Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВНЕСЕНИЯ В ПОЧВУ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОЙ ДОБАВКИ

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в качестве органоминеральной добавки пролонгированного действия с целью окультуривания территорий лесных массивов, рекультивации откосов автомобильных дорог и свалок твердых коммунальных отходов (ТКО).

Известен способ повышения плодородия почвы (пат. RU №2178964, опубл. 10.02.2002), заключающийся во внесении в почву фосфорсодержащего сырья совместно с подкисляющей добавкой, при этом в качестве фосфорсодержащего сырья используют фосфоритную муку, а в качестве подкисляющей добавки используют фосфогипс при соотношении компонентов в физическом весе 1:1.

Недостатком способа является присутствие исключительно минеральной составляющей, наличие которой не обеспечивает плодородных свойств почвы и локализации возможного негативного воздействия нежелательных примесей, находящихся в компонентах смеси, в частности РЗМ в фосфогипсе, на почвы.

Известен способ мелиорации сельскохозяйственных земель (пат. RU №2516468, опубл. 20.05.2014), подразумевающий внесение в почву почвоудобрительного материала, в качестве которого используют органоминеральный компост, содержащий свиной навоз и навоз крупного рогатого скота, осадки сточных вод и фосфогипс при следующем компонентном соотношении (масс. %): фосфогипс с рН 5,0-5,5 - 10-13, свиной навоз - 11-13, осадки сточных вод - 6-8, навоз крупного рогатого скота - остальное, которые компостируют в летний период в течение 3 месяцев в условиях высоких среднесуточных температур компоста от 35 до 45°С, ежемесячно перемешивая до созревания. Затем полученный компост вносят в почву однократно на 5 лет в дозе 60 т/га, заделывая его в конце лета-начале осени на глубину 14-18 см.

Недостатком способа является то, что для активации биохимических процессов и одновременного обезвреживания вредоносной микрофлоры в полученной органоминеральной смеси необходимо обеспечивать условия высоких среднесуточных температур компостирования, а также ежемесячное перемешивание компоста в течение всего летнего периода, что увеличивает трудоемкость технологии производства почвоудобрительного материала.

Известен способ получения комплексного органоминерального удобрения на основе природных алюмосиликатов (пат. RU №2607600, опубл. 10.01.2017), включающий одновременное перемешивание и измельчение органических и минеральных компонентов, причем измельчение алюмосиликатного сырья и фосфогипса ведут до достижения размеров частиц менее 30 мкм, после чего происходит последующее смешивание с биогумусом при следующем соотношении компонентов (масс. %): алюмосиликаты - 50-60, фосфогипс - 10-20, биогумус - 20-40.

Недостатками способа является необходимость обеспечения тонкого помола алюмосиликатного сорбционного сырья и фосфогипса до получения фракции менее 30 мкм, что подразумевает дополнительные энергетические затраты. Кроме того, использование биогумуса, включающего навоз, помет, растительные остатки и др., не обеспечивает полноценной микробиологической чистоты удобрения.

Известен способ улучшения агрофизических свойств почвы (пат. RU №2423812, опубл. 20.07.2011), принятый за прототип, заключающийся во внесении в почву фосфогипса, его заделке и посеве сельскохозяйственных культур. При этом в почву на глубину 10-14 см вносят компост, включающий отходы животноводства - перегной, производства фосфорных удобрений - дигидратный фосфогипс и деревообрабатывающей промышленности - опилки в соотношении компонентов 50:5:1 соответственно, после чего почвосмесь перемешивают до однородной массы.

Недостатком способа является то, что отходы животноводства, включенные в состав компоста, являются дополнительным фактором загрязнения почвы патогенными микроорганизмами. Таким образом, в случае необоснованного дозирования органической составляющей высока вероятность нарушения физико-химического баланса почвы за счет накопления следующих продуктов жизнедеятельности микроорганизмов -аммиак, сероводород и углекислый газ.

Техническим результатом является создание способа увеличения эффективности роста травосмеси, а также обеспечения перехода тяжелых металлов и РЗМ в растения в допустимых количествах.

Технический результат достигается тем, органоминеральную добавку вносят при соотношении органоминеральной добавки и почвы 1:1, затем проводят рассеивание и запашку, при этом в качестве минеральной составляющей добавки используют фосфогипс, в качестве органической составляющей - шлам лигнина причем компоненты используют при следующем соотношении компонентов по массе (мас. %):

фосфогипс - 20-25;

шлам лигнина - 75-80.

Способ осуществляется следующим образом. В качестве минерального компонента органоминеральной смеси, обеспечивающего повышенное содержание питательных элементов в смеси - азота, калия и фосфора (NKP), используется отход цеха производства экстракционной фосфорной кислоты - фосфогипс, а также в качестве органической составляющей смеси, являющейся источником органических соединений и питательных компонентов, применяется обезвоженный осадок биологической очистки сточных вод производства сульфитной целлюлозы - шлам лигнина. Несмотря на это, наличие следов тяжелых металлов и РЗМ в органоминеральной смеси фосфогипса и шлама лигнина обуславливает необходимость долевого внесения компонентов в почву. Шлам лигнина не является канцерогенным, не образует токсичных продуктов в окружающей среде, способных накапливаться в трофических цепях, не обладает мутагенными свойствами, а также не содержит патогенной микрофлоры и семян сорняков.

В качестве минеральной составляющей выступает фосфогипс, а органической компоненты - шлам лигнина, взятые в соотношениях по массе (мас. %): фосфогипс - 20-25, шлам лигнина - 75-80. Смешивание компонентов и одновременное разовое их внесение в почву дерново-подзолистого типа при соотношении по массе составляющих органоминеральной добавки и почвы 1:1 осуществляется с помощью тукоразбрасывающих машин с последующей запашкой добавки на глубину от 15 до 20 см и дальнейшей культивацией почвенной толщи.

В результате смешивания фосфогипса с органической компонентой получается комплексное гранулометрическое удобрение с образованием труднорастворимого гумата кальция, цементирующего структуру агрегатов и обеспечивающего повышение устойчивости органоминерального комплекса с, включенными в него, тяжелыми металлами и РЗМ к выщелачиванию из почвы и переходу элементов в растительные организмы. Внесение значительных долей ионов кальция в почву как с фосфогипсом, так и с органической составляющей, обуславливает задействование избыточного кальция, более не используемого на вытеснение обменного натрия в структуре почвы, в биохимических механизмах поступления тяжелых металлов и стронция в растительные организмы, тем самым замещая их.

Пример практической реализации способа. Моделирование процесса произрастания растительных организмов с включением предложенной органоминеральной добавки было осуществлено в лабораторных условиях с выявлением, наиболее подходящего, долевого состава почвосмеси.

Для моделирования процесса произрастания растительных организмов на трехкомпонентной почвосмеси было выбрано соотношение по массе почвы и органоминеральной смеси 50/50 при соотношениях шлама лигнина и фосфогипса 0/100, 25/75, 50/50, 75/25, 100/0. Для сравнения моделируемых процессов произрастания с условиями, схожими с природными, была выбрана модель с соотношением почвы и органоминеральной смеси 100/0 (контроль).

Выбранные соотношения компонентов почвосмеси и содержания в каждой из систем питательных компонентов, а также стабильного стронция, СаО и тяжелых металлов до высадки растений представлены в таблицах 1-2.

В качестве растительных организмов для их произрастания на почвосмесях различного компонентного состава были выбраны злаковые травы, широко распространенные в зоне смешанных лесов Северо-Западного региона РФ на дерново-подзолистых и подзолистых почвах: мятлик луговой (Роа pratensis) 15%, фестулолиум (Festulolium) 30%, полевица тонкая (Agrostis capillaris) 5%, райграс пастбищный (Lolium perenne) 10%, райграс однолетний (Loliym multiflorum) 10%, овсяница луговая (Festuca pratensis) 30%. Смесь трав вносилась в количестве 3 г/ящик.

Исходя из нормы водопотребления однолетних трав в вегетационный период, растущих при этом на дерново-подзолистых почвах, орошение трав осуществлялось 2 раза в неделю по 150 мл воды на ящик.

Для эффективного роста растительных организмов были выбраны 2 люминесцентные фитолампы Osram L 18W/77 Т8 Fluora, обеспечивающие генерирование, подходящего для интенсификации фотохимических процессов, светового потока соответствующей мощности и с преобладанием красного и синего спектров. Для симуляции светового дня естественных условий произрастания растений включение ламп осуществлялось в интервале с 9:00 утра до 17:00 вечера.

Ящики размещались в хорошо проветриваемом помещении с постоянной температурой 25°С и относительной влажностью 70%.

Продолжительность эксперимента составила 7 недель после прорастания семян, в связи с наблюдением окончания вегетационного периода и увядания растений, произраставших в ящике №6 (контроль).

По результатам эксперимента было выявлено, что наибольшее значение биомассы растений относилось к ящику №2 (75_{фосфогипса}:25_{шлама лигнина}), наименьшее значение - к ящику №6 (контроль). Распределение значений биомасс растений в ящиках относительно контроля представлено следующим образом: степень превышения биомассы в 1,97 раза относительно значения биомассы контроля наблюдалось в ящике №2; в 1,81 раза - в ящике №3; в 1,78 раз - в ящике №4; в 1,49 раз - в ящике №1; в 1,47 раза - в ящике №5.

Из результатов измерений видно, что наибольшую скорость роста имели растения, произраставшие в ящиках №3 и 6 (50_{фосфогипса}:50_{шлама лигнина}, контроль), наименьшую - в ящике №5 (0_{фосфогипса}:100_{шлама лигнина}). Скорости роста растений в ящиках №2, 4 и 1 имели приближенно-одинаковые значения.

Подобные распределения значений биомассы и скорости роста связаны с улучшением условий для произрастания растения при добавлении к фосфогипсу органической составляющей - шлама лигнина - при соотношении компонентов 75_{фосфогипса}:25_{шлама лигнина} и 50_{фосфогипса}:50_{шлама лигнина}.

В случае включения шлама лигнина в большем количестве возможно удерживание шламом водного раствора с питательными компонентами и развитие неблагоприятных микробиологических процессов.

В результате определения степени распределения стронция, СаО и водорастворимых форм тяжелых металлов в системе растения-почвосмесь были выявлены следующие содержания элементов в растениях (таблица 3).

Сопоставив значения геохимических кларков тяжелых металлов в живом веществе и выявленные значения содержания водорастворимых форм тяжелых металлов в растительных организмах, было отмечено отсутствие превышений содержания меди и цинка во всех рассматриваемых смесях, однако наблюдалось повышенное содержание кадмия в пробах №1 (100_{фосфогипса}:0_{шлама лигнина}) и 2 (75_{фосфогипса}:25_{шлама лигнина}) относительно кларка - в 4 и 2,7 раз. Следует принимать в расчет, что, в случае рассмотрения валовых форм содержания элементов в растениях, показатели будут выше тех, которые обозначены вследствие анализа.

При сопоставлении выявленных значений содержания стронция в растительных организмах со средним содержанием подвижных форм стронция в почве/растениях - 0,002% - обнаруживались превышения в растениях, выращенных в ящиках №1-3 - в 6, 3 и 2 раза.

Анализ полученных распределений стронция в системах почвосмесь-растения после проведения эксперимента подтверждал факт замещения стронция ионами кальция при их поглощении растениями (ящики №1 и 6 со степенью перехода стронция 85,7% и 61,0% и превышением количества ионов кальция над стабильным стронцием в растениях в 32 и 444 раза), а также факт наличия аккумулятивных способностей органической составляющей (снижение степени поглощения стронция растениями при уменьшении концентрации кальция и увеличении доли шлама лигнина в почвосмеси в ящиках №2-5).

По итогам проведенного эксперимента было выявлено, что соотношения компонентов в интервале 25_{фосфогипса}:75_{шлама лигнина}-20_{фосфогипса}:80_{шлама лигнина}, с учетом доверительного интервала в ±5%, являются оптимальными для обеспечения наиболее быстрого роста растительных организмов с получением наибольшей их биомассы относительно контроля, а также в рамках критерия отсутствия превышения поглощенных стронция и тяжелых металлов растительными организмами относительно среднего их содержания в растениях. При этом степень перехода стронция варьируется от 33,3% до 35,7%, а соотношение Sr:Ca в растениях - 1:130-1:445.

По сравнению с известными решениями предлагаемый способ позволяет создать способ увеличения эффективности роста травосмеси, а также обеспечения перехода тяжелых металлов и РЗМ в растения в допустимых количествах.