Суміш для меліорації ґрунтів

Реферат: Винахід належить до сільського господарства, декоративного садівництва, в т. ч. рослинництва, комунального, лісового та інших областей народного господарства, і призначений для підвищення водостійкості та меліорації ґрунтів. Заявлено суміш для меліорації ґрунтів, яка містить наступне співвідношення компонентів, мас. %: сапропель 3-5, силікат калію 45-50, трепел 28-30 і діатоміт - решта. UA 108146 C2 (12) UA 108146 C2 UA 108146 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Винахід належить до сільського господарства, а саме до сумішей, які призначені для підвищення водостійкості та меліорації ґрунтів, та може бути використаний в природоохоронних технологіях для регулювання теплового, повітряного і поживного режимів ґрунту, збереження і підвищення його родючості та формування екологічно збалансованої раціональної структури угідь. Відома суміш для меліорації ґрунту, до складу якої як мінеральний компонент входить суміш твердих кремнійвмісних речовин із вмістом Si від 5-45 %, при цьому одна із цих речовин, витрати якої складають 50-10000 кг на 1 га, знаходиться в некристалічній формі з частками розміром не більше 1 мм, а інші речовини, загальні витрати яких складають 100-20000 кг на 1 га, знаходяться в некристалічній або кристалічній формі із частками розміром не більше 5 см. Як тверді кремнієвмісні речовини можуть бути використані екологічно нешкідливі тверді кремнієвмісні відходи промисловості, сільського господарства у вигляді золи, шлаків, пилу та ін., хімічно чистих кремнієвмісних сполук, наприклад аморфний діоксид кремнію, кварцовий пісок, піщаник, цеоліт, туф та ін., а також розмелені кремнієвмісні гірські породи, наприклад пісок, силікат кальцію, силікат магнію та ін. (заявка 97121124/13, 17.12.1997, опубл. 10.12.1998). Використання такої суміші потребує приготування багатокомпонентного складу, що вимагає великих фінансових витрат і часу на підготовчі роботи. При цьому, великий розмір часток складових не забезпечує ефективності дії сполук кремнію, за рахунок чого необхідне внесення високих доз суміші. До того ж, суміш недостатньо забезпечує покращення водно-повітряних властивостей поверхневого горизонту ґрунту, а також підвищення стійкості рослин до незадовільних умов вирощування. Відома суміш для меліорації ґрунтів, яка містить сапропель, відсів кар'єрів будівельних матеріалів та верхній шар глинистого ґрунту, при наступному співвідношенні компонентів: сапропель - 8-12 %, відсів кар'єрів будівельних матеріалів - 13-32 %, верхній шар глинистого ґрунту - решта (патент РФ № 2411281 від 11.06.2009 р. опубл. 10.02.2011 р.). Суміш забезпечує підвищення біопродуктивності ґрунтів та захист цих земель від вітрової ерозії. Однак, названа суміш не достатньо покращує агрофізичні показники ґрунту, які впливають на утримання в ньому вологи. Найближча за сукупністю ознак є суміш для меліорації ґрунтів (заявка РФ 92000596/15, 15.10.1992, опубл. 20.01.1995), до складу якої входить органічний компонент сапропель та мінеральні компоненти цеоліт та глинозем, при наступному співвідношенні компонентів, мас.: сапропель 60-70 цеоліт 23-27 глинозем 8-11. При цьому, цеоліт, що входить до складу суміші, додатково обробляють кремнійорганічною рідиною. Недоліком названої суміші є введення цеоліту, обробленого кремнійорганічною речовиною, наприклад ПЕС-5, із розрахунку 1-4 г на 100 г цеоліту, яка токсична для рослин і мікробіоти. Використання зазначеної суміші не забезпечує достатньої водоутримуючої та водопоглинальної спроможності ґрунту, особливо легкого механічного складу, що негативно впливає на ріст і розвиток рослин. Підвищення рівня рН ґрунту до величини 7,54 зменшує рухливість біогенних елементів, які є доступними для рослин, що, в свою чергу, зменшує стійкість рослин до зневоднювання. Задачею винаходу є удосконалення суміші для меліорації ґрунтів, в якій за рахунок нового складу компонентів та їх співвідношення досягається значне підвищення водоутримуючої та водопоглинальної спроможності ґрунтів. Крім того, забезпечується меліорація та рекультивація ґрунтів, що забруднені важкими металами та активація росту рослин і розвиток агрономічно корисних мікроорганізмів в ґрунті. Поставлена задача реалізується за рахунок внесення в ґрунт суміші для меліорації ґрунтів, що містить органічний компонент сапропель та мінеральні компоненти, в якій, згідно з винаходом, як мінеральні компоненти суміш містить силікат калію, діатоміт та трепел при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: сапропель 3-5 силікат калію 45-50 трепел 28-30 діатоміт решта. Саме в такому співвідношенні названих компонентів запропонована суміш забезпечує підвищення водостійкості ґрунтів та сприяє покращенню меліорації. Завдяки наявності силікату калію в ґрунті утворюються високомолекулярні полікремнієві кислоти, які безпосередньо впливають на його фізико-хімічні властивості. Утворені 1 UA 108146 C2 5 10 15 20 25 30 високомолекулярні полікремнієві кислоти (кремнієвий гель) характеризуються унікальною здатністю зберігати інформацію про будь-яку іншу сполуку або молекулу, за рахунок чого формується специфічна силікатна матриця, для якої притаманні каталітичні властивості та висока водопоглинальна спроможність. Саме ця особливість силікату калію забезпечує його високу водоутримуючу та меліоративну здатність. Калій, що входить до складу силікату підвищує стійкість рослин до посухи та фітопатогенів. Трепел і діатоміт - кремнієвмісні мінерали пористої структури, з високим вмістом рухливого кремнію, які задіяні в механізмах його активного поглинання і цілеспрямованого перерозподілу всередині рослини за рахунок монокремнієвих кислот, що забезпечує високі концентрації даного елемента в органах і тканинах, що зазнали стресу будь-якого походження. При цьому, за участі матриці полікремнієвих кислот та високої рухливості монокремнієвих кислот, стає задіяним універсальний допоміжний механізм стрес-захисту до посухи, до забруднювачів ґрунту, засолення, високих і низьких температур, що підвищують сорбційну спроможність суміші при внесенні в ґрунт добрив та слугують додатковим депо елементів мінерального живлення, сприяють розвитку агрономічно корисної мікробіоти, зменшують ґрунтовтому, гарантують високу водоутримуючу та меліораційну спроможність суміші. Кремній краще надходить в рослини в присутності органічного компонента сапропелю, який містить калій, а калій підвищує стійкість рослин до зневоднювання, тобто сапропель сприяє активізації надходження кремнію до рослин, створює додаткове джерело поживних речовин, підвищує родючість ґрунту, активізує розвиток мікроорганізмів, у т.ч. і азотобактеру. Також сапропель сприяє зниженню забрудненості та токсичності ґрунту за рахунок наявності гумінових та фульвокислот, які здатні утворювати комплексні з'єднання з солями металів, що містяться в ґрунті. При цьому, розмірність часток всіх складових суміші не перевищує 0,1 мм, що сприяє більш інтенсивній взаємодії препарату з ґрунтовим поглинальним комплексом, а це, в свою чергу, призводить до зменшення норм внесення суміші. Ефективність заявленої суміші для меліорації ґрунтів перевірялась в умовах лабораторних і натурних дослідів. Для кращого розуміння матеріалів опису наводимо конкретні приклади. Приклад 1 У модельних дослідах доведена можливість керування агрофізичними показниками ґрунту шляхом внесення кремнієвмісних сумішей. Так, при використанні суміші, до складу якої входять сапропель, цеоліт і глинозем суттєво знижується водопоглинання та вологовбирання піщаного ґрунту порівняно із варіантами, в яких вносилась запропонована суміш. Отримані результати представлені в таблиці 1. 35 Таблиця 1 Агрофізична характеристика піщаного ґрунту Варіант досліду Контроль Відома суміш, мас. %: сапропель - 60, цеоліт - 27, глинозем - 18 Відома суміш, мас. %: сапропель - 70, цеоліт - 23, глинозем - 8 Запропонована суміш, %: силікат калію - 45, трепел - 30, діатоміт - 20, сапропель - 5 Запропонована суміш, %: силікат калію - 50, трепел - 28, діатоміт - 19, сапропель - 3 Показник Водопоглинання, % через 30 хв. 6,6 240 хв. 15,3 Вологовбирання, % через 30 хв. 2,0 240 хв. 2,8 15,2 37,8 3,2 5,7 16,9 39,1 3,7 6,1 26,3 49,1 6,9 10,5 26,1 50,3 6,8 10,3 Приклад 2 На піщаному ґрунті при посіві кукурудзи на зерно вносили в рядки відому та запропоновану суміші із розрахунку 400 кг/га. Досліджували вміст елементів мінерального живлення в ґрунті, 2 UA 108146 C2 його токсичність та розвиток агрономічно корисної мікробіоти після закінчення вегетаційного періоду рослин. Порівняльну оцінку дії сумішей наведено в таблицях 2-4. Таблиця 2 Вміст гумусу та макро- і мікроелементів у піщаному ґрунті при внесенні меліорантів (1н HCL) Варіант досліду Контроль Відома суміш, мас.: сапропель - 60, цеоліт - 27, глинозем - 11 Відома суміш, мас.: сапропель - 70, цеоліт - 23, глинозем - 8 Запропонована суміш, %: силікат калію - 45, трепел - 30, діатоміт - 20, сапропель - 5 Запропонована суміш, %: силікат калію - 50, трепел - 28, діатоміт - 19, сапропель - 3 5 10 Гумус, % 0,45 рН сол. 4,86 Елементи, мг/л ґрунту N Р K 7,9 30,1 19,4 917,3 Мg 101,5 Fe 123,4 Mn 24,3 Ca 0 63 7,51 18,3 55,6 41,8 1199,7 135,6 131,9 31,8 0,65 7,53 20,1 59,2 43,4 1201,8 137,4 135,2 33,1 0,59 6,55 29,8 163,6 181,6 1448,3 228,4 138,1 17,3 0,58 6,51 29,3 159,4 189,4 1431,9 225,3 137,5 16,9 Аналіз даних, що наведено в таблиці 2, свідчить про позитивну роль запропонованого меліоранта на розподіл елементів мінерального живлення у піщаному ґрунті. Заслуговують увагу кількісні показники вмісту фосфору і калію в ґрунті при внесенні суміші, до складу якої входять силікат калію, трепел, діатоміт і сапропель. Зростання концентрації цих елементів доводить важливу роль кремнію у збалансованому живленні рослин, оскільки даний елемент приймає безпосередню участь у формуванні групового складу фосфатів і сприяє переходу важкорозчинних фосфатів III групи в рухливі форми І і II груп. Таблиця 3 Токсичність піщаного ґрунту та наявність в ньому фітотоксичних мікроорганізмів при внесенні меліорантів Варіант досліду Контроль Відома суміш, мас.: сапропель - 60, цеоліт - 27, глинозем - 11 Відома суміш, мас.: сапропель - 70, цеоліт - 23, глинозем - 8 Запропонована суміш, %: силікат калію 45, трепел - 30, діатоміт - 20, сапропель -5 Запропонована суміш, %: силікат калію 50, трепел - 28, діатоміт - 19, сапропель -3 15 Кількість фітотоксичних мікроорганізмів, Токсичність, % УКО бактерії гриби актиноміцети 35,7 13,9 10,3 2,7 30,9 10,5 6,9 2,4 31,3 11,2 7,2 2,5 8,4 2,3 3,3 1,2 8,7 2,7 3,5 1,4 Аналіз токсичності піщаного ґрунту, наведений у таблиці 3, свідчить про зменшення ґрунтовтоми за рахунок швидкої інактивації фітотоксинів мікроорганізмами (табл. 4). Необхідно зазначити, що при внесенні в піщаний ґрунт запропонованої суміші, виявлено різке зростання активності (21,6-24,3 рази) азобактера. Отримана залежність доводить участь силікату калію і природних кремнієвмісних мінералів у формуванні родючості піщаних ґрунтів. 3 UA 108146 C2 Таблиця 4 Чисельність різних груп мікроорганізмів у піщаному ґрунті при внесенні меліорантів Варіант досліду Контроль Відома суміш, мас.: сапропель 60, цеоліт 27, глинозем - 11 Відома, мас.: сапропель 70, цеоліт 23, глинозем - 8 Запропонована суміш, %: силікат калію - 45, трепел 30, діатоміт - 20, сапропель - 5 Запропонована суміш, %: силікат калію -50,трепел 28, діатоміт - 19, сапропель - 3 5 10 Кількість мікроорганізмів в 1 г абсолютно сухого ґрунту Загальна Бактерії, що кількість мобілізують Олігонітрофіли, Актиноміцети, Гриби, бактерій, млн. важкодоступні млн. тис. тис. сполуки МПА КАА фосфору, млн. 8,3 17,5 28,4 2,7 112,8 65,3 12,9 28,4 37,9 3,9 135,6 75,9 14,6 32,5 41,4 4,1 140,4 81,3 34,7 55,4 88,1 12,8 182,4 112,3 35,9 58,3 93,7 13,5 195,1 120,7 Середня врожайність кукурудзи на зерно на дослідних варіантах з відомим меліорантом складає 3,7 т/га, а на ділянках з запропонованим меліорантом врожайність досягає 5,1 т/га. На контрольній ділянці продуктивність кукурудзи становить 2,9 т/га. Приклад 3 Як модельний об'єкт для дослідження меліораційної спроможності відомої та запропонованої сумішей вибрано територію Національного ботанічного саду НАНУ, яка безпосередньо розташована в промзоні. Щорічний валовий обсяг викидів по ТЕЦ № 5 складає 11442 тонни, заводу "Аверс" - 186 тонн, асфальтобетонному заводу - 535 тонн. Моніторингові ділянки були розташовані на ботаніко-географічній ділянці "Степи України" та на площі дендрарію. Суміші для меліорації ґрунтів вносились восени із розрахунку 500 кг/га. Через рік досліджували вміст важких металів у ґрунті та рослинах дослідних ділянок. Отримані результати представлено в таблиці 1 і 2. Таблиця 5 Вміст важких металів у ґрунті моніторингових ділянок, що розташовані на території НБС НАНУ, мг/кг сухого ґрунту (1н НNO3) Варіант досліду Контроль Відома суміш, мас.: сапропель - 60, цеоліт глинозем - 11 Відома суміш, мас.: сапропель - 70, цеоліт глинозем - 8 Запропонована суміш, %: силікат калію трепел - 30, діатоміт - 20, сапропель - 5 Запропонована суміш, %: силікат калію трепел - 28, діатоміт - 19, сапропель - 3 Fe 256,6 27, 23, 45, 50, 15 4 Сu 5,3 Zn 21,9 Pb 6,5 193,4 2,4 13,6 4,3 8,7 197,2 2,7 15,4 4,5 9,1 21,7 0,18 2,3 0,59 1,4 23,1 0,21 2,5 0,63 1,8 Ni 12,3 UA 108146 C2 Таблиця 6 Вміст важких металів у листках рослин на території моніторингової ділянки "Степи України", мкг/г сухої речовини Варіант досліду 1. Контроль 2. "Прототип", мас.: сапропель - 60, цеоліт - 27, глинозем - 11 3. "Прототип", мас.: сапропель - 70, цеоліт - 23, глинозем - 8 4. Запропонована суміш, %: силікат калію - 45, трепел - 30, діатоміт - 20, сапропель - 5 5. Запропонована суміш, %: силікат калію - 50, трепел - 28, діатоміт - 19, сапропель - 3 5 10 Fe 804,7 Сu 35,8 Zn 173,6 Pb 27,1 277,5 26,4 81,9 13,2 6,4 312,4 27,6 85,7 14,5 7,2 121,6 5,5 22,5 3,9 4,1 127,9 5,9 23,7 4,2 4,3 Ni 14,6 Отримані результати свідчать про високу меліораційну спроможність запропонованої суміші. Отже, запропонована суміш є високоефективною, як для ґрунту, так і для рослин. При внесенні суміші в ґрунт, значно підвищується його водоутримуюча та водопоглинальна спроможність. Крім того, забезпечується меліорація та рекультивація ґрунтів, що забруднені важкими металами, розвиток агрономічно корисних мікроорганізмів в ґрунті та активація росту рослин. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Суміш для меліорації ґрунтів, що містить органічний компонент сапропель та мінеральні компоненти, яка відрізняється тим, що як мінеральні компоненти суміш містить силікат калію, діатоміт та трепел при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: сапропель 3-5 силікат калію 45-50 трепел 28-30 діатоміт решта. 15 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5