Жидкий водный агрохимикат
Изобретение относится к сельскому хозяйству. Жидкий водный агрохимикат имеет в качестве активного компонента калиевые и/или натриевые соли гуминовых кислот, причем агрохимикат содержит не более 16% по массе калиевых и/или натриевых солей гуминовых кислот, не более 1,0% по массе нерастворимых в воде механических примесей, имеет pH 9,0-10,5, исключается загеливание продукта при хранении в течение не менее 2-х лет, агрохимикат имеет следующий элементный состав в расчете на беззольную пробу, % по массе: С - 57,46; Н - 4,72; N - 2,97; О - 34,85. Изобретение позволяет получить жидкий водный агрохимикат, имеющий оптимальный для практического использования в качестве удобрения и стимулятора роста растений состав и длительный срок годности при хранении. 1 табл., 3 пр.
Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к жидким водным удобрениям и стимуляторам роста растений с активным компонентом - калиевыми и/или натриевыми солями гуминовых кислот.
Одно из распространенных последствий производственной деятельности - загрязнение почвенного покрова пестицидами, нефтепродуктами. Резкий рост автомобильного парка, наметившийся за последние десятилетия, привел к накоплению в почве большого количества солей тяжелых металлов.
Для восстановления загрязненных земель наиболее эффективно использование препаратов, получаемых обработкой природных веществ, таких как, например, водорастворимые щелочные соли гуминовых кислот (гуматы), сырьем для производства которых являются горючие полезные ископаемые: торф, бурый и каменный угли, содержащие нерастворимые в воде гуминовые кислоты. Гуматы не только обладают сродством к почвам, но способны образовывать прочные комплексы со свинцом, ртутью, кадмием, цинком, медью, хромом и другими тяжелыми металлами, благодаря наличию в молекуле гумата большого количества карбоксильных и гидроксильных групп, способных образовывать координационные связи. Гуматы удерживают эти металлы в виде нерастворимых в воде и, следовательно, безопасных соединений. Наличие гидрофобного каркаса определяет способность гуматов связывать нефтяные углеводороды. Этот процесс изменяет формы существования углеводородов в окружающей среде и снижает их токсичность.
Гуматы характеризуются высокой физиологической активностью по отношению к растениям и некоторым штаммам микроорганизмов, что стимулирует развитие аборигенной микрофлоры почв. Активизируется деятельность микроорганизмов, способствующих разложению токсинов, образующихся при использовании ядохимикатов или выбрасывающихся техникой при сгорании топлива. При этом одновременно усиливается ферментативная активность почвы.
Гуматы способны снимать излишнюю кислотность почв, что дает возможность высевать на этих полях культуры, чувствительные к повышенной кислотности. В отличие от гуминовых кислот, присутствующих в природе в нерастворимой в воде форме, гуматы являются водорастворимыми подвижными соединениями. Адсорбируя питательные вещества и микроэлементы, они способствуют их перемещению из почвы в растения.
При внесении гуматов в почву наблюдается четкая тенденция увеличения содержания подвижного фосфора (в 1,5-2,0 раза), обменного калия и усваиваемого азота (в 2,0-2,5 раза) в пахотном слое почвы. Все микроэлементы, являясь переходными металлами, кроме бора и йода, образуют с гуматами подвижные хелатные комплексы, легко проникающие в растения, что обеспечивает их усвоение, а железо и марганец усваиваются исключительно в виде комплексов с гуматами.
Механизм воздействия гуматов на структуру почвы меняется в зависимости от ее типа. На тяжелых глинистых почвах гуматы способствуют взаимному отталкиванию глинистых частиц за счет удаления солей и разрушения компактной структуры глины. В результате почва становится более рыхлой, из нее легче испаряется излишняя влага, улучшается поступление воздуха, что облегчает дыхание и продвижение корней. При внесении в легкие почвы гуматы обволакивают и склеивают между собой минеральные частицы, способствуя созданию ценной комковато-зернистой структуры, улучшающей водопропускную способность почвы, ее воздухопроницаемость. Эти особенности обусловлены способностью гуматов структурироваться с образованием гелей.
Удержание влаги гуматами происходит за счет образования водородных связей между молекулами воды и заряженными группами гуматов. В результате количество испаряющейся воды снижается в среднем на 30%, что приводит к лучшему усвоению растениями влаги на аридных и песчаных почвах.
Гуматы окрашивают почву в темный цвет. Это особенно важно для районов с холодным и умеренным климатом, поскольку темная окраска улучшает поглощение и накопление почвами солнечной энергии. В результате температура почвы повышается.
По своей природе гуматы являются полиэлектролитами. Вместе с минеральными и органическими частицами они образуют почвенный поглощающий комплекс. Обладая большим количеством различных функциональных групп, гуматы способны адсорбировать поступающие в почву питательные вещества, макро- и микроэлементы. Удерживаемые гуматами питательные вещества не связываются почвенными минералами и не вымываются водой, находясь в доступном для растений состоянии.
Внесение гуматов увеличивает буферную емкость почв, то есть способность почв поддерживать естественный уровень pH даже при избыточном поступлении кислых и щелочных агентов.
Гуматы являются стимуляторами роста растений, ускоряя и регулируя метаболизм. Снижается опадание завязей, повышается урожайность. Регулирование обменных процессов в растениях приводит к ускоренному созреванию плодов, улучшению их качества, повышению устойчивости к неблагоприятным климатическим условиям.
Природные гуминовые кислоты биологически слабо активны, поскольку не растворимы в воде. Их карбоксильные, гидроксильные, азот - и серосодержащие группы, способные к комплексообразованию, связаны, в основном, ионами кальция, магния и железа, всегда присутствующими в почве и в источниках получения водорастворимых гуматов: торфе и угле.
Для перевода природных гуминовых кислот в биологически активное состояние сырье обрабатывают щелочами: едким натром или едким калием, получая натриевую или калиевую соль гуминовых кислот, соответственно (гумат натрия или гумат калия).
Применение гуматов в сельском хозяйстве широко известно (например, Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М, МГУ, 1990).
Впервые их эффективность была доказана более 50 лет тому назад Лидией Христьевой в Херсонском университете. Выделив из почвы гуминовые кислоты в виде раствора их натриевых солей, она полила им растения и обнаружила, что они ускорили свой рост, образовав мощную корневую систему.
Сейчас соединения на основе гуминовых кислот активно осваиваются многими развитыми странами. Гуматы производятся в Германии, США, Китае, Италии, Австралии и многих других странах. Их использование расширяется, особенно, в связи со стремлением сделать сельское хозяйство максимально экологичным, эффективным и экономичным.
Гуминовые кислоты и их производные - вещества очень сложного строения: они состоят из отдельных повторяющихся фрагментов. Строение их молекул окончательно не установлено (Новый большой энциклопедический словарь. М., 2007, с. 304). Для их характеристики используют элементный состав: содержание C, H, N, O в массовых процентах. По содержанию электронодонорных атомов азота и кислорода можно судить об эффективности комплексообразования гуматов с металлами, например, высокое содержание водородных атомов указывает, в первую очередь, на образование структур с обилием водородных связей.
Гуматы чаще всего производят и применяют в виде растворов различной концентрации путем реакции гуминовых кислот с гидроксидами щелочных металлов.
Атомы щелочных металлов исключительно легко отдают один электрон, превращаясь в положительные одновалентные ионы. Этим объясняется их высокая реакционная способность, возрастающая в ряду: Li, Na, K, Rb, Cs, то есть с усилением электроположительности (K. Неницеску. Общая химия. М., Мир, 1968, с. 604).
Для получения предлагаемого нами жидкого водного агрохимиката были использованы гидроксиды калия и натрия, а активным компонентом препарата являются, соответственно, калиевые и/или натриевые соли гуминовых кислот. Главной проблемой получения таких концентрированных растворов является обеспечение стабильности свойств и исключение гелеобразования в процессе хранения.
Установлено, что срок хранения таких продуктов определяется:
- pH раствора (в конечном счете, количеством едкого калия и/или натрия, использованного для обработки гуминовых кислот: при массовом содержании, например калия меньше, чем 15,4 мг на 1 г калиевых солей гуминовых кислот, загеливание раствора наиболее вероятно);
- содержанием в растворе таких элементов, как Ca, Al, Fe, Mg, присутствие которых также может вызывать гелеобразование, но при концентрациях, меньших 0,26 мг/л - для Ca, 0,23 мг/л - для Al, 0,14 мг/л для Fe, загеливание агрохимиката не наблюдается.
Если содержание кальция, алюминия и железа в агрохимикате не превышает пороговых концентраций, влияние катионов этих металлов на устойчивость препарата исключается.
Другие металлы: Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, Ga, In, Cd, Co, Ag, Pb присутствуют в виде следов, и их влияние ничтожно.
Сырье для производства агрохимиката - водного раствора калиевых и/или натриевых солей гуминовых кислот - бурые угли, свойства которых соответствовали следующим показателям:
- содержание влаги - не более 25%;
- зольность - не более 12%;
- содержание гуминовых кислот в пересчете на сухой уголь - не менее 74%.
Жесткость технологической воды - не более 6 мг-экв/л.
Результаты элементного анализа пяти образцов агрохимиката в пересчете на беззольную пробу, % по массе:
C - 57,46-59,58;
H - 4,72-5,77;
N - 2,97-3,42;
O - 34,85-36,93.
По элементному составу и зольности бурого угля можно судить об активности агрохимиката как удобрения и стимулятора роста растений: при изменении содержания углерода, водорода, азота и кислорода именно в таких диапазонах агрохимикат наиболее эффективен.
Основной задачей, решаемой изготовителем препарата, является выбор и обоснование условий, при которых концентрация препарата будет максимальной, а срок годности препарата будет удовлетворять требованиям потребителей (не менее двух лет).
Технический результат изобретения заключается в получении жидкого водного агрохимиката, в качестве активного компонента содержащего калиевые и/или натриевые соли гуминовых кислот, имеющего оптимальный для практического использования в качестве удобрения и стимулятора роста растений состав и длительный срок годности при хранении.
Технический результат достигается тем, что жидкий агрохимикат содержит не более 16% по массе калиевых и/или натриевых солей гуминовых кислот, не более 1,0% по массе нерастворимых в воде механических примесей, имеет pH 9,0-10,5, а также тем, что исключается загеливание продукта при хранении в течение 2,0-2,5 лет.
Сущность заявляемого технического решения заключается в следующем.
Рабочие растворы гуматов для обработки растений имеют очень низкие концентрации солей гуминовых кислот - от 0.01%. Затраты на производство, транспортировку, и хранение таких растворов нереально высоки. Поэтому сначала делают сильно концентрированные растворы и транспортируют их к месту применения, где их и разбавляют до необходимой концентрации. С учетом сказанного в настоящее время нашли широкое применение концентрированные водные растворы гуматов. Естественно, чем выше концентрация производимого раствора, тем дешевле его производство, транспортировка и хранение. Однако водные растворы гуматов являются коллоидами. А, как известно, коллоидные растворы обладают недостаточной стабильностью и склонны к гелеобразованию. Максимальная концентрация определяется склонностью калиевых солей гуминовых кислот к гелеобразованию при недостаточном количестве дисперсионной среды.
Начиная с определенной концентрации и выше в процессе хранения после прохождения определенного времени наблюдается гелеобразование водных растворов гуматов, что приводит к невозможности их применения. Если время гелеобразования меньше двух лет, препарат следует признать непригодным к использованию как неудовлетворяющий требованиям потребителей.
Поэтому целью изобретения является получение водных растворов гуматов с максимально возможной концентрацией солей гуминовых кислот, при которой отрезок времени до начала в нем процесса гелеобразования будет превышать 2 года.
Нами было установлено, что предельная концентрация водных растворов гуматов, при которой не происходит гелеобразования в течение двух лет, сильно зависит от pH раствора. Так для разбавленных растворов калиевых и/или натриевых солей гуминовых кислот при pH ниже 9,0 наблюдается значительная нестабильность раствора, в том числе увеличивается его склонность к гелеобразованию, при этом, чем выше pH раствора, тем он стабильнее. Биологически нейтральной (нетоксичной) для растений считается pH 6,5-7,5. При сильном разведении концентрированных растворов pH падает. При приготовлении сильно разбавленных рабочих растворов из концентрированного агрохимиката, было установлено, что верхней границе pH рабочего биологически нейтрального раствора pH 7,13-7,50 соответствует граница pH концентрированного раствора не выше pH 10,5. Таким образом, отбрасывая технологически нестабильный диапазон pH 6,5-9,0, а также нежелательный для растений диапазон pH выше 7,5, мы пришли к обоснованию диапазона pH жидкого концентрированного агрохимиката 9,0-10,5, который удовлетворяет требованиям по безопасности (фитотоксичности) и обеспечивает наибольшую стабильность раствору.
Содержание элементов в сильно разбавленных рабочих растворах определялось на спектрометре ELAN DRC11, Perkin Elmer (США), а pH измерялся на pH-метре (Metrohm, Швейцария).
Неочищенные концентрированные водные растворы гуматов, получаемых из бурого угля, могут содержать большое количество нерастворимых примесей, частицы которых будут являться центрами коагуляции (гелеобразования) раствора. Учитывая это, нами был исследован предельно очищенный раствор (менее 0,1% нерастворимых примесей) с различными концентрациями. Установлено, что такой раствор с концентрацией ниже 16% и pH 9,0-10,5 является стабильным и его гелеобразование не наблюдается в течение не менее 2,5 лет. Повышая концентрацию нерастворимых примесей, мы обнаружили, что при содержании нерасворимых примесей до 1% снижения концентрации ниже 16% не требуется, а свыше 1% - для сохранения стабильности раствора в течение не менее двух лет требуется снижать концентрацию раствора. Нерастворимые примеси в количестве более 1%, содержащие частицы размером более 100 микрон, могут также забивать форсунки опрыскивателей.
Таким образом, нами впервые получен жидкий водный агрохимикат, в качестве активного компонента имеющий калиевые и/или натриевые соли гуминовых кислот, отличающийся тем, что агрохимикат содержит не более 16% по массе калиевых и/или натриевых солей гуминовых кислот, не более 1,0% по массе нерастворимых в воде механических примесей, имеет pH 9,0-10,5, а также тем, что исключается загеливание продукта при хранении в течение не менее 2,0-2,5 лет; агрохимикат имеет следующий элементный состав в расчете на беззольную пробу:
C - 57,46-59,58%;
H - 4,72-5,77%;
N - 2,97-3,42%;
O - 34,85-36,93.
Для оценки качества действия агрохимиката проводился сравнительный анализ растений, подвергавшихся обработке водным раствором калиевых солей гуминовых кислот, и контрольных - без обработки агрохимикатом. Испытывали влияние разбавленного водой агрохимиката на урожайность томатов, огурцов, перцев, свеклы, редиса, капусты, лука, картофеля, гороха, бобов, моркови.
Рабочий раствор калиевых и/или натриевых солей гуминовых кислот готовился разбавлением агрохимиката водой в объемном соотношении 1:1000 для обработки рассады и растений.
Пример использования агрохимиката в качестве стимулятора роста огурцов.
В течение всего вегетационного периода листья взошедших побегов опрыскивают рабочим раствором агрохимиката, полученным разведением 10-30 мл препарата, содержащего не более 16% по массе калиевых и/или натриевых солей гуминовых кислот, не более 1,0% по массе нерастворимых в воде механических примесей, с pH 9,0-10,5 в 10 л воды. Начало обработки всходов соответствует появлению первых четырех листочков.
Урожайность огурцов повышается на 18-27% в зависимости от их сорта.
Пример использования агрохимиката в качестве удобрения, улучшающего качество почв.
Рабочий раствор готовят разведением 10-30 мл 16%-ного препарата десятью литрами воды. Для опрыскивания территории площадью 100 м2 требуется 350 л рабочего раствора.
Пример использования агрохимиката для повышения урожайности зерновых культур.
С целью проведения биологической оценки растворов агрохимиката в качестве регуляторов роста растений обрабатывались посевы озимой пшеницы Сорт Галина, суперэлита в ОПХ "ИЛЬИНСКОЕ".
Обработка велась совместно с протравителями и гербицидами, предшественник картофель.
Обработка двукратно: при протравливании семян и при весеннем внесении гербицидов.
Схема опыта:
1. Контроль (вода, 10 л/т)
2. Гумат натрия (Энерген) - 0,75 кг/т (протравливание семян)
3. Гумат натрия (Энерген) - 0,75 кг/т (протравливание семян) + Гумат калия (Энерген-аква хелаты) 1 л/га (обработка по вегетации).
4. Терра-Сил + Гумат натрия (Энерген) + Командор - 0,1+0,75+1,0 (л(кг)/га) (протравливание семян)
5. Терра-Сил + Гумат натрия (Энерген) + Командор - 0,1+0,75+1,0 (л(кг)/га) (протравливание семян) + Гумат калия (Энерген-аква хелаты) 1 л/га (обработка по вегетации)
По всему опытному участку проводилась обработка гербицидом Прополол.
Результаты испытаний сведены в Таблицу 1.
Как видно из таблицы, наибольшая прибавка урожая получена в варианте, где предпосевная обработка гуматом натрия проводилась совместно с инсектицидом и фунгицидом, а по вегетации проводилась дополнительная обработка хелатным комплексом. Также в этом варианте содержание клейковины увеличилось на 6% по сравнению с контролем.
Жидкий агрохимикат, в качестве активного компонента содержащий калиевые и/или натриевые соли гуминовых кислот в количестве не более 16% по массе, не более 1,0% по массе нерастворимых в воде механических примесей, имеющий pH 9,0-10,5, характеризующийся исключением загеливания в течение 2,0-2,5 лет, производится на ТПК «Техноэкспорт» (Московская область, г. Сергиев Посад) по технологии, защищенной патентом РФ.
| Таблица 1 | ||||
| Вариант | Количество продуктивных колосьев, шт/м | Урожайность, ц/га | Прибавка, и/га | Клейковина, % |
| 1 | 359 | 45 | - | 26 |
| 2 | 441 | 55 | 10 | 26 |
| 3 | 469 | 62 | 17 | 30 |
| 4 | 443 | 64 | 19 | 28 |
| 5 | 488 | 74 | 29 | 32 |
Жидкий водный агрохимикат, имеющий в качестве активного компонента калиевые и/или натриевые соли гуминовых кислот, отличающийся тем, что агрохимикат содержит не более 16% по массе калиевых и/или натриевых солей гуминовых кислот; не более 1,0% по массе нерастворимых в воде механических примесей; имеет pH 9,0-10,5; а также тем, что исключается загеливание продукта при хранении в течение не менее 2-х лет; агрохимикат имеет следующий элементный состав в расчете на беззольную пробу, % по массе: С - 57,46; Н - 4,72; N - 2,97; О - 34,85.
