[发明专利]包含生物可利用硅的肥料及其生产方法

说明书

本发明涉及一种包含储存稳定的生物可利用硅的腐殖质基硅肥产品，所述产品通过以下来生产：形成45‑95%重量包含腐殖酸的原料、5‑50%重量非晶二氧化硅和0.5‑10%重量碱(所有量基于干组分的总重量)的混合物，在水性介质中培养，且任选干燥和成粒，其中生物可利用硅为单硅酸‑腐殖酸盐化合物的水溶性螯合物的形式。本发明还涉及生产腐殖质基硅肥的方法、增加植物中硅摄取的方法和腐殖质基硅肥的用途。

技术领域

本发明涉及腐殖基硅肥产品及其在农业、环保、解毒和其中使用活性腐殖产品的其它领域中的用途。具体地讲，本申请涉及腐殖产品，该产品包含旨在用于施肥的高含量的储存稳定的生物可利用硅，其中硅为对植物生长的限制因子，或者可改善植物生长。

背景技术

腐殖质，有机质，被认为是重要且有价值的农业物质，该物质可改善土壤肥力水平，并且直接影响作物的品质和量。集约农业活动导致土壤有机质降低。用于商业用途的腐殖质的标准制造方法包括碱处理碳基物质，如褐煤、泥炭和其它有机质(US 4459149)。在此过程中，碳基物质转化成有机分子的可溶(活性)形式，其可具有作为天然腐殖质的物理-化学和生物学性质，并对土壤性质和栽培植物具有积极影响。

腐殖质可分成三个主要部分：腐殖酸、富里酸和胡敏素。腐殖酸不是单一的酸，而是包含羧基和酚根基团的很多不同酸的复杂混合物，使得混合物在功能上表现为二元酸或偶尔表现为三元酸。羧酸根和酚根基团的存在给予腐殖酸与离子如Mg²⁺、Ca²⁺、Fe²⁺和Fe³⁺形成络合物的能力。腐殖酸在酸性pH下不溶于水，而富里酸跨完整的pH范围可溶于水。胡敏素则是在所有pH下都不溶于水的一类有机化合物。

已知硅(Si)可以是促进植物生长和预防植物疾病的非常有益的元素。硅施肥保护植物免受生物和非生物胁迫，并降低土壤中移动重金属的含量和栽培植物中重金属的总含量。因此，使减少使用杀虫剂和减少使用合成肥料可行。

根据文献，植物只能摄取单硅酸形式的硅，或者可能摄取单硅酸的低级低聚物，在本文中也称为生物可利用硅或植物可利用硅。使用碱性介质可增加富含硅的固体物质的溶解度。然而，使用硅酸钾或钠溶液有高pH的缺点，这可能对植物有害。因此，在施肥之前可能需要用水高度稀释(例如1:100)，这增加了成本和复杂性。与单硅酸溶液有关的另一个问题是这种溶液在热力学上不稳定，但随时间会导致单硅酸聚合成聚硅酸，因此硅变得生物不可利用。另外，干燥的硅肥产品在产品的处理和储存方面是有利的，并且易于施用产品。然而，干燥包含单硅酸的产品会使单硅酸和任何聚硅酸转化成二氧化硅，二氧化硅也是硅的生物不可利用的形式。

US 3552943涉及包含铵-腐殖酸盐-二氧化硅络合物的肥料组合物。该铵-腐殖酸盐-二氧化硅络合物通过如下来形成：氧化具有高二氧化硅含量的农业废物，所述氧化基本上在受控制的温度和压力条件下进行，以保持在所述废物中存在时二氧化硅的分子结构的完整性，随后使所述二氧化硅与氨化腐殖酸化合。所得产品为凝胶状的胶体混合物。根据US3552943制造肥料的方法复杂，且在经济上不可行。

常规的硅肥具有低含量的生物可利用硅，因此必须大量使用这种肥料，以获得在植物中足够的硅摄取和栽培植物产量。因此，需要一种用于宽范围农产品的更成本有效且因此负担得起的硅肥。这种硅肥产品应具有高含量的生物可利用硅。另外，这种硅肥应优选可作为干燥物质利用，并且在保持高含量生物可利用硅的同时长期储存稳定。

本发明人设法制备了具有高含量生物可利用硅的新的腐殖质基硅肥产品，且该产品就生物可利用硅的含量而论长期储存稳定。本发明人发现，在碱性培养过程中可实现腐殖质和单硅酸之间的反应，并且形成具有高含量生物可利用硅的新产品。令人惊讶地发现，该产品可干燥，而仍保持高水平的生物可利用硅，其也是长期储存稳定的。由于对土壤性质和栽培植物产量和品质的长期积极作用，在培养过程中不溶解的腐殖质和单硅酸之间的反应残余物也可以施用于土壤。