Способ получения медленнодействующих капсулированных удобрений

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ получения медленнодействующих капсулированных удобрений путем обработки гранул мочевины растворами силиката натрия и хлористого кальция при стехиометрическом соотношении компонентов с добавлением ингибитора уреазной активности, при этом в качестве ингибитора уреазной активности используют парааминофенол, причем ингибитор уреазной активности вводят в количестве 0,002-0,08 мас. % в водный раствор силиката натрия, используемый в композиции для покрытия гранул. Изобретение позволяет получить капсулированную мочевину с пролонгированным действием. 3 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам получения медленнодействующих капсулированных удобрений, и может быть использовано при возделывании сельскохозяйственных культур.

Одним из приоритетных направлений сельского хозяйства является разработка новых высокоэффективных и экологически чистых удобрений с пролонгированным действием.

Источником азота для растений служат азотсодержащие удобрения, основным из которых является мочевина. Преимущественно используются быстрорастворимые формы мочевины, которые легко участвуют в процессе трансформации в системе: почва-растение. Мочевина под действием микроорганизмов, содержащих фермент уреазу, превращается в аммиак и углекислый газ, что приводит к существенным потерям азота до 40%. Получение новых форм капсулированных азотных удобрений - одна из приоритетных задач в сельском хозяйстве.

Использование ряда соединений в качестве присадок к азотным удобрениям, может замедлять скорость разложения мочевины (CH₄N₂O) и образования аммиака [1]. Ингибиторы уреазы добавляют в удобрения, содержащие амидный азот. Принцип их действия сводится к блокировке фермента уреазы в зоне контакта удобрения с почвенным раствором. Фермент уреаза, выделяемый уреабактериями и корнями растений, превращает молекулу мочевины в гидрокарбонат аммония - соединение весьма нестабильное, распадающееся с образованием свободного аммиака, который теряется в атмосфере. Также этот аммиак оказывается токсичным для молодых проростков.

Уреаза продуцируется растениями, грибами и бактериями. Среди веществ, проявляющих ингибирующее действие на реакцию превращения мочевины, наиболее эффективными на сегодняшний день считаются: [N-(n-butyl)thiophosphorictriamide (NBPT) thiophosphoryltriamide (ТРТ)], [N-(n-butyl)phosphorictriamide (NBPTO), phosphoryltriamide (PT) cyclohexylphosphorictriamide (CHPT)], гидрохинон, тиосульфат аммония, некоторые металлы и целый ряд других органических соединений, особенно структурных аналогов мочевины, способных ингибировать уреазу [2,3,4,5]. К недостаткам ингибиторов уреазы относят: низкую эффективность на почвах, обеспеченных азотом, а также дополнительные затраты, не всегда окупаемые урожаем.

В качестве прототипа выбран способ получения медленнодействующих капсулированных удобрений путем обработки гранул раствором силиката натрия с введением в состав композиции ингибитора уреазной активности, в качестве которого используют или гумат натрия, или гидрохинон [6]. Основным недостатком данного способа является то, что процесс ингибирования направлен на подавление последней стадии трансформации азотных удобрений в почве - нитрификации, постепенно растворяющиеся части соединений азота очень быстро подвергаются гидролизу и нитрификации, вымыванию из почвенного слоя и эмиссии газообразных продуктов.

Задачей настоящего изобретения является расширение ассортимента эффективных ингибиторов уреазы, обладающих высокой эффективностью, снижение скорости растворения и подавление процесса гидролиза амидных форм азота.

Техническим результатом изобретения является получение капсулированной мочевины с пролонгированным действием.

Указанный технический результат достигается тем, что для получения медленнодействующих капсулированных удобрений путем обработки гранул мочевины растворами силиката натрия и хлористого кальция в качестве ингибитора уреазной активности используют парааминофенол, причем ингибитор уреазной активности вводят в количестве 0,002-0,08 мас. % в водный раствор силиката натрия, используемый в композиции для покрытия гранул.

Сущность изобретения заключается в том, что берут гранулы мочевины, обрабатывают их растворами силиката натрия и хлористого кальция при стехиометрическом соотношении компонентов, при этом, предварительно в водный раствор силиката натрия добавляют парааминофенол в количестве 0,002-0,08 мас. %.

Парааминофенол действует по нескольким механизмам: как ингибитор фермента уреазы за счет гидроксигруппы, а также как антиоксидант способен эффективно обрывать цепи окисления при взаимодействии с RO₂^• - радикалами за счет фенольного гидроксила и разрушать ROOH молекулярным путем благодаря аминогруппе [7].

Введение в состав композиции покрытия ингибитора уреазной активности парааминофенола позволяет значительно снизить скорость растворения азотных удобрений в почве и их превращение в легкорастворимые летучие соединения, которые ведут к потерям и загрязнению окружающей среды. Снижение скорости растворения удобрений в почве дает возможность растениям наиболее полно их использовать, что повышает урожайность сельскохозяйственных культур, их качество и общий экономический эффект от применения удобрений.

Пример: В 20%-ный водный раствор силиката натрия, используемый в композиции для покрытия гранул мочевины, вводят ингибитор уреазной активности в количестве 0,002 мас. %. В качестве ингибитора уреазы используют парааминофенол. Навеску гранул мочевины в количестве 1 кг последовательно обрабатывают в "кипящем слое" аэрозолем 20%-ным раствором силиката натрия, с введенным предварительно ингибитором, и 33%-ным раствором хлористого кальция, при стехиометрическом соотношении компонентов, при температуре 30-40°С с расходом по Na₂SiO₃ - 0,026 кг, по CaCl₂ - 0,024 кг. Полученные капсулированные гранулы высушивают при температуре 60±5°С.

Аналогично обрабатывают гранулы аммофоса, аммиачной селитры, нитрофоски. В полученных удобрениях масса силикатной пленки с ингибитором составляет 3-4 мас. %. Результаты испытаний полученных удобрений представлены в таблицах 1, 2, 3. В таблице 1 представлены результаты эксперимента по влиянию ингибиторов на активность уреазы, мг NH₃/24 часа. В таблице 2 представлена кинетика растворимости капсулированной мочевины с использованием ингибиторов уреазы. В таблице 3- содержание аммиачного и нитратного азота в почве, в мг/кг абсолютно сухой почвы. Как следует из таблицы 1, самая низкая вымываемость мочевины из гранул и ее превращение в аммонийные и нитратные соединения в варианте, с использованием в качестве ингибитора - парааминофенол, самая высокая в известном способе. Из таблицы 2 видно, что в конце эксперимента в почве самое низкое содержание аммиачного и нитратного азота в известном способе.

Влияние удобрений, получаемых по предлагаемому способу, проверялось на урожайности картофеля. Введение в силикатную композицию для капсулирования ингибитора уреазы парааминофенола давало дополнительный эффект в повышении урожайности. Прибавка урожайности картофеля в среднем составила 1,5-3,7 т/га по сравнению с известным способом. Это объясняется тем, что замедление растворимости удобрения и дальнейшей трансформации соединений азота в почве приводит к более выровненному обеспечению растений подвижными формами азота в течение всего срока вегетации.

Источники информации:

1. Fisher K.A., Yarwood S.A., James В.R. Soil urease activity and bacterial ureC gene copy numbers: Effect of pH. Geoderma, 2017, 285: 1-8. (https://d0i.org/10.1016/j.geoderma.2016.09.012)

2. Horta L.P., Mota Y.С.C., Barbosa G.M., Braga Т.C., Marriel I. E., de, Modolo L.V. Urease Inhibitors of Agricultural Interest Inspired by Structures of Plant Phenolic Aldehydes. J. Braz. Chem. Soc, 2016, 27 (8): 1512-1519. (http://dx.doi.org/10.21577/0103-5053.20160208).

3. Keerthisinghe D.G., Freney J.R. Inhibition of urease activity in flooded soils: Effect of thiophosphorictriamides and phosphorictriamides. Soil Biology and Biochemistry, 1994, 26 (11): 1527-1533. (https://doi.org/10.1016/0038-0717(94)90094-9).

4. Mathialagan R., Mansor N., Al-Khateeb В., Helmi M., Muhammad M., Shamsuddin R. Evaluation of Allicin as Soil Urease Inhibitor. Procedia Engineering, 2017, 184: 449-459. (https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.04.116).

5. Li В., Chen Y., Liang W-Z, Mu L., Bridges W. C, Jacobson A. R., Darnault C.J.G. Influence of cerium oxide nanoparticles on the soil enzyme activities in a soil-grass microcosm system. Geoderma, 2017, 299: 54-62. (https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2017.03.027).

6. Патент на изобретение RU 2224732, МПК C05G 3/08, опубл. 27.02.2004. Бюл. №6.

7. Перевозкина М.Г. Кинетика и механизм ингибирующего действия производных фенозана, салициловой кислоты и их синергических смесей с α-токоферолом и фосфолипидами. Автореф. дисс. канд. хим. наук. - Тюмень, 2003. - 28 с.

Способ получения медленнодействующих капсулированных удобрений путем обработки гранул мочевины растворами силиката натрия и хлористого кальция при стехиометрическом соотношении компонентов с добавлением ингибитора уреазной активности, отличающийся тем, что в качестве ингибитора уреазной активности используют парааминофенол, причем ингибитор уреазной активности вводят в количестве 0,002-0,08 мас. % в водный раствор силиката натрия, используемый в композиции для покрытия гранул.