Суміш для меліорації ґрунтів

Реферат: Суміш для меліорації ґрунтів включає органічний та мінеральні компоненти. Крім цього, суміш містить органічний компонент, вибраний з групи: сапропель, торф, перегній або їх суміш, мінеральний компонент, вибраний з групи кремнієвмісних мінералів: трепел, анальцим, діатоміт або їх суміш, і додатково містить силікат лужного або лужноземельного металу, при цьому кількісний вміст органічного або органічних компонентів становить від 2,7 до 10,5 % мас. від загальної маси суміші, а співвідношення силікату лужного або лужноземельного металу і мінерального або мінеральних компонентів становить 1: (1…8,5) відповідно. UA 91819 U (12) UA 91819 U UA 91819 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до матеріалу для покращення стану та стабілізації ґрунту, а саме до суміші для меліорації ґрунтів, і може бути використана у сільському господарстві для меліорації земель. У світі існує проблема збереження вологи в ґрунтах. Близько 40 % всіх сільськогосподарських угідь характеризуються дефіцитом вологи. Одним з основних шляхів вирішення цієї проблеми є зрошування ґрунтів. Проте, недоліком зрошування є засолення ґрунтів та ґрунтовтома. Другим шляхом вирішення цієї проблеми є внесення в ґрунт сумішей з водоутримуючими та водопоглинальними властивостями, які, окрім водоутримання, забезпечують зниження ґрунтовтоми. Відома суміш для меліорації ґрунту, до складу якої як мінеральний компонент входить суміш твердих кремнієвмісних 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 діокрид кремнію, кварцовий пісок, піщаник, цеоліт, туф та ін., а також розмелені кремнієвмісні гірські породи, наприклад пісок, силікат кальцію, силікат магнію та ін. (заявка 9712124/3, 17.12.1997, опубл. 10.12.1998). Зазначена суміш недостатньо забезпечує покращення водно-повітряних властивостей поверхневого горизонту ґрунту, які впливають на утримання в ньому вологи, та на 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 недостатньо 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. 27.11.1995), 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. Використання зазначеної суміші не забезпечує достатньої водоутримуючої та водопоглинальної спроможності ґрунту, що негативно впливає на ріст і розвиток рослин. Недоліком зазначеної суміші також є введення цеоліту, обробленого кремнійорганічною речовиною, яка є токсичною для рослин і мікробіоти. Задачею корисної моделі є удосконалення суміші для меліорації ґрунтів, в якій за рахунок складу компонентів та їх співвідношення досягається можливість отримання суміші, використання якої забезпечує значне підвищення водоутримуючої та водопоглинальної спроможності ґрунтів, зменшення ґрунтовтоми та інгібування розвитку фітотоксичних мікроорганізмів. При цьому, всі компоненти суміші не є токсичними. Поставлена задача реалізується запропонованою сумішшю для меліорації ґрунтів, що включає органічний та мінеральні компоненти, яка, згідно з корисною моделлю, містить органічний компонент, вибраний з групи: сапропель, торф, перегній або їх суміш, мінеральний компонент, вибраний з групи кремнієвмісних мінералів: трепел, анальцим, діатоміт або їх суміш, і додатково містить силікат лужного або лужноземельного металу, при цьому кількісний вміст органічного або органічних компонентів становить від 2,7 до 10,5 % мас. від загальної маси суміші, а співвідношення силікату лужного або лужноземельного металу і мінерального або мінеральних компонентів становить 1:(1…8,5) відповідно. Краще, коли суміш як органічний компонент містить сапропель. Краще, коли суміш як мінеральний компонент містить трепел, а як силікат лужного металу містить силікат калію при наступному співвідношенні компонентів, % мас.: сапропель 2,7…10,5, силікат калію 9,5…60,0, трепел - решта. Ще краще, коли суміш як мінеральні компоненти містить трепел і діатоміт, а як силікат лужного металу містить силікат калію при наступному співвідношенні компонентів, % мас.: сапропель 2,7…10,5, силікат калію 9,5…60,0, трепел 10…50,0, діатоміт - решта. Всі компоненти суміші, що заявляється, не є токсичними, а їх кількісний та якісний склад працює на виконання поставленої задачі, а саме на підвищення водоутримуючої та 1 UA 91819 U 5 10 15 20 25 водопоглинальної спроможності ґрунтів, на забезпечення зменшення ґрунтовтоми та на інгібування розвитку фітотоксичних мікроорганізмів. Поставлена задача вирішується завдяки присутності в суміші силікату лужного або лужноземельного металу, що в присутності органічних компонентів в ґрунті утворює високомолекулярні полікремнієві кислоти, а саме кремнієвий гель, який характеризується унікальною здатністю зберігати інформацію про будь-яку іншу сполуку або молекулу. За рахунок цієї здатності формується специфічна силікатна матриця, для якої притаманні каталітичні властивості та висока водопоглинальна спроможність. Саме така особливість силікату лужного або лужноземельного металу у сукупності з органічним і мінеральними компонентами забезпечує його високу водоутримуючу та меліоративну здатність. До того ж, рухливі форми кремнію, що знаходяться в кремнієвмісних мінералах, в присутності органічного компонента сприяють активізації надходження його елемента до рослин, створюють додаткове джерело поживних речовин, активізують розвиток агрономічно корисних мікроорганізмів, у т.ч. і азотобактеру. За рахунок оптимізації фізико-хімічних параметрів ґрунтів при внесенні зазначеної суміші, яка характеризуються високим вмістом рухливих форм кремнію відбувається зменшення ґрунтовтоми. Крім того, в ґрунтах, до яких внесена зазначена суміш, спостерігається підвищення адаптивного потенціалу рослин за рахунок монокремнієвих кислот, та забезпечуються оптимальні агрофізичні показники ґрунту для розвитку ґрунтової мікробіоти. Суміш для меліорації ґрунтів містить органічний компонент сапропель, або торф, або перегній, або їх суміш, та кремнієвмісний мінерал трепел, або анальцим, або діатоміт, або їх суміш, - і додатково містить силікат лужного або лужноземельного металу, при цьому, кількісний вміст органічного або органічних компонентів становить від 2,7 до 10,5 % мас. від загальної маси суміші, а співвідношення силікату лужного або лужноземельного металу до мінерального або мінеральних компонентів становить 1:(1…8,5) відповідно. Оптимально, коли суміш як органічний компонент містить сапропель, як мінеральні компоненти містить трепел і діатоміт, а як силікат лужного металу містить силікат калію при наступному співвідношенні компонентів, % мас.: сапропель 2,7…10,5, силікат калію 9,5…60,0, трепел 10…50,0, діатоміт - решта. Варіанти виконання складу суміші наведені в таблиці 1. 30 Таблиця 1 №№ Органічні компоненти, % Мінеральні компоненти, мас. % мас. (М) складу суміші сапропель торф перегній трепел анальцим діатоміт 1. 2,7 37,3 2. 5,0 50 3. 4,0 4,0 72 4. 10,5 80 5. 2,7 10 27,3 6. 2,0 3,0 35 15 7. 8,0 45 27 8. 10,5 50 30 9. 2,7 20 27,3 10. 3,0 7,0 80,5 11. 2,7 47,3 10 12. 10,5 30,0 40 10 13. 1,0 0,9 0,8 17,3 10 10 14. 5,0 3,0 2,5 30 25 25 15. 2,0 2,0 4,0 10 52 10 16. 2,0 3,0 10 40 17. 2,7 23,3 20 5 18. 10,5 30 14,5 20 Силікати, % мас. K 60 45 20 9,5 60 40 20 9,5 (С) Na Са 50 9,5 40 9,5 60 9,5 20 45 50 25 Вміст орган Співвід комп. % мас. нош. від С:М заг.мас.суміші 2,7 5,0 8,0 10,5 2,7 5,0 8,0 10,5 2,7 10,0 2,7 10,5 2,7 10,5 8,0 5,0 2,7 10,5 1:0,6 1:1 1:3,6 1:8,4 1:0,6 1:1,3 1:3,6 1:8,4 1:1 1:8,5 1:1,4 1:8,4 1:0,6 1:8,4 1:3,6 1:1 1:1 1:2,6 Ефективність заявленої суміші для меліорації ґрунтів перевірялась в умовах лабораторних і натурних дослідів. Для кращого розуміння матеріалів опису наводимо конкретні приклади. Приклад 1 2 UA 91819 U 5 У модельних дослідах доведена можливість керування агрофізичними показниками ґрунту шляхом внесення кремнієвмісних сумішей (склад 1 - склад 18). 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 2. Експериментально показано доцільність використання суміші, до складу якої входять органічний компонент і мінеральний компонент, зокрема природні кремнієвмісні мінерали та силікат лужного або лужноземельного металу, для заощадження вологи в ґрунті легкого механічного складу. Таблиця 2 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 Склад суміші № 1 Склад суміші № 2 Склад суміші № 3 Склад суміші № 4 Склад суміші № 5 Склад суміші № 6 Склад суміші № 7 Склад суміші № 8 Склад суміші № 9 Склад суміші № 10 Склад суміші № 11 Склад суміші № 12 Склад суміші № 13 Склад суміші № 14 Склад суміші № 15 Склад суміші № 16 Склад суміші № 17 Склад суміші № 18 Показник Водопоглинання, % через Вологовбирання, % через 30 хв. 240 хв. 30 хв. 240 хв. 6,6 15,3 2,0 2,8 15,2 37,8 3,2 5,7 16,9 39,1 3,7 6,1 26,3 26,0 26,1 25,7 25,9 26,2 26,9 25,1 26,1 24,9 26,5 23,7 26,1 25,5 26,1 25,7 26,8 25,2 49,1 48,5 49,5 48,2 49,0 50,1 51,7 48,5 50,3 52,3 51,7 47,6 48,9 49,4 52,1 53,4 50,7 48,4 6,9 6,2 6,7 5,9 5,8 6,4 7,2 5,7 6,8 6,5 6,1 5,5 6,4 6,0 6,6 6,2 5,9 5,7 10,5 9,7 10,6 9,4 10,3 10,7 10,9 9,8 10,3 10,7 10,3 9,4 9,9 10,2 10,5 9,8 10,0 10,4 10 15 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, його токсичність та розвиток агрономічно корисної мікробіоти після закінчення вегетаційного періоду рослин. Порівняльну оцінку дії сумішей наведено в таблицях 3-5. 3 UA 91819 U Таблиця 3 Вміст лабільних форм гумусу (ЛФГ) 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 Склад суміші № 1 Склад суміші № 4 Склад суміші № 5 Склад суміші № 8 Склад суміші № 13 Склад суміші № 14 5 10 0,45 РН сол. 4,86 N 7,9 Р 30,1 Елементи, мг/л ґрунту K Са Мg 19,4 917,3 101,5 Fe 123,4 Мn 24,3 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 0,60 0,58 0,59 0,58 0,59 6,55 6,92 6,59 6,82 6,51 6,72 29,8 31,3 30,9 32,6 29,3 31,7 163,6 197,3 179,4 209,7 159,4 187,2 181,6 163,7 224,3 172,5 189,4 130,5 1448,3 1627,5 1495,6 1651,7 1431,9 1623,7 228,4 251,7 231,3 261,5 225,3 244, 138,1 145,6 142,4 146,7 137,5 143,9 17,3 15,2 16,7 14,9 16,9 15,3 ЛФГ, % Аналіз даних, що наведені в таблиці 3, свідчить про позитивну роль запропонованого меліоранту 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. Крім того, виявлено зменшення вдвічі концентрації марганцю в ґрунті при внесенні запропонованої суміші, що свідчить про пригнічення процесів ґрунтовтоми. Таблиця 4 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 Склад суміші № 1 Склад суміші № 4 Склад суміші № 5 Склад суміші № 8 15 Токсичність, УКО 35,7 Кількість фітотоксичних мікроорганізмів, % бактерії гриби актиноміцети 13,9 10,3 2,7 30,9 10,5 6,9 2,4 31,3 11,2 7,2 2,5 8,4 8,9 8,7 9,2 2,3 2,6 2,7 2,8 3,3 3,7 3,5 3,1 1,2 1,5 1,4 1,6 Аналіз токсичності піщаного ґрунту, наведений у таблиці 4, свідчить про зменшення ґрунтовтоми за рахунок швидкої інактивації фітотоксинів мікроорганізмами (табл. 5). Необхідно зазначити, що при внесенні в піщаний ґрунт запропонованої суміші, виявлено різке зростання 4 UA 91819 U активності (21,6-24,3 разу) азотобактера. Отримана залежність доводить участь силікату калію і природних кремнієвмісних мінералів у формуванні родючості піщаних ґрунтів. Таблиця 5 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 Склад суміші № 1 Склад суміші № 4 Склад суміші № 5 Склад суміші № 8 5 10 15 Кількість мікроорганізмів в 1 г абсолютно сухого ґрунту Загальна кількість Бактерії, що бактерій, млн. мобілізують Актино Олігонітрофіли, Гриби, важкодоступні міцети, млн. тис. сполуки тис. 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 35,9 36,2 36,8 55,4 58,3 59,4 61,9 88,1 93,7 99,3 101,7 12,8 13,5 13,9 14,1 182,4 195,1 201,5 208,2 112,3 120,7 118,9 21,3 Середня врожайність кукурудзина 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 6 і 7. Таблиця 6 Вміст важких металів у ґрунті моніторингових ділянок, що розташовані на території НБС НАНУ, мг/кг сухого ґрунту (1н HNO3) Варіант досліду Контроль Відома суміш, мас: сапропель - 60, цеоліт -27, глинозем - 11 Відома суміш, мас: сапропель - 70, цеоліт -23, глинозем - 8 Склад суміші № 1 Склад суміші № 4 Склад суміші № 5 Склад суміші № 8 Fe 256,6 Zn 21,9 Pb 6,5 Ni 12,3 193,4 2,4 13,6 4,3 8,7 197,2 2,7 15,4 4,5 9,1 21,7 23,1 20,9 22,6 5 Сu 5,3 0,18 0,21 0,22 0,24 2,3 2,5 2,1 2,4 0,59 0,63 0,61 0,65 1,4 1,8 1,5 1,9 UA 91819 U Таблиця 7 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. Склад суміші № 1 5. Склад суміші № 4 5 Fe 804,7 Сu 35,8 Zn 173,6 Pb 27,1 Ni 14,6 277,5 26,4 81,9 13,2 6,4 312,4 27,6 85,7 14,5 7,2 121,6 127,9 5,5 5,9 22,5 23,7 3,9 4,2 4,1 4,3 Отже, отримані в лабораторних і натурних дослідах результати свідчать про високу водоутримуючу, водопоглинальну та меліораційну спроможність запропонованої суміші, яка є високоефективною як для ґрунту, так і для рослин. При внесенні суміші в ґрунт забезпечується зменшення ґрунтовтоми та інгібується розвиток фітотоксичних мікроорганізмів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 1. Суміш для меліорації ґрунтів, що включає органічний та мінеральні компоненти, яка відрізняється тим, що містить органічний компонент, вибраний з групи: сапропель, торф, перегній або їх суміш, мінеральний компонент, вибраний з групи кремнієвмісних мінералів: трепел, анальцим, діатоміт або їх суміш, і додатково містить силікат лужного або лужноземельного металу, при цьому кількісний вміст органічного або органічних компонентів становить від 2,7 до 10,5 % мас. від загальної маси суміші, а співвідношення силікату лужного або лужноземельного металу і мінерального або мінеральних компонентів становить 1:(1…8,5) відповідно. 2. Суміш за п. 1, яка відрізняється тим, що як органічний компонент містить сапропель. 3. Суміш за п. 2, яка відрізняється тим, що як мінеральний компонент містить трепел, а як силікат лужного металу містить силікат калію при наступному співвідношенні компонентів, % мас.: сапропель силікат калію трепел 25 2,7…10,5 9,5…60,0 решта. 4. Суміш за п. 2, яка відрізняється тим, що як мінеральні компоненти містить трепел і діатоміт, а як силікат лужного металу містить силікат калію при наступному співвідношенні компонентів, % мас.: сапропель силікат калію трепел діатоміт 2,7…10,5 9,5…60,0 10…50,0 решта. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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 6