РАЗРАБОТКА ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОГО УДОБРЕНИЯ СО СТРУКТУРООБРАЗУЮЩИМИ СВОЙСТВАМИ

Одной из наиболее значимых мировых проблем является значительное ухудшение почвенно-мелиоративного состояния земель сельскохозяйственного назначения. Почва представляет собой основной источник продовольствия и обеспечивает 95-97% продовольственных ресурсов для населения всей планеты. К сожалению, из-за неправильной эксплуатации ежегодно теряется определенная часть плодородных земель. Таким образом, за последнее столетие потерянно порядка 2 млрд. гектаров плодородных земель, что составляет около 27% от общей площади земель сельскохозяйственного назначения. Во всем мире отмечается устойчивая тенденция к снижению в почве содержания гумуса и питательных веществ. Также наблюдается интенсивное уменьшение почвенного плодородия, развитие водной и ветровой эрозии. Это свидетельствует о процессах деградации и дегумификации земель, которые порождают глубокие генетические изменения в почве, а также их трансформацию в малопригодные земли, не имеющие структуры. Одна из важнейших причин низкого плодородия деградированных почв и их слабой противоэрозионной устойчивости – ухудшение физических свойств, главным образом, связанных с потерей структуры. [2].

В настоящее время в мировой практике данная проблема решается путем обработки почвы синтетическими структурообразователями, такими как полиакриламид, сополимеры на основе акриловой кислоты и другие. Данные вещества показывают высокую эффективность структурирования, но при этом есть опасность вторичного загрязнения почв токсическими продуктами разложения (в частности, акриламид сам по себе является высокотоксичным веществом). Кроме того, структурообразователи данного типа являются весьма дорогостоящими. Насколько известно, по указанным причинам до настоящего времени в мировом сельском хозяйстве достаточно редко практиковалось искусственное структурирование почв. Таким образом, если удастся достичь эффекта структурообразования бесструктурной почвы путем внесения продуктов переработки перьевых отходов, то это может стать решением одновременно двух проблем: улучшение структуры почвы и утилизация отходов птицефабрик. При этом присутствие в кератине соединений фосфора, серы, азота, а также внесение определенной дозы калия в процессе технологии переработки отходов способно дополнительно обогащать почву питательными веществами и повышать её плодородие.

В работе одновременно исследовались перьевые отходы (β-кератин) и отходы шерсти (α-кератин), полученные в процессе обезволашивания шкур в технологии обработки кожевенного сырья. Образцы отходов подвергали частичному щелочному гидролизу водным раствором КОН. Целью гидролиза явилась необходимость перевода кератина в водорастворимую форму, cохраняя при этом его полимерную структуру. Степень гидролитической деградации кератина регулируется путем варьирования концентрации гидролизующего агента, его количества, а также температуры и длительности процесса гидролиза. Поскольку гидролизат имел сильнощелочную реакцию, то его подвергали нейтрализации. Здесь также возможны варианты применительно к конкретным кислотно-основным свойствам обрабатываемой почвы: глубину нейтрализации можно производить до необходимого значения рН. Перспективным является использование для этой цели фосфорной кислоты. При этом гидролизат превращается в полноценное комплексное удобрение.

В таблице 1 приведены результаты эксперимента по исследованию структурообразующих свойств водных растворов гидролизатов, полученных путем щелочного гидролиза шерстных и пухо-перьевых отходов. Конечный продукт получался в виде водного раствора с величиной рН близкой к нейтральной, который может быть использован непосредственно для обработки почвы сразу без выделения. При этом состав продукта приближается к составу обычных комплексных удобрений благодаря присутствию в нем соединений калия, фосфора, азота, органических кислот и их солей.

Таблица 1

Доля водопрочных агрегатов после обработки бесструктурной почвы гидролизатом кератина

Структурообразованию подвергали образцы типичной бесструктурной сероземной почвы, отобранной в районе города Тараз (Казахстан). Экспериментально отрабатывались оптимальные условия гидролиза по следующим критериям: концентрация гидролизующего агента, температура и длительность гидролиза. Проведение гидролиза в среде 1%-ного КОН потребовало слишком больших затрат времени, что неприемлемо с технологической точки зрения. 5%-ный раствор щелочи вызывал слишком быструю деградацию кератина, особенно при повышенной температуре, что затрудняет фиксирование конечной точки гидролиза. Результаты, представленные в таблице, наглядно демонстрируют формирование в образцах почвы максимального количества водоустойчивых агрегатов диаметром более 0,25 мм при проведении гидролиза кератин содержащих отходов в 3%-ном КОН при температуре 80⁰С. α-кератин шерсти оказался менее устойчив и, соответственно, потребовал более мягких условий щелочного гидролиза. Предлагаемый способ гидролитического разложения пухо-перьевых отходов не требует значительных затрат, особого оборудования, высоких температур, дефицитных реагентов. Полученный продукт помимо структурообразующих свойств также обогащает почву питательными веществами: калием, фосфором, азотом в усвояемой форме.

Следующей задачей стало сравнение структурообразующих свойств щелочного гидролизата кератина и синтетических коммерчески доступных водорастворимых структуроообразователей. Для этого нами были взяты данные по структурообразующей способности синтетических водорастворимых структуроообразователей К-4, К-10, ПАА в рекомендуемых концентрациях [1, 3], а также результаты проведенных нами опытов с щелочным гидролизатом кератина:

Таблица 2

Сравнение структурообразующей способности синтетических структурообразователей и щелочного гидролизата кератина

Исходя из данных таблицы можно сказать, что биополимер - щелочной гидролизат кератина - практически не уступает по структурообразующим свойствам синтетическим водорастворимым структурообразователям К-4, К-10 и ПАА. Полученные в работе результаты показывают достаточно высокую структурообразующую способность продукта в сравнении с синтетическими аналогами. Результаты исследования имеют практическую значимость, а также могут быть рекомендованы к использованию для повышения плодородия почв сельскохозяйственного назначения.

Список литературы:

1. Асанов А, Сулейменов Ж.Т., Цой И.Г., Матниязова Г.К. Способ  получения водорастворимого полиэлектролита – структурообразователя почв. Заключение о выдаче инновационного патента на изобретение. От 26.02.2009
2. Кульман А. Искусственные структурообразователи почвы/Пер. с нем.-М.: Колос, 1983.-148 с.
3. Asanov A., Bazarkhankizi A. The influence of nature and composition of functional groups of water soluble polymers on the structure forming properties of soils. 2nd International Scientific Conference “Theoretical and Applied Sciences in the USA”, Нью-Йорк, США, 2015 г. – С. 237–246.