кремнийсодержащее комплексное удобрение

Формула изобретения

Кремнийсодержащее комплексное удобрение, включающее кремниевый компонент, в качестве которого используют золу рисовых растительных остатков - шелуху (лузгу), содержащую 88-99% оксида кремния SiO ₂, азот, калий, фосфор и микроэлементы, содержащиеся соответственно при следующем соотношении компонентов в мас.%: 0,20-0,44; 0,90-2,80; 0,12-0,60 и 0,05-5,0 мас.% микроэлементов - солей цинка, марганца, железа, кальция, магния, титана, алюминия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к органоминеральным удобрениям, включающим фосфорные, кремниевые, азотные, калийные и другие компоненты, в т.ч. и микроэлементы.

Фосфорные удобрения широко применяются в сельскохозяйственной практике, поскольку фосфор является важнейшим и дефицитным элементом питания растений [1].

Их недостатком является низкая усвояемость. Для повышения эффективности применяют ряд приемов, например гранулирование, добавление труднорастворимых компонентов. Применение гранулированных фосфатов позволяет повысить коэффициент полезного действия (до 30% в умеренном климате и до 10% в условиях влажных тропиков или избыточного переувлажнения). Внесение фосфорных удобрений экологически небезопасно, т.к. приводит к зафосфачиванию почв и к загрязнению подземных и надземных вод фосфором.

Известны смеси фосфорного удобрения с кремнийсодержащими компонентами, например с синтетическим силикатом [2].

Однако использование такой смеси экономически невыгодно из-за дорогостоящего производства синтетического силиката.

Известны термофосфатные удобрения, которые получают путем смешивания фосфорного сырья с кремнеземом и раствором гидроокиси щелочных металлов при высоких температурах порядка 900-1000°С [3], [4].

Процесс производства таких удобрений является сложным и дорогим.

Известно минеральное удобрение, содержащее смесь фосфорного удобрения с природным цеолитом при соотношении фосфорное удобрение-цеолит от 1:5 до 1:500 [5] (Челищев Н.Ф., Челищев Р.В. Способ получения удобрения длительного действия. Авторское свид. СССР № 763310, МКИ C05G 3/00, 1978 г.).

Указанная смесь характеризуется большим расходом цеолита, источники которого ограничены, а также незначительным увеличением усвояемости фосфора. Использование указанной известной смеси не снижает дозы вносимого фосфора в почву и не уменьшает экологическую нагрузку на почву и природные воды.

Кремниевый компонент - цеолит - не обеспечивает требуемой биогеохимической активности, поскольку растворимость его природных форм в воде обычно не превышает 6 мг SiO₂ на литр и требует предварительного размельчения. Кроме того, цеолит является дорогим природным невозобновляемым ископаемым.

При недостатке кремния наблюдается задержка в росте некоторых зерновых и бобовых культур, однако присутствие солей кремниевой кислоты повышает усвояемость растениями фосфора.

Настал вопрос, найти исходный материал, который бы содержал в достаточном количестве кремний, был бы промышленно воспроизводимым и коммерчески дешевым.

В современной отечественной литературе по удобрениям не нашло отражение использование кремния в качестве как самостоятельного, так и в составе с другими компонентами. Нет информации о промышленном производстве кремнийсодержащих удобрений. Анализ работы [7] и [8] подтверждает это, но указывает только некоторые негативные свойства, присущие фосфору. В частности, Безуглов в [7] отмечает, что применение фосфорных удобрений вызывает явление «зафосфачивания почв». Обусловлено это явление тем, что фосфорные удобрения активно поглощаются почвой, но большая их часть оказывается неиспользованной растениями (стр.50).

Значительно способствует росту эффективности водорастворимых фосфатов их припосевное внесение в виде гранулированного суперфосфата. Фосфорные удобрения имеют низкую миграционную способность, вносятся в район корней. Земля быстро пересыхает и при мелкой заделке оно окажется невостребованным (стр.49).

Ефимов в [8] обращает внимание на необходимость припосевного внесения фосфорных удобрений, когда в первые две недели после прорастания семян у растений наступает критический период к недостатку фосфора, когда начинает развиваться корневая система (стр.19). Припосевное внесение фосфорного удобрения (10 кг P₂O₅ на 1 га) способствует удовлетворению озимых в фосфоре в этот период (стр.25). Однако фосфор по известным причинам не полностью усваивается растениями.

Таким образом, анализ цитируемых источников свидетельствует о том, что фосфорные удобрения из-за своей слабой растворимости не полностью усваиваются растениями.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является минеральное удобрение, содержащее фосфорный и кремниевый компоненты, в качестве кремниевого компонента используют биогеохимические вещества с содержанием Si от 10 до 45% в некристаллической форме и с размером частиц не более 1 мм, при этом весовое соотношение фосфорного и кремниевого компонентов составляет 1:1 и более [9].

В качестве кремниевого компонента с биогеохимической активностью могут быть использованы твердые, экологически безопасные промышленные отходы металлургической (в т.ч. цветной), цементной, химической, фармацевтической, пищевой, энергетической, деревообрабатывающей отраслей промышленности и сельского хозяйства в виде шлаков, пыли и золы сахарного тростника.

В связи с тем, что в качестве кремниевого компонента использованы твердые промышленные отходы металлургической, цементной, химической отраслей промышленности в виде силикатных минералов горных пород, их необходимо измельчить до частиц размером не более 1 мм. Этот технологический процесс осуществляется на горно-обогатительных фабриках, что делает этот компонент дорогостоящим. Кроме того, он содержит от 55 до 90% горнорудных отходов, загрязняющих почву сельхозназначения и не усвояемых растениями, т.к. минеральный кремний труднорастворим.

Зола сахарного тростника как органический компонент содержит недостаточное количество кремния Si и, кроме того, золу из сахарного тростника необходимо будет завозить из-за границы.

В целом минеральный и органический кремниевый компонент, берущийся в соотношении 1:1 с фосфором, увеличивает его весовую дозу в составе удобрения. Коммерчески это ведет к увеличению расхода фасовочного материала, транспортных расходов и количества вносимого в почву удобрения.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания органоминерального удобрения с высоким содержанием органического кремниевого компонента, обеспечивающего высокую степень усвояемости растениями фосфора, снижение весовой части кремния некристаллической формы в составе комплексного удобрения, обладающего высокой растворимостью в его природной форме, и за счет этого обеспечить значительное повышение урожайности подкармливаемых сельхозкультур, снижение экологической нагрузки на почву и природные воды.

В качестве такого органического кремниевого компонента принята зола растительных остатков, в частности рисовая шелуха (лузга).

Сущность изобретения выражается в том, что комплексное кремнийсодержащее удобрение включает фосфорный и кремниевый компоненты, при этом в качестве кремниевого компонента используют золу растительных остатков риса, в частности шелуху (лузгу), содержащую оксид кремния SiO₂, азот, калий, фосфор и микроэлементы при следующем соотношении основных компонентов в мас.%: оксид кремния 88-99; азот 0,20-0,44; фосфор 0,12-0,60; калий 0,90-2,80 и 0,05-5,0 мас.% микроэлементов - солей цинка, меди, марганца, железа, кальция, магния, титана, алюминия. Наличие фосфора в золе рисовых остатков снижает в составе заявляемого удобрения дозу основного фосфорного составляющего. Можно создавать удобрения с различным содержанием компонентов - азот, фосфор, калий, принимая за базу их наличие в рисовой золе.

Автором проделана исследовательская работа по производству золы из рисовой шелухи, анализ составляющих ее компонентов (Протокол КХА № 101 от 07.02.2011 г. Аналитическая испытательная лаборатория НИИ Биологии ЮФУ, г. Ростов-на-Дону. Протокол испытаний № 528 от 16.03.2011 г. ИЛ ФГУ ГЦАС «Ростовский» п. Рассвет, Аксайский район, Ростовская обл.), разработаны ТУ 2387-001-017330625-2011 от 02.09.2011 г. на производство заявленного удобрения.

Кремнийсодержащее комплексное удобрение содержит кремниевый и фосфорный компоненты. Кремниевый компонент получают путем обжига растительных остатков риса, в частности рисовой шелухи (лузги). В зависимости от температуры обжига получают золу с содержанием аморфного оксида кремния SiO₂ с концентрацией 88-99 мас.%. Кроме того, в составе золы имеются и другие компоненты с соотношением в мас.%: азот 0,20-0,44; фосфор 0,12-0,60; калий 0,90-2,80 и 0,05-5,0 мас.% микроэлементы - солей цинка, меди, марганца, железа, кальция, магния, титана, алюминия. Кремнийсодержащее удобрение можно получить также методом кислотного и щелочного гидролиза. Полученная зола подвергается измельчению в шаровой мельнице до фракции менее 0,16 мм и просеивается через сетки. Образованный концентрат представляет собой готовое к употреблению удобрение.

Удобрение представляет собой порошок черного или темно-серого цвета, без вкуса и запаха, экологически чистый, не содержит вредных веществ и не требует дополнительных затрат по утилизации.

Заявленное удобрение является как самостоятельным минеральным удобрением, так и основой для производства минеральных удобрений с содержанием аморфного оксида кремния различных составов компонентов в зависимости от потребности внесения под различные виды культур. Однако основным назначением зольного кремния (рисовой золы) является его использование в составе фосфорных удобрений - суперфосфата простого или двойного (выпускается в гранулах, чтобы уменьшить переход фосфора (42-46%) в почве в труднодоступные для растений соединения). SiO₂ в составе удобрения, имея Ph>11, является кислотонейтральным, выполняет роль раскислителя почвы, растворяясь при воздействии влаги, образует монокремниевую кислоту, вступая в химическую реакцию с фосфором, растворяет его и делает его более доступным для усвоения растением. В рисовой золе оксид кремния SiO ₂ находится в микродисперсной легкоусвояемой форме и совместно с солями микроэлементов усиливает иммунную систему растения, что способствует большей сопротивляемости к грибковым и другим видам заболеваний.

Имея в сравнении с прототипом более чем в два раза большую концентрацию SiO₂, возможно во столько же раз уменьшить его дозу в составе фосфорного удобрения и во столько же раз увеличить скорость преобразования фосфора в усвояемую форму, а следовательно, растение в более сжатые сроки усвоит внесенное в почву фосфорное удобрение, что очень важно в зонах рискованного земледелия - Ростовская область, Краснодарский и Ставропольский края Российской Федерации, когда после выпадения осадка почва высыхает в течение одних-двух суток, а суперфосфатные удобрения без кремния очень долго растворяются и растения их не успевают усвоить. Поэтому большая часть фосфорного удобрения остается неиспользованной и происходит зафосфачивание почв.

Широкое распространение данное удобрение должно найти при подкормке пропашных культур кукурузы, подсолнечника, пшеницы многостеблевой, высеваемой ленточным способом и проходящую культиваторную обработку междурядий. Поэтому для развития мощной корневой системы можно будет вносить адресное фосфорно-кремниевое удобрение после появления третьего листа, это примерно через две недели после посева, когда наступает фосфорное голодание. Эффективно удобрение для поливных культур. Его эффективно можно использовать как припосевное удобрение, т.е. суперфосфат вместе с SiO₂ высевают одновременно вместе с посевом зерновых или посадкой овощей.

Усвояемый SiO₂ при удобрении пшеницы, ржи, ячменя, проса, гречи будет укреплять соломину (стебель), тем самым повышать сопротивляемость к полеганию. За счет повышенного усвоения растением находящегося в удобрении фосфора снижается экологическая нагрузка на почву и природные воды.

Источники информации

1. Кудеяров В.Н. и др. Экологические проблемы применения минеральных удобрений. М.: Наука, 1984, стр.213.

2. Пат. США № 3266886, кл. 71-64.

3. Карпович Э.А. и др. Способ получения термофосфатов, содержащих калий. А.С. СССР № 1618744, С05В 3/06, 1989.

4. Серазетдинов Д.З. и др. Удобрение с регулируемой растворимостью. А.С. СССР № 1608172, С05В 13/06, 1987.

5. Челищев Н.Ф. и др. Способ получения удобрения длительного действия. А.С. СССР № 763310, C05G 3/00, 1978.

6. Сельскохозяйственная энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1975, стр.443-444.

7. Безуглова О.С. Удобрения, биодобавки и стимуляторы роста для вашего урожая. «Феникс», Ростов-на-Дону, 2007.

8. Ефимов В.Н. и др. Система удобрения. Учебник. М.: Колос С, 2002.

9. Пат. RU 2130445, C05G 3/00, 23.12.1997.