Способ получения удобрительно-мелиорирующей смеси на основе дефеката сахарного производства
Владельцы патента RU 2490239:
Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова Российской академии сельскохозяйственных наук (RU)
Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ получения удобрительно-мелиорирующей смеси на основе дефеката сахарного производства, который включает обработку дефеката сахарного производства и органики гумифицирующими организмами, причем дефекат смешивают с торфом в соотношении 1:3 по объему, доводя pH до значения 6,5-7,5, после чего смесь обрабатывают раствором молочнокислых бактерий в объемном соотношении 1:1000 (1 литр на 1 т), субстрат доводят до влажности 60-65% и компостируют в течение 2-х недель без доступа света при оптимальной температуре, затем добавляют элементы питания растений NPK в расчетных количествах и тщательно перемешивают. Изобретение позволяет повысить плодородие малопродуктивных и деградированных почв. 1 ил., 3 табл.
Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при переработке отходов сахарной промышленности для получения качественной удобрительно-мелиорирующей смеси и повышения плодородия почвы.
Для расширенного воспроизводства почвенного плодородия необходима система целенаправленных мелиоративных и агротехнических действий, способствующих гумусообразованию и устойчивому накоплению гумуса как источника потенциальной энергии. Увеличение запаса органического вещества в почве повышает ее потенциальную энергию, которая полностью реализуется в виде урожая сельскохозяйственных растений. Для этих целей разработан ряд технологий получения удобрительно-мелиорирующих смесей (УМС) на основе отходов ряда производств, в том числе и сахарного производства.
Известен способ получения биогумуса (пат РФ №2339601, C05F 5/00, Бюл. №33, 2008 г.) при переработке отходов сахарной промышленности, который осуществляют путем внесения навозного червя в субстрат, включающий свекловичный жом и дефекат в соотношении 1:3 по объему, который под воздействием навозного червя превращается в биогумус, что позволяет обеспечить полную утилизацию свекловичных отходов сахарного производства.
Недостатком известного способа является невысокое качество получаемого биогумуса как удобрения и мелиоранта из-за высокой щелочности дефеката (9-10), высокого содержания в нем олиго- и моносахаридов, вызывающих бурное развитие гнилостных бактерий, и невысокого содержания NPK, что не позволяет использовать его непосредственно в качестве удобрительно-мелиорирующей смеси.
Однако осадок после фильтров на сахарном производстве - дефекат содержит полезные азотистые вещества, фосфорную кислоту и главную составляющую часть - CaCO3, которая способствует повышению урожайности сельхозкультур, особенно на кислых почвах, кислоты которых нейтрализуются известью. Кроме того, CaCO3 совместно с гумусом способствует образованию благоприятной мелкокомковатой структуры почвы.
| Таблица 1. | |
| Химический состав фильтрационного осадка Сотницинского сахарного завода (в % на сухое вещество). | |
| Сахар | 2,0 |
| Пектиновые вещества | 1,7 |
| Безазотистые органические вещества | 9,5 |
| Азотистые органические вещества | 5,9 |
| Углекислый кальций | 74,2 |
| Известь в виде солей разных кислот | 2,8 |
| Прочие минеральные вещества и фосфорная кислота | 3,9 |
| Итого: | 100,0 |
Исследования, проведенные в лаборатории ФГУ САС «Подвязьевская» на содержание тяжелых металлов в фильтрационном осадке, показали, что концентрация большинства из обнаруженных в фильтрационном осадке металлов ниже их нормативного значения по ГОСТ Р 17.4.3.07-2001.
| Таблица 2. | ||||
| Содержание тяжелых металлов в фильтрационном осадке сахарного производства. | ||||
| Наименование металла | НД на методы испытаний | Содержание тяжелых металлов валовой формы, мг/кг | ||
| Сотницинский сахарный завод | Тульский сахарный завод | Белорусский сахарный завод |
||
| Медь (Cu) | МУ по определению ТМ в почве, М., 1992 г. | 7,2 | 10,0 | 9,4 |
| Цинк (Zn) | 24,2 | 30,7 | 30,3 | |
| Свинец (Pb) | 22,8 | 28,9 | 28,6 | |
| Кадмий (Cd) | 0,98 | 1,11 | 1,15 |
Поэтому фильтрационный осадок (дефекат) может быть отнесен к допустимой по степени загрязнения категории веществ, вносимых в почву.
Для расширения области его применения как удобрения и мелиоранта с целью восстановления плодородия почв необходимо изменить ряд исходных параметров дефеката.
Дефекат имеет сильнощелочную среду (pH 9-10) и высокое содержание кальция (до 80%). Для органического удобрения в нем содержится недостаточное количество органического вещества (15%) и элементов питания растений NPK, а кроме того, большое количество олиго- и моносахаридов вызывает бурное развитие гнилостных бактерий. Эти недостатки явились основанием для создания композиции удобрительно-мелиорирующей смеси (УМС) с дополнительным внесением органического и минеральных веществ и нейтрализации щелочности и устранения условий для гниения.
Устранить вышеуказанные недостатки позволяет предлагаемый способ получения удобрительно-мелиорирующей смеси на основе дефеката сахарного производства, включающий обработку дефеката сахарного производства и органики гумифицирующими организмами, отличающийся тем, что дефекат смешивают с торфом в соотношении 1:3 по объему, доводя pH до значения 6,5-7,5, после чего смесь обрабатывают раствором молочнокислых бактерий в объемном соотношении 1:1000 (1 литр на 1 т), субстрат доводят до влажности 60-65% и компостируют в течение 2-х недель без доступа света при оптимальной температуре, затем добавляют элементы питания растений NPK в расчетных количествах и тщательно перемешивают.
Количественный состав компонентов рассчитывали на основе оптимального количества органического вещества в органическом удобрении (не менее 50%) и показателя кислотности pH 6,5-7,5, так как при большей кислотности теряется часть гуминовых веществ в виде подвижной фульвокислоты, угнетается полезная микрофлора и развивается плесневый грибок, поэтому в качестве органического вещества использовали торф, содержащий до 95% органики и имеющий pH - 2,8-3,5, с помощью которого доводили pH до необходимого значения при соотношении с дефекат:торф - 1:3 по объему.
Содержание NPK в смеси доводили до оптимального значения внесением минеральных удобрений. В 1 тонне УМС должно содержаться 50 - 65 кг (5-6,5%) действующего вещества NPK, в том числе азота 2,5-3,0%, фосфора - 1,5-2,0%, калия - 1,0-1,5% (ТУ 9841-001-0066732-93). Исходя из содержания NPK в дефекате и органике, рассчитывали дозу минеральных удобрений, которую необходимо добавить в получаемую УМС.
Для активизации гумусообразования и подавления патогенной микрофлоры использовали моалочнокислые бактерии из смеси штамма АСТ-41 и кефирной закваски, полученные из коллекции микроорганизмов Московского государственного университета прикладной биотехники, которые в процессе исследований проявили себя наилучшим образом в предлагаемом способе получения УМС. К важнейшим полезным свойствам различных видов молочнокислых бактерий относят их способность к ферментации углеводов с образованием органических кислот, преимущественно молочной кислоты, а также синтез и других ценных продуктов метаболизма, в частности антибиотикоподобных веществ (бактериоцинов), оказывающих подавляющее действие на патогенные и условно-патогенные микроорганизмы. При этом развитие молочнокислых бактерий в питательной среде приводит к снижению кислотности, что отрицательно воздействует на гнилостную микрофлору, присутствующую в почве. Благодаря наличию молочнокислых бактерий протекает процесс брожения, а не гниения.
Предлагаемый способ получения удобрительно-мелиорирующей смеси осуществляли следующим образом:
| Таблица 3. | ||
| Состав и свойства основных компонентов, используемых при получении удобрительно-мелиорирующей смеси на основе дефеката. | ||
| Состав и свойства компонентов для получения УМС | Сахарный дефекат | Верховой торф |
| Влажность, % | 15,1 | 60,0-70,0 |
| Зола, % | 85,0 | до 5 |
| pH солевой вытяжки | 10,1 | 2,8-3,5 |
| Органическое вещество | 15,0 | до 95,0 |
| Азот общий (N), %, (в пересчете на сухое вещество) |
0,58 | 0,80-1,20 |
| Фосфор (P2O5), % (в пересчете на сухое вещество) | 0,06 | 0,60-0,12 |
| Калий (К2О), % (в пересчете на сухое вещество) | 0,10 | до 0,10 |
| Кальций и магний, % (в пересчете на сухое вещество) | 79,5 | до 0,5 |
Дефекат сахарного производства перемешивали с торфом в соотношении 1:3 по объему, через сутки замеряли pH смеси (солевой раствор). Через трое суток замер повторяли. Если pH соответствовал 6,5-7,5, то смесь можно готовить к обработке раствором микробных препаратов. Если pH ниже, добавляли дефекат, если выше - торф.
После установления pH 6,5-7,5 смесь обрабатывали раствором молочнокислых бактерий из смеси штамма АСТ-41 и кефирнрй закваски в соотношении 1 л на 1 т смеси, перемешивали и при необходимости доводили влажность субстрата до влажности 60-65% поливом отстоявшейся дехлорированной водой.
После перемешивания смесь компостировали в течение 2-х недель без доступа света при оптимальной температуре 20-25°C и влажности 60-65%, периодически производя замер pH и температуры. Компостирование проводили до стабилизации уровня pH. При сильном разогреве смесь уплотняли, так как по мере гумификации объем смеси уменьшается. После компостирования в смесь добавляли NPK в расчетном количестве и тщательно перемешивали. Полученная предлагаемым способом УМС имеет однородную окраску, темнокоричневый цвет, мелкокомковатую структуру.
После приготовления УМС вносили в почву из расчета 1-2 кг/м2 или 10-20 т/га.
В условиях вегетационного опыта были проведены исследования по изучению влияния УМС на биомассу овса и обоснованию оптимальной дозы внесения. Опыт проводился по 6 вариантам в 5-кратной повторности. В качестве контроля был выбран вариант без внесения УМС. Исследование влияния чистого дефеката на растения осуществлялось во втором варианте. Для обоснования оптимальной дозы в 6-м варианте овес выращивали на чистом УМС. Для исследований была взята почва со следующими водно-физическими и агрохимическими свойствами: объемная масса 0,35-0,46 г/см3, плотность сложения 1,64-1,85 г/см3, pH 5,1-6,5. В вегетационные сосуды помещали 5 кг почвы и добавляли УМС из расчета 10, 20 и 40 т/га (варианты 3, 4 и 5). Продолжительность опыта составила 39 дней (с 5 июня по 13 июля 2009 г.). Результаты исследования показали, что оптимальная доза внесения УМС составляет 40 т/га.
С целью подтверждения полученных выводов на протяжении трех лет были проведены исследования в полевых условиях (на делянках, размером 20 м2) по методике Доспехова Б.А. на опытном участке Тинки II, расположенном на землях ОПХ «Полково» (Рязанская область, Рязанский район). Почвы участка постторфяные маломощные, по гранулометрическому составу супесчаные. На делянках была посеяна вико-овсяная смесь. Агротехника общепринятая для региона. Закладка опыта была произведена по 4 вариантам (дозы внесения из расчета 10, 20 и 40 т/га) в 5-кратной повторности. В течение вегетационного периода проводились фенологические наблюдения, по результатам которых сделаны следующие выводы: растения вико-овсяной смеси отзывчивы на внесение УМС, причем с увеличением дозы внесения увеличиваются высота растений и кустистость. Наилучшие показатели в варианте с дозой внесения УМС 40 т/га. В конце вегетации был произведен учет урожая зеленой массы (фиг.1). На контроле урожайность была наименьшая. Внесение в почву удобрительно-мелиорирующей смеси в дозе 40 т/га позволило повысить урожайность зеленой массы более чем в 2 раза.
Влияние дозы внесения удобрительно-мелиорирующей смеси на основе фильтрационного осадка сахарного производства на урожайность вико-овсяной смеси, см. фиг.1.
Полученная предлагаемым способом УМС обеспечивает формирование в почве коллоидной структуры, увеличение ППК (почвенно-поглощающего комплекса), ЕКО (емкости катионного обмена), повышение сорбционных свойств, активизацию почвенной микрофлоры, а самое главное - стимулирование процессов гумусообразования. Внесение в почву 10-20 т/га полученной УМС обеспечивает прибавку урожайности не менее 30% и позволяет получать экологически чистую продукцию, а также создает условия для расширенного воспроизводства почвенного плодородия.
Таким образом, использование отходов сахарного производства для получения УМС с заданными параметрами решает конкретные проблемы как экологической, так и сельскохозяйственной направленности, связанные с утилизацией крупнотоннажных отходов производства и повышением плодородия малопродуктивных и деградированных почв.
Способ получения удобрительно-мелиорирующей смеси на основе дефеката сахарного производства, включающий обработку дефеката сахарного производства и органики гумифицирующими организмами, отличающийся тем, что дефекат смешивают с торфом в соотношении 1:3 по объему, доводя pH до значения 6,5-7,5, после чего смесь обрабатывают раствором молочнокислых бактерий в объемном соотношении 1:1000 (1 л на 1 т), субстрат доводят до влажности 60-65% и компостируют в течение 2-х недель без доступа света при оптимальной температуре, затем добавляют элементы питания растений NPK в расчетных количествах и тщательно перемешивают.
