CC BY
32
УДК 54.05
Катина А. В., Удодов И.А.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО КОНЦЕНТРАТА КОМПЛЕКСНЫХ ХЕЛАТНЫХ МИКРОУДОБРЕНИЙ ДЛЯ ПАСЛЕНОВЫХ ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР (БАКЛАЖАНЫ, ТОМАТЫ)
Катина Анастасия Владимировна - бакалавр первого года обучения факультета естественных наук; Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, Москва, Россия e-mail: katinaan4stasia@yandex.ru
Удодов Иван Александрович - кандидат химических наук, доцент, заместитель генерального директора ГУ «Научно-исследовательский институт «Реактивэлектрон» по научной работе, Украина, Донецк, улица Бакинских Комиссаров, 17А
В статье рассмотрена разработка химического состава и технологического метода синтеза жидких комплексных хелатных микроудобрений для внекорневой подкормки томатов и баклажан, адаптированных к почвенно-климатическим условиям Донбасса. В микрополевых испытаниях разработанные жидкие комплексные хелатные микроудобрения показали высокую эффективность. Анализ содержания биогенных микроэлементов в контрольных образцах томатов показали отсутствие накопления указанных микроэлементов в продуктах. Следует отметить, что ранее подобные исследования, учитывающие почвенно-климатические условия Донбасса, не проводились.
Ключевые слова: синтез, жидкие комплексные хелатные микроудобрения, биогенные микроэлементы, пасленовые овощные культуры.
TECHNOLOGICAL METHOD OF SYNTHESIS LIQUID CONCENTRATE COMPLEX CHELATED MICRONUTRIENT FERTILIZERS FOR EGGPLANTS AND TOMATOES
Katina A. V.1 , Udodov I. A.2
1 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
2 Research Institute «Reactivelectron», Donetsk, Ukraine
The article discusses development of the chemical composition and technological method for the synthesis of effective liquid complex chelated microfertilizers for tomatoes and eggplants adapted to the soil and climatic conditions of the Donbass. In tests, the developed liquid complex chelated microfertilizers for foliar top dressing of tomatoes and eggplants showed high efficiency. The analysis of the content of biogenic trace elements in the control samples of tomatoes showed the absence of accumulation of these trace elements in the products. Previously, such studies, taking into account the soil and climatic conditions of the Donbass were not conducted.
Keywords: synthesis, liquid complex chelated microfertilizers, biogenic microelements, solanaceae vegetable crops.
Введение
В современных технологиях растениеводства предполагается как использование новых высокопродуктивных сортов растений, так и их сбалансированное питание, которое включает в себя как макро-, мезо- и микроэлементы. Ключевую роль в питании растений играют незаменимые микроэлементы: медь, цинк, молибден, железо, марганец [1-4]. Таким образом становится просто необходимым использование комплексных микроудобрений. В современном мире наиболее эффективными среди всех видов удобрений, признаны хелатные комплексные микроудобрения, широко применяемые при выращивании различных сельскохозяйственных культур [1,5]. Однако, до 2014 года в Донецком регионе они не применялись, в особенности для овощных культур на открытом грунте, из-за отсутствия заинтересованности развития сельского хозяйства. Теперь пасленовые культуры занимают важное место в посевных площадях агропредприятий Донецкой народной республики, тем самым становится актуальным применение жидких комплексных хелатных микроудобрений (далее ЖКМУ) для увеличения
урожайности растений. Следует отметить, что ранее подобные исследования не проводились.
В рамках данной статьи рассматривается разработка химического состава и технологического метода синтеза эффективных ЖКМУ для томатов и баклажан, адаптированных к почвенно-климатическим условиям Донбасса.
Экспериментальная часть
Для более точного подбора композиций ЖКМУ, нами был проведён анализ почвы опытного участка. Содержание подвижных форм Мп, Zn, Си и Со определяли по Крупскому-Александровой (экстрагирующий раствор - ацетатно-аммонийный буферный раствор с рН = 4,8; Си, Со по ГОСТ Р 50683-94 Почвы; Мп по ГОСТ Р 50685-94 Почвы; Zn по ГОСТ Р 50686-94 Почвы), а Мо - по Григгу (экстрагирующий раствор - оксалатный буферный раствор с рН=3,3 по ГОСТ Р 50689-94 Почвы). Результаты определения, а также предельно допустимые концентрации указанных
микроэлементов (Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2041-06) в почве экспериментального участка представлены на рисунках 1, 2.
Оценка обеспеченности подвижными формами микроэлементов проводилась в соответствии с рекомендациями работы [5]. Результаты
свидетельствуют о крайне низком (за исключением марганца) содержании доступных для растений биогенных микроэлементов.
мг на кг почвы
10,00
3,00 6,00 4,00 2,00
0,00
. о
гп
Со
Си
Е-Эксп участок ■ низкая ■ средняя высокая ■ ПДК
Рис. 1. Обеспеченность почвы экспериментального участка подвижными формами цинка, кобальта и меди
на кг почвы
160 140 120 100
80 60 40
О
Мп
I I
£
ЗГ
мг на кг почвы
0,60 0,30 0,40 0,30 0,20 □ДО 0,00
Мо
сЯ
.о0
Рис. 2. Обеспеченность почвы экспериментального участка подвижными формами марганца и молибдена
Основные требования к сырьевым компонентам, технологическим процессам и качеству жидких комплексных микроудобрений:
1. ЖКМУ должны включать как макро- так и микроэлементы, содержание которых может изменяться в широких пределах. Для приготовления рабочих растворов допускается применение вод средней жёсткости (6-7 мг-экв/л).
2. Сырьевые компоненты должны быть хорошо растворимы в воде, процессы растворения и реакции в водных растворах должны протекать без значительных тепловых эффектов. В качестве основных сырьевых компонентов нами были выбраны гидраты сульфатов меди, марганца, цинка и кобальта, а также Na4Y•2H2O тетранатриевая соль и парамолибдат аммония. Для регулирования концентрация макроэлементов в составе жидких комплексных микроудобрений в качестве сырьевых
компонентов определены: монокалий фосфат, сульфат калия, гидроксид калия, нитрат аммония и карбамид.
3. Применение разрабатываемых жидких комплексных микроудобрений для внекорневой подкормки томатов и баклажан должно иметь значимый эффект.
На основе литературных данных и результатов собственных исследований нами был определён базовый состав микроудобрений для томатов и баклажанов [3,6]:
Таблица 1. Химический состав жидких комплексных микроудобрений для внекорневой подкормки овощных культур: томаты, баклажаны
гп Си Мп Со Мо Р К N
8.0 8,0 12.5 0,5 5.0 12.6 19,5 30.0
Стимулятор роста: янтарная кислота 2 г/л В отличие от наиболее широко известных аналогов предложенные нами композиции микроудобрений для томатов и баклажанов содержат более высокие концентрации марганца, кобальта и молибдена, обусловленных малым содержанием подвижных форм микроэлементов в почвах Донбасса [7-8].
Во избежание в процессе синтеза образования малорастворимых осадков, нами были обозначены и экспериментально отработаны следующие стадии:
Стадия 1. Приготовление раствора комплексонатов меди, марганца, цинка и кобальта в присутствии избытка ЭДТА.
Изначально проводим растворение
гидратированных сульфатов меди, цинка, кобальта и марганца в подкисленной до рН ~ 1-3 водопроводной воде. При таких значениях рН происходит практически полное удаление карбонатов из воды. Далее проводим хелатирование: добавляем Трилон Б с 5-7% избытком относительно стехиометрических коэффициентов и корректируем рН среды до 7,2-8,0 прибавлением аммиака или КОН (раствор 1).
В избытке ЭДТА малорастворимые соединения кальция и магния, содержащиеся в жесткой водопроводной воде, растворяются, тем самым повышается устойчивость комплексов.
Также, коррекция рН среды до слабощелочной обосновано тем, что в кислой среде избыток Трилона Б практически не растворим, а только при рН больше 7 сравнительно малорастворимые двузамещенные соли ЭДТА переходят в хорошо растворимые тризамещённые соли, что подтверждается как экспериментальными данными, так и проведенным нами теоретическим расчетом образования различных форм ЭДТА (рис. 3) [9-11]. Таким образом, при постоянной температуре, в первом приближении, соотношение различных форм ЭДТА зависит только
от значения рН. %
4 6 Б 10 рН
Рис. 3. Образование различных форм диссоциации ЭДТА (H4Y) в зависимости от рН. Расчёт по модели, изложенной в работе [9].
Необходимо четко обозначить границы рН среды, так как уже при рН 8,5-9,0 комплексонаты разлагаются при соотношении металл:лиганд 1:1.
Стадия 2. Приготовление раствора дигидрофосфата калия, коррекция рН и содержания калия прибавлением к раствору гидроксида и сульфата калия. (раствор 2)
Раствор дигидрофосфата калия имеет кислую среду, что при смешивании растворов 1 и 2 к образованию осадка Ка2ШУ-2Н2О. Поэтому раствор КН2РО4 нейтрализуют раствором КОН до рН ~ 7, что соответствует примерно равной концентрации ионов ШРО4~ и НРО42- (рис. 4).
%
80 60 40 20 0
N
\ / \
Н2Р04- \ / НР04:" \
V
А
\
/ \ ро^у
Н5Р04 / \
/
4 6 8 10 12 рН
Рис. 4. Образование различных форм диссоциации
H3PO4 в зависимости от рН. Расчёт по модели, изложенной в работе [10].
Расчёты показывают, что не следует допускать превышение рН больше 10, так как в этом случае возможно разрушение комплексонатов с образованием малорастворимых средних фосфатов.
Стадия 3. Смешивание согласованных по рН растворы 1 и 2 (раствор 3)
Практически установлено, что при смешивании растворов комплексонатов Мп, Си, Zn и Со (рН = 7-8) с растворами фосфатов (рН ~ 6-8) образование осадков малорастворимых средних фосфатов не происходит.
Стадии 4-5. Приготовление парамолибдата (молибдата) аммония (раствор 4) и смешивание согласованных по рН растворов 3 и 4 (раствор 5).
Стадии 4-5 отработаны практически. Парамолибдат аммония растворяют в концентрированном растворе аммиака до рН ~ 7-8 и приливают к раствору, полученному на стадии 3.
Стадия 6. Коррекция рН и содержания азота прибавлением карбамида.
Прибавлением растворов азотной кислоты или аммиака доводят значение рН до величины 7,2-8,0. Затем прибавляют расчётное количество карбамида и доводят объём жидких комплексных микроудобрений до заданной величины.
Таким образом, оптимальные условия синтеза: рН«7,2-8,0; I = 20-40 °С .
Проведенные эксперименты и определение устойчивости ЖКМУ показывают, что для приготовления рабочих растворов (разбавление 1:100, 1:200) подходит водопроводная вода и природные воды Донбасса.
Рабочие растворы готовились разбавлением 50 мл концентрата в 10 л водопроводной воды. Для
сравнения эффективности ЖКМУ по сравнению с другими видами удобрений, нами были выбраны органические удобрений, которые вносились в дозе 5 кг на ряд.
Использовалась рассада следующих овощных культур: баклажаны сорта «Алмаз», томат сорта «Медовый спас». Внекорневую подкормку комплексными микроудобрениями проводили после укоренения рассады, а также в фазах начала бутонизации и активного плодоношения. В связи с тем, что период плодоношения перца, томатов и баклажан продолжается несколько месяцев, для оценки урожайности проводилось несколько сборов плодов.
Для баклажан, в обоих случаях применение удобрений приводит к существенному повышению урожайности и может быть экономически выгодным (в случае применения органических удобрений урожайность увеличивается на 64,9%, а в случае применения микроудобрений - на 48,4%). Применение микроудобрений в данном случае может рассматриваться как альтернатива органическим.
Урожайность томатов на всех стадиях плодоношения в результате применения микроудобрений выше, чем в случае применения органических удобрений. Общее повышение урожайности томатов составляет 58% при внекорневой подкормке микроудобрениями и всего 4% при подкормке органическими удобрениями.
Заключение
На основании проведенных экспериментов, нами были сформулированы следующие выводы. В ходе работы был разработан химический состав эффективных ЖКМУ для внекорневой подкормки томатов и баклажан. Химический состав микроудобрений адаптирован к почвенно-климатическим условиям Донбасса, микроудобрения устойчивы в слабощелочных почвах Донбасса.
Проведена разработка и оптимизация технологического метода получения жидких комплексных хелатных микроудобрений. Метод является ресурсо- и энергосберегающим - синтез ЖКМУ протекает с достаточной скоростью при комнатных температурах.
В микрополевых опытах показана эффективность предложенных микроудобрений для томатов и
баклажан. Увеличение урожайности в результате внекорневых подкормок жидкими комплексными микроудобрениями для томатов составляет 58%, а для баклажан - 48%.
Список литературы
1. Анспок, П.И. Микроудобрения / П.И. Анспок. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Агропромиздат. Ленингр. отд-ние, 1990. - 272 с.
2. Битюцкий, Н.П. Микроэлементы и растение: учебное пособие / Н.П. Битюцкий. - СПб.: Изд-во С-Петерб. ун-та, 1999. - 232 с.
3. Рак, М.В. Система применения микроудобрений под сельскохозяйственные культуры: рекомендации / М.В. Рак и др. - РУП «Институт почвоведения и агрохимии НАН Беларуси». - Минск, 2006. - 27 с.
4. Сыщиков, Д.В. Влияние комплекса хелатов микроэлементов на ростовые показатели растений на начальном этапе онтогенеза / Д.В. Сыщиков, С.А. Приходько, И.А. Удодов, О.В. Сыщикова // Промышленная ботаника: сб. научн. тр. - Донецк: ГУ «Донецкий ботанический сад». - 2017. - № 17. - С. 3541.
5. Булыгин, С.Ю. Микроэлементы в сельском хозяйстве / С.Ю. Булыгин и др. - 3-е изд. доп. -Днепропетровск, Сч; 2007. - 100 с.
6. Каталымов, М.В. Микроэлементы и микроудобрения / М.В. Каталымов. - М.: Химия, 1965. - 331 с.
7. Патент Украины на полезную модель . 34209.
8. Патент Российской Федерации № 2278868.
9. Батлер, Дж. Н. Ионные равновесия: Пер. с англ. - Л.: «Химия», 1973. - 448 с.
10. Бугаевский, А.А. Расчёт химических равновесий в растворе / А.А. Бугаевский. - Харьков: Вища школа. Изд-во при Харьк. Ун-те, 1980. - 136 с.
11. Голевич, Т.В. Моделирование процессов комплексообразования в рабочих растворах хелатных микроудобрений на основе ЭДТА / Т.В. Голевич, И.Л. Сидак // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: сб. докл. XI Межд. конф. аспирантов и студентов. - Донецк: ГОУ ВПО «ДОННТУ», 2017. - 518 с.
