Дата опубликования описания 18.05.80 (53) УДК 631. .43 2 (088-8) Е. П. Алешин, Г. М. Белоненко, В. И. Вакуленко, А. А.Верниченко, И. Я. Гончаров, А. Я. Демидиенко, А. Д Ивашина, В. Г. Ковтун, Б. С. Носко, В. Н. Танитовский, Б. И. Шишкин и А. И. Юрченко (72) Авторы изобретения

Всесоюзный научно-исследовательский институт по охране вод, Украинский научно-исследовательский институт почвоведения иагрохимииим. А. Н. Соколовского и Кубанский государственный проектный научно-исследовательский институт "Кубаньгипроводхоз" (7l) Заявители (54) СОСТАВ ALIIS СОЗДАНИЯ ПРОСЛОЙКИ, ПРЕДОТВРАШАЮШЕЙ

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ГРУНТОВЫХ BOll ГЕРБИЦИДАМИ

НА ИРРИГАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к охране вод от загрязнения ядохимикатами и предиазначено для использования на ирригационных системах для предотвращения загрязнения грунтовых вод гербици5 дами, применяемыми в сельском хозяйстве.

Загрязнение грунтовых вод гербицидами происходит в процессе фильтрации поливных вод в глубьлежашие горизонты. Нес1О мотря на то, что многие гербициды поглощаются верхним слоем почвы, в натурных условиях имеет место проникновение их в грунтовые воды, в частности по ходам корней и- различных почвенных земле15 роев. Особенно велика опасность загрязнения грунтовых вод на малогумусных почвах легкого механического состава, обладающих низкой поглотительной способностью по отношению к гербицидам и высокой водопроницаемостью. Для снижения черезмерной фильтрации естественных почвогрунтов и тем самым сокрашения поступления ядохимикатов в глубьлежащие

2 горизонты известен способ детоксикации пестицидов путем активизации деятельности микрофлоры в верхнем слое почвы .путем внесения веществ гумусовой при роды 1

Этот способ способствует уменьшению выноса токсикантов в грунтовые воды, однако он не пригоден для стойких препаратов, для почвенных пестицидов, которые предназначены для длительного, воздействия на вредные организмы, а также для гербицидов, поскольку в результате детоксикации будет снижено их действие на сорные растения. Кроме того этот способ имеет разовое действие, так как рНВсение веществ гумусовой природы или увлажнение должно сопровождать каждое применение пестицида, что практически. не всегда осуществимо.

Известен способ предотврашения загрязнения дренажных вод гербицидами на рисовых оросительных системах путем создания прослойки, задерживающей гербиИ733595

Целью изобретении является повыше-. ние эффективности, создаваемой под корнеобитаемым слоем прослойки, путем увеличения ее адсорбционно-кумулятивной емкости по отношению к гербицидам и возможности регулирования фильтрационных свойств.

Поставленная цель достигается,тем, что в состав прослойки вводят лигнинсодержащие вещества, бентонитовую глину, метилсиликон, углещелочный реагент, 50

Сущность этого способа заключается в том, что с целью локализации гербицидов в пределах рисовых чеков под корнеобитаемым слоем создают прослойку толщиной не менее 10 см, которую укладывают на примыкающей к дрене части чека.

При этом в качестве прослойки берут пасту иэ суглинка и воды с включением веществ гумусовой природы в следующем соотношении, вес.%: суглинка 65-70, 10 гуматы натрия или аммония 0,2-1,0, вода-остальное. Для почв с высокой проницаемостью в состав пасты дополнительно вводят калий хлористый или аммоний хлористый в количестве 0,2-2,0 вес,%. Этот способ позволяет практически ликвидиро° вать вынос гербицидов дренажными водами при их применении в обычно рекомендуемых дозах.

Однако используемая пастообразная прослойка обладает незначительной адсорбционно-кумулятивной способностью. Поэтому при повышенных дозах гербицидных препаратов в случае повторной обработки посевов или применения слабосорбируюшихся веществ возможно их проникновение через прослойку в грунтовые волы.

Кроме того, известная прослойка не может быть эффективно использована на почво О грунтах с большим диапазоном колебаний механического состава, что часто встречается в природе, например в пойменных и дельтовых ландшафтах. Это связано с ограниченностью набора компонентов, входящих в состав известной прослойки, не позволяющей широко регулировать, коллоидно-дисперсные свойства системы, определяющие величину ее водопроницаемости. Недостатком известного способа является также наличие хлорсодер40 жаших солей в составе прослойки, поскольку известно, что хлор, как один иэ подвижных и токсичных ионов, йостепенно вымывается из почвогрунтов, проника45 ет в дренажногрунтовые воды и загряз- няет их. и клиноптилолит при следующем сооТН шении компонентов, вес.%:

Тяжелый суглинок 45-55

Бентонитовая глина 6-7

Лигнинсодержашие вещества 8-9

Метилсиликон 0,10-0,15

Углешелочный реагент 0,14-0,18

Клиноптилолит 2,5 вЂ” 3,0

Вода Остальное

Введение в состав прослойки бентонитовой глины, лигнинсодержашего вещества и углешелочного реагента обеспечивает образование комплексного соединения с высокой сорбционной емкостью по отношению к гербицидам разных классов, так как бентонитовые глины содержат большое количество (55-70%) тонкодисперсных илистых частиц и состоят главным образом иэ монтмориллонита вЂ” минерала с наибольшей из .всех глинистых минералов удельной поверхностью и емкостью поглощения, что связано с наличием у него расширяющейся кристаллической решетки, а известно, что адсорбция некоторых гербицидов в значительной мере зависит от содержания в почве глинистых частиц. добавление метилсиликона способствует хорошему связыванию тонкодисперсных глинистых частиц с лигнинсодержа.шим веществом и углешелочным реагентом. и обеспечивает устойчивость системы. Углешелочной реагент с одной стороны, действует как катализатор при образовании органосиликановых комплексных пленок, а,с другой стороны, способствует закреплению их на активных участках поверхности жестких каркасов монтмориллонита.

Лигнинсодержащие вещества, являю.щиеся отходом гидролизной промышленности, являются одним иэ наиболее устойчивых к ферментативному разложению соединений и в процессе медленного разложения превращаются в гумусовые вещества. Кроме того установлена высокая адсорбционная способность лигнинсо держащих веществ по отношению к гербицидам различных классов, т.e. лигпинсодержашие вещества являются также хорошим сорбентом гербицидов. Благодаря этим свойствам лигнинсодержащего вещества предложенная Upîñëoéêà будет функциони. ровать не менее 7-8 лет.

Устойчивости прослойки способствует образование прочного органо-минерального комплекса лигнинсодержащего вещества и образующегося из него гуму733595 б

Продолжение табл. 1

Гидрофобизируюшая способность (проба на "кошель") ч, не менее

Содержание этилового спирта, вес.%

l3-18 риода

Таблица

Внешний вид (CSiO Nag коричневого цвета.

Допускаются оттенки. Наличие осадка не допускается.

Шелочность (в пересчете на ЧаОН),. вес.%

15 «2

Плотность при

+20 С, г/см

1,19 + 0,02 50

Содержание кремния, вес.%, не менее са с глинистыми частицами, так как известно что при наличии глин гумус в меньшей степени подвергается гидролизу, чем в суспенчатых и песчанных почвах, причем гуминовые кислоты наиболее проч- 5 но связываются с глинистыми минералами монтмориллонитовой группы, которые в большом количестве входят в состав бентонитовых глин.

Вместе с тем, введение в состав прос-io лойки биологически активных гумусовых веществ, содержащихся в углещелочном реагенте и образующихся постепенно из лигнинсодержащего вещества, а также небольшого количества этилового спир- 15 тн в составе метилсиликона способствует некоторому повышению биологической активности прослойки, достаточной для детоксикации поглощенных цестициюв в течение вегетационного п

Характеристика метилсиликона привелена в табл. 1.

Жидкость от бесцветного до светло- 35

Содержание сухого осадка в весовых процентах

Клиноптилолит как активный наполнитель вводится в состав прослойки для улучшения катионообменныхсвойств грунтов, так как известно, что цеолиты, входяшие в состав клиноптилолита, могут просеивать молекулы и сортировать их по размерам, поэтому их называют молекулярными ситами.

Йля различных по фильтрационным свойствам почвогрунтов (сильнопроницаемые, среднепроницаемые и слабопроницаемые) целесообразно в зависимости от этих . свойств брать различное .соотношение компонентов прослойки. Рекомендуемые соотношения компонентов прослойки для различных по фильтрационным свойствам почвогрунтов приведены в табл. 2. Известно, что к сильнопроницаемым относятся почвогрунты с коэффициентом фильтрации более 1 м/сут к среднепроницаемымвЂ” почвогрунты с коэффициентом фильтрации

1-0,001 м/сут, а к слабопроницаемымвЂ” почвогрунты с коэффициентом фильтрации 0,001 м/сут.

Изменением соотношения компонентов в прослойке обеспечивают направленное регулирование фильтрационных свойств почвогрунтов и для каждой группы почвогрунтов обеспечивают оптимальный вид прослойки, обеспечивающий наиболее эффективное задерживание гербицидов в пределах орошаемых полей и предотвращение их попадания в грунтовые воды. для сильнопроницаемых почвогрунтов, т.е. для, тех которые обладают высокой фильтрацией, повышенным содержанием бентонитовой глины, углешелочного реа,гента и клиноптилолита обеспечивается повышение антифильтрационных свойств прослойки. Соотношения компонентов прослойки для различных по фильтрационным свойствам почвогрунтов приведены в табл.2.

733595 Та блица 2

Тяжелый суглинок 43,00-53,00 45,00 55,00 47,00 57,00

Бентонитовая глина 8,00-9,00 6,00-7,00

4,00-5,00

Лигнинсодержащее вещество

9,00-10,00 8,00-9,00

7,00-8,00

2,50-3,50

0,01-0,02

Метилсиликон

0,10-0,15

Углещелочной

1реагент

0,80-0,90

3,00-4,00

О, 14-0, 18

2,5 -3,0

Остальное

0;10-0,12

2,05-2,50

Остальное.Клиноптилолит

Вола

Остальное

Метилсиликон обуславливает определеннуто физико-химическую природу и текстуру приготавливаемой смеси, из которой создают прослойку. При внесении метилсиликона в пределах 0,01-0,02 вес.% происходит значительная пептизация тонкодисперсных глинистых частиц. Этом также способствует повышение количест30 ва вносимого углещелочного реагента (0,80»0,90%) .. Результатом этого является усиление антифильтрациойных свойств прослойки. Повышение содержания лигнинсодержащего вещества в прослойках для сильнопроницаемых почвогрунтов необхьдимо для увеличения сорбционной емкости прослойки, в связи с тем, что на таких почвогрунтах возрастает вынос гербицидов.

4О На слабопроницаемых грунтах по сравНению с сильнопроницаемыми и среднепроницаемыми в создаваемой прослойке уменьшают содержание бентонитовой глины, углещелочного реагента, лигнина и кли,ноптилолита, но при этом увеличивают количество метилсиликона, так как последний способствует образованию специфичес ких коагуляционных структур с повышенной водопроницаемостью. Этим обеспечиваются нормальные условия произрастания,растений наряду с эффективным за.держиванием гербицидов в подпахотном слое.

Предлагаемый: способ осуществляют следующим ооразом.

На орошаемых землях, где возможен вынос гербицидов в грунтовые воды, т.е. на почвогрунтах легких по механическому составу и малогумусных средних и тяжелых при малом количестве гумуса и наличии крупных пор, ходов землероев и перегнивших корней болотной растительности, почвогрунтах, подстилаемых ракушечника;ми, трещиноватыми и другими породами создают предлагаемую прослойку и при этом соотношении компонентов берут исходя из фильтрационных свойств почвогрунтов (см. табл. 2) .

Прослойка может быть создана на поле путем снятия почвы на глубину корнеобитаемого слоя с последующей укладкой толщиной до 10 см приготовленной предварительно смеси в определенном для данной почвы соотношении компонентов и окончательной засыпкой этой прослойки снятой ранее почвой на толщину корнеобитаемого слоя.

Прослойку также можно получить, если на поверхность поля равномерно насыпают суглинок, бентонитовую глину, лигнинсодержащее вещество, клиноптилолит, и углещелочной реагент. После тщательного перемешивания всех компонентов дисковым лущильником добавляют метилсиликон и недостающее количество воды.

Затем вновь тщательно перемешивают, после чего укатывают гладкими катками до достижения смесью объемного веса, 1,45-1,66 г/см . Полученный таким образом слой запахивают с оборотом пласта плугом с предплужником на глубину

30-40 см.

Пример. Предлагаемый способ апробирован в совхозе "Благовещенский"

Краснодарского края. Почвогрунты на

9 73359 участке, на котором проводилось апробирование, относятся к группе сильнопроницаемых. На этом участке была создана прослойка для которой брались компоненты в следующем соотношении, вес.%;

Суглинок 50

Бентонитовая глина 6

Лигнинсодержашие вещества 10

Углешепочной реагент Ое8 10

Кл иноптилолит 3

Метипсиликон 0,01

Вода 30,2

B качестве пигнинсодержащих веществ были использованы лигнинсодержащие 15 удобрения, выпускаемые Андижанским гидролизным заводом. В качестве углещелочного реагента использовали торф, обработанный щелочью.

Для укладки прослойки на площади 20

1,2 м был снят верхний слой почвы на глубину 30 см, затем уложили прослойку толщиной до 10 см и засыпали ее ранее снятым слоем почвы. Йпя отбора проб дренажной воды, проходящей через прослойку, микрочеки оборудовали лизиметрическими устройствами.

Поверхность микрочеков обрабатывали гербицидами: пропанидом и ордрамом в соответствии с "Рекомендациями по применению гербицидов на рисовых, полях".

Пестициды вносили в двойном количестве по сравнению со средней рекомендуемой дозой. Скорость фильтрации воды в контрольных микрочеках поддерживалась на уровне 1 см/сут, установившемся в микрочеках с прослойкой.

Результаты опьггов, йредставл енные в табл. 3 и 4 (анализ экстрактов выполнен на 40 хроматограф "Цвет 100", модель 104), свидетельствует о том, что создаваемая прослойка с достаточной эффективностью задерживает гербициды. Если в контрольных микрочеках (без прослойки) суммар- 45 ная концентрация пропанида и его метаболита 3,4-дихлоранилина достигала

3,4 мг/л, ордрама 3,0 мг/л, то в микро- чеках с прослойкой пропанид и его метоболит не были обнаружены в дренажных у водах, а концентрация ордрама не превышала 0,013 мг/л, что значительно ниже рекомендуемой предельно допустимой концентрации (0,025 мг/л). В конце ве тационного периода был проведен химический и микробиологический анализ верхнего слоя почвы над прослойкой и самой прослойки для выяснения вопроса о возможности накопления токсикантов в проспредотвращения загрязнения грунтовых вод пестицидами обеспечивает по сравнению с существующими: следующие пречмущества: повышение адсорбционно-кумулятив,.ной емкости прослойки, в результате чего обеспечивается, практически полное поглощение пестицидов даже IIpê повышенных дозах их применения,, Суммарйая концентрация пропа-IIIBB u его метаболита Ът4-д :;<лоранипина в дренажных водах, мг/л приведена в табл. 3.

ТаблицаЗ

Время Ке ент м.яя гербу е air/к ослойка Ж 2. контроль прослой оздания I(без про=-!ка изслоя за=- слойки) jвестная топлени т/!

i кя l

1 °

5 0,015 дпагае5

10 лойке и степени их разложения. Остаточные количества токсикантов с помощью газохроматографического метода не были обнар ужены.

Результаты микробиологического анализа, сведенные в табл. 5 и 6, свидетельствуют о том, что создание прослойки способствует значительному повышению общей численности микроорганизмов. Так, даже в верхнем слое почвы над прослойкой .количество микроорганизмов возрастает в 1,5 раз, а в прослойке вЂ” в 710 раз по сравнению с почвой. Следует отметить, что на общеупотребительной среде вЂ” мясо-пептонный агар (MIlA)â€” различие в численности микроорганизмов в вариантах с гербицидом ц без него существенно. На элективной же среде, предназначенной длч роста видов, участвующих в превращении гербицидов, îíî достаточно хорошо выражено. Так, в прослойке количество указанных видов возрастает по сравненито с почвой в 9 раз, а в присутствии пропанида вЂ” в 14,6 раза.

Аналогичная картина наблюдалась и в случае применения ордрама, однако различия между вариантами менее значительны.

В вариантах с прослойкой наблюдалось значительное (в три раза по сравнению с контролем) повышение урожая риса, несмотря на равные с контролем дозы удобрений (М Р„о Ко ), Это обьяс420 Яо няется тем, что прослойка повышает содержание органического вещества (стимулятора роста) в подпахотном слое и уменьшает вынос минеральных удобрений из пахотного слоя.

Использован*:-,» предлагаемого способа

733595

Пр одоп

Продолжение табл. 4,039

1,531 0,019

3,308 0,014

20 12

3,034 0,035 р,р13

0,010

15 16

420 36

0,002

0,021

0,022

Время после гербицида, мг/л ос создания слоя затопления сут.

Влияние проспойки на количественное содержание микроорганизмов, участвующих в превращении пропанида приведено в табл. 5.

Та бл ица 5 агар Мясо-пептонный агар+

0 1% пропанида

% к бщее коли ество мик к нтролю олю оорганизов, тыс./г

Контроль без прослойки) + пропанид 1 230 100,0

100,0

139

2 020 164,2

149,5

С прослойкой + пропанид

1 800 146,3

296,8

Контроль (без прослойки) + пропанид

156

1 460 100,0

100,0

С прослойкой без гирбицида

14 320 980,8

1 420

Прослойка

910,0

С прослойкой + пропанид

12 560 860,3

2 280 1461,5

3,429

0,85

0,016

Концентрация ордрама в дренажных водах, мг/л приведена в табл. 4.

Табл ица

0,245 0,006 . 0,003

Почва над С прослойкой без прослойкой гирбицида

2 140 0 055

1 676 0 140

0,972 0,150

0,443 0,093

0,010

0,005

0,004

14 в превращении ордрама, приведено в табл. 6.

Таблицаб

Влияние прослойки на количественное содержание микроорганизмов, участвующих ар +

Вид почвогрунта риант

Контроль (без прослойки) + ордрам

100,0

6,8

349,3 100,0

С прослойкой без ордрама

614,3 175,9

5,7

Почва над прослойкой

Прослойка + ор драм

108,9

7,4

538,2 154,1

Контроль (без прослойки) + ордрам.

268,3 100,0

100,0

16,2

С прослойкой без ор драма

187,7

30,4

1 906,3 7 10,5

Прослойка

С прослойкой

+ордрам

192,7

31,2. 17821 6642

7-10

0,0 1-3, 5

0,1-0,9

3-4

Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я ¹ 460037, кл. А 01 N 7/04, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР.

Состав для создания прослойки, пре- gg ¹ 646971, кп. А 01 8 7/02, 1977 дотвращающей загрязнение грунтовых вод (прототип) .

ЫНИИПИ Заказ 1928/4 Тираж 723 Подписное

Фютиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 всемв алость регулировать фильтрационные свойства почвогрунтов изменением соотношения компонентов, входя- . щих в состав прослойки; повышение биологической активности создаваемой прослойки, что обеспечивает последующее разложение поглощенных прослойкой пестицидов; повышение плодородия мелиорируемых земель за счет использования в составе прослойки лигнинсодержащих веществ; улучшение катионо-обменных свойств прослойки за счет введения в ее состав клиноптипопита, обеспечивает также предупреждение попадания ка", ;-"==.ных форм удобрений в грунтовые воды и ионов тяжелых металлов, вносимых с удобрениями в виде примесей; исключение минерализации грунтовых вод, так как в прослойке отсутствуют хлорсодержащие соли, вымывание которых из известных прослоек способствует повышению минерализации грунтовь х: вод. сгербицидами на ирригационных системах, содержащий суглинок и воду, о т л ивЂ” ч а ю шийся тем, что, с целью гго вышения адсорбционно-кумулятивной емкости прослойки и возможности регулирования ее фильтрационных свойств, состав дополнительно содержит лигнинсодержащие вещества, бентонитовую глину, метилсиликон, углещелочный реагент и клиноп-с тилолит при следующем соотношении компонентов вес.%:

40 Тяжелый суглинок 43-57

Бентонитовая глина 4-9

Лигнинсодержащие вещества

Метилсиликон

Углещелочной реагент

Клиноптилопит

Вода