НАНОСТРУКТУРНАЯ ВОДНО-ФОСФОРИТНАЯ СУСПЕНЗИЯ В КАЧЕСТВЕ ФОСФОРНОГО УДОБРЕНИЯ ПОД КУКУРУЗУ
NANO-STRUCTURED WATER-PHOSPHORITE SUSPENSION AS PHOSPHORUS FERTILISER FOR CORN

Изобретение относится к области создания неорганических удобрений и биологически активных веществ и может быть использовано в сельском хозяйстве для повышения урожайности ряда кормовых культур, в частности кукурузы.
В качестве фосфорного удобрения под различные культуры, в частности под кукурузу, известна фосфоритная мука, которая вносится в почву перед посевом в сочетании с фосфогипсом и аммиачной водой [1]. Недостатком этого вещества в указанном качестве является относительно большой его расход на единицу площади посева кормовых культур.
Известна также фосфоритная мука в качестве фосфорного удобрения под различные культуры, в частности под кукурузу путем внесения ее в почву перед посевом в количестве, необходимом для получения запрограммированной высокой урожайности данной культуры [2]. Недостатком данного вещества, которое по составу и достигаемому техническому эффекту является наиболее близким к заявляемому нами объекту и выбранного нами в качестве прототипа, также является относительно большой его расход на единицу площади посева кормовых культур.
Цель настоящего изобретения - создание фосфорного удобрения под кукурузу на основе природных фосфоритов со значительно меньшим (не менее чем в три раза) расходом на единицу посевной площади при сохранении прежней запрограммированной высокой урожайности данной культуры.
Декларируемая цель достигается путем использования в качестве фосфорного удобрения наноструктурной водно-фосфоритной суспензии, состоящей из наночастиц с размерами менее 100 нм, получаемой из природных фосфоритов посредством их измельчения, смешения с водой и последующей ультразвуковой диспергации. В результате использования такого вещества в качестве фосфорного удобрения имеет место резкое (в 8-10 раз) сокращение расхода фосфоритов на единицу посевной площади по сравнению с их расходом с использованием вещества-прототипа [2] при сохранении той же самой урожайности.
До настоящего времени в литературе не была кем-либо описана наноструктурная водно-фосфоритная суспензия, состоящая из наночастиц размером менее 100 нм, в качестве фосфорного удобрения под какие бы то ни было сельскохозяйственные культуры. Это обстоятельство дает нам основания утверждать, что заявляемый нами объект соответствует первому установленному патентным законодательством РФ критериальному признаку изобретения - новизна. Сопоставление известных признаков вещества-прототипа [2] и отличительных признаков, характеризующих заявляемый нами объект (а именно суспензирование фосфорита с водой и дробление его частиц до наноразмерного уровня методом ультразвуковой диспергации), не позволяют предсказать априори появления у него новых по сравнению с веществом-прототипом свойств, а именно указанного выше значительного сокращения расхода фосфоритов при сохранении прежнего уровня урожайности именно кукурузы. Данный факт позволяет сделать заключение, что заявляемый нами объект явным образом не следует из известного в данной отрасли техники уровня и стало быть соответствует второму установленному законодательством РФ критериальному признаку изобретения - изобретательский уровень. Предлагаемое нами фосфорное удобрение - наноструктурная водно-фосфоритная суспензия - достаточно легко может быть получено как в мелко-, так и крупнотоннажном масштабах; следовательно, заявляемому нами объекту присущ и третий установленный законодательством РФ критериальный признак изобретения - промышленная применимость.
Заявляемая на предмет изобретения наноструктурная водно-фосфоритная суспензия, состоящая из наночастиц размером менее 100 нм, в качестве фосфорного удобрения может быть продемонстрирована на нижеследующих примерах.
Пример 1 (приготовление наноструктурной водно-фосфоритной суспензии)
Фосфоритную муку, полученную из природных фосфоритов Сюндюковского месторождения Республики Татарстан, смешивают с дистиллированной или деионизированной (обессоленной) водой из расчета 20 г муки на 100 мл воды. Эту смесь затем обрабатывают ультразвуком в ультразвуковом диспергаторе УЗУ-0,25 мощностью 80 Вт при частоте 18.5 кГц с амплитудой колебаний ультразвукового волновода 5 мкм в течение (5-20) мин при комнатной температуре, в результате чего получается суспензия с размерами частиц фосфорита (5-95) нм. Полученную таким образом водно-фосфоритную суспензию далее используют по назначению в качестве фосфорного удобрения под кукурузу.
Пример 2
Приготавливают наноструктурную водно-фосфоритную суспензию по описанной в примере 1 технологии при времени выдержки водно-фосфоритной смеси в ультразвуковом диспергаторе 5 мин, после чего ее равномерно рассеивают по всей посевной площади под кукурузу Zea mays L. из расчета 100 кг на 1 га и запахивают в почву вместе с семенами данной культуры с помощью культиваторов. Выращивание урожая данной культуры (из расчета 50.000 растений на 1 га) ведут традиционным способом до формирования зеленой массы в течение 3 мес с момента сева, после чего снимают урожай и определяют уровень урожайности зеленой массы кукурузы в целом и по отдельным частям растений (початки, стебли, листья) в ц/га. Данные по урожайности для этого случая приведены в Таблице 1.
Пример 3
Осуществляют по общей схеме примера 2, но время выдержки водно-фосфоритной смеси в ультразвуковом диспергаторе устанавливают равным 10 мин. Данные по урожайности для этого случая представлены в Таблице 1.
Пример 4
Проводят по описанной в примере 2 технологии, но время выдержки водно-фосфоритной смеси в ультразвуковом диспергаторе устанавливают равным 20 мин. Данные по урожайности для этого случая показаны в Таблице 1.
Пример 5 (сравнительный)
Выполняют, как и пример 2, но время выдержки водно-фосфоритной смеси в ультразвуковом диспергаторе устанавливают равным 1 мин. Данные по урожайности зеленой массы кукурузы для этого случая см. в Таблице 1.
Пример 6 (сравнительный)
Выполняют, как и пример 2, но время выдержки водно-фосфоритной смеси в ультразвуковом диспергаторе устанавливают равным 30 мин. Данные по урожайности зеленой массы кукурузы для этого случая см. в Таблице 1.
Пример 7
Выполняют по описанной в примере 4 технологии, но наноструктурную водно-фосфоритную суспензию вносят в почву из расчета 300 кг/га. Данные по урожайности для этого случая показаны в Таблице 1.
Пример 8
Выполняют по описанной в примере 4 технологии, но наноструктурную водно-фосфоритную суспензию вносят в почву из расчета 500 кг/га. Данные по урожайности для этого случая приведены в Таблице 1.
Пример 9
Выполняют по описанной в примере 4 технологии, но наноструктурную водно-фосфоритную суспензию вносят в почву из расчета 800 кг/га. Данные по урожайности для этого случая показаны в Таблице 1.
Пример 10
Выполняют по описанной в примере 4 технологии, но наноструктурную водно-фосфоритную суспензию вносят в почву из расчета 1000 кг/га. Данные по урожайности для этого случая представлены в Таблице 1.
Пример 11 (по прототипу [2])
Фосфоритную муку, полученную из природных фосфоритов Сюндюковского месторождения Республики Татарстан, смешивают с карбамидом и фосфогипсом из расчета 75 г и 120 г соответственно на 100 г муки. Затем эту смесь в порошкообразном состоянии равномерно рассеивают по всей посевной площади под кукурузу Zea mays L. из расчета 1000 кг фосфоритной муки на 1 га, после чего запахивают в почву вместе с семенами данной культуры с помощью культиваторов. Выращивание урожая данной культуры ведут традиционным способом до формирования зеленой массы в течение 3 мес с момента сева, после чего снимают урожай и определяют уровень урожайности зеленой массы в целом и по отдельным частям растений (початки, стебли, листья) в ц/га. Данные по урожайности для этого случая также представлены в Таблице 1.
Пример 12 (по прототипу [2])
Выполняют по общей технологической схеме примера 11, но указанную в нем смесь вводят в почву в количестве 100 кг фосфоритной муки на 1 га. Данные по урожайности для этого случая также см. в Таблице 1.
Пример 13 (сравнительный, по прототипу [2])
Выполняют по общей технологической схеме примера 11, но карбамид и фосфогипс в почву не вводят. Данные по урожайности зеленой массы кукурузы для этого случая показаны в Таблице 1.
Пример 14 (сравнительный, по прототипу [2])
Выполняют по общей технологической схеме примера 11, но карбамид и фосфогипс в почву не вводят, а фосфоритную муку вводят в количестве 800 кг/га. Данные по урожайности для этого случая - в Таблице 1.
Пример 15 (сравнительный, по прототипу [2])
Выполняют по общей технологической схеме примера 11, но карбамид и фосфогипс в почву не вводят, а фосфоритную муку вводят в количестве 500 кг/га. Данные по урожайности для этого случая - в Таблице 1.
Пример 16 (сравнительный, по прототипу [2])
Выполняют по общей технологической схеме примера 11, но карбамид и фосфогипс в почву не вводят, а фосфоритную муку вводят в количестве 100 кг/га. Данные по урожайности зеленой массы кукурузы для этого случая также см. в Таблице 1.
Таблица 1
№ примера
Количество внесенного в почву
Урожайность зеленой массы кукурузы, ц/га
фосфорного удобрения, кг/га
початки
стебли
листья
всего
2
100
20.8
31.9
27.1
79.8
3
100
20.7
32.0
27.4
80.1
4
100
21.0
32.2
27.4
80.6
5 (сравнит.)
100
17.5
27.2
24.6
69.3
6 (сравнит.)
100
21.0
32.0
27.3
80.3
7
300
22.7
32.2
30.5
85.4
8
500
23.3
35.3
32.8
91.4
9
800
24.8
37.4
37.1
99.3
10
1000
26.2
37.8
36.6
100.6
11 (прототип)
1000
20.4
31.7
27.9
80.0
12 (прототип)
100
13.8
17.0
10.2
41.0
13 (сравнит., по прототипу)
1000
19.3
26.5
23.3
69.1
14 (сравнит., по прототипу)
800
18.5
25.5
23.7
67.7
15 (сравнит., по прототипу)
500
18.3
24.0
23.1
65.4
16 (сравнит., по прототипу)
100
12.5
16.0
9.5
38.0
Как можно видеть из приведенных в Таблице 1 данных, заявляемая нами в качестве фосфорного удобрения наноструктурная водно-фосфоритная суспензия обеспечивает достижение практически одинаковой урожайности зеленой массы кукурузы Zea mays L. по сравнению таковой для фосфоритной муки [2] при сокращении расхода удобрения на единицу посевной площади в 10 раз (см. примеры 2-4 и 11). Заметим в связи с этим, что аналогичные данные были получены нами и на других сортах кукурузы. При этом, что весьма важно, применение заявляемого нами объекта сопровождается еще и существенным улучшением условий труда, поскольку введение водно-фосфоритной суспензии в почву, в отличие от введения в нее фосфоритной муки, не требует специальной респираторной защиты органов дыхания от мелкодисперсных твердых микрочастиц фосфорита.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент РФ №2.185.716 (2000).
2. Патент РФ №2.097.366 (1997)(прототип).