Общие вопросы о кремнии в питательных растворах – Наука в гидропонике
Введение
Мы знаем, что кремний может быть очень полезным элементом для многих видов растений (см. некоторые из моих предыдущих постов здесь и здесь). Он в основном повышает устойчивость к болезням и повышает структурную целостность растительной ткани. Из-за этих преимуществ вы захотите добавить кремний в свой питательный раствор. Тем не менее, есть много неправильных представлений и вопросов об использовании Si в растениях и о точной форме Si, которую следует использовать. В этом посте я собираюсь ответить на некоторые из наиболее распространенных вопросов об источниках кремния и о том, как их правильно использовать.
Какие источники доступны?
Чтобы использовать кремний в питательных растворах, у нас обычно есть 3 типа доступных источников.
Во-первых, у нас есть основные силикаты калия, которые представляют собой твердые вещества или растворы, полученные в результате реакций кремнезема с гидроксидом калия. В этой категории представлены популярные продукты, такие как AgSil 16H, и жидкие концентраты, такие как Growtek Pro-Silicate. Эти продукты имеют очень простой рН.
Во-вторых, у нас есть кремниевые продукты, стабилизированные кислотой. Это такие продукты, как PowerSi Classic и OSA28. Эти продукты всегда являются жидкими и содержат монокремниевую кислоту в кислой среде с добавлением стабилизаторов для предотвращения полимеризации монокремниевой кислоты.
В-третьих, у нас есть неводный продукты с кремнийорганическими реагентами, как Grow-Genius. Эти продукты не содержат воды и получены из таких реагентов, как ТЭОС (тетраэтилорто-силикат) и других соединений, содержащих Si, в основном поверхностно-активных веществ, содержащих Si. Они не находятся в формах, доступных для растений, но будут генерировать эти формы при контакте с водой.
Силикаты калия содержат «менее доступный» кремний?
Когда вы растворяете силикат калия в высокой концентрации, он образует силикатные олигомеры. Это большие цепочки кремния, которые стабилизируются в основных растворах из-за высокого отрицательного заряда. Вот почему вы можете создавать высококонцентрированные растворы силиката калия с базовым pH. На самом деле, делая растворы более щелочными с добавлением гидроксида калия, часто повышается растворимость твердых частиц силиката калия, таких как AgSil16H (см. здесь процедуру, как это сделать). Однако при уменьшении молярной концентрации силикат гидролизуется в мономерные силикат-анионы.
При разведении силиката калия в питательных растворах происходит именно это. Снижение концентрации гидролизует силикаты до мономеров. Если рН раствора затем при понижении конечной формой будет монокремниевая кислота. Если правильно приготовить питательный раствор с силикатом калия, конечной формой будет монокремниевая кислота, форма, наиболее доступная для растений.
Это заблуждение, что силикаты калия почему-то менее «доступны для растений». В конечном итоге они производят монокремниевую кислоту и вполне доступны при правильном использовании.
Как правильно использовать силикат калия?
Во-первых, при использовании твердого вещества необходимо приготовить маточный раствор с концентрацией не более 45 г/л.. При использовании AgSil 16H рекомендуется приготовить исходный раствор с концентрацией 15 г/галлон, а затем использовать этот раствор с расходом 38 мл/галлон конечного раствора (коэффициент впрыска 1%). Чтобы повысить стабильность концентрата AgSil 16H, вы можете добавить 1 г/галлон КОН. Конечным добавлением к вашему раствору будет +9,8 частей на миллион кремния в виде элементарного кремния и +11,55 частей на миллион калия. Добавление KOH и низкая концентрация 15 г/галлон гарантируют, что силикат уже будет в значительной степени присутствовать в виде мономерных силикатных анионов.
Во-вторых, не забудьте сначала добавить этот раствор в воду.. Если вы добавляете этот раствор после питательных веществ, Si будет контактировать с Ca и Mg в концентрированной форме, что вызовет проблемы с его стабильностью в растворе. Сначала добавьте его, затем добавьте концентрат удобрения с самым низким pH, затем концентрат, содержащий кальций, затем, наконец, уменьшите pH кислотой до желаемого уровня, если это необходимо.
Эта процедура гарантирует, что вы получите стабильный окончательный раствор, содержащий монокремниевую кислоту. Если вы увеличите содержание Si в исходном растворе, измените порядок впрыска или увеличите содержание Si в конечном растворе выше 20 частей на миллион Si в виде элементарного Si, вы можете получить осажденные и недоступные формы Si.
Почему вы должны использовать продукты Si, стабилизированные кислотой?
Кислотно-стабилизированные источники кремния нет в наличии больше растений. Однако их исходный рН обычно низкий, а минеральный состав также может быть минимальным (в зависимости от процесса приготовления). Это означает, что они могут снизить потребность в добавках кислоты и могут помочь снизить pH источников жесткой воды при использовании. Они также могут содержать стабилизаторы, которые могут быть полезны для растений. Тем не менее, точные используемые стабилизаторы и точный используемый минеральный состав будут существенно различаться в зависимости от продукта, поскольку производителям доступен широкий выбор вариантов.
В конце концов, при pH, при котором подкармливают растения, стабилизированные кислотой источники кремния и силиката калия генерируют точно такую же монокремниевую кислоту. Наличие завода нет Преимущество использования этого вида продукта.
Почему вы должны использовать неводные продукты Si?
Эти продукты могут быть намного более концентрированными по массе, чем основной кремний или жидкие кремниевые продукты, стабилизированные кислотой. Это связано с тем, что они сделаны из форм кремния, которые очень стабильны в безводных условиях. Это означает, что вы можете купить небольшое количество и добавить небольшое количество в резервуар на каждый галлон приготовленного раствора. Еще одним преимуществом является то, что они имеют нейтральный рН и вообще не изменяют рН питательных растворов. Для образования кремниевой кислоты из этих продуктов требуются только реакции с водой, поэтому не происходит добавления минералов, добавок стабилизатора или изменения pH.
Однако важным моментом является то, что реакция такого продукта, как ТЭОС, с водой высвобождает другие вещества в раствор. На каждые 10 частей на миллион кремния в виде элементарного кремния, которые вы добавляете из ТЭОС, вы фактически добавляете ~ 66 частей на миллион этанола в свой раствор.. Эти спирты могут быть очень вредными для корней и роста растений, поэтому использование этих неводных кремниевых продуктов требует тщательного рассмотрения. При использовании продукта, содержащего неводные источники кремния, важно учитывать, что эти вещества могут накапливаться в корневой зоне и вызывать проблемы. Какие органические вещества присутствуют и вызовут ли они проблемы, будет зависеть от точного состава. При использовании этих кремнийорганических источников идеальным было бы пропускание питательного раствора через угольный фильтр для удаления этих органических веществ перед контактом с корнями растений.
Является ли конечный Si в растворе из любого типа продукта более стабильным?
Нет, все три типа продуктов при правильном использовании превратятся в стабильную монокремниевую кислоту в вашем растворе.. Стабилизирующие агенты в продуктах, стабилизированных кислотой, будут настолько разбавлены, что никакого дополнительного стабилизирующего эффекта практически не будет. Если Si достаточно разбавлен (<20 частей на миллион Si в виде элементарного Si), то он будет стабилен в растворе в течение неопределенного времени (я измерял 5 недель без изменений концентрации). При более высокой концентрации Si кремний будет иметь тенденцию к полимеризации (независимо от того, из какого источника он поступает), что создаст проблемы со стабильностью. Чтобы иметь стабильный Si в растворе, убедитесь, что вы правильно его подготовили и что вы поддерживаете достаточно низкие концентрации.
Если они в основном одинаковы с точки зрения доступности Si, почему я вижу различия между разными продуктами при эквивалентной норме внесения Si?
Несмотря на то, что все различные продукты Si приводят к одной и той же форме Si в конечном растворе, продукты Si, стабилизированные кислотой, будут содержать широкий спектр дополнительных веществ, которые будут активны в питательном отношении. Например, бор и молибден очень часто используются в качестве стабилизаторов. Продукты, такие как цветение PowerSi, также содержат «экстракты экзотических растений» (согласно их веб-сайту). Обычно используемые стабилизаторы включают глицерин, карнитин, холин и сорбит. Все это потенциально может оказывать влияние на растения в концентрациях, добавляемых с этими продуктами. Некоторые из этих стабилизаторов обычно добавляют в количестве, в 10-50 раз превышающем количество Si, присутствующего по массе, а это означает, что ваша добавка Si может содержать гораздо больше этих стабилизаторов, чем то, что вы добавляете в пересчете на Si.
Какой продукт более экономичен в расчете на доставленный моль монокремниевой кислоты?
В правилах маркировки достаточно места, чтобы позволить производителям удобрений обмануть людей, заставив их поверить в то, что один продукт может быть более концентрированным или разбавленным, чем другой. Прежде всего, маркировка продукта как «% монокремниевой кислоты» не означает, что продукт содержит такой процент монокремниевой кислоты, это означает, что продукт содержит Si, так что если этот кремний весь превратился в монокремниевую кислоту, он дал бы этот процент. Единственными продуктами, которые с самого начала содержат монокремниевую кислоту в ее фактической форме, являются стабилизированные кислотой продукты, содержащие Si, которые обычно ограничиваются низкими концентрациями из-за реакционной способности этой молекулы, когда она присутствует.
Как неводные кремниевые продукты, так и растворимые продукты из силиката калия содержат предшественники монокремниевой кислоты. Один в виде кремнийорганических соединений, а другой в виде силикатных цепочек. Как упоминалось выше, оба прекурсора могут привести к очень высокой конверсии в монокремниевую кислоту при правильном использовании.
Чтобы сравнить фактическую концентрацию продуктов, лучше всего всегда преобразовывать количества в процентные значения элементарного кремния. Чтобы преобразовать значения % монокремниевой кислоты в Si, умножьте значение на 0,2922, чтобы преобразовать SiO2 значения к Si, умножьте значение на 0,4674. Например, 40% Si в виде монокремниевой кислоты эквивалентно 11,68% Si в виде элементарного Si. Растворимые силикаты калия, такие как AgSil 16H, могут содержать около ~ 24% Si в пересчете на элементарный Si по массе, что делает их наиболее концентрированной и самой дешевой формой биодоступного кремния при правильном использовании. Силикаты калия с более высокой растворимостью, чем AgSil16H, обычно содержат меньше кремния, поскольку более высокие пропорции K приводят к лучшей растворимости и меньшей необходимости добавления KOH при приготовлении маточного раствора. В приведенной выше таблице показаны различия в ценах за грамм кремния для различных продуктов по состоянию на январь 2023 года. При покупке оптом (50 фунтов) AgSil16H может быть на два порядка дешевле, чем другие альтернативы.
Я провел лабораторные тесты по измерению кремния, реагирующего с молибденом, которые показывают, что весь кремний в AgSil16H может быть количественно преобразован в монокремниевую кислоту при соблюдении рекомендаций по подготовке, упомянутых в этом посте.
Какова ваша рекомендация?
После многолетнего изучения предмета, использования различных продуктов с разными производителями и самостоятельного тестирования химии (подготовка стабилизированных кремниевых кислот и измерение концентрации активного кремния). Учитывая цену кремниевых продуктов и связанную с этим химию, я бы посоветовал всем, кто интересуется добавлением кремния в питательные растворы, использовать твердый продукт из силиката калия. Я бы предложил приготовить подходящий раствор с силикатом и гидроксидом калия для повышения pH и стабильности, а затем приготовить их питательные растворы из разведенного раствора. Если такой твердый продукт, как AgSil 16H, недоступен, то следующим лучшим выбором будет использование основного силикатного концентрата. Обычно рекомендуется готовить более разбавленный бульон из этих продуктов, чтобы гарантировать, что бульон уже содержит мономерный силикат.
Я не думаю, что кремниевые продукты, стабилизированные кислотой, или неводные кремниевые продукты стоят такой надбавки к цене. Если вы получаете лучшие результаты с продуктом, не содержащим силикат калия, по сравнению с силикатом калия, имейте в виду, что это, вероятно, связано с тем, что либо приготовление и разбавление исходного силиката калия не были выполнены правильно, либо продукт, который вы используете, содержит другое вещество. от Si, который дает вам эти эффекты. Сами стабилизирующие агенты будут стоить намного дешевле, поэтому тестирование эффектов этих агентов может быть более экономичным для вас, чем использование этих дорогих продуктов в течение длительного времени.
В тех случаях, когда смешивание исходных материалов и работа с основными реагентами проблематичны или имеется ограниченная доступность для регулировки pH, может быть желательным использование неводных силиконовых реагентов. Неводные формы кремния также наиболее устойчивы к ошибкам смешивания — неправильному порядку смешивания, смешиванию при переменном рН и т. д. — потому что реакции гидролиза легко протекают в самых разных условиях. Тем не менее, я рекомендую всегда сочетать их с угольной фильтрацией, чтобы избежать потенциальных проблем, связанных с их органическими побочными продуктами.
Если у вас есть проблемы с использованием растворимых источников кремния — из-за исходного состава воды, ограничений инжектора, стоимости и т. д. — и ваши носители поддерживают внесение поправок, я бы также посоветовал рассмотреть возможность использования твердых добавок для добавления Si (посмотрите это видео, которое я сделал для Дополнительная информация). Внесение поправок может быть отличным выбором, гораздо более экономичным, чем добавление растворимого кремния.
У вас есть какие-либо вопросы о Si в питательных растворах, не рассмотренные выше? Не стесняйтесь оставлять комментарии, и я также могу добавить их в пост!
