CC BY
340
Химия растительного сырья. 1998. №4. С. 53-58
КОМПЛЕКСНЫЕ ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫЕ УДОБРЕНИЯ ПРОЛОНГИРОВАННОГО ДЕЙСТВИЯ НА ОСНОВЕ ТОРФА
© Т.П. Алексеева, В.Д. Перфильева, Г.Г. Криницын
Сибирский научно-исследовательский институт торфа, Томск (Россия)
E-mail: ushakov@tpu.ru
Рассмотрены результаты экспериментов по испытанию органо-минеральных удобрений с добавкой природного сорбента. Показано, что добавка сорбента наиболее эффективна в том случае, когда она входит в состав гранулированных удобрений. Повышение сохранности элементов питания и урожайности, подтвержденные экспериментально, позволяют считать предлагаемый вариант удобрений высокоэффективным и пролонгированным.
Проблема создания новых видов комплексных органо-минеральных удобрений с повышенной агроэкологической ценностью и эффективностью является в настоящее время актуальной.
Применение таких удобрений позволяет значительно снизить дозы внесения удобрений, сбалансировать соотношение питательных элементов, уменьшить технологические затраты на их внесение и хранение. Использование комплексных удобрений, содержащих в своем составе полный набор как макро- так и микроэлементов, позволит значительно повысить продуктивность сельскохозяйственного производства и качество продукции.
Наиболее перспективными видами комплексных удобрений являются органо-минеральные на основе природных органических комплексов -торфа, бурого угля, сапропеля. Высокие ионообменные свойства торфа позволили создавать на его основе эффективные органические и органоминеральные удобрения. Однако, несмотря на высокую емкость поглощения торфа, до 85 - 90% питательных веществ в торфяных удобрениях находятся в водорастворимых формах, что приводит к существенным потерям минеральных компонентов.
С целью повышения влагостойкости питательных элементов в торфяных удобрениях, их агро-
экологической ценности и пролонгированности действия нами предлагается вносить в торфяные удобрения дополнительный сорбент - природный цеолитовый туф с последующим гранулированием торфоминеральноцеолитовой смеси. Цеолиты имеют высокую ионообменную способность по отношению к катионам калия и аммония, являющихся основными элементами питания растений. Максимальная обменная емкость цеолитовой фракции 1.0-0.5 мм, используемой для гранулирования, составляет по ионам аммония 1.02-0.04, по ионам калия - 0.61-0.06 ммоль/г.
С целью определения влияния внесения дополнительного сорбента в торфоминеральную смесь, а также гранулирования последней на повышение влагоустойчивости минеральных компонентов, эффективности и пролонгирующего действия удобрений были приготовлены торфоминеральные и торфоминеральноцеолитовые смеси и гранулы на их основе следующих составов: 70% абсолютно сухого вещества (а.с.в.) торфа и 30% удобрений (Т 40% №К); 60% а.с.в. торфа, 26% удобрений и 14% цеолита (Т 40% №К и 40 % П); 55% а.с.в. торфа и 45% удобрений (Т 20% №К); 45% а.с.в. торфа и 45% удобрений (т 20% №К); 45% а.с.в. торфа, 38% удобрений и 17% цеолита (Т 20% №К и 20% П).
Для приготовления композиций был использован низинный торф высокой степени разложения (29%), средней зольности (Ас = 19%), с влажностью 55 - 60%. В качестве дополнительного сорбента был использован природный цеолитовый туф Пегасского месторождения (пегасин) (П) с содержанием цеолита 55 - 60 %, с размерами зерен 0.5 - 1 мм. Смесь минеральных удобрений содержала карбамид, двойной суперфосфат и сульфат калия. Удобрения и цеолит вносились в расчете на определенную массу сухого торфа, принятую за 100%. Количество внесенных удобрений в пересчете на действующее вещество составило 20 и 40%, цеолита - 20 и 40%.
Для получения торфоминеральных гранул экструзионным методом необходимо было решить вопрос об оптимальной влажности перерабатываемого торфа. Введение в торф минеральных добавок, содержащих ионы К+, №+, КН4+, 804-, приводит к пептизации коллоидного вещества торфа и иммобилизации влаги, что существенно повышает пластичность смеси. Внесение цеолита в торфомассу вызывает понижение пластичности. Было установлено, что при внесении минеральных компонентов в количестве до 40% на а.с.в. торфа преобладает повышение пластичности. Благодаря этому обстоятельству, достаточная для экструзионного гранулирования пластичность при внесении добавок достигается при исходной влажности торфа выше 55%; без добавок из торфа такой влажности получить гранулы невозможно. Внесение минеральных компонентов во влажную тор-фомассу с последующим интенсивным перемешиванием приводит к равномерному распределению элементов питания. В процессе сушки происходит образование коллоидных оболочек на поверхности минеральных включений, что и определяет повышенную влагостойкость торфоминеральных удобрений. Внесение цеолитов приводит к повышению интенсивности механической переработки торфа и повышению содержания в нем коллоидных фракций. Исследование свойств торфомассы
с добавками минеральных веществ позволило определить оптимальные параметры процесса формования. Показано, что гранулообразование устойчиво протекает при исходной влажности торфа, равной 56-61%, и при предельном напряжении сдвига массы 0.35 - 0.50 кГ/см2 При оптимальной влажности происходит образование наиболее плотной композиции, имеющей после сушки максимальную прочность и влагостойкость.
Для определения влияния процесса гранулирования торфомассы, а также для оценки влияния добавки цеолитов на влагостойкость нестабильных веществ были проведены лабораторные исследования по элюированию и замачиванию образцов гранулированных удобрений. Проверка эффективности и пролонгирующего действия торфоминеральных и торфоминеральноцеолито-вых гранулированных удобрений проводилась в лабораторно-полевом опыте при выращивании картофеля.
Используя метод элюирования, основанный на равномерном пропускании дистиллированной воды через навеску гранул и периодическом отборе и химическом анализе элюата, было показано, что внесение цеолита приводит к снижению выноса калия и азота в среднем на 25% по сравнению с гранулами без цеолита. Это объясняется в первую очередь дополнительным ионообменным закреплением аммония и калия, а также уплотнением торфомассы в присутствии цеолитовых включений.
Лабораторный эксперимент по определению влагостойкости элементов питания в статических условиях при замачивании образцов торфоминеральных смесей и гранул в дистилированной воде в течение 1 и 24 ч подтверждает данные эксперимента в динамических условиях. Скорость вымывания питательных веществ из гранул с внесением цеолита ниже в 1.3-1.6 раза, чем у гранул без добавок цеолита (табл. 1).
Таблица 1
Устойчивость питательных веществ негранулированных и гранулированных удобрений на основе торфа
Состав Скорость вымывания №К
% от исходных внесенных, в 1 ч % от исходных внесенных в 24 ч
Торф и 20% №К (смесь) 74.0 98.0
Торф и 20% №К (гранулы) 50.0 78.0
Торф и 20 % №К и 20% П (смесь) 70.0 92.0
Торф и 20% №К и 20% П (гранулы) 35.0 59.0
Торф и 40% №К (смесь) 73.0 93.0
Торф и 40 % №К (гранулы) 52.0 76.0
Торф и 40 % №К и 40 % П (смесь) 71.0 96.0
Торф и 40% №К и 40% П (гранулы) 32.0 57.0
Сравнение водоустойчивости элементов минерального питания смесей и гранул одинаковых составов показало, что гранулирование, сопровождающееся упрочнением структуры, приводит к снижению скорости вымывания элементов питания в 1.5 - 2.2 раза (табл. 1).
Пролонгирующее действие гранулированных удобрений оценивалось по подвижности и влагостойкости элементов минерального питания. Гранулы, упакованные в капроновые мешочки и внесенные локально в лунку, по окончании опыта были извлечены из почвы и проанализированы на содержание азота фосфора и калия (№К). Также по окончании опыта для варианта внесения удобрений вразброс была проанализирована почва на содержание МРК в слое на глубине внесения удобрений (5-10 см) и корнеобитания (20-25 см). Испытания водоустойчивости элементов питания гранул, проведенные после уборки урожая картофеля, показали что при внесении в почву даже незначительной дозы №К в виде торфоминеральных гранул ОТ8Р18К27 и N<№3.5 кг/га) после окончания опыта в их составе обнаружены неизрасходованные элементы питания, причем их количество для гранул с добавкой цеолита выше и составляет 19-20% N и 16-21% К20 от исходного содержания против 17-18 % N и 15-16% К20 для гранул без добавки цеолита (табл. 2).
Данные агрохимического анализа почвы после
уборки урожая картофеля показали, что самое высокое количество элементов питания обнаружено в почве при внесении торфоминеральноцеолито-вых гранул. Оно составило 41, 60, 40% N Р205, К20 от исходного внесения. В случае торфоминеральных гранул - 39, 61, 36% соответственно, и самое низкое остаточное количество элементов питания обнаружено после внесения негранулиро-ванной смеси торфа и минеральных удобрений -16, 18, 14% N Р205, К20 от исходного внесения (табл. 3).
Агрохимический анализ слоев почвы (5-10 и 20-25 см) показал, что скорость миграции элементов питания из зоны внесения в случае смеси минеральных удобрений выше по сравнению с гранулированными удобрениями. К концу вегетации на участках, где была внесена смесь удобрений, большее количество №К было обнаружено в нижних слоях почвы (20-25 см). На участках, где были внесены гранулированные удобрения, большее количество элементов питания было обнаружено в зоне внесения (5-10 см) (табл. 3).
Эффективность действия гранулированных удобрений рассматривалась в зависимости от состава, способа и дозы внесения по сравнению с общепринятыми минеральными удобрениями
Водоустойчивость элементов минерального питания гранул при проведении лабораторно-полевого опыта (выращивание картофеля)
Исх. содер. элем. в гран. мг/100 г а.с.в. Содержание элементов в гранулах через 106 дней
Состав гранул Доза внесения N общ. Р205 к/р К2О к/р
N общ. Р205 К2О мг/100 г а.с.в. % от исх. содерж. мг/100 г а.с.в. % от исх содерж. мг/100 г а.с.в. % от исх. содерж.
Торф и 40 % №К Торф и 40 % №К Торф и 40 % №К и 40% П ^18Р18К27 ^9Р9К13.5 ^18Р18К27 6.107 6.107 5.032 6.107 6.107 5.032 9.162 9.162 7.580 1099.0 1036 1064.0 18 17 20 4369.0 4201.0 4015.0 71 69 79 1466.0 1404.0 1584.0 16 15 21
Торф и 40 % №К и 40% П ^9Р9К13.5 5.032 5.032 7.58 956.0 19 3501.0 69 1188.0 16
Таблица 3
Агрохимический анализ почвы после уборки урожая картофеля
2
Вариант
Доза внесения
Вносится элементов на 1.96 м2
Остается элементов в почве на 1.96 м глубина 5 - 10 см глубина 20-25 см
г от исходного
Остается элементов на 1.96 м2,% от исходного внесенного
N Р205 К20 N Р205 К20 N Р205 К20 N Р205 К20
Смесь минеральная ^0рб0К90 удобрений 11.76 11.76 17.64 0.80 1.08 0.91 1.2 0.92 1.54 6.8 9.18 7.7 10.2 5.2 8.7 16 18 14
Гранулы ^РбоК9о 11.76 11.76 17.64 2.94 1.64 5.05 2.11 4.23 2.11 25 14 43 18 24 12 39 61 36
Гранулы с Пег ^0Р60К90 11.76 11.76 17.64 3.05 1.64 5.17 1.88 4.41 2.64 26 14 44 16 25 15 41 60 40
Урожай картофеля сорта янга
Способ Доза внесения удобрений Биологический урожай товарного картофеля Прибавка урожая Количество клубней
Вариант внесения удобрений с 1 куста ц/га % НСР 0.5 % к контролю НСР 0.05 крупн., % от общей средн., % от общей мелких, % от общей
Почва (П) - - 535.4 ±3.9 214.2 100 - - - 24 38 38
П и №К (контроль) разбросной ОПТИМ. ^0Р6<)К90 766.5 ±1.3 306.6 143 7.1 - - 39 35 25
П и гранулы (Т и 40% №К) разбросной 859.8 ± 343.9 161 19.9 12 18.9 35 26 31
П и гранулы (Т и 40%)№К и 40% Пег.) разбросной 856.9± 342.8 160 16.0 12 14.7 38 29 33
П и №К (контроль) локальный оптим. ^8Р18К27 601.7 ± 240.7 113 7.1 - - 43 30 27
П и гранулы (Т. И 40% №К) локальный 771.5 308.6 144 15.6 28 14.4 37 32 31
П и гранулы (Т и 40%о№К и 40% Пег.) локальный 823 329.4 154 13.7 37 12.2 36 35 29
П и №К (контроль) локальный 0.5 оптим ^Р9К13.5 601.7 240.7 112 10.2 - - 37 32 31
П и гранулы (Т и 40% №К) локальный 732.9 293.2 137 25.2 22 14.0 36 34 28
П и гранулы (Т и40%о№К и 40% Пег.) локальный 814.4 325.8 152 16.4 35 16.8 37 33 30
и оценивалась по урожайности и по качеству урожая. Рассматривался разбросной и локальный способы внесения удобрений. При разбросном способе использовалась одинарная, используемая под картофель доза №К, при локальном - одинарная локальная (она в 3.33 раза меньше одинарной разбросной) и половинная.
В первый год внесения гранулированных удобрений достоверная прибавка урожая относительно контрольных вариантов составила от 12 до 37% (табл. 4).
При разбросном способе внесения удобрений присутствие цеолита в составе гранул не оказало влияния на урожайность картофеля. В случае локального способа внесения обеих доз урожайность картофеля при использовании торфоминерально-цеолитовых гранул на 9-13% выше, чем при внесении торфоминеральных гранул.
В вариантах с внесением гранулированных удобрений обоих составов по сравнению с контрольным наблюдается увеличение содержания крахмала в клубнях. Количество нитратов несу-
щественно для всех вариантов.
Итак, проведенные исследования показали, что достичь повышения влагостойкости питательных элементов в удобрениях на основе торфа и тем самым создать удобрения пролонгирующего действия с высокими агрохимическими показателями можно гранулированием торфоминеральной смеси при оптимальных условиях, а также внесением в состав гранул дополнительного сорбента - цеолита. Повышенная влагоустойчивость питательных элементов позволяет рассматривать торфомине-ральноцеолитовые гранулированные удобрения как пролонгированные, действующие не только в год внесения, но и в последующие. Предотвращение вымываемости элементов минерального питания имеет большое значение с точки зрения охраны окружающей среды. в связи с тем, что применение удобрений в виде комплексных торфоминеральных гранул может существенно снизить загрязнение поверхностных и подземных вод сельскохозяйственных районов выносимыми компонентами минеральных удобрений.
Поступило в редакцию 19.02.99
