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Stand der Technik
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I Verbesserung des Wasserspeichervermögens
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Siliciumverbindungen stellen in Form der Silikatminerale/Schichtsilikate bekanntlich den uberwiegenden Teil der anorganischen Bodenbestandteile dar Sie bestimmen die Bodenstruktur und damit das Wasserspeichervermogen entscheidend mit
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Bei Sandböden bleiben zwischen den relativ groben Sandkornern entsprechend große Poren, durch die das Wasser rasch versickert Auch Nahrstoffe kann der Boden nicht festhalten. Andererseits fullen sich die Zwischenräume reichlich mit Luft, die fur die Pflanzenwurzeln unentbehrlich ist.
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Bei Tonboden verkleben die Teilchen und bilden kaum Zwischenräume. An die vielen winzigen Teilchen mit relativ großer Oberfläche können sich in hohem Maße Nahrstoffe anlagern Wenn der Boden nicht vollig ausgetrocknet ist, haftet in diesen Zwischenraumen Wasser, das so kraftig gebunden ist, dass es nur im geringen Maß an die Pflanze abgegeben werden kann Deshalb konnen sich in einem Tonboden Welkerscheinungen zeigen, obwohl genugend Wasser vorhanden ist Die Belüftung ist in Tonboden generell schlecht
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Boden aus unverfestigte klastischen Sedimenten und Sedimentgesteinen, die zu mindestens 95% aus Komponenten mit einer Korngroße von 0,002 mm bis 0,063 mm bestehen, liegen mit ihren Merkmalen zwischen den beiden Extremen Sand und Ton De meisten Boden enthalten in ihrer obersten Schicht mehr oder weniger Humus, der von zahlreichen Lebewesen bewohnt wird Der bei der Zersetzung toter Pflanzen und Tiere entstehende Humus besteht aus großen Molekulen, die Ionen aus dem umgebenden Wasser an ihre Oberfläche anlagern. Dadurch werden losliche Salze festgehalten.
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Die in der Natur vorkommenden Bodentypen sind Gemische dieser Grundtypen und stellen nicht das Optimum eines Mineralbodens dar. Deshalb versucht man durch Bodenverbesserungsmittel vor allem die Wasserspeicherkapazität und den Anteil an pflanzenverfugbarem Wasser sowie die Belüftung zu erhohen.
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Solche Bodenverbesserungsmittel sind u a aus
WO 2006/0625331 bekannt. Dabei werden Tonminerale mit organischen Verbindungen, insbesondere mit Polykationen wie quaternaren Ammoniumverbindungen, zu Ton-Organischen-Verbundsystemen, umgesetzt
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Aus
PCT/EP 2008/055013 ist bekannt, als Bodenverbesserungsmittel Tonminerale mit einem Copolymerisat aus Acrylat-Polymeren und Poly-diallyl-dimethyl-ammoniumchlorid unter Nutzung anorganischer Thiocyanaten als Dispergiermittel zu kombinieren Dabei wird die aus der Herstellung von Acrylaten bekannte Technologie (
Masson et al Acrylich fiber technology and applications Marcel Dekker Inc., New York, 1995), hydrophobe Polymere wie Acrylate mit Kalium- oder Natriumthiocyanat zu dispergieren, eingesetzt, um die organischen Polymerpartikel mit den Mineralstoffen zu verbinden.
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Dabei verbleiben die Thiocyanate in dem Bodenverbesserungsmittel. Die Vorteile, die sich aus der Dotierung mit Thiocyanten ergeben, sind aus
DD 264 568 A3 ,
DD 258 561 A1 ,
DD 264 137 A1 bekannt Die durch Thiocyanate mogliche Ertragssteigerung bei Getreide wird von Zöllner et al (
Increasing the yield and improving the quality of spelt alter fertilization with thiocyanate. J Plant Nutr. Soll Sci 164 (2001), 105–106) beschrieben
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Durch Verkneten mit polymeren Alkylammoniumverbindungen wird eine Kombination erhalten, die folgende Vorteile aufweist Die Polymere des bevorzugt eingesetzten Dimethyldiallyldiammoniumchlorid binden sich an die Schichtsilikate und rusten diese mit einer zusatzlichen Anionenaustauschkapazität aus Bei einer Belegung der Mixedlayerschichten mit kanonischen Polymeren steigt das Anionenaustauschvermogen, weil meist nicht alle kationischen Segmente durch negative Schichtladungen gebunden werden Das Kationenaustauschvermogen sinkt Dungerelevante Stickstoffverbindungen werden daher effektiv gebunden.
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Diese Kombination bildet in Verbindung mit Wasser ein Hydrogel, das mehr als das 100fache seines Eigengewichtes an Wasser und Nährstoffen speichern kann Bedingt durch die hohe Quellfahigkeit dieser o g Kombinationen wird bei Einbringen in den Boden dessen Krumelstruktur stabilisiert Die Wassermenge, die ein Boden pflanzenverfugbar zwischen Feldkapazitat und permanentem Welkepunkt halten kann, wird gezielt vergroßert Das ist besonders bemerkenswert, da typische Tonminerale allein ein relativ dichtes Koherentgefüge der Bodenstruktur bewirken. Im Gegensatz zur Krümel-Bodenstruktur, die durch die beschriebenen Bodenverbesserungsmittel bewirkt wird, ist das aufgenommene Wasser bei alleiniger Gabe von Tonmineralen nicht ausreichend pflanzenverfugbar Durch Ausbildung einer gunstigen Bodenstruktur beim der Anwendung der beschriebenen Kombinationen werden auch leicht losliche Pflanzennahrstoffe in der Wurzelzone gehalten
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Die bekannten den Pflanzenwuchs fordernden Wirkungen der Thiocyanate (Weuffen und Decker Thiocyanat – ein bioaktives Ion, I, S M. H Verlag Torpin, 2004; Tirschmann et al, 1987, Weuffen, Adam et al Wiss. Z Univ Greifswald, Med R 39, 1–8, 1990, Zollner et al. Deutsche Lebensmittel Rundschau 96, 103–107, 2000) werden in den beschriebenen Kombinationen besonders effektiv ausgenutzt, da die Thiocyanate zusammen mit anderen Nahrstoffen durch die an die Silikatstrukturen absorbierten Polymere des Dimethyldiallylammoniumchlorids im Wurzelbereich der Pflanzen gehalten werden Die Bindung erfolgt uber mehrwertige Kationen sowie Wasser und organische Dipole mit OH-Brucken Auf Grund der Ladungsverteilung im Hydrogel werden sowohl Kationen als auch Anionen in diesem Gefüge gebunden. Die sich ausbildende Bodenstruktur gibt über eine lange Zeit hinweg sowohl Wasser als auch Nährstoffe an den Wurzelbereich ab
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Solange Ammoniumionen in den Schichtzwischenraumen der Silikate gebunden sind, konnen diese nicht mikrobiologisch zu dem leicht auswaschbaren NO3 oxidiert werden
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Beim Einsatz in ariden Gebieten werden durch das Speichervermogen für Wasser und Salze die Versalzung sowohl durch die verringerte Wassermenge als auch durch die Verhinderung der Auswaschung vermindert, die Resistenz gegen Trockenheit und gegen Salze wird verstärkt
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II Senkung des Verbrauchs an Düngemitteln
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Der Verbrauch an Nahrstoffen eines Bodens durch den Nahrstoffentzug einer Kultur muss durch eine gleich hohen Nahrstoffgabe in Form von Mineraldunger ausgeglichen werden Der Nahrstoffentzug durch die Pflanzen ist bei den verschiedenen Nutzpflanzen und bei entsprechender Fruchtfolge unterschiedlich
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Mineraldunger stehen im Handel in unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung zur Verfügung und bieten die Moglichkeit, gezielt den Nahrstoffansprüchen der einzelnen Kulturpflanzenarten gerecht zu werden
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Bei einer reinen Mineralstoffdungung wird der angebotenen Dunger nur zum Teil ausgenutzt Durch die angestrebte Bodenverbesserung kann auch die Ausnutzung der mineralischen Dungemittel verbessert werden Die gemeinsame Ausbringung des in der
PCT/EP 2008/055013 beschriebenen Bodenverbesserungsmittels mit dem fur ein optimales Pflanzenwachstum erforderlichen Mineraldunger scheitert an Entmischungsvorgangen der unterschiedlichen Komponenten während der Lagerung Deshalb sollte auch dieses Problem bei der Weiterentwicklung des
PCT/EP 2008/055013 gelost werden
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III Pflanzenverfügbare Siliciumverbindungen
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Silicium ist wichtig fur den Wasserhaushalt und die Stabilitat der Zellwande Pflanzen, die vermehrt Silizium in ihren außeren Zellschichten einlagern, erweisen sich gegenuber Krankheiten und Schadlingen resistenter, umgekehrt fuhrt Siliciummangel zu einer erhohten Anfalligkeit fur Krankheiten und Schadlinge In Reis, der aufgrund seiner okonomischen Bedeutung und einfacheren Kultivierung sehr gut untersucht ist, wird die Toleranz gegenuber einer Reihe von Pathogenen durch eine ausreichende Versorgung mit Silizium deutlich erhoht [Silicon in agriculture conference, Uberländia/MG – Brazil, 22–26 October Abstract Book, 2005] Auch vermindert eine gute Versorgung mit Silizium die Transpiration und kann so sowohl den Trockenstress reduzieren als auch die Salztoleranz erhohen. Die Reduktion der Transpiration konnte sich positiv auf die Winterhärte auswirken.
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Silizium als lebensnotwendiges Spurenelement fur alle Pflanzen festigt insbesondere deren Stutzgewebe Dementsprechend wird durch Aufnahme von geringen Mengen von Silicium uber die Pflanzenwurzel eine deutliche Verbesserung der Widerstandskraft der Pflanze gegen Schadeinwirkungen wie mechanische Beanspruchung, Trockenstress und/oder Pathogenbefall erreicht (
DE 19918692 A1 02 11 2000)
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Pflanzen konnen Nahrstoffe nur in geloster Form mit dem im Boden enthaltenen Wasser aufnehmen Die in Boden vorhandenen wasserunloslichen Silikateminerale sind daher nicht pflanzenverfugbar
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Als wasserlosliche Siliciumverbindungen werden bisher in Bodenverbesserungsmitteln Alkalisilikate (
H Weldes "Properties of Soluble Silicates" in INDUSTRIAL AND ENGINEERING CHEMISTRY, VOL 61, 1969) eingesetzt (
DE 19918692 A1 02 11 2000) eingesetzt Während die Alkalimetallsilikatverbindungen eine hohe Wasserloslichkeit zeigen, sind die Silikateminerale mit mehrwertigen Kationen, insbesondere darin enthaltenen Erdalkalimetalle wie Calcium und/oder Magnesium, aber auch Eisen, weitgehend wasserunloslich
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Neben Alkalimetasilikaten sind auch Kieselsauresole und die daraus entstehende Kieselsauregele aus dem einschlagigen Stand der Technik zur Bodenaufbereitung bekannt
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Es ist ferner bekannt, dass ausgewahlte Pflanzen zur Anreicherung des Siliciumgehaltes im oberirdischen Pflanzenkorper befahigt sind Beispiele hierfur sind Brennnesseln und/oder Schachtelhalm
DE 19918692 A1 02 11 2000 sieht dementsprechend vor, neben oder anstelle der anorganischen wasserloslichen Siliciumquellen auch entsprechende pflanzenverfugbare Siliciumquellen pflanzlichen Ursprungs einzusetzen, wobei insbesondere Ruckstande und/oder Extrakte von Brennnessel, Reisschalen und Schachtelhalm in Betracht kommen
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Phytogenes, amorphes Silizium ist einer der aktivsten Si-Pools in terrestrischen Biogeosystemen. Die Si-Aufnahme durch verschiede Pflanzen aus terrestrischen Biogeosystemen ist jedoch noch weitgehend unklar.
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Aufgabe, die durch Erfindung gelöst werden sollte
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Die positiven Eigenschaften der im Stand der Technik, Teil I genannten Kombination beruhen zu einem großen Teil auf den organischen Verbindungen „Acrylat-Polymeren” und „Poly-diallyl-dimethyl-ammoniumchlorid” Das Einbringen von organischen Polymeren in eine Bodenstruktur ist aber aus Umweltschutzgrunden nicht unproblematisch Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es deshalb, die organischen Polymere in der oben genannten Kombination durch bodenvertragliche Mineralstoffe zu ersetzen
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Eine Zubereitung aus bodenvertraglichen Mineralstoffen sollte gleichzeitig die Widerstandskraft der Pflanze gegen Schadeinwirkungen wie mechanische Beanspruchung, Trockenstress und/oder Pathogenbefall erhohen
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Durch die verbesserte Bodenstruktur, die durch die bodenvertraglichen Mineralstoffe erreicht wird, sollte der Bedarf an Mineraldunger gesenkt werden Um Kosten zu senken, wird angestrebt, den verbleibenden Bedarf durch eine Formulierung zu decken, die Bodenverbesserung, Dungung und Versorgung mit Stoffen, die die Widerstandsfahigkeit der Pflanzen erhohen, vereinigt
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Darlegung des Wesens der Erfindung
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Die Aufgabe, wurde gemaß den Merkmalen der Patentanspruche gelost Erfindungsgemaß wird die Bodenverbesserung durch eine Zusammensetzung, umfassend oder enthaltend
- a) Mineralverbund aus Biomineralen mit einem hohen Anteil von amorphen Siliciumdioxid und Illite-Smectite-Wechsellagermineral, dotiert mit anorganischen Thiocyanaten und/oder
- b) Mineralische Dungemittel und/oder
- c) Naturzeolithe
erreicht
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Uberraschend wurde gefunden, dass die organischen Polymere in der dem Stand der Technik entsprechenden Kombination durch Naturzeolithe ersetzt werden konnen
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Das Wasser wird dabei in einer besonderen Form in den Zeolith-Kanalen gespeichert (zeolithisch gebundenes Haftwasser) Das Haftwasser wird durch die Saugkraft der Wurzeln bedarfsgerecht abgegeben Die Verdunstung wird stark eingeschrankt, was besonders in ariden Gebieten, aber auch in der gemaßigten Zone wahrend sommerlicher Hitzeperioden von Bedeutung ist
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In der erfindungsgemaßen Zubereitung wird die Widerstandskraft der Pflanze gegen Schadeinwirkungen wie mechanische Beanspruchung, Trockenstress und/oder Pathogenbefall verbessert, indem dem Boden zusatzlich amorphes Silicium, Calcium, Magnesium und weitere Spurenelemente zugefuhrt werden, die aus biogenen Quellen stammen und deshalb eine gunstige Zusammensetzung aufweisen
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Insbesondere ist es Teil der Erfindung, zur Bodenverbesserung amorphes Siliciumdioxid aus fossilen Biomineralen in einer besonderen Verarbeitungsform zuzufuhren
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Bodenmikroorganismen sind in der Lage, das amorphe Siliciumdioxid aus diesem Mineralverbund durch die Produktion organischer Sauren und von Chelatbildnern in losliche Verbindungen zu uberfuhren, die von den Pflanzen aufgenommen werden konnen Entscheidend fur effektive Uberfuhrung in losliche Siliciumverbindungen ist die große Oberflache, die den Bodenmikroorgnismen genugend Angriffsmoglichkeiten bietet und die durch Einbindung des amorphen Siliciumdioxids in den Wechselslager-Mineralverbund erreicht wird Das in der Kombination enthaltene Thiocyanat regt die mikrobielle Bodenaktivitat an und ist deshalb fur die Solubilisierung der Siliciumverbindungen von großer Bedeutung In der Pflanze werden die aufgenommenen loslichen Siliciumverbindungen wieder in schwerlosliche Verbindungen uberfuhrt und vorwiegend in den Zellwanden eingelagert Durch die damit verbundene Einschrankung der Transpiration wird die Trockenresistenz und Winterharte erhoht und die Empfindlichkeit gegen Versalzung herabgesetzt Stabilere Zellwande fuhren daruber hinaus zu einer erhohten Toleranz gegen mechanische Beschadigungen und erschweren das Eindringen von Pathogenen
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Mit diesen fossilen Biomaterialien wird eine ausreichende Versorgung mit pflanzenverfugbarem Silicium gesichert, so dass der Wasserhaushalt in den Zellen reguliert und die Zellwande durch Silicium stabilisiert werden Dadurch wird im Zusammenwirken mit dem ebenfalls die Stressresistenz erhohendem Thiocyanat eine ausreichende Widerstandsfahigkeit gegen kurzere Trockenperioden sowie gegen Pathogene erreicht Durch den Thiocyanatanteil wird insbesondere die Stabilitat gegen Pflanzenviren verbesserte
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Die geringere Wasserspeicherkapazitat der bodenvertraglichen Mineralstoffe im Vergleich zu den in
WO 2006/0625331 beschriebenen organischen Verbindungen wird durch die erhohte Trockenresistenz in der erfindungsgemaßen Zusammensetzung ausgeglichen
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Fossile Biomaterialien stehen in verschiedenen Lagerstatten zur Verfugung Aus der Vielzahl der moglichen naturlichen Lagerstatten werden erfindungsgemaß diejenigen ausgewahlt, die bereits in der naturlichen Lagerstatte neben dem amorphen Silicium einen hohen Anteil an feinstkornigem Verwitterunsmaterial mit hohem Quellungsvermogen enthalten Es hat sich herausgestellt, dass es insbesondere vorteilhaft ist, zwei Biominerale mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung zu mischen
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Es hat sich uberraschenderweise herausgestellt, dass mit diesen komplex aufgebauten Strukturen aus verschiedenen Mineralen, Spurenelementen und Biomolekulen eine wesentliche Einsparung von mineralischem Dunger moglich ist
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Die enge Verbindung von Bodenverbesserungsmittel und mineralischem Dunger gewahrleistet, dass Entmischungsvorgange eingeschrankt werden, so dass die erfindungsgemaße Zubereitung lagerstabil ist
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Als besonders vorteilhaft hat sich dabei erwiesen, ein Biomineral 1 mit folgender chemischer Zusammensetzung
| SiO2 | 75–85% |
| davon freier kristalliner Quarz 7% |
| Al2O3 | 4–8% |
| Fe2O3 | 3–5% |
| CaO | 0,5%–1,5% |
| MgO | 1–2% |
| Wasser | 5–12% |
und ein Biomineral 2 mit folgender chemischer Zusammensetzung zu mischen
| | In % der Trockenmasse |
| SiO2 | 50–60 |
| Al2O3 | 7–8 |
| Fe2O3 | 1–2 |
| Na2O | < 0,5 |
| MgO | 1–2 |
| K2O | 1–2 |
| CaO | 15–25 |
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Geeignetes Biomaterial 1 enthalt bereits 8–12% Montmorillonit und weist dadurch bereits eine hohe Hydroaktivitat auf
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Diese Hydroaktivitat wurde durch Kombination mit Schichtsilkaten mit einer Wechsellagerstruktur gezielt erhoht
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Durch die Herstellung des Mineralverbundes wird das Quellvolumen gegenuber dem Biomaterial etwa verdoppelt
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Um die im Stand der Technik beschriebenen wuchsforderden und stressreduzierenden Effekte der Thiocyanate optimal zu nutzen, hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, zunachst einen Mineralverbund aus oben genannten amorphes Silicium enthaltenen Biomineralen und Illit-Smectit-Wechsellagerungen herzustellen und diesen mit Thiocyanat zu dotieren
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Bei der Dotierung von Tonmineralen mit Thiocyanaten nach der Lehre von
PCT/EP 2008/055013 kommt es bereits bei geringen Thiocyanatkonzentrationen zu einer Flockung
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Uberraschenderweise konnen in den erfindungsgemaßen Mineralverbund Thiocyanationen bis zu einer Konzentration von 10% implantiert werden, ohne dass es zu einer Flockung kommt Offenbar bedingt die dreidimensionale Struktur des Mineralverbundes und die Moglichkeiten der Einlagerung in den Schichten der Tonminerale und in den Kanalen der Zeolithe bedingen ein besonderes Arrangement fur Thiocyanate als katalytisch aktive Zentren Durch die nicht einheitliche Porosität im Mineralverbund, durch nicht-kovalente Wechselwirkungen der verschiedenen Mineralkomponenten des Verbundes mit dem ambivalenten Thiocyanation und Stabilisierung der entstehenden Zwischenprodukte durch die Mixedlayer werden die wasserloslichen Thiocyanate als Wirkstoffdepot gespeichert
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Anschließend wird die Suspension granuliert Infrage kommen
- 1. Aufbaugranulierung (Granulierteller, Granuliertrommel, Wirbelschichtgranulator)
- 2. Pressgranulierung (Brikettierwalzen, Tablettpressen, Ringwalzen, Granulierkoller)
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Dieser Mineralverbund ist in Form von Granalien lagerstabil
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Nach Einbringung in den Boden brechen durch das Zusammenwirken von Bodenmikroorganismen und Pflanzenwurzeln die interlamellare Komplexe an den smectitischen Zwischenraumen auseinander Die großen Oberflachen bieten ausrechende Angriffspunkte fur Bodenmikroorganismen Dabei werden Thiocyanationen aus den Granalien in einer sowohl fur die Bodenmikroorganismen als auch fur die Pflanzen verfugbarer Form abgegeben Dabei werden die Thiocyanate wie andere leicht losliche Pflanzennahrstoffe und vor allem auch die Spurenelemente durch die Absorbtionskrafte der Zeolithe in der Wurzelzone gehalten
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Bei Kombination dieses Mineralverbundes mit bergmannisch gewonnenen Zeolithen wirken die Zeolithe zusatzlich als Wasserspeicher und verbessern durch die Depotwirkung die Ausnutzung des Mineraldungers Der Dungemittelaufwand kann bis zu 50% reduziert werden
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Es ist deshalb erfinderisch, das Bodenverbesserungsmittel aus dem beschriebenen Mineralverbund mit bergmannisch gewonnenen Zeolithen mit handelsublichen Mineraldungern zu kombinieren, um die Ausnutzung des Mineraldungers zu verbessern
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Es konnen fur diesen Zweck alle Mineraldunger verwendet werden, bei denen die dungenden Elemente in Form von Salzen vorliegen Dabei macht man sich zunutze, dass der Mineralverbund auf Grund der Vielzahl seiner mineralogischen Komponenten sowohl Kationen und Anionen binden kann
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Es konnen sowohl Einzelnahrstoffdunger als auch Mehrnahrstoffdunger eingesetzt werden Dabei sind erfindungsgemaße Formulierungen mit Volldunger besonders bevorzugt Um eine optimale Verbindung der Komponenten zu erreichen, ist es erforderlich, die Korngroßen von Mineralverbund, Naturzeolithen und Mineraldunger aufeinander abzustimmen In der Regel ist es deshalb erforderlich, den Mineraldunger vor dem Mischen zu mahlen Besonders vorteilhaft ist ein gemeinsames Vermahlen mit den Naturzeolithen, da hier bereits beim Mahlvorgang eine besonders enge Vermischung erfolgt
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Bei richtiger Abstimmung der Korngroßen werden die Mineraldunger durch den Mineralverbund in den Mischungen stabilisiert, so dass Entmischungsvorgange stark eingeschrankt sind Das ist eine wichtige Voraussetzung fur ein gleichmaßiges Ausbringen des Bodenverbesserungsmittels
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Es ist ebenfalls erfinderisch, das Bodenverbesserungsmittel zunachst mit einem Stickstoffdungemittel zu mischen, um eine Grundversorgung zu sichern Unmittelbar vor der Anwendung konnen Dungestoffe zugefugt werden, die den speziellen Nahrstoffentzug auf der zu behandelnden Flache ausgleichen
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Bedingt durch die hohe Quellfahigkeit dieser Kombinationen wird bei Einbringen in den Boden dessen Krumelstruktur stabilisiert Das zeolithisch gebundene Wasser steht in dieser Krumelstruktur fur eine langere Zeit in pflanzenverfugbarer Form zur Verfugung
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Durch die verbesserte Bodenstruktur nach Einsatz der beschriebenen Kombinationen wird fur eine ausreichende Beluftung gesorgt Die Zwischenraume fullen sich reichlich mit Luft, die fur die Pflanzenwurzeln unentbehrlich ist
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Durch die verbesserte Bodenatmung nach Einsatz der beschriebenen Kombinationen, werden daruber hinaus die Voraussetzungen fur eine starke mikrobielle Aktivatat des Bodens geschaffen Daraus resultieren eine Zunahme der mikrobiellen Biomasse und eine signifikante Erhohung der biologischen Aktivitaten des Bodens Durch das Zusammenwirken dieser Faktoren werden die mikrobiellen Stoffwechselleistungen und damit auch die Mineralisation deutlich erhoht
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Die erhohten mikrobiellen Stoffwechselleistungen wirken sich wiederum gunstig auf die Solubilisierung des mit der Kombination zugefuhrten amorphen Siliciumdioxids aus Eine ausreichende Versorgung mit Silicium gleicht die negativen Effekte von zuwenig aber auch zuviel Phosphat aus
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In den Boden eventuell vorhandene Schwermetalle werden dagegen durch Bindung an die Zeolithe unloslich gemacht und deshalb vermindert durch die Pflanzen aufgenommen
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Neben einer Forderung der mikrobiell getragenen Bodenfunktionen (Transformator fur Nahrstoffe, Nahrstoff-Zwischenspeicher) ist daruber die Forderung der Bodenfauna zu erwarten In einem gut belufteten, feuchten und mikrobiell aktiven Boden kann sich der Regenwurm gut vermehren, der fur die langfristige Steigerung der Bodenfruchtbarkeit von großer Bedeutung ist Der Regenwurm sorgt andererseits fur eine standige Vermischung der erfindungsgemaßen Zubereitung mit den ubrigen Bodenbestandteilen
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Durch ein synergistisches Zusammenwirken dieser Effekte wird die Versorgung der Pflanzen mit Nahrstoffen verbessert
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Die Zeolithe werden nicht abgebaut und tragen langfristig zum Wasserspeichervermogen des Bodens bei
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Thiocyanate mussen ebenso wie die verbrauchten Mineraldunger jahrlich neu zugefuhrt werden Erfolgt die Zufuhr wiederum in Form des erfindungsgemaßen Bodenverbesserungsmittels, konnen einerseits Dungekosten eingespart werden, da die Aufwandmenge reduziert werden kann, andererseits wird die Bodenstruktur von Jahr zu Jahr durch den zunehmende Zeolith-Anteil im Boden verbessert Wenn der Zeolith-Anteil im Boden ein Optimum von etwa 10% bis 15% erreicht hat, kann in den Folgejahren mit reinem Mineraldunger gedungt werden, das Wasserspeichervermogen und die bessere Ausnutzung des Dungers bleiben langfristig erhalten
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist die Reduzierung der erforderlichen Gießhaufigkeit bzw eine Wasserersparnis Das fuhrt zu einer betrachtlichen Kostenersparnis
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Die Erfindung soll anhand von Ausfuhrungsbeispielen naher erlautert werden, ohne sie auf diese Beispiele zu beschranken
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Ausführungsbeispiele
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Beispiel 1
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Herstellung des mit anorganischen Thiocyanaten dotierten Mineralverbundes aus Biomineralen mit einem hohen Anteil von amorphen Siliciumdioxid und Illite-Smectite Wechsellagermineralen in Form von Granalien
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Methodik
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a) Anforderungen an das Biomineral
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Ausgangspunkt ist ein Biomineral 1 aus geeigneten naturlichen Lagerstatten, das bergmannisch gewonnenen werden kann und an deren Zusammensetzung folgende Anforderungen zu stellen sind
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Biomineral mit folgender chemischer Zusammensetzung erwiesen
| Anteil an SiO2 | > 75% |
| davon freier kristallin | er Quarz < 7% |
| Al2O3 | < 10% |
| Fe2O3 | < 5% |
| CaO | 0,5%–3% |
| MgO | 1–2% |
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b) Verarbeitung des Biominerals
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Es werden zunachst die Mehlfraktionen der Biominerals 1 in einem Granuliermischer mit deionisiertem Wasser z B von 20 bis 30 Gew-%, zu einem Slurry gemischt Erst danach werden kornigen Fraktionen der Biominerale 1 und 2 zugegeben Die Biominerale werden gegebenenfalls durch Zugabe von weiterem Wasser mittels Ruhrmaschine in eine homogene Suspension uberfuhrt Die Suspension wird mit einer Suspension aus Illite-Smectite Wechsellagermineral verruhrt, bis eine homogene Masse entsteht
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Anschließend werden anorganischen Thiocyanate (NaSCN, KSCN) als Dispergierungsmittel zugefuhrt, bis eine Konzentration erreicht ist, die gerade noch nicht zur Flockung fuhrt Ist eine Flockung bereits eingetreten, wird die Suspension durch Zugabe von deionisiertem Wasser verdunnt und die Flockung damit wieder ruckgangig gemacht
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c) Die Suspension wird anschließend mit Hilfe einer Granuliertrommel granuliert Ergebnis
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Die resultierenden Granalien weisen in uberraschender Weise eine bessere Wasseraufnahmekapazitat und hohere Abriebfestigkeit und bessere Abrundung auf Das daraus gemaß Beispiel 5 hergestellte Endprodukt ist gleichformig, schutt- und rieselfahig
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Beispiel 2
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Ermittlung der optimalen Festigkeit der Granalien
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Der Mineralverbund muss fur Formulierung des Endproduktes in einer optimalen Festigkeit zur Verfugung stehen Dabei sind folgende Anforderungen zu stellen
- a) Mischbarkeit mit Naturzeolithen und Mineraldunger ohne Entmischung bei Lagerung
- b) Langsamer Zerfall nach Einbringung in die Bodenstruktur unter Freisetzung der der dungerrelevanten Stoffe
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Ergebnis
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Die Mischkomponentenparameter und die Granulierenergie wird derart eingestellt, dass ein rieselfahiges Granulat mit abriebfesten Granalien erzeugt wird, deren Raumform im wesentlichen gerundet, z B im wesentlichen kugelig ist, mit Korngrossen zwischen 1 und 3 mm, insbesondere zwischen 1,5 und 2,5 mm, und wenigen Zerkluftungen aufweisen Diese Granalien zeigen eine besonders hohe Wasseraufnahmekapazitat
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Die Restfeuchte des Rohstoffs wird mit 7 bis 8,5% genau definiert – so ist eine optimale Festigkeit von Pellets moglich
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Beispiel 3
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Ermittlung des optimalen Thiocyanat-Gehaltes bei der Anwendung
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Die Pflanzen nehmen die in dem Bodenverbesserungsmittel enthaltenen Thiocyanate uber ihre Wurzeln auf Eine optimale Versorgung ist gegeben, wenn unmittelbar nach dem Aufbringen ein Thiocyanatgehalt von 2–20 mg SCN'/Kg Boden erreicht wird Thiocyanatbestimmungen im Boden konnen wie bei Weuffen und Nelson Vorkommen von Thiocyanat in der Umwelt In W Weuffen und H Decker (Hrsg) Thiocyanat – ein bioaktives Ion Verlag Torpin 2004) beschrieben durchgefuhrt werden Fur orientierende Messungen eignet sich die spektroskopische Bestimmung mit Eisen-Salzen
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Durch das Bodenverbesserungsmittel wird der bei durchschnittlichen Bodenverhaltnissen zu erwartende Thiocyanatbedarf abgedeckt
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Eine Anpassung an spezielle Bodenverhaltnisse ist durch Anderung der Aufwandmenge leicht moglich
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Andererseits ist es moglich, dass Bodenverbesserungsmittel durch Anderung des Verhaltnisses der 3 Komponenten zueinander an einen unterschiedlichen Bedarf anzupassen, wobei die im Beispiel 6 beschriebenen Toleranzen fur die einzelnen Komponenten eingehalten werden sollten
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Beispiel 4
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Ermittlung des optimalen Anteils mineralischer Dünger
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Zur Ermittlung des optimalen Gehaltes wurde in Topfkulturen mit Kohlraben die Dungermenge mit und ohne Bindung an das erfindungsgemaße Bodenverbesserungsmittel verglichen
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Es zeigte sich, dass fur die Erzielung eines gleichen Ertrages nur 50% des Mineraldungers benotigt wurden, der bei den Kontrollen erforderlich war
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Die konkrete Bedarfsermittlung fur die limitierende Dungerkomponente wird wie ublich ermittelt Nach den bisher vorliegenden Beobachtungen an verschiedenen Kulturen kann der ermittelte Bedarf etwa halbiert werden, da die Dungerkomponenten nur geringfugig ausgewaschen sondern im Wurzelbereich fixiert werden
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Beispiel 5
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Herstellung einer Formulierung des erfinderischen Produkts
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Der mit anorganischen Thiocyanaten dotierte Mineralverbund aus Biomineralen mit einem hohen Anteil von amorphen Siliciumdioxid und Illite-Smectite Wechsellagermineral wurde wie im Beispiel 1 dargestellt hergestellt
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Der bergmannisch abgebaute Naturzeolith wurde getrocknet und auf eine Korngroße von 1–3 mm gemahlen
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Ein Ammoniumnitratdunger (Ege Fertilizer Industries, Inc) wurde auf eine Korngroße von 1–3 vermahlen
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Der Mineralverbund wurde mit den Naturzeolithen und in einem zweiten Schritt mit dem Ammoniumnitratdunger vermischt.
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Beipiel 6
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Mogliche Zusammensetzungen des Bodenverbesserungsmittels
| | mit anorganischen Thiocyanaten dotierten Mineralverbund aus Biomineralen mit einem hohen Anteil von amorphen Siliciumdioxid und Illite-Smectite Wechsellagermineral | Mineraldunger | Naturzeolithe |
| Möglicher relativer Anteil (%) | 1–10% | 5–50% | 50–90% |
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Beispiel 7
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Laborversuch
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Methodik
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Versuchsschalen (30 × 30 cm) wurden wie folgt beschickt
- a) 3 Schalen mit sehr sandiger Gartenerde mit einem Quarzanteil von < 80% (Kontrolle)
- b) 3 Schalen mit sandiger Gartenerde und Ammoniumnitratdunger ((Ege Fertilizer Industries, Inc) nach Vorschrift des Herstellers
- c) 3 Schalen mit einem Gemisch aus 90% sehr sandiger Gartenerde und 5% des nach Beipiel 6 hergestellten Bodenverbesserungsmittels
- d) 3 Schalen mit einem Gemisch aus 90% sehr sandiger Gartenerde und 10% des nach Beipiel 6 hergestellten Bodenverbesserungsmittels
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Nach Einsaat des Rasens wurden die Schalen regelmaßig am morgen begossen
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Ergebnisse
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Sehr sparliches Wachstum bei a) das durch die Dungergabe kaum verbessert wurde Uppiges Wachstum bei c und d), dass durch das die Verdopplung der Aufwandmenge nochmals gesteigert wurde
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Beispiel 8
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Freilandversuche in ariden Gebieten auf bereits vorhandenen Rasenkulturen Das erfinderische Produkt wurde mit einer Aufwandmenge von 200 g/m2 auf eine bereits vorhandene Rasenflache gleichmaßig verteilt Die Rasenflache wurde regelmaßig gewassert Uber 6 Monate wurde die Menge des Gießwassers bei der Versuchs- und einer entsprechenden Kontrollflache bestimmt Wahrend der 6 Monate wurden ca 40–50% weniger Wasser benotigt
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Beispiel 7
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Neuanlage von Rasenflächen in ariden Gebieten
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Methodik
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Auf sehr sandigen Boden wurde das erfinderische Produkt in einer Endkonzentration von 10% unmittelbar vor der Einsaat in eine Oberflachenschicht von 10 bis 15 cm eingearbeitet Nach der Einsaat wird grundlich gewassert Bei einer entsprechenden Kontrollflache wird der Boden nur gelockert Uber 6 Monate wurde die Menge des Gießwassers bei der Versuchs- und einer entsprechenden Kontrollflache bestimmt
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Ergebnis
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Trotz hohen Gießaufwandes wurde der Rasen der Kontrollflache infolge der intensiven Sonnenstrahlung braun
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Bei der Versuchsflache blieb der Rasen trotz eines verminderten Gießaufwandes wahrend der Beobachtungszeit von 6 Monaten grun
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2006/0625331 [0006, 0034]
- EP 2008/055013 [0007, 0016, 0016, 0043]
- DD 264568 A3 [0008]
- DD 258561 A1 [0008]
- DD 264137 A1 [0008]
- DE 19918692 A1 [0018, 0020, 0022]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Masson et al Acrylich fiber technology and applications Marcel Dekker Inc., New York, 1995 [0007]
- Increasing the yield and improving the quality of spelt alter fertilization with thiocyanate. J Plant Nutr. Soll Sci 164 (2001), 105–106 [0008]
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