УДОБРЕНИЕ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

Предпосылки создания изобретения

Сельскохозяйственные земли приобретают всю большую привлекательность для использования в непродовольственных целях, например, для производства энергии, выращивания непродовольственных сельскохозяйственных культур, а также в связи с общим ростом населения. При этом растет спрос и на продовольственные продукты, и это означает, что выращивание сельскохозяйственных культур, таких, как кукуруза, пшеница и соя, должно быть высокоэффективным с тем, чтобы обеспечить спрос с использованием меньших по площади земель. В этих условиях засухи имеют катастрофические последствия для фермеров, отрицательно влияя на урожай сельскохозяйственных культур и способность людей обеспечить продуктами питания свои семьи. Фермерские хозяйства закрываются, поскольку собранные урожаи оказываются недостаточными для покрытия издержек, поголовье сельскохозяйственных животных может погибнуть, к тому же низкие урожаи приводят к повышению затрат на корма и к росту цен на продовольствие и молоко.

Кроме того, в связи со спросом на сельскохозяйственные земли появилась заинтересовать в преобразовании в сельскохозяйственные угодья ранее непривлекательных земель, в том числе земель в засушливых районах и земель с низкой плодородностью, если сравнивать их с сельскохозяйственными землями первого класса.

Таковы предпосылки создания настоящего изобретения.

Сущность изобретения

Совершенно неожиданно было обнаружено, что описываемые смеси могут успешно применяться в качестве удобрений для сельскохозяйственных культур даже в условиях засухи и низкой плодородности земель.

Соответственно, одним из аспектов настоящего изобретения являются смеси удобрений с питательными макро- и микроэлементами, регулятором роста растений и вспомогательными дополнительными веществами.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к использованию в качестве удобрения для сельскохозяйственных культур описываемых смесей, содержащих питательные макро- и микроэлементы, регуляторы роста растений и вспомогательные дополнительные вещества.

Еще один аспект настоящего изобретения является относится к использованию описываемых смесей с питательными элементами, регулятором роста растений и вспомогательными дополнительными веществами и вспомогательными питательными макроэлементами в качестве почвоулучшителей для сельскохозяйственных культур.

Этот и другие варианты осуществления изобретения станут очевидны для специалистов в данной области, и не только для них, в ходе последующего описания некоторых вариантов осуществления изобретения. Необходимо осознать, что настоящее краткое описание и подробное описание демонстрируют только некоторых примеры различных вариантов осуществления изобретения и не должны ограничивать формулу изобретения.

Подробное описание изобретения

Обеспечение растений водой и питательными элементами представляет собой непрерывный процесс при выращивании сельскохозяйственных культур, с момента их посадки и до сбора урожая. Растения извлекают питательные элементы как из веществ, которые естественным образом содержатся в почве, так и из вносимых в нее удобрений. Растения извлекают воду из верхних слов почвы, откуда вода обычно испаряется при засухе. В нижних слоях почвы вода присутствует даже в условиях засухи. Избегая углубляться в теорию, отметим, что описываемые смеси удобрений улучшают способность растения добывать воду из нижних слоев почвы вместе с питательными элементами, которые могут там содержаться. Это обеспечивает рост растения в течение более длительных периодов между дождями или поливами, а также в течение более длительных периодов между внесениями удобрений без отрицательных последствий для здоровья растений или для урожая. Как следствие, сельскохозяйственные культуры становятся засухоустойчивыми и могут успешно выращиваться даже на скудных почвах.

Описанные смеси удобрений могут использоваться для выращивания различных продовольственных и непродовольственных сельскохозяйственных культур. В качестве примеров сельскохозяйственных культур можно привести злаковые культуры, такие, как кукуруза, пшеница, ячмень, сорго, просо, овес, тритикале, рожь, гречиха, фонио (голодный рис) и кинва; овощные культуры, такие, как соя, сахарная свекла, сахарный тростник, рис, картофель, тыква, брокколи, цветная капуста, артишок, каперсы, горох, бобы; съедобную зелень, такую, как капуста, шпинат, салат рукола, китайская капуста, листовая свекла, цикориевый салат (кэндивий), латук, кресс водяной, лук-порей, брюссельская капуста, кольраби, имбирь, сельдерей, ревень, батат, яме, морковь, пастернак, свекла, редис, брюква, турнепс, лук, лук-шалот, чеснок, томаты, огурцы, тыква крупноплодная, цуккини, перец, баклажан, физалис, авокадо, зеленая фасоль; фруктовые и ореховые культуры, такие, как клубника, кокос, миндаль, грецкий орех, арахис, фундук, черника, клюква, малина, ежевика, яблоки, груши, ананас, баклажан, гранат, киви, виноград, дыня; цитрусовые, такие, как апельсины, лимоны, лайм, грейпфрут; волокнистые культуры, такие, как хлопок, пенька, лен; а также сено.

Кроме того, описанные смеси удобрений могут использоваться в садоводстве и для ухода за комнатными растениями.

Смеси удобрений

Описанные смеси удобрений могут представлять собой концентрированные или готовые к использованию жидкости, загущенные жидкости, гели, порошки, гранулы, пеллеты кубики или таблетки. Концентрированный состав обозначает продукт, который должен разводиться водой перед использованием для удобрения сельскохозяйственных культур. Готовый состав обозначает продукт, который может использования без разведения. Если продукт поставляется в виде жидкости, загущенной жидкости или геля, состав может быть концентрированным и подлежать растворению в воде перед использованием в качестве удобрения сельскохозяйственной культуры. Это позволяет сэкономить на транспортировке и хранении. Продукт также может поставляться в виде готовой к использованию жидкости. Когда продукт поставляется в виде твердого вещества, в частности, в виде порошка, гранул или пеллет, твердое вещество может использоваться как готовый продукт, который рассыпается вокруг сельскохозяйственных культур. Продукт также может поставляться в виде твердого концентрата, который растворяется в воде перед использованием. В некоторых вариантах осуществления изобретения состав представляет собой готовую к использованию жидкость. В других вариантах осуществления изобретения описываемый состав поставляется в виде двухкомпонентного состава. В третьих вариантах осуществления изобретения описываемый состав поставляется в виде однокомпонентного состава.

В некоторых вариантах осуществления изобретения смеси удобрений содержат менее 50 млн.д., 10 млн.д. или 1 млн.д. тяжелых металлов. В некоторых вариантах осуществления изобретения сочетания удобрений не содержат тяжелых металлов, таких, как мышьяк, кадмий, свинец и ртуть. В некоторых вариантах осуществления изобретения сочетания удобрений соответствуют требованиям, предъявляемым к пищевым материалам. В некоторых вариантах осуществления изобретения сочетания удобрений можно рассматривать как признанные полностью безвредными.

Предпочтительно, чтобы смеси удобрений имели рН в пределах примерно от 5,5 до 7,5, от 6 до 7 или около 6.5. Предпочтительно, чтобы солевой индекс сочетаний был в пределах примерно от 30 до 60, от 30 до 50 или от 30 до 40.

Описанные смеси удобрений могут включать питательные макро- и микроэлементы, регулятор роста растений и вспомогательные дополнительные вещества. Ниже каждый компонент будет описан более подробно.

Макроэлементы

Описанные смеси удобрений могут содержать один или несколько макроэлементов. В качестве примеров макроэлементов можно назвать азот, фосфор и калий.

Азот содержится в таких веществах, как мочевина, водный раствор аммиака, нитрат аммония, фосфат аммония, сульфат аммония, фосфат мочевины, молибденовокислый аммоний и смеси вышеперечисленного. Типовое содержание азота в готовых к использованию смесях могут включать содержание азота в пределах примерно от 0,1 до 20%, от 0,5 до 15% или от 1 до 10% элементарного азота на американский центнер (45,4 кг), или на 100 фунтов удобрения. В некоторых вариантах осуществления изобретения описанные смеси могут и не содержать азота. В некоторых вариантах осуществления изобретения содержание азота не превышает 10% на американский центнер (45,4 кг).

Фосфор содержится в таких веществах, как ортофосфат, фосфат калия, фосфат аммония, фосфорные кислоты и их соли, фосфит, пищевая фосфорная кислота и ее соли, а также смеси вышеперечисленного. Содержание фосфора указывается в пересчете на Р₂О₅. Типичное содержание фосфора в готовом к использованию составе может включать содержание фосфора примерно от 0,1 до 40%, от 10 до 30% или от 15 до 25% на американский центнер (45,4 кг) в пересчете на P₂O₅. Количество элементарного фосфора может быть пересчитано в Р₂О₅ путем умножения содержания элементарного фосфора на 2,29. В некоторых вариантах осуществления изобретения описанные смеси могут не содержать фосфора.

Калий содержится в таких веществах, как хлорид калия, сульфат калия, карбонат калия, нитрат калия, гидроксид калия, фосфат калия и смеси вышеперечисленного. Содержание калия обычно измеряется в пересчете на оксид калия, или K₂О. Типичное содержание калия в готовом к использованию составе может включать содержание калия в пределах примерно от 0,1 до 30%, от 1 до 25% от 5 до 20% K₂О на американский центнер (45,4 кг). Количество элементарного калия можно конвертировать в K₂О путем умножения содержания элементарного калия на 1,2. Описанные смеси могут не содержать калия.

Указанные выше концентрации, в частности, удовлетворяют требованиям, предъявляемым к обработке сельскохозяйственных посевов. Когда указанные концентрации маркируются как готовые к использованию концентрации, подразумевается, что эти концентрации можно и дальше разводить. К примеру, смеси могут разводиться и использоваться в тех областях применения, где требуется менее концентрированный продукт, например, в садоводстве или для обработки листьев сельскохозяйственных культур. Эти готовые к использованию концентрации также могут разводиться и использоваться для обработки семян, только в больших объемах.

В некоторых вариантах осуществления изобретения описанные смеси удобрений содержат в своем составе азот, фосфор и калий в необходимых пропорциях. В качестве примеров точных или приблизительных соотношений азот: фосфор: калий может привести следующие пропорции: 3:18:18, 6:10:4, 6:24:6, 7:5:5, 7:17:7, 9:13:7, 18:6:12, 19:8:10, 20:3:3, 25:4:4, 28:4:4, 32:10:10 и т.п. В некоторых вариантах осуществления изобретения макроэлементы могут содержать тяжелых металлов более 50 частей на миллион (ppm), 10 частей на миллион, или 1 часть на миллион. В некоторых вариантах осуществления изобретения макроэлементы не содержат тяжелых металлов, таких, как мышьяк, кадмий, свинец и ртуть.

Микроэлементы

Описанные смеси удобрений могут содержать один или несколько микроэлементов. В качестве примеров микроэлементов можно привести цинк, медь, марганец, железо, бор, кальций, магний, серу и смеси вышеперечисленного. Эти микроэлементы могут поставляться в виде нехелатных, частично хелатных и полностью хелатных соединений.

Цинк содержится в таких веществах, как цинк-аммиачные комплексы, оксид цинка, сульфат цинка, хелат цинка и смеси вышеперечисленного. Типичное содержание элементарного цинка в готовых к использованию смесях может содержать цинк в пределах примерно от 0,03 до 1% на американский центнер (45,4 кг).

Медь содержится в таких веществах, как хелат меди, сульфат меди, монооксид меди, оксид меди и смеси вышеперечисленного. Типичное содержание элементарной меди в готовом к использованию составе может содержать медь в пределах приблизительно от 0,035 до 0,07% на американский центнер (45,4 кг).

Марганец содержится в таких веществах, как карбонат марганца, хелат марганца, хлорид марганца, диоксид марганца, оксид марганца, сульфат марганца и смеси вышеперечисленного. Типичное содержание элементарного марганца в готовом к использованию составе может содержать марганец в пределах приблизительно от 0,01 до 1% на американский центнер (45,4 кг).

Железо содержится в таких веществах, как хелат железа, таких, как FeDTPA, FeEDTA и FeEDDHA, железноаммиачные квасцы и смеси вышеперечисленного. Типичное содержание элементарного железа в готовом к использованию составе может содержать железо в пределах приблизительно от 0,1 до 1% на американский центнер (45,4 кг).

Бор содержится в таких веществах, как борат натрия, пентаборат натрия, бура, борная кислота, тетраборат натрия, солюбор и смеси вышеперечисленного. Типичное содержание элементарного бора в готовом к использованию составе может включать бор в пределах приблизительно от 0,1 до 1% на американский центнер (45,4 кг).

Кальций содержится в таких веществах, как нитрат кальция, кальцинированная известь, доломитовая известь, гипс, простой суперфосфат, известковый шлам (отходы бумажного производства), гашеная известь, тройной суперфосфат и смеси вышеперечисленного. Типичное содержание элементарного кальция в готовом к использованию составе может включать кальций в пределах приблизительно от 0,1 до 1% на американский центнер (45,4 кг).

Магний содержится в таких веществах, как сульфат магния, нитрат магния, доломитовая известь, соль Эпсома, кизерит, сульфат калия-магния и смеси вышеперечисленного. Типичное содержание элементарного магния в готовом к использованию составе может включать магний в пределах приблизительно от 0,1 до 1% на американский центнер (45,4 кг).

Сера содержится в таких веществах, как сульфат аммония, тиосульфат аммония, сульфат магния, простой суперфосфат, сульфат калия-магния, сульфат калия, сульфат кальция, элементарная сера и смеси вышеперечисленного. Типичное содержание элементарной серы в готовом к использованию составе может включать серу в пределах приблизительно от 0,1 до 1% на американский центнер (45,4 кг).

Регуляторы роста растений

Описанные смеси удобрений содержат в своем составе по крайней мере один регулятор роста растений. В качестве примеров регуляторов роста растений можно привести ауксины, цитокинины, этилен и гиббереллины.

В качестве примеров ауксинов можно привести 1-нафтилуксусную кислоту, индол-3-масляную кислоту, индол-3-уксусную кислоту и смеси вышеперечисленного. В качестве примеров цитокининов можно привести кинетин, зеатин, 6-бензиламинопурин, дифенилмочевину, тидиазурон и смеси вышеперечисленного. В качестве примеров гиббереллинов можно привести дигидроксилированные гиббереллины, такие, как гиббереллиновая кислота (GA3) и гиббереллины от GA1 до GAn. Другие регуляторы роста растений - это этилен, жасмонаты, такие, как жасмоновая кислота и метилжасмонат, а также полиамины. Некоторые варианты осуществления изобретения содержат более одного класса регуляторов роста растений. В некоторых вариантах осуществления изобретения регулятором роста растений выступает гиббереллиновая кислота. В некоторых вариантах осуществления изобретения регулятором роста растений является гиббереллиновая кислота в сочетании с другим регулятором роста растений.

Типичное содержание регулятора роста растений в готовой к использованию смеси может включать регуляторы роста в пределах приблизительно от 0,5 до 10 частей на миллион на американский центнер (45,4 кг), от 1 до 5 частей на миллион на американский центнер (45,4 кг) или от 1 до 2 частей на миллион на американский центнер (45,4 кг).

Дополнительные вещества

Описанные смеси удобрений могут при желании содержать дополнительные вещества, такие, как витамины, аминокислоты, углеводороды, полисахариды, полезные микроорганизмы и смеси вышеперечисленного.

В качестве примеров витаминов можно привести никотиновую кислоту, d-биотин, рибофлавин, аскорбиновую кислоту, мононитрат тиамина, гидрохлорид тиамина, гидрохлорид пиридоксина, фолиевую кислоту, а также производные и смеси вышеперечисленного.

В качестве примеров аминокислот можно привести аланин, аргинин, аспартовую кислоту, бетаины, холин, цистеин, глютаминовую кислоту, глицин, гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, пролин, серии, треонин, триптофан, тирозин, валин, а также смеси и производные вышеперечисленного.

В качестве примеров карбогидратов и полисахаридов можно привести альгиновую кислоту, маннитол, ламинарии, янтарную кислоту, сорбитол, фруктозу, сахарозу, декстрозу, лактозу, а также производные и смеси вышеперечисленного. Кроме того, в состав данных смесей может входить уголь.

Как указано выше, в некоторых вариантах осуществления изобретения описанные смеси удобрений могут содержать почвоулучшитель с одним или несколькими микроэлементами, регулятором роста растений, а также вспомогательными дополнительными веществами и вспомогательными макроэлементами. Почвоулучшители могут не содержать в своем составе макроэлементов. Предназначение почвоулучшителя заключается в том, чтобы обеспечить адресное внесение одного или нескольких микроэлементов, которые в естественном виде содержатся в почве в недостаточном количестве. При этом может отсутствовать необходимость во внесении макроэлементов. Содержание микроэлементов и регуляторов роста растений в составе почвоулучшителя аналогичны описанным выше.

Способы применения

Как описано выше, предлагаемые смеси удобрений могут поставляться в виде концентрата, который затем разводится в воде для получения готового к использованию состава, или они могут поставляться в виде готового к использованию состава. Описанные смеси могут применяться для удобрения посевов или растений путем разбрасывания, разбрызгивания, распыления, аэрозольного орошения, вспенивания, в виде пыли, впрыскивания или применения с адресным внесением, например, для удобрения посевов по схеме 2х2. Например, готовая к использованию смесь может быть твердым веществом, которое разбрасывается вокруг растения, или может быть жидкостью, которая вносится вокруг растения или наносится на растение.

В некоторых вариантах осуществления изобретения может оказаться предпочтительным внесение смеси удобрений во время посадки растений. Это позволяет растению получить максимальную выгоду от применения удобрения и развить мощную корневую систему. Впоследствии это позволит развившемуся растению получать в больших количествах воду и питательные элементы, что, в свою очередь, делает растение более устойчивым к засухе.

В некоторых вариантах осуществления изобретения при внесении удобрений во время посадки растений смесь удобрений может вноситься на расстоянии двух дюймов (около 5 см) от посевного материала и на 2 дюйма вглубь почвы. В других вариантах осуществления изобретения смесь удобрений могут вноситься с любой стороны по отношению к посевному материалу, спереди или позади ряда высаженных растений или даже непосредственно на сам посевной материал. В некоторых вариантах осуществления изобретения может оказаться предпочтительным вносить смесь удобрений непосредственно на посевной материал. Может оказаться желательным вносить смесь удобрений на ту же самую глубину посадки, которая соответствует глубине поверхностного слоя почвы над посевным материалом. При внесении удобрений во время посадки растений расход удобрения составляет примерно от 0,5 до 25, от 1 до 20 или от 3 до 15 галлонов на акр (2-95, 3,8-76 или 11,4-57 литров на 0,4 Га). В некоторых вариантах осуществления изобретения желательно наносить или повторно наносить удобрение на листья растений.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, если смесь удобрений вносится при посадке растений, взрослые растения имеют массу корневой системы по меньшей мере на 50%, по меньшей мере на 75%, по меньшей мере на 100%, по меньшей мере на 150% или по меньшей мере на 200% больше, чем масса корневой системы растений, которые выращивались без удобрений (все значения приблизительные).

Может оказаться предпочтительным нанесение удобрений на листья растений. Нанесение может быть однократным, но оно также может осуществляться в виде последовательной серии или же сочетаться с внесением удобрения на более раннем этапе, при посадке растений. При нанесении удобрений на листья расход удобрений может составлять приблизительно от 0,1 до 10, от 0,5 до 5 или от 1 до 3 галлонов на акр (0,38-38, 1,9-19 или 3,8-11,4 литра на 0,4 Га).

Приведенные ниже примеры и данные испытаний позволяют лучше понять отдельные конкретные варианты осуществления изобретения. Подразумевается, что примеры не ограничивают объема изобретения, раскрытого в приведенном далее описании. Для специалистов в данной области знаний должна быть очевидна возможность существования различных вариантов описываемой концепции.

Примеры

Двадцать шесть реплик экспериментов с применением трех различных экспериментальных продуктов были оценены в сравнении с известными смесями удобрений в полевых условиях с тем, чтобы оценить полученные в результате урожаи. Были использованы три следующих продукта:

Cleanfield 6% EDDHA Iron (экспериментальный железосодержащий почвоулучшитель с 1 частью на миллион гиббереллиновой кислоты, реализуемый на рынке компанией Mid-America Distributing, LLC), в сравнении с Soygreen® Iron (железосодержащая почвенная добавка без гиббереллиновой кислоты, реализуемая на рынке компанией West Central Chemical), вносился в количестве 1 галлон на акр (3,8 литра на 0,4 Га) в районе Проспера, Северная Дакота, в качестве удобрения для сахарной свеклы и сои;

Fast Start (экспериментальное удобрение 7:17:7 с 1 частью на миллион гиббереллиновой кислоты, реализуемое на рынке компанией Mid-America Distributing, LLC), вносилось в количестве 2,5 галлонов на акр (9,5 литра на 0,4 Га) в сравнении с удобрением 10-34-0 (реализуемым на рынке, компанией Simplot) в районе Ады, Миннесота, в качестве удобрения для сахарной свеклы и сои; и

Cleanfield Extra (экспериментальное удобрение 3:18:18 с 1 частью на миллион гиббереллиновой кислоты, реализуемое на рынке компанией Mid-America Distributing, LLC) вносилось в количестве 10 галлонов на акр (38 литров на 0,4 Га) в сравнении с 200 бушелями (7040 литров) сухого фосфора и сухого калия (продукт насыпью, приобретенный у компании Agrium и затем смешанный), в обоих случаях с добавлением мочевины, для выращивания кукурузы в районе Ады, Миннесота. В химический состав Cleanfield Extra входит примерно на 1/3 меньше питательных элементов для растений, по сравнению с сухим продуктом, представляющим собой смесь фосфора и калия.

Сухой фосфор и сухой калий насыпью вносились на посевы методом разбрасывания при посадке растений. Остальные удобрения вносились при посадке на расстоянии двух дюймов (около 5 см) от посевного материала и на 2 дюйма вглубь почвы. Посадка осуществлялась примерно 1-го мая. В течение вегетационного периода сельскохозяйственных культур больше не вносилось других удобрений. Урожай был собран в октябре был оценен на основе собранных культур.

Результаты представлены в Таблице 1. В течение вегетативного периода в районе Ады, Миннесота, выпало 1/4-1/2 дюйма меньше осадков, чем в районе Проспера, Северная Дакота. Кроме того, почва в районе Ады, Миннесота, более песчаная, чем в районе Проспера, Северная Дакота, и содержит 2% органических веществ.

Как видно из Таблицы 1, добавление гиббереллиновой кислоты к железосодержащей улучшающей добавке Cleanfield 6% EDDHA Iron не обеспечивает преимущества при использовании в качестве удобрения для сои и сахарной свеклы как сельскохозяйственных культур. Возможно, полезный эффект от применения гиббереллиновой кислоты был бы более заметен, если бы сельскохозяйственные культуры не испытывали недостаток воды, особенно в связи с тем, что соя и сахарная свекла представляют собой культуры, менее требовательные к воде, по сравнению, например, с кукурузой.

Из Таблицы 1 также видно, что в Fast Start использовалось меньше азота и фосфора, чем в удобрении 10-34-0, и его рецептура несколько превзошла с точки зрения полученных результатов рецептуру 10-34-0 при выращивании кукурузы и сахарной свеклы.

Наконец, как следует из Таблицы 1, рецептура Cleanfield Extra обеспечила лучший урожай кукурузы, которая требует для своего выращивания больше воды, чем другие растения, и по этой причине более чувствительна к засухе. Cleanfield Extra вносилось адресным способом по схеме 2×2, в сравнении с разбросным внесением сухого продукта, и использовало меньше питательных элементов, необходимых растениям. Данные показали, что рецептура Cleanfield Extra, в состав которой входит гиббереллиновая кислота, обеспечивает более эффективное и экономичное удобрение для чувствительных к засухе сельскохозяйственных культур.

Приведенное выше описание, примеры и данные представляют собой полное описание вышеуказанной смеси удобрений и ее применения. Поскольку могут существовать различные варианты осуществления изобретения без отклонения от сущности и объема изобретения, представленного в формуле изобретения.