Способ комплексной химической регенерации и стерилизации почвозаменителей

Способ комплексной химической регенерации и стерилизации почвозаменителей

Реферат

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для восстановления свойств почвозаменителей, длительно применяемых в современном тепличном растениеводстве при интенсивном выращивании овощных, цветочных, декоративных и других культур.

Круглогодичное интенсивное выращивание растений сопряжено с достаточно быстрой трансформацией исходно абиогенных почвозаменителей в почвоподобные тела, что сопровождается накоплением в них продуктов деструкции растительных остатков и сопутствующих организмов, а также продуктов разрушения горных пород, включая гранитный щебень и другие минеральные материалы (Ермаков Е.И. и др. Изменение гранитного щебня при многолетнем культивировании пшеницы и томата. Почвоведение, №12, 2000, с.1463-1471). Образующиеся в почвозаменителях гуминовые кислоты и комплекс водорастворимых органических соединений при высокой концентрации могут оказывать существенное негативное воздействие на продуктивность и устойчивость растений (Ермаков Е.И. и др. Накопление и трансформация органических веществ в корнеобитаемых средах. Вестник Россельхозакадемии, №1, 1996, с.45-48).

Известен способ химической стерилизации и регенерации почвозаменителей, предусматривающий проведение щелочной регенерации и затем обработку их слабым раствором минеральной кислоты (Авт. свидетельство СССР на изобретение №102143, МКИ А01G 31/00, 1974). Однако в этом случае достаточно полное удаление накопившихся ранее в почвозаменителях органических соединений затруднительно в связи с неоптимальным соотношением углерода и азота (C/N).

Для стерилизации почв и почвозаменителей рекомендуется использовать формальдегид и газацию оксидом этилена в дополнение к автоклавированию и воздействию гамма-радиацией (Stroetmann J., Kampfer P., Dott W. The efficiency of sterilization methods for different soils. Zentralbl Hyg. Umweltmed, 1994, 195(2), pp.111-120). Сложность реализации предлагаемой стерилизации, дороговизна и экологическая небезопасность ограничивают возможность их применения.

Известен способ стерилизации почв и минеральных субстратов в малообъемной технологии с помощью СВЧ-резонатора с полезным объемом 4,8 м³ и источников СВЧ-энергии - магнетронов (Патент на изобретение Республики Беларусь, №5274, 2003). При этом требуется обеспечить извлечение почвозаменителей из мест их использования, доставки до СВЧ-резонатора и обратно, что связано с большими затратами физического труда и ресурсов. Помимо этого, данный способ стерилизации почвозаменителей не обеспечивает эвакуацию из них органических соединений - продуктов деструкции растительных остатков и сопутствующих организмов. После стерилизующего воздействия на почвозаменители в них остаются все органические вещества, служащие субстратом для последующего развития многочисленных микроорганизмов, в первую очередь фитопатогенных, со всеми вытекающими из этого последствиями.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ комплексной химической стерилизации и регенерации почвозаменителей по авторскому свидетельству СССР на изобретение №1021436, МКИ А01G 31/00, 1983, который включает в себя предварительное удаление из них крупных корней, затапливание в течение 1-2 суток 0,1-0,2% раствором минеральной кислоты, промывку водой с последующими щелочной обработкой 0,2-0,3% раствором едкого калия в течение 2-3 суток, промывкой водой и обработкой в течение суток вытяжкой суперфосфата, корректировкой рН до 6,2 с помощью раствора минеральной кислоты. Дополнительное к нему авторское свидетельство СССР на изобретение №1303063, МКИ А01G 31/00, 1987 предусматривает перед затоплением почвозаменителей раствором минеральной кислоты выдерживать их в течение 20-40 дней при температуре 25-35°С с увлажнением 2-6 раз в сутки питательным раствором.

Этот способ принят нами за прототип.

Недостатком прототипа является неполное удаление органических соединений, накопившихся ранее в почвозаменителях вследствие неоптимального соотношения C/N.

Предлагаемое изобретение решает задачу разработки более совершенного способа комплексной химической регенерации и стерилизации почвозаменителей, обеспечивающего повышение продуктивности и устойчивости растений, а также улучшение качества получаемой растительной продукции.

Общими признаками заявляемого способа с прототипом является обработка 0,2-0,3% раствором едкого калия и нейтрализация слабым раствором кислоты до рН 6,0-6,5.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в отличие от известного способа, включающего предварительное удаление из них крупных корней, щелочную обработку 0,2-0,3% раствором едкого калия с последующей нейтрализацией слабым раствором кислоты до рН 6,0-6,5, в предлагаемом способе почвозаменители до обработки раствором едкого калия увлажняют 3-4 раза в сутки 0,08-0,1% водным раствором аммиака на протяжении 30-40 суток, а стерилизацию их осуществляют путем 2-4 разового смачивания 2,0-2,5% водным раствором аммиака в течение 3-5 суток.

Достигаемый предлагаемым способом технический результат выражается в снижении содержания органического вещества, уменьшении численности микроорганизмов, в том числе фитопатогенных микромицетов, увеличении доли полезной бактериальной микрофлоры в почвозаменителе.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. После завершения очередной вегетации растений из почвозаменителей удаляют крупные корни и другие растительные остатки. После этой операции почвозаменители увлажняют 3-4 раза в сутки 0,08-0,10% водным раствором аммиака для поддержания оптимального соотношения в почвозаменителях углерода и азота (C/N), что стимулирует активную деструктирующую деятельность микрофлоры в отношении накопившегося ранее органического вещества. Обработка водным раствором аммиака более низкой или высокой концентрации, чем в указанном диапазоне нецелесообразно, так как не приводит к значительному усилению эффекта снижения содержания органического вещества. Обработку почвозаменителей водным раствором аммиака проводят 30-40 суток и за это время в них существенно снижается содержание органического вещества (таблица 1). Обработка почвозаменителей водным раствором аммиака менее 30 суток недостаточно эффективна в снижении содержания органического вещества, а более 40 суток - экономически не выгодна, так как при большем расходовании времени и средств результат обработки сходен с наблюдаемым на протяжении 30-40 суток.

Таблица 1
Содержание органического вещества в гранитном щебне в процессе компостирования
Продолжительность компостирования, сутки	Содержание органического вещества (в расчете на углерод), %
Прототип	Предлагаемый способ
Концентрация водного раствора аммиака, %
		0,05	0,08	0,1	0,5
0	100	100	100	100	100
7	68,2	67,9	65,8	65,3	65,2
15	65,9	63,8	60,2	59,1	58,8
25	55,0	53,6	49,8	47,8	47,4
30	40,2	37,4	32,9	30,3	29,9
35	36,8	33,8	28,8	27,2	26,9
40	31,2	28,6	23,5	20,7	20,3
45	30,9	28,4	23,2	20,4	19,9

После 30-40-суточной обработки почвозаменителя 0,08-0,1% водным раствором аммиака, затем 0,2-0,3% раствором едкого калия с последующей нейтрализацией слабым раствором кислоты до рН 6,0-6,5 проводят стерилизацию почвозаменителя с помощью 2,0-2,5% водного раствора аммиака.

Численность микроорганизмов, в частности микромицетов, в почвозаменителе существенно снижается после обработки его водным раствором аммиака в диапазоне концентраций от 0,1 до 2,0% (таблица 2), что свидетельствует о том, что количество органического вещества к этому времени, как это следует из данных таблицы 1, значительно уменьшилось. При обработке почвозаменителей водным раствором аммиака в концентрации выше 2,0% численность микромицетов остается практически на одном уровне - не более 6-7 экземпляров на 1 г щебня. Именно поэтому для стерилизации почвозаменителей был рекомендован водный раствор аммиака в концентрации 2,0-2,5%. Отмеченный эффект в отношении микроорганизмов был наиболее выражен при замачивании почвозаменителя в 2,0-2,5% водном растворе аммиака в течение 3 суток и выше. Увеличение продолжительности замачивания свыше 5 суток не вызывало изменений в численности микроорганизмов относительно наблюдаемого после 3-5 суток, что позволило рекомендовать этот срок для достижения эффекта стерилизации почвозаменителя с помощью 2,0-2,5% водного раствора аммиака.

Таблица 2
Численность микромицетов в гранитном щебне 30-летнего использования (тыс. клеток/г сухого щебня) в зависимости от концентрации стерилизующего раствора аммиака
Вид обработки	Концентрация водного раствора аммиака, %
почвозаменителя	0	0,1	0,5	2,0	2,5	5,0
Прототип	3,7±0,4	не обрабатывали	не обрабатывали	не обрабатывали	не обрабатывали	не обрабатывали
Предлагаемый способ	3,7±0,4	1,8±0,2	0,4±0,05	0,007±0,0006	0,006±0,0004	0,006±0,0005

Обработка 0,1% водным раствором аммиака почвозаменителей в течение 30-40 суток, а затем щелочная регенерация раствором 0,2-0,3% едкого калия и последующая стерилизация их 2,0% раствором аммиака путем 2-4 разового смачивания в течение 3-5 суток снижает по сравнению с прототипом на 259% содержание органических веществ (в расчете на углерод) в гранитном щебне (таблица 3).

Обобщенные показатели реакции микроорганизмов на регенерацию и стерилизацию гранитного щебня по предлагаемому способу свидетельствуют о том, что после стерилизации почвозаменителя 2,0-2,5% раствором аммиака численность и соотношение основных физиологических групп микроорганизмов более благоприятно для растений, чем после воздействия 2% раствором формальдегида. Отмеченное подчеркивает преимущество предлагаемого способа по сравнению со всеми ранее известными приемами регенерации и стерилизации почвозаменителей.

Результаты экспериментальной проверки предлагаемого способа представлены в таблице 4. Они свидетельствуют, что обработка гранитного щебня предлагаемым способом способствует увеличению биомассы огурца - гибрида Московский тепличный на 46% по сравнению с биомассой растений, формируемой после обработки гранитного щебня способом, принятым за прототип.

Таблица 3
Содержание органического вещества в гранитном щебне 30-летнего использования (в расчете на углерод) после 30 суточного компостирования
Способы регенерации и стерилизации гранитного щебня	Содержание углерода, мг/100 г щебня
Исходное содержание	После компостирования при смачивании 0,1% раствором аммиака и регенерации щебня слабым раствором едкого калия	После обработки 2%-ным раствором аммиака	Снижение содержания углерода в щебне после обработки 2%-ным раствором аммиака, %
Прототип	85,2±6,7	57,8±9,0	Не обрабатывали	0
Предлагаемый способ	85,2±6,7	46,7±7,0	18,0±6,0	259

Таблица 4
Влияние комплексной химической регенерации и стерилизации гранитного щебня (2% водным раствором аммиака) на накопление биомассы 20-дневной рассады огурца - гибрид Московский тепличный
Способ обработки почвозаменителя	Сырая надземная масса растений огурца, г	Сухая надземная масса растений огурца, г	Прибавка сухой надземной массы, %
Прототип	32,65±1,80	2,55±0,40	100
Предлагаемый способ	42,71±1,95	3,74±0,49	146

Приведенные в таблицах 1-4 данные подтверждают высокую эффективность предлагаемого способа обработки почвозаменителей в достижении технического результата - снижении содержания физиологически активных органических веществ, уменьшении численности фитопатогенной микрофлоры, стимуляции продукционного процесса растений.

Способ комплексной химической регенерации и стерилизации почвозаменителей, включающий предварительное удаление из них крупных корней, щелочную обработку 0,2-0,3% раствором едкого калия с последующей нейтрализацией слабым раствором кислоты до рН 6,0-6,5, отличающийся тем, что почвозаменители до обработки раствором едкого калия увлажняют 3-4 раза в сутки 0,08-0,1% водным раствором аммиака на протяжении 30-40 суток, а стерилизацию их осуществляют путем 2-4 разового смачивания 2,0-2,5% водным раствором аммиака в течение 3-5 суток.