RU2583693C1

RU2583693C1 - Method for increasing soil fertility

Info

Publication number: RU2583693C1
Application number: RU2015108548/13A
Authority: RU
Inventors: Юрий Яковлевич Спиридонов; Алексей Павлович Глинушкин; Виктор Михайлович Мухин; Надежда Леонидовна Воропаева
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2016-05-10

Abstract

FIELD: agriculture.

SUBSTANCE: invention relates to agriculture and forestry and can be used when solving problems of lithosphere protection. Method involves preparation of active coal, its introduction into soil and cultivation of crops. At that, activated carbon is used with ratio of micropore meso pores and macro pores equal to 1.0:(0.2-1.5):(1.5-6.0), and size of micro pores is 1.2-1.6 nm. Activated carbon is introduced into soil in doses of 50-400 kg/ha. Introduction of activated carbon in soil is carried out in granulated form with particle size of 0.3-0.8 mm or in form of aqueous suspension of activated carbon with particle size of <100 mcm with content of coal in suspension of 2-10 wt%.

EFFECT: method allows to increase fertility of soils contaminated with residues of herbicide.

3 cl, 4 ex

Description

Изобретение относится к способу повышения плодородия почв, загрязненных остатками гербицидов (ксенобиотиками), и может быть использовано в области сельского и лесного хозяйства, а также при решении проблем защиты литосферы.The invention relates to a method for increasing the fertility of soils contaminated with herbicide residues (xenobiotics), and can be used in the field of agriculture and forestry, as well as in solving problems of protecting the lithosphere.

Известен способ защиты почв и дерна, загрязненных пестицидами, путем разбрызгивания водной суспензии порошкового активного угля (АУ) с поверхностно-активными веществами, пеноудаляющими и суспензирующими агентами на поверхности почвы из расчета 4 л суспензии на 100 м² обрабатываемой площади (см. патент США №4585753, кл. B01J 20/20, B01J 10/26, опубл. 29.04 86).There is a method of protecting soils and turf contaminated with pesticides by spraying an aqueous suspension of powdered active carbon (AC) with surface-active substances, defoaming and suspending agents on the soil surface at the rate of 4 l of suspension per 100 m ^{2 of} cultivated area (see US patent No. 4585753, CL B01J 20/20, B01J 10/26, publ. 29.04 86).

Недостатком известного способа является низкая эффективность очистки почвы, т.к. пористая система АУ заблокирована органическими наполнителями.The disadvantage of this method is the low efficiency of soil cleaning, because the porous AC system is blocked by organic fillers.

Наиболее близким к предложенному способу по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ повышения плодородия почв, загрязненных остатками гербицидов типа хлорсульфурона, включающий внесение в почву АУ с отношением объема микропор к суммарному объему пор 0,26-0,70, причем внесение АУ осуществляют до высева семян с последующей заделкой его на глубину 1-3 глубины высева (см. патент РФ №2129368, кл. A01N 25/32 и А01В 79/02, опубл. 27.04.99).Closest to the proposed method in terms of technical nature and the number of matching features is a method of increasing the fertility of soils contaminated with residues of herbicides such as chlorosulfuron, including applying AC to the soil with a ratio of micropore volume to total pore volume of 0.26-0.70, with AC being added up to sowing seeds, followed by seeding it to a depth of 1-3 depths of sowing (see RF patent No. 2129368, class A01N 25/32 and AB01 79/02, publ. 04/27/99).

Недостатком известного способа является низкое повышение плодородия почв, загрязненных таким ксенобиотиком как метсульфон - метил, являющимся действующим веществом гербицида «Зингер, СП», применяемого при возделывании зерновых культур.The disadvantage of this method is the low increase in fertility of soils contaminated by a xenobiotic such as Metsulfon-methyl, which is the active ingredient of the herbicide "Singer, SP" used in the cultivation of crops.

Техническим результатом является повышение плодородия почв, загрязненных остатками гербицида «Зингер, СП».The technical result is to increase the fertility of soils contaminated with the remains of the herbicide "Singer, SP".

Указанный технический результат достигается предложенным способом, включающим приготовление АУ, внесение его в почву, загрязненную ксенобиотиками, и выращивание культурных растений, причем используют АУ, имеющий соотношение микропор, мезопор и макропор равное 1,0:(0,2-1,5):(1,5-6,0), при этом размер микропор составляет 1,2-1,6 нм, активный уголь вносят в почву в дозах 50-400 кг/га, а внесение осуществляют в зерненом виде с размерами частиц 0,3-0,8 мм или в виде водной суспензии активного угля с размерами частиц <100 мкм при содержании угля в суспензии 2-10 мас.%.The specified technical result is achieved by the proposed method, including the preparation of AU, its introduction into soil contaminated with xenobiotics, and the cultivation of cultivated plants, using AU having a ratio of micropores, mesopores and macropores equal to 1.0: (0.2-1.5): (1.5-6.0), while the micropore size is 1.2-1.6 nm, activated carbon is introduced into the soil at doses of 50-400 kg / ha, and the application is carried out in a granular form with a particle size of 0.3 -0.8 mm or in the form of an aqueous suspension of activated carbon with particle sizes <100 μm with a coal content in the suspension of 2-10 wt.%.

Отличие предложенного способа от известного состоит в том, что используют АУ, имеющий соотношение микропор, мезопор и макропор равное 1,0:(0,2-1,5):(1,5-6,0), при этом размер микропор составляет 1,2-1,6 нм, активный уголь вносят в почву в дозах 50-400 кг/га, а внесение осуществляют в зерненом виде с размерами частиц 0,3-0,8 мм или в виде водной суспензии активного угля с размерами частиц <100 мкм при содержании угля в суспензии 2-10 мас.%.The difference of the proposed method from the known one is that they use an AC having a ratio of micropores, mesopores and macropores equal to 1.0: (0.2-1.5) :( 1.5-6.0), while the micropore size is 1.2-1.6 nm, activated carbon is applied to the soil in doses of 50-400 kg / ha, and the application is carried out in granular form with particle sizes of 0.3-0.8 mm or in the form of an aqueous suspension of activated carbon with particle sizes <100 μm with a coal content in suspension of 2-10 wt.%.

Из научно-технической и патентной литературы авторам не известен способ повышения плодородия почв путем использования АУ, имеющего соотношение микропор, мезопор и макропор равное 1,0:(0,2-1,5):(1,5-6,0), при этом размер микропор составляет 1,2-1,6 нм, активный уголь вносят в почву в дозах 50-400 кг/га, а внесение осуществляют в зерненом виде с размерами частиц 0,3-0,8 мм или в виде водной суспензии активного угля с размерами частиц <100 мкм при содержании угля в суспензии 2-10 мас.%.From the scientific, technical and patent literature, the authors do not know a way to increase soil fertility by using an AU having a ratio of micropores, mesopores and macropores equal to 1.0: (0.2-1.5) :( 1.5-6.0), the micropore size is 1.2-1.6 nm, activated carbon is introduced into the soil in doses of 50-400 kg / ha, and the application is carried out in a granular form with a particle size of 0.3-0.8 mm or in the form of an aqueous suspension activated carbon with particle sizes <100 μm with a coal content in suspension of 2-10 wt.%.

Сущность изобретения заключается в следующем. Последействие любого гербицида на культурные растения, высеваемые в севообороте, сводится к поражающему воздействию на молодые растения как остатков самого гербицида, так и продуктов его деструкции в почвенной системе. При этом сам гербицид является высокомолекулярным соединением, которое извлекается эффективно из почвенного раствора мезопорами, а продукты деструкции - это, как правило, низкомолекулярные вещества, которые эффективно извлекаются из почвенного раствора микропорами. При этом размеры микропор имеют важное значение как с точки зрения силы адсорбционного взаимодействия (чем тоньше микропора, тем сильнее энергия адсорбции), так и с точки зрения стерического фактора (ситового эффекта).The invention consists in the following. The effect of any herbicide on cultivated plants sown in a crop rotation is reduced to the damaging effect on young plants of both the residues of the herbicide itself and the products of its destruction in the soil system. Moreover, the herbicide itself is a high molecular weight compound that is extracted effectively from the soil solution by mesopores, and the degradation products are, as a rule, low molecular weight substances that are effectively removed from the soil solution by micropores. Moreover, the micropore sizes are important both from the point of view of the strength of adsorption interaction (the thinner the micropores, the stronger the adsorption energy), and from the point of view of the steric factor (sieve effect).

С другой стороны, важно иметь не только высокую адсорбционную составляющую, но и хорошую кинетику поглощения ксенобиотика (в данном случае остатков гербицида и продуктов его деструкции), чтобы быстро удалить его из почвенной среды. Все оптимальные параметры пористой структуры АУ и их соотношения устанавливаются в процессе эксперимента.On the other hand, it is important to have not only a high adsorption component, but also good xenobiotic absorption kinetics (in this case, herbicide residues and its degradation products) in order to quickly remove it from the soil medium. All optimal parameters of the AC porous structure and their ratios are established during the experiment.

Естественно, доза угля подбирается в зависимости от конкретного загрязняющего гербицида, а осуществление внесения его в почву требует подбора зерненой формы и состава суспензии.Naturally, the dose of coal is selected depending on the particular polluting herbicide, and the implementation of its introduction into the soil requires the selection of the granular form and composition of the suspension.

Способ осуществляют следующим образом. Для высева тест-культуры подсолнечника использовали горшки вместимостью 600 г почвы, которую загрязняли гербицидом «Зингер, СП» в дозе, соответствующей 5 г/га, и вводили соответствующую дозу (от 50 до 400 кг/га) АУ, имеющего соотношение микропор, мезопор и макропор 1,0:(0,2-1,5):(1,5-6,0), при этом размер микропор составляет 1,2-1,6 нм. Уголь вносили как в зерненом виде (0,3-0,8 мм), так и в виде водной суспензии порошкового АУ (<100 мкм) с содержанием угля 2-10 мас.%. Почву тщательно перемешивали и высевали в нее семена подсолнечника. По истечении вегетационного периода (30 суток) срезали зеленую массу под корень и проводили ее взвешивание на электронных весах. Повышение плодородия оценивали по увеличению в процентах зеленой массы подсолнечника по сравнению с таковой в горшке, где не вводили АУ. Повышение плодородия почвы при защите растения подсолнечника по предлагаемому способу составило 220-250%. Опыты, проведенные на масличных (рапс, рыжик) и овощных (томат, огурец, свекла) культурах по повышению их плодородия на почвах, загрязненных гербицидом «Зингер, СП», дали результат 220-230%. Повышение плодородия при защите растений подсолнечника по известному способу (патент РФ №2129368) составило 110-15-%.The method is as follows. To plant a sunflower test culture, pots with a capacity of 600 g of soil were used, which were contaminated with the Singer, SP herbicide in a dose corresponding to 5 g / ha, and an appropriate dose (50 to 400 kg / ha) of AC with micropores and mesopores was introduced and macropores 1.0: (0.2-1.5) :( 1.5-6.0), while the micropore size is 1.2-1.6 nm. Coal was introduced both in a granular form (0.3-0.8 mm), and in the form of an aqueous suspension of powder AC (<100 μm) with a coal content of 2-10 wt.%. The soil was thoroughly mixed and sunflower seeds were sown in it. After the growing season (30 days), the green mass was cut off under the root and weighed on an electronic balance. The increase in fertility was estimated by the increase in percent of the green mass of sunflower compared to that in the pot where AC was not administered. The increase in soil fertility while protecting sunflower plants by the proposed method was 220-250%. The experiments conducted on oilseed (rapeseed, saffron milk) and vegetable (tomato, cucumber, beet) crops to increase their fertility in soils contaminated with the Singer, SP herbicide gave a result of 220-230%. The increase in fertility in the protection of sunflower plants by a known method (patent of the Russian Federation No. 2129368) amounted to 110-15%.

Пример 1.Example 1

Берут почву, загрязненную «Зингер, СП», как написано выше, и вводят в нее из расчета 50 кг/га АУ с размером зерен 0,3-0,8 мм и соотношением микропор, мезопор и макропор 1,0:0,2:1,5 при размере микропор 1,2 нм. Высаживают семена подсолнечника и ведут вегетационный опыт в течение 30 дней. Повышение плодородия почвы в этом случае составило 220%.Take soil contaminated with Singer, SP, as described above, and enter into it at the rate of 50 kg / ha AC with a grain size of 0.3-0.8 mm and a ratio of micropores, mesopores and macropores 1.0: 0.2 : 1.5 with a micropore size of 1.2 nm. They plant sunflower seeds and conduct a vegetative experiment for 30 days. The increase in soil fertility in this case was 220%.

Пример 2.Example 2

Осуществление процесса как в примере 1 за исключением того, что в почву вводят 400 кг/га АУ с размером зерен 0,3-0,8 мм и соотношением микропор, мезопор и макропор 1,0:1,5:6,0 при размере микропор 1,6 нм. Повышение плодородия почвы в этом случае составило 230%.The implementation of the process as in example 1 except that 400 kg / ha of AC are introduced into the soil with a grain size of 0.3-0.8 mm and a ratio of micropores, mesopores and macropores of 1.0: 1.5: 6.0 at a size micropores 1.6 nm. The increase in soil fertility in this case was 230%.

Пример 3.Example 3

Осуществление процесса как в примере 1 за исключением того, что в почву вводят 150 кг/га АУ с размером зерен 0,3-0,8 мм и соотношением микропор, мезопор и макропор 1,0:1,0:3,0 и размером микропор 1,4 нм. Повышение плодородия почвы в этом случае составило 250%.The implementation of the process as in example 1 except that 150 kg / ha of AC are introduced into the soil with a grain size of 0.3-0.8 mm and a ratio of micropores, mesopores and macropores of 1.0: 1.0: 3.0 and size micropores 1.4 nm. The increase in soil fertility in this case was 250%.

Пример 4.Example 4

Берут порошковый АУ с размером частиц <100 мкм, имеющий соотношение микропор, мезопор и макропор 1,0:1,0:3,0, и готовят его водную суспензию 2-10 мас.% угля в воде. Затем обрабатывают этой суспензией почву, загрязненную гербицидом «Зингер, СП», из расчета введения дозы 150 кг/га. Повышение плодородия почвы в этом случае составило 240%.Take AC powder with a particle size <100 μm, having a ratio of micropores, mesopores and macropores of 1.0: 1.0: 3.0, and prepare its aqueous suspension of 2-10 wt.% Coal in water. Then, the soil contaminated with the Singer herbicide herbicide is treated with this suspension at a dose of 150 kg / ha. The increase in soil fertility in this case was 240%.

В результате многочисленных вегетационных опытов на подсолнечнике, ряде овощных и масличных культур были определены оптимальные интервалы параметров заявляемого технического решения.As a result of numerous vegetative experiments on sunflower, a number of vegetable and oilseeds, the optimal intervals of the parameters of the claimed technical solution were determined.

Так, если соотношение микропор, мезопор и макропор было меньше 1,0:0,2:1,5, то за счет снижения доли транспортных микропор ухудшалась кинетика поглощения гербицида и продуктов его деструкции и высеваемые зерна успевали поражаться. Если же соотношение микропор, мезопор и макропор было выше чем 1,0:1,5:6,0, то, хотя кинетика поглощения повышалась, резко падала сама сорбционная способность угля, так как адсорбция в основном ведется в микропорах. При этом сам размер щелевидных микропор очень важен, так как при размере менее 1,2 нм имеет место стерический фактор и гербицид в пору не проникает, а при размере щелевидных микропор более 1,6 нм уменьшается энергия адсорбции и низкомолекулярные продукты деструкции гербицида слабо сорбируются.So, if the ratio of micropores, mesopores and macropores was less than 1.0: 0.2: 1.5, then due to a decrease in the proportion of transport micropores, the absorption kinetics of the herbicide and its degradation products deteriorated, and the sown grains managed to be affected. If the ratio of micropores, mesopores and macropores was higher than 1.0: 1.5: 6.0, then, although the absorption kinetics increased, the sorption capacity of coal itself sharply decreased, since adsorption was mainly carried out in micropores. In this case, the size of the slit-like micropores is very important, since at a size less than 1.2 nm the steric factor takes place and the herbicide does not penetrate into the pore, and when the size of the slit-like micropores is more than 1.6 nm, the adsorption energy decreases and the low molecular weight degradation products of the herbicide are weakly sorbed.

Установление необходимой дозы АУ показало, что при дозе менее 50 кг/га нет равномерности его распределения в почве и, следовательно, эффект детоксикации ее снижается, а при дозе выше 400 кг/га ухудшается экономика технологии защиты растений.The establishment of the necessary dose of AC showed that at a dose of less than 50 kg / ha there is no uniformity of its distribution in the soil and, therefore, its detoxification effect is reduced, and at a dose above 400 kg / ha, the economy of plant protection technology is deteriorating.

Исследования показали также, что оптимальное зернение АУ должно быть 0,3-0,8 мм, так как при зернении менее 0,3 мм идет сильное пыление, а при зернении выше 0,8 мм АУ трудно высевать туковысевающей техникой.Studies have also shown that the optimal granulation of the AC should be 0.3-0.8 mm, since when granulating less than 0.3 mm, there is strong dusting, and when granulating above 0.8 mm, the AC is difficult to sow with fertilizer technology.

При внесении водной суспензии размер частиц <100 мкм позволяет ей хорошо проходить через распыляющее сопло. В то же время масса АУ в суспензии должна быть 2-10 мас.%, так как при содержании АУ более 10% суспензия плохо продавливается через сопло, а при содержании АУ менее 2% значителен расход воды.When an aqueous suspension is applied, a particle size of <100 μm allows it to pass well through the spray nozzle. At the same time, the mass of the AC in the suspension should be 2-10 wt.%, Since when the AC content is more than 10%, the suspension is poorly pressed through the nozzle, and when the AC content is less than 2%, water consumption is significant.

Таким образом, из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно повышение плодородия почв, зараженных остатками гербицида «Зингер, СП» (в 1,5-2,2 раза по сравнению с известным способом), а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.Thus, it follows from the foregoing that each of the signs of the claimed population to a greater or lesser extent affects the achievement of the goal, namely, increasing the fertility of soils infected with the remains of the Singer, SP herbicide (1.5-2.2 times compared with a known method), and the whole set is sufficient to characterize the claimed technical solution.

Claims

1. Способ повышения плодородия почв, загрязненных ксенобиотиками, включающий приготовление активного угля, внесение его в почву и выращивание культурных растений, отличающийся тем, что используют активный уголь, имеющий соотношение микропор, мезопор и макропор равное 1,0:(0,2-1,5):(1,5-6,0), при этом размер микропор составляет 1,2-1,6 нм.1. A method of increasing the fertility of soils contaminated by xenobiotics, including the preparation of activated carbon, its introduction into the soil and cultivation of cultivated plants, characterized in that they use activated carbon having a ratio of micropores, mesopores and macropores equal to 1.0: (0.2-1 5) :( 1.5-6.0), while the micropore size is 1.2-1.6 nm.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что активный уголь вносят в почву в дозах 50-400 кг/га.2. The method according to p. 1, characterized in that the activated carbon is applied to the soil in doses of 50-400 kg / ha.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что внесение активного угля в почву осуществляют в зерненом виде с размерами частиц 0,3-0,8 мм или в виде водной суспензии активного угля с размерами частиц <100 мкм при содержании угля в суспензии 2-10 мас.%. 3. The method according to p. 1, characterized in that the introduction of activated carbon into the soil is carried out in granular form with particle sizes of 0.3-0.8 mm or in the form of an aqueous suspension of activated carbon with particle sizes <100 μm when the content of coal in suspension 2-10 wt.%.