23 ноя 2023
Про цеолиты, ионитные субстраты, различия между ними.
Волшебники от науки: про цеолиты, ионитные субстраты, различия между ними и о том, как непросто быть первыми в современном мире, даже если за спиной полет в космос и десятки лет научных исследований.На прошлой неделе в аккаунте авторитетного садовода-любителя, журналиста и ex-депутата Государственной думы РФ Андрея Владимировича Туманова вышел материал, посвященный цеолитам. От лица всей команды ЦИОН мы хотим от души поблагодарить Андрея Владимировича за то, что он обратил внимание на эту область знаний и предоставил нам возможность еще раз пояснить широкой аудитории на примере данной публикации разницу между цеолитами и ионитными субстратами.
Прежде всего следует отметить, что технология ионитопоники, на которой базируется принцип работы ионитных субстратов, была разработана 60 лет назад в рамках государственной программы СССР по освоению ближнего и дальнего космоса. Классическая технология ионитопоники подразумевает выращивание растений с использованием ионитов (материалов обладающих ионообменными свойствами) в принципе без почвы как таковой. Иониты, содержащие на своих функциональных группах элементы питания растений, называются ионитными субстратами. Все необходимые питательные элементы присутствуют в ионитных субстратах в ионной обратимо связанной с носителем форме. В качестве носителя (матрицы, подложки) могут быть использованы различные ионообменные материалы: ионообменные волокна, ионообменные смолы, а также природные минералы, обладающие ионообменными свойствами.
Возвращаясь к публикации Андрея Владимировича Туманова стоит отметить, что упомянутые в статье минералы группы цеолитов как раз являются одним из ярких примеров природного минерала, обладающего ионообменными свойствами. Эти свойства подробно и абсолютно корректно описаны в публикации в терминах ППК. Но в этом как раз и заключается возможность использования определенных минералов из данной группы в качестве, СЫРЬЯ (!) для производства ионитных субстратов. Далее на основе тезисов, указанных в публикации, мы постараемся подробно пояснить основную разницу между понятиями «цеолит» и «ионитный субстрат», тем более что при внешнем сходстве материалов этот вопрос регулярно по спирали возникает в информационном поле.
Туманов А.В.: Ученые против волшебников? Кто поможет садоводам вырастить урожай и сэкономить деньги.
ЦИОН РУС: Мы оценили тонкий юмор в названии и постарались в названии данной публикации ответить также с юмором, чтобы читателю было увлекательно знакомиться с дальнейшим материалом.) В качестве рекомендации от «волшебников» для тех, кто действительно хочет погрузиться в теоретические основы технологии ионитопоники мы хотели бы посоветовать ознакомиться с базовой монографией автора технологии и активного участника нашей команды доктора химических наук, академика Национальной Академии Наук Республики Беларусь Владимира Сергеевича Солдатова «Ионитные почвы» (Минск, 1978). Кстати, именно за создание искусственной ионообменной почвы как универсальной среды для корневого питания растений Владимир Сергеевич и его команда в 1980 г были удостоены Государственной премии БССР. Если читателю интересно у нас на канале в YouTube опубликован документальный фильм, снятый в 1983 году про историю создания ионитных почв, а также документальный фильм от 2016 года о создании ионитных субстратов нового поколения на основе природных минералов.
Туманов А.В.: Очень интересно, что в интернете вы найдете массу восторженных отзывов от всевозможных блогеров, которые научились снимать красочные высокопрофессиональные ролики, но явно ни разу в жизни не держали в руках лопаты.
ЦИОН РУС: Мы не можем здесь не выступить в защиту упомянутых экспертов. Социальные сети, безусловно, не Академия наук, но среди блогеров, которые на своих страницах делятся своим опытом применения ионитных субстратов, полученными результатами и новыми возможностями, которые открывает данный подход к растениеводству есть как простые садоводы-любители с многолетним опытом растениеводства, так и профессионалы с учеными степенями в области химии и биологии. К слову, только в нашей команде над производственными процессами и новыми продуктами сегодня работают 3 доктора и 7 кандидатов наук в области химии, техники и биологии.
Туманов А.В.: Чтобы обсуждать пользу или вред цеолита нужно вспомнить про почвенный поглотительный комплекс - ППК. Если в двух словах - это комплекс компонентов почвы, обладающих поглотительной способностью. Песчаные почвы обладают низкой поглотительной способностью - все знают, что на песках плохо удерживается вода, и нет смысла вносить заранее некоторые удобрения - все вымывается в нижние горизонты почвы и не успевает усваиваться растениями.
Торфяные почвы наоборот, обладают очень высокой поглощающей способностью. Это тоже не всегда хорошо - на таких почвах не работают почвенные гербициды - они попросту связываются ППК, и не действуют на сорняки.
Основу минеральной части ППК составляют оксиды алюминия и кремния - алюминосиликаты. Анионы (отрицательно заряженные частицы) этих соединений притягивают положительно заряженные частицы - катионы - К, Са, Mg, NH4, не позволяя этим элементам вымываться из почвы. Благодаря этому, продлевается действие удобрений.
Что касается цеолита - это алюминосиликаты (смотрим выше - про ППК) натрия и кальция, обладающие очень высокой пористостью, и, как следствие, поглощающей способностью.
ЦИОН РУС: До этого момента все абсолютно верно и корректно. Единственное, что следует добавить - помимо пористой структуры цеолиты обладают теми самыми ионобменными свойствами, о которых шла речь выше, а продление действия классических минеральных удобрений при использовании обычных цеолитов возможно только при условии поглощения ими ионов микро- и макроэлементов и обратимом закреплении их в структуре материала. Если глубоко не вдаваться в теорию ионного обмена, то достаточно отметить, что в случае исходных цеолитов такая возможность сильно зависит от условий окружающей среды, соотношения натрия к кальцию в составе материала, а самое главное при нормальных условиях как правило реализуется не более чем на 10% от теоретически возможных значений.
Туманов А.В.: Давайте порассуждаем об отдельных свойствах цеолита как удобрения. В его состав входят четыре основные элемента - алюминий, кремний, натрий и кальций.
Алюминий нужен растению в микроскопических количествах, избыток алюминия подкисляет почву и вреден для растений.
ЦИОН РУС: Совершенно верно, но в цеолитах, как и в других алюмосиликатах алюминий является частью жесткой кристаллической решетки самого минерала и не доступен растению. Также как и кремний, о котором речь пойдет ниже.
Туманов А.В.: Кремний – в почве всегда есть в избытке – обычный песок, это оксид кремния. Вопрос в том, что он не растворяется в воде, а значит не доступен растениям. Кремний входит в состав клеточной стенки – специально его редко вносят, но сейчас пропагандируют применение водорастворимых соединений кремния, хотя здесь тоже есть повод для дискуссий.
ЦИОН РУС: Кремний действительно не может поступать в грунт из цеолита по той же причине, что и алюминий: он является элементом кристаллической решетки водонерастворимого минерала.
Туманов А.В.: Натрий – очень неприятный элемент. Именно благодаря ему на солонцовых почвах ничего не растет. В больших концентрациях, и особенно в составе карбонатов натрий очень ядовит для растений.
ЦИОН РУС: В ионитных субстратах, в отличие от исходного сырья натрий не содержится, поскольку в процессе производства заменяется на более важные для растения катионы. Натрий действительно не является необходимым элементом питания для подавляющего большинства растений, но, справедливости ради, следует отметить, что для некоторых культур он очень даже важен. К примеру, кормовая и сахарная свекла. На солонцовых почвах рост растений подавляет в основном высокая концентрация хлорид-ионов, которые действительно являются токсичными для подавляющего большинства растений.
Туманов А.В.: Кальций – самый полезный элемент в составе цеолитов. Его потребность достаточно высока, он также влияет на прочность клеточной стенки. Обычно недостаток кальция восполняют известкованием. Если в севообороте есть многолетние травы, то хорошо проявляется их роль как переносчика кальция из нижних слоев почвы. Они просто “высасывают” его корнями в верхние, в которых он остается после отмирания растений.
ЦИОН РУС: Информация о роли кальция в метаболизме растений абсолютно верная.
Туманов А.В.: Вывод - роль цеолита как удобрения очень и очень спорная.
ЦИОН РУС: По этой причине исходные цеолиты никогда не применяются в профессиональном или любительском растениеводстве в роли удобрения. В лучшем случае они находят свое применение в качестве мелиоранта. В отличие от ионитных субстратов они, как минимум, не содержат ключевых для роста растений макроэлементов таких как азот (не содержат совсем), фосфор (могут содержать, но в основном в недоступной для растений форме), калий (цеолиты некоторых месторождений и кристаллических форм могут содержать ионы калия, но редко более 5-10% от общей ионообменной емкости материала)
Туманов А.В.: Цеолит как сорбент. Исходя из его свойств - сорбент он очень хороший. Вопрос, что он в себя адсорбирует, и что при этом выделяет. В качестве обменных ионов в цеолите выступают кальций и натрий - положительно заряженные ионы, значит они будут меняться именно на положительно заряженные ионы - К, Ca и т. д. Ионы оксида фосфора и нитраты он не будет поглощать - они заряжены отрицательно. По поводу радионуклидов - если он их и поглотит, то потом и отдаст обратно! По поводу обмена - если цеолит будет отдавать кальций, это хорошо, а если натрий?
Пожалуй, можно использовать цеолит как элемент улучшения ППК, причем цеолит, в составе которого есть именно кальций.
ЦИОН РУС: Если не вдаваться в терминологическую дискуссию о разнице понятий адсорбции и ионного обмена и, соответственно, между сорбентами и ионитами, то принцип описан верно. И именно по этой причине в процессе производства ионитных субстратов указанные выше ионы натрия на функциональных группах цеолитов заменяются на ионы макроэлементов, необходимых растению (азота, калия) и ряда других катионных микроэлементов. Также существует технология, которая позволяет удерживать на данной матрице макроэлементы в отрицательно заряженной ионной форме (фосфор, к примеру), но она является частью ноу-хау и не подлежит раскрытию в рамках данной статьи.
Туманов А.В.: По поводу практики применения - сегодня специально разговаривал с агрономом из Владимирской области - они применяли цеолит в дозе 400 кг/га на картофеле в этом году. Прибавка урожая, которую определяли комиссионно - 0,0 ц/га!
ЦИОН РУС: Что абсолютно закономерно, поскольку исходный цеолит не является источником необходимого количества элементов питания для растений и может лишь улучшить влагоудерживающую способность грунта, его воздухопроницаемость и незначительно повлиять на ППК, что никак не может оказать существенного влияния на урожайность картофеля.
Туманов А.В.: Сколько зря потрачено денег, горючки и времени. Из положительного: получено очередное доказательство того, что как агрономам, так и любителям следует жить и хозяйствовать по науке, а не верить в рекламные сказки!
ЦИОН РУС: Безусловно, но все же более корректный вывод из полученного результата, на наш взгляд, звучит несколько по-другому: перед тем, как применять что-либо и строить ожидания относительно результата необходимо аккуратно подойти к процессу и внимательно изучить с каким именно материалом имеешь дело и что следует ожидать от его применения. Результат от употребления внутрь чистой воды и, к примеру, серной кислоты или раствора фенолфталеина, будет сильно отличаться, хотя внешне эти жидкости выглядят одинаково.)
Туманов А.В.: Ученые против волшебников? Кто поможет садоводам вырастить урожай и сэкономить деньги.
ЦИОН РУС: Мы оценили тонкий юмор в названии и постарались в названии данной публикации ответить также с юмором, чтобы читателю было увлекательно знакомиться с дальнейшим материалом.) В качестве рекомендации от «волшебников» для тех, кто действительно хочет погрузиться в теоретические основы технологии ионитопоники мы хотели бы посоветовать ознакомиться с базовой монографией автора технологии и активного участника нашей команды доктора химических наук, академика Национальной Академии Наук Республики Беларусь Владимира Сергеевича Солдатова «Ионитные почвы» (Минск, 1978). Кстати, именно за создание искусственной ионообменной почвы как универсальной среды для корневого питания растений Владимир Сергеевич и его команда в 1980 г были удостоены Государственной премии БССР. Если читателю интересно у нас на канале в YouTube опубликован документальный фильм, снятый в 1983 году про историю создания ионитных почв, а также документальный фильм от 2016 года о создании ионитных субстратов нового поколения на основе природных минералов.
Туманов А.В.: Очень интересно, что в интернете вы найдете массу восторженных отзывов от всевозможных блогеров, которые научились снимать красочные высокопрофессиональные ролики, но явно ни разу в жизни не держали в руках лопаты.
ЦИОН РУС: Мы не можем здесь не выступить в защиту упомянутых экспертов. Социальные сети, безусловно, не Академия наук, но среди блогеров, которые на своих страницах делятся своим опытом применения ионитных субстратов, полученными результатами и новыми возможностями, которые открывает данный подход к растениеводству есть как простые садоводы-любители с многолетним опытом растениеводства, так и профессионалы с учеными степенями в области химии и биологии. К слову, только в нашей команде над производственными процессами и новыми продуктами сегодня работают 3 доктора и 7 кандидатов наук в области химии, техники и биологии.
Туманов А.В.: Чтобы обсуждать пользу или вред цеолита нужно вспомнить про почвенный поглотительный комплекс - ППК. Если в двух словах - это комплекс компонентов почвы, обладающих поглотительной способностью. Песчаные почвы обладают низкой поглотительной способностью - все знают, что на песках плохо удерживается вода, и нет смысла вносить заранее некоторые удобрения - все вымывается в нижние горизонты почвы и не успевает усваиваться растениями.
Торфяные почвы наоборот, обладают очень высокой поглощающей способностью. Это тоже не всегда хорошо - на таких почвах не работают почвенные гербициды - они попросту связываются ППК, и не действуют на сорняки.
Основу минеральной части ППК составляют оксиды алюминия и кремния - алюминосиликаты. Анионы (отрицательно заряженные частицы) этих соединений притягивают положительно заряженные частицы - катионы - К, Са, Mg, NH4, не позволяя этим элементам вымываться из почвы. Благодаря этому, продлевается действие удобрений.
Что касается цеолита - это алюминосиликаты (смотрим выше - про ППК) натрия и кальция, обладающие очень высокой пористостью, и, как следствие, поглощающей способностью.
ЦИОН РУС: До этого момента все абсолютно верно и корректно. Единственное, что следует добавить - помимо пористой структуры цеолиты обладают теми самыми ионобменными свойствами, о которых шла речь выше, а продление действия классических минеральных удобрений при использовании обычных цеолитов возможно только при условии поглощения ими ионов микро- и макроэлементов и обратимом закреплении их в структуре материала. Если глубоко не вдаваться в теорию ионного обмена, то достаточно отметить, что в случае исходных цеолитов такая возможность сильно зависит от условий окружающей среды, соотношения натрия к кальцию в составе материала, а самое главное при нормальных условиях как правило реализуется не более чем на 10% от теоретически возможных значений.
Туманов А.В.: Давайте порассуждаем об отдельных свойствах цеолита как удобрения. В его состав входят четыре основные элемента - алюминий, кремний, натрий и кальций.
Алюминий нужен растению в микроскопических количествах, избыток алюминия подкисляет почву и вреден для растений.
ЦИОН РУС: Совершенно верно, но в цеолитах, как и в других алюмосиликатах алюминий является частью жесткой кристаллической решетки самого минерала и не доступен растению. Также как и кремний, о котором речь пойдет ниже.
Туманов А.В.: Кремний – в почве всегда есть в избытке – обычный песок, это оксид кремния. Вопрос в том, что он не растворяется в воде, а значит не доступен растениям. Кремний входит в состав клеточной стенки – специально его редко вносят, но сейчас пропагандируют применение водорастворимых соединений кремния, хотя здесь тоже есть повод для дискуссий.
ЦИОН РУС: Кремний действительно не может поступать в грунт из цеолита по той же причине, что и алюминий: он является элементом кристаллической решетки водонерастворимого минерала.
Туманов А.В.: Натрий – очень неприятный элемент. Именно благодаря ему на солонцовых почвах ничего не растет. В больших концентрациях, и особенно в составе карбонатов натрий очень ядовит для растений.
ЦИОН РУС: В ионитных субстратах, в отличие от исходного сырья натрий не содержится, поскольку в процессе производства заменяется на более важные для растения катионы. Натрий действительно не является необходимым элементом питания для подавляющего большинства растений, но, справедливости ради, следует отметить, что для некоторых культур он очень даже важен. К примеру, кормовая и сахарная свекла. На солонцовых почвах рост растений подавляет в основном высокая концентрация хлорид-ионов, которые действительно являются токсичными для подавляющего большинства растений.
Туманов А.В.: Кальций – самый полезный элемент в составе цеолитов. Его потребность достаточно высока, он также влияет на прочность клеточной стенки. Обычно недостаток кальция восполняют известкованием. Если в севообороте есть многолетние травы, то хорошо проявляется их роль как переносчика кальция из нижних слоев почвы. Они просто “высасывают” его корнями в верхние, в которых он остается после отмирания растений.
ЦИОН РУС: Информация о роли кальция в метаболизме растений абсолютно верная.
Туманов А.В.: Вывод - роль цеолита как удобрения очень и очень спорная.
ЦИОН РУС: По этой причине исходные цеолиты никогда не применяются в профессиональном или любительском растениеводстве в роли удобрения. В лучшем случае они находят свое применение в качестве мелиоранта. В отличие от ионитных субстратов они, как минимум, не содержат ключевых для роста растений макроэлементов таких как азот (не содержат совсем), фосфор (могут содержать, но в основном в недоступной для растений форме), калий (цеолиты некоторых месторождений и кристаллических форм могут содержать ионы калия, но редко более 5-10% от общей ионообменной емкости материала)
Туманов А.В.: Цеолит как сорбент. Исходя из его свойств - сорбент он очень хороший. Вопрос, что он в себя адсорбирует, и что при этом выделяет. В качестве обменных ионов в цеолите выступают кальций и натрий - положительно заряженные ионы, значит они будут меняться именно на положительно заряженные ионы - К, Ca и т. д. Ионы оксида фосфора и нитраты он не будет поглощать - они заряжены отрицательно. По поводу радионуклидов - если он их и поглотит, то потом и отдаст обратно! По поводу обмена - если цеолит будет отдавать кальций, это хорошо, а если натрий?
Пожалуй, можно использовать цеолит как элемент улучшения ППК, причем цеолит, в составе которого есть именно кальций.
ЦИОН РУС: Если не вдаваться в терминологическую дискуссию о разнице понятий адсорбции и ионного обмена и, соответственно, между сорбентами и ионитами, то принцип описан верно. И именно по этой причине в процессе производства ионитных субстратов указанные выше ионы натрия на функциональных группах цеолитов заменяются на ионы макроэлементов, необходимых растению (азота, калия) и ряда других катионных микроэлементов. Также существует технология, которая позволяет удерживать на данной матрице макроэлементы в отрицательно заряженной ионной форме (фосфор, к примеру), но она является частью ноу-хау и не подлежит раскрытию в рамках данной статьи.
Туманов А.В.: По поводу практики применения - сегодня специально разговаривал с агрономом из Владимирской области - они применяли цеолит в дозе 400 кг/га на картофеле в этом году. Прибавка урожая, которую определяли комиссионно - 0,0 ц/га!
ЦИОН РУС: Что абсолютно закономерно, поскольку исходный цеолит не является источником необходимого количества элементов питания для растений и может лишь улучшить влагоудерживающую способность грунта, его воздухопроницаемость и незначительно повлиять на ППК, что никак не может оказать существенного влияния на урожайность картофеля.
Туманов А.В.: Сколько зря потрачено денег, горючки и времени. Из положительного: получено очередное доказательство того, что как агрономам, так и любителям следует жить и хозяйствовать по науке, а не верить в рекламные сказки!
ЦИОН РУС: Безусловно, но все же более корректный вывод из полученного результата, на наш взгляд, звучит несколько по-другому: перед тем, как применять что-либо и строить ожидания относительно результата необходимо аккуратно подойти к процессу и внимательно изучить с каким именно материалом имеешь дело и что следует ожидать от его применения. Результат от употребления внутрь чистой воды и, к примеру, серной кислоты или раствора фенолфталеина, будет сильно отличаться, хотя внешне эти жидкости выглядят одинаково.)
Подводя итог сказанному выше, мы хотели еще раз отметить и обратить внимание читателей на основные различия между цеолитами и ионитными субстратами:
- цеолиты не являются удобрением, поскольку не содержат в своем составе требуемого количества и набора элементов питания, необходимого для роста и развития растений;
- цеолиты определенного вида используются при производстве ионитных субстратов в качестве сырья, поскольку обладают необходимыми и достаточными для этого свойствами;
- ионитные субстраты в отличие от цеолитов содержат полный набор элементов питания растений (азот, калий, фосфор, сера, магний, кальций и др.) и являются полноценной питательной средой для их роста и развития.
Более подробную информацию об ионитных субстратах, истории их создания и принципе действия можно найти на нашем сайте, аккаунтах в социальных сетях и канале в YouTube.
C уважением и благодарностью за терпение в прочтении это длинного и местами технически сложного текста, Команда ЦИОН
Комментарии
Для того чтобы оставить комментарий, войдите или зарегистрируйтесь
Конечно, растений слишком мало для серьёзного вывода. Но эффект был виден.