТС і кремнезем Суміш трепелу і анальциму 43,9 39,4 38,7 Фаза розвитку вихід у цвітіння трубку 38,2 21,7 35,1 24,0 36,3 30,2 повної стиглості 14,5 16,3 25,4 Таблиця 5 Вплив інгібіторів нітрифікації на врожай озимої пшениці сорту Смуглянка Варіант досліду Контроль (без інгібіторів) АТС і кремнезем Суміш трепелу і анальциму Врожай, ц/га Вміст білку, % Клітковина, % 69,3 12,7 24,5 71,5 11,6 24,8 79,8 13,1 25,0 10 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 Інгібітор нітрифікації азотних добрив, що містить суміш кремнієвмісних природних мінералів, який відрізняється тим, що як кремнієвмісні природні мінерали містить трепел і анальцим, взяті у співвідношенні 2:1. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4