СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТИМУЛЯТОРА РОСТА РАСТЕНИЙ ИЗ НИЗИННОГО ТОРФА
METHOD OF PRODUCTION OF PLANT GROWTH STIMULATOR FROM LOWLAND PEAT

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при получении ростовых веществ природного происхождения и при выращивании различных сельскохозяйственных культур.
Известен способ получения гумата натрия [RU 2191798 C1, 2002], заключающийся в том, что исходный материал (торф) с естественной влажностью просеивают до размера частиц не более 3 мм. Фасуют его вместе с реагентом NaOH в пакеты из нетканого гигроскопичного материала, причем NaOH помещают в отдельный пакет также из нетканого гигроскопического материала. Пакеты с торфом и реагентом NaOH плотно укупоривают. Для получения маточного раствора пакет с торфом и NaOH помещают в емкость, заливают водой, нагретой до 60-65°C, в соотношении исходный материал/жидкость 1:20-1:25. Надавливают на пакет до намокания. Емкость плотно закрывают и настаивают в течение 5 ч. Затем тщательно перемешивают жидкость в емкости. Пакет отжимают и вынимают из емкости. Объем пакета для реагента NaOH выбирают в два раза больше объема этого реагента. Объем пакета для торфа в 3-3,5 раза больше объема торфа. На 1 кг исходного материала используют 100-120 г NaOH.
К недостаткам способа получения следует отнести:
2) высокий гидромодуль в торфощелочной суспензии 1:(20-25), что позволяет получить жидкий целевой продукт.
3) низкая температура процесса (60-65°C), что обедняет химический состав целевого продукта - маточного раствора гумата натрия, снижает его стерильность и срок хранения.
4) невысокая биологическая активность из-за отсутствия необходимого растениям для роста и развития азота.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения стимулятора роста растений (гуминового удобрения из торфа Гумостим) [RU 2213452 С2, 2003], взятый за прототип. Способ включает обработку торфа водным раствором аммиака и перекиси водорода при нагревании, отделение жидкой фазы и ее сушку. Перед обработкой торфа водным раствором аммиака и перекиси водорода в него добавляют воду до достижения гидромодуля 9,5:1. В полученную суспензию добавляют 20-50% концентрированного водного аммиака и 20-30% концентрированного раствора перекиси водорода на абсолютно сухую массу торфа.
Основным недостатком прототипа-стимулятора роста растений является то, что он содержит большое количество водного аммиака, что обеспечивает высокую реакцию среды (pH 8-9), неблагоприятную для прорастания семян, невысокую биологическую активность из-за высокого содержания азота, особенно при применении его для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур.
Техническая задача - разработать способ получения стимулятора роста растений из низинного торфа с высокой зольностью (40-60%) и низким содержанием гуминовых кислот (на уровне 14-19%).
Задача решается тем, что способ получения стимулятора роста растений из низинного торфа заключается в щелочном гидролизе низинного торфа водным раствором аммиака в присутствии перекиси водорода при нагревании и с последующим отделением жидкой фазы.
Новизной является то, что низинный торф с зольностью 40-60% и содержанием гуминовых кислот 14-19% смешивают с водой в соотношении 1:(6-8), а затем смешивают с водным аммиаком в дозе 15-19% и перекисью водорода в дозе 15-19% на абсолютно сухое вещество торфа.
Кроме того, щелочной гидролиз проводят при нагревании до 110-140°C в течение 4-4,5 часов.
При этом жидкую фазу сушат всеми известными способами сушки жидких препаратов, например лиофильной сушкой, или концентрируют в вакууме до получения сухого остатка, или выпаривают на водяной бане.
Выбранный за основу способ получения стимулятора роста растений - прототип - наряду с указанными выше недостатками обладает определенными достоинствами: повышенным содержанием гуминовых кислот, валового азота, необходимого растениям, и имеет благоприятную реакцию среды для роста и развития растений.
Следует отметить, что для получения заявляемого стимулятора роста растений целесообразно применять низинный торф с содержанием 40-60% золы и 14-19% гуминовых кислот.
Количественные соотношения входящих в состав заявляемого стимулятора роста растений ингредиентов обоснованы тем, что при выходе за границы заявленного интервала не обеспечивается повышения выхода целевого продукта и его биологической активности.
Выбор низинного торфа с высокой зольностью и низким содержанием гуминовых кислот для получения стимулятора роста растений обусловлен тем, что на торфяных месторождениях некоторых областей, например Пензенской области, отсутствуют торфы с нормальной зольностью и высоким содержанием гуминовых кислот.
Другим достоинством заявляемого способа получения стимулятора роста растений является то, что он получен обработкой низинного торфа водным раствором аммиака, что обеспечивает присутствие в нем азота без дополнительного внесения азотсодержащих удобрений, необходимого для интенсивного роста и развития растений и повышения биологической активности.
Достоинством заявляемого стимулятора роста растений является то, что он получен обработкой низинного торфа водным раствором аммиака в присутствии перекиси водорода, что обеспечивает окисление промежуточных продуктов разложения органического вещества торфа до органических кислот, что подтверждается повышением содержания карбоксильных групп в 5,3 раза (4,8 мг-экв./г) по сравнению с гуматом натрия (0,9 мг-экв./г, полученным из того же торфа, но без применения перекиси водорода.
Выбранное соотношение смешивания низинного торфа с водой 1:(6-8) обеспечивает максимальный выход гуминовых кислот из торфа с высокой зольностью и низким содержанием гуминовых кислот.
Более низкая доза аммиака и перекиси водорода позволяет получить гуминовый препарат с благоприятной реакцией среды для роста и развития растений, прежде всего, при обработке семян и низкой себестоимостью.
Гуминовый препарат из торфа «Гумостим», разрешенный к продаже, содержит в своем составе 1% гуминовых кислот, поэтому конечным продуктом способа является именно получение препарата с данной концентрацией. Для получения такого препарата из маточного раствора, содержащего 1,43% гуминовых кислот, полученного из низинного торфа с содержанием 40-60% золы и 14-19% гуминовых кислот, маточный раствор разбавляется дистиллированной водой в 1,43 раза.
Ниже приведены примеры получения из низинного торфа с зольностью 40-60% и с содержанием гуминовых кислот 14-19% маточных растворов нового гуминового препарата, содержащих максимально возможное содержание гуминовых кислот для данного торфа.
В низинный торф перед обработкой водным раствором аммиака и перекиси водорода добавляют воду в соотношении 1:(6-8). Это дает лучшую смачиваемость торфа. Дозы водного аммиака и раствора перекиси водорода с концентрациями соответственно 15-19% обеспечивают максимальный выход гуминовых кислот из торфа.
Максимальный выход гуминовых кислот из торфа и стерильность конечного продукта также обеспечиваются нагреванием торфощелочной суспензии в диапазоне температур от 110°C до 140°C. Повышать температуру экономически нецелесообразно, а проведение процесса при температуре ниже 110°C приводит к снижению выхода гуминовых кислот.
Заявляемый способ получения стимулятора роста растений из низинного торфа с содержанием 40-60% золы и 14-19% гуминовых кислот описан в примерах 1-7.
Получение гуминовых препаратов проведено на лабораторном экстракторе, в котором объем торфощелочной суспензии составляет 5 л, и на опытном экстракторе, в котором объем торфощелочной суспензии составляет 30 л.
Пример 1. Способ получения стимулятора роста растений из низинного торфа, описанный в прототипе. Отличительная особенность заключалась в том, что использован низинный торф с содержанием золы 50,1%, гуминовых кислот 14,7%. Низинный торф, измельченный на универсальной мельнице, вносился в лабораторный экстрактор в дозе 500 г в пересчете на абсолютно сухое вещество (а.с.в.) или 1013 г сырого торфа с влажностью 50,6%, заливался водой объемом 4240 мл. Соотношение смешивания низинного торфа с водой 1:10. Полученная водная суспензия торфа тщательно перемешивалась до полного смачивания торфа водой. Крышка экстрактора закрывалась, включалась мешалка. В экстрактор сначала заливалось при постоянном перемешивании 125 мл 25%-ного раствора водного аммиака, затем 125 мл 38%-ной перекиси водорода. Доза водного аммиака и перекиси водорода в торфощелочной суспензии составила 25% на а.с.в. торфа. Концентрация аммиака в торфощелочной суспензии составила 0,62%, перекиси водорода  0,95%. Процесс экстракции гуминовых кислот из торфа аммиаком осуществлялся при постоянном перемешивании суспензии мешалкой при 110-140°C в течение 4-4,5 часов под давлением 2-4 атм. Получено 4400 мл жидкой фазы (готового целевого продукта) с содержанием гуминовых кислот 1,16%. Выход гуминовых кислот из торфа составил 69,4% в пересчете на объем 4400 мл или 78,9% в пересчете на общий объем жидкой фракции 5000 мл, степень извлечения жидкой фракции от объема торфощелочной суспензии (4400/5000) составила 88%.
Объем гуминового препарата в пересчете на содержание в нем 1% гуминовых кислот составил 5100 мл. В нем содержалось явное избыточное количество водного аммиака: реакция среды была высока (pH 10), и ощущалось выделение аммиака в воздух из-за низкого содержания гуминовых кислот, которые связывают аммонийный (аммиачный) азот.
Для снижения реакции среды (pH) в целевом продукте в примерах 2-7 доза водного аммиака и перекиси водорода снижена до 15-19% на а.с.в. торфа, для повышения выхода целевого продукта соотношение смешивания низинного торфа с водой 1:(6-8).
Пример 2. Получение гуминового препарата осуществлялось по методике примера
1. Отличия заключались в том, что использован низинный торф с содержанием золы 50%, гуминовых кислот 14,7%. Доза водного аммиака и перекиси водорода снижена до 15% на а.с.в. торфа, соотношение смешивания низинного торфа с водой 1:6, навеска торфа увеличена в 1,5 раза (1500 г торфа с влажностью 50,6%, в том числе 740,55 г а.с.в. торфа). Концентрация аммиака в торфощелочной суспензии составила 0,55%, перекиси водорода 0,84%. Получено 4400 мл жидкой фракции с содержанием 1,43% гуминовых кислот.
Выход гуминовых кислот из общего содержания гуминовых кислот в торфе составил 57,8% в пересчете на объем 4400 мл или 65,7% в пересчете на общий объем жидкой фракции 5000 мл, степень извлечения жидкой фракции от объема торфощелочной суспензии (4400/5000) составила 88%.
Объем гуминового препарата в пересчете на содержание в нем 1% гуминовых кислот составил 6290 мл. Реакция среды была оптимальной (pH 7,5). Запах аммиака практически не ощущался.
Пример 3. Получение гуминового препарата осуществлялось по методике примера
2. Отличия заключались в том, что использован низинный торф с зольностью 40%, содержанием гуминовых кислот 14,7%. Доза водного аммиака и перекиси водорода составила 15%, соотношение смешивания низинного торфа с водой 1:6. Получено 4300 мл жидкой фракции с содержанием 1,40% гуминовых кислот.
Выход гуминовых кислот из общего содержания гуминовых кислот в торфе составил 55,3% в пересчете на объем 4400 мл или 64,3% в пересчете на общий объем жидкой фракции 5000 мл, степень извлечения жидкой фракции от объема торфощелочной суспензии (4400/5000) составила 88%.
Объем гуминового препарата в пересчете на содержание в нем 1% гуминовых кислот составил 6160 мл. Реакция среды была оптимальной (pH 7,5). Запах аммиака практически не ощущался.
Пример 4. Получение гуминового препарата осуществлялось по методике примера 2. Отличия заключались в том, что использован низинный торф с содержанием 60% золы, 14,7% гуминовых кислот. Доза водного аммиака и перекиси водорода составила 15% на а.с.в. торфа, соотношение смешивания низинного торфа с водой 1:6. Получено 4350 мл жидкой фракции с содержанием 1,39% гуминовых кислот.
Выход гуминовых кислот из общего содержания гуминовых кислот в торфе составил 55,5% в пересчете на объем 4400 мл или 63,8% в пересчете на общий объем жидкой фракции 5000 мл, степень извлечения жидкой фракции от объема торфощелочной суспензии (4400/5000) составила 88%.
Объем гуминового препарата в пересчете на содержание в нем 1% гуминовых кислот составил 6050 мл. Реакция среды была оптимальной (pH 7,5). Запах аммиака практически не ощущался.
Пример 5. Получение гуминового препарата проведено по примеру 2. Отличия заключались в том, что процесс протекал в опытном экстракторе, общий объем которого составлял 63 л, использован низинный торф с зольностью 50%, содержанием 14,7% гуминовых кислот. Навеска торфа составила 7,085 кг с влажностью 50,6%, в том числе 3,75 кг а.с.в. торфа. Доза водного аммиака и перекиси водорода составила 15%, соотношение смешивания низинного торфа с водой 1:8. Общий объем жидкой фазы в торфощелочной суспензии 30 л. Получено 20 л жидкой фракции с содержанием 1,43% гуминовых кислот.
Выход гуминовых кислот из общего содержания гуминовых кислот в торфе составил 51,9% в пересчете на объем 20 л или 77,3% в пересчете на общий объем жидкой фракции 30 л, степень извлечения жидкой фракции от объема торфощелочной суспензии (20/30) составила 66,7%.
Объем гуминового препарата в пересчете на содержание в нем 1% гуминовых кислот составил 28,6 л. Реакция среды была оптимальной (pH 7,5). Запах аммиака практически не ощущался.
Пример 6. Способ извлечения гуминовых кислот из низинного торфа аналогичен примеру 5. Отличия заключались в том, что использован низинный торф с зольностью 50%, с содержанием гуминовых кислот 14,7%. Доза водного аммиака и перекиси водорода составила 19%, соотношение смешивания низинного торфа с водой 1:8. Концентрация аммиака в торфощелочной суспензии достигала 0,58%, перекиси водорода 0,89%. Получено 19 л жидкой фракции с содержанием 1,40% гуминовых кислот.
Выход гуминовых кислот из общего содержания гуминовых кислот из торфа составил 47,9% в пересчете на объем 19 л или 75,7% в пересчете на общий объем жидкой фракции 30 л, степень извлечения жидкой фракции от объема торфощелочной суспензии (21/30) составила 70%.
Объем гуминового препарата в пересчете на содержание в нем 1% гуминовых кислот составил 26,6 л. Реакция среды была оптимальной (pH 7,9). Запах аммиака практически не ощущался.
Пример 7. Способ извлечения гуминовых кислот из низинного торфа аналогичен примеру 5. Отличия заключались в том, что использован низинный торф с зольностью 50%, содержанием гуминовых кислот 19%. Доза водного аммиака и перекиси водорода составила 19%, соотношение смешивания низинного торфа с водой 1:8. Концентрация аммиака в торфощелочной суспензии достигала 0,58%, перекиси водорода 0,89%. Получено 21 л жидкой фракции с содержанием 1,86% гуминовых кислот.
Выход гуминовых кислот из общего содержания гуминовых кислот в торфе составил 54,8% в пересчете на объем 21 л или 78,3% в пересчете на общий объем жидкой фракции 30 л, степень извлечения жидкой фракции от объема торфощелочной суспензии (21/30) составила 70%.
Объем гуминового препарата в пересчете на содержание в нем 1% гуминовых кислот составил 39,1 л. Реакция среды была оптимальной (pH 7,9). Запах аммиака практически не ощущался.
По результатам исследований максимальное содержание гуминовых кислот в готовом целевом продукте получено при следующих параметрах процесса щелочного гидролиза низинного торфа: температура процесса 110-140°C, длительность процесса 4-4,5 часа, доза водного аммиака и перекиси водорода 15-19% от а.с.в. торфа, соотношение смешивания низинного торфа с водой 1:(6-8). При таких параметрах щелочного гидролиза торфа объем маточного раствора гуминового препарата повысился на 25-40%.
В таблице 1 приведен химический состав гуминового препарата из низинного торфа Пензенской области с зольностью 50% и содержанием гуминовых кислот 14,7% при следующих технологических параметрах: соотношение смешивания низинного торфа с водой 1:8, доза водного аммиака и перекиси водорода 15%. Для сравнения приведен химический состав гуминового препарата Гумостим по прототипу. Анализ результатов определения химического состава гуминового препарата из низинного торфа Пензенской области показал, что препарат содержит в меньшей степени макро-, микроэлементов, клетчатки, жира, протеина, но обогащен в большей степени аминокислотами, витаминами, железом, золой по сравнению с Гумостимом из низинного торфа Томской области
Оценка биологической активности Гумостима проведена известными методами биотестирования: 1) по влиянию препарата на посевные свойства семян пшеницы, пророщенных в чашках Петри на фильтровальной бумаге по ГОСТ 12038-84, 2) на начальный рост и развитие проростков пшеницы, выращенных в пробирках на растворах, содержащих препарат. Интервал исследуемых концентраций препарата колебался в пределах 0,001-0,0001% гуминовых кислот.
Таблица 1
Химический состав гуминового препарата из низинного торфа с зольностью 50,1%, содержанием 14,7% гуминовых кислот, гуминового удобрения из торфа Гумостим - прототипа
Показатели
Гуминовый препарат из низинного торфа, содержащего 50,1% золы, 14,7% гуминовых кислот, сухой препарат
Гумостим из низинного торфа - прототип - сухой препарат
Содержание воды в жидком препарате, %
97,73
95,60
Содержание сухого вещества, %
2,27
5,30
Содержание золы, %
0,31
0,19
Содержание органического вещества, %
4,27
Содержание гуминовых кислот, % в растворе
1,43
4,5
Содержание жира, %
0,02
0,54
Содержание протеина, %
0,83
32,97
Содержание клетчатки, %
0,81
46,50
Содержание сахара, %
-
0,92
Содержание крахмала, %
1,00
Содержание аминокислот, в том числе:
% на сухое вещество
% на сухое вещество
Аспарагин
0,03
0,80
Треонин
0,17
0,36
Серин
0,56
0,45
Глутамин
0,50
0,92
Пролин
-
1,41
Глицин
0,25
0,45
Аланин
0,00
0,40
Валин
0,22
0,53
Метионин
0,09
0,20
Изолейцин
0,23
0,32
Лейцин
0,00
0,32
Тирозин
0,17
0,27
Фенилаланин
0,35
0,43
Гистидин
0,25
0,94
Лизин
0,33
0,58
Аргинин
1,14
0,68
Содержание витаминов, мг/кг, в том числе:
А
8,71
Е
7,88
7,06
В1
0,80
1,41
В2
2,36
4,24
В3
5,74
2,82
В5
19,58
9,64
В6
1,58
1,41
Содержание макроэлементов, в том числе:
%
%
Азот, %
0,13
5,28
Фосфор, %
0,02
0,29
Калий, г/кг
0,02
0,36
Кальций, %
0,02
2,57
Магний, г/кг
0,06
1,79
Железо, мг/кг
970,4
970,4
Содержание микроэлементов, мг/кг, в том числе:
Марганец
20,40
155,00
Медь
0,20
10,00
Цинк
0,70
18,70
Стимулирующую активность заявляемого стимулятора роста растений при применении его для предпосевной обработки испытывали на семенах пшеницы сорта «Новосибирская-15» по ГОСТ 12038-84 [ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. - М.: Изд-во стандартов, 1984. - 28 с.]. Семена пшеницы смачивали полученным стимулятором роста растений, проращивали между листами влажной фильтровальной бумаги в чашках Петри в течение 7 суток. Через 7 суток определяли всхожесть семян. Результаты определений представлены в таблице 2.
Применение гуминового препарата, полученного из низинного торфа, содержащего 50,1% золы и 14,7% гуминовых кислот, для предпосевной обработки семян пшеницы повысило всхожесть семян на 4,8 и 7,2%, число семян с высокой силой роста на 5,5% и 2,7% при концентрациях 0,001% и 0,0001% ГК. Достоверное повышение всхожести семян и числа семян пшеницы с высокой силой роста относительно контрольного варианта обеспечил препарат в концентрациях 0,001% гуминовых кислот.
Таблица 2
Влияние гуминового препарата, полученного из низинного торфа, содержащего 50,1% золы и 14,7% гуминовых кислот, на посевные свойства семян пшеницы сорта Новосибирская-29 (опыт в чашках Петри с фильтром)
Вариант опыта
Концентрация гуминовых кислот, %
Число всхожих семян
шт.**
всхожесть, %
число семян с высокой силой роста
шт.
%
1. Контроль
-
22,8
91,2
22,2
89,3
2. Гумостим - прототип
23,2
92,3
22,8
91,2
3. Гуминовый препарат
0,001
24,0
96*
23,7*
94,8*
4. Гуминовый препарат
0,0005
22,8
91,2
21,7
86,8
5. Гуминовый препарат
0,0001
24,6
98,4*
23,0
92,0
НСР<sub>05</sub>
4,62
1,50
Примечание:
* результат достоверно отличается от контрольного варианта.
** в каждой повторности использовано по 25 штук семян.
Применен препарат, полученный с использованием 15% водного аммиака и перекиси водорода, содержащий 1,43% гуминовых кислот.
Исследование влияния растворов гуминового препарата на начальный рост и развитие проростков пшеницы при выращивании их на растворах, содержащих препарат в концентрациях 0,001-0,0001% гуминовых кислот. Результаты этого опыта свидетельствуют о концентрации препарата, эффективной при поливе им почвы или опрыскивании вегетирующих растений.
Закладка опыта осуществлялась следующим образом. Семена пшеницы проращивали в течение 4-5 дней. Проросшие семена с примерно одинаковой длиной корня и проростков высаживали в пробирки с растворами гуминовых препаратов с концентрацией 0,001-0,0001%. Выращивали проростки в течение 5-7 суток при постоянном освещении от 4-х ламп ЛД-40. Затем проростки раскладывали на бумагу для сушки до воздушно-сухого состояния, отделяли корни и проростки от зерна, высушивали в термостате при температуре 95-105°C в течение 3 часов, взвешивали на весах с точностью 0,0005 г. В таблице 3 приведены полученные данные опыта.
Данные таблицы 3 показали, что выращивание проростков пшеницы на растворах гуминового препарата, полученного по примеру 2, практически не оказало положительного действия на нарастание массы корней проростков, но существенно увеличило вегетативную массу проростков пшеницы: на 14-32% к контрольному варианту. Вероятно, в препарате достаточно элементов питания для существенного начального роста и развития пшеницы при небольшой массе корневой системы. Достоверное повышение вегетативной массы пшеницы получено при применении гуминового препарата в концентрации 0,001-0,0001% ГК.
Таблица 3
Влияние гуминового препарата, полученного из низинного торфа, содержащего 50,1% золы и 14,7% гуминовых кислот, на начальный рост и развитие проростков пшеницы сорта Новосибирская-29 (опыт в пробирках)
Вариант опыта
Концентрация нового гуминового препарата, % гуминовых кислот
Показатели биологической активности
Кол-во растений в варианте, шт.**
Сухая вегетативная масса проростков пшеницы в пробирках
Сухая масса корней проростков пшеницы в пробирках
Мг
%
мг
%
1. Контроль
-
40
112,87
100
31,91
100
2. Гумостим, прототип
0,001
40
143,49
127
31,89
100
3. Гуминовый препарат
0,001
40
148,87*
132*
32,55
102
4. -/-
0,0005
40
146,97*
130*
27,25
85
5. -/-
0,0001
40
128,19
114
26,21
82
НСР<sub>05</sub>
16,85
Примечание:
* результаты достоверно отличаются от контрольного варианта
** в каждой повторности использовано по 10 проростков семян пшеницы.
Применен препарат, полученный с использованием 15% водного аммиака и перекиси водорода, содержащий 1,43% гуминовых кислот.
По результатам опыта (табл.3) можно сделать вывод, что препарат перспективен для полива почвы и опрыскивания вегетирующих растений в концентрации 0,001-0,0001% по гуминовым кислотам.
По результатам исследований показано, что новый гуминовый препарат, полученный из низинного торфа с зольностью 50,1% и содержанием гуминовых кислот 14,7%, может применяться для предпосевной обработки семян, опрыскивания вегетирующих посевов и полива почвы, тепличного субстрата в концентрации 0,001-0,0001 по гуминовым кислотам.