Органо-минеральное комплексное удобрение и способ его внесения одновременно со вспашкой почвы

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для повышения плодородия почвы. Органо-минеральное комплексное удобрение содержит сыпучий и жидкий компоненты, в качестве которых используют соответственно обеззараженный, обезвреженный и просушенный иловый осадок при биологической очистке бытовых сточных вод и угольная кислота Н₂СО₃. Способ внесения органо-минерального комплексного удобрения одновременно со вспашкой почвы включает формирование борозды при вспашке, внесение жидкого компонента и закрытие борозды. Сыпучий компонент вносят одновременно с жидким, внесение каждого компонента осуществляют на разную глубину посредством глубокорыхлителя, с помощью которого формируют гребнистое дно борозды с углублениями, в которые под давлением подают углекислоту с последующим закрытием борозды. Сыпучий компонент запахивают путем переворачивания верхнего слоя взрыхленной почвы посредством отвала на глубокорыхлителе. Использованием изобретения достигается повышение гумусообразования и плодородия почвы, урожайности и экологичности возделывания сельскохозяйственных культур. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, а именно к удобрениям для повышения плодородия почвы и к способам его внесения в почву.

Известно минерально-органическое комплексное удобрение на основе кварц-глауконитового песка, содержащее дополнительно источник органического вещества, в качестве которого применяют сапропелевую массу и мел (RU 2189959 С2, МПК⁷ C05D 9/02, C05F 7/00, C05G 3/04, 27.09.2002).

Технический недостаток подобного удобрения: недостаточно эффективная органическая компонента, поскольку сапропелевая масса включает минеральные ингредиенты, балластные вещества и тяжелые металлы.

Известен опыт использования осадка сточных вод в качестве удобрения, в котором содержатся не только органические и минеральные вещества, но и патогенная микрофлора, яйца гельминтов и соли тяжелых металлов; для некоторого снижения отрицательного действия указанных компонентов осадок смешивают с торфом (журнал «Земледелие», 2005, №5, с.14).

Технический недостаток этой смеси: сохранение в ней патогенной микрофлоры и яиц гельминтов, которые будут размножаться после внесения и заражать почву, растения и водные источники.

Известен также способ приготовления органо-минерального комплексного удобрения из навоза и отходов производства экстрактов из корня и корневищ солодки, согласно которому после нагрева навоза в бурт послойно вводят рассол бишофита и шрот из корней и корневищ солодки (RU 2236392 С2, МПК⁷ C05F 3/00, C05D 9/02, C05G 1/00, 20.09.2004).

Технический недостаток данного способа приготовления органо-минерального удобрения, содержащего сыпучую и жидкую компоненты, - ограниченные возможности его реализации из-за уникальности такого компонента как шрот из корней и корневищ солодки; поскольку сыпучие и жидкие компоненты перемешаны, то при транспортировке и внесении в почву жидкая компонента будет частично отделяться и не использоваться; неочевидность повышения эффективности получаемого удобрения; повышенные затраты на реализацию способа.

Известен способ внесения жидких удобрений одновременно со вспашкой почвы, включающий формирование борозды при вспашке, внесение удобрения и закрытие борозды (RU 2080042 С1, МПК⁶ А01C 21/00, 23/00, А01В 49/06, 27.05.1997).

Технический недостаток этого способа: невозможность и недостаточная глубина внесения легко испаряющейся жидкой компоненты; неприспособленность внесения сыпучей компоненты - при необходимости распределения компонент на разную глубину; неопределенность качественных показателей удобрения; повышенные затраты на реализацию способа.

Техническая задача: повышение качественных показателей комплексного удобрения за счет использования нетрадиционных компонентов с высоким содержанием природных органических соединений; одновременная и надежная заделка в почву каждой компоненты на оптимальную глубину.

Технический результат: повышение гумусообразования и плодородия почвы, урожайности и экологичности возделывания сельскохозяйственных культур при ограниченных материальных, трудовых и энергетических затратах.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном органо-минеральном комплексном удобрении, содержащем сыпучую и жидкую компоненты, в качестве сыпучей компоненты используется обеззараженный, обезвреженный и просушенный иловый осадок при биологической очистке бытовых сточных вод, а в качестве жидкой компоненты - угольная кислота Н₂СО₃; соотношение сыпучей и жидкой компонент по объему составляет 50:1...40:1.

В известном способе внесения органо-минерального комплексного удобрения одновременно со вспашкой почвы, включающем формирование борозды при вспашке, внесение жидкой компоненты и закрытие борозды, сыпучую компоненту вносят одновременно с жидкой, внесение каждой компоненты осуществляют на разную глубину посредством глубокорыхлителя, с помощью которого формируют гребнистое дно борозды с углублениями, в которые под давлением подают угольную кислоту с последующим закрытием борозды, а сыпучую компоненту запахивают путем переворачивания верхнего слоя взрыхленной почвы посредством отвала на глубокорыхлителе.

В качестве глубокорыхлителя применяют чизельно-отвальное орудие с наклонными стойками; углубления дна борозды формируют на расстоянии 40-45 см от дневной поверхности; переворачивание верхнего слоя почвы проводят на глубину 15-20 см; угольную кислоту подают под давлением 0,2-0,5 МПа по трубопроводам на тыльной стороне стоек.

На фиг.1 показана стойка с отвалом глубокорыхлителя (вид сбоку) при вспашке почвы (в разрезе) с одновременным внесением сыпучей и жидкой компонент удобрения; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, где видны стойки с отвалом в поперечном сечении на фоне вспаханной почвы с гребнистым дном борозды и с внесенными компонентами удобрения; на фиг.3 - схема миграции в почве углекислого газа после разложения внесенной угольной кислоты.

Органо-минеральное комплексное удобрение содержит сыпучую и жидкую компоненты. В качестве сыпучей компоненты используется обеззараженный, обезвреженный и просушенный иловый осадок при биологической очистке бытовых сточных вод. В качестве жидкой компоненты используется угольная кислота - продукт соединения воды Н₂О и углекислого газа CO₂:

Н₂O+CO₂→Н₂СО₃.

Каждая компонента приготавливается и хранится отдельно. Это обусловлено существенным упрощением технологии хранения, транспортировки и, что самое главное, внесением удобрения (об этом ниже), а также обеспечением безопасности на всех стадиях работы с удобрением. Соотношение сыпучей и жидкой компонент составляет 50:1...40:1.

Получение илового осадка при биологической очистке бытовых сточных вод осуществляется на модернизированных очистных сооружениях. Сырой осадок образуется на механическом участке в первичных отстойниках. Избыточно-активный ил образуется в аэротенке-смесителе. Смесь сырого осадка и избыточно-активного ила в соотношении 1:3 поступает на участок обработки осадка, в состав которого входит насосная станция, поочередно работающие резервуары, соответствующие трубопроводы и арматура. В резервуарах смесь осадков принудительно циркулирует и проходит через турбулизатор, генерирующий кавитационное поле низкой интенсивности (частоты). В результате этого происходит разрыв оболочки (уничтожение) болезнетворных микроорганизмов, яиц и личинок гельминтов, создаются условия для ускоренного окисления загрязнителей, включая тяжелые металлы.

После трехкратной циркуляции и обработки аэробно ферментно-кавитационным методом осадок поступает на иловые площадки, имеющие систему отвода дренажных вод для естественного обезвоживания. Подсушенный в течение 6 месяцев осадок складируется буртами. Сушка осадка (с отводом дренажных вод) производится 6-12 месяцев до влажности 40-60%, при этом улучшается экологическая ситуация за счет полного прекращения выделений в атмосферу газов с резким запахом. Необходимые показатели илового осадка, включая отсутствие патогенной микрофлоры, постоянно контролируются. В окончательном виде иловый осадок - это твердая, без посторонних запахов, сыпучая масса с преобладанием частиц 1-3 мм. По содержанию питательных элементов осадок является органо-минеральным удобрением.

По данным сертификата соответствия, выданным Федеральным государственным учреждением «ЦАС «Волгоградский» (по результатам проверки на соответствие требованиям СанПиН 2.3.2.560-96), иловый осадок сточных вод (его твердая фаза) характеризуется показателями:

рН солевой - 6,7 единиц;

влага - 35,0;

органическое вещество - 15,0%;

азот общий - 2,54%;

фосфор общий - 4,20%;

калий общий - 1,25%;

сера подвижная - 1950 мг/кг;

медь подвижная - 8,2 мг/кг;

цинк подвижный - 35,0 мг/кг;

кобальт подвижный - 0,18 мг/кг;

марганец подвижный - 56,5 мг/кг.

По результатам исследований на соответствие требованиям других нормативных документов установлено, в частности, незначительное содержание: свинца - 68,0 мг/кг (норма до 1000); ртути - 0,1 мг/кг (норма до 15); мышьяка - 2,3 мг/кг (норма до 20). В отдельных протоколах отмечено: патогенная флора не обнаружена; яиц, личинок гельминтов, опасных для здоровья человека, не обнаружено.

Если оценивать иловый осадок по критерию «органическое удобрение», то в нем должно быть не менее 20% органического вещества (фактически - 15%); критерию «органо-минеральное удобрение» иловый осадок соответствует без каких-либо оговорок. Но для реализации провозглашенных технической задачи и технического результата необходимо добавление в иловый осадок природного нетрадиционного и эффективного органического соединения, обеспечивающего повышение гумусообразования и плодородия почвы. В качестве такого соединения предлагается угольная кислота Н₂СО₃, в которой носителем природного органического вещества в концентрированном виде является углекислый газ СО₂. Но хранить и вносить в почву газ крайне сложно, неэффективно (из-за его летучести) и небезопасно (при его хранении под давлением). При небольшом добавлении обычной воды углекислый газ преобразуется в углекислоту, которая отвечает всем требованиям жидкости, из которой в нужное время и в нужном месте отделяется углекислый газ.

Углекислоту хранят, как обычно, в баллонах под высоким давлением - до 16 МПа. Баллоны снабжаются редуктором (регулятором давления) и манометром. Разрядка баллонов (после открытия соответствующего вентиля) производится при необходимом давлении, в нашем случае при 0,2-0,5 МПа. Может возникнуть предположение: иловый осадок и углекислота - это два разных удобрения, а не единое органо-минеральное комплексное удобрение. Но такое распределение (до внесения в почву) является условным и вызвано указанными технологическими особенностями хранения, безопасности и, как будет показано ниже, оригинальным способом внесения одновременно со вспашкой почвы. На самом деле обе компоненты удобрения - сыпучая и жидкая - только в совокупности решают поставленную техническую задачу и обеспечивают декларируемый технический результат. Этому способствует и внесение на различную глубину компонент и простота заделки в почву жидкой компоненты. Углекислота Н₂СО₃ не только выделяет углекислый газ СО₃ (содержание воды в кислоте незначительно), углекислый газ является не только основным стимулятором сложных микробиологических процессов в почве, но и способствует ускоренной переработке органики, в том числе органического вещества в иловом осадке. Это происходит в верхнем, наиболее активном и гумусосодержащем слое почвы - на глубине оборота пласта (15-20 см), причем органика илового осадка уже прошла предварительную «переработку». Все эти процессы взаимозависимы и проявляются в комплексе.

Способ внесения органо-минерального комплексного удобрения одновременно со вспашкой почвы осуществляют следующим образом.

Обеззараженный, обезвреженный и просушенный иловый осадок при биологической очистке бытовых сточных вод предварительно разбрасывают по полю, на котором может оставаться стерня культуры-предшественницы и сорная растительность. Не исключается возможность предварительного дискования почвы с сохранением на поверхности поля мульчирующего слоя. Норму внесения илового осадка - сыпучей компоненты - устанавливают в зависимости от состояния и требований к почве в диапазоне 20-40 т/га. Угольную кислоту Н₂СО₃ - жидкую компоненту доставляют в баллонах под давлением 16 МПа. Баллоны закрепляют на раме чизельно-отвального орудия, от баллонов отводят трубопроводы, которые соединяют с общим коллектором с вентилем. От коллектора прокладывают трубопроводы 1 по тыльной стороне наклонных стоек 2 орудия. Редукторы на баллонах (при закрытом вентиле) выставляют на давление 0,2-0,5 МПа (контролируют по манометру). Отвалы 3 закрепляют на наклонных стойках из расчета их внедрения в почву на глубину h=15-20 см (при глубине чизелевания Н=40-45 см).

Перед началом движения машинно-тракторного агрегата с чизельно-отвальным орудием открывают вентиль подачи углекислоты от баллонов в трубопроводы 1 на тыльной стороне наклонных стоек 2. В процессе пахоты долото 4 на конце каждой наклонной стойки вспарывает почву на указанной глубине Н. Этот процесс сопровождается разуплотнением и обрушением почвы впереди и по бокам долота примерно под углом 45°. В результате этого образуется гребнистое дно борозды с гребнями 5 и углублениями 6. В углубления на максимальную глубину Н чизелевания под давлением подается углекислота 7. Одновременно с этим отвалы 3 срезают верхний взрыхленный слой 8 почвы и перемещают, частично переворачивая, почвенные комья на глубину h. Это действие сопровождается заделкой в почву (внесением) илового осадка и находящихся в верхнем слое дополнительных носителей органического вещества - корневых и растительных остатков культуры-предшественницы, сорняков, мульчирующего слоя и т.п. Органика и почвенные комья (агрегаты) перемешиваются между собой на всей глубине слоя - от нуля до h. При дальнейшем движении орудия пространство между гребнями 5 и углубления 6 дна борозды надежно закрываются почвой. Этому способствуют наклонные стойки 2, которые перемещают почву в поперечном направлении (после прохода прямых стоек в почве остается слегка засыпанная вертикальная щель, через которую будет выходить углекислый газ, для предотвращения этого в нашем случае используются наклонные стойки). Надежному укрытию углекислоты и формированию верхнего насыщенного органикой (с иловым осадком) слоя 8 способствуют и отвалы 3.

В итоге внесение каждой компоненты органо-минерального комплексного удобрения одновременно и на разную оптимальную глубину - жидкую компоненту (угольную кислоту Н₂СО₃) заделывают на максимальную глубину чизелевания (Н=40-45 см) - в углубления гребнистого дна борозды, а сыпучую компоненту (иловый осадок) - в верхний, наиболее активный и гумусообразующий слой глубиной h=15-20 см. Это обеспечивает, прежде всего, новейшее чизельно-отвальное орудие с наклонными стойками. Непосредственно после внесения компоненты удобрения начинают свою созидательную работу. Одним из необычных свойств илового осадка является «поглощение» и относительно длительное удержание почвенной влаги. Благодаря этому ускоряется процесс жизнедеятельности почвенной микрофлоры и, как следствие, разложение и «переработка» органики, некоторая дополнительная отдача влаги корням растений. В условиях почвы угольная кислота быстро разлагается, выделяя углекислый газ:

Н₂СО₃→Н₂О+СО₂.

Углекислый газ поднимается по пустотам в почве и достигает верхнего наиболее перемешанного - с минимумом пустот - слоя 8. Углекислый газ - это, как известно, благоприятная питательная среда для почвенных микроорганизмов. Поэтому газ быстро перерабатывается, в результате чего образуются легко доступные для корней растений соединения азота, фосфора, калия, а также углерода и некоторых других ингредиентов, в том числе за счет соединения углекислого газа с другими соединениями, наиболее активно СО₂ взаимодействует с соединениями калия. В наиболее значительных количествах образуются соединения азота, по данным полевых опытов в слое 0-20 см содержание легко доступного азота повышается в 4-7 раз. Наряду с этим, при разложении углекислого газа (СО₂→С+О₂) выделяется кислород, который даже в незначительных количествах становится окислителем органического вещества, вследствие чего в почве дополнительно образуются гуминовые кислоты и другие ингредиенты - составляющие гумуса.

В конечном итоге эти и другие процессы в почве способствуют повышению гумусообразования и плодородия почвы, а следовательно, и урожайности сельскохозяйственных культур. Следует особо подчеркнуть, что описанные процессы и новообразования являются экологически чистыми, что передается и выращиваемым культурам. Использование в качестве сыпучей компоненты илового осадка, полученного по усовершенствованной технологии, - это, кроме всего прочего, утилизация отходов производства, в данном случае ранее считавшихся отходами иловых осадков. Подготовка и внесение компонентов удобрения характеризуются также ограниченными материальными, трудовыми и энергетическими затратами. Высокий технический результат является в основном следствием взаимодействия компонентов органо-минерального комплексного удобрения, особым образом внесенного одновременно со вспашкой почвы.

1. Органо-минеральное комплексное удобрение, содержащее сыпучий и жидкий компоненты, отличающееся тем, что в качестве сыпучего компонента используется обеззараженный, обезвреженный и просушенный иловый осадок при биологической очистке бытовых сточных вод, а в качестве жидкого компонента - угольная кислота Н₂СО₃.

2. Удобрение по п.1, отличающееся тем, что соотношение сыпучего и жидкого компонента по объему составляет 50:1-40:1.

3. Способ внесения органо-минерального комплексного удобрения одновременно со вспашкой почвы, включающий формирование борозды при вспашке, внесение жидкого компонента и закрытие борозды, отличающийся тем, что сыпучий компонент вносят одновременно с жидким, внесение каждого компонента осуществляют на разную глубину посредством глубокорыхлителя, с помощью которого формируют гребнистое дно борозды с углублениями, в которые под давлением подают угольную кислоту с последующим закрытием борозды, а сыпучий компонент запахивают путем переворачивания верхнего слоя взрыхленной почвы посредством отвала на глубокорыхлителе.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве глубокорыхлителя применяют чизельно-отвальное орудие с наклонными стойками.

5. Способ по п.3 или 4, отличающийся тем, что углубления дна борозды формируют на расстоянии 40-45 см от дневной поверхности.

6. Способ по п.3 или 4, отличающийся тем, что переворачивание верхнего слоя почвы проводят на глубину 15-20 см.

7. Способ по п.3, отличающийся тем, что угольную кислоту подают под давлением 0,2-0,5 МПа по трубопроводам на тыльной стороне стоек.