Удобрение почвы выхлопными газами: как это работает?

Удобрение почвы выхлопными газами: как это работает?

vk.com-logo

В настоящее время отрасль сельского хозяйства располагает множеством возможностей по сохранению или увеличению производительной способности почвы путем внесения специальных природных или синтетических питательных веществ.

Процесс удобрения почвы и растений можно оптимизировать за счет оперативного и своевременного внесения различных дефицитных химических компонентов, необходимых для обеспечения нормального роста и развития культур.

В современных реалиях существует целый ряд специализированных технологий, позволяющих достигать высокой эффективности за счет использования различных комбинаций видов удобрений, а также техники (опрыскивателей, разбрасывателей, цистерн, комплексных агрегатов).

Но помимо обычных традиционных методов, широко используемых аграриями нашей зоны, существуют и альтернативные, в частности углеродное земледелие, которое объединяет множество методов ведения сельского хозяйства, направленных на использование атмосферного углерода почвой, корнями культур, древесиной и листьями.

В углеродном земледелии в качестве удобрения используют выхлопные газы сельскохозяйственной техники и машин.

Что это за метод? Какие преимущества имеет? И как работает на практике?

«ГлавПахарь» предлагает Вам ознакомиться с исследованиями и ключевыми особенностями технологии удобрения почвы выхлопными газами тракторов.

Углеродное земледелие или удобрение выхлопными газами

История углеродного земледелия

Сельское хозяйство является единственной отраслью, в которой можно применять выхлопные газы сельскохозяйственных машин в качестве удобрения растений.

Углеродное сельское хозяйство занимается внедрением методов, которые направляют выбрасываемые в атмосферу двигателями выхлопные газы в среду питания растений, где они превращаются в биомассу растений или органическое вещество почвы.

Углерод может храниться в течение длительного времени (от десятилетий до столетий и более) благодаря процессу, называемому секвестрация углерода в почве (трансформация из атмосферы в биомассу растений). При этом углерод накапливается, когда разлагающееся органическое вещество физически смешивается с почвой. Почвы могут содержать до 5% углерода от массы, включая разлагающиеся органические остатки растений, остатки животного происхождения и биоуголь.

Удобрение почвы выхлопными газами трактора в комбинации с сеялкой

Согласно известным данным, метод существует уже более века. Задумка использования выхлопа тракторов, в составе которого есть азот и углерод, для удобрения почв появилась около сотни лет назад, практически сразу же после изобретения первого трактора. Уже в XXI веке стали появляться опыты фермеров, которые, по их заверениям, гарантируют желаемый результат.

В выхлопе машин, оснащённых двигателем внутреннего сгорания, особенно тракторов, содержится углекислый газ и оксид азота. Это основная причина токсичности выхлопных газов для создания государственной политики, ограничивающей выбросы во время работы моторов транспортных средств.

Наукой доказана ценность азота и углерода для почвы. Использование выхлопа трактора позволяет увеличить плодородие почвы и за счёт этого существенно снизить объемы применяемых удобрений. Вместе с этим, применение технологии позволяет снизить выбросы выхлопных газов в окружающую среду, в том числе токсичных оксидов азота.

Читать статью  Газопроводы России: карта и схема. Газопроводы из России в Европу

В 1923 году немцем Фридрихом Риделем была предложена схема, позволяющая осуществлять утилизацию углекислого газа от выхлопа трактора для использования в сельском хозяйстве.

Первая машина для удобрения почвы была создана в 1929 году. Основной проблемой оказалось достижение высоких показателей эффективности удобрения почвы выхлопным газом, температура которого составляла 250 градусов. Эта идея была забыта после Второй мировой войны, когда стали активно производиться и применяться минеральные и органические удобрения.

Традиционная классификация удобрений. Фото: glavpahar.ru

В 1960-х годах технология вернулась в видоизмененной форме: выхлоп двигателя, активизирующего работу водяных насосов, был включён в воду для полива. Спустя несколько десятков лет появился метод включения углекислого газа в воду для полива, воздух теплиц и грунт. В данном случае воплощению идеи поспособствовало применение пневматических сеялок. Они помогли решить множество трудностей, существовавших в 20-х годах, что позволило широкомасштабно использовать углекислый газ для удобрения почвы.

Удобрение почвы выхлопными газами трактора открывает фермерам возможности повышения урожайности и снижения затрат на минеральные удобрения до 50%. На данный момент аграрии предлагают различные разработки, позволяющие включать угарный газ в минеральные удобрения (калийные и фосфорные). Такая смесь вносится сеялкой, у которой к механизму приема воздуха присоединяется выхлопная труба трактора.

На сегодняшний день подобные комбинации тракторов и сеялки признаны инновационной технологией. Принято считать, что впрыскивание в почву выхлопа активизирует деятельность обитающих в почве бактерий, что способствует минерализации питательных веществ почвы и образованию свободноживущими азотфиксирующими микроорганизмами азота.

Преимущество технологии углеродного земледелия. Фото: glavpahar.ru

На данный момент технология широко используется в нескольких странах: США, Канада, Австралия, Англия, Австрия. Некоторые государства осуществляют адресную политику, нацеленную на снижение выбросов в окружающую среду, что дает шанс на широкое внедрение представленной технологии в сферу АПК.

Теоретические основы удобрения почвы выхлопными газами

В составе горючего для двигателя, помимо водорода и углерода, в меньших количествах также входят хром, кальций, сера, железо и кремний. В составе моторного масла имеется кальций, фосфор и цинк. Теплоэффективность мотора обуславливает химический состав выхлопа, который зависит от марки горючего, быстроты работы мотора, размера нагрузки, рабочей температуры и характеристик впрыска. На состав выхлопа также влияют топливные добавки.

Токсичные для людей тяжелые металлы превращаются в дополнительные питательные элементы, которые могут усваиваться культурами. Иными словами, за счет специальных присадок выхлопные газы могут стать источником обеспечения растений микроэлементами.

Читать статью  Как и зачем сжижают газ: технология производства и сфера использования сжиженного газа

Доступность оксида азота из выхлопной системы повышается при помощи нескольких методов. Первоначально, рост концентрации диоксида углерода в почве активизирует жизнедеятельность свободноживущих микроорганизмов, занимающихся производством аминокислот. Если культура поглощает азот в форме нитратов, то это в 2 раза эффективнее связывает углекислый газ по сравнению с применением аммиака. Выхлопной газ активизирует работу почвенных бактерий, чем формирует положительное взаимодействие.

Во время работы дизельного двигателя образуются частицы углерода уникальной цилиндрической формы — углеродные нанотрубки. Как показали исследования Университета штата Арканзас, добавление подобных углеродных нанотрубок к семенам томата позволяет культуре поддерживать водопоглощение, что стимулирует прорастание. При такой обработке семена прорастали в 2 раза быстрее, чем не обработанные.

Азот, поступивший в почву из выхлопа, используется быстрее, по сравнению с его внесением с аммиачными формами удобрения или мочевиной. Свойство почвенных микроорганизмов связывать азот зачастую ограничивается дефицитом органического вещества.

Основными преимуществами нитратного питания от выхлопов являются:

  • ускорение обменных процессов и сохранение водорода в корнях;
  • больший объем углекислого газа в почве;
  • рост концентрации меди в тканях культуры;
  • активизация роста культур, положительно отзывающихся на натрий, особенно при недостаточном обеспечении калием, у таких культур натрий улучшает водный баланс;
  • снижение усвоения хлорида культурами, не переносящими натрий;
  • в тканях растений повышается уровень рН, что позволяет уберечь их от патогенов и улучшить усвоение нитратов.

Более того, находящаяся в выхлопе влага, во время охлаждения способна конденсироваться в семенах, активизируя их прорастание.

В настоящее время научно доказано, что число живых бактерий, паразитов или грибов на семенах, прошедших обработку угарным газом, значительно ниже, нежели на семенах без обработки.

Практическое применение технологии и конструкторские особенности

Система утилизации выхлопов трактора в почву на практике реализуется следующим способом:

  • к отверстию от выхлопной трубы присоединяется трубопровод (А), ведущий в теплообменник (В). Здесь выхлоп охлаждается до температурного режима, который требуется для оптимального роста культур и безопасного перемешивания с семенами, не обжигая растения. Теплообменник обеспечивает тепловой обмен между выхлопом и атмосферой. Оборудование должно снижать температуру газа с 250 градусов до не выше 80 градусов. Температура контролируется особым устройством;
  • в промежуточный узел (С) можно поместить насос для всасывания, к примеру, для внесения в почву вместе с газом дополнительно минеральных удобрений. Далее происходит смешивание и засасывание в технику для высева. Система оснащена пневматическим инжектором, отвечающим за всасывание семян совместно с выхлопом;
  • газы можно впрыскивать при культивации или во время посева и это также может происходить в несколько этапов. Когда газы вводятся во время культивации, то наличие промежуточного узла не требуется;
  • особенности поля могут потребовать установки дополнительного оснащения (D). За счет инжектора (Е) выхлоп вводится совместно с семенами или без, при движении сеялки или культиватора. На рабочую технику ставятся подающие сигнал газоанализаторы на случай, если газы испаряются с почвы. Как правило, это случается при повышенной температуре выхлопа. Поскольку охлажденный газ более тяжелый, задерживается в почве и поглощается.
Читать статью  Россия выключила главный газопровод в Европу. Пока временно, но ЕС боится, что навсегда

На практике комбинация техники для комплексного внесения выхлопных газов в почву может выглядеть следующим образом.

Пример, комбинация Technik-plus:

  • трактор CLAAS с трубопроводом для выхлопной трубы;
  • пневматическая сеялка TP TURBO JET SUPER, которая имеет дозирующий аппарат на 11 выходов, регулирующий клапан, 40 метров шланга, бункер с гравированной шкалой в литрах;
  • турбина с электро- или гидроприводом, перерабатывающая выхлопные газы (турбина имеет 1 выход DM 100 мм, 3 выходящих трубы DM 60 мм, 1 выход DM 395 мм, гидромотор и гидрошланги);
  • специализированный блок управления с бесступенчатой установкой нормы высева, датчиком контроля над работой высевающего аппарата;
  • дисковая борона с рабочей шириной захвата 6,3 метра на 23 или 46 дисков с возможностью регулировки глубины обработки почвы (агрегат имеет диски с высевающими сошниками, 23 выхода для внесения выхлопных газов в землю).

Результаты исследований

В штате Монтана были проведены независимые опыты на разных культурах (горох, пшеница и овес).

В одно время было проведено 4 исследования по разным технологиям:

  • с внесением только угарного выхлопного газа;
  • с внесением минеральных удобрений;
  • с внесением комбинации выхлопных газов и минеральных удобрений;
  • базовый контрольный вариант без внесения.

Все опыты проведены в 3-кратной повторности.

Из проведенных тестов были получены следующие результаты:

  • горох не показал существенного отличия между методами внесения, но было зафиксировано существенное различие между повторениями в зависимости от местности;
  • итоги исследования с овсом при использовании только выхлопа были значительно лучше в сравнении с другими вариантами;
  • тесты с пшеницей показали лучшие результаты при применении сразу двух технологий: с внесением только выхлопных газов и использованием газов в комбинации с минеральными удобрениями.

Кроме того, испытания показали, что внесение выхлопных газов в почву повлияло на агрохимическое состояние почвы (увеличилось количество качественно высеянных семян, стабилизировалась концентрация нитратного азота в почве, улучшилась микробиологическая активность).

При этом, несмотря на все преимущества данной технологии и широкое применения в ряде стран, данный вопрос изучен в недостаточной степени.

Специалистам отрасли стоит продолжать исследования по влиянию впрыскивания выхлопных газов в почву, в том числе их влияние на микробиоту в разных климатических зонах и на разных типах почв.

Проведенные на полях многих стран и в различных почвенно-климатических условиях опыты с применением данной технологии по-прежнему демонстрируют разнонаправленные результаты.

Подготовлено по материалам carbonfarming.ru и technik-plus.eu

Источник https://glavpahar.ru/articles/udobrenie-pochvy-vyhlopnymi-gazami-kak-eto-rabotaet

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *