керамзитовый почвогрунт для выращивания растений

Формула изобретения

1. Керамзитовый почвогрунт для выращивания растений, содержащий торф, нейтрализованный до рН 5,5-6,0, минеральные удобрения и керамзит, отличающийся тем, что используют недробленый керамзит с размерами цельных гранул 2-10 мм, а содержание керамзита составляет 60% по объему, причем используют отсеянный торф с размерами частиц 3-10 мм.

2. Почвогрунт по п.1, отличающийся тем, что используют некондиционный керамзит - отсев от производства гравия керамзитового с плотностью 250-600 кг/м³, прошедший процесс обеспыливания и фракционирования.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к закрытому грунту, и может быть использовано для выращивания рассады и тепличных растений в промышленных объемах или в личном подсобном или фермерском хозяйстве.

Известен субстрат для выращивания растений в теплицах, содержащий дробленый керамзит, органическое вещество и песок при следующем содержании компонентов, вес.%: дробленый керамзит - 5-56, песок - 26-28, органическое вещество (торф) - 18-24 (см. А.С. №707546, A 01 G 31/00; 1977).

С учетом объемной массы дробленый керамзит в данном субстрате составляет около трети от объема, что не обеспечивает стабильности водно-физических свойств во времени.

Кроме того, использование дробленого керамзита требует дополнительных операций при его дроблении и отсеве, что также не обеспечивает стабильность размера частиц керамзита, нарушая свойства почвогрунта.

Известен также "Почвогрунт для выращивания растений", содержащий верховой торф, песок, глину, минеральные удобрения и керамзит, в котором соотношение верхового торфа с компонентами и керамзитом по объему составляет 1:1 (см. Патент РФ №2187928, A 01 G 31/00. Опубл. 27.08.2002. Бюл. №24).

К недостаткам почвогрунта следует отнести то, что керамзит, изготовленный для строительной индустрии, имеет стандартные гранулы размером 15-25 мм, что затрудняет использование его при выращивании рассады и горшечных культур в сосудах небольшого объема (0,2-0,5 л).

Кроме того, предложенное соотношение торфосмеси и керамзита по объему как 1:1 с учетом большого размера гранул керамзита может неоднозначно влиять на воздушно-водный обмен при выращивании растений вследствие расслоения и вымывания грунта.

Задачей изобретения является разработка почвогрунта на основе торфа и керамзита, позволяющего выращивать рассаду и растения при минимальных расходах на приготовление почвогрунта и уход за растениями, создающего оптимальный водовоздушный режим для растений, позволяющего получать повышенные урожаи при минимальных затратах.

Задача решается тем, что при изготовлении почвогрунта используют недробленый керамзит - отсев от производства гравия керамзитового с размерами цельных гранул 2/10 мм в количестве по объему, при этом торф используют нейтрализованный до рН 5,5-6,0, отсеянный с размерами частиц 3-10 мм, а керамзит используют с плотностью 250-600 кг/м³, прошедший процесс обеспыливания и фракционирования. Керамзитовый почвогрунт приготавливают следующим образом. В торф, из которого отсеивают частицы менее 3 и более 10 мм, вносят нейтрализующие вещества, чтобы реакция торфа была рН 5,5-6,0.

Затем из расчета на 1 л торфа вносят минеральные удобрения и микроэлементы и все перемешивают. Отдельно готовят керамзит недробленый (отсев от производства - гравия керамзитового по ГОСТ 5797-90) с размерами гранул (фракция) от 2 до 10 мм. Подготовку керамзита проводят путем просеивания и обеспыливания. Массу торфосмеси смешивают с керамзитом по объему (60±% керамзита) и используют для наполнения кассет, горшков под рассаду или саженцы, а также ящиков под рассаду.

Положительное влияние на растения предложенного керамзитового почвогрунта достигается за счет стабилизации его структуры при наличии 60%±% по объему торфосмеси фракционного недробленого керамзита размером 2-10 мм, улучшающего водовоздушный режим в процессе роста растений.

Неочевидным эффектом предложенного изобретения является то, что только за счет подобранного опытным путем соотношения недробленого керамзита (60±%) заданных фракций 2-10 мм к торфосмеси создается оптимальный водовоздушный режим развития растений, что позволяет при прочих равных условиях получать дополнительную, значительную прибавку урожая (до 25%) при минимальных затратах на выращивание растений.

Для обоснования оптимального количества керамзита заданной фракции в почвогрунте проводили лабораторные опыты по исследованию водно-физических свойств почвосмесей в зависимости от объема содержания недробленого керамзита заданной предварительно обоснованной фракции (2-10 мм).

Для испытаний было подготовлено четыре варианта почвогрунта с содержанием гранул (2-10 мм) керамзита 20; 40; 60 и 80% по объему (20% рассматривали как контроль).

Исследования проводили в почвенной лаборатории кафедры агрохимии Уральской государственной сельскохозяйственной академии.

В качестве керамзита использовали недробленый отсев от производства гравия керамзитового по ГОСТ 5797-90, фракция 2-10 мм.

В таблице 1 представлены результаты определения влияния объема керамзита в почвогрунте на его плотность и скважность.

Установлено, что плотность почвогрунта с увеличением содержания керамзита уменьшается по сравнению с контролем на 15%, 23% и 39% при росте объема керамзита с 20 до 80%.

Таблица 1 Влияние объема керамзита на плотность и скважность
№	Содержание керамзита, % (V)	Объемная масса		Плотность твердой фазы, удельная масса		Скважность (общая пористость), %
		г/см3	%	г/см3	%
1	20	0,76	100	2,13	100	64,3
2	40	0,65	84	1,80	84	64,9
3	60	0,59	77	1,68	78	65,7
4	80	0,47	61	1,61	75	70,8

Плотность твердой фазы или удельная масса (отношение массы ее твердой фазы к массе воды в таком же объеме) уменьшается пропорционально увеличению содержания керамзита.

Таблица 2 Изменение влагоемкости почвогрунта под влиянием керамзита
№	Содержание керамзита, %	Капиллярная влагоемкость (К.В.), %	Наименьшая влагоемкость (Н.В.), %	Максимальная гигроскопичность (М.Г), %	Влажность устойчивого завядания растений, %
1	20	49,3	54,8	4,84	7,26
2	40	59,8	61,3	7,02	10,53
3	60	61,4	65,2	20,69	31,04
4	80	61,0	68,7	25,52	38,28

Капиллярная влагоемкость (способность капилляров почвы удерживать влагу) возрастала с 49% до 61,0% в зависимости от содержания керамзита (Таблица 2).

Одним из показателей оценки физических свойств почв является пористость аэрации, она показывает, какой процент пор занят воздухом (Таблица 3).

Таблица 3 Пористость аэрации почвогрунта
№	Содержание керамзита, %	При капиллярной влагоемкости	При некапиллярной влагоемкости
1	20	26,8	22,7
2	40	29,9	25,1
3	60	29,7	27,3
4	80	41,5	38,5

Лабораторные исследования показали, что наибольшее количество пор, занятых воздухом, отмечалось в варианте, где больше объем керамзита.

Фильтрационная способность также зависела от содержания керамзита в почвогрунте. Данные таблицы 4 свидетельствуют о том, что высоким коэффициентом фильтрации характеризовались почвогрунты с большим содержанием керамзита.

Таблица 4 Влияние объема керамзита в составе почвогрунта на его коэффициент фильтрации (мм/мин·см2)
№	Содержание керамзита, %	К-1 10 мин	К-2 30 мин	К-3 120 мин	К-4 после стабилизации
1	20	1,05	0,90	0,83	0,72
2	40	1,11	0,89	0,79	0,64
3	60	1,35	1,18	1,07	0,92
4	80	3,12	2,58	2,17	1,44

Установлено (таблицы 1; 2; 3; 4), что добавления в состав почвогрунта керамзита заданных фракций изменяют его физические свойства. При росте объема керамзита от 20 до 80% плотность грунта уменьшается на 15-39%, скважность увеличивается на 6,5%; капиллярная влагоемкость увеличивается с 49,1 до 61%. Наименьшая полная влагоемкость повышается с 54,8 до 68,7%, максимальная гигроскопичность возрастает в 5,3 раза. Влажность завядания возрастает в 1,5-5,3 раза в зависимости от объемного содержания керамзита.

Пористость аэрации увеличивается с увеличением объема керамзита. Водно-физические свойства почвогрунта сильно изменились под влиянием добавок керамзита. Для исследования, как растения реагируют на эти изменения, были проведены лабораторные и производственные опыты.

Производственно-технический опыт. Рассаду выращивали в разводочной теплице. В опытах применяли агротехнику, рекомендованную оригинатором и принятую в ЗАО "Тепличное" г.Екатеринбург.

Для опыта использовали семена огурца сорта F1 "Исток". Рассада выращивалась на почвогрунтах: смесь торфа с минеральными удобрениями и керамзита заданных фракций.

В опыте использовали керамзит производства "ООО - Богдановический керамзит" - не дробленый отсев размером 2-10 мм от производства гравия керамзитового по ГОСТ 5797-90, прошедший обеспыливание и фракционирование через сита. Сухие составляющие почвогрунта смешивали и набивали в горшочки объемом по 200 мл. На 0,5 м ³ смеси добавляли: NH₄NO₃ - 100 г, аммофос - 480 г, KNO₃ - 40 г, известь - 1,5 кг. Горшочки проливают водой и вносят микроудобрения на 200 л воды: борная кислота - 3 г, ZnSO₄ - 1.6 г, MgSO₄ - 1.6 г, Mn - 1.6 г. Семена 1-го класса. Всхожесть 98-100%. Семена прогрели в сухожаровом шкафу при температуре 55-60°С в течение 3-х часов. Затем обработали 1% раствором марганца и микроэлементов. После просушивания опудрили триходермином.

Схема опыта:

1. Контроль, содержание керамзита / торфа с минеральными удобрениями - 20%/80%

2. Вариант 2, содержание керамзита / торфа с минеральными удобрениями - 40%/60%

3. Вариант 3, содержание керамзита / торфа с минеральными удобрениями - 60%/40%

4. Вариант 4, содержание керамзита / торфа с минеральными удобрениями - 80%/20%

В период вегетации огурца отмечали: дату появления массовых всходов, образование 1-го, 2-го, 3-го листьев, перевалки, начала цветения, начала плодоношения. В опыте измеряли длину и толщину стебля, длину междоузлий, число листьев, их длину и ширину, число цветков и плодов. Урожайность определяли с каждого варианта.

Математическая обработка показателей проводилась методом дисперсного анализа.

Через 25 дней после всходов сделали перевалку в контейнеры объемом 1 л. Поливали растения до перевалки каждый день в течение 10 дней по 20-30 мл/растение, после перевалки по 40-50 мл/растение через день, после появления 2-го листа - через 2 дня по 150-200 мл растение.

Высадка рассады в грунт -

I закладка - 10.03.2004

II закладка - 28.05.2004

Внекорневые подкормки проводились через каждые две недели раствором мочевины (10 г на 10 л воды). Корневые подкормки делали по необходимости после анализа почвы.

Результаты I и II закладок опыта показали, что введение в почвогрунт повышенных доз керамзита (60-80%) повлияло на ускорение начала образования первого листа, цветения, плодоношения.

Анализ полученных данных (табл.5) показывает, что наибольший процент в общей биомассе составляет масса листьев, которая колеблется от 47-55%.

Тенденция к увеличению массы до 3 варианта, а затем ее снижение наблюдается и в корневой системе от 0,3 г до 0,55 г в 1-3 вариантах и 0,45 в 4 варианте. Наибольшую массу корней имеют растения в варианте с содержанием керамзита 60%, это объясняется благоприятной газовой средой, созданной повышенным (60%) содержанием керамзита заданных фракций.

Таблица 5 Биомасса растений огурца при перевалке
% керамзита	Общая сырая биомасса		В том числе
			листья		стебли		корни
	г	%	г	%	г	%	г	%
20	2,7	100	1,4	52	1,0	37	0,3	11
40	3,4	100	1,6	47	1,4	41	0,4	12
60	3,45	100	1,8	55	1,1	32	0,55	16
80	2,95	100	1,5	51	1,0	34	0,45	15

Общие тенденции в структуре биомассы сохраняются и при высадке рассады в грунт.

Под влиянием оптимальной дозы керамзита биомасса корней увеличилась почти в 2 раза (60% керамзита) по сравнению с контролем (Таблица 6).

Максимальная общая масса наблюдалась в 3 варианте.

Таблица 6 Биомасса растений огурца в период высадки рассады в грунт
% керамзита	Общая сырая биомасса		В том числе
			листья		стебли		корни
	г	%	г	%	г	%	г	%
20	51,3	100	27,2	53	22,5	44	1,6	3
40	53,5	100	25,7	48	25,7	48	2,1	4
60	54,2	100	30,4	56	20,0	40	3,8	7
80	52,1	100	27,1	52	21,9	42	3,1	6

Оценка качества рассады проводилась по 10-балльной шкале.

Для расчета экономической эффективности на основании проведенных Уральским НИИ сельского хозяйства исследований были произведены расчеты и определена возможная продуктивность по вариантам, исходя из качества выращенной рассады (табл.7).

Комплексная оценка рассады показала (по вариантам), что наивысшее качество рассады получено при объемной доле керамзита в почвогрунте - 60%.

Она отличалась наивысшей ассимиляционной поверхностью, наибольшей биомассой, числом побегов, числом цветков и завязей,

Сравнивая варианты, следует отметить, что наибольшее число зеленцов наблюдается в 3 варианте (2, 3 штуки) (таблица 8) - это объясняется большой вегетативной массой и ускоренным развитием.

Таблица 7 Оценка качества выращенной рассады огурца и планируемая прибавка по методике программирования
% керамзита	Оценка рассады, балл	Разница между баллами и контрольным значением	Планируемая прибавка (+/-)		Планируемая урожайность	% к контролю
			%	кг/м 2
20	4	-2	-8	-2+/-1	28+/-1	100
40	8	+2	+8	+2+/-1	32+/-1	114
60	10	+4	+16	+4+/-1	34+/-1	125
80	6	0	0	0+/-1	30+/-1	107

Таблица 8 Влияние содержания керамзита в почвогрунте на рост, развитие и начало плодоношение огурца
% керамзита	Длина стебля, см	Диаметр стебля, см	Число побегов, штук	Число листьев, штук	Число зеленцов
					штук	%
20	10,4	0,4	4,0	5,0	0,5	40
40	13,6	0,7	5,2	5,3	1,2	135
60	13,4	0,5	4,5	5,4	2,3	250
80	22,3	0,4	4,0	6,5	1,9	210

Данные расчетной экономической эффективности выращивания огурца сорта F1 "Исток" показывают (таблица 9), что урожайность огурца на варианте с содержанием керамзита 60% наибольшая 35,0 кг/м² - этим объясняется более высокая рентабельность (142,9%).

Из расчетов видно, что наименьшая себестоимость 1 кг огурца 10,3 рублей, на варианте с содержанием керамзита заданных фракций в почвогрунте 60% соответственно, а на остальных вариантах она составляет 12,1-12,7 руб./кг, что на 0,9-2,4 руб./кг больше.

Таблица 9 Экономическая эффективность выращивания огурца
№	Показатели	Варианты
		Контроль (20% керамзита)	Вариант 2 (40% керамзита)	Вариант 3 (60% керамзита)	Вариант 4 (80% керамзита)
1.	Площадь, м2	1000	1000	1000	1000
2.	Урожайность, кг/м2	28,0	32,0	35,0	30,0
3.	Валовая продукция, ц	280	320	350	300
4.	Производственные затраты на 1 м 2, руб.	356,7	358,4	360,3	361,8
4.1	в т.ч. ДПЗ	-	1,7	3,6	5,1
5.	Стоимость валовой продукции, руб.	700,0	800,0	875,0	750,0
5.1	в т.ч. ДВП	-	100,0	175,0	50,0
6.	Себестоимость 1 кг, руб.	12,7	11,2	10,3	12,1
7.	Чистый доход, руб.	343,3	441,6	514,7	388,2
8.	Рентабельность, %	96,2	123,2	142,9	107,2

Проведенными опытами и расчетами установлено:

1. Введение недробленого керамзита фракций 2-10 мм в состав почвогрунта, уменьшает его плотность на 15-39%. Увеличение доли керамзита в составе почвогрунта ускорило развитие, рост растений и появление метамерных органов огурца гибрида F1 "Исток".

2. Возрастание ассимиляционной поверхности происходило до варианта с содержанием керамзита 60% (9,12-10,7 дм²).

3. Объемная доля керамзита в грунте влияла на накопление общей сырой биомассы растений, она увеличивалась с ростом содержания в почвогрунте керамзита до 60%, затем наблюдали спад сырой биомассы 51,3-53,5-54,2-52,1 г в 1-4 вариантах.

4. Под влиянием изменения объемной доли керамзита в грунте растения прореагировали в конечном счете увеличением урожайности по сравнению с контролем на 7-25%. Наиболее высокие результаты были получены в варианте - 60% керамзита, заданной фракции.

5. Расчетная экономическая оценка результатов опытов показала, что наименьшая себестоимость продукции при выращивании огурца получилась в третьем (содержание керамзита в почвогрунте 60%) варианте. Наиболее высокая рентабельность - 142,9 наблюдается также в этом варианте.