способ получения удобрительно-мелиорирующей смеси на основе дефеката сахарного производства

Формула изобретения

Способ получения удобрительно-мелиорирующей смеси на основе дефеката сахарного производства, включающий обработку дефеката сахарного производства и органики гумифицирующими организмами, отличающийся тем, что дефекат смешивают с торфом в соотношении 1:3 по объему, доводя pH до значения 6,5-7,5, после чего смесь обрабатывают раствором молочнокислых бактерий в объемном соотношении 1:1000 (1 л на 1 т), субстрат доводят до влажности 60-65% и компостируют в течение 2-х недель без доступа света при оптимальной температуре, затем добавляют элементы питания растений NPK в расчетных количествах и тщательно перемешивают.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при переработке отходов сахарной промышленности для получения качественной удобрительно-мелиорирующей смеси и повышения плодородия почвы.

Для расширенного воспроизводства почвенного плодородия необходима система целенаправленных мелиоративных и агротехнических действий, способствующих гумусообразованию и устойчивому накоплению гумуса как источника потенциальной энергии. Увеличение запаса органического вещества в почве повышает ее потенциальную энергию, которая полностью реализуется в виде урожая сельскохозяйственных растений. Для этих целей разработан ряд технологий получения удобрительно-мелиорирующих смесей (УМС) на основе отходов ряда производств, в том числе и сахарного производства.

Известен способ получения биогумуса (пат РФ № 2339601, C05F 5/00, Бюл. № 33, 2008 г.) при переработке отходов сахарной промышленности, который осуществляют путем внесения навозного червя в субстрат, включающий свекловичный жом и дефекат в соотношении 1:3 по объему, который под воздействием навозного червя превращается в биогумус, что позволяет обеспечить полную утилизацию свекловичных отходов сахарного производства.

Недостатком известного способа является невысокое качество получаемого биогумуса как удобрения и мелиоранта из-за высокой щелочности дефеката (9-10), высокого содержания в нем олиго- и моносахаридов, вызывающих бурное развитие гнилостных бактерий, и невысокого содержания NPK, что не позволяет использовать его непосредственно в качестве удобрительно-мелиорирующей смеси.

Однако осадок после фильтров на сахарном производстве - дефекат содержит полезные азотистые вещества, фосфорную кислоту и главную составляющую часть - CaCO₃, которая способствует повышению урожайности сельхозкультур, особенно на кислых почвах, кислоты которых нейтрализуются известью. Кроме того, CaCO₃ совместно с гумусом способствует образованию благоприятной мелкокомковатой структуры почвы.

Таблица 1.
Химический состав фильтрационного осадка Сотницинского сахарного завода (в % на сухое вещество).
Сахар	2,0
Пектиновые вещества	1,7
Безазотистые органические вещества	9,5
Азотистые органические вещества	5,9
Углекислый кальций	74,2
Известь в виде солей разных кислот	2,8
Прочие минеральные вещества и фосфорная кислота	3,9
Итого:	100,0

Исследования, проведенные в лаборатории ФГУ САС «Подвязьевская» на содержание тяжелых металлов в фильтрационном осадке, показали, что концентрация большинства из обнаруженных в фильтрационном осадке металлов ниже их нормативного значения по ГОСТ Р 17.4.3.07-2001.

Таблица 2.
Содержание тяжелых металлов в фильтрационном осадке сахарного производства.
Наименование металла	НД на методы испытаний	Содержание тяжелых металлов валовой формы, мг/кг
		Сотницинский сахарный завод	Тульский сахарный завод	Белорусский сахарный завод
Медь (Cu)	МУ по определению ТМ в почве, М., 1992 г.	7,2	10,0	9,4
Цинк (Zn)		24,2	30,7	30,3
Свинец (Pb)		22,8	28,9	28,6
Кадмий (Cd)		0,98	1,11	1,15

Поэтому фильтрационный осадок (дефекат) может быть отнесен к допустимой по степени загрязнения категории веществ, вносимых в почву.

Для расширения области его применения как удобрения и мелиоранта с целью восстановления плодородия почв необходимо изменить ряд исходных параметров дефеката.

Дефекат имеет сильнощелочную среду (pH 9-10) и высокое содержание кальция (до 80%). Для органического удобрения в нем содержится недостаточное количество органического вещества (15%) и элементов питания растений NPK, а кроме того, большое количество олиго- и моносахаридов вызывает бурное развитие гнилостных бактерий. Эти недостатки явились основанием для создания композиции удобрительно-мелиорирующей смеси (УМС) с дополнительным внесением органического и минеральных веществ и нейтрализации щелочности и устранения условий для гниения.

Устранить вышеуказанные недостатки позволяет предлагаемый способ получения удобрительно-мелиорирующей смеси на основе дефеката сахарного производства, включающий обработку дефеката сахарного производства и органики гумифицирующими организмами, отличающийся тем, что дефекат смешивают с торфом в соотношении 1:3 по объему, доводя pH до значения 6,5-7,5, после чего смесь обрабатывают раствором молочнокислых бактерий в объемном соотношении 1:1000 (1 литр на 1 т), субстрат доводят до влажности 60-65% и компостируют в течение 2-х недель без доступа света при оптимальной температуре, затем добавляют элементы питания растений NPK в расчетных количествах и тщательно перемешивают.

Количественный состав компонентов рассчитывали на основе оптимального количества органического вещества в органическом удобрении (не менее 50%) и показателя кислотности pH 6,5-7,5, так как при большей кислотности теряется часть гуминовых веществ в виде подвижной фульвокислоты, угнетается полезная микрофлора и развивается плесневый грибок, поэтому в качестве органического вещества использовали торф, содержащий до 95% органики и имеющий pH - 2,8-3,5, с помощью которого доводили pH до необходимого значения при соотношении с дефекат:торф - 1:3 по объему.

Содержание NPK в смеси доводили до оптимального значения внесением минеральных удобрений. В 1 тонне УМС должно содержаться 50 - 65 кг (5-6,5%) действующего вещества NPK, в том числе азота 2,5-3,0%, фосфора - 1,5-2,0%, калия - 1,0-1,5% (ТУ 9841-001-0066732-93). Исходя из содержания NPK в дефекате и органике, рассчитывали дозу минеральных удобрений, которую необходимо добавить в получаемую УМС.

Для активизации гумусообразования и подавления патогенной микрофлоры использовали моалочнокислые бактерии из смеси штамма АСТ-41 и кефирной закваски, полученные из коллекции микроорганизмов Московского государственного университета прикладной биотехники, которые в процессе исследований проявили себя наилучшим образом в предлагаемом способе получения УМС. К важнейшим полезным свойствам различных видов молочнокислых бактерий относят их способность к ферментации углеводов с образованием органических кислот, преимущественно молочной кислоты, а также синтез и других ценных продуктов метаболизма, в частности антибиотикоподобных веществ (бактериоцинов), оказывающих подавляющее действие на патогенные и условно-патогенные микроорганизмы. При этом развитие молочнокислых бактерий в питательной среде приводит к снижению кислотности, что отрицательно воздействует на гнилостную микрофлору, присутствующую в почве. Благодаря наличию молочнокислых бактерий протекает процесс брожения, а не гниения.

Предлагаемый способ получения удобрительно-мелиорирующей смеси осуществляли следующим образом:

Таблица 3.
Состав и свойства основных компонентов, используемых при получении удобрительно-мелиорирующей смеси на основе дефеката.
Состав и свойства компонентов для получения УМС	Сахарный дефекат	Верховой торф
Влажность, %	15,1	60,0-70,0
Зола, %	85,0	до 5
pH солевой вытяжки	10,1	2,8-3,5
Органическое вещество	15,0	до 95,0
Азот общий (N), %, (в пересчете на сухое вещество)	0,58	0,80-1,20
Фосфор (P2 O5), % (в пересчете на сухое вещество)	0,06	0,60-0,12
Калий (К2О), % (в пересчете на сухое вещество)	0,10	до 0,10
Кальций и магний, % (в пересчете на сухое вещество)	79,5	до 0,5

Дефекат сахарного производства перемешивали с торфом в соотношении 1:3 по объему, через сутки замеряли pH смеси (солевой раствор). Через трое суток замер повторяли. Если pH соответствовал 6,5-7,5, то смесь можно готовить к обработке раствором микробных препаратов. Если pH ниже, добавляли дефекат, если выше - торф.

После установления pH 6,5-7,5 смесь обрабатывали раствором молочнокислых бактерий из смеси штамма АСТ-41 и кефирнрй закваски в соотношении 1 л на 1 т смеси, перемешивали и при необходимости доводили влажность субстрата до влажности 60-65% поливом отстоявшейся дехлорированной водой.

После перемешивания смесь компостировали в течение 2-х недель без доступа света при оптимальной температуре 20-25°C и влажности 60-65%, периодически производя замер pH и температуры. Компостирование проводили до стабилизации уровня pH. При сильном разогреве смесь уплотняли, так как по мере гумификации объем смеси уменьшается. После компостирования в смесь добавляли NPK в расчетном количестве и тщательно перемешивали. Полученная предлагаемым способом УМС имеет однородную окраску, темнокоричневый цвет, мелкокомковатую структуру.

После приготовления УМС вносили в почву из расчета 1-2 кг/м ² или 10-20 т/га.

В условиях вегетационного опыта были проведены исследования по изучению влияния УМС на биомассу овса и обоснованию оптимальной дозы внесения. Опыт проводился по 6 вариантам в 5-кратной повторности. В качестве контроля был выбран вариант без внесения УМС. Исследование влияния чистого дефеката на растения осуществлялось во втором варианте. Для обоснования оптимальной дозы в 6-м варианте овес выращивали на чистом УМС. Для исследований была взята почва со следующими водно-физическими и агрохимическими свойствами: объемная масса 0,35-0,46 г/см ³, плотность сложения 1,64-1,85 г/см³, pH 5,1-6,5. В вегетационные сосуды помещали 5 кг почвы и добавляли УМС из расчета 10, 20 и 40 т/га (варианты 3, 4 и 5). Продолжительность опыта составила 39 дней (с 5 июня по 13 июля 2009 г.). Результаты исследования показали, что оптимальная доза внесения УМС составляет 40 т/га.

С целью подтверждения полученных выводов на протяжении трех лет были проведены исследования в полевых условиях (на делянках, размером 20 м²) по методике Доспехова Б.А. на опытном участке Тинки II, расположенном на землях ОПХ «Полково» (Рязанская область, Рязанский район). Почвы участка постторфяные маломощные, по гранулометрическому составу супесчаные. На делянках была посеяна вико-овсяная смесь. Агротехника общепринятая для региона. Закладка опыта была произведена по 4 вариантам (дозы внесения из расчета 10, 20 и 40 т/га) в 5-кратной повторности. В течение вегетационного периода проводились фенологические наблюдения, по результатам которых сделаны следующие выводы: растения вико-овсяной смеси отзывчивы на внесение УМС, причем с увеличением дозы внесения увеличиваются высота растений и кустистость. Наилучшие показатели в варианте с дозой внесения УМС 40 т/га. В конце вегетации был произведен учет урожая зеленой массы (фиг.1). На контроле урожайность была наименьшая. Внесение в почву удобрительно-мелиорирующей смеси в дозе 40 т/га позволило повысить урожайность зеленой массы более чем в 2 раза.

Влияние дозы внесения удобрительно-мелиорирующей смеси на основе фильтрационного осадка сахарного производства на урожайность вико-овсяной смеси, см. фиг.1.

Полученная предлагаемым способом УМС обеспечивает формирование в почве коллоидной структуры, увеличение ППК (почвенно-поглощающего комплекса), ЕКО (емкости катионного обмена), повышение сорбционных свойств, активизацию почвенной микрофлоры, а самое главное - стимулирование процессов гумусообразования. Внесение в почву 10-20 т/га полученной УМС обеспечивает прибавку урожайности не менее 30% и позволяет получать экологически чистую продукцию, а также создает условия для расширенного воспроизводства почвенного плодородия.

Таким образом, использование отходов сахарного производства для получения УМС с заданными параметрами решает конкретные проблемы как экологической, так и сельскохозяйственной направленности, связанные с утилизацией крупнотоннажных отходов производства и повышением плодородия малопродуктивных и деградированных почв.