Технология использования цеолитов в растениеводстве

Реферат

Технология использования цеолитов в растениеводстве

Цеолиты - минералы из группы водных алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных элементов с тетраэдрическим структурным каркасом, включающим полости (пустоты), занятые катионами и молекулами воды. Эти природные минералы пористой структуры обладают уникальным комплексом качеств, полезных для человека, животных и растений, таких как большая поглотительная способность, адсорбционные, ионообменные свойства, пролонгирующий эффект, сыпучесть, гигроскопичность, высокая биологическая активность, термическая, химическая, механическая устойчивость и др.

Уникальные свойства цеолитов определяют сферы их применения: это животноводство и растениеводство, очистка сточных вод, медицина, детоксикация загрязненных почв и нейтрализация радиоактивного заражения, подготовка и уход за спортивными газонами и площадками и т. д.

В многочисленных исследованиях установлена эффективность совместного внесения в почву цеолита и значительно сниженных норм минеральных и органических удобрений. Так, при использовании цеолита в дозе 3 т/га можно снизить нормы внесения навоза крупного рогатого скота до 10 т/га. Внесение клиноптилолита в почву из расчета 0,5-2 т/га приводит к повышению урожайности моркови на 63 %, баклажанов - на 55 %, пшеницы - на 15 %, яблок - на 28 %, кукурузы - на 10 %, риса - на 35 % [1].

Цеолиты являются сырьем для производства субстратов, используемых в растениеводстве. Так, в Болгарии выпускается минеральный цеолитовый субстрат «Балканин» нескольких модификаций, в которых изменяется содержание азота и фосфора (Б-1/0,5, Б-1/1, Б-1/2) [4].

В последние 15 лет в связи с происходившими изменениями в промышленности и сельском хозяйстве интерес к этой проблеме снизился. Работы по изучению цеолитов резко сократились, выполнявшиеся ранее научно-практические программы «Цеолиты России», «Цеолиты Сибири», «Цеолиты Кузбасса» приостановлены.

Вместе с тем, повышение качества и увеличение объема отечественной продовольственной продукции, снижение ее себестоимости особенно важны в период развития новых экономических отношений и модернизации технологий. Весьма перспективно использование в сельском хозяйстве в качестве удобрений природных материалов, в которых сочетаются технологическая целесообразность, высокая экономическая эффективность и экологическая безопасность. Эти качества сочетаются в природных цеолитах.

В Кемеровской области находится Пегасское месторождение природных цеолитов, расположенное в Крапивинском районе на правом берегу р. Томь, в пределах южного склона Салтымаковского хребта, в бассейнах рек Мутная и Пегас. Месторождение цеолитов приурочено к вулканогенно-осадочной толще сосновской свиты нижнего триаса. Вулканогенно-осадочная толща мощностью 250-400 м сложена мелкозернистыми алевролитами, туфоалевролитами, витрокластическими базальтовыми туфами, туфопесчаниками, разнозернистыми полимиктовыми песчаниками, аргиллитами, пластами цеолитов, реже конгломератами. Для пород характерна темно-серая, грязно-зеленая и серая окраска. На месторождении выделено 11 пластов и пропластковцеолитов. Цеолитовые породы образовались в результате метаморфизма алевролитовых, реже пепловых витрокластических туфов, а также туфоалевролитов и туфопесчаников.

Цеолит Пегасского месторождения (пегасин) представлен минералами гейландит-клиноптилолитовой формы, их процентное содержание в породе составляет 64 %. По химическому составу пегасский цеолит включает (%): SiO2 - 62,70; Al2O3 - 13,61; CaO - 4,69; K2O - 1,01; MgO - 0,31; Na2O - 0,31.

Как видим, эти цеолиты обогащены преимущественно щелочно-земельными ионами и представлены в основном кальциевой формой. Содержание цеолитов в породах достаточно высокое (45-64 %) и позволяет использовать их в качестве минеральных добавок при подготовке органо-минеральных удобрений [2].

Цеолит Пегасского месторождения относится к высококремнистым, что определяет его хорошие ионообменные свойства, термическую и химическую устойчивость. Пегасский цеолит показывает повышенную селективность к ионам Са2+ и Mg2+, это ведет к увеличению емкости катионного обмена почв. Отмечено положительное влияние цеолита Пегасского месторождения на свойства дерново-подзолистой почвы, выраженное в повышении степени насыщенности почв основаниями, понижении гидролитической кислотности, а также в нормализации кислотного режима [4].

По мнению специалистов-аграриев, при использовании пегасских цеолитов в тепличном овощеводстве оптимальным субстратом для выращивания растений является искусственная почвосмесь, состоящая из эквивалентных количеств торфа и цеолита и размещенная в теплице в виде гряды с толщиной «пахотного» слоя 0,3 м [2, 3].

Несмотря на широкие исследования применения цеолитов в растениеводстве, цветоводстве, овощеводстве, мало экспериментов с использованием цеолитов в условиях садовых участков, приусадебных хозяйств.

Целью данной работы явилось изучение радиоактивной безопасности цеолитов Пегасского месторождения и оценка эффективности их использования при выращивании сельскохозяйственных культур.

Количественные характеристики, полученные в результате экспериментов, были обработаны статистически.

На первом этапе работы нами изучена радиоактивность пегасина.

Радиоактивность цеолитов определялась дозиметром РОДОН-901. Было установлено, что радиоактивность Пегасских цеолитов составила 18 мкР/ч. Известно, что естественный радиационный фон составляет от 15 до 90 мкР/ч в зависимости от уровня моря, подстилающих пород. Таким образом, показатели радиоактивности цеолитов Пегасского месторождения не превышают естественный радиационный фон местности, и Пегасские цеолиты являются безопасными.

На втором этапе исследований мы изучили возможность и эффективность применения Пегасских цеолитов при выращивании кукурузы и томатов в условиях садового участка.

Кукуруза является теплолюбивым и светолюбивым растением и не успевает вызревать в средней полосе России. В Кемеровской области выращивают кормовые сорта кукурузы, а также зеленую массу. Однако садоводы-мичуринцы проводят эксперименты по выращиванию сладкой кукурузы, используя метод ранней рассады и внесения в почву различных удобрений, в том числе минеральных.

Нами была поставлена задача повысить урожайность кукурузы, достичь ее вызревания, улучшить качество путем внесения в почву цеолитов.

Для эксперимента был взят сорт суперсладкой кукурузы. Рассада выращивалась в домашних условиях. Зерна контрольной группы высадили в обычную почву, а зерна экспериментальной группы - в почву с добавлением цеолитов в соотношении 2:1. Условия выращивания рассады были одинаковыми. Через месяц перед посадкой кукурузы в грунт произвели замеры рассады. Высота рассады экспериментальной группы составила в среднем 46,5±3,03 см, а контрольной - 34,4±2,94 см. При этом у растений экспериментальной группы наблюдалось по 4 листика, а контрольной - только по 3.

При высадке экспериментальной рассады в каждую лунку добавляли по 0,5 стакана цеолитов, контрольную высаживали без цеолитов. В течение летнего периода производили промежуточные замеры высоты кукурузы.

Через 2 месяца после высадки рассады в открытый грунт высота кукурузы экспериментальной группы составила в среднем 114,9±5,98 см, а высота кукурузы контрольной группы - 94,0±4,66 см. Разница в 21 см является достоверной, статистически значимой (р<0,001).

На экспериментальном участке первый урожай был получен в конце августа, на втором, контрольном участке, вызревание урожая отставало. В целом, с первого участка с одного растения было получено 3−5 початков высокого качества, а со второго - по 2-3 початка, не считая мелких и невызревших.

Общий урожай с экспериментального участка составил 52 початка, с контрольного - 31 початок. Таким образом, прирост урожая кукурузы при использовании цеолитов составил 67,7 %.

Результаты исследований представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Сравнительная характеристика прироста кукурузы с применением цеолита

Нами также была поставлена задача повышения урожайности томатов, улучшения их качества путем внесения в почву цеолитов. Для эксперимента были взяты различные сорта томатов: Ракета, Буян и Белый налив.

Для выращивания рассады использовалась смесь чернозем: компост: песок: зола в соотношении 2:1:1:0,5 для контрольной группы и чернозем: компост: цеолиты: песок: зола в соотношении 2:1:1:1:0,5 для экспериментальной группы. При высадке рассады в открытый грунт на экспериментальную площадку было внесено 10 кг цеолитов.

Цветение томатов на экспериментальной грядке началось на 10 дней раньше, чем на контрольной. Получены следующие данные, характеризующие урожайность томатов на экспериментальной грядке:

среднее количество помидоров на кусте - 44,2±3,55;

общий вес помидоров с одного куста - 3,13±0,33 кг;

средний вес одного помидора - 0,07±0,006 кг;

общий вес урожая - 31,5 кг.

Для контрольной группы получены следующие результаты:

среднее количество помидоров на кусте - 38,0±3,06;

общий вес помидоров с одного куста - 2,36±0,22 кг;

средний вес одного помидора - 0,06±0,004 кг;

общий вес урожая - 23,6 кг.

Результаты сведены в таблице 2. Различия экспериментальной и контрольной групп обнаружены на высоком уровне статистической значимости (р<0,001).

Таблица 2 − Сравнительная характеристика прироста томатов с применением цеолита

Учитывая общий вес урожая экспериментальной и контрольной групп, вычислили прирост урожая, который составил 33,5 %. Прирост урожая в пересчете на внесенные удобрения составил 0,8 кг томатов на 1 кг внесенных цеолитов.

Следует отметить, что погодные условия для проведения эксперимента были крайне неблагоприятными, так как лето было холодное и дождливое. Очевидно, можно ожидать более высокий прирост урожая в условиях жаркого и сухого лета.

Таким образом, проведенные исследования показали, что цеолиты Пегасского месторождения перспективны для использования в качестве добавки в корм животных, так как у них отсутствует игольчатая структура в строении, их радиоактивность не превышает естественный радиационный фон, что делает их безопасными при использовании в животноводстве и растениеводстве.

Внесение цеолитов в почву способствует более раннему созреванию кукурузы и томатов, улучшению их качества, приросту урожая, что является важным в условиях Сибири.

Нами разработаны рекомендации по применению цеолитов Пегасского месторождения в садоводстве.

. Природный цеолит с размером фракций 0,1-3 мм эффективно использовать в качестве компонента почвенной смеси для выращивания рассады садовых растений в открытом и защищенном грунте. Рекомендуемый состав смеси чернозем: компост: цеолиты: песок: зола в соотношении 2:1:1:1:0,5.

. При высадке рассады томатов в открытый грунт или парник внесят1 кг цеолитов на 1 м2 грунта. Цеолиты смешивают с компостом в соотношении 1:1.

. При использовании цеолитов в смеси с компостом подкормка растений не производится, так как запаса питательных веществ достаточно на весь период выращивания культур.

. Поскольку цеолиты обладают способностью удерживать влагу, важно не переувлажнять садовый участок, сократив поливы в 2 раза по отношению к тем, что используются без внесения цеолитов в открытый грунт.

Медовый экстракт травы зверобоя

Хлебобулочные изделия являются одним из важнейших продуктов питания. Потребление хлеба в разных странах колеблется от 170 г до 500 г в сутки на человека. В России среднедушевое потребление хлеба достаточно велико - по разным источникам, оно составляет в среднем 340 г в сутки. Поэтому очень важно обеспечить потребителей качественной, безопасной и полезной продукцией [1].

Качество хлебобулочных изделий обусловлено свойствами компонентов, входящих в их состав, и процессами, протекающими при приготовлении полуфабрикатов, выпечке тестовых заготовок и хранении изделий. Именно при хранении хлеба могут протекать негативные микробиологические процессы, приводящие к заметному ухудшению качества продукции. Порча хлеба под влиянием споровых бактерий Bacillussubtilis и Bacillusmesentericus получила название «болезнь» хлеба. К ним относится «картофельная болезнь». К порче относятся также плесневение хлеба, меловая болезнь [2].

Для предотвращения микробиологической порчи хлеба на кафедре технологии хлеба, макаронных, кондитерских изделий ВГТА разработана антибиотическая фитодобавка - сброженный водно-медовый экстракт травы зверобоя. Выбор компонентов экстракта обусловлен их химическим составом. Зверобой содержит эфирное масло, смолистые и дубильные вещества, витамины С, РР, каротин, никотиновую кислоту, антоцианы, сапонины и др. Химический состав зверобоя представлен в таблице 3.

Таблица 3 - Химический состав зверобоя

Сложный химический состав обусловливает многообразие применения препарата растения. Препараты зверобоя оказывают антисептическое, антибактериальное, выраженное вяжущее и мочегонное действие, стимулируют регенерацию тканей. Экстракт зверобоя допускается к производству в качестве экологически чистых концентратов, пищевых добавок и БАД.

Растительные добавки используют для улучшения качества готовой продукции и продления ее срока сохранения свежести, предотвращения микробиологической порчи. Приятный бальзамический аромат, слегка горьковатый привкус зверобоя сохраняются и после высушивания. Он содержит массу природных консервантов и антиоксидантов, которые помогают сохранить любой продукт, способны несколько нивелировать недостатки основного продукта.

Вторым компонентом, входящим в состав сброженного водно-медового экстракта является мед. Его бактерицидность обусловлена содержанием в нем фитонцидов и ферментов, участвующих в окислительных реакциях с высвобождением активного кислорода. Он участвует в окислении ненасыщенных жирных кислот, присутствующих в муке и вносимых с новым сырьём, до пероксидов. Витамин В2 (рибофлавин) участвует в обмене веществ и служит в качестве составной структурной части флавопротеидов - особых веществ высокой биологической активности, необходимых для нормальной функции жизнеобеспечивающих систем и организма в целом [3].

Для лучшего распределения активных составляющих зверобоя в среде хлебопекарного полуфабриката, а также возможности использования ее микроколичеств готовили экстракт.

Для получения сброженного молочнокислыми бактериями Str.lactis и Str.cremoris водно-медового экстракта (СбВМЭ) зверобоя использовали мед, измельченную траву зверобоя, воду питьевую.

При получении экстракта зверобоя предложено заменить воду на водно-медовый раствор с концентрацией меда 14 %. Замена обусловлена богатым химическим составом меда, содержанием в нем сбраживаемых сахаров и бактерицидной активностью, обусловленной содержанием фитонцидов и ферментов, участвующих в окислительных реакциях с высвобождением активного кислорода.

Для более интенсивного накопления кислотности экстракт подвергали брожению при помощи молочнокислых бактерий Str.lactis и Str.cremoris, при температуре оптимальной для их действия, и не приводящей к ингибированию ценных компонентов, содержащихся в зверобое и натуральном меде.

В лабораторных условиях СбВМЭ зверобоя готовили следующим образом: в емкость с водой температурой 30 - 32˚С при постоянном перемешивании добавляли 14 % меда к массе взятой воды, затем вносили 6 % предварительно измельченной до размера частиц 100 мкм травы зверобоя, добавляли закваску, сброженную молочнокислыми бактериями Str.lactis и Str.cremoris . Полученную смесь сбраживали в термостате при температуре 32 - 34˚С в течение 7 суток, после чего экстракт фильтровали.

Органолептические и физико-химические показатели сброженного водно-медового экстракта зверобоя представлены в табл. 2, химический состав - в таблице 4.

Таблица 4 - Органолептические и физико-химические показатели СбВМЭ травы зверобоя

Таблица 5 - Химический состав СбВМЭ травы зверобоя

Анализируя данные, представленные в таблицах 4 и 5 можно рекомендовать сброженный водно-медовый экстракт в технологии хлебобулочных изделий, устойчивых к микробиологической порче из-за высоких показателей содержания дубильных веществ, кислотности и антиоксидантной активности.

цеолит кукуруза урожайность

Литература:

1. Пащенко, Л.П. Технология хлебобулочных изделий [Текст] / Л.П. Пащенко, И.М. Жаркова. − М.: КолосС, 2006. − 389 с.

2. Витавская, А.В. Биологическая защита хлеба от картофельной болезни [Текст] / Г.Н. Дудикова, К.А. Тулемисова. − Кн./КазНИИПП. - Алматы: РНИ «Бастау», 1998. -240 с.

2. Кулебакин, В.Г. Исследование физико-химических свойств цеолитов и некоторые аспекты их комплексного использования / В.Г. Кулебакин, О.А. Ульянова, Т.И. Бугаева и др. // Роль минерально-сырьевой базы Сибири в устойчивом функционировании плодородия почв. Красноярск, 2001. С. 105-109.

. Рекомендации Ростовского НИИ Академии коммунального хозяйства по применению цеолита Пегасского месторождения в цветоводстве.

. Рязанова, О.А. Качество плодоовощной продукции, выращиваемой с применением ресурсосберегающих технологий. Монография / О.А. Рязанова, М.А. Николаева. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 1996. - 226 с.

. Середина, В.П. Агроэкологические аспекты использования цеолитов как почвоулучшителей сорбционного типа и источника калия для растений / Известия Томского политехнического университета. - 2003. - Т. 306. - № 3. - С. 56-60.