含氧化铁(III)的土壤结合组合物

含氧化铁(III)的土壤结合组合物

发明背景

本发明涉及用于在干旱土壤中保留土壤水分并改善植物生长的组合物，其包含作为增 效剂的氧化铁(III)以及任选焦亚硫酸钾[borkén (HU)，E224]，连同一种或多种保水物质 (湿润剂)和润湿剂。另外，本发明涉及结合土壤的水分，以及用于增强土壤保留组合物的功 效的组合物。

先有技术

在植物代谢中，摄取营养物质非常重要，其反之（in turn）主要受土壤含水量影响。植 物的营养素运输主要通过根进行，其中日常的(household)水起基础作用。同时，水的另一 个重要作用为主要通过叶的蒸发所致的冷却机制。

由于上述，植物生存的基本标准为能够获得水。土壤的含水量在空间和时间上大 有不同，一方面取决于季节，而另一方面取决于地理位置。因为对于植物的生长而言，连续 供应水和营养素为必需的，所以强烈需要尽可能提供避免土壤干燥，以及在万一较少降水 量万一发生干旱的情况下，用于以最可能的程度结合水和营养素，防止流失，并不阻止流入 较低层的方法。

对于连续维持植物生长，不仅需要适当的营养成分，而且还需要土壤的微生物成 分的充分作用，其中令人满意的微生物的生存-功能亦主要受土壤的含水量影响。

已提供了许多方法用于阻止土壤含水量减少，其中一个形式为在土壤中引入最大 差异的湿润剂。这些物质的共同特征为其很容易结合水分，同时各自减少水分从该区域和 处理区域中快速流出。这类物质具有特征性平衡点。这类物质主要为有机化合物，例如二 醇、多羟基醇，如甘油和山梨糖醇。

美国专利5,865,869描述了用于改善植物根的供水的呈液体浓缩液形式的组合 物，其基本上由有机湿润剂、结合剂、润湿剂和水组成。对于湿润剂，可使用例如山梨糖醇、 糖蜜（molasses）、乳酸钾、乳酸钠、甘油、醋酸钾、醋酸钠。所述组合物可优选含有增稠剂，例 如纤维素醚衍生物、羟乙基纤维素、羧甲基丙基纤维素等。

WO 90/13598公开了用于覆盖，尤其是（among others），垃圾场的土壤、废物等以 及其它危险物质的可喷洒组合物，其含有在施用之后形成隔水层的水溶性纤维素聚合物、 粘土和载体，其中所述组合物形成坚固的防水和柔性层，而不会渗透到土壤中。在论述所述 粘土的组合物中，提及了氧化铁的存在。

美国专利6,309,440公开了用于刺激植物生长的组合物，其可用于能量引入。这些 组合物包含碳源、提供氮和磷的水溶性大量营养素组分以及维生素/辅因子组分，任选连同 微量营养素组分，后者可含有锌源、铁源和锰源。对于铁源，提及了氧化亚铁(II)（iron(II) oxide）。

美国出版物2005/0111924描述了用于阻止土壤侵蚀的土壤结合和再种植组合物， 其包含水、碳水化合物、蛋白质、铁化合物和强碱，以及含有至少两种不同类型的纤维的纤 维材料；所述组合物的pH值为强碱性的，典型地为9-13，优选为10-12.8。对于铁化合物，提 及了氧化亚铁(II)和氧化铁(III)以及其它铁盐。

上述组合物含有结合材料，如lignosit，一种吸湿性粘合剂并含有玉米或马铃薯 糊精，或者亦可使用木质素磺酸钙盐、钠盐或铵盐。对于润湿剂，提及了本身已知的化合物， 例如Triton产品(Triton 101、Triton X100)、Ninol ll-CN、Igepal 60630、壬基酚-(9-15) 乙氧基化物等。

所述已知的方法，尽管已在实践中普遍使用，但是导致向土壤中引入了对土壤和 植物而言为外来的大量物质，并且(可能)不仅导致植物代谢的改变，而且还导致微生物种 （population）的转变，从而逐渐改变耕作方法和过程。因此，需要其中可减少外来物的引 入的方法，并且同时使用这样的物质，所述物质以其天然形式存在于土壤中并且同时协同 增强已知的土壤保水组合物，从而减少其所需量。

发明详述

在实验过程中出人意料地发现，当在施用之前、期间或之后向土壤中加入氧化铁(以 Fe³⁺氧化物的形式)，可大大降低先前已知的组合物的功效以及同时待引入的量。

一般而言，土壤含有量为1-5%的铁，其为地球上第四大量存在（fourth most occurring）的元素。大部分的铁存在于硅酸盐石中或者作为氧化铁或氢氧化铁存在，其为 对植物而言难以获得的形式。在土壤中，铁以Fe⁺⁺和Fe⁺⁺⁺形式存在，其中尤其是后者非常难 以被植物利用，尽管其对于植物而言为必需的。尽管可通过加入简单的无机铁盐或复杂的 铁化合物以传统方法提供铁供应，然而该解决方案需要频繁的处理，因为大部分所用物质 被损失，部分被冲洗到土壤深层并沉积其中，部分主要以高于植物所需的量被快速吸收。其 在干旱土壤的情况下尤为重要。

植物的缺铁难以矫正，因为存在于不同营养物(肥料)中的铁在土壤中快速转化成 植物不能利用的形式。在某些情况下，一些铁螯合物被证明是有用的，但是非常少的螯合物 在相对宽的pH范围内保持稳定。同时，首要的是（in the first line）在干旱土壤的情况 下，含水量上的小变化导致pH值的大幅改变；因此，所述方法难以使用。

出人意料的是，发现通过向干旱土壤添加微粒氧化铁，即使在干旱土壤中的植物 显示实质发育（substantial development）。即，当在根的环境中存在足量的固定化铁时， 植物能够调节其铁摄取。其一个可能性为通过根毛的物质选择，例如产生mugeinic酸，或柠 檬酸产生，使铁从存在于土壤中的不可溶化合物的活动化成为可能。另一个可能的利用为 通过根释放质子。

依照本发明的新解决方案的另一个优点为通过植物和存在于土壤中的微生物以 间接方式产生铁载体的影响，从而为植物提供更稳定的铁摄取。

添加微粒氧化铁(III)亦以优选的作用影响土壤细菌活性，因为不仅是植物，微生 物亦从相同来源(库)利用铁。微生物活性的增加同时提供额外的益处，因为其它营养元素 (例如磷、氮)的移动性亦因而增加。

因此，本发明的主题为用于改善在干旱土壤中生存或耕种的植物的生长和发育的 方法，其中分别在植物的位置或者在植物的根中和/或向植物的根施用和给予微粒氧化铁。 本发明的另一个主题为一种植物生长调节组合物，其包含微粒氧化铁(III)作为基本组分。 根据本发明的一个特别优选的实施方案，提供用于结合和保留干旱土壤的湿度的组合物， 除已知的保水和保湿组合物之外，其另外包含氧化铁(III)。

本发明的另一个主题为所述包含氧化铁(III)的组合物的改进以及与施用如上所 述相同物（the same as mentioned above）的方法，其中使用焦亚硫酸钾作为效果改良剂。

附图简述

图1为在枯萎处理试验中用番茄植株获得的植物的视图，

图2为在枯萎处理试验中用玉米植株获得的植物的视图，

图3显示在用于土壤保水作用的试验中对玉米芽和根发挥的作用，

图4为在用于土壤保水作用的试验中土壤的保水能力的图表，

图5为在用于土壤保水作用的对比试验中芽湿重和根湿重的图表，

图6显示在用于土壤保水作用的对比试验中保留在土壤中的水的重量，

图7显示用玉米在滤纸上进行的萌发抑制试验的结果，

图8为在萌发抑制试验期间玉米种子的萌发的视图，

图9显示用小麦在滤纸上进行的萌发抑制试验的结果，

图10为在萌发抑制试验期间小麦种子的视图，

图11为萝卜抗旱能力试验的方案，

图12显示在萝卜抗旱能力试验中的施水总量，

图13为在萝卜抗旱能力试验中的平均萝卜束重量的概述，

图14为在萝卜抗旱能力试验中的单个萝卜束重量的概述，

图15为在萝卜抗旱能力试验中的单个萝卜植株重量的概述，

图16为在萝卜抗旱能力试验中的平均萝卜植株重量的概述，

图17显示氧化铁(III)、氧化铁(III) +焦亚硫酸钾和FeSO₄添加物对大豆植株的作用。

实施本发明的最佳方式

在依照本发明的方法中，所述氧化铁(III)可以原样施用（applied as such）或者以适 当形式配制。鉴于供铁对于干旱土地而言可能是首先需要的，以及不仅为了供铁，而且还关 于保水，这类制剂可适当地包含用于结合和保留湿度的组合物的已知组分。

本发明的组合物包含已知的水分结合剂、已知的润湿剂、氧化铁(III)，任选焦亚 硫酸钾和水。

已知许多用作保水剂的物质。这些物质的特性为，它们保持与其饱和溶液接触的 空气中稳定的含水量。在特定的温度下，所述溶液在其中相对含水量低于所述物质的特征 性平衡点的空气中释放水分。因此，作为保水物质（所述物质被称为），其在规定的含水量下 容易地吸收水分，从而降低受处理物质的水分排放的程度。

所述保水物质或其混合物具有特定的水分指数。某些有机物质，例如一些二醇和 多元醇，如甘油和山梨糖醇，显示相似的保水作用和水分平衡指数。因此，其溶液阻止来自 处于超过其平衡点的相对湿度的空气的水分以及空气中的蒸发。

在所述保水物质中，优选例如山梨糖醇、糖蜜、乳酸钾、乳酸钠、甘油、醋酸钾、醋酸 钠、植物油脂、低聚果糖、羧甲醚纤维素糖浆、碳酸镁、可可纤维等。优选可施用的为山梨糖 醇。

依照本发明的组合物包含10-80%重量水分结合剂，0.5-5%重量润湿剂，0.1-0.5% 重量氧化铁(III)，0-0.5%重量焦亚硫酸钾以及约20-85%重量水。特别优选的是，除氧化铁 (III)之外，所述组合物亦含有焦亚硫酸钾。

本发明实验已显示的是，依照本发明的组合物具有优秀的土壤保水作用，即使在 疏松结构土壤中。

依照本发明的优选组合物包含10-50%重量糖蜜，约0.5%重量乳酸钙，5-30%重量山 梨糖醇，0.5-5%重量Tween 20，0.1-0.5%重量氧化铁(III)和0.005-0.5%重量焦亚硫酸钾。

在所述组合物中，氧化铁(III)以Fe₂O₃和Fe₃O₄或其混合物的形式存在。所述氧化 铁为微粒形式的，其中粒度适当地为至多50微米，优选20-40微米。

本发明的组合物，根据如上所规定的比例，适合为浓缩物形式的。显然，在施用时 稀释为必需的，这对于应用技术领域的技术人员而言不会产生任何问题。对于小范围使用， 所述稀释适当地为10-1000倍，适当地为50-150倍。

在依照本发明的方法中，在种植前或后、出土前或出土后以浓缩物或稀释溶液/混 悬液的形式将所述组合物施用到位置。在出土后使用中，优选以所述组合物不接触地面上 的植物部分的方式将所述组合物施用到地面上。亦可通过涂覆繁殖材料来完成施用，其中 用本身已知的方法给所述繁殖材料涂覆所述浓缩物，接着干燥。涂覆方法为本领域众所周 知的。

本发明的组合物大大改善土壤的保水能力，同时亦增强植物的抗旱性并增加干旱 土壤上的产率。在温室和户外实验中均已显示这些效应。进一步观察到的是，与许多植物保 护和植物保留组合物不同，依照本发明的组合物不影响种子的萌发能力。

实施本发明的最佳方式

使用依照本发明的组合物和处理获得的结果在以下实施例中阐述。作为参照物质，使 用根据美国专利5,865,869组合（assembled）的组合物，同时依照本发明的组合物为不同的 变体，其补充以不同量的氧化铁(III)并任选补充焦亚硫酸钾。

实施例1：用于对比试验的组合物

所述组合物在表1中指明。物质的量以%计算自所述组合物的总重量的重量表示。

。

*7对比组合物，其根据美国专利5,865,869组合

实施例2：对番茄和玉米幼苗（seedings）的枯萎试验

在200 ml容器中，用常规方式使番茄种子萌发，并用60倍稀释(59 ml水+ 1 ml浓缩物) 的组合物给幼苗施水，通过使用15 ml用于施水来进行。给对照容器用15 ml水施水。

对所述番茄幼苗用减量的水施水达一个月，所述量仅足以避免完全枯萎，每个容 器总共70 ml水，而所述植物在该时期的正常水需求应为370 ml。在处理之后的2周内，植物 开始枯萎，对照植物在15天之后枯死，而用HTC7和HTC22处理的样品仅在21天之后出现枯萎 症状，所述枯萎症状可用少量施水(5 ml)来逆转。在对照植物的情况下，所述过程为不可逆 的。试验植物在图1中显示。可一致看到的是，HTC7 (在图上标记为“Ricsi”)和HTC22二者提 供生长更好的植物；在HTC22的情况下，与HTC7的情况相比，根更长且根毛更多。

在200 ml容器中，种植玉米幼苗并在种植时，对幼苗用60倍稀释(59 ml水+1 ml浓 缩物)的组合物施水，通过使用15 ml用于施水来进行。给对照容器用15 ml水施水。

对植物用减量的水施水达一个月+ 10天，所述量仅足以避免完全枯萎，每个容器 总共40 ml水，而所述植物在该时期的正常水需求应为290 ml。在处理之后的3周内，植物开 始枯萎，在对照植物的情况下亦如此。HTC7在一个月后开始出现枯萎症状，HTC22最后枯萎， 仅在一个月10天之后出现枯萎症状。试验植物在图2中显示。可一致看到的是，与对照相比， HTC7 (在图上标记为“Ricsi”)和HTC22二者得到发育更好的植物；在HTC22的情况下，与 HTC7的情况相比，根更长且根毛更多。

实施例3：土壤保水能力的检验

在种植玉米幼苗时处理土壤(向200 ml容器施加59 ml水+ 1 ml溶液的混合物15 ml； 给对照用15 ml水施水)。使玉米植株在温室中生长6周，同时根据需要接收水，对照和处理 植物二者在6周时期均总共290 ml水。图3显示用五个平行试验获得的结果。

六周之后，从种植培养基中移除植物，并将各自200 ml相等体积的种植培养基干 燥直至恒重。图解湿重和干重之间的差异，可以说明经处理土壤的保水能力更好，甚至在越 大植物重量导致越大蒸发的情况下亦如此。同时，通过所述处理减少了自然蒸发和流出 （effluent）损失。试验中得到的结果在图4上显示。

从图4可以看到的是，与对照相比，用所述组合物处理的土壤能够保留显著更多的 水，并且同时供水平衡更好，其通过更小的标准差值显示。

上述试验亦通过检验除对照之外的HTC7和HTC22组合物来进行。试验结果在图5和 6上显示。观察到的是，与对照的情况相比，植物的芽湿重和根湿重二者均显著更高(参见图 5，术语“USA”意指HTC7组合物)；与HTC7处理相比，HTC22在芽湿重上显示更好的结果。在图7 中可看到的是，与对照和HTC组合物(在图上标记为“USA”)二者相比，HTC22组合物显著增加 土壤保水能力。

实施例4：处理对萌发能力的影响

对5种植物测试了萌发抑制副作用，在两种培养基中以5个平行进行。将土壤装填在 Petri培养皿中，或者使用滤纸代替土壤；在其表面上放置20-22颗种子。向提供有滤纸的 Petri培养皿中每皿倒入10 ml的60倍稀释液，对照为10 ml水。土壤用20 ml溶液和20 ml水 的混合物施水，作为对照，使用40 ml水。

从所述试验确定的是，依照本发明的组合物并未抑制青椒、番茄、玉米、向日葵和 小麦的萌发；甚至玉米和青椒的萌发受到刺激。在湿滤纸上和在土壤中的结果有相似特征。

用玉米获得的试验结果在图7和8上显示，用小麦得到的结果在图9和10上显示。

实施例5：对萝卜植株测试所述组合物的抗旱性

将萝卜种子种下并随后(但仍在萌出之前)在土壤表面上喷洒100倍稀释的组合物 HTC30，对应于10 l/ha的剂量。随后，使用根据植物需要的量的水给对照区域进行施水，而 处理区域仅接收按对照计算的46%施水。试验方案在图11上显示，同时施水总量在图12上显 示。

在试验结束时，评价萝卜束的重量和大小。平均萝卜束重量和单个萝卜束重量(总共 59束)分别在图13和14中显示。可从图中看到的是，经处理萝卜的重量为对照植物的98.5%。

收获之后，测量了萝卜的直径和平均直径；结果在图15和16上显示。确定的是，与对 照植物的情况相比，收获自处理区域的萝卜的直径大0.5%。

确定的是，通过少施水54%，从处理区域收集到基本上相等的收获量。

实施例5

对大豆植株进行所述土壤调节组合物对土壤-植物系统的作用的测试。对于所述测试， 使用灭菌基底，使得不存在产生大豆根瘤的根瘤菌。

使已表面灭菌的大豆种子(菜豆(Phaseolus vulgaris var. Rocco))在20±3℃ 的温度萌发3天。之后将总共60个发芽植物种植到各个250 cm³沙质土壤中，每组处理10个 发芽植物。分别用不含添加物的无菌自来水(对照)以及使用以无菌自来水制备的所述土壤 调节组合物的1:60稀释物将含水量调节至50%。

使如上制备的植物在气候室中在12/12小时光照周期以及22/15℃温度下生长。处 理期间，提供对植物的最佳发育而言所必需的50%的供水。为了防御害虫，在植物周边放置 含有性信息素的捕蝇器。在试验期间无需除草。

在培育期之后，测量生长参数(芽长度、根长度)以及芽和根的干重。根据这些数 据，关于根据各个处理的芽重的平均结果在图17中显示。试验材料的组分在表1中显示。

试验结果的评价显示的是，与对照相比，在7号组合物的作用下观察到显著增重， 然而其被使用22号组合物(含氧化铁(III))的处理测量得的增重超过。将通过使用30号组 合物的处理获得的结果与对照进行比较，然而亦大大高于使用7号和22号组合物的处理在 大豆植株上获得的结果。使用补充以硫酸亚铁(II)（iron(II)-sulfate）的7号组合物获得 的增重，远低于使用含有等量铁的22号和30号组合物获得的增重。