NPK-SI УДОБРЕНИЕ, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
NPK-SI FERTILIZER, A METHOD FOR PRODUCTION THEREOF AND USE THEREOF

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к продуктам NPK-Si удобрений и к их применению в сельском хозяйстве, защите окружающей среды, детоксификации и в других областях, где используются активные кремниевые удобрения. В частности, настоящая заявка относится к продуктам NPK-Si удобрений, имеющим высокое содержание кремния в форме аморфного диоксида кремния. Заявка также относится к способу получения продуктов NPK-Si удобрений, имеющих высокое содержание кремния в форме аморфного диоксида кремния, и к применению такого продукта NPK-Si удобрения.
Уровень техники
Применение комплексных удобрений, таких как NPK, для ускорения роста растений широко распространено, однако их широкое применение также приводит в результате к отрицательному воздействию на окружающую среду, такому, например, как эйтрофия, уменьшение популяции и многообразия биоты почвы, уменьшение pH почвы, ускорение разложения органического вещества почвы, увеличение эрозии и увеличение аккумуляции токсичных элементов, например, тяжелых металлов, таких как Cd, из вносимых фосфатов. Таким образом, власти многих стран ввели ограничения для уменьшения количества удобрений.
Азот (N), калий (K) и фосфор (P) представляют собой макропитательные вещества и, по этой причине, потребляются растениями в больших количествах. Главные воздействия элементов NPK в NPK удобрении представляют собой:
Азот (N): азот является жизненно важным, поскольку он является важным компонентом хлорофилла, соединения, с помощью которого растения используют солнечную энергию для получения сахаров из воды и диоксида углерода (то есть, осуществляют фотосинтез). Он также представляет собой главный компонент аминокислот, составляющих элементов белков. Без белков растения вянут и погибают. Некоторые белки действуют как структурные единицы клеток растений, в то время как другие действуют как ферменты, что является критичным для многочисленных биохимических реакций. Азот представляет собой компонент соединений, переносящих энергию, таких как ATP (аденозинтрифосфат). ATP дает возможность клеткам для хранения и использования энергии, высвобождаемой при метаболизме. Наконец, азот представляет собой важный компонент нуклеиновых кислот, таких как ДНК, генетического материала, который дает возможность клеткам (и в конечном счете растениям в целом) расти и размножаться. Простыми словами, азот ускоряет рост растений.
Фосфор (P): фосфор является важным компонентом в ДНК и РНК растений. Фосфор также важен для развития корней, цветов, семян, плодов, для получения энергии для растения и потребления других элементов, включая N.
Калий (K): калий важен для роста сильного стебля, перемещения воды и для потребления растениями других элементов, включая N. Калий также играет критическую физиологическую роль в метаболизме углеводов и белков растений, способствует цветению и плодоношению.
Обычные удобрения, такие как нитрат кальция-аммония (CAN), нитрат аммония (AN), сульфат аммония (AS), мочевина, простой суперфосфат (SSP), тройной суперфосфат (TSP), поташ (хлорид калия) (MOP) и комбинированные типы, такие как моноаммоний фосфат (MAP), диаммоний фосфат (DAP), представляют собой хорошо определенные продукты, полученные с использованием хорошо определенных процессов.
2
5
2
2
5
2
2
5
2
2
5
2
Сложные или комплексные удобрения, такие как NPK, определять сложнее, поскольку имеется бесконечное количество отношений N/P/K, и способы, применяемые при их получении, являются многочисленными. Обычно за наименованием продукта “NPK” следуют три числа для указания процента N, P (выражается как PO) и K (выражается как KO), которые содержатся в продукте, например, 24-6-12 показывает, что этот конкретный сорт содержит 24% N (соединений азота), 6% PO (соединений фосфора) и 12% KO (соединений калия). В дополнение к этому, удобрение может содержать магний, бор, серу, микропитательные вещества, и тому подобное. Типичное содержание питательных веществ (выражаемое как N+PO+KO) обычно будет находиться в диапазоне 40-60%. Сорта без PO или без KO также включаются в диапазон продуктов “NPK”, однако они обычно также называются NP и NK удобрениями. Наиболее распространенные в Европе NPK удобрения содержат нитратные и/или аммониевые соли. Таблица 1 показывает типичный средний диапазон содержания питательных веществ в коммерчески доступных NPK удобрениях.
NPK удобрения можно получить четырьмя различными по своей основе способами (смотри “Best Available Techniques for Pollution Prevention and Control in the European Fertilizer Industry, Booklet No. 8 of 8: “PRODUCTION OF NPK FERTILIZERS by the MIXED ACID ROUTE” Copyright 2000 - EFMA, которая тем самым включается в качестве ссылки):
- NPK удобрения на основе фосфата аммония/нитрата аммония
- NPK удобрения на основе нитрофосфата (способ с применением смеси кислот)
- NPK удобрения на основе нитрофосфата (способ ODDA)
- Механическое смешивание компонентов с одним или множеством питательных веществ.
Таблица 1. Средний диапазон содержания питательных веществ в коммерчески доступных NPK удобрениях (ссылка International Fertilizer Association)
Тривиальные наименования
N
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
K<sub>2</sub>O
S
MgO
Питательные вещества как% от продукта
Азотные удобрения
Аммиак
82
0
0
0
0
Сульфат аммония
21
0
0
23
0
Нитрат аммония
33-34,5
0
0
0
0
Нитрат кальция - аммония
20,4-27
0
0
0
0
Мочевина
45-46
0
0
0
0
Фосфатные удобрения
Простой суперфосфат
0
16-20
0
12
0
Тройной суперфосфат
0
46
0
0
0
Диаммоний фосфат
18
46
0
0
0
Моноаммоний фосфат
11
52
0
0
0
Фосфоритная мука
0
20-40
0
0
0
Калийные удобрения
Хлористый калий (хлорид калия)
0
0
60
0
0
Сульфат калия
0
0
50
18
0
Калимагнезия
0
0
22-30
17-22
10-11
Комплексные удобрения
NPK удобрения
5-25
5-25
5-25
*
*
NP удобрения
15-25
15-25
0
*
0
NK удобрения
13-25
0
15-46
*
0
PK удобрения
0
7-30
10-30
*
*
* некоторые, с S и/или Mg и/или с микропитательными веществами
Необходимо заметить, что существуют и другие способы обозначения NPK удобрений, например, имеется стандартное использование величин для элементов, то есть, процентное количество элементарного N, P и/или K.
Растения в основном потребляют питательные вещества в форме ионов. Азот потребляется как аммоний и нитрат. Калий, а также другие питательные вещества, катионы металлов, потребляется как ионы. Фосфор в основном потребляется как фосфаты (гидрофосфаты и дигидрофосфаты). Бор не потребляется как заряженный ион, но потребляется как борная кислота.
Studies in Plant Science
8
Кремний (Si) традиционно считается полезным. Многие культивируемые растения потребляют больше Si чем N, P или K (Epstein, E. (2001) “Silicon in plants: facts vs. concepts”, , , 1-15).
Nature
440
Soil Science
В 2004 году обнаружено, что растение имеет активный транспорт этого элемента (Ma, J. F., et al. (2006) “A silicon transporter in rice”, , (7084), 688). В последние годы, обнаружена важность и ценность Si как питательного вещества для сельскохозяйственных культур, в частности, для стимулирования роста растений, аккумулирующих Si, таких как рис и сахарный тростник, и имеется много сообщений относительно роли Si в питании растений (“A Review of Silicon in Soils and Plants and Its Role in US Agriculture: History and Future Perspectives”, B.S. TUBANA et al., , Vol. 181, No. 9/10, 2016). В нескольких странах, Si рассматривается сегодня как полезный элемент для сельского хозяйства (Япония, Китай, США, Южная Корея).
Environmental and Experimental Botany
Таким образом, известно, что кремний может представлять собой очень полезный элемент для ускорения роста растений и для предотвращения отрицательного влияния многих стрессов. Кремниевое удобрение защищает растения против биотических (болезней, поражения насекомыми) и абиотических стрессов (неблагоприятных климатических условий, соли, токсического воздействия) и уменьшает содержание подвижного Al и тяжелых металлов в почве и общее содержание Al и тяжелых металлов в культивируемых растениях (Meharg C, Meharg AA (2015) “Silicon, the silver bullet for mitigating biotic and abiotic stress, and enhancing grain quality, in rice?” , 120:8-17).
Кремний представляет собой второй по распространенности элемент в земной коре. Однако растения могут потреблять Si только в форме монокремниевой кислоты или, возможно, низших олигомеров монокремниевой кислоты, также упоминаемых в настоящем документе как биологически доступный Si или Si доступный для растений. Растворы монокремниевой кислоты не являются термодинамически стабильными, что со временем приводит к полимеризации монокремниевой кислоты в поликремниевую кислоту, и Si становится биологически недоступным. В природных минералах, содержащих Si, Si преимущественно присутствует в кристаллической форме или связанным с другими элементами, как силикатные минералы, с низкой растворимостью, и, по этой причине, он менее доступен для растений при выветривании минералов.
Самыми простыми и широко распространенными используемыми Si-удобрениями являются шлаки, то есть, побочные продукты производства стали и чугуна, и природные минералы подобные диатомиту, цеолиту, вермикулиту, и тому подобное. Они страдают главными недостатками: 1) они не являются особенно эффективными источниками Si, следовательно, требуются большие количества шлаков, (обычно, 1-2 тонны/га/год); 2) шлаки также обычно загрязнены тяжелыми металлами, которые могут поглощаться растениями, и таким образом, они представляют собой риск для здоровья популяции, потребляющей сельскохозяйственные культуры, удобряемые такими шлаками.
Другие известные кремниевые удобрения включают силикат калия, силикат натрия и силикат кальция. Использование щелочных сред может увеличивать растворимость обогащенных Si силикатных материалов, однако использование такого щелочного силикатного раствора имеет недостаток высоких pH, которые могут быть ядовитыми для растений. Таким образом, может потребоваться высокая степень разбавления водой (например, 1:100) перед удобрением щелочным силикатным раствором, увеличивая затраты и сложность.
Необходимые большие объемы Si-удобрений на основе шлаков и на основе минералов гораздо выше, чем необходимый объем традиционных NPK удобрений. Существующая практика требует двух различных операций удобрения, когда они вносятся фермерами, и могут потребовать высоких объемов Si-удобрения (шлака), а также отдельных логистических систем, которые создают как практическую, так и экономическую проблему для фермеров. Заявка на патент Китая 1923766 описывает композитное NPK удобрение, содержащее шлак с силикатом кальция. Однако, как сформулировано выше, удобрение шлаками, содержащими силикаты, имеет некоторые недостатки. Заявка на патент Китая 101805219 описывает четырехкомпонентное удобрение с азотом, фосфором, калием и кремнием. Четырехкомпонентное удобрение содержит следующие исходные материалы: 9-10% масс кремний-калиевого удобрения, 11-25% масс карбамида, 10-20% масс хлорида калия, 23-35% масс моноаммония фосфата, 12-26% масс хлорида аммония, 1,3-1,7% масс синтетического аммиака, 2,5-3% масс серной кислоты и меньше, чем 0,05% масс аттапульгита. В технической схеме, предлагаемой в изобретении, не используют рудный шлак или печной шлак так что нет процесса измельчения и можно показать преимущества экономии энергии, защиты окружающей среды, уменьшения стыковки техники и уменьшения затрат на транспортировку. В удобрении согласно CN 101805219 шлак не используют в качестве источника кремния, вместо силиката используется поташ. Как сформулировано ранее, кремниевые минералы имеют низкую растворимость, следовательно, для обеспечения достаточного количества кремния в почве и растениях требуется большое количество удобрения.
Имеется необходимость в эффективном Si-удобрении, которое добавляет Si в растворимой и доступной для растений форме, предпочтительно, как монокремниевую кислоту. Исследования, осуществляемые авторами настоящего изобретения, показали, что определенные виды аморфного диоксида кремния (диоксида кремния) могут быть очень полезными в этой связи. Растворимость Si из аморфного диоксида кремния гораздо выше, чем из кристаллического диоксида кремния или Si-минералов. Это означает, что количество Si-удобрений пересчете на кг/га можно существенно уменьшить. В свою очередь, это может открыть путь для получения комбинированного продукта Si и NPK удобрения, специально приготавливаемого для различных потребностей в питательных веществах.
Эти и другие преимущества настоящего изобретения станут очевидны из следующего далее описания.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение объединяет гораздо более эффективное и более благоприятное для окружающей среде Si-удобрение с NPK удобрением в одном продукте. Настоящее изобретение упрощает распределение и применение Si- и NPK удобрений фермером. Таким образом, настоящее изобретение предлагает гораздо более экономичное и, следовательно, более доступное комбинированное NPK-Si-удобрение для широкого диапазона сельскохозяйственных продуктов.
Продемонстрировано, что объединенное использование микрокремнезема и минерального NPK удобрения в комбинированном NPK-Si удобрении дает в результате неожиданно увеличение потребления фосфора растениями, что может приводить в результате к уменьшению доли P в составе NPK, что является преимуществом поскольку пригодные для использования ресурсов фосфора (апатит и/или другие ресурсы фосфатов) быстро уменьшаются в мире. Другое преимущество уменьшения использования фосфора заключается в уменьшении распространения тяжелых металлов, которые обычно загрязняют источники фосфатов.
Продемонстрировано, что объединенное использование микрокремнезема и минерального NPK удобрения неожиданно дает в результате увеличение урожая сельскохозяйственных культур, которое указывает на увеличение потребления N. Увеличение урожая сельскохозяйственных культур находится на уровне, который компенсирует уменьшение использования NPK до 30-50%, при этом урожай сельскохозяйственных культур сохраняется. Результаты такой новой демонстрации могут играть важную роль в воздействии на окружающую среду, такую как уменьшение деградации почвы (увеличение Corg (содержания органического углерода) в почве посредством дополнительного формирования корней растений; улучшения pH почвы, поскольку равновесный pH микрокремнезема составляет 7, в то время как традиционное NPK удобрение имеет 4-5; оптимизацию биоты почвы посредством увеличения популяции микроорганизмов Azotobacter и micorrhiza, увеличения впитывающей способности почвы и уменьшения мобильности загрязнений), уменьшение эйтрофии (выщелачивания питательных веществ) и уменьшение использования азота, большая часть которого преобразуется в газообразные NOx и может приводить к глобальному потеплению. Другое преимущество, идентифицируемое настоящим изобретением, представляет собой уменьшение использования пестицидов. Также наблюдается, что настоящее NPK-Si удобрение улучшает способность растений к построению резервуаров воды в растении и тем самым делает их более стойкими в периоды засухи (абиотического стресса). Таким образом, с помощью настоящего комбинированного NPK-Si удобрения показана новая часть влияния на потребление P и K с влиянием на стимулирования роста биомассы. Стимулирование корневой системы растений увеличивает поглощение растениями всех элементов, включая K. Увеличение концентрации монокремниевой кислоты может преобразовывать недоступный для растений P в доступные для растений формы, что также улучшает питание P культивируемых растений.
В первом аспекте настоящее изобретение относится к продукту комбинированного NPK-Si удобрения, содержащему минеральное NPK удобрение, которое содержит, по меньшей мере, одно питательное соединение азота, фосфора или калия и аморфный диоксид кремния в виде частиц, где отношение минерального NPK удобрения к аморфному диоксиду кремния составляет от 10:90 до 90:10, в пересчете на сухую массу, по меньшей мере, одного питательного соединения азота, фосфора или калия и аморфного диоксида кремния, содержащегося в продукте.
В первом варианте осуществления настоящего изобретения минеральное NPK удобрение содержит, по меньшей мере, одно из следующих питательных соединений:
3
4
2
2
-
+
(a) азот (N), в форме нитрата (NO), аммония (NH) и/или мочевины (CO(NH)),
4
4
2
4
3-
2-
-
(b) фосфор (P), в форме фосфата (PO), гидрофосфата (HPO) и/или дигидрофосфата (HPO), и/или
+
(c) калий (K), в форме калиевой соли (K).
Во втором варианте осуществления согласно предыдущему варианту осуществления настоящего изобретения аморфный диоксид кремния в виде частиц представляет собой микрокремнезем (коллоидный диоксид кремния) и/или золу рисовой шелухи.
В третьем варианте осуществления аморфный диоксид кремния в виде частиц имеет форму агломерированных частиц, микропеллет, пеллет или гранул.
В четвертом варианте осуществления отношение минерального NPK удобрения к аморфному диоксиду кремния выбирается из диапазонов; от 20:80 от 80:20, в перечете на сухую массу, по меньшей мере, одного питательного соединения азота, фосфора или калия и аморфного диоксида кремния, содержащегося в продукте.
В шестом варианте осуществления продукт NPK-Si удобрения имеет форму физической смеси или смеси, по меньшей мере, одного соединения минерального NPK удобрения в виде частиц и аморфного диоксида кремния в виде частиц.
В седьмом варианте осуществления аморфный диоксид кремния имеет форму включений, по меньшей мере, в одном NPK удобрении в виде частиц или на поверхности, по меньшей мере, одного NPK удобрения в виде частиц.
В восьмом варианте осуществления минеральное NPK удобрение в виде частиц имеет форму сложного удобрения, содержащего питательные соединения
N, P и K;
N и P; P и K; и/или N и K; и/или
в форме удобрения с одним питательным веществом, содержащего соединения N, P и/или K.
В девятом варианте осуществления NPK-Si удобрение имеет форму сложного удобрения, содержащего, по меньшей мере, одно соединение из N, P и/или K и аморфный диоксид кремния в виде частиц.
В десятом варианте осуществления сложное удобрение содержит питательные соединения
N, P и K;
N и P; P и K; и/или N и K; и/или
в форме удобрения с одним питательным веществом, содержащего соединения N, P и/или K,
в дополнение к указанному аморфному диоксиду кремния в виде частиц.
В одиннадцатом варианте осуществления NPK-Si удобрение имеет форму гранул, дробинок, экструдатов, пеллет или агломератов.
В двенадцатом варианте осуществления содержание питательного вещества азота в NPK удобрении составляет примерно до 46% масс в пересчете на элементарный N.
2
5
В тринадцатом варианте осуществления содержание питательного вещества фосфора в NPK удобрении составляет до 55% масс в пересчете на PO.
2
В четырнадцатом варианте осуществления содержание питательного вещества калия в NPK удобрении составляет до 62% масс в пересчете на KO.
В пятнадцатом варианте осуществления продукт NPK-Si удобрения также содержит другие питательные вещества, выбранные из группы из: кальция (Ca), серы (S) и магния (Mg), и/или микропитательные вещества, выбранные из группы из: цинка (Zn), меди (Cu), железа (Fe), бора (B) и молибдена (Mo).
Во втором аспекте настоящее изобретение относится к способу получения продукта комбинированного NPK-Si удобрения согласно первому аспекту и любому из рассмотренных выше первого - пятнадцатого вариантов осуществления, способ включает по меньшей мере, одну из следующих стадий:
(i) добавления аморфного диоксида кремния в виде частиц на жидкофазной стадии формирования суспензии способа получения NPK, указанная жидкофазная стадия следует после любой стадии кислотного переваривания способа получения NPK, с последующим гранулированием или приллированием, или
(ii) добавления аморфного диоксида кремния в виде частиц после жидкофазного способа получения NPK и в ходе способа агломерации для получения минерального NPK удобрения, или
(iii) сухого перемешивания, по меньшей мере, одного предварительно сформированного NPK удобрения в виде частиц с аморфным диоксидом кремния в виде частиц, с формированием тем самым механической смеси.
В первом варианте осуществления способа, на (ii) аморфный диоксид кремния в виде частиц имеет форму суспензии или дисперсии.
Во втором варианте осуществления способа, на (ii) суспензию или дисперсию распыляют или разбрызгивают в ходе способа гранулирования или приллирования.
В третьем варианте осуществления способа минеральное NPK удобрение содержит, по меньшей мере, одно из следующих далее питательных соединений:
3
4
2
2
-
+
(a) азот (N), в форме нитрата (NO), аммония (NH) и/или мочевины (CO(NH)),
4
4
2
4
3-
2-
-
(b) фосфор (P), в форме фосфата (PO), гидрофосфата (HPO) и/или дигидрофосфата ‘(HPO) и
+
(c) калий (K), в форме калиевой соли (K).
В четвертом варианте осуществления способа аморфный диоксид кремния в виде частиц представляет собой микрокремнезем (коллоидный диоксид кремния) и/или золу рисовой шелухи.
В пятом варианте осуществления способа аморфный диоксид кремния в виде частиц имеет форму агломерированных частиц, микропеллет, пеллет или гранулы.
В шестом варианте осуществления способа отношение минерального NPK удобрения к аморфному диоксиду кремния выбирается из диапазонов: 20:80-80:20, в пересчете на сухую массу, по меньшей мере, одного питательного соединения азота, фосфора или калия и аморфного диоксида кремния, содержащегося в продукте.
В седьмом варианте осуществления способа содержание питательного вещества азота в NPK удобрении составляет примерно до 46% масс в пересчете на элементарный N.
2
5
В восьмом варианте осуществления способа содержание питательного вещества фосфора в NPK удобрении составляет до 55% масс в пересчете на PO.
2
В девятом варианте осуществления способа содержание питательного вещества калия в NPK удобрении составляет до 62% масс в пересчете на KO.
В десятом варианте осуществления способа продукт NPK-Si удобрения также содержит другие питательные вещества, выбранные из группы из: кальция (Ca), серы (S) и магния (Mg), и/или микропитательные вещества, выбранные из группы из: цинка (Zn), меди (Cu), железа (Fe), бора (B) и молибдена (Mo).
В третьем аспекте настоящее изобретение относится к применению комбинированного NPK-Si удобрения по первому аспекту, и первому - пятнадцатому варианту осуществления настоящего изобретения по первому аспекту, для доставки питательных веществ и/или кондиционеров почвы в сельскохозяйственную или тепличную почву.
В четвертом аспекте настоящее изобретение относится к применению комбинированного NPK-Si удобрения по настоящему изобретению для доставки питательных веществ и/или кондиционеров почвы в сельскохозяйственную или тепличную почву, где по меньшей мере одно минеральное NPK удобрение, которое содержит, по меньшей мере, одно питательное соединение азота, фосфора или калия и аморфный диоксид кремния в виде частиц, вносится как отдельные составляющие.
В другом аспекте, настоящее изобретение относится к способу доставки питательных веществ и/или кондиционеров почвы в сельскохозяйственную или тепличную почву, включающему внесение комбинированного NPK-Si удобрения по настоящему изобретению.
В другом аспекте, настоящее изобретение относится к способу доставки питательных веществ и/или кондиционеров почвы в сельскохозяйственную или тепличную почву, включающему внесение комбинированного NPK-Si удобрения по настоящему изобретению, где, по меньшей мере, одно минеральное NPK удобрение, которое содержит, по меньшей мере, одно питательное соединение азота, фосфора или калия и аморфный диоксид кремния в виде частиц, вносится как отдельные составляющие.
Краткое описание чертежей
Фигура 1: Результаты исследований, показывающие увеличение потребления P в корнях кукурузы при внесении удобрения по настоящему изобретению.
Фигура 2: Результаты исследований, показывающие увеличение потребления P во всходах кукурузы при внесении удобрения по настоящему изобретению.
Фигура 3: Результаты исследований, показывающие увеличение потребления P в корни подсолнечника при внесении удобрения по настоящему изобретению.
Фигура 4: Результаты исследований, показывающие увеличение потребления P во всходах подсолнечника при внесении удобрения по настоящему изобретению.
Фигура 5: Результаты исследований, показывающие увеличение потребления K в корнях кукурузы при внесении удобрения по настоящему изобретению.
Фигура 6: Результаты исследований, показывающие увеличение потребления K во всходах кукурузы при внесении удобрения по настоящему изобретению.
Фигура 7: Результаты исследований, показывающие увеличение потребления K в корнях подсолнечника при внесении удобрения по настоящему изобретению.
Фигура 8: Результаты исследований, показывающие увеличение потребления K во всходах подсолнечника при внесении удобрения по настоящему изобретению.
Фигура 9: Результаты исследований, показывающие увеличение свежей биомассы в корнях кукурузы при внесении удобрения по настоящему изобретению.
Фигура 10: Результаты исследований, показывающие увеличение свежей биомассы во всходах кукурузы при внесении удобрения по настоящему изобретению.
Фигура 11: Результаты исследований, показывающие увеличение свежей биомассы в корнях подсолнечника при внесении удобрения по настоящему изобретению.
Фигура 12: Результаты исследований, показывающие увеличение свежей биомассы во всходах подсолнечника при внесении удобрения по настоящему изобретению.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение предлагает комбинированное NPK-Si удобрение, содержащее по меньшей мере, одно минеральное NPK удобрение, которое содержит, по меньшей мере, одно питательное соединение азота, фосфора или калия и аморфный диоксид кремния в виде частиц, где отношение, по меньшей мере, одного минерального NPK удобрения к аморфному диоксиду кремния составляет от 10:90 до 90:10, в пересчете на общую сухую массу, по меньшей мере, одного питательного соединения азота, фосфора или калия, присутствующего, по меньшей мере, в одном минеральном NKP удобрении, и аморфного диоксида кремния, содержащегося в продукте, это комбинированное NPK-Si удобрение ослабляет, по меньшей мере, некоторые недостатки, связанные с удобрениями, содержащими кремний, известными из литературы.
4
4
4
В настоящем контексте термин “Si доступный для растений” и “биологически доступный Si” должен пониматься как обозначающий соединения кремния, которые имеют транспортируемую форму, для потребления или поглощения корнями растений, то есть монокремниевую кислоту, HSiO, обычно обозначаемую Si(OH), или, возможно, низшие олигомеры монокремниевой кислоты.
2
2
2
3
2
2
Микрокремнезем (MS) известный также как коллоидный диоксид кремния, представляет собой аморфную форму диоксида кремния, имеющую гораздо более высокую растворимость по сравнению с кристаллическим диоксидом кремния и различными силикатами, которые представляют собой преобладающие формы кремния, уже присутствующие в почве. Термины “микрокремнезем” и “MS”, используемые в настоящем описании и формуле изобретения данной заявки, относятся к аморфному SiOв виде частиц, который можно получить способом, в котором диоксид кремния (кварц) восстанавливается до газообразного SiO и продукт восстановления окисляется в паровой фазе с образованием частиц аморфного диоксида кремния. MS доступен с однородной морфологией частиц и распределением размеров частиц в узком диапазоне, а также с соответствующей высокой удельной площадью поверхности. Микрокремнезем может содержать, по меньшей мере, 70% масс диоксида кремния (SiO), а предпочтительно, >95% масс SiO, и имеет плотность 2,1-2,3 г/см и удельную площадь поверхности 5-50 м/г (БЭТ), как правило, 20 м/г. Первичные частицы являются по существу сферическими и могут иметь средний размер примерно 0,15 мкм, как вычислено по объему. MS предпочтительно получают как побочный продукт при получении сплавов кремния в электрических восстановительных печах, но он может также (побочно) производиться в других процессах. Полученный таким образом MS имеет высокую чистоту и не загрязнен тяжелыми металлами.
2
Высокая удельная площадь поверхности увеличивает скорость растворения микрокремнезема до доступной для растений формы кремния. Микрокремнезем пригодный для использования по настоящему изобретению должен иметь удельную площадь поверхности примерно 5-50 м/г (БЭТ) и размеры частиц в нанометровой или микронной области, например, 0,01-50 мкм, предпочтительно, меньше, чем 5 мкм. Однородная морфология и распределение размеров частиц MS способствуют однородному растворению частиц. В следующем далее подробном описании настоящего изобретения частицы аморфного диоксида кремния представляют собой микрокремнезем, однако необходимо заметить, что частицы аморфного диоксида кремния могут относиться к другим типам, например, представлять собой аморфную золу рисовой шелухи (RHA).
В некоторых вариантах осуществления частицы аморфного диоксида кремния должны иметь форму агломерата частиц, такого как пеллеты или гранулы. Размер (диаметр) таких агломерированных частиц должен предпочтительно находиться в пределах примерно от 0,01 мм примерно до 5 мм.
2
5
2
В настоящем контексте термины “NPK”, “NPK удобрение” и “NPK минеральное удобрение”, как понимается, обозначают NPK макропитательные удобрения, которые, в целом, известны в данной области. Такие NPK удобрения, как правило, обозначаются с помощью анализа NPK, на основе относительного содержания химических элементов азота, фосфора и калия и любых других питательных веществ, если они присутствуют. Содержание питательных веществ традиционно выражается как N, для содержания азота; как PO, для фосфора и как KO, для калия, но необходимо отметить, что обозначение питательного вещества может также выражаться как содержание элемента, и, возможно, другими способами. NPK удобрения по настоящему изобретению могут содержать три главных питательных вещества N, P и K; два главных питательных вещества (бинарное удобрение, NP, NK, PK); или только одно главное питательное вещество, они также обозначаются как простые удобрения или удобрения с одним питательным веществом, включая соединения одного элемента из N, P и K. Необходимо понять, что питательные вещества N, P и K присутствуют в удобрении в форме соединений, как, в целом, известно в данной области. NPK удобрение по настоящему изобретению, таким образом, содержит, по меньшей мере, одно из следующих питательных веществ:
3
4
2
2
4
2
4
4
-
+
2-
-
3-
+
азот (N), в форме нитратов (NO), аммония (NH) и/или мочевины (CO(NH)); фосфор (P), в форме гидрофосфата (HPO) и/или дигидрофосфата (HPO) и/или фосфата (PO) и калий (K), в форме калиевой соли (K).
NPK удобрения пригодные для использования по настоящему изобретению могут также содержать одно или несколько вторичных питательных веществ (Ca, S и Mg) и/или микропитательные вещества (Fe, Mn, Zn, B, Cu, Mo и Cl), как, в целом, известно в данной области. Удобрения могут содержать наполнители, и в промышленности удобрений являются доступными различные наполнители. Наполнители обычно являются неактивными, то есть, не представляют собой питательных веществ, но могут улучшать свойства почвы, Наполнители часто играют роль при улучшении стабилизации продукта удобрения при хранении и манипуляциях (например, средство против слеживания). Минеральные NPK удобрения хорошего качества состоят почти полностью из питательных соединений и только из очень малых количеств добавок, например, средств против слеживания и наполнителя. По этой причине, простое NPK удобрение, такое как нитрат аммония, состоит, по существу, из аммония и нитрата, которые представляют собой формы азотного питательного вещества, которые потребляются растениями. Соответственно, простое P или K-NPK удобрение будет состоять, по существу, из соответствующих композиций питательных веществ. Это же относится также к NPK удобрениям, содержащим два главных питательных веществ, и к NPK удобрениям, содержащим все три главные удобрения.
Таким образом в NPK-Si-удобрении по настоящему изобретению, где отношение минерального NPK удобрения к аморфному диоксиду кремния составляет от 10:90 до 90:10, в пересчете на сухую массу продукта, относительное количество части NPK должно относиться к сумме питательных соединений N, P и/или K (то есть, к любым присутствующим соединениям азота, соединениям фосфора и соединениям калия) в NPK удобрении. Таким образом любой наполнитель или добавка не должна включаться в сухую массу при вычислении отношения. Имеется большое разнообразие коммерческих минеральных NPK удобрений с различными величинами содержания питательных веществ N, P, и/или K, с соединениями наполнителей или без них и с любой другой добавкой.
NPK удобрения могут приготавливаться как сложное удобрение, где ингредиенты смешивают перед формированием в виде частиц. Каждая частица содержит соединения N, P и K, обеспечивая гомогенный продукт. NPK удобрения могут также приготавливаться как смешанное удобрение, которое представляет собой физическую смесь частиц сухого удобрения, содержащих различные питательные соединения.
Наиболее распространенные пути получения NPK удобрений представляют собой следующие способы:
Нитрофосфатный способ (способ ODDA), который включает подкисление фосфоритной руды азотной кислотой, с получением при этом смеси фосфорной кислоты и нитрата кальция. Смесь охлаждают ниже 0°C, так что нитрат кальция кристаллизуется и может отделяться от фосфорной кислоты. Нитрат кальция дает азотное удобрение (нитрат аммония и/или нитрат кальция - аммония), в то время как фильтрат, который представляет собой в основном фосфорную кислоту, с некоторым количеством азотной кислоты и малыми количествами нитрата кальция, можно нейтрализовать с помощью аммиака, смешать с калием (и/или другим питательным веществом) с получением сложного NPK удобрения согласно известным в целом способам.
В смешанном кислотном способе фосфоритная руда переваривается с помощью азотной кислоты. Другие исходные материалы такие как серная, фосфорная и азотная кислота или раствор нитрата аммония, добавляют после переваривания. После этого кислотная суспензия аммонизируется, и после нейтрализации добавляют другие компоненты, такие как вещества, содержащие фосфаты, сульфаты, калий и/или магний. Сложное удобрение гранулируют, сушат и обрабатывают согласно известным в целом способам.
В способе механического перемешивания одно- или многокомпонентных составляющих NPK, способ включает физическое перемешивание ингредиентов в сухой форме. Ингредиенты имеют форму предварительно сформированных отдельных частиц, которые обычно будут иметь различную объемную плотность и размеры частиц. Для получения гомогенной и однородной смеси, необходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить сегрегацию и слеживание продукта удобрения. Согласно настоящему изобретению, микрокремнезем может представлять собой один из смешиваемых в сухом состоянии компонентов.
NPK-Si удобрения по настоящему изобретению должны иметь отношение компонентов минерального NPK удобрения, то есть, по меньшей мере, одного питательного соединения азота, фосфора или калия, к микрокремнезему примерно от 10:90 до 90:10, в пересчете на сухую массу этого, по меньшей мере, одного питательного соединения азота, фосфора или калия и аморфного диоксида кремния, содержащегося в продукте. В настоящем описании и в формуле изобретения массовое отношение минерального NPK удобрения к аморфному диоксиду кремния относится к сумме сухих компонентов, по меньшей мере, одного из питательных соединений азота, фосфора или калия и аморфного диоксида кремния, содержащегося в продукте NPK-Si удобрения по настоящему изобретению. NPK-Si удобрения могут приготавливаться в большом разнообразии диапазонов, например, отношение компонентов минерального NPK удобрения к микрокремнезему может выбираться из диапазонов: от 20:80 до 80:20, от 30:70 до 70:30, от 40:60 до 60:40 или 50:50, в пересчете на сухую массе продукта. Необходимо отметить, что NPK-Si удобрения по настоящему изобретению могут содержать соединения всех трех главных питательных веществ N, P и K; двух главных питательных веществ (NP, NK или PK) или только одного из главных питательных веществ N, P и K. Как правило, отношение минерального компонента NPK к микрокремнезему должно находиться в определенных диапазонах: от 10:90 до 90:10 и в поддиапазонах от 20:80 до 80:20, от 30:70 до 70:30, от 40:60 до 60:40 или 50:50.
Если количество микрокремнезема в NPK-Si удобрении больше примерно, чем 90% (в пересчете на сухую массу продукта), количество питательных веществ NPK в удобрении в большинстве случаев становится слишком низким, чтобы покрывать потребность в макропитательных веществах, приводя в результате к уменьшению урожая сельскохозяйственных культур и к ухудшению здоровья растений. Количество микрокремнезема меньше примерно, чем 10% (в пересчете на сухую массу продукта) в большинстве случаев не будет покрывать потребность в питательном веществе кремния у растений, в дополнение к этому, полезное синергическое взаимодействие комбинированного удобрения, такое как увеличение потребления P и увеличение урожая биомассы, становится низким. Исследования показывают, что отношение соединений минерального NPK удобрения к микрокремнезему в пределах между 30:70 и 70:30 (в пересчете на сухую массу продукта, как определено выше) дает очень хорошие результаты. Добавление микрокремнезема в сочетании с традиционным минеральным NPK удобрением показывает синергическое взаимодействие, в особенности, по отношению к увеличению потребления фосфора растениями и увеличению биомассы, по сравнению с исследованиями, где NPK удобрение вносится само по себе (без микрокремнезема).
NPK-Si удобрение предпочтительно имеет форму смешанного удобрения. Смешанное NPK-Si удобрение может представлять собой физическую (механическую) смесь соединения NPK удобрения и микрокремнезема. Смешанное NPK-Si удобрение альтернативно может представлять собой физическую смесь одного, двух или трех отдельных главных питательных веществ NPK и микрокремнезема, или главные питательные вещества NPK могут иметь форму NPK удобрения, содержащего два главных питательных вещества (NK, NP или PK), смешанных с микрокремнеземом. Во всех указанных выше обстоятельствах питательные вещества, которые должны смешиваться, должны иметь форму отдельных сухих частиц. Микрокремнезем предпочтительно должен иметь форму агломерата с тем, чтобы он был совместимым с другими ингредиентами смеси. Смешанное NPK-Si удобрение должно иметь распределение размеров частиц и объемную плотность, обеспечивающие хорошее качество удобрения, которое не склонно к сегрегации любых частиц питательных веществ в ходе манипуляций и внесения.
NPK-Si удобрение по настоящему изобретению может иметь форму сложного соединения, то есть, питательные вещества смешиваются до формирования частицы (агломератов), обычно гранул или дробинок, или в ходе него. Микрокремнезем можно добавлять как материал в виде частиц в ходе влажных стадий способов получения NPK. Микрокремнезем должен добавляться в форме агломерата (такого как пеллета или гранула), для сохранения в основном свойств микрокремнезема. Добавление микрокремнезема должно иметь место после стадии нейтрализации. Сложное NPK-Si удобрение по настоящему изобретению можно также приготавливать посредством совместного разбрызгивания микрокремнезема как суспензии в ходе способа приллирования или гранулирования. Добавление микрокремнезема в ходе влажной стадии способа получения NPK обеспечивает получение гомогенного продукта удобрения, в котором микрокремнезем равномерно распределяется и составляет неотъемлемую часть гранул, частиц или дробинок удобрения. Таким образом можно получить большое разнообразие диапазонов и сортов NPK-Si удобрения в заявляемой области, которые адаптированы к требованиям различных сельскохозяйственных культур и/или к условиям почв.
Во всех рассмотренных выше вариантах осуществления NPK-Si удобрений по настоящему изобретению, продукт может также содержать одно или несколько вторичных питательных веществ (Ca, S и Mg) и/или микропитательных веществ (Fe, Mn, Zn, B, Cu, Mo и Cl).
Настоящее NPK-Si удобрение используют для доставки питательных веществ и/или кондиционеров почвы в сельскохозяйственную или тепличную почву. С помощью способа внесения настоящего комбинированного NPK-Si удобрения по настоящему изобретению, операции удобрения у фермеров упрощаются, когда питательное вещество Si распределяется вместе с NPK удобрением в комбинированном продукте. Некоторые выгоды от удобрения по настоящему изобретению представляют собой уменьшение объемов вносимых удобрений и упрощение логистических систем. Однако необходимо отметить, что комбинированное NPK-Si удобрение по настоящему изобретению можно вносить в сельскохозяйственную или тепличную почву как отдельные составляющие, то есть как минеральное NPK удобрение в виде частиц и аморфный диоксид кремния в виде частиц, которые используются в сочетании.
Настоящее изобретение будет иллюстрироваться с помощью следующих далее примеров. Примеры не должны рассматриваться как ограничивающие настоящее изобретение, поскольку они, как подразумевается, иллюстрируют различные варианты осуществления настоящего изобретения и воздействие применения изобретения.
Примеры
В следующих далее примерах используют минеральное NPK удобрение, содержащее 16% N, 16% P и 16% K (элементный анализ), если только в исследованиях не указана другая композиция минерального NKP удобрения.
2
Микрокремнезем, используемый в исследованиях, представляет собой мягкие микропеллеты, сформированные с помощью способа воздушного уплотнения, с диаметром примерно 0,01-1 мм, легко диспергируемые и с содержанием SiO примерно 96%.
Исследования осуществляют как тепличные исследования. Используют известковую почву с pH примерно 8,3-8,5, если не указано иного. В каждом исследовании удобрения вносят посредством подмешивания указанных доз в почву перед добавлением семян.
Минеральное NPK удобрение далее обозначается “NPK”, а микрокремнезем далее обозначается MS.
Описание анализа растений на фосфор (P) и калий (K):
3
2
2
Собирают три образца растений из каждого исследования, промывают в дистиллированной воде, сушат при температуре +65°C, затем измельчают и пропускают через 0,1-мм сито. Микроволновое переваривание образцов растений используют для анализов на P и K в целом. Образец растения массой 0,20±0,01 г предварительно переваривают в смеси 4 мл концентрированной HNO и 2 мл 30% HO в течение ночи с последующим микроволновым перевариванием в течение 30 мин. K и P анализируются с помощью устройстваICP-MS I Cap-Q (USA) согласно стандартным методам.
Описание анализа растений на азот (в форме нитрата):
3
Растворимые формы NO в апопласте и симпласте корней, стеблей и листьев анализируют с использованием следующей далее методики.
3
3
3
3
3
Свежие образцы тканей растений 0,20+0,01 г нарезают на фрагменты длиной примерно 1-2 см и помещают в пластиковую бутылку. Затем добавляют 50 мл дистиллированной воды, и смесь перемешивают в течение 24 часов для обеспечения диффузии раствора апопластов во внешний раствор. Смесь фильтруют, и прозрачный раствор анализируют на NO с использованием компактного измерителя NO(Twin NOHoriba, Japan). Образцы тканей растений после фильтрования гомогенизируют для разрушения всех клеточных стенок. Гомогенизированную суспензию смешивают с 50 мл дистиллированной воды и перемешивают в течение 1 часа. В результате, получают разбавленный раствор симпластов и анализируют его после центрифугирования на монокремниевую кислоту и растворимые формы NO с помощью методов, описанных выше. На основании данных о влажности тканей растений, вычисляют содержание монокремниевой кислоты и растворимых форм NO в пересчете на сухую массу.
Пример 1. Потребление фосфора
В следующих далее исследованиях измеряют потребление фосфора (P) растениями. Количество P измеряют на кукурузе и подсолнечнике, в корнях и во всходах (стебель и листья).
Каждая таблица включает контрольное исследование, показывающее потребление после внесения 0% масс, 50%, 70% масс или 100% масс NPK. 100% масс NPK эквивалентно 300 кг/га NPK и 50% масс эквивалентно 150 кг/га NPK. Исследования, где добавляют MS, обозначают в целом как “Si Agro B” в Таблицах ниже и на прилагаемых чертежах. Исследование Si Agro B показывает потребление P в корнях и во всходах после внесения 300 кг/га MS и 0% масс, 50% масс, 70% масс или 100% масс NPK. 100% масс и 50% масс NPK эквивалентны 300 кг/га и 150 кг/га NPK, соответственно.
Числа в столбце “увеличение содержания P в % масс” показывают % масс увеличения потребления P (элементарный P) в корнях и всходах, соответственно. Числа всегда сравниваются с результатами, полученных с помощью Контроля, когда вносят 0% NPK. В качестве примера можно увидеть, что внесение MS (300 кг/га) и 0% NPK дает 74% масс увеличение содержания P в корнях (Таблица 2). Это вычислено по измерению мг P/ кг сухих корней равному 0,58 для Контроля и 1,01 для корней, экспонируемых для MS. Другой пример заключается в том, что внесение MS (300 кг/га) и 50% масс (150 кг/га) NPK дает в результате увеличение 51% масс потребления P во всходах по сравнению с Контролем с внесением 0% NPK, смотри Таблица 3.
Таблица 2. P потребление в корнях кукурузы.
Обработка кукурузыОтносительное использование NPK:
мг P/кг сухих корней:
Увеличение содержания P,% масс
0%
50%
70%
100%
0%
50%
70%
100%
Контроль
0,58
0,78
0,83
0,94
0%
34%
43%
62%
Si-Agro B (300 кг/га)
1,01
1,22
1,44
1,78
74%
110%
148%
207%
Таблица 3. P потребление во всходах кукурузы.
Обработка кукурузыОтносительное использование NPK:
мг P/кг сухих всходов:
Увеличение содержания P,% масс
0%
50%
70%
100%
0%
50%
70%
100%
Контроль
1,22
1,38
1,56
1,62
0%
13%
28%
33%
Si-Agro B (300 кг/га)
1,48
1,84
2,11
2,7
21%
51%
73%
121%
Как видно в Таблицах 2 и 3 и на фигурах 1 и 2, содержание P в корнях и всходах (стебель и листья) увеличивается на 62% и 33% при внесении NPK, содержащего 16% N, 16% P и 16% K (300 кг/га=100% масс). При внесении 300 кг/га MS потребление P увеличивается на 110% и 21% в корнях и всходах, соответственно, когда используют 0% масс NPK. При использовании 300 кг/га MS вместе с 300 кг/га (100% масс) NPK, потребление P увеличивается на 207% и 121%. При использовании только 150 кг/га (50% масс) NPK вместе с 300 кг/га MS потребление P по-прежнему составляет 110% и 51%, в корнях и всходах, соответственно, что значительно больше (почти в два раза), чем потребление P, при использовании 300 кг/га (100%) NPK и без MS. Следовательно, можно уменьшить количество NPK посредством его замены MS.
Имеется сильное синергическое взаимодействие между NPK и MS, как видно из результатов, выше: 300 кг/га NPK дает увеличение потребления корнями кукурузы 62%, в то время как 300 кг/га MS само по себе дает потребление 74%; теоретически, все вместе - 136% увеличения потребления. При внесении обоих ингредиентов, 300 кг/га NPK+300 кг/га MS, потребление составляет 207% или примерно на 50% больше, чем сумма, выше; это показывает положительное синергическое взаимодействие сочетания. Такая синергия присутствует также, когда используют меньше NPK.
Сходные воздействия видны и для подсолнечника, и также со сходными значениями.
Таблица 4. Потребление P в корнях подсолнечника.
Обработка подсолнечника Относительное использование NPK:
мг P/кг сухих корней:
Увеличение содержания P, % масс
0%
50%
70%
100%
0%
50%
70%
100%
Контроль
0,35
0,42
0,54
0,61
0%
20%
54%
74%
Si-Agro B (300 кг/га)
0,38
0,55
0,69
0,72
9%
57%
97%
106%
Таблица 5. Потребление P во всходах подсолнечника.
Обработка подсолнечника Относительное использование NPK:
мг P/кг сухих всходов:
Увеличение содержания P, % масс
0%
50%
70%
100%
0%
50%
70%
100%
Контроль
0,58
0,64
0,78
0,85
0%
10%
34%
47%
Si-Agro B (300 кг/га)
0,7
0,66
0,79
1,22
21%
14%
36%
110%
Как видно в Таблицах 4 и 5, и на фигурах 3 и 4, добавление 300 кг/га (100%) NPK увеличивает потребление P на 74% и 47% в корнях и всходах подсолнечника, соответственно, в то время как продукт MS сам по себе, без использования NPK, увеличивает потребление P на 9% и 21%. При объединении MS с 100% (300 кг/га) NPK увеличение потребления P составляет 106% и 110%. Также, для подсолнечника количество NPK можно уменьшить посредством его замены MS.
Пример 2. Потребление калия
В следующих далее исследованиях измеряют потребление калия (K) (элементарный K) растениями. Исследования по настоящему изобретению обозначаются как “Si Agro B” в Таблицах ниже и на прилагаемых чертежах. Количество K измеряют на кукурузе и подсолнечнике, в корнях и всходах (стебель и листья). Таблицы необходимо читать таким же образом, как объясняется выше для измерений потребления P.
Таблица 6. Потребление K в корнях кукурузы.
Обработка кукурузы Относительное использование NPK
мг K/кг сухих корней
Увеличение содержания K,% масс
0%
50%
70%
100%
0%
50%
70%
100%
Контроль
0,33
0,43
0,54
0,63
0%
30%
64%
91%
Si-Agro B (300 кг/га MS)
0,38
0,45
0,56
0,65
15%
36%
70%
97%
Таблица 7. Потребление K во всходах кукурузы.
Обработка кукурузы Относительное использование NPK
мг K/кг сухих всходов
Увеличение содержания K,% масс
0%
50%
70%
100%
0%
50%
70%
100%
Контроль
0,43
0,62
0,74
0,84
0%
44%
72%
95%
Si-Agro B (300 кг/га MS)
0,46
0,64
0,75
0,85
7%
49%
74%
98%
Как видно в Таблицах 6 и 7 (сошлемся также на фигуры 5 и 6) применение NPK увеличивает содержание K кукурузы на 91% в корнях и 95% во всходах (стебель и листья). Продукт MS (300 кг/га) сам по себе (без NPK) также приводит к увеличению потребления K, но оно гораздо меньше, чем потребление K при добавлении NPK, поскольку увеличение составляет только 15% или 7%, в корнях и всходах, соответственно. В сочетании с 100% (300 кг/га) NPK, потребление K увеличивается на 97% и 98%, в корнях и всходах, соответственно.
Внесение MS (300 кг/га) и 70% NPK дает в результате 70% увеличение потребления K корнями. Внесение MS (300 кг/га) и 70% NPK дает в результате 74% увеличение потребления K во всходах.
Лучшие результаты видны для подсолнечника, где применение NPK увеличивает содержание K в корнях на 91% и на 95% для стебля и листьев (всходы), смотри таблицы 8 и 9, фигуры 7 и 8.
Таблица 8. Потребление K в корнях подсолнечника.
Обработка подсолнечника Относительное использование NPK
мг K/кг сухих корней
Увеличение содержания K,% масс
0%
50%
70%
100%
0%
50%
70%
100%
Контроль
0,33
0,43
0,54
0,63
0%
30%
64%
91%
Si-Agro B (300 кг/га MS)
0,46
0,55
0,64
0,71
39%
67%
94%
115%
Таблица 9. Потребление K во всходах подсолнечника.
Обработка подсолнечника Относительное использование NPK
мг K/кг сухих всходов
Увеличение содержания K,% масс
0%
50%
70%
100%
0%
50%
70%
100%
Контроль
0,43
0,62
0,74
0,84
0%
44%
72%
95%
Si-Agro B (300 кг/га MS)
0,54
0,67
0,83
0,93
26%
56%
93%
116%
MS сам по себе (без NPK) увеличивает потребление K на 39% и 26% для корней и всходов, соответственно. MS в сочетании со 100% (300 кг/га) NPK, дает в результате потребление 115% и 116%, соответственно, по сравнению с Контролем (0% NPK). При экстраполяции данных выглядит правдоподобным, что количество примерно 67-73% NPK в сочетании с 300 кг/га MS в применении к подсолнечникам, будет давать потребление K сходное с тем, когда 100% NPK вносятся сами по себе (без MS).
Использование только 50% NPK вместе с MS даст в результате меньшее потребление K, чем при использовании NPK (100% NPK) самого по себе. Но посредством гораздо более высокого потребления P при 50% уменьшении NPK можно компенсировать некоторое уменьшение потребления K и тем самым по-прежнему получить в результате удовлетворительный рост биомассы. Эти результаты открывают путь для приготовленных иначе NPK, с получением в результате уменьшения внесения искусственных удобрений.
Пример 3. Примеры увеличения биомассы
Осуществляют тепличные исследования роста биомассы корней и всходов кукурузы. Исследования по настоящему изобретению обозначаются как “Si Agro B” в Таблицах ниже и на прилагаемых чертежах.
Таблица 10. Биомасса корней кукурузы.
Обработка кукурузы Граммы биомассы/растение Относительное использование NPK:
Биомасса корней:
Увеличение биомассы, % масс
0%
50%
70%
100%
0%
50%
70%
100%
Контроль
4,54
5,87
7,73
8,22
0%
29%
70%
81%
Si-Agro B (300 кг/га MS)
6,74
9,1
9,44
10,06
48%
100%
108%
133%
Таблица 11. Биомасса всходов кукурузы.
Обработка кукурузы Граммы биомассы/растение Относительное использование NPK:
Биомасса всходов:
Увеличение биомассы,% масс
0%
50%
70%
100%
0%
50%
70%
100%
Контроль
4,78
6,22
7,34
8,27
0%
30%
54%
73%
Si-Agro B (300 кг/га MS)
7,1
9,33
10,75
10,95
49%
95%
125%
129%
При использовании NPK биомасса корней увеличивается на 81%, смотри таблицу 10. Уменьшение использования NPK дает относительное уменьшение биомассы. Использование MS (300 кг/га) приводит в результате к 48% увеличению биомассы корней, без использования каких-либо NPK. При использовании 100% NPK вместе с MS биомасса корней увеличивается на 133%, примерно на 33% больше по сравнению с использованием NPK самого по себе. При уменьшении содержания NPK на 50% и 70%, заменяемого MS, увеличение биомассы по-прежнему на 18-33% выше, чем для использования NPK самого по себе.
Оценкаданных по биомассе всходов кукурузы (стебля и листьев) дает сходные результаты, смотри таблицу 11. Даже при 50% и 70% уменьшении содержания NPK и замены его MS, увеличение биомассы на 30% и 70% выше, чем при использовании только NPK самого по себе.
Пример роста подсолнечника дает сходные результаты, смотри таблицы 12 и 13 и фиг.12.
Таблица 12. Биомасса корней подсолнечника.
Обработка подсолнечникаГраммы биомассы/растение Относительное использование NPK:
Биомасса корней:
Увеличение биомассы,% масс
0%
50%
70%
100%
0%
50%
70%
100%
Контроль
2,28
3,65
3,78
4,76
0%
60%
66%
109%
Si-Agro B (300 кг/га MS)
3,09
5,38
4,92
5,55
36%
136%
116%
143%
Таблица 13. Биомасса всходов подсолнечника.
Обработка подсолнечника Граммы биомассы/растение Относительное использование NPK:
Биомасса всходов:
Увеличение биомассы,% масс
0%
50%
70%
100%
0%
50%
70%
100%
Контроль
1,86
2,36
3,35
3,79
0%
27%
80%
104%
Si-Agro B (300 кг/га MS)
2,7
3,53
4,7
5,17
45%
90%
153%
178%
При уменьшении содержания NPK на 50% биомасса корней по-прежнему на 25% выше, чем при применении MS по сравнению с использованием обычной доли NPK самого по себе, смотри таблицу 12 и фиг.11. Для стебля и листьев биомасса только немного ниже (на 13%) для уменьшения содержания NPK на 50%, при замене его MS по сравнению с обычной долей биомассы, но для 70% NPK биомасса на 47% выше, чем при использовании вместе с MS.
Пример 4. Потребление азота (N)
Использование MS оказывает сильное влияние на потребление азота растениями. Азот является жизненно важным, поскольку он представляет собой главный компонент хлорофилла, соединения, с помощью которого растения используют энергию солнечного света для получения сахаров из воды и диоксида углерода (то есть, для фотосинтеза). Также, он является главным компонентом аминокислот, составляющих элементов белков. Без белков, растения вянут и погибают. Некоторые белки действуют как структурные единицы клеток растений, в то время как другие действуют в качестве ферментов, что является критичным для многочисленных биохимических реакций. Азот представляет собой компонент соединений, транспортирующих энергию, таких как ATP (аденозинтрифосфат). ATP позволяет клеткам сохранять и использовать энергию, высвобождаемую при метаболизме. Наконец, азот является важным компонентом нуклеиновых кислот, таких как ДНК, генетического материала, который позволяет клеткам (и в конечном счете растениям в целом) расти и размножаться.
3
-
Таблицы ниже представляют потребление азота как мг NO/кг сухой массы корней или листьев в апопласте и симпласте ячменя и гороха, экспонируемого для следующей обработки:
Без NPK и без MS; Контроль без применения NPK
300 кг/га NPK и без MS; Контроль без применения NPK
Без NPK и 300 кг/га MS; MS без применения NPK
300 кг/га NPK и 300 кг/га MS; MS с применением NPK
Исследования по настоящему изобретению обозначаются как “Si Agro B” в Таблицах ниже и на прилагаемых чертежах.
Таблица 14. Потребление азота в ячмене.
Ячмень
Апопласт(мг NO<sub>3</sub>/кг сухой массы)
Симпласт(мг NO<sub>3</sub>/кг сухой массы)
Обработка
Корни
Листья
Корни
Листья
Без применения NPK
Контроль
2200
1330
1526
2920
Si Agro B (300 кг/га MS)
2438
2293
1828
3360
С применением NPK
Контроль
3195
1470
2560
4370
Si Agro B(300 кг/га MS)
4234
1620
2725
4947
Таблица 15. Потребление азота в горохе.
Горох
Апопласт(мг NO<sub>3</sub>/кг сухой массы)
Симпласт(мг NO<sub>3</sub>/кг сухой массы)
Обработка
Корни
Листья
Корни
Листья
Без применения NPK
Контроль
695
1350
1391
2800
Si Agro B (300 кг/га MS)
1334
2053
2668
1865
С применением NPK
Контроль
979
1620
1158
2600
Si Agro B(300 кг/га MS)
1368
1993
1907
3706
3
3
3
3
-
-
-
-
Применение MS для ячменя дает в результате 11 и 72% увеличение содержания NO в апопласте (как корни, так и листья) и 20 и 15% увеличение содержания NO в симпласте. При внесении 300 кг/га NPK и без MS, для ячменя, содержание NO в апопласте и симпласте получается как меньше, так и больше по сравнению со случаем, когда MS вносят сам по себе, без NPK. Комбинированное внесение NPK и MS, дает в результате увеличение содержания NO примерно 6-33% как в апопласте, так и в симпласте (корни и листья), смотри таблицу 14.
3
-
Гораздо лучшие наблюдения сделаны для такой же обработки, осуществленной на горохе, смотри таблицу 15, где обнаруживают увеличение в диапазоне 20-84%, когда NPK и MS вносят вместе. Это доказывает, что при внесении MS, количество NPK можно уменьшить, при этом количество NO, потребляемое растением, остается таким же как без использования MS.
Пример 5. Опыты на рисовом поле с Si-Agro A в Хунане, Китай.
Удобрение по настоящему изобретению исследуются в полномасштабных полевых опытах в Китае, Hunan Institute of Economic Geography, с использованием 3 различных положений полей (Xiangtan; Zhuzhou, Xiangyin). Полевые исследования осуществляют в течение 2-ого сезона (осенний сезон) 2017 года. Исследование сравнивают с нормальной дозой NPK (упоминается как 100%), против использования 70% от нормальной дозы NPK и исследования с удобрением по настоящему изобретению, используют микрокремнезем вместе с 70% NPK. Нормальная доза NPK представляет собой: N (мочевина) = 150 кг N/га, P (суперфосфат) = 135 кг P/га и K (KCl) = 135 кг K/га) за день перед посевом, и 30 кг N/га добавляют через неделю после посева. Количество микрокремнезема в исследованиях Si Agro Bсоставляет 1000 кг/га. В этом исследовании относительное количество Si удобрения является высоким, и имеется желание связать Cd в почве, уменьшая таким образом потребление Cd в рисовых зернах.
Следующие результаты для урожая рисовых зерен (кг/га) для трех исследуемых полей показаны в таблице 16. Урожай для нормальной дозы NPK считается за 100%, и другие данные по урожаю сравниваются соответственно в %.
Таблица 16. Результат для урожая рисовых зерен
Поле
Xiangtan
Zhuzhou
Xiangyin
Среднее значение
100% NPK
100%
100%
100%
100%
70% NPK
92,50%
76,10%
85,10%
84,57%
70% NPK+ MS(Si Agro B)
100,90%
104,90%
99,00%
101,60%
Как продемонстрировано, при уменьшении NPK на 30%, вместе с добавлением микрокремнезема, урожай может поддерживаться при таком же уровне как при использовании нормальной дозы NPK.
Целью этих полевых исследований было уменьшение потребления тяжелых металлов, а конкретно, кадмия. Результаты показаны ниже в таблице 17.
Таблица 17. Потребление Cd в рисовых зернах в % по сравнению с нормальным использованием NPK.
Поле
Xiangtan
Zhuzhou
Xiangyin
Среднее значение
100% NPK
100%
100%
100%
100%
70% NPK
83,00%
59,00%
108,00%
83,33%
70%NPK+ MS (Si Agro B)
20,00%
57,00%
47,00%
41,33%
Как продемонстрировано, при уменьшении NPK на 30%, вместе с добавлением аморфного диоксида кремния, потребления кадмия уменьшается примерно на 60%. На примере одного из полей оно уменьшается на 80%.
При наличии описанных предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, специалисту в данной области будет очевидно, что можно использовать и другие варианты осуществления, включающие эти концепции. Эти и другие примеры настоящего изобретения, иллюстрируемые выше, предлагаются только в качестве примеров, и реальные рамки изобретения должны определяться из следующей далее формулы изобретения.