Удобрение на основе полимерной матрицы
FERTILIZER BASED ON POLYMER MATRIX

Настоящее изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к применяемым в растениеводстве удобрениям на основе полимерной матрицы, содержащим комплекс элементов питания, необходимых для нормального роста и развития растений.
Проблема обеспечения растений различного происхождения элементами питания в течение периода вегетации решается использованием органических и минеральных удобрений.
-6
-4
Известно биоорганическое удобрение, содержащее переработанный посредством микробиологической ферментации помет птиц или животных, активный непатогенный микроорганизм или ассоциацию микроорганизмов в количестве до 0,2 мас.%, способных вызывать биодеградацию нефти и нефтепродуктов, а также стимулятор роста микроорганизмов в концентрации 1⋅10-1⋅10 мас.% [RU 2141932, МПК C05F 11/08, опубл. 27.11.1999].
Недостатками удобрения является его несбалансированность, а также незначительное содержание элементов питания, что приводит к необходимости повышения доз для внесения его в почву.
Применение в растениеводстве полимерных композиций, выполняющих функцию матрицы и обладающих пленкообразующими свойствами, позволяет снизить дозу вводимого удобрения за счет повышения адгезии распределенных в матрице питательных веществ к поверхности различных частей растений, а также частицам почвы.
Известно удобрение на основе полимерной матрицы, содержащей фрагменты карбоновых кислот, причем оно содержит не менее двух фрагментов мономеров, выбранных из следующей группы мономеров: акриловая кислота, метакриловая кислота, малеиновый ангидрид, N-виниламид, а также микроэлементы. [RU 2347789, МПК C08F 222/10, C05F 3/00, опубл. 27.02.2009].
Наиболее близким к заявленному изобретению является удобрение на основе полимерной матрицы, содержащее 30-93 мас.% фрагментов непредельных карбоновых кислот, выбранных из следующей группы мономеров: глутаминовой, метакриловой, акриловой, альгиновой, малеиновой, фумаровой, молочной кислот, 1,0-32,5 мас.% N-виниламида, а также содержит 0,7-62,7 мас.% солей, содержащих макроэлементы, выбранные из группы, в которую входят азот, фосфор и калий, и 0,01-0,1 мас.% микроэлементов - солей железа, меди, молибдена, цинка, бора, марганца, кобальта, магния или серу. [RU 2401824, МПК C05D 9/02, C05G 3/00, A01N 37/44, A01N 59/00 – прототип].
Указанные выше удобрения содержат комплекс макро- и микроэлементов, при этом они сохраняют свою эффективность в течение длительного времени как при некорневой подкормке, так и при традиционном введении в почву.
Недостатками указанных выше удобрений являются сравнительно невысокие показатели всхожести семян при совместном использовании с протравителями, а также большой расход пестицидов при их совместном использовании в случае применения воды жесткостью более 10 °Ж.
Задачей настоящего изобретения является создание удобрения на основе полимерной матрицы, содержащего комплекс макро- и микроэлементов, с устранением недостатков, присущих аналогам и прототипу.
Техническим результатом является повышение всхожести семян при использовании удобрения с протравителями, а также снижение нормы введения пестицидов при их совместном использовании с удобрением.
Технический результат достигается тем, что удобрение на основе полимерной матрицы содержит фрагменты карбоновых кислот, связанные, по меньшей мере, с одним макроэлементом, а также соли, содержащие макроэлементы и микроэлементы, при этом оно дополнительно содержит поли-N-виниллактам, причем, по меньшей мере, одна соль, содержащая макроэлементы, представляет собой сульфат аммония, а содержание компонентов составляет, мас. %:
Фрагменты карбоновых кислот, связанные, по меньшей мере, с одним макроэлементом
36,2 – 97,35
Соли, содержащие макроэлементы
0,7 – 62,7
Соли, содержащие микроэлементы
0,04 – 0,1
Поли-N-виниллактам
1 – 5,3
Существует вариант, где карбоновые кислоты выбраны из группы, в которую входят малеиновая, альгиновая, акриловая, метакриловая, себациновая, угольная и уксусная кислота.
Существует вариант, где макроэлементы выбраны из группы, в которую входят азот, фосфор, калий и сера.
Существует вариант, где микроэлементы выбраны из группы, в которую входят железо, медь, молибден, цинк, бор, марганец, кобальт и магний.
Особенностью удобрения является то, что значительные количества азота, фосфора и калия содержатся в нем в виде органоминеральных комплексов, распределённых в полимерной матрице. При этом матрица, включающая сшитые фрагменты карбоновых кислот и поли-N-виниллактам, обладает поверхностно-активными и адгезивными свойствами по отношению к поверхности листовой пластины, побега и стебля и способна депонировать, а затем пролонгировано снабжать элементами питания вегетирующее растение. Кроме того, за счет повышения работы адгезии, обусловленное введением в композицию поли-N-виниллактама, при использовании удобрения с протравителем на семенах увеличивается их всхожесть.  Следует также отметить, что присутствие в составе сульфата аммония позволило снизать норму ввода пестицидов при их совместном использовании с удобрением, поскольку присутствие в  полимерной матрице поли-N-виниллактама усиливает его действие, как адъюванта, за счет повышения адгезии удобрения к различным частям растения и, соответственно, пролонгации его действия по связыванию катионов железа и кальция, которые присутствуют как в воде жесткостью более 10 °Ж.
Удобрение обладает устойчивостью к воздействию разнообразных метеофакторов при выращивании урожая в неблагоприятных погодных условиях. В частности, удобрение устойчиво к инсоляции, а также воздействию осадков и ветровой эрозии.
Удобрение имеет постоянный качественный химический состав, что позволяет достоверно прогнозировать результаты его применения. Кроме того, оно позволяют эффективно осуществлять подкормку вне зависимости от кислотности и состава почвы с обеспечением пролонгированного действия.
Удобрение может быть эффективно использовано с различными баковыми смесями, что позволяет защитить обрабатываемые культуры от негативного воздействия со стороны насекомых и грибов.
Удобрение может использоваться при некорневой подкормке, предпосевной и заблаговременной обработке семян, а также путем непосредственного введения в почву.
Ниже приведены примеры осуществления изобретения.
Пример 1. В реактор емкостью 0,6 м³ заливали 186 кг 56% раствора малеината калия, засыпали 2,92 кг аллилового эфира пентаэритрита и добавляли сшивающий агент - 2,6 кг диоксисебацината калия. Полученную смесь при перемешивании нагревали до температуры 93°С, а затем после выдержки смеси в течение 2 часов добавляли частями, ранее приготовленные  15 кг 13% раствора карбамида в диэтаноламиноацетате, 5 кг 13% раствора сульфата аммония в воде, 0,05 кг коммерческого набора солей, содержащих микроэлементы (в состав набора входят следующие соли: сульфат железа, сульфат меди,  молибдат натрия, нитрат цинка, нитрат бора, сульфат марганца, фосфат кобальта, сульфат магния) и 13,2 литра 15% водного раствора гидроперекиси водорода, после чего нагревали смесь до 80°С в течение 6 часов. После завершения реакции добавляли 15 кг поли-N-винилактама, воду до общего объема 500 литров. Полученная композиция содержала 97,35 мас.% карбоновых кислот, связанных с макроэлементами, в числе которых азот и калий, 1,9 мас.% поли-N-винилактама, 0,7 мас.% солей, содержащих макроэлементы 0,05 мас.% солей содержащих микроэлементы, среди которых: железо, медь, молибден, цинк, бор, марганец, кобальт и магний.
Пример 2. В реактор емкостью 0,6 м³ заливали 348,0 кг 50% водного раствора альгината аммония, добавляли 24,3 кг сульфата аммония. Полученную смесь нагревали до 82°С и добавляли 2,3 кг 10% раствора персульфата аммония, 0,02 кг набора солей, содержащих микроэлементы по примеру 1, 14,0 кг 13% раствора карбамида, а затем выдерживали при 95°С в течение 3 часов. После чего добавляли 83,9 кг поли-N-виниллактама и водой доводили общий объем до 500 литров, охлаждали и готовый продукт расфасовывали. Конечный продукт содержал 92,961 мас.% фрагментов карбоновых, связанных с азотом, 5,3 мас.% поли-N-винилактама, 1,699% мас.% солей, содержащих макроэлементы, и 0,04 мас.% солей, содержащих микроэлементы по примеру  1.
Пример 3. В реактор емкостью 0,6 м³ заливали 186 кг 56% раствора акрилата калия и 52 кг 33% раствора метакрилата натрия, засыпали 2,92 кг аллилового эфира пентаэритрита и добавляли 2,6 кг диоксисебацината калия. Полученную смесь при перемешивании нагревали до температуры 93°С и добавляли 162 кг фосфата калия, 17,5 кг нитрата калия, 15,3 кг сульфата аммония, 18,4 кг 13% раствора карбамида, 0,25 кг набора солей, содержащих микроэлементов по примеру 1, и 12,0 литра 15% водного раствора гидроперекиси водорода. Полученную смесь нагревали до температуры 98°С, добавляли триэтаноламинацетат, выдерживали 2 часа, после чего добавляли 24 кг поли-N-винилактама доводили водой общий объем до 500 литров. После охлаждения готовый продукт расфасовывали. Полученная композиция содержала 36,2 мас.% фрагментов карбоновых кислот, связанных с макроэлементами, в числе которых азот, фосфор и калий, 1,0 мас.% поли-N-виниллактама, 62,7 мас.% солей, содержащих макроэлементы, и 0,1 мас.% солей, содержащих микроэлементы по примеру 1.
Эффективность использования удобрения по каждому примеру в отношении заявленного технического результата подтверждена экспериментальными данными.
Проведена оценка влияния на всхожесть семян и энергию прорастания (энергия прорастания характеризует дружность всходов семян через 3 суток) протравителя тебуконазола, взятого в отдельности,  так и при его совместном применении с удобрением «Зеленит-1», известного из документа [RU 2401824, МПК C05D 9/02, C05G 3/00, A01N 37/44, A01N 59/00], а также предлагаемым к патентованию удобрением по трем примерам осуществления.
Опыт проводили с использованием климатической камеры. Почва дерново-подзолистая, содержание гумуса 4-5 %, pH 5,4-5,5. Растения высаживались в сосуды по 30 растений на сосуд диаметром 25 см. Изучаемая культура – ячмень, сорт Московский 86, с нормой высева 6,0 млн./га всхожих семян. Урожай учитывали по каждому отдельному сосуду путем взвешивания сырой и сухой массы растений. Повторность в опыте – трехкратная. Схема проведения опыта, по которой были приготовлены 5 растворов, приведена в таблице 1. Результаты опыта приведены в таблице 2.
Таблица 1.
Схема проведения опыта по оценке влияния раздельного и совместного использования тебуконазола, удобрения «Зеленит-1» и предлагаемого к патентованию удобрения на всхожесть семян и энергию прорастания
Вариант
Обработка
1
Тебуконазол (60 г/л) 0,3 л/т – фон
2
Фон + Зеленит-1 0,5 л/т
3
Фон + Удобрение состава по примеру №1 0,3 л/т
4
Фон + Удобрение состава по примеру №2 0,3 л/т
5
Фон + Удобрение состава по примеру №3 0,3 л/т
Таблица 2
. Результаты опыта по оценке влияния раздельного и совместного использования тебуконазола, удобрения «Зеленит-1» и предлагаемого к патентованию удобрения на всхожесть семян и энергию прорастания
Вариант
№ сосуда
Всхожесть семян, %
Энергия прорастания, %
1
1
44,4
31,1
2
3
2
4
48,7
37,3
5
6
3
7
59,7
54,1
8
9
4
10
68,9
60,0
11
12
5
13
48,9
37,8
14
15
Как видно из таблицы 2, в результате использования предлагаемого к патентованию удобрения по трем примерам осуществления значения всхожести семян и энергии прорастания увеличились по отношению к контрольному варианту с чистым протравителем, а также смеси протравителя и удобрения «Зеленит-1».
Также проведено изучение влияния удобрения «Зеленит-1» и предлагаемого к патентованию удобрения по трем примерам осуществления на норму введения пестицида (фунгицида) на основе флуксапироксада при их совместном применении в целях обеспечения требуемых значений энергии прорастания, полевой и лабораторной всхожести семян, а также густоты стояния растений. Схема проведения опыта, по которой были приготовлены 5 растворов, приведена в таблице 3. Результаты опыта приведены в таблице 4.
Таблица 3
. Схема проведения опыта по оценке влияния удобрения «Зеленит-1» и предлагаемого к патентованию удобрения на энергию прорастания, всхожесть семян пшеницы  (семена пшеницы яровой Саратовская 42, семена пшеницы озимой Левобережная), густоту стояния растений и норму введения пестицида на основе флуксапироксада при совместном применении с удобрениями
Вариант
Обработка
1
Пестицид на основе флуксапироксада 0,5 л/т - фон
2
Фон 0,3 л/т + удобрение «Зеленит-1» 0,5 л/т
3
Фон 0,2 л/т + Удобрение по примеру №1 0,3 л/т
4
Фон 0,2 л/т + Удобрение по примеру №2 0,3 л/т
5
Фон 0,2 л/т + Удобрение по примеру №3 0,3 л/т
Таблица 4.
Результаты опыта по оценке влияния удобрения «Зеленит-1» и предлагаемого к патентованию удобрения на энергию прорастания, всхожесть семян пшеницы, густоту стояния растений и норму введения пестицида на основе флуксапироксада при совместном применении с удобрениями
Вариант
Энергия прорастания, %
Лабораторная всхожесть, %
Полевая всхожесть, %
Густота стояния растений, шт./м²
Яровая
Озимая
Яровая
Озимая
Яровая
Озимая
Яровая
Озимая<sup>1</sup>
1
88
90
83
82
91
92
338
382
2
82
83
81
80
90
92
332
374
3
86
90
84
82
90
92
342
384
4
94
96
86
84
92
96
348
392
5
82
84
81
79
88
90
334
372
Контроль
79
82
76
78
86
88
329
368
1
Густота стояния растений осенью.
Как видно из таблицы 4, использование предлагаемого к патентованию удобрения по каждому из примеров осуществления позволяет снизить норму (количество) введения пестицида на основе флуксапироксада по сравнению с удобрением «Зелинт-1» при достижении сопоставимых значений каждого из четырех исследуемых показателей. Следует также отметить, что в вариантах 3 и 4 значения каждого показателя оказались выше, чем при использовании удобрения «Зеленит-1», при этом в каждом из вариантов осуществления снижен расход самого удобрения.
Таким образом, содержание в составе удобрения поли-N-виниллактама в количестве 1 – 5,3 мас. %, а также сульфата аммония в качестве одной из солей, содержащих макроэлементы, позволяет осуществить предлагаемое к патентованию изобретение с достижением заявленного технического результата.
Из приведенных данных следует, что использование удобрения на основе полимерной матрицы, как средства для некорневых подкормок позволяет решать целый ряд стоящих перед сельскохозяйственным производителем задач: создавать комплексные системы минерального питания, резко повысить устойчивость продуктивного фитоценоза к неблагоприятным метеоусловиям, сократить количество используемых минеральных удобрений, повысить всхожесть семян, снизить норму введения пестицидов, а, следовательно, значительно повысить качество и количество урожая, а также рентабельность сельскохозяйственного производства.