Диссертация (1151690), страница 3
Текст из файла (страница 3)
От физико химического состава комплексных медленнодействующих удобрений зависит ихэффективность и практическое использование. К наиболее перспективным медленнодействующим удобрениям с пролонгированным высвобождением азота восновном относят мочевиноформальдегидные удобрения (МФУ, КФУ или уреаформ – УФ), изучаемые в ряде стран: США [127]; Японии [144]; Великобритании;Германии [130]; Италии [121]; Франции, СССР и других с середины ХХ века.Искусственные сложные мочевиноформальдегидные (карбамидоформальдегидные) удобрения (МФУ) производят химическим путем при последовательном добавлении полимерных соединений в строго определенном количестве.
Получение мочевиноформальдегидного удобрения происходит в несколько этапов.На первом этапе смешивают золь из мочевиноформальдегидной смолы с водой ивспенивают. При воздушно-механическом вспенивании происходит гомогенизация с образованием хлопьев пены. На следующем этапе в пену добавляется кислотный ускоритель затвердевания. В результате кислотного катализа смолянойзоль поликонденсируется в пенопласт с последующим затвердеванием. Скоростьзатвердевания зависит от типа катализатора и может колебаться от несколькихминут до нескольких часов.
Полное затвердевание и высыхание наступает через 112- 3 суток [70]. В результате получают твердые вещества с низкой плотностью,ячеистой структурой и содержанием медленно растворимого азота до 42 % (рисунок 1.2).открытые ячейки (поры)двухслойные стенки ячеекРисунок 1.2 - Структура мочевиноформальдегидного пенопласта (МФП) с открытыми ячейками (порами) при увеличении 1:137 [70]Среди преимуществ полимерных соединений на основе мочевиноформальдегидных смол перед гранулированными (капсулированными) удобрений можновыделить низкую гигроскопичность, более продолжительную миграцию питательных веществ в почву, рН нейтральность (6,5…7,4), значительную устойчивость к химическому и биологическому разложению [51; 70; 101], а также возможность насыщения в процессе изготовления рядом макро и микроэлементов.Отдельно рассматриваемой темой становится наличие в готовом мочевиноформальдегидном пенопласте открытых пор (до 80%) и низкая плотность готового удобрения (до 24 кг/м3).
Вышеперечисленный ряд качеств комплексного медленнодействующего мочевиноформальдегидного удобрения позволяет позиционировать его как удобрение – мелиорант и широко применять в сельском хозяйстве в различных почвенно-климатических зонах страны под разнообразные культуры.13К недостаткам МФУ относят сравнительно высокую стоимость и содержание свободного формальдегида. Однако в результате химической реакции конденсации формальдегида с мочевиной уже через 5-8 часов происходит нейтрализация большей части формальдегида и снижение его концентрации до следовмикроколичества [72]. Остаточный формальдегид вымывается или теряется в результате аэрации в течение нескольких дней – недель [70].Основные способы получения искусственных медленнодействующих удобрений на основе мочевиноформальдегида описаны в патентах US3231363, 1966;FR2058303, 1971; SU700517,1979; US4174957, 1979; SU 1063801, 1983; SU1726467, 1992.
Недостатками этих способов получения МФУ является низкая степень пористости (не более 70%) и высокая плотность (до 40 кг/м3) полученногоудобрения, а также повышенное содержание вымываемого формальдегида (до2%). Это ставит под сомнение возможность расширенно использовать этот класссинтетических полимеров в земледельческой практике.В России разработан способ получения малотоксичного мочевиноформальдегидного удобрения, обладающего низкой плотностью, более высоким водопоглощением и со сниженным содержанием формальдегида.
Снижение содержаниясвободного формальдегида достигается добавлением в процессе изготовления всостав удобрения дубильного экстракта коры хвойных пород. Танины и полифенолы, содержащиеся в экстракте, вступают в химическое взаимодействие с формальдегидом, нейтрализуя его. Разработанное вспененное карбамидоформальдегидное удобрение (ВКФУ) содержит (в процентах от массы): азот связанный 30…32 %; азот свободный 0,2…0,3 %; Р 2О5 0,35…0,40 %; К2О 0,0015…0,0020; Mg0,0035…0,0045 %, имеет плотность 8…25 кг/м3, водопоглощение до 4000 %, количество открытых пор не менее 85 % [86]. Комплексные органические соединения, входящие в состав препарата, представляют собой метилольные производныеметиленовых групп. Полученное удобрение имеет кислотность близкую кнейтральной. Помимо удобрительных, оно обладает свойствами мелиоранта, таккак за счет большого количества открытых пор является хорошим воздушнымкондиционером, поддерживает водный баланс и улучшает структуру почвы.
На14этот препарат имеется санитарно-эпидемиологическое заключение о его соответствии санитарным нормам (приложение 1).1.1.1 Влияние препаратов на основе МФП на водно-физические свойства почвыВодно-физические свойства почвы и динамика их изменения оказываютбольшое влияние на рост растений, плодородие и развитие почвообразовательного процесса. Рассматриваемый подкласс веществ главным образом воздействуетна плотность и пористость почвы, что в свою очередь меняет ее водные, воздушные, тепловые и структурные свойства.
Влияние удобрения-мелиоранта на основеМФП на водные, воздушные и тепловые свойства почвы определяется способомвнесения и дозировкой [141; 142].Удобрение-мелиорант на основе карбамидоформальдегидного поропластапо плотности может быть меньше плотности почвы на два порядка. С увеличением дозы его внесения в корнеобитаемый слой плотность почвы уменьшается, а ееводно-воздушные параметры увеличиваются (таблица 1.1).Таблица 1.1 - Влияние удобрения-мелиоранта на основе МФП некоторые воднофизические свойства опесчаненного суглинка [70]СвойстваПлотность влажнойпочвы, г/см3Инфильтрация,мл/дм2 /мин.Доза расхода препарата, м3/гаГлубина,см02505007501000101,591,491,441,351,265…104646596068При внесении 400 м3/га хлопьев препарата общий объем пор смеси за 3-4года возрастал до 5 % [131; 128].
Объем капиллярных пор изменяется незначительно, в то время как объем макропор возрастает существенно [70]. Одновременно устойчиво повышается инфильтрация. Благодаря эффекту разрыхления,например, при внесении МФУ в количестве 50 % от объема, водопроницаемостьпесчаной почвы удваивается [70; 128].15Если количество воды, поступающей в почву, превышает еѐ влагоемкость,то влага дополнительно накапливается в поровом пространстве удобр ениямелиоранта. Например, полевая влагоемкость на участках с отвальной вспашкойпри внесении 400 м3/га препарата повышалась на 4 %, а песчаной почвы при количестве 20 % по объему - на 22 % [129].
При внесении удобрения-мелиоранта наоснове мочевиноформальдегидного поропласта дозой 300 м3/га влагоемкость четырех различных почв увеличивалась на 3…17 % [120]. Если содержание влаги впочве не превышает еѐ влагоемкости, то влажность удобрения-мелиоранта всегданиже влажности почвы, так как оно удерживает влагу с гораздо меньшей всасывающей силой. Следовательно, удобрение-мелиорант на основе мочевиноформальдегидного поропласта улучшает водопоглощающую способность обработанного слоя почвы при условии достаточного увлажнения осадками или при поливах [70].По экономическим соображениям применение карбамидоформальдегидногоудобрения-мелиоранта может осуществляться в значительно меньшей дозировке.По результатам исследований С.
Ю. Деева [42], М. П. Чаплановой [108], Е. В. Жигулиной с соавт. [52], Ю. С. Поповой [96], проведенным под научным руководством В. П. Максименко, при существенном уменьшении дозы внесения удобр ения-мелиоранта в субстрат, тенденция уменьшения плотности, увеличения порозности и влагоемкости почвы сохраняется. При этом было выявлено, что эффектвлияния препарата на почвенные параметры и урожайность культуры существенно зависят от способа его внесения в почву.Согласно исследованиям, Ю. С. Поповой [96] при внесении препаратаВКФУ в количестве 12 м3/га непосредственно в борозду посадки картофеля плотность серой лесной тяжелосуглинистой почвы в слое 0-10 см уменьшалась на 13% (с 1,18 г/см3 до 1,04 г/см3), а при внесении 24 м3/га на 20 % (до 0,98 г/см3).
Втоже время увеличивалась общая порозность (пористость) почвы со значения 52,7% до 61,5 %. Данные Ю. С. Поповой по наблюдениям за динамикой влажностипочвы под влиянием препарата свидетельствовали о том, что удобрениемелиорант сохраняет и аккумулирует в себе выпадающие осадки.16В исследованиях М. П. Чаплановой [108] препарат вносили в вегетационныесосуды в количестве 1/10; 1/5;1/2,5; 1,25и 1/0,6 (числитель – доза удобрениямелиоранта, знаменатель – объем почвы). При этом в варианте с максимальнойдозой внесения плотность субстрата в сравнении с контролем уменьшилась болеечем в 2 раза (с 1,36 г/см3 до 0,51 г/см3). По еѐ данным с увеличением дозы удобрения-мелиоранта увеличивается межполивной период (до пяти суток) в сравнениис контролем.При внесении препарата сплошным слоем в подпочву создается изоляционный слой. Вода, фильтрующаяся через пахотный слой, поглощается удобрениеммелиорантом до полного его насыщения. В почве над слоем удобр ениямелиоранта также частично накапливается легкоподвижная капиллярная вода, которая доступна для растений.
Кроме того, на верхней границе изоляционногослоя, преимущественно на переходе от мелкопористой почвы к крупнопористомуудобрению-мелиоранту, то есть на границе раздела двух сред, формируется слойвлагозапасов почвы за счет капиллярно удерживаемой влаги, величина которыхбольше 10 %, по сравнению с водоудерживающей способностью однородной почвы.
Например, при создании слоя из удобрения-мелиоранта в свежезасыпаннойотвальной почве еѐ полевая влагоемкость на глубине до 50 см в среднем повышается на 45 %. Если количество поступающей влаги превышает влагоемкостьудобрения-мелиоранта, то она уходит в подпочву [70].Теплоизолирующая способность мульчи из препаратов на основе МФП влияет не только на капиллярную конденсацию в почве, но и на другие еѐ свойства.Более сильное отражение света мульчи по сравнению с не мульчированной поверхностью почвы обуславливает 60…80 % повышение температуры воздуха навысоте 6…10 см надповерхностью.
Ослабленное поглощение тепла слоем мульчивесной может нанести ущерб прорастанию семян и развитию молодых растений.В связи с этим в удобрение-мелиорант при изготовлении добавляют красящее вещество. Окрашивание мульчи в черный цвет сопровождается поглощением теплаи повышением температуры почвы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
