Жидкое азотно-серосодержащее удобрение с модифицирующими добавками и способ его получения

Пироговская Галина Владимировна,Лапа Виталий Витальевич, Русалович Алексей Михайлович, Сороко Виктор Иванович, Исаева Олеся Ивановна, Хмелевский Сергей Станиславович, Костюкевич Василий Васильевич, Вовк Василий Иосифович, Серебряков Геннадий Федорович, Скулович Захар Борисович (BY) Изобретение относится к производству минеральных удобрений, в частности к производству жидких азотно-серосодержащих удобрений с модифицирующими добавками на химических предприятиях, и предназначено для применения в сельском хозяйстве при возделывании сельскохозяйственных культур, требовательных к сере. Приведены различные составы жидких азотно-серосодержащих удобрений с модифицирующими добавками (микроэлементами, в том числе в хелатной форме, регуляторами роста растений). Дана их агрохимическая эффективность в полевых опытах на дерново-подзолистых легкосуглинистых и рыхлосупесчаных почвах при возделывании картофеля, рапса, зерновых культур и кукурузы. Приводятся данные по влиянию заявляемых жидких азотно-серосодержащих удобрений с модифицирующими добавками на урожайность вышеуказанных культур и их качество. Установлено, что применение жидких азотносеросодержащих удобрений с модифицирующими добавками под картофель позволяет увеличить урожайность клубней на 20-72 ц/га, семян рапса - на 0,5-2,6, зерна зерновых культур (на примере ячменя и яровой пшеницы) - на 2,4-6,5, зеленой массы кукурузы на 18-63 ц/га, при одновременном улучшении качества продукции, по сравнению с жидким азотно-серосодержащим удобрением без модифицирующих добавок (прототипом).(71)(73) Заявитель и патентовладелец: РЕСПУБЛИКАНСКОЕ НАУЧНОЕ ДОЧЕРНЕЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ИНСТИТУТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ И АГРОХИМИИ"; РЕСПУБЛИКАНСКОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ Изобретение относится к области производства и применения минеральных удобрений, в частности к производству и применению жидких азотно-серосодержащих удобрений. В комплексе факторов формирования урожая и качества сельскохозяйственных культур важное значение имеет сбалансированное питание растений всеми необходимыми макро- и микроэлементами. Основными источниками азота для растений являются азот почвы (органические и минеральные его формы), удобрения, биологический азот (азот клубеньковых бактерий) и др. Необходимым элементом питания растений, наряду с азотом, фосфором и калием, является сера. Она входит в состав белков, растительных масел, ферментов, витаминов, фитонцидов, играет важную роль в окислительно-восстановительных процессах как в почве, так и в растениях, участвует в процессах дыхания, синтезе хлорофилла и ассимиляции нитратов растениями. Источниками серы для растений являются в основном соли серной кислоты, присутствующие в почве. Сера также может усваиваться листьями при некорневых подкормках по вегетирующим растениям. По данным отечественных ученых в последние годы в Беларуси складывается отрицательный баланс по сере (дефицит составляет 4,4-4,6 кг/га), что свидетельствует о необходимости применения серосодержащих удобрений под культуры, отзывчивые на серу, где сера является элементом, лимитирующим получение высоких урожаев сельскохозяйственных культур [1, 2]. Микроэлементы и регуляторы роста растений в жизни растений в значительной степени определяют интенсивность обмена веществ, снижают негативные стрессовые воздействия окружающей среды. Применение удобрений в комплексе с серой, микроэлементами и регуляторами роста растений является одним из наиболее важных факторов, влияющих на уровень продуктивности сельскохозяйственных культур и качество продукции. Применение микроэлементов способствует также повышению эффективности минеральных удобрений и прежде всего азотных. Роль микроэлементов возрастает с увеличением доз макроэлементов при интенсивной технологии возделывания сельскохозяйственных культур. Например, бор и медь улучшают поступление азота в растения. Медь входит в состав белков, ферментов, которые катализируют окислительные процессы. Много меди находится в семенах и жизнеспособных частях растения. Ее недостаток задерживает рост растений. Бор способствует улучшению углеводного обмена, прорастанию пыльцы,увеличению количество цветов. Без бора нарушается процесс созревания семян. Бор необходим растениям в течение всего периода развития. Марганец способствует передвижению фосфора из стареющих листьев к молодым. Он играет важную роль в механизме увеличения содержания сахаров. При отсутствии марганца в тканях растений повышается концентрация основных элементов минерального питания (азота, фосфора, калия). Марганец повышает способность тканей удерживать влагу [3]. Известно, что совместное применение азота, серы и микроэлементов положительно сказывается на накоплении масла в семенах рапса, увеличивает его содержание до 47,1-48,5% при 46,4% на контроле. Наибольший процент глюкозинолатов (на 0,34-0,76%) отмечен в вариантах с внесением удобрений содержащих серу, при содержании их в удобрениях без серы на уровне от 2,43 до 3,47% [4, 5]. Известно применение твердых и жидких серосодержащих удобрений под различные сельскохозяйственные культуры, в том числе гранулированных комплексных CAN+S 27:0:0:4+6 СаО; NPKS 16:16:16:8/15:15:15:10; NPS 14:34:0:8; 20:20:0:14; 16:21:0:14; NPKS 27:6:6:2/22:7:12:2; NPKS 21:10:10:2 и др. [6], жидких NPS = 8:21:3, 10:28:3, 8:18:3, 10:24:4, 8:20:3, 10:20:3 и 74:0:10 [7]. Известен способ получения жидкого азотного удобрения путем смешения карбамида, аммиачной селитры и последующего введения в состав микроэлементов [8]. Введение микроэлементов осуществляется путем предварительного их растворения в плаве аммиачной селитры, что усложняет технологию производства. Имеется также жидкое азотное удобрение и способ его получения, включающее карбамид, сульфат аммония, нитрат аммония и воду. Удобрение создано с целью максимального использования раствора сульфата аммония при сохранении содержания азота на уровне, обеспечивающем агрохимическую эффективность удобрения и сохранения его свойств при транспортировке и хранении. Недостатком этого удобрения является то, что оно содержит только азот и серу, не включает микроэлементы [9]. Известен также способ получения жидкого азотного удобрения, включающий смешение водных растворов карбамида и аммиачной селитры и введение в полученную смесь дополнительно, гуминосодержащей добавки на основе окси- или гидрогумата натрия, которая является стимулирующим веществом [10]. Недостатком указанного способа является то, что для получения азотного удобрения с гуминовым препаратом требуется организация производства его получения, что требует дополнительных капитальных и энергетических затрат. Известен также состав (патент GB 2076795) жидкого азотно-серосодержащего удобрения, включающий карбамид, аммиачную селитру, сульфат аммония, биологически активные вещества, фосфорсодержащее соединение и воду [11]. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к нашему решению является состав для получения жидкого азотно-серосодержащего удобрения и способ получения жидкого азотсодержащего удобрения [12 - прототип]. Технические задачи, которые не решаются прототипом,заключаются в том, что данные удобрения не содержат необходимые микроэлементы для отдельных сельскохозяйственных культур, что не обеспечивает формирование продукции высокого качества, при этом требуются дополнительные затраты на внесение микроэлементов, что экономически не выгодно. Сущность заявляемого изобретения Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка состава жидкого азотно-серосодержащего удобрения с модифицирующими добавками (микроэлементами, в том числе в хелатной форме) и способа его получения для основного внесения в почву и некорневых подкормок по вегетирующим растениям, что обеспечит получение высоких гарантированных урожаев с хорошими технологическими показателями качества продукции. Поставленная задача решается тем, что предложено жидкое азотно-серосодержащее удобрение, содержащее азот, серу и модифицирующие добавки (БАД, фосфорсодержащее соединение и воду), отличающееся тем, что соотношение N:S в удобрении составляет 1,0:(0,15-0,67) и оно дополнительно содержит В, Cu, Mn, Zn, Fe и, при необходимости, биологически активные добавки, в качестве которых используют регуляторы роста растений, полученные при переработке минерального сырья или отходов крахмальных производств и/или связующие, в качестве которых используют водорастворимый полимер ВРП или силикат натрия. Способ получения жидкого азотно-серосодержащего удобрения с модифицирующими добавками с соотношением N:S=1,0:(0,15-0,20) включает смешение водного раствора КАС 30-32% (или водного раствора карбамида гранулированного) и водного раствора сульфата аммония, отличается тем, что в качестве серосодержащего вещества используют раствор отходной серной кислоты с концентрацией 50-52%,при введении в него ортофосфорной 74%-ной кислоты с последующей нейтрализацией водным аммиаком, добавлением воды и получением 34-38,5%-ного раствора сульфата аммония, в который добавляют расчетное количество аммиачной селитры, затем расчетное количество карбамида, микроэлементов (В,Cu, Mn, Zn, Fe - в зависимости от культуры, для которой предназначено удобрение) в сульфатной или хелатной форме и перемешивают до полного растворения. Способ получения жидкого азотно-серосодержащего удобрения с модифицирующими добавками с соотношением N:S=1,0:0,67 включает смешение водного раствора КАС 30-32% (или водного раствора карбамида гранулированного) и водного раствора сульфата аммония, отличается тем, что в качестве серосодержащего вещества используют раствор отходной серной кислоты с концентрацией 50-52%, при введении в него ортофосфорной 74%-ной кислоты с последующей нейтрализацией водным аммиаком,добавлением воды и получением 30-35%-ного раствора сульфата аммония, в который добавляют расчетное количество карбамида, микроэлементов (В, Cu, Mn, Zn, Fe - в зависимости от культуры, для которой предназначено удобрение) в сульфатной или хелатной форме и перемешивают до полного растворения. Конкретные варианты предлагаемого изобретения, включающие известное решение (прототип),сведены в табл. 1. Таблица 1 Сравнительные данные по предлагаемым удобрениям и прототипу Изучение агрохимической эффективности новых форм жидких азотно-серосодержащих удобрений проводилось в течение 2008-2010 гг. в полевых опытах с картофелем, яровым рапсом, зерновыми культурами и кукурузой на дерново-подзолистой временно-избыточно увлажняемой легкосуглинистой почве,развивающейся на мощных лессовидных суглинках в СПК "Щемыслица" Минского района и дерновоподзолистой рыхлосупесчаной, подстилаемой с глубины 0,35 м рыхлым песком почве в СПК им. Суворова Узденского района Минской области. В качестве прототипа (базовых удобрений) использовались жидкие азотно-серосодержащие удобрения без модифицирующих добавок. Пример 1. Эффективность заявляемых азотно-серосодержащих удобрений с модифицирующими добавками при возделывании картофеля. Урожайность картофеля сорта Скарб на дерново-подзолистой рыхлосупесчаной почве (СПК им Суворова Узденского района Минской области) составила на фоновом варианте 341 ц/га, в вариантах с азотно-серосодержащими удобрениями без добавок (прототипе) - 576-588 ц/га, а в вариантах с азотносеросодержащими удобрениями с модифицирующими добавками - от 599 до 660 ц/га, с прибавками к прототипу - от 20 до 72 ц/га. Таблица 2 Влияние азотно-серосодержащих удобрений с модифицирующими добавками на урожайность клубней картофеля сорта Скарб на дерново-подзолистой рыхлосупесчаной почве (СПК им. Суворова Узденского района Минской области) Качество клубней картофеля в опыте оценивалось по содержанию крахмала, нитратов и количеству товарных клубней (сумма крупной, средней и семенной фракций), табл. 3. Таблица 3 Влияние азотно-серосодержащих удобрений с модифицирующими добавками на качество клубней картофеля сорта Скарб на дерново-подзолистой рыхлосупесчаной почве (СПК им. Суворова Узденского района Минской области) Содержание крахмала в клубнях картофеля в условиях 2010 г. было низким, что обусловлено высоким урожаем в опыте. Наибольшее содержание крахмала в клубнях отмечено в контрольном варианте 11,0%, все удобрения снижали содержание крахмала, в частности при внесении азотно-серосодержащих удобрений без микроэлементов (прототип) содержание крахмала составляло 10,2-10,4%. При использовании удобрения N:S=12:8 с модифицирующими добавками содержание крахмала повышалось до 10,310,9%, соответственно N:S=(20-24):4,0 с модифицирующими добавками - от 10,4 до 10,6%. Содержание нитратов в клубнях картофеля в вариантах с заявляемыми удобрениями находилось в пределах от 64 до 152 мг/кг сырого вещества, с удобрениями по прототипу - 137 и 149 мг/кг сырого вещества. Товарность клубней при внесении удобрений по прототипу составляла 95,9-94,7%, при внесении азотно-серосодержащих удобрений с модифицирующими добавками - от 95,1 до 97,0%. Показатели химического состава клубней картофеля (содержание азота, фосфора, калия, кальция,магния) в значительной степени зависели от внесения удобрений, табл. 4. Таблица 4 Влияние азотно-серосодержащих удобрений с модифицирующими добавками на химический состав клубней картофеля сорта Скарб на дерново-подзолистой рыхлосупесчаной почве (СПК им. Суворова Узденского района Минской области) Минимальное содержание азота в клубнях отмечено в контрольном варианте - 1,59%. Внесение азотно-серосодержащих удобрений без добавок повысило содержание азота до 1,78-1,96%, при внесении азотно-серосодержащих удобрений с модифицирующими добавками этот показатель был на уровне от 1,79 до 2,03%. Содержание калия также было наименьшим, на контрольном варианте - 2,94%, в удобренных вариантах содержание калия повышалось до уровня 3,07-3,34%. Концентрация других химических элементов в клубнях картофеля была более стабильной и находилась на уровне: фосфора - 0,61-0,69%; кальция - 0,02-0,03%; магния - 0,03-0,05%. Пример 2. Эффективность заявляемых азотно-серосодержащих удобрений с модифицирующими добавками при возделывании рапса. Урожайность семян ярового рапса сорта Янтарь на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве(СПК "Щемыслица" Минского района Минской области) в условиях 2010 г. была невысокой и составила в вариантах с азотно-серосодержащими удобрениями по прототипу - 13,8-14,1 ц/га, в вариантах с заявляемыми удобрениями -14,3-16,4 ц/га. Содержание жира в зависимости от вариантов опыта изменялось в пределах от 35,37 до 36,13%, табл. 5. Содержание химических элементов в семенах рапса составило: азота - 1,85-2,93%; фосфора - 0,600,68%; калия - 0,95-1,42%; кальция - 0,23-0,30%; магния - 0,33-0,44%. Таблица 5 Влияние азотно-серосодержащих удобрений с модифицирующими добавками на урожайность семян ярового рапса на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве (СПК "Щемыслица") В табл. 6 представлено влияние азотно-серосодержащих удобрений с модифицирующими добавками на содержание жирных кислот в семенах рапса. Сумма жирных кислот при внесении азотносеросодержащих удобрений по прототипу составила 94,8 и 96,6%. Внесение азотно-серосодержащих удобрений с модифицирующими добавками способствует увеличению содержания жирных кислот в масле до 95,3-98,1%, что свидетельствует об улучшении качества продукции, табл. 6. Таблица 6 Влияние заявляемых удобрений на состав жирных кислот в масле ярового рапса сорта Янтарь, возделываемого на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве (СПК "Щемыслица", 2010 г.)(В 0,104, Cu0,064, Mn0,064). Пример 3. Эффективность заявляемых азотно-серосодержащих удобрений с модифицирующими добавками при возделывании зерновых культур. Установлено, что применение жидких азотно-серосодержащих удобрений (N:S=12:8, соотношениеN:S=1,0:0,67) с модифицирующими добавками на ячмене при внесении их в основное внесение в дозе N6,на фоне Р 40 К 90 и в подкормку (N30) на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве увеличивало урожайность зерна на 2,4-6,5 ц/га, на яровой пшенице - на 2,5-4,9 ц/га по равнению с прототипом, табл. 7. Таблица 7 Влияние азотно-серосодержащих удобрений с модифицирующими добавками на урожайность ячменя и яровой пшеницы на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве (СПК "Щемыслица") Химический состав зерна яровой пшеницы по вариантам опыта изменялся незначительно и был в пределах - N общ - 2,96-3,05%, N белкового - 12,5-12,7%. Пример 4. Эффективность заявляемых азотно-серосодержащих удобрений с модифицирующими добавками при возделывании кукурузы. Применение азотно-серосодержащих удобрений с модифицирующими добавками при возделывании кукурузы сорта дельфин на дерново-подзолистой рыхлосупесчаной почве обеспечило повышение урожайности зеленой массы на 18-63 ц/га (в зависимости от формы удобрения), табл. 8. Таблица 8 Влияние азотно-серосодержащих удобрений с модифицирующими добавками на урожайность зеленой массы кукурузы на дерново-подзолистой рыхлосупесчаной почве (СПК им. Суворова" Узденского района Минской области), 2009 г. Приведенные данные свидетельствуют о перспективности предлагаемых жидких азотносеросодержащих удобрений модифицированных необходимыми микроэлементами, или микроэлементами совместно с регуляторами роста растений при возделывании пропашных культур (картофель, технических (рапс), зерновых культур и кукурузы). Введение в состав жидких азотно-серосодержащих удобрений указанных модифицирующих добавок в заявляемых количествах позволяет повысить урожайность клубней картофеля, семян рапса, зерна и зеленой массы кукурузы и обеспечить более высокое качество получаемой продукции, по сравнению с азотно-серосодержащим удобрением без модифицирующих добавок (прототипом). Предлагаемые жидкие азотно-серосодержащие удобрения с модифицирующими добавками отвечают критериям новизны, заключающейся в сочетании, количественном содержании модифицирующих добавок в удобрении и обеспечивают получение высококачественной продукции возделываемых культур. Предлагаемые жидкие азотно-серосодержащие удобрения с модифицирующими добавками отвечают критерию изобретательского уровня, так как позволяют получать новые азотно-серосодержащие удобрения, включающие наряду с азотом серу, микроэлементы (в том числе в хелатной форме), а при необходимости и регуляторы роста растений, которые предназначены для внесения в основную заправку почвы и подкормок, на культурах, отзывчивых на внесение серосодержащих удобрений, что, в целом,положительно сказывается на повышении урожайности и качества продукции. Предлагаемые жидкие азотно-серосодержащие удобрения с модифицирующими добавками отвечают критерию "промышленной применимости" на том основании, что производство предлагаемых комплексных удобрений предполагается на РУП "СПО "Химволокно" (г. Светлогорск, Республика Беларусь), возможно и других предприятиях. Литература. 1. Агрохимия: учебник/И.Р. Вильдфлуш, С.П. Кукреш, В.И. Ионас и др. - 2-е изд., доп. и перераб. Мн.: Ураджай, 2001, 488 с. 2. Справочник агрохимика/В.В. Лапа, Н.И. Смеян, И.М. Богдевич и др.//Минск, "Белорусская наука", 2007, 390 с. 3. Основы химической регуляции роста и продуктивности растений/Муромцев Г.С., Чкаников Д.И.,Кулаева О.П., Гамбург К.З. - М.: Агропромиздат, 1987, 383 с. 4. Курганская С.Д. Действие микроэлементов и серы на содержание масла и глюкозинолатов в семенах ярового рапса/С.Д. Курганская//Почва-удобрения-плодородие: мат-лы. Междунар. науч.-практ. конф. - Мн., 1999, с. 108. 5. Маковский Н. Озимый рапс - управление посевами в осенний период/Н. Маковский// 2001,3, с. 4-6. 6. ///http://www.timeforsulphur.com/ru/catalogue/hfrt/27 7. Кореньков Д.А. Продуктивное использование минеральных удобрений/Д.А. Кореньков. - М.: Россельхозиздат, 1985, 221 с. 8. А.с. СССР 1279982, МКИ С 05D 9/02, 1983. 9. Патент РБ ВУ( 11) 3173 С 1, С 05 С 9/00, С 05 С 13/00, опубл. 12.30.1999. 10. Патент РБ ВУ(11) 884 С 1, С 05D 9/02, С 05 С 13/00, опубл. 15.12.1995. 11. GB 2076795 А, 1981. 12. Патент РБ ВУ 9524. Состав для получения жидкого азотно-серосодержащего удобрения и способ получения жидкого азотсодержащего удобрения/заяв. 04.04.07; опуб. 31.08.2007//(БАД, фосфорсодержащее соединение и воду), отличающееся тем, что соотношение N:S в удобрении составляет 1,0:(0,15-0,67) и оно дополнительно содержит В, Cu, Mn, Zn, Fe и, при необходимости, биологически активные добавки, в качестве которых используют регуляторы роста растений, полученные при переработке минерального сырья или отходов крахмальных производств, и/или связующие, в качестве которых используют водорастворимый полимер ВРП или силикат натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%: 2. Способ получения жидкого азотно-серосодержащего удобрения с модифицирующими добавками с соотношением N:S=1,0:0,15 по п.1, включающий смешение водного раствора КАС 30-32% (или водного раствора карбамида гранулированного) и водного раствора сульфата аммония, отличающийся тем, что в качестве серосодержащего вещества используют раствор отходной серной кислоты с концентрацией 50-52%, при введении в него ортофосфорной 74%-ной кислоты с последующей нейтрализацией водным аммиаком, добавлением воды и получением 34-38,5%-ного раствора сульфата аммония, в который добавляют расчетное количество аммиачной селитры, затем расчетное количество карбамида, микроэлементов (В, Cu, Mn, Zn, Fe - в зависимости от культуры, для которой предназначено удобрение) в сульфатной или хелатной форме и перемешивают до полного растворения. 3. Способ получения жидкого азотно-серосодержащего удобрения с модифицирующими добавками с соотношением N:S=1,0:0,67 по п.1, включающий смешение водного раствора КАС 30-32% (или водного раствора карбамида гранулированного) и водного раствора сульфата аммония, отличающийся тем, что в качестве серосодержащего вещества используют раствор отходной серной кислоты с концентрацией 50-52%, при введении в него ортофосфорной 74%-ной кислоты с последующей нейтрализацией водным аммиаком, добавлением воды и получением 30-35%-ного раствора сульфата аммония, в который добавляют расчетное количество карбамида, микроэлементов (В, Cu, Mn, Zn, Fe - в зависимости от культуры,для которой предназначено удобрение) в сульфатной или хелатной форме и перемешивают до полного растворения.