Экологически чистые удобрения: как ученые упростили поиск

Экологически чистые удобрения: как ученые упростили поиск

Упростить поиск месторождений экологически безопасных удобрений для сельского хозяйства позволят результаты исследования, проведенного учеными Томского политехнического университета совместно с российскими и зарубежными коллегами, заявляют авторы работы, опубликованной в Applied Clay Science.

По словам руководителя исследовательской группы доцента отделения геологии Томского политеха Максима Рудмина , научному коллективу удалось установить прямые зависимости между различными древними вулканическими породами (вулканитами) и потенциальными залежами конкретных глинистых минералов-удобрений.

В отличие от азотных и фосфорных удобрений глинистые минералы с высоким содержанием железа, кремния и калия полностью безвредны для окружающей среды. При этом, как сообщалось ранее, они улучшают свойства почвы и повышают урожайность.

Один из таких минералов, по словам Рудмина , калийсодержащий слоистый алюмосиликат – глауконит. Глауконит можно применять в фермерском хозяйстве или домашнем цветоводстве и самостоятельно, и в сочетании с другими удобрениями.

Ученые считают, что поиск месторождений глауконита упростят закономерности, выявленные учеными благодаря минерально-геохимическому анализу образцов горных пород из Северо-Минусинской впадины (Сибирь).

"Мы выяснили зависимости появления глинистых минералов на основе древних вулканитов. Так, основным продуктом изменения вулканической породы под названием трахит в морской обстановке будет минерал глауконит, для риодацита – это иллит, а смектиты и хлориты встречаются преимущественно в трахиандезите", – рассказал Рудмин .

По словам ученого, результаты исследования не только позволяют упростить поиск месторождений глинистых пород, но и имеют фундаментальное значение: понимание эволюции минералов поможет датировке древних вулканических извержений по всему миру.

Дальнейшая задача научного коллектива – получить новые знания об условиях формирования других вторичных минералов в исследуемых породах. Это позволит расписать условия и этапы преобразования вулканического субстрата в обстановке морского дна, пояснили в вузе.

Исследование проводилось в сотрудничестве со специалистами других вузов России , а также с учеными из Индии и Испании . Оно поддержано грантом РНФ № 22-77-10002 "Нанокомпозиты на основе глинистых минералов как новые экологически безопасные удобрения контролируемого действия".

Связанные вопросы и ответы:

Что такое экологически чистые удобрения

На правах рекламы

ЭКОБАУ – экологически чистое биологически активное удобрение, разработано малым инновационным предприятием ООО НПО «Биотехнологии будущего».

ЭКОБАУ – это натуральный биологический продукт, полученный в результате анаэробного сбраживания птичьего помета после выделения жидкой фракции из сброженного субстрата. В процессе биологической переработки птичьего помета происходит разложение сложных органических веществ до легкоусвояемых, и накопление продуктов жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов – антибиотических веществ, которые способы подавлять рост фитопатогенных грибов и патогенных микроорганизмов. Удобрение сертифицировано № РОСС RU.B.1930.04ЦАС0 №H 00223 согласно ГОСТ 33380-2015.

СОСТАВ УДОБРЕНИЯ.

• макроэлементы: азот – 0,5%, фосфор – 0, 37%, калия – 0,11%;
• микроэлементы (мг/кг): Fe – 38,6; Cu – 7,91; Zn – 55,4; Mn – 20,4; Co – 3,9; рН – 7,7…8,24;
• растительные гормоны: ауксины, цитокинины, гиббереллины, зеатин, предшественник индолилуксусной кислоты – триптофан и др.;
• витамины группы В: В1, В2, В6, В12.

ДЕЙСТВИЕ.

Содержит макро- и микроэлементы в легкоусвояемой форме, что обеспечивает стабильное питание растений, повышает общую стрессоустойчивость растений к болезням, засухе и обработке их различными пестицидами;

• Активизирует работу почвенных бактерий, способствующих повышению почвенного плодородия;
• Обладает свойствами биостимулятора роста и развития растений, способствует улучшенному формированию корневой системы, повышает эффективность использования элементов питания из почвы, что в совокупности увеличивает урожайность зерновых, зернобобовых и овощных культур на 7…21%;
• Способствует подавлению роста фитопатогенных грибов и патогенных микроорганизмов, являющихся причиной многих заболеваний сельскохозяйственных растений. 

ПРИМЕНЕНИЕ.

• Предпосевная обработка: протравливание 4 л/т, при расходе рабочего раствора 10 л/т;
• Разложение пожнивных остатков: опрыскивание пожнивных остатков 10…15 л/га рабочим раствором 120…150 л/га;
• Внекорневая подкормка: листья растений обладают прекрасной адсорбирующей способностью в отношении компонентов ЭКОБАУ, поэтому опрыскивание растений 2…4 л/га проводят в вечернее время рабочим раствором 150…200 л/га
• Корневая подкормка овощных и ягодных культур: для набора зеленой массы и роста плодов, растениям потребуется микроэлементы. Восполнить эту потребность можно обильно поливая под корень раз в 7-10 дней раствором ЭКОБАУ 1 к 50 (20 мл удобрения на 1 литр чистой воды) при помощи капельного полива.
• Многолетние опыты применения ЭКОБАУ на полях Ставропольского края и Республики Калмыкия на зерновых и бобовых культурах показали, что прибавка урожая составляет от 2 до 5,5 ц/га.

ФИНАНСОВЫЕ ЗАТРАТЫ.

При цене 60 руб./л: протравливание семян 4л/т и внекорневая подкормка растений 2 л/га; общий расход ЭКОБАУ составит 2,68л/га или 161 руб./га; для повышения качества озимой пшеницы – 4,68 л/га или 281 руб./га.

Как ученые упростили поиск экологически чистых удобрений

Прямые зависимости между различными древними вулканическими породами (вулканитами) и потенциальными залежами глинистых минералов, которые могут служить удобрением, установили исследователи Инженерной школы природных ресурсов Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с российскими и зарубежными коллегами, 20 июля сообщает пресс-служба ТПУ.

Новости СМИ2

Полученные зависимости упростят поиск месторождений глинистых минералов, представляющих собой экологически безопасные удобрения для сельского хозяйства. Результаты проведенного исследования ученые представили в статье «Происхождение богатых железом глинистых минералов в раннедевонских вулканических породах северной части Минусинской котловины, Восточная Сибирь», опубликованной в журнале Applied Clay Science (Q1; IF: 5,6). Глинистые минералы, имеющие высокое содержание железа, кремния, калия и полностью безвредные для окружающей среды, могут использоваться для улучшения свойств почв и повышения урожайности сельхозкультур, став альтернативой азотным и фосфорным удобрениям. Глинистый минерал глауконит — калийсодержащий слоистый алюмосиликат, является одним из наиболее перспективных таких удобрений. Поиск его месторождений значительно упростят закономерности, установленные исследователями ТПУ в результате минерально-геохимического анализа образцов горных пород из сибирской Северо-Минусинской впадины. Доцент отделения геологии Томского Политеха Максим Рудмин рассказал о проведенном исследовании: «Мы выяснили зависимости появления глинистых минералов на основе древних вулканитов. Так, основным продуктом изменения вулканической породы под названием трахит в морской обстановке будет минерал глауконит, для риодацита — это иллит, а смектиты и хлориты встречаются преимущественно в трахиандезите». Полученные результаты исследования имеют также фундаментальное значение, так как данные об эволюции минералов дают возможность установить более точные даты вулканических извержений, происходивших в древние времена по всей земле. В планах исследователей изучение условий формирования в анализируемых породах других вторичных минералов, которое позволит установить условия и этапы преобразования вулканического субстрата в обстановке морского дна.

Какие проблемы решают экологически чистые удобрения

Приключения с удобрениями начались после того, как мы решили целенаправленно заняться выращиванием тыквы и приобрели под это дело дополнительный участок земли. Лет десять он не возделывался и зарос плотным ковром пырея — для первичной распашки нам даже пришлось искать полноприводный трактор. Но и после этого прокультивировать участок с помощью мотоблока не представлялось возможным: через каждые несколько метров пашни фрезы из-за намотанных на них корней прекращали работать. Война с пыреем продолжилась проверенным дедовским способом — с помощью лопаты и вил. Зато земля после такого возделывания была мягкая, словно пух. Мы с облегчением вздохнули и для пущей уверенности в том, что после таких трудов урожай тыквы точно будет хорошим, обильно удобрили участок навозом, купленным на ближайшей ферме. На то, что кое-где поверхность навоза была покрыта зеленой порослью каких-то растений, мы по неопытности внимания не обратили. Как оказалось — зря.Ростки тыкв еще только пробивались из-под земли, а наш участок уже требовал первой прополки. И это был не пырей, а лебеда и вьюнок, которые мы заселили вместе с наво­зом. Некоторые соседи советовали нам вывести сорняки с помощью химии. Но поскольку тыквы выращивались в том числе и для детского питания, мы снова взялись за мотыги…Вот так необдуманное внесение навоза обернулось несколькими дополнительными прополками. Как я позже узнал, мы еще легко отделались. Для неопытного земледельца навоз с фермы — троянский конь. Во-первых, есть большой риск нарваться на органику, которая может не столько помочь, сколько навредить. Дело в том, что прежде, чем попасть в землю, навоз должен вылежаться — год, а лучше два. В противном случае повышенная концентрация в нем некоторых элементов способна запросто сжечь корни растений.Во-вторых, навоз навозу рознь. Современные технологии выращивания скота преду­сматривают широкое применение всевозможных вакцин и антибиотиков. Свежеприобретенный навоз, особенно свиной, очень богат такими элементами. Усваивая подобные удобрения, растения становятся переносчиками этой химии, а мы — ее конечными потребителями. При таком отношении к делу ни о каких экологически безопасных овощах со своего участка говорить не приходится. Поэтому мы решили поискать другие способы сделать землю более плодородной.

Какие методы используют ученые для поиска экологически чистых удобрений

Группа международных ученых во главе с Технологическим университетом Наньян в Сингапуре (NTU Singapore) разработала новый «более зеленый» метод получения ключевого соединения в удобрениях, который может проложить путь к более устойчивой сельскохозяйственной практике по мере роста мирового спроса на продукты питания.

Результатом применения данного метода является получение мочевины – натурального продукта жизнедеятельности млекопитающих, который представляет собой важное соединение для удобрений, производящееся в промышленных масштабах для повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

Фото: aobe.ru

Ученые разработали экологичный способ производства удобрений.

Текущий способ производства мочевины является энергоемким , поскольку требует температуры в 500 градусов по Цельсию и давления, в двести раз превышающего атмосферное давление. Также метод Габера-Боша, разработанный в 1910 г., создает значительные выбросы CO2, на которые ежегодно приходится около 2% мировой энергии.

В поисках более экологичного и энергоэффективного метода команда исследователей нашла способ значительно улучшить существующий альтернативный подход к производству мочевины , известный как электрокатализ, который представляет собой использование электричества для управления химическими реакциями в растворе.

Используя наноматериал гидроксида индия в качестве катализатора, исследователи провели реакцию на нитрат и диоксид углерода и обнаружили, что в процессе образования мочевина в пять раз эффективнее. Это связано с тем, что химическая реакция протекает «высокоселективным» образом.

В качестве доказательства концепции ученые проверили эффективность разработанного ими метода в лаборатории и обнаружили, что этот подход позволил достичь выхода мочевины 53,4% , что является конкурентоспособным с нынешним промышленным методом Габера-Боша.

По словам ученых из исследовательской группы, новый метод можно применять как в больших, так и в малых масштабах . Фермеры могут легко использовать электрокаталитическое устройство для производства собственной мочевины для удобрений . Планируется, что в будущем данная технология сможет быть полностью основана на возобновляемых источниках энергии .

Кроме того, новый метод производства мочевины может вдохновить на будущие разработки подходов к устойчивой химии и внести вклад в более экологичные методы ведения сельского хозяйства.

Результаты исследования опубликованы в рецензируемом научном журнале Nature Sustainability в июле, а альтернативный метод производства мочевины был запатентован NTU.

Какие преимущества имеют экологически чистые удобрения перед традиционными

Живая почва, богатая перегноем и питательными веществами, является ключом к появлению богатого урожая фруктов и овощей, обилия цветов и долгоживущих декоративных деревьев и кустарников. В почве часто может прослеживаться дефицит определенных питательных веществ. Она не может постоянно иметь отличную структуру. Ее рН может быть слишком высоким или слишком низким.

Органические материалы являются более экологически чистыми, чем традиционные химические. Они, как правило, сделаны из отдельных ингредиентов, и могут быть сопоставлены с конкретными потребностями в питании сада в определенный момент времени. Виды органических удобрений могут быть сформированы такими природными источниками, как:

• растения;
• животные;
• минералы.

Питательные вещества, содержащиеся в них, взяты исключительно из остатков или побочных продуктов некогда живого организма.

Навоз – один из основных видов удобрения

Мочевина представляет собой синтетическое органическое удобрение, органическое вещество, изготовленное из неорганических материалов.

Хлопковый жмых, кровяная мука являются стандартными примерами популярных, востребованных и действенных органических удобрений.

Большинство из них являются эффективными только тогда, когда почва влажная и теплая (температура почвы достаточно высокая). Только тогда почвенные организмы могут быть активными. А именно их активность наряду с влагой и теплом высвобождают из удобрений необходимые растениям вещества.

Как экологически чистые удобрения влияют на окружающую среду

:

При упоминании удобрений часто возникают опасения относительно их воздействия на окружающую среду. Однако современные технологии и инновационные подходы к производству и использованию удобрений открывают новые экологические возможности.

Со временем почва теряет свою плодородность из-за интенсивного использования. Удобрения помогают восстанавливать баланс питательных веществ, предотвращая вымывание почв и эрозию.

Современные технологии позволяют вносить удобрения точечно, исходя из потребностей конкретных участков почвы. Это уменьшает риски переувлажнения и минимизирует попадание химикатов в подземные воды.

Фосагро — один из крупнейших экспортеров российских минеральных удобрений. Андрей Гурьев руководил компанией с 2013 по 2022 год. За этот период Гурьев Андрей Андреевич внес вклад в повышение экспортной привлекательности продукции компании. Гурьев Андрей Фосагро покинул предприятие, но продолжает работать на развитие отрасли.

Инновационные подходы в области агрохимии привели к созданию биоразлагаемых удобрений, которые, взаимодействуя с почвой, распадаются на безопасные компоненты, не оставляя вредных отходов.

С помощью удобрений растения активнее ассимилируют углекислый газ, что способствует снижению его концентрации в атмосфере и, как следствие, уменьшению эффекта парникового явления.

Многие производители удобрений активно внедряют экологически чистые технологии, которые позволяют минимизировать выбросы вредных веществ и использовать природные ресурсы рационально.

Правильное использование удобрений способствует сохранению и восстановлению биоразнообразия, так как улучшенное плодородие почвы обеспечивает благоприятную среду для многих видов растений и животных.

Производство и использование удобрений в современных условиях может быть не только экономически выгодным, но и экологически ответственным. Современные технологии, научные исследования и инновационные подходы позволяют смотреть на удобрения как на инструмент улучшения состояния окружающей среды, а не как на потенциальную угрозу.

Таким образом, экологическая составляющая производства и использования удобрений получает все большее значение в современном мире. На передний план выходят не только экономическая эффективность, но и учет воздействия на окружающую среду. Возрастающее общественное внимание к экологической безопасности и устойчивому развитию стимулирует отрасль к поиску новых решений и внедрению экологичных технологий. И Россия, благодаря опыту и деятельности таких компаний, как Фосагро и их руководителей, в частности Андрея Гурьева, активно участвует в этом процессе, занимая лидирующие позиции на мировом рынке удобрений. В будущем можно ожидать дальнейших инноваций и экологических решений, которые сделают производство удобрений еще более безопасным и устойчивым.

Какие отрасли сельского хозяйства могут применять экологически чистые удобрения

Ученые представили результаты четырехлетнего исследования по выращиванию тестового урожая томатов и земляники садовой на субстрате из возобновляемого сырья. Результаты получены на основе исследовательского проекта Horti-BlueC, в котором принимали участие ученые из Нидерландов, Бельгии, Франции и Великобритании.

Цель исследования состояла в выращивании культур на смеси субстратов с экологически чистым альтернативным сырьем, таким как древесное волокно, и изучении его влияния на урожайность.

Фото: www.horti-bluec.eu

Экологичные субстраты благоприятно влияют на урожайность.

Для сравнения с экологичными субстратами были взяты торф и минеральная вата , выращивание на которых в течение многих лет давало высокую урожайность. Однако каждый из этих видов сырья имеет свои видимые недостатки : при производстве торфа выделяется много углекислого газа, а производство и последующая обработка минеральной ваты требует больших затрат энергии.

В ходе исследования применение альтернативных экологических субстратов рассматривалось на землянике садовой и томатах . Так, для томатов минеральная вата была заменена 100%-ной органической смесью, содержащей 40% кокосового волокна, 30% древесного волокна, 20% коры и 10% зеленого компоста. Цель опытов альтернативного вещества на землянике садовой состояла в том, чтобы заменить 40% торфа, используемого в настоящее время, на субстраты, состоящие из 25% древесного волокна и 15% зеленого компоста.

Фото: www.horti-bluec.eu

Применение экологичной смеси субстрата на землянике садовой.

Таким образом, ученые считают, что исследуемые смеси также благоприятно влияют на урожайность культур , как и минеральная вата и торф. При этом экологические субстраты можно использовать повторно с наименьшими затратами ресурсов . Во всех проведенных тестах выбранные смеси не оказали пагубного воздействия ни на одном из уровней питания растений. Кроме того, для оценки эффекта удержания элементов была исследована дренажная вода.

После проведенных тестовых испытаний исследователи настаивают на выходе альтернативного сырья на рынок.

Как экологически чистые удобрения могут повлиять на урожайность

Российские химики разработали соединение, которое может заменить распространённый комплексообразователь ЭДТА при производстве бытовой химии, промышленных моющих средств и минеральных удобрений. Хотя ЭДТА — нетоксичное вещество, оно наносит большой вред экологии, поскольку связывает находящиеся в почве тяжёлые металлы и выносит их в водоёмы. Новое соединение безопасно для экологии, а также хорошо стимулирует рост растений в составе минеральных удобрений.

• Gettyimages.ru

Учёные из лаборатории «Материалы для зелёной энергетики и жизнеобеспечения» Химического института им. А.М. Бутлерова совместно с сотрудниками Института экологии и природопользования Казанского федерального университета разработали и запатентовали новое химическое соединение для производства экологически безопасных удобрений и бытовой химии. Об этом RT сообщили в Минобрнауки России. Результаты исследования представлены в журнале Journal of Agricultural and Food Chemistry.

По словам учёных, новое соединение может заменить этилендиаминтетраацетат натрия (ЭДТА), который известен также под названием «Трилон-Б». Это хелатирующее (связывающее) химическое вещество, которое входит в состав практически всех синтетических средств бытовой химии. Более того, его часто используют при изготовлении удобрений для сельского хозяйства и в промышленности для промывки теплоэнергетического оборудования, труб, котлов. Хотя ЭДТА — нетоксичное вещество, оно обладает низкой биоразлагаемостью. Поэтому при попадании в почву наносит вред экологии — связывает находящиеся в ней тяжёлые металлы и выносит их со стоком воды в озёра и реки.

• Gettyimages.ru
• © GoodLifeStudio

«Общий объём ЭДТА, используемый в сельском хозяйстве, относительно небольшой, однако при внесении удобрений непосредственно в почву отсутствует даже теоретический шанс их улавливания. Из почвы они попадают в грунтовые воды и оттуда — в природные водоёмы. Вот откуда в рыбе берутся тяжёлые металлы. Мы надеемся, что созданный нами комплексообразователь найдёт широкое применение, тогда наши реки станут значительно чище», — отметил в беседе с RT руководитель разработки, ведущий научный сотрудник НИЛ «Материалы для зелёной энергетики и жизнеобеспечения» Химического института им. А.М. Бутлерова КФУ Айрат Димиев.

Также по теме

«Полностью замкнутый химический цикл»: российские учёные создали экологически чистую технологию получения лития

Российские учёные из ГЕОХИ РАН создали новую технологию получения редкого металла лития из руды или пластовых рассолов — растворов,…

Альтернативой ЭДТА может стать синтезированное учёными соединение под названием иминоглутаровоянтарная кислота (ИГЯК). Она обладает такими же связывающими свойствами, как и ЭДТА, но при этом является биоразлагаемым веществом. Как и ЭДТА, полученное соединение оказывает стимулирующее действие на растения в составе удобрений. Авторы исследования уже создали линейку минеральных удобрений с применением ИГЯК — на основе цинка, меди, железа и т. д.

«Новые препараты не только оказались биоразлагаемыми, но и заметно превзошли коммерческий препарат на основе ЭДТА по эффективности стимуляции роста растений. Салат-латук, выращенный экологами с применением удобрения на основе нового комплексообразователя, значительно превзошёл по биомассе тот, который подкармливали удобрением на основе ЭДТА», — заявил Айрат Димиев.

По словам авторов исследования, для производства ИГЯК требуются недорогие и доступные реагенты — глутамат натрия, малеиновый ангидрид и гидроксид натрия.

Синтез нового вещества идёт без образования побочных продуктов, что повышает рентабельность производства, отмечают химики. Соединение может найти применение для производства не только минеральных удобрений, но также бытовой химии и моющих средств.

Какие технологии используются для производства экологически чистых удобрений

Степень накопления нитратов в растениях зависит от особенностей сельскохозяйственных культур, условий минерального питания и почвенно-экологических факторов. Каждый из этих факторов может стать решающим в накоплении нитратов в растениях. Нитраты – непременный атрибут круговорота азота в растениях. Они были, есть и будут, даже если полностью отказаться от применения удобрений. Главное, чтобы содержание нитратов в воде, растениеводческой продукции, других продуктах питания не превышало допустимые пределы.

Сами нитраты нужно расценивать как полезные питательные вещества для человека. Польза и вред любых веществ зависит от дозы. Это справедливо по отношению к витаминам, минералам и другим важным нутриентам (биологически значимым элементам). С нитратами такая же ситуация.

Установлено, что нитраты из овощей и фруктов в организме человека распадаются до окиси азота (NО) и повышают ее содержание. Американский биохимик Р. Ферчготт открыл, что окись азота очень полезна для сосудов. Она поддерживает их эластичность и расслабляет, препятствует развитию артериальной гипертонии и атеросклероза, образованию тромбов. За это открытие в 1998 г. он получил Нобелевскую премию. Что интересно, нитраты превращаются в окись азота только в растительных продуктах.

Превращение нитратов в канцерогенные нитрозамины блокируют витамин С, полифенолы и другие антиоксиданты овощей, зелени и фруктов. В воде и мясе нитраты вредны, так как превращаются в желудке в канцерогенное вещество нитрозамин. В связи с этим многие ученые считают, что установленные ВОЗ ПДК нитратов в овощах и фруктах полезны, а не опасны, и ПДК следует увеличить.

Обычно накопление нитратов в растениях является следствием внесения чрезмерно высоких доз азотных удобрений, а также органических при определенных условиях: при нарушении углеводного обмена из-за нехватки калия, а также синтеза белковых соединений из аминокислот при дефиците фосфора и молибдена. На плодородных почвах растения накапливают много нитратов и без внесения удобрений. Исследования показали, что на долю азотных удобрений в числе всех факторов, влияющих на накопление нитратов, приходится 47 %.

Факторами внешней среды, оказывающими существенное влияние на накопление нитратов, являются свет, влажность, температура воздуха и почвы. Нормальная обеспеченность светом – одно из решающих условий ассимиляции нитратов в растениях и снижения их концентрации.

К числу регулируемых факторов, влияющих на накопление нитратов в растениях, относится обеспеченность растений фосфором, калием, микроэлементами.

На накопление нитратов влияют видовые и сортовые различия. Больше их накапливается у растений с незавершенным циклом развития, главным образом в частях (корни, стебли, черешки, жилки), транспортирующих питательные вещества. Много нитратов накапливают листовые овощные культуры (салат, укроп, петрушка, сельдерей, зеленый лук и др.), корнеплоды (свекла столовая, редис, редька и др.).