Способ получения торфогуминового гранулированного удобрения

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к способам получения комплексных органо-минеральных гранулированных удобрений. Цель изобретения - повышение эффективности удобрения путем увеличения его пролонгирующего действия. Способ получения торфогуминового гранулированного удобрения включает обработку торфа щелочным реагентом с последующим добавлением азотного, калийного и фосфорного удобрений, гранулирование смеси и сушку гранул. В качестве щелочного реагента и калийного удобрения используют гидроксид или силикат калия в количестве 5 - 9% на сухое вещество торфа. 3 табл.

Изобретение относится к сельскому хозяйству.

Известен способ получения органо-минерального удобрения путем обработки фрезерного торфа химическим реагентом, в качестве которого используют побочный продукт переработки марганцевых руд - аммиачный раствор нитратных солей, солей кальция, магния, аммония, марганца. Обработанный торф выдерживают в течение 20-25 сут. и смешивают с калийным и фосфорным удобрениями.

Данный способ предусматривает частичную активизацию гуминовых веществ торфа, обладающих физиологической активностью. Однако использование аммиакатного раствора нитратных солей не позволяет полностью активизировать торф, так как аммиак - слабая и сильно десорбирующаяся щелочь. В данном способе всего лишь 39,4 мас.% гуминовых кислот от общего их содержания в торфе и 13,8 мас.% на сухое вещество торфа способны приобрести подвижность, т.е. активизироваться. Увеличение же дозы аммиакатного раствора недопустимо, так как приводит к увеличению содержания азота в удобрении, что отрицательно сказывается на растениях. Удобрение содержит ион-хлор, нежелательный для растения элемент. Технология получения удобрения трудоемка - более 20-25 сут. Элементы питания полученного удобрения быстро вымываются и растения требуют дополнительной подкормки.

Известен способ получения органо-минерального удобрения путем химической обработки части торфа, сначала 4%-ным водным раствором серной кислоты при 95-105^оС в течение 3-4 ч, а затем водным раствором NaOH до рН 12-13 при той же температуре в течение 0,9-1,2 ч. Активированная таким образом часть торфа смешивается с оставшейся частью и минеральными компонентами, гранулируется и сушится.

Обработка торфа серной кислотой позволяет глубоко активизировать торф, резко возрастает содержание гуминовых веществ. Однако расщеплению подвергаются и такие части торфа, как битумы, лигнин, которые содержат смесь высокомолекулярных кислот, обладающих и ингибирующими свойствами. Любая температура отрицательно сказывается на вещества гумусовой природы, происходят необратимые изменения, уменьшается их подвижность. Все это приводит к тому, что количественный состав гуминового комплекса увеличивается, а его качественный состав ухудшается, уменьшается физиологическая и биологическая активность. Дальнейшая обработка щелочью фактически только нейтрализует кислоту. Пролонгирующее действие таких гранулированных удобрений не высоко. Так, при нахождении в водной среде за 30 мин из гранул, приготовленных по известному способу, вымываемость составляет около 71-75% питательных веществ. Такая вымываемость элементов требует частых подкормок растений, что не оправдывает трудоемкий способ производства гранулированных удобрений.

Известен способ получения органо-минерального удобрения, включающий обработку торфяной крошки - гранул (отход производства кускового торфа) влажностью 30-35% щелочным реагентом КОН или NH₄OH и введение в него минеральных компонентов, причем минеральные компоненты вводятся перед обработкой щелочным реагентом путем пропитки водным раствором минеральных компонентов при рН 7-8 до полного насыщения, после чего обрабатывают щелочным реагентом из расчета 2-5 мас.% на сухое вещество торфа.

Известный способ предусматривает получение не полного удобрения, так как отсутствует один из элементов питания - фосфор.

При обработке торфяных гранул влажностью 30-35% щелочным реагентом происходит лишь частичная активизация гумусовых веществ торфа, обладающих физиологической активностью. В основном она затрагивает поверхность гранул, да и то уже обогащенных минеральными компонентами до полного насыщения, что снижает процесс активизации органического вещества торфа (процесс щелочного гидролиза). В качестве калийного минерального компонента используется KCl, который образует соли с органическим веществом торфа, которые в дальнейшем при обработке щелочным реагентом труднее подвергаются щелочному гидролизу за счет уже произошедших обменных реакций, что препятствует активизации гуминовых веществ торфа. В данном способе лишь 50,1 мас.% гуминовых кислот от общего их содержания в торфе и 17,5 мас.% на сухое вещество торфа способны приобрести подвижность. Введение в удобрение ионов хлора отрицательно сказывается на росте подавляющего большинства растений. Кроме того, известно, что в торфе с влажностью менее 35% с веществами гумусовой природы происходят необратимые изменения и уменьшается их подвижность, в связи с чем затрудняется их активизация. Так срок намокания в растворе минеральных удобрений составляет 4-6 сут, и для ускорения этого процесса рекомендуется введение поверхностно-активных веществ. Гранулы удобрения, полученные по известному способу, не обладают достаточным пролонгирующим действием. Так как водорастворимые гуминовые вещества находятся в верхнем тонком слое гранулы, то во влажной почве они быстро переходят в почвенный раствор и не задерживают вымывание минеральной части гранул, что может создать избыточную концентрацию минеральных веществ в почве, а следовательно, для растений, или их можно потерять с грунтовыми водами.

Целью изобретения является повышение эффективности удобрения путем увеличения его пролонгирующего действия.

Указанная цель достигается тем, что в способе получения торфогуминовых гранулированных удобрений, включающем обработку торфа щелочным реагентом с последующим добавлением азотного, калийного и фосфорного удобрения, гранулирования смеси и сушку гранул, в качестве щелочного реагента и калийного удобрения используют гидроксид или силикат калия в количестве 5-9 мас.% на сухое вещество торфа.

Обработка торфа гидроксидом калия (КОН) или силикатом калия (K₂O nSiO₂₎ в количестве 5-9% на сухое вещество торфа позволяет полностью активизировать гуминовый комплекс торфа, обладающий свойствами физиологической активности. Степень активизации выражается в повышенном содержании подвижных гуминовых веществ, которые в виде гуматов калия являются стимуляторами роста растений. Одновременно эти щелочные реагенты являются источниками калия, как одного из компонентов минерального питания растений. Наиболее полное выделение гуминового комплекса ведет не только к увеличению удобрительных свойств, но и к увеличению пролонгирующего действия удобрения за счет склеивающих свойств гуминовых веществ, что позволяет получить гранулу с более постепенным во времени выделением питательных веществ в почвенный раствор. Следствием этого является равномерное поступление к растениям питательных веществ, исключение дополнительных подкормок растений, более чистая экологическая среда. В предлагаемом способе 62,3 мас.% гуминовых кислот от общего их содержания в торфе и 21,76 мас.% на сухое вещество торфа способны приобрести подвижность. Внесение элементов питания (азота и фосфора) после активизации торфа позволяет достичь высокую равномерность распределения элементов по всему объему гранул. Пролонгирующее действие гранул, полученных по предлагаемому способу больше в 1,5-2,0 раза чем гранул полученных по известным способам.

Эффективность удобрений и пролонгированность свойств усиливается не только чисто физическими свойствами удобрений (например гранулированной формой), но и тем, что в результате щелочного гидролиза торфа, предшествующего введению минеральных удобрений, образуется эластичная ячеистая структура из органического вещества, в полостях которой распределены элементы питания.

Под действием сил химического взаимодействия в процессе смешивания, грануляции и сушки, органическое связующее, обогащенное гуматом калия, обволакивает частицы минеральных удобрений и цементирует все элементы в единую систему. Эффективность и пролонгированность свойств удобрений усиливаются при использовании для гидролиза торфа раствора силикатов калия. В этом случае все питательные вещества абсорбируются в гель кремневой кислоты (т.е. входят в "скелет" кремневой кислоты, содержащей гуматы).

При обработке торфа щелочным раствором силиката калия образуются высококачественные смешанные коллоиды кремневой и гуминовой кислот, которые при высыхании (ороговении) придают прочность гранулам, в то же время, являясь в определенной степени лабильными, могут переходить в почвенный раствор, постепенно приобретая подвижность. Именно благодаря этой связи питательные вещества не могут вымываться, а выделяются в необходимых для растений количествах. Гель кремневой кислоты служит субстанцией - носителем для элементов питания и биологически активных веществ.

Гранулы, обладающие высокой равномерностью состава, при попадании в почву (грунт) начинают постепенно набухать (верхний слой) и отдавать из него элементы питания вместе с гуминовыми веществами. Затем этот процесс захватывает более нижние слои гранул и т.д., а так как вся масса гранул равномерна, а гранулы идентичны между собой, то растения равномерно и постепенно получают элементы питания. Эффект усиливается от присутствия гуминовых веществ, которые также равномерно распределены в гранулах.

Предлагаемый способ получения торфогуминового гранулированного удобрения (ТГГУ) осуществляется в следующей последовательности. Фрезерный торф, преимущественно низинного типа древесной, древесно-травяной или травяной групп (содержание сфагновых мхов на выше 15%), степенью разложения не менее 25% , влажностью 55-65% при постоянном перемешивании обрабатывается гидроксидом или силикатом калия из расчета 5-9 мас.% на сухое вещество торфа в смесителе в течение 15 мин. Практически весь гуминовый комплекс подвергается воздействию. Затем вводятся азотные и фосфорные компоненты в виде базисного раствора жидких комплексных удобрений (ЖКУ), содержащих азот и фосфор, с составом N:P:K = 10:34:0. При отсутствии ЖКУ можно вводить аммофос и мочевину, как источники элементов питания азота и фосфора. Смесь снова перемешивается в течение 20 мин. Соотношение NPK в смеси равно 1:1:1.

Полученная пластичная масса поступает в шнековый гранулятор, где дополнительно усредняется, и выходящие гранулы поступают на сушку при температуре не более 105-110^оС до влажности 10-15%.

Были проведены агрохимические исследования эффективности удобрения в вегетационных, микрополевых, полевых и промышленных условиях с целью подбора оптимального химического состава и рецептуры удобрения и в частности количества гидроксида или силиката калия, как основного фактора увеличения выхода гуминовых кислот и пролонгирующего действия удобрений.

П р и м е р 1. 250 кг фрезерного осоково-гипнового торфа низинного типа, степенью разложения 25%, рН_KCl 3,6 с влажностью 60% (100 кг абс. сухого торфа) обрабатывается 8,4 кг (твердого) КОН при непрерывном перемешивании смеси в течение 15 мин. Затем вводятся азотное и фосфорное удобрение из расчета 20 л базисного раствора ЖКУ марки 10:34:0 (или 11,8 кг аммофоса и 6,6 кг мочевины), смесь перемешивается в течение 20 мин, гранулируется и сушится до влажности 10-15%.

Состав полученного ТГГУ при рН 7 следующий, мас.%: N - 3,5 в пересчете на N_NH4; Р - 4,48 в пересчете на Р₂О₅; К - 5,4 в пересчете на К₂О.

Содержание водорастворимых гуминовых веществ 7,5 мас.% на абс. сухое вещество торфа. Влажность гранул 10-12% П р и м е р 2. Опыт осуществляется аналогично примеру 1 с фрезерным торфом древесной группы переходного типа, степенью разложения 30%, рН_KCl 4,2, с влажностью 55%. Количество торфа 223 кг, КОН 8,4 кг, аммофоса 8,0 кг, мочевины 6,6 кг.

Состав полученного ТГГУ при рН = 6,9 следующий, мас.%: N - 3,25 в пересчете на N_NH4; Р - 3,1 в пересчете на Р₂О₅; К - 5,6 в пересчете на К₂О.

Содержание водорастворимых гуминовых веществ 11,2 мас.% на абс. сухое вещество торфа. Влажность гранул 10-12%. Данные опытов по примерам 1 и 2 представлены в табл.1 и 2, характеристика готовых гранулированных удобрений представлена в табл.3.

П р и м е р 3. Опыт осуществляется аналогично примеру 1, но торф обрабатывается раствором силиката калия. 200 кг фрезерного осоково-гипнового торфа низинного типа, степенью разложения 25%, рН_KCl 3,6 с влажностью 50,0% (100 кг абс. сухого торфа) обрабатывается 33 л щелочного раствора силиката калия (210 г К₂О в 1 л), при этом смесь имеет влажность 56%. Количество аммофоса 11,8 кг, мочевины 6,6 кг. Показатели получены аналогично данным табл.1-3.

Состав полученного ТГГУ при рН 7,0 следующий, мас.%: N - 3,6 в пересчете на N_NH4; Р - 4,8 в пересчете на Р₂О₅; К - 5,6 в пересчете на К₂О. Содержание водорастворимых гуминовых веществ 7,5 мас.% на абс. сух. вещество торфа. Влажность гранул 10-12%.

Для определения пролонгирующего действия полученных ТГГУ были проведены опыты по определению скорости вымывания минеральных удобрений, конкретно калия. Образцы удобрений помещают в делительные воронки с дренированными основаниями и заливают одинаковым расходом воды, по разнице содержания минеральных компонентов в исходной навеске и фильтрате, судят о вымываемости элементов, и как следствие, о пролонгированном действии удобрений.

Данные опытов представлены в табл.2 Из приведенных в табл.1 данных видно, что оптимальным количеством щелочного реагента КОН (а также силиката калия) является концентрация 5-9% на абс. сухой торф. При этой концентрации происходит достаточно полный щелочной гидролиз органического вещества торфа, выделяющееся количество гуминовых кислот создает хорошую эластичную ячеистую структуру из органического вещества, в полостях которой распределены элементы питания, которые за счет "склеивающих" свойств гуминовых кислот цементируются в единую систему, обладающую достаточно высоким пролонгирующим свойством. Так за 30 сут вымылось всего 47-49% К₂О. Пролонгирующее действие предлагаемых удобрений составляет 3-4 месяца, тогда как это действие у известных удобрений составляет всего лишь месяц (табл.2).

Оптимальная концентрация гидроксида или силиката калия содержит достаточное количество калия как источника одного из важнейших минеральных компонентов питания растений. Кроме того, при такой концентрации КОН выделяется наиболее "чистая" гуминовая кислота, содержащая наибольшее количество активных функциональных групп, обладающих биологической активностью. Гранулы после сушки плотные, твердые, предел прочности на сжатие составляет 16,1 мПа (табл.3), не крошатся при затаривании в мешки, транспортировке и хранении, при внесении в почву и намокании долго сохраняют форму. Динамическая прочность гранул составляет 99,9-99,5%.

При концентрации щелочного реагента 3-4% происходит не полный щелочной гидролиз органического вещества торфа. В готовых гранулах содержится всего лишь 2,1-3,1% гуминовых кислот, "склеивающая" способность их уменьшается, гранулы не обладают хорошей эластичной ячеистой структурой, довольно рыхлая и как следствие вымываемость калия довольно высокая - 50-52%. Кроме того, содержится недостаточное количество калия, как элемента питания, что требовало бы дополнительных подкормок калием. Все это снижает эффективность удобрения.

Увеличение концентрации щелочного реагента резко увеличивает содержание гуминовых веществ и вымываемость калия, а следовательно, уменьшает пролонгирующее действие удобрения. Это объясняется тем, что при высокой концентрации гидроксида калия экстрагируется не только гуминовый комплекс органического вещества торфа, но и другие вещества, типа легкогидролизуемых, лигнина, битумов, содержащие кислоты, аналогичные по своему типу гуминовым, но менее активным или являющимся ингибиторами. Таким образом, само количество гуминовых веществ увеличивается, а качество их ухудшается. Кроме того, глубокий щелочной гидролиз ведет к расщеплению молекул до выделения капиллярной воды торфа и несмотря на высокое содержание гуминовых кислот, эффект "склеивания" снижается, а вымываемость калия резко увеличивается, что ухудшает пролонгированность удобрений.

Таким образом, для получения торфогуминового гранулированного удобрения - ТГГУ с достаточно высоким пролонгирующим действием и необходимым количеством калия, как элемента питания растений, необходима обработка торфа гоидроксидом или силикатом калия в количестве 5-9% на абс. сухое вещество торфа.

Агрохимические испытания удобрений были проведены в ЦИНАО, РАОС НИУИФ, НИИОХ, фирме "Лето" - совхозе Колпинский и Контрольно-семенной опытной станции г. Пушкин на более чем десяти овощных и цветочных и декоративно-лиственных культурах.

Исследования показали явно выраженный удобрительный эффект предлагаемых удобрений за счет увеличения пролонгированного действия удобрений.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОРФОГУМИНОВОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО УДОБРЕНИЯ, включающий обработку торфа щелочным реагентом с последующим добавлением азотного, калийного и фосфорного удобрений, гранулирование смеси и сушку гранул, отличающийся тем, что в качестве щелочного реагента и калийного удобрения используют гидроксид или силикат калия в количестве 5 - 9 мас.% на сухое вещество торфа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3