Результат интеллектуальной деятельности: КОМПОЗИЦИЯ ИЗ СТУКТУРООБРАЗУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к мелиорации почв, в частности к составам и способам для борьбы с водной эрозией почв.

Известен способ защиты грунтов от эрозии (RU, П. №2267514, C09K 17/40, от 10.01.2006), в котором готовят водный раствор поливинилового спирта и наносят его на поверхность грунта, предварительно вносят влагосорбент, в качестве которого используют порошок бентонитовой глины в смеси с семенами многолетних трав, удобрений и гуматов.

Недостатком является то, что поливиниловый спирт, при некоторой передозировке, образует водонепроницаемую плотную пленку на поверхности почвы, которая препятствует росту растений и нарушает водно-воздушный режим почвы.

Известен способ получения композиции на основе полиакриламида (SU, а.с. №192405, C08F 25/01, БИ №5 от 06.11.1967) для получения комплексного удобрения со свойствами структурообразователя почвы, включающего химическую обработку полиакриламидом.

Недостатком является то, что при введении в композицию различных солей они хорошо растворются в воде, что приводит к быстрому вымыванию питательных элементов из почвы. При этом технология приготовления композиции требует специального оборудования.

Известен состав для мелиорации пустынно-степных солонцовых почв (SU а.с. №1253983, C09K 17/00, БИ №32 от 30.08.1986), в котором для восстановления плодородия нарушенных почв используют мелиорант, содержащий золошлаковые отходы ГРЭС, дополнительно включающий солому и вермикулит в определенном соотношении.

Золошлаковые отходы ГРЭС содержат большое количество тяжелых металлов, что недоброкачественно влияет на почву.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является композиция из влагосорбентов для защиты почв от водной эрозии (RU П №2430952, C09K 17/14, БИ №28 от 10.10.2011 г.), которая состоит из компонентов: гидрогель - 1%, глауконитовый песок - 27%, сапропель - 52%, ракушечник - 20%.

Недостаток данной композиции - гидрогель является дорогим компонентом, а добыча сапропеля требует наличие озер и большой влажности, что не характерно для засушливой и степной зон.

Сущность данного изобретения - в создании композиции из структурообразующих материалов для защиты почв от водной эрозии, состоящей из четырех компонентов, способствующих улучшению водно-физических свойств почвы.

Технический результат - улучшение структуры почвы, повышение плодородия.

Технический результат достигается тем, что в качестве структурообразующих материалов предлагается использовать: терриконовую породу, бентонитовую глину, керамзитовый отсев и известняк-ракушечник, что способствует, в определенном соотношении, увеличению пористости и влагоемкости почвы.

Компоненты, используемые в композиции, были доставлены с предприятий Ростовской области: бентонитовая глина - Тарасовского месторождения; керамзитовый отсев закупался в компании ООО «Дон-Керамзит» г. Ростов-на-Дону; терриконовая порода доставлялась с территории г. Шахты; известняк-ракушечник - Мишкинского месторождения (Аксайского района).

Композицию составляют: бентонитовая глина (фракции 1÷10 мм), которая благодаря своим физическим свойствам обладает высокой связующей способностью, водопоглощаемостью, имеет широкое применение в сельском хозяйстве, применяется для улучшения качества легких почв; известняк-ракушечник (фракции 5÷10 мм) благодаря пористой и развитой капиллярной микроструктуре содержит воздух, что способствует улучшению водно-физических свойств почвы; керамзитовый отсев (фракции 0,315÷1 мм) получают путем обжига легкоплавкой глины, имеет пористую структуру, легко впитывает воду и отдает влагу, если в почве ощущается ее недостаток, общее содержание SiO₂ должно быть не более 70%, Al₂O₃ - не менее 12% (желательно около 120%), Fe₂O₃+FeO - до 10%, органических примесей - 1÷2%; терриконовая порода (фракции 15÷20 мм) - отход угольной промышленности, состоит из умеренно метаморфизированного глинистого сланца малой прочности, отличающегося низкой морозостойкостью, высокой пористостью и сравнительно быстрым выветриванием. Мелиорирующей основой породы являются сульфаты кальция (0,5÷12%), сульфаты железа (3÷5%), сульфаты алюминия (13÷20%), удобрительной - фосфор, калий, микроэлементы (марганец, цинк, молибден, медь, кобальт), смесь гумусовых и других угольных остатков (8%). Отличительным признаком терриконовой породы является содержание в ней кальция, железа, которые при внедрении в почвенно-поглотительный комплекс оструктуривают почву и делают ее более водопроницаемой, и серы, которая, окисляясь, превращается в серную кислоту и повышает кислотность почв. Кроме того, в терриконовой породе содержится гипс (4÷15%), который позволяет удалить из почвы избыток обменного натрия, отрицательно влияющего в первую очередь на физические свойства почв. Содержание токсичных элементов не превышает ПДК.

Для изучения процесса водопроницаемости и получения оптимального состава композиции из структурообразующих материалов были проведены лабораторные анализы в эколого-аналитической лаборатории ФГБНУ «Рос-НИИПМ». Лаборатория аккредитована в системе Саал, аттестат аккредитации №РОСС RU 0001.512.581, действует до 20.10.2015 г.

Обобщенные результаты анализов представлены в таблицах 1-5.

Результаты гранулометрического и микроагрегатного анализов почвы и компонентов композиции до внесения в почву представлены в таблице 1. Анализ таблицы 1 показывает, что в гранулометрическом составе керамзитового отсева и терриконовой породы преобладают фракции размером более 0,25 мм (78,57% и 72,13%), следовательно, частицы данной фракции обеспечивают хорошую водопроницаемость почвы; известняк-ракушечник, фракции 0,25÷0,05 мм (36,55%), усиливает водоподъемную способность; бентонитовая глина - фракции 0,01÷0,005 мм (48,52%), влияет на связующую способность, тем самым увеличивает сопротивляемость почвы к размыву. По микроагрегатному составу содержание физической глины в почве 25,54%, т.е. почва легко суглинистая. Гранулометрический и микроагрегатный анализы показали, что все материалы композиции по своему составу благоприятно влияют на оструктуривание и увеличение влагоемкости почвы.

В таблице 2 представлены результаты анализов по содержанию подвижных форм тяжелых металлов в каждом из структурообразующих материалов композиции, которые показали, что превышение предельно допустимой концентрации (Методика по организации и ведению мониторинга орошаемых земель под ред. Скуратова Н.С. Новочеркасск, НГМА, 2000. - 51 с., стр. 34-37) не обнаружено.

В таблице 3 приведены, в процентном соотношении к общему объему всех четырех компонентов, результаты опытов по определению оптимального состава структурообразующих материалов композиции.

По первому варианту таблицы 3 видно, что при процентном соотношении керамзитового отсева (12 масс %), терриконовой породы (33 масс %), известняка-ракушечника (35 масс %) и бентонитовой глины (20 масс %) - впитывание воды со скоростью 0,5 мм/мин, не способствует удобрительному действию.

По второму варианту: терриконовой породы (масс 40%), известняка-ракушечника (25 масс %), керамзитового отсева (20 масс %), бентонитовой глины (15 масс %) - скорость впитывания уменьшилась до 0,25 мм/мин, при этом не происходит оструктуривающего действия на почву. В третьем варианте: терриконовой породы (10 масс %), известняка-ракушечника (55 масс %), керамзитового отсева (5 масс %), бентонитовой глины (30 масс %) - происходит значительное впитывание воды почвой со скоростью 1,4 мм/мин, наблюдался положительный эффект, увеличивалась влагоемкость и пористость. По четвертому варианту: терриконовой породы (50 масс %), известняка-ракушечника (30 масс %), керамзитового отсева (15 масс %), бентонитовой глины (5 масс %) - скорость впитывания 0,74 мм/мин - не оказывала значительного влияния на накопление питательных элементов в почве, уменьшалась влагоемкость. По пятому варианту: терриконовой породы (20 масс %), известняка-ракушечника (46 масс %), керамзитового отсева (8 масс %), бентонитовой глины (26 масс %) - наблюдалось активное впитывание влаги со скоростью 1,06 мм/мин. При соотношении компонентов в шестом варианте: терриконовой породы (47 масс %), известняка-ракушечника (22 масс %), керамзитового отсева (13 масс %), бентонитовой глины (18 масс %) - происходило нарушение водно-воздушного режима почвы, вследствие чего наблюдалось самое незначительное впитывание воды почвой при скорости 0,15 мм/мин.

На основе проведенного анализа таблицы 3 выбран оптимальный состав композиции из структурообразующих материалов, включающий: керамзитовый отсев (5 масс %), терриконовую породу (10 масс %), известняк-ракушечник (55 масс %), бентонитовую глину (30 масс %).

Композицию готовят следующим образом: известняк-ракушечник дробят до получения частиц размером 5÷10 мм, затем смешивают с бентонитовой глиной фракции 1÷10 мм и терриконовой породой фракции 15÷20 мм и добавляют керамзитовый отсев размером частиц 0,3÷1 мм, в оптимальном составе вносят в 12-15-сантиметровый слой почвы перед посевом.

Распределение композиции из структурообразующих материалов осуществляется с учетом предварительной почвеннно-картографической оценки орошаемого поля, т.е. учитываются почвенно-климатические, гидрогеологические условия, геоморфологические особенности поля для наиболее рационального внесения и длительного действия.

При попадании воды в почву, смешанную с композицией, бентонитовая глина начинает набухать, затем происходит облипание терриконовой породой и керамзитовым отсевом, при этом образуется эрозионноустойчивая структура почвы, а известняк-ракушечник играет оструктуривающую и водоудерживающую роль в почве. При сочетании всех этих элементов улучшается агрегатный состав, влагоемкость, влагоудерживающая способность почвы, происходит увеличение содержания в почве питательных элементов.

В таблице 4 рассчитаны коэффициенты дисперсности и структурности почвы (Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М., Агропромиздат, 1986. - 416 с.- Стр. 69-70). Анализ данных таблицы 4 показывает, что фактор дисперсности при внесении композиции в почву на 2% меньше (т.к. происходит уменьшение степени разрушения микроагрегатов в воде), чем в почве до внесения композиции (6%), степень агрегатности, гранулометрического показателя и структурности повышается, следовательно, улучшается водопрочность структуры почвы и увеличивается потенциальная способность ее к оструктуриванию.

В таблице 5 приведены данные по содержанию основных питательных элементов в почве и композиции. Почва с внесенной в нее композицией содержит 3,2% гумуса, по сравнению с почвой на контроле, содержащей 2,4%, при этом происходит увеличение содержания фосфора, азота и калия.

Композиция из структурообразующих материалов при внесении в почву активно действует на протяжении всего вегетационного периода и формирует коллоидную структуру, улучшает водно-физические свойства, влагоемкость и водопроницаемость, а также повышает сопротивляемость к размыву почвы.