КРЕМНИЕВОЕ УДОБРЕНИЕ
SILICON FERTILIZER

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к минеральным удобрениям, содержащим кремний, микроэлементы и вещества, облегчающие и упрощающие применение удобрения.
Кремниевые удобрения недостаточно широко применяются в сельскохозяйственной практике, несмотря на их высокую эффективность для повышения урожайности и устойчивости к болезням и вредителям.
Для большинства высших растений кремний (Si) - полезный химический элемент. Он способствует повышению механической прочности листьев и устойчивости растений к грибковым заболеваниям. В присутствии кремния растения лучше переносят неблагоприятные условия: дефицит влаги, несбалансированность питательных элементов, токсичность тяжелых металлов, засоление почв, действие экстремальных температур.
По данным исследователей, применение кремния повышает устойчивость растений к дефициту влаги. Кремний растения могут поглощать через листья при листовых подкормках микроудобрениями. В растениях кремний откладывается преимущественно в эпидермиальных клетках, образуя двойной кутикулярно-кремниевый слой (прежде всего на листьях и корнях), а также клетках ксилемы. Его избыток трансформируется в различные виды фитолитов.
Утолщение стенок эпидермиальных клеток вследствие аккумуляции в них кремниевой кислоты и образования кремнецеллюлозной мембраны способствует более экономичному расходованию влаги. При полимеризации поглощенных растением монокремниевых кислот происходит выделение воды, которую используют растения. С другой стороны, положительное вличние кремния на развитие корневой системы, увеличение ее биомассы способствует улучшению поглощения растением воды. Это способствует обеспеченности тканей растений водой в условиях водного дефицита, что, в свою очередь, влияет на физиолого-биохимические процессы, протекающие в них.
Многие эффекты, вызываемые кремнием, объясняют его модифицирующим влиянием на сорбционные свойства клеток (клеточных стенок), где он может накапливаться в форме аморфного кремнезема и связываться различными органическими соединениями: липидами, белками, углеводами, органическими кислотами, лигнином, полисахаридами. Зафиксировано увеличение в присутствии кремния сорбции клеточными стенками марганца и, как следствие, устойчивости растений к его избытку в среде. Подобный же механизм лежит в основе положительного влияния на растения кремния в условиях избытка ионов алюминия, устраняемого путем формирования Al-Si-комплексов. В форме силикатов возможна иммобилизация избытка ионов цинка в цитоплазме растительной клетки, что установлено на примере устойчивого к повышенным концентрациям цинка. В присутствии кремния ослабляется негативное воздействие на растения кадмия вследствие ограничения транспорта последнего в побеги. В условиях засоленных почв кремний способен препятствовать накоплению в побегах натрия.
При избыточном содержании в среде многих химических элементов кремний полезен для растений. Его соединения способны адсорбировать ионы токсичных элементов, ограничивая их мобильность как в среде обитания, так и в тканях растений.
Соединения кремния увеличивают хозяйственно-ценную часть урожая при тенденции к уменьшению биомассы соломы. В начале вегетации, в фазе кущения, влияние кремния на рост вегетативной массы является существенным и составляет в среднем 14-26%.
Обработка семян соединениями кремния оказывает большое влияние на содержание в зерне фосфора, повышает массу 1000 зерен.
Недостатком применяемых кремниевых удобрений и подкормок, например, согласно патенту Российской федерации RU 2555914 (С2), опубликованному 20.01.2014, МПК: A01N 25/04; A01N 59/14; A61K 31/69; A61K 31/695, является их низкая усвояемость.
Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышения усвояемости кремниевого удобрения, повышение экономичности применения удобрения, а также обеспечение неограниченных сроков хранения с одновременным усилением эффектов повышения засухоустойчивости, устойчивости к болезням, повышения всхожести семян, а также других перечисленных выше полезных свойств кремнийсодержащего удобрения. В частности, изобретение обеспечивает ускорение роста и прорастания семян, а также повышает урожайность и качество готовой продукции при опрыскивании всходов растений. Кроме того, предложенный состав имеет более широкие функциональные возможности, чем известные кремнийсодержащие удобрения, поскольку безопасен при приеме в пищу в малых дозах и может использоваться при откорме, например, домашней птицы.
Для достижения указанного технического результата изобретение выполнено в виде смеси сухого остатка, равномерно распределенного в полиэтиленгликоле с содержанием полиэтиленгликоля 20-50% по массе от массы сухого остатка, где сухой остаток содержит минеральные вещества в мелкодисперсном состоянии и в пересчете на элементы содержит в % по массе сухого остатка:
железо - 5-10;
цинк 1-5;
азот 1-10;
калий 1-10;
медь 1-5
и кремний - остальное до 100%.
При этом в качестве полиэтиленгликоля используется смесь из полиэтиленгликоля 200 и полиэтиленгликоля 400 с содержанием полиэтиленгликоля 400 от 35 до 65% по массе. Кроме того, кремниевое удобрение может содержать кремний в виде чистого кремния в кристаллической форме, в том числе в монокристаллической и поликристаллической форме.
Кремний может быть введен в кремниевое удобрение в крупнодисперсной форме, измельчаемой и диспергируемой после смешения крупнодисперсной формы с полиэтиленгликолем и другими компонентами кремниевого удобрения. Мелкодисперсная форма кремния может быть получена путем диспергирования высокоскоростным диспергатором цикличного типа до достижения максимального размера частиц кремния от 0,005 до 4 мкм. Железо может быть введено в удобрение в виде химических соединений железа со степенью окисления +2 и +3, а медь в виде химических соединений меди со степенью окисления +2.
При использовании удобрения его разводят водой в соотношении удобрение/вода по массе 1:500-1:2000 и опрыскивают раствором семена или побеги растений до полного смачивания.
Железо, медь и цинк могут вводиться в удобрение в виде порошка или химических соединений. При введении в виде химических соединений предпочтительно использовать соединения железа со степенью окисления +2 и +3, меди +2 и цинка 0.
Для приведения кремния в порошкообразное состояние может также использоваться дробление пластинами, шаровая мельница, а также указанно выше дробление в процессе смешивания с полиэтиленгликолем.
Предложенный состав является, по сути, концентратом и предназначен для разведения водой в соотношении 1:500-1:2000 перед применением.
В качестве кремниевого компонента с биогеохимической активностью могут быть использованы твердые химически чистые соединения кремния в кристаллической форме.
Предложенное комплексное кремниевое удобрение не содержит вредных веществ и не имеет запаха, например полиэтиленгликоль широко применяется в косметике и является основой для зубных паст.
Изготовление предложенного удобрения осуществляется либо с использованием предварительного дробления компонентов до размера частиц в тысячные доли микрона, либо дроблением частиц в процессе смешивания с полиэтиленгликолем.
Поскольку частички компонентов имеют наноразмер в тысячные доли микрона, они меньше бактерии примерно в 100 раз и именно эта особенность дает возможность растению усваивать составляющие удобрения непосредственно на клеточном уровне. При этом предложенный состав не теряет свою эффективность при хранении.
Упрочнение кремне-целлюлозной мембраны при использовании предложенного удобрения является одним из важнейших механизмов повышения сопротивляемости растений к внешним неблагоприятным факторам: болезням, насекомым-вредителям, засухе, ветрам и т.д., при этом кремний как действующее вещество удобрения откладывается в листьях, формируя двойной кутикулярно-кремниевый барьер на поверхности, накопление кремния происходит в эпидермисе и проводящих тканях стебля, корней и оболочки зерен, формируя физический барьер на пути патогенов и вредителей.
Другой важной функцией изобретения является стимуляция развития. При протравливании посевного материала раствором удобрения увеличивается количество вторичных и третичных корешков на 30-40% и более. Некорневая обработка (опрыскивание) приводит к увеличению площади листьев и создает благоприятные условия для фотосинтеза. В таких условиях у растений формируются более прочные клеточные стенки, увеличивается механическая прочность, в результате чего снижается опасность полегания посевов и ускоряется восстановление жизнедеятельности после угнетения от применения пестицидов.
При обработке раствором удобрения таких культур, как сахарная свекла и томаты, наблюдается повышение содержания аскорбиновой кислоты (витамина С) и сахаридов.
Удобрение также может применяться в земледелии для минерализации почвы, в животноводстве как биологически активная добавка, улучшающая общее состояние и здоровье животных, и пищевой промышленности для обогащения воды биологически активным кремнием.
В частности, при применении предложенного состава как добавки к питьевой воде при вскармливании цыплят-бройлеров было отмечено увеличение живой массы цыплят-бройлеров, получавших добавку, к концу выращивания на 12,1% по сравнению с контрольной группой, не получавшей добавку.
Кремниевое удобрение согласно изобретению прошло испытания, результаты которых изложены ниже.
Пример 1
Состав с 15% содержания кремния, 4,1% железа, 5,4% азота, 0,89% цинка, 1% меди подвергался воздействию центрифуги с имитацией хранения в течение 10 лет. После разведения до рабочей концентрации не было обнаружено снижение указанных выше биологически активных свойств и образование комков.
Пример 2
Состав с 35,5% содержания кремния, 4,5% железа, 3,2% азота, 1% цинка, 2% меди подвергался воздействию центрифуги с имитацией хранения в течение 15 лет. После разведения до рабочей концентрации не было обнаружено снижение указанных выше биологически активных свойств и образование комков.
Пример 3
Состав с 46,3% содержания кремния, 10% железа, 3,3% азота, 1% цинка, 2,7% меди подвергался воздействию центрифуги с имитацией хранения в течение 5 лет. После разведения до рабочей концентрации не было обнаружено снижение указанных выше биологически активных свойств и образование комков.