Штучний ґрунт

Реферат: Штучний ґрунт містить вологоємний матеріал та біологічно активну речовину. Як вологоємний матеріал містить донні мулові відкладення, біологічно активна речовина вибрана з групи кремнієвмісних мінералів: анальцим та/або трепел, та/або діатоміт, і додатково містить дефекат. Кількісний вміст біологічно активної речовини або біологічно активних речовин становить від 0,01 до 0,1 % мас. від загальної маси, а співвідношення дефекату і донних мулових відкладень становить 1:(1,5…4), відповідно. UA 102142 U (12) UA 102142 U UA 102142 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі сільського господарства і може використовуватись при підготовці ґрунтів для вирощування сільськогосподарських, декоративних та інших культур в умовах закритого і відкритого ґрунту, а також для рекультивації та збагачення бідних ґрунтів. Відомий штучний ґрунт, який містить як вологоємний матеріал торф будь-якого типу і ступеня розкладу та біологічно активну речовину у вигляді нетоксичного екологічно чистого вуглецю деревного походження, при цьому співвідношення торфу і технічного вуглецю по об'єму складає 40-60 % (Патент № 2301249 С09K 17/14, 2005, RU). Недоліком цього рішення є обмеження видового складу рослин, оскільки торфи суттєво відрізняються за показниками кислотності - від 2,9-8,5. Крім того, торфи в залежності від походження характеризуються різними агрофізичними параметрами, зокрема вологоємністю. Так, торфи перехідних і низинних боліт не можна використовувати в умовах закритого ґрунту без внесення певних матеріалів для покращення їх структури з метою підвищення пористості аерації. Використання даного винаходу потребує суттєвих фінансових витрат через інтенсивне мінеральне живлення з постійним корегуванням хімічного складу розчинів, що свідчить про відсутність показника універсальності щодо різних типів ґрунтів та широкого видового асортименту рослин. Відомий штучний ґрунт, що містить як вологоємний матеріал сапропель та біологічно активну речовину у вигляді нетоксичного екологічно чистого вуглецю деревного походження, при цьому співвідношення сапропелю і технічного вуглецю по об'єму складає 20-40 % (Патент № 2301825 С09K17/00, 2005, RU). Недоліком цього рішення є те, що штучний ґрунт характеризується низьким вмістом мінеральних елементів, оскільки його інгредієнти мають лише органічне походження. Для забезпечення рослин біогенними елементами необхідна мінералізація органічної речовини, що потребує додаткових зусиль і часу. При вирощуванні рослин на даному штучному ґрунті обмежується видовий склад, на початкових етапах розвитку відсутня стимуляція ростових процесів. Через високу концентрацію органічної речовини штучний ґрунт характеризується високою чисельністю фітопатогенних мікроорганізмів. Необхідно зауважити на високу собівартість культивування рослин через інтенсивне використання мінеральних добрив, що в свою чергу, призводить до засолення штучного ґрунту. За найближчий аналог до штучного ґрунту, що заявляється, вибрано штучний ґрунт, що містить як вологоємний матеріал торф будь-якого типу, як біологічно активну речовину містить продукт аеробно-кавітаційної обробки органічної речовини комунальних стічних вод, та додатково містить цеоліт, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: торф - 40-75, активна біодобавка - 20-55, цеоліт - 5-15 (Патент України на корисну модель № 37079 С09K 178/00, C05F 11/00, 2008 UA). Недоліком найближчого аналога є те, що для виготовлення цього штучного ґрунту використовується торф будь-якого типу, за рахунок чого суттєво обмежується вирощування різних видів рослин. Незадовільний агрофізичний склад торфу перехідних і низинних боліт та високі показники кислотності верховинного торфу потребують додаткових витрат на оптимізацію фізико-хімічних характеристик штучного ґрунту. Крім того, органічна речовина комунальних стічних вод містить важкі метали, які за наявності у складі штучного ґрунту цеоліту набувають пролонгованості надходження до рослинних організмів. Необхідно зауважити, що експлуатація штучного ґрунту не дозволяє оптимізувати режим мінерального живлення рослин, оскільки всі складові суміші характеризуються різною сорбційною спроможністю. При цьому, доволі високий процентний вміст кожного із компонентів не дає можливості отримати керовану систему з прогнозованим забезпеченням рослинних організмів біогенними елементами протягом вегетаційного періоду. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення штучного ґрунту, в якому за рахунок включення нових матеріалів природного походження та їх співвідношення досягається можливість отримання штучного ґрунту, використання якого: сприяє підвищенню родючості бідних ґрунтів та вирощуванню на ньому різних видів рослин, стимулює ріст і розвиток різних видів рослин, пригнічує розвиток фітопатогенних мікроорганізмів, зменшує ґрунтовтому та токсичність ґрунтів, активізує адаптивний потенціал рослинних організмів до стрес-факторів в умовах відкритого і закритого ґрунту, що дає можливість отримати керовану систему з прогнозованим забезпеченням рослинних організмів біогенними елементами протягом вегетаційного періоду. Поставлена задача вирішується тим, що містить вологоємний матеріал та біологічно активну речовину, в якому, згідно з корисною моделлю, вологоємний матеріал містить донні мулові відкладення, біологічно активна речовина вибрана з групи кремнієвмісних мінералів: анальцим та/або трепел, та/або діатоміт, і додатково містить дефекат, при цьому кількісний 1 UA 102142 U 5 10 15 20 25 вміст біологічно активної речовини або біологічно активних речовин становить від 0,01 до 0,1 % мас. від загальної маси, а співвідношення дефекату і донних мулових відкладень становить 1:(1,5…4) відповідно. Як вологоємний матеріал ґрунт містить донні мулові відкладення різного ступеня мінералізації, походження використання яких обумовлено високим вмістом органічної речовини, забезпеченням необхідної вологоємності і агрофізичних параметрів штучного ґрунту, які позитивно впливають на ріст і розвиток рослин широкого видового асортименту в умовах закритого і відкритого ґрунту. Як додаткове джерело мінерального живлення штучний ґрунт містить дефекат, використання якого збагачує суміш елементами мінерального живлення, оптимізує фізикохімічні показники, стимулює розвиток агрономічно активної мікробіоти. Введення до штучного ґрунту кремнієвмісного природного мінералу або кремнієвмісних природних мінералів сприяє стимуляції росту і розвитку рослин, підвищує їх стійкість до стресфакторів, зокрема, посухи, високих і низьких температур та хвороб. Крім того, присутність кремнієвмісного природного мінералу анальциму та/або трепелу, та/або діатоміту у складі штучного ґрунту забезпечує синтез моно- і полікремнієвих кислот, які активізують розвиток кореневої системи, зменшують ґрунтовтому, формують силікатний гель, який оптимізує структурно-функціональну організацію ґрунтової екосистеми і надає керованих властивостей. Штучний ґрунт, що заявляється, саме завдяки його складовим, сприяє підвищенню родючості бідних ґрунтів, стимулює ріст і розвиток різних видів рослин, пригнічує розвиток фітопатогенних мікроорганізмів, зменшує ґрунтовтому та токсичність ґрунтів, активізує адаптивний потенціал рослинних організмів до стрес-факторів в умовах відкритого і закритого ґрунту. До того, внесення штучного ґрунту до виснаженого ґрунту поліпшує його фізико-хімічні параметри, а також дозволяє здійснити рекультивацію та меліорацію цих ґрунтів, повертає родючість. Суть корисної моделі пояснюється наведеними у таблицях конкретними прикладами при вирощуванні різних видів культур. Таблиця 1 Розвиток рослин на ранніх етапах онтогенезу при вирощуванні на штучних ґрунтах Склад штучного ґрунту Торф, активна біодобавка, цеоліт - 40:55:15 Торф, активна біодобавка, цеоліт - 75:20:5 Донні мулові відкладення, дефекат, анальцим 80:20:0,015 Донні мулові відкладення, дефекат, трепел 85:15:0,01 Донні мулові відкладення, дефекат, діатоміт 70:30:0,01 Донні мулові відкладення, дефекат, суміш (анальцим, трепел, діатоміт) 60:40:(0,03:0,03:0,03) 30 Тривалість експозиції рослин, доба 10 20 Висота рослин, см озима озима кукурудза огірок томат кукурудза огірок пшениця пшениця томат 6,7 12,8 4,5 3,8 13,9 26,4 12,7 8,9 6,3 11,5 4,0 3,5 13,0 24,9 12,2 8,1 7,9 14,9 5,3 4,6 15,9 29,1 13,8 9,7 7,7 14,7 5,2 4,8 15,6 28,5 13,6 10,1 7,3 14,3 4,9 4,2 15,3 28,1 13,2 9,3 7,1 14,1 4,8 4,3 14,8 27,7 13,1 9,5 Досліджуючи вплив штучного ґрунту різного складу з різним співвідношенням складових, було доведено, що висота рослин у варіантах із штучним ґрунтом, що заявляється, перевищувала на 10-25 % висоту рослин у варіантах із відомим штучним ґрунтом. Крім того, спостереження засвідчили суттєве підвищення інтенсивності окисно-відновних процесів у штучному ґрунті запропонованих варіантів (табл. 2). Зокрема, рівень ОВП штучного ґрунту, що 2 UA 102142 U заявляється, варіантів перевищував варіанти відомого штучного ґрунту в середньому в 2,2-2,5 разу. Отримана залежність свідчить про активізацію процесів окислення в заявленому штучному ґрунті, а отже і відповідне зменшення відновних форм сполук заліза і марганцю та сульфатів і нітритів, які токсичні для більшості культурних рослин. 5 Таблиця 2 Показник окисно-відновного потенціалу штучних ґрунтів після 20 діб вирощування рослин Рівень ОВП, мВ Культура Склад штучного ґрунту Озима Кукурудза пшениця Торф, активна біодобавка, цеоліт 40:55:15 Торф, активна біодобавка, цеоліт - 75:20:5 Донні мулові відкладення, дефекат, анальцим - 80:20:0,015 Донні мулові відкладення, дефекат, трепел - 85:15:0,01 Донні мулові відкладення, дефекат, діатоміт - 70:30:0,01 Донні мулові відкладення, дефекат, суміш (анальцим, трепел, діатоміт) 60:40:(0,03:0,03:0,03) Огірок Томат Календула 134,8 142,7 125,1 130,4 128,6 115,9 127,5 111,8 118,1 109,4 329,4 381,2 306,5 349,5 347,1 325,0 379,5 302,9 347,5 344,8 302,7 336,8 288,6 335,0 339,4 286,1 320,5 267,3 318,9 321,6 Про стимуляційний ефект на ростові процеси рослин свідчить також зростання активності біосинтезу фотосинтетичних пігментів (табл. 3). Таблиця 3 Вміст фотосинтетичних пігментів у листках дослідних видів рослин, що вирощені на штучних ґрунтах, мг/кг сирої маси Склад штучного ґрунту Торф, активна біодобавка, цеоліт - 40:55:15 Торф, активна біодобавка, цеоліт - 75:20:5 Донні мулові відкладення, дефекат, анальцим - 80:20:0,015 Донні мулові відкладення, дефекат, трепел - 75:25:0,01 Донні мулові відкладення, дефекат, діатоміт - 70:30:0,01 Донні мулові відкладення, дефекат, суміш (анальцим, трепел, діатоміт) 60:40:(0,03:0,03:0,03) Культура Озима пшениця Кукурудза Хлорофіл Хлорофіл Каротиноїди Каротиноїди а b а b 55,9 18,3 9,6 76,4 22,7 10,5 52,0 17,9 9,2 71,8 21,3 10,1 137,9 46,5 25,4 170,1 51,3 23,6 135,7 45,9 25,1 167,3 50,8 23,1 121,6 40,3 22,7 149,1 42,7 20,5 119,4 37,5 20,6 140,2 40,1 19,3 10 Присутність у складі штучного ґрунту анальциму сприяє підвищенню рухливості біогенних елементів і відповідному зростанню їх надходження до рослин у результаті вивільнення елементів із хімічно зв'язаних форм (табл. 4). Про це свідчить збільшення вмісту фосфатів І і II групи, які доступні для рослинних організмів за рахунок зменшення фосфатів III групи. 15 3 UA 102142 U Таблиця 4 Вміст елементів мінерального живлення в листках огірка при культивуванні на штучних ґрунтах Склад штучного ґрунту Торф, активна біодобавка, цеоліт 40:55:15 Торф, активна біодобавка, цеоліт 75:20:5 Донні мулові відкладення, дефекат, анальцим - 80:20:0,015 Донні мулові відкладення, дефекат, трепел - 75:25:0,01 Донні мулові відкладення, дефекат, діатоміт - 70:30:0,01 Донні мулові відкладення, дефекат, суміш (анальцим, трепел, діатоміт) - 60:40:(0,03:0,03:0,03) 5 Макроелементи - %, мікроелементи - мг/кг золи Вміст солей, г/л N Р K Сu Mg Fe Mn 0,51 1,9 0,31 2,4 2,1 0,37 217,5 80,1 0,46 1,7 0,27 2,1 2,2 0,33 209,1 77,5 1,79 2,2 0,56 2,9 3,1 0,68 238,2 69,3 1,75 2,1 0,54 2,8 3,2 0,65 235,4 67,1 1,58 2,0 0,48 2,7 2,9 0,61 230,5 66,9 1,55 0,9 0,47 2,5 2,7 0,60 228,4 65,2 Аналіз динаміки накопичення токсиноутворювальних речовин у штучних ґрунтах після 30добового вирощування дослідних видів рослин наведено у таблиці 5. Як видно із отриманих даних, штучний ґрунт, до складу якого входить природний кремнієвмісний мінерал, характеризується значно нижчим рівнем токсичності порівняно з відомим штучним ґрунтом. Таблиця 5 Токсичність штучних ґрунтів і наявність в них фітотоксичних мікроорганізмів після 30 діб вирощування озимої пшениці та томата Озима пшениця Томат Кількість Кількість Склад штучного ґрунту фітотоксичних фітотоксичних Токсичність, мікроорганізмів, % Токсичність, мікроорганізмів, % УКЕ УКЕ Торф, активна АктиноАктинобіодобавка, цеоліт Бактерії Гриби Бактерії Гриби міцети міцети 40:55:15 Торф, активна біодобавка, цеоліт 29,4 15,1 10,3 3,0 30,5 12,7 11,8 2,6 75:20:5 Донні мулові відкладення, дефекат, 28,7 14,2 9,8 2,6 29,8 11,9 11,5 2,7 анальцим - 80:20:0,01 Донні мулові відкладення, дефекат, 9,3 2,8 3,7 1,2 9,7 2,4 4,1 0,9 трепел - 75:25:0,1 Донні мулові відкладення, дефекат, 9,6 3,0 3,5 1,5 9,9 2,5 4,3 1,1 діатоміт - 70:30:0,01 Донні мулові відкладення, дефекат, суміш (анальцим, трепел, 10,0 3,2 3,8 1,6 10,5 2,7 4,5 1,3 діатоміт) 60:40:(0,03:0,03:0,03) 10 Дослідження рекультиваційних властивостей штучного ґрунту, що заявляється, проводились на збідненому на гумус світло-сірому лісовому ґрунті. При внесенні штучного ґрунту в нормі 1,0-1,5 т на гектар із подальшим обробітком на глибину 5-10 см врожайність 4 UA 102142 U 5 10 15 20 огірків підвищувалась на 35,7-41,2 %, настання фази "цвітіння" пришвидшувалось на 3-5 діб, фази "утворення зав'язі" - на 2-6 діб. Отримані результати можна пояснити зростанням на 22,8-25,3 % органічної речовини бідних на гумус ґрунтів і мікромеліоративним ефектом від внесення штучного ґрунту, до складу якого входять донні мулові відкладення, дефекат і кремнієвмісні природні мінерали: анальним, трепел, діатоміт або їх суміш. З наведених прикладів видно, що штучний ґрунт, що заявляється, сприяє підвищенню родючості бідних ґрунтів, стимулює ріст і розвиток різних видів рослин, пригнічує розвиток фітопатогенних мікроорганізмів, зменшує ґрунтовтому та токсичність ґрунтів, активізує адаптивний потенціал рослинних організмів до стрес-факторів в умовах відкритого і закритого ґрунту. Крім того, внесення штучного ґрунту до виснаженого ґрунту поліпшує його фізико-хімічні параметри, а також дозволяє здійснити рекультивацію та меліорацію цих ґрунтів, повертає родючість. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Штучний ґрунт, що містить вологоємний матеріал та біологічно активну речовину, який відрізняється тим, що як вологоємний матеріал містить донні мулові відкладення, біологічно активна речовина вибрана з групи кремнієвмісних мінералів: анальцим та/або трепел, та/або діатоміт, і додатково містить дефекат, при цьому кількісний вміст біологічно активної речовини або біологічно активних речовин становить від 0,01 до 0,1 % мас. від загальної маси, а співвідношення дефекату і донних мулових відкладень становить 1:(1,5…4), відповідно. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 5