СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ
METHOD OF GROWING PLANTS

Настоящее изобретение относится к связному субстратному ростовому продукту, способу размножения семян или саженцев, способу выращивания растений и способу получения субстратного ростового продукта.
Хорошо известно коммерческое выращивание растений вне помещения в почве, например в поле. Растениевод меньше регулирует прорастание семян и развитие растений, которые выращивают вне помещения, чем прорастание семян и развитие растений, которое происходит в теплице. Профессиональный растениевод или фермер осуществляет значительно меньшее регулирование орошения и света во внешней окружающей среде, и, вследствие этого, семена могут прорастать и размножаться с различными скоростями. Это затрудняет растениеводу одновременное доведение всего своего урожая до уборки, так как растения не растут единообразным образом.
3
Известно развитие семян или саженцев в одном месте и пересаживание саженцев куда-то еще в другое место для дальнейшего выращивания с целью получения урожая. В данной области техники хорошо известны субстратные ростовые продукты, образованные из искусственных стекловидных волокон. Известно развитие семян и саженцев и выращивание растений на MMVF ростовых субстратах. Например, WO 2012/001130A1 раскрывает MMVF ростовой субстрат с расположенными напротив верхней и нижней поверхностями и семенной лункой, продолжающейся от верхней поверхности в направлении нижней поверхности, при этом объем ростового субстрата составляет не более чем 150 см, и при этом семенное ложе имеет ширину, равную по меньшей мере 5 мм. Данный документ описывает использование MMVF ростовых субстратов для размножения семян. Отсутствует предложение использования подобных MMVF ростовых субстратов для пересаживания саженцев в землю.
Относительная капиллярность почвы и MMVF ростовых субстратов означает, что, когда MMVF ростовые субстраты находятся в контакте с почвой, например, когда MMVF ростовые субстраты, содержащие семена или саженцы, помещены в почву, вода стремиться стекать из MMVF ростового субстрата в почву. Это означает, что количество воды, доступной для семян или саженцев в ростовом субстрате, значительно уменьшается. Необходимо будет насыщать почву водой для того, чтобы обеспечить возможность MMVF субстрату впитывать воду из почвы. Когда развитие происходит во внешней окружающей среде, например в поле, вода легко стекает из почвы в горизонт грунтовых вод. Это означает, что будет необходим очень большой уровень орошения для того, чтобы насытить почву и предоставить MMVF ростовому субстрату возможность забирать воду из почвы. По причинам защиты окружающей среды нежелательна необходимость использования количества воды, которое будет необходимо для достижения данного уровня орошения. Кроме того, непрактично насыщать землю водой для того, чтобы достигать цели доступной воды для семян или саженцев в MMVF субстрате.
Альтернативой высоким уровням полива является то, что семена и саженцы не имеют достаточной воды, доступной из MMVF субстрата для оптимального роста. Саженец должен отрастить корни через MMVF субстрат в почву для достижения доступной воды. Это означает, что саженец имеет период нестандартного роста перед тем, как его корни достигают почвы. Это вызывает отклонения при выращивании саженцев в растения, что означает, что трудно достигать единообразного роста по всему полю. Вследствие этого, общепринятые MMVF ростовые субстраты являются неподходящим ростовым субстратом для пересаживания саженцев в землю.
Известно использование материалов для поддержания снабжения растений водой в почве. Например US2009/0145025 раскрывает использование субстрата, такого как песок, покрытого гидрофильным полимером, поблизости от корневой системы растения. Цель этого состоит в обеспечении ослабления стресса растений от обезвоживания между поливами по мере того, как растение растет. Требуется большое количество покрытого субстрата для снабжения растения достаточным количеством воды для уменьшения стресса от обезвоживания между поливами. В коммерческой практике нежелательно заменять данное количество почвы покрытым субстратом. Кроме того, необходимо много времени, чтобы применять подобный субстрат поблизости от корневой системы растений и трудно достигать единообразия применения субстрата. Это затрудняет растениеводу одновременное доведение всего своего урожая до уборки, так как растения растут не единообразным образом.
US4241537 описывает гелевое грунтовое ядро в виде монолитного, поперечно-сшитого, гидрофильного полиуретанового геля. Гель может быть армирован волокнами, например, древесными, углеродными, стеклянными, полиолефиновыми, полиэфирными, полиамидными, целлюлозными и поливинилспиртовыми волокнами, волокнами из минеральной ваты и металлическими волокнами. Трудно пересаживать саженцы в подобных гелевых ядрах по причине того, что ядра легко повреждаются вследствие своей низкой плотности. Это особенно затрудняет их пересаживание машиной, так как повреждение гелевых ядер приводит к поврежденным саженцам. Это означает, что трудно достигать равномерного размножения саженцев в данных гелевых ядрах. Кроме того, трудно достигать хорошего распределения питательных веществ в гелевых ядрах, так как отсутствует свободное протекание через гель. Это может заставлять корни двигаться в направлении зон с более высоким уровнем питательных веществ, результатом чего является недостаточно оптимальная корневая сеть.
US3973355 раскрывает пенопластовый блок, имеющий вставку из гидрофильной матрицы для выращивания растений. Ростовая матрица представляет собой смесь из высушенного, загущенного гранулированного материала для выращивания растений, которая может содержать волокнистый материал, такой как асбест, волокно стекловаты, древесное волокно или мох сфагнум. Семена могут прорастать, и корни саженца могут расти через пенопластовый блок. Не раскрыто использование данных блоков в земле. Недостаток использования подобного пенопластового блока и пересаживания саженца в пенопластовом блоке в землю состоит в том, что если уровень воды в земле высокий, пенопластовый блок будет подниматься из земли, так как он может плавать в воде. Это означает, что саженцы не будут оставаться там, где они посажены. Кроме того, пенопластовые блоки не обладают на 100% открытой пористой структурой и, вследствие этого, количество воды, которое они могут поглощать, ограничено.
Существует потребность в способе регулирования развития семян и саженцев таким образом, чтобы вся сельскохозяйственная культура была готова к уборке в одно и то же время. Дополнительно существует потребность в ростовом субстрате, который подходит для развития семян или саженцев, который удерживает воду при помещении в контакт с землей. Кроме того, существует потребность в ростовом субстрате, который сохраняет воду, доступной для саженца, когда ростовой субстрат помещают в контакт с землей. Кроме того, существует потребность в ростовом субстрате, который обладает упругостью и механической прочностью, предоставляющей возможность пересадки саженца без повреждения. Дополнительно существует потребность в ростовом субстрате, который не будет плавать, если уровень воды в земле является высоким. Также необходимо предоставить такой продукт, который является экологически приемлемым и экономичным в терминах его получения. Представленное изобретение решает детально изложенные выше проблемы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В первом аспекте изобретения предоставлен связный субстратный ростовой продукт для культивирования, образованный из искусственных стекловидных волокон (MMVF), при этом продукт имеет две расположенные напротив верхнюю и нижнюю поверхности и по меньшей мере одну полость, которая открыта на верхней поверхности и которая продолжается от верхней поверхности в направлении нижней поверхности, при этом в полости предоставлен сверхпоглощающий полимер.
Во втором аспекте изобретения предоставлен способ культивирования растений, включающий:
развитие семени посредством предоставления продукта по определению первого аспекта изобретения, размещения семени в полости, полива субстратного ростового продукта и обеспечения возможности прорастания и роста семени с образованием саженца;
пересаживание саженца посредством размещения субстратного ростового продукта в земле; и
полив субстратного ростового продукта и обеспечение возможности роста саженца и обеспечение возможности укоренения саженца в земле.
В третьем аспекте изобретения предоставлен способ культивирования растений, включающий:
предоставление продукта по определению первого аспекта изобретения, размещение саженца в полости, полив субстратного ростового продукта и обеспечение возможности роста саженца;
пересаживание саженца посредством размещения субстратного ростового продукта в земле; и
полив субстратного ростового продукта и обеспечение возможности роста саженца и обеспечение возможности укоренения саженца в земле.
В четвертом аспекте изобретения предоставлен способ получения субстратного ростового продукта по определению первого аспекта изобретения, при этом способ включает предоставление связной массы MMVF, имеющей расположенные напротив верхнюю и нижнюю поверхности, и образование в массе MMVF полости, продолжающейся от верхней поверхности в направлении нижней поверхности, и предоставление сверхпоглощающего полимера в полости.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
СУБСТРАТНЫЙ РОСТОВОЙ ПРОДУКТ
Представленное изобретение относится к связному субстратному ростовому продукту для культивирования, образованному из искусственных стекловидных волокон (MMVF), при этом продукт имеет две расположенные напротив верхнюю и нижнюю поверхности и по меньшей мере одну полость, которая открыта на верхней поверхности и которая продолжается от верхней поверхности в направлении нижней поверхности, при этом в полости предоставлен сверхпоглощающий полимер.
Субстратный ростовой продукт изобретения образован из MMVF. MMVF могут быть общепринятого типа, применяемого для формирования известных MMVF ростовых субстратов. Это может быть стекловата или шлаковата, но обычно это каменная вата. Каменная вата обычно имеет содержание оксида железа по меньшей мере 3% и содержание щелочноземельных металлов (оксида кальция и оксида магния) от 10 до 40%, наряду с другими обычными оксидами, составляющими минеральной ваты. Ими являются кремний; алюминий; щелочные металлы (оксид натрия и оксид калия), которые обычно присутствуют в небольших количествах; а также могут содержаться титан и другие незначительные оксиды. В целом, это могут быть любые типы искусственного стекловолокна, которые традиционно известны для изготовления ростовых субстратов.
Как общепринято, диаметр волокон часто находится в диапазоне 3-20 микрон, в частности 5-10 микрон.
Ростовой субстрат находится в виде связной массы. То есть ростовой субстрат в общем представляет собой связную матрицу искусственных стекловидных волокон, которая была получена как таковая, но также может быть образована посредством гранулирования большого куска минеральной ваты и консолидирования гранулированного материала.
MMVF ростовой субстрат обычно содержит связующее вещество, часто органическое связующее вещество, которое обычно является термоотверждаемым. Ростовым субстратом предпочтительно является связная матрица MMVF, связанная посредством отвержденного связующего вещества. Связующим веществом может быть органическое гидрофобное связующее вещество, а в частности это может быть общепринятое термоотверждаемое (термоактивное), гидрофобное связующее вещество, относящееся к типу, который используется в течение многих лет в MMVF ростовых субстратах (и других основанных на MMVF продуктах). Его преимуществом является удобство и экономичность. Таким образом, связующим веществом предпочтительно является фенолформальдегидная смола или мочевиноформальдегидная смола, в частности фенолмочевиноформальдегидная (PUF) смола.
Само связующее вещество может быть гидрофильным. Гидрофильное связующее вещество не требует использования смачивающего агента. Тем не менее, смачивающий агент может быть использован для увеличения гидрофильности гидрофильного связующего вещества аналогичным образом с его действием в комбинации с гидрофобным связующим веществом. Это означает, что MMVF субстрат будет поглощать более высокий объем воды, чем если бы смачивающий агент не присутствовал. Может быть использовано любое гидрофильное связующее вещество, например связующее вещество, раскрытое в WO2012/028650.
В случае когда само связующее вещество является гидрофильным, смачивающий агент обычно не используют. Когда связующее вещество является гидрофобным, для того, чтобы обеспечить, чтобы субстрат был гидрофильным, в MMVF субстрате дополнительно содержится смачивающий агент. Смачивающий агент будет увеличивать количество воды, которое может поглощать MMVF субстрат. Использование смачивающего агента в комбинации с гидрофобным связующим веществом приводит к гидрофильному MMVF субстрату. Смачивающим агентом может быть любой из смачивающих агентов, известных для использования в MMVF субстратах, которые используют в качестве ростовых субстратов. Например, это может быть неионный смачивающий агент, такой как Triton X-100 или Rewopal. Некоторые неионные смачивающие агенты с течением времени могут вымываться из MMVF субстрата. Вследствие этого, предпочтительно использовать ионный смачивающий агент, в частности анионный смачивающий агент, например линейный алкилбензенсульфонат. Он не вымывается из MMVF субстрата в такой же степени.
Уровни смачивающего агента предпочтительно находятся в диапазоне 0-5 мас. %, в расчете на массу MMVF субстрата, в частности в диапазоне 0,01-2 мас.%, в частности в диапазоне 0,05-0,5 мас. %.
MMVF ростовой субстрат может содержать другие типы общепринятых добавок в дополнение к связующему веществу и смачивающим агентам, например соли, такие как сульфат аммония, и усилители адгезии, такие как силаны.
Связующее вещество обычно присутствует в MMVF ростовом субстрате в количествах от 0,1-10 мас. % в расчете на субстрат, обычно 0,5-6 мас. %, наиболее предпочтительно 1,5-5 мас. %.
3
3
3
Средняя общая плотность MMVF предпочтительно составляет 50-140 кг/м, например 65-120 кг/м, более предпочтительно 80-100 кг/м. Плотностью является средняя общая плотность MMVF как таковая, то есть плотность MMVF за исключением полости. Полость не берут в расчет при расчете плотности MMVF субстрата.
В предпочтительных вариантах осуществления имеется область, окружающая полость, которая имеет более высокую плотность, чем остальная часть субстратного ростового продукта. Данная область предпочтительно расположена по меньшей мере на 0,5 мм, предпочтительно по меньшей мере на 1 мм, от поверхности в полости, но обычно не более чем на 2 мм. Плотность данной уплотненной области предпочтительно составляет по меньшей мере 5%, более предпочтительно по меньшей мере 10%, больше чем средняя плотность продукта в целом. Наиболее предпочтительно она находится в диапазоне на 10-15% больше, чем средняя плотность продукта в целом. Преимущество области, окружающей полость, имеющей более высокую плотность, чем остальная часть субстратного ростового продукта, состоит в том, что содержание воды в области повышенной плотности будет выше, чем в остальной части MMVF субстрата. Это сохраняет воду в пределах части MMVF субстрата, сконцентрированного около полости.
MMVF могут быть изготовлены по любому из способов, известных квалифицированным специалистам в области техники для изготовления MMVF субстратных продуктов для выращивания. В общем, предоставляется минеральная загрузка, которую расплавляют в печи с образованием минерального расплава. Затем расплав формируют в волокна посредством центробежного волокнообразования, напр., с использованием вращающегося стакана или каскадного прядильного механизма с образованием облака волокон. Затем данные волокна собирают и консолидируют. На стадии волокнообразования обычно добавляют связующее вещество и необязательно смачивающий агент посредством распыления в облако образующихся волокон. Данные способы хорошо известны в данной области техники.
3
3
3
Субстратный ростовой продукт предпочтительно имеет объем в диапазоне 3-1500 см, например 5-350 см, предпочтительно 8-350 см. Субстратный ростовой продукт может быть в виде продукта, традиционно известного как ядро, или в виде продукта традиционно известного как блок.
Субстратный ростовой продукт может иметь размеры, общепринятые для типа продукта, обычно известного как ядро. Таким образом, он может иметь высоту от 20 до 35 мм, часто 25-28 мм, и длину и ширину в диапазоне 15-25 мм, часто приблизительно 20 мм. В данном случае субстрат часто является по существу цилиндрическим, при этом торцевые поверхности цилиндра образуют верхние и нижние поверхности ростового субстрата.
3
3
3
3
3
3
Объем субстратного ростового продукта в виде ядра предпочтительно составляет не более чем 150 см. В целом объем субстратного ростового продукта в виде ядра находится в диапазоне 3-150 см и предпочтительно не более чем 100 см, более предпочтительно не более чем 80 см, в частности не более чем 75 см, наиболее предпочтительно не более чем 70 см.
Минимальное расстояние между верхней и нижней поверхностями ядра предпочтительно составляет менее чем 60 мм, более предпочтительно менее чем 50 мм, и в частности менее чем 40 мм или менее.
3
3
Еще один вариант осуществления ядра имеет высоту от 30 до 50 мм, часто приблизительно 40 мм, а длину и ширину в диапазоне 20-40 мм, часто приблизительно 30 мм. Ростовой субстрат в данном случае часто имеет кубическую форму. В данном первом случае объем ростового субстрата часто составляет не более чем 50 см, предпочтительно не более чем 40 см.
3
В качестве альтернативы ростовой субстрат может относиться к типу ядра, описанному в качестве первого связного MMVF ростового субстрата в публикации авторов изобретения WO2010/003677. В данном случае объем субстратного ростового продукта наиболее предпочтительно находится в диапазоне до 10-40 см.
3
Субстратный ростовой продукт может иметь размеры общепринятые для типа продукта, широко известного, как блок. Таким образом, он может иметь высоту от 5 до 20 см, часто 10-15 см, и длину и ширину в диапазоне 10-80 см, часто 30-50 см. В данном случае субстрат часто является по существу кубическим. Объем субстратного ростового продукта в виде блока предпочтительно находится в диапазоне 300-1500 см.
Высотой является вертикальная высота ростового субстрата при расположении, которое предполагается при использовании, и таким образом расстояние между верхней поверхностью и нижней поверхностью. Верхней поверхностью является поверхность, которая обращена вверх, когда продукт расположен, как предполагается при использовании, а нижней поверхностью является поверхность, которая обращена вниз (и на которую продукт опирается), когда продукт расположен, как предполагается при использовании.
В целом, ростовой субстрат может иметь любую подходящую форму, в том числе цилиндрическую, кубовидную и кубическую. Обычно верхние и нижние поверхности являются по существу плоскими.
ПОЛОСТЬ
Полостью предпочтительно является глухое отверстие. Полость предпочтительно продолжается на 20-80% по высоте ростового субстрата, предпочтительно 30-75%, наиболее предпочтительно 50-70%. То есть глубина полости предпочтительно находится в диапазоне 20-80%, предпочтительно 30-75%, наиболее предпочтительно 50-70% высоты ростового субстрата. Если полость продолжается менее чем на 20% протяжения через ростовой субстрат, может быть недостаточно пространства для наличия достаточного сверхпоглощающего полимера для предоставления воды для семян или саженцев. Если полость продолжается больше чем на 80% протяжения через продукт, существует риск, что сверхпоглощающий полимер не будет оставаться внутри продукта и/или что механическая прочность продукта будет недостаточной.
В альтернативном варианте осуществления, полость может продолжаться на все расстояние по высоте субстратного ростового продукта, и таким образом быть открыта на нижней поверхности, а также на верхней поверхности. Преимущество полости, которая продолжается на всем протяжении по высоте субстратного ростового продукта, состоит в том, что корни саженца могут выходить непосредственно из субстратного ростового продукта. Когда полость продолжается на всем протяжении по высоте субстратного ростового продукта, сверхпоглощающий полимер может удерживаться в полости за счет варьирования площади поперечного сечения полости таким образом, что она является достаточно узкой на дне субстратного ростового продукта, чтобы предотвратить выпадение сверхпоглощающего полимера из полости.
Объем полости составляет предпочтительно 3-60% объема субстратного ростового продукта, предпочтительно 10-50%, предпочтительно 15-40%. Если объем полости составляет менее чем 3% объема продукта, существует риск, что пространство для полости будет недостаточным для содержания достаточного сверхпоглощающего полимера для предоставления подходящего количества воды, доступной в продукте, когда продукт находится в контакте с почвой. Если объем полости составляет более чем 50% объема продукта, существует риск, что продукт не будет обладать достаточной механической прочностью для предоставления возможности манипулирования с ним с помощью машины. Объемом субстратного ростового продукта является объем MMVF, который составлял бы продукт, если бы полость отсутствовала, т.е. если бы полость вместо этого была заполнена MMVF.
Открытый конец полости на верхней поверхности субстратного ростового продукта может иметь любую форму, например круглую, эллиптическую, квадратную, прямоугольную или любую другую форму. Для легкости изготовления, форма полости не ее верхнем конце предпочтительно является круглой.
Предпочтительно площадь поперечного сечения открытого конца полости на верхней поверхности субстратного ростового продукта составляет 10-80% площади поперечного сечения всей верхней поверхности субстратного ростового продукта, предпочтительно 20-50%. Площадь поперечного сечения всей верхней поверхности субстратного ростового продукта включает площадь поперечного сечения полости на верхней поверхности субстратного ростового продукта.
Полость может иметь по существу непрерывную площадь поперечного сечения по всей своей глубине. «По существу непрерывная» означает, что площадь поперечного сечения изменяется не более чем на 10%, предпочтительно не более чем на 5%, более предпочтительно не более чем на 2%. Преимущество полости, имеющей по существу непрерывную площадь поперечного сечения, состоит в том, что пространство, доступное для сверхпоглощающего полимера является единообразным. Полости подобной конфигурации также могут быть более простыми в изготовлении.
Еще одной предпочтительной конфигурацией для полости является обратно коническая или с обратным усеченным конусом.
Полость может иметь более узкую площадь поперечного сечения в верхней части субстратного ростового продукта и более широкую площадь поперечного сечения, в среднем, по всей остальной полости. Данное расположение означает, что уменьшается количество сверхпоглощающего полимера, подвергаемого воздействию внешней окружающей среды. Это означает, что, при использовании, меньше воды из сверхпоглощающего полимера теряется посредством испарения. Более широкая площадь поперечного сечения, в среднем по всей остальной полости, означает, что имеется больше пространства для сверхпоглощающего полимера и таким образом имеется больше воды, доступной для семян или саженцев.
Предпочтительно единственный субстратный ростовой продукт снабжен одной полостью. Преимущество данной компоновки состоит в том, что она обеспечивает возможность пересаживания отдельного саженца в землю в субстратном ростовом продукте и расположения таким образом, чтобы имелось достаточно пространства между саженцами для развития саженцев в растения.
В качестве альтернативы каждый субстратный ростовой продукт может иметь более чем одну полость, например от 2 до 100 полостей, предпочтительно 5-50 полостей, предпочтительно 10-30 полостей. Единственный продукт данного сорта может быть использован для развития множества семян. Преимущество наличия более чем одной полости в продукте состоит в том, что несколько саженцев можно пересаживать в землю за счет помещения в землю единственного ростового субстрата. Это снижает количество ростовых субстратов, которые растениеводу необходимо пересаживать.
В качестве альтернативы может быть предоставлен продукт, который представляет собой массив соединенных субстратных продуктов для выращивания изобретения, соединенных, например, желобками таким образом, чтобы имелась возможность отламывания одного ила более субстратных продуктов для выращивания, каждый из которых содержит единственную полость, либо вручную, либо используя какую-нибудь разновидность лезвия или другое подходящее оборудование.
СВЕРХПОГЛОЩАЮЩИЙ ПОЛИМЕР
Сверхпоглощающие полимеры, или SAP, являются гидрофильными материалами, которые могут поглощать текучую среду и удерживать ее под давлением без растворения в поглощаемой текучей среде. Используемые материалы хорошо известны. Обычно их все синтезируют одним или двумя способами. В первом водорастворимый полимер поперечно сшивают таким образом, чтобы он мог набухать между поперечными звеньями, но не растворяться. Во втором водорастворимый мономер совместно полимеризуют с водонерастворимым мономером в блоки. Самыми ранними сверхпоглощающими материалами были омыленные крахмаловые привитые полиакрилонитриловые сополимеры. Синтетические сверхпоглотители включают полиакриловую кислоту, полималеиновые ангидридвиниловые мономерные суперабсорбенты, графты крахмала и полиакриловой кислоты, полимеры на основе полиакрилонитрила, поперечно-сшитый полиакриламид, поперечно-сшитый сульфированный полистирол, поперечно-сшитый сополимер n-винилпирролидона или винилпирролидона и акриламида, и поливинилспиртовые суперабсорбенты. Данные полимеры в водной текучей среде поглощают в несколько раз больше своей собственной массы. Дополнительные сверхпоглощающие полимеры включают пропионатакриламид натрия, поли(винилпиридин), поли(этиленимин), полифосфаты, поли(этиленоксид), сополимер винилового спирта с акриламидом и сополимер винилового спирта с акрилатом акриловой кислоты.
Способность сверхпоглощающего полимера поглощать воду зависит от ионной концентрации воды. Сверхпоглощающий полимер будет обычно поглощать больше дистиллированной воды, чем недистиллированной воды. Предпочтительно сверхпоглощающие полимеры, использованные в представленном изобретении, набухают до объема от 2 до 10 кратного их сухого объема при полном гидратировании в дистиллированной воде, предпочтительно в 3-6 раз от своего сухого объема.
Выбор наиболее подходящего количества сверхпоглощающего полимера, которое должно быть предоставлено в полости субстратного ростового продукта представленного изобретения, зависит от того, предоставлен ли сверхпоглощающий полимер в сухой форме, гидратированной форме или частично гидратированной форме. Сверхпоглощающий полимер может быть предоставлен в полости в сухой форме, гидратированной форме или частично гидратированной форме. Когда SAP находится в сухой форме, он обычно предоставлен в виде гранул, которые обычно являются текучими, когда сухие. «Гидратированная форма» означает, что сверхпоглощающий полимер поглощает по меньшей мере 90% максимального количества воды, которое он способен удерживать. «Частично гидратированная форма» означает, что сверхпоглощающий полимер поглощает некоторое количество воды, но способен поглощать больше воды. «Сухая форма» означает, что SAP содержит менее чем 5 мас. % воды, предпочтительно менее чем 3 мас. % воды, предпочтительно менее чем 1 мас. % воды, предпочтительно не содержит воду.
Когда сверхпоглощающий полимер гидратирован, предпочтительно сверхпоглощающий полимер принимает 20-100% объема полости, более предпочтительно 30-95%, более предпочтительно 50-80%. Чем больше гидратирован сверхпоглощающий полимер, который имеется, тем больше воды доступно для семени или саженца. Предпочтительно, что когда гидратирован, сверхпоглощающий полимер не набухает сверх объема полости. Это должно гарантировать, чтобы семя или саженец не выталкивался из полости.
Объем гидратированного SAP, присутствующего в субстратном ростовом продукте, может быть равен количеству воды, присутствующей в ядре при давлении всасывания 2. Например, если 30% объема субстратного ростового продукта составляет SAP, это означает, что продукт содержит 30% воды. Предпочтительно 3-60% объема субстратного ростового продукта составляет гидратированный SAP, предпочтительно 10-50%, предпочтительно 15-40%. Это означает, что количество воды, становящееся доступным для семени или саженца, можно регулировать по количеству присутствующего гидратированного SAP.
Сухой SAP может увеличиваться в объеме от 2 до 10 раз, когда он гидратируется, предпочтительно сухой SAP увеличивает свой объем от 3-6 раз, когда он гидратируется. Вследствие этого, количество сухого необходимого SAP, может регулироваться на основании увеличения объема при набухании.
СПОСОБ РАЗВИТИЯ
Представленное изобретение предоставляет способ развития семян, включающий предоставление продукта, как описано выше, размещение семени в полости, полив субстратного ростового продукта и предоставление возможности прорастания и роста семени с образованием саженца.
Представленное изобретение предоставляет способ развития саженцев, включающий предоставление продукта, как описано выше, размещение саженца в полости, полив субстратного ростового продукта и предоставление возможности роста саженца.
Семя или саженец предпочтительно размещают на верхней части сверхпоглощающего полимера. Перед размещением семени или саженца, сверхпоглощающий полимер может быть в сухой форме, гидратированной форме или частично гидратированной форме.
Орошение может происходить посредством непосредственного орошения субстратного ростового продукта, то есть воду подают непосредственно в субстратный ростовой продукт, например, посредством капельницы, разбрызгивателя или другой оросительной системы. Величина необходимого орошения зависит от состояния сверхпоглощающего полимера. Если сверхпоглощающий полимер находится в сухой форме, для орошения субстратного ростового продукта требуется больше воды, чем если сверхпоглощающий полимер находится в частично гидратированной форме или гидратированной форме. Меньше всего воды требуется для орошения субстратного ростового продукта, когда сверхпоглощающий полимер предоставлен в гидратированной форме.
Семя или саженец будет получать воду из сверхпоглощающего полимера в продукте. Немного воды также будет доступно в MMVF продукте. Орошение семени или саженца может быть менее частым, чем в отсутствии сверхпоглощающего полимера по причине того, что сверхпоглощающий полимер выступает в качестве резервуара воды.
Семя или саженец можно орошать каждые 2-21 дня перед пересаживанием в почву субстратного ростового продукта, содержащего саженец. Частота орошения зависит от выращиваемого растения и сезона. Например, больше орошения требуется в летнее время.
Семя или саженец предпочтительно выращивают в субстратном ростовом продукте в течение 8-100 дней перед тем, как субстратный ростовой продукт, содержащий саженец, пересаживают в почву, предпочтительно от 14 до 70 дней. Продолжительность времени перед пересаживанием в почву субстратного ростового продукта, содержащего саженец, определяется выращиваемым растением и сезоном. Например, пересаживание происходит раньше летом, чем зимой.
Субстратный ростовой продукт изобретения особенно подходит для выращивания огурцов, томатов, корнишонов, арбузов, кабачков, перцев, чили, баклажанов, тыкв, цветной капусты, брокколи, клубники и артишоков.
СПОСОБ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ РАСТЕНИЙ
Представленное изобретение относится к способу культивирования растений, включающему:
предоставление продукта по определению выше, размещение саженца в полости, полив субстратного ростового продукта и предоставление возможности роста саженца;
пересаживание саженца посредством помещения субстратного ростового продукта на землю; и
полив субстратного ростового продукта и предоставление возможности роста саженца и предоставление возможности укоренения саженца в земле.
Квалифицированному специалисту будет понятно, что в представленном изобретении земля содержит почву.
Саженец может быть выращен из семени в субстратном ростовом продукте изобретения. В качестве альтернативы семена могут проращиваться где-то еще, а получающийся в результате саженец перемещают в субстратный ростовой продукт изобретения.
Субстратный ростовой продукт обладает упругостью и механической прочностью для предоставления возможности пересаживания саженца в землю без повреждения. Это важно для саженца, пересаживаемого вручную, и в частности важно для саженца, пересаживаемого с помощью машины. Если саженец повреждается во время пересаживания в землю, это означает, что рост растений является не равномерным и, вследствие этого, растениевод не имеет возможности одновременно убирать весь свой урожай. Преимущество изобретения состоит в том, что саженцы защищены субстратным ростовым продуктом во время пересаживания в землю для предотвращения повреждения саженцев. Это увеличивает равномерность роста растений, и это обеспечивает растениеводу возможность одновременно доводить свои сельскохозяйственные культуры до уборки.
Субстратный ростовой продукт может быть помещен непосредственно на землю таким образом, чтобы только нижняя поверхность продукта находилась в контакте с землей. Это облегчает удаление субстратного ростового продукта из земли после обрезки, чем если бы продукт был зарыт в земле.
Субстратный ростовой продукт может быть полностью зарыт в земле таким образом, чтобы все внешние поверхности продукта находились в контакте с землей. Саженец будет по меньшей мере частично над землей. Это имеет преимущество закрепления субстратного ростового продукта в земле, поэтому менее вероятно его случайное перемещение из своего первоначального положения в земле, например, ветром или поверхностной водой.
Субстратный ростовой продукт может быть частично зарыт в земле таким образом, чтобы нижняя поверхность и часть боковых сторон продукта находились в контакте с землей. Это имеет преимущество закрепления субстратного ростового продукта в земле, поэтому менее вероятно его случайное перемещение из своего первоначального положения в земле, например, ветром или поверхностной водой. Дополнительно это облегчает извлечение субстратного ростового продукта из земли после обрезки, чем если бы продукт был полностью зарыт в земле.
Орошение может происходить за счет непосредственного орошения субстратного ростового продукта, то есть вода может подаваться непосредственно в субстратный ростовой продукт, например, с помощью капельницы, разбрызгивателя или другой оросительной системы. Величина необходимого орошения зависит от состояния сверхпоглощающего полимера. Если сверхпоглощающий полимер находится в сухой форме, для орошения субстратного ростового продукта требуется больше воды, чем если бы сверхпоглощающий полимер находился в частично гидратированной форме. Меньше всего воды требуется для орошения субстратного ростового продукта, когда сверхпоглощающий полимер предоставлен в гидратированной форме.
Орошение может происходить посредством непрямого орошения субстратного ростового продукта, например, с помощью орошения окружающей земли. Это менее предпочтительно, так как MMVF имеет более низкую капиллярность, чем почва, вследствие этого необходимо, чтобы почва была очень влажной перед тем, как MMVF будет поглощать из почвы воду.
Предпочтительно субстратный ростовой продукт орошают непосредственно перед тем, как его помещают на землю для того, чтобы увлажнить сверхпоглощающий полимер.
Субстратные ростовые продукты изобретения особенно полезны, когда земля содержит менее чем 40 мас. % воды, например менее чем 30 мас. % воды. Это происходит по причине того, что когда земля содержит менее чем 40 мас. % воды, большая часть воды внутри MMVF субстратных ростовых продуктов будет вытекать из MMVF материала. Это происходит по причине того, что относительная капиллярность почвы и MMVF материала заставляет воду вытекать из MMVF материала в почву. Вследствие этого, особенно полезно иметь ростовой субстрат представленного изобретения, содержащий сверхпоглощающий полимер, так как вода внутри сверхпоглощающего полимера не вытекает в почву и таким образом остается доступной для семени или саженца. Ростовой субстрат представленного изобретения все-таки является полезным, когда почва содержит повышенные уровни воды, например 50 мас. % воды, по причине того, что семя или саженец имеет достаточно доступной воды в сверхпоглощающем полимере. Субстратный ростовой продукт изобретения является полезным в условиях, когда содержание воды почвы изменяется, так как сверхпоглощающий полимер обеспечивает воду для семени или саженца единообразным образом. Это также будет способствовать улучшению единообразия сельскохозяйственной культуры, так как семя или саженец будет иметь доступ к аналогичным уровням воды, более сухое или более влажное конкретное состояние поля.
Семенами, используемыми в представленном изобретении, могут быть семена с покрытием или семена без покрытия. Семена находятся в субстратных ростовых продуктах представленного изобретения, и положение семян можно регулировать. В этом состоит преимущество над субстратными ростовыми продуктами, изготовленными из торфа, так как семена без покрытия могут втыкаться в торф и их может быть трудно перемещать.
Субстратный ростовой продукт, содержащий саженец, предпочтительно пересаживают в землю и выращивают в течение по меньшей мере 5 дней, предпочтительно по меньшей мере 10 дней, например 10-90 дней или более.
Типы растений, особенно подходящие для выращивания в ростовых субстратах представленного изобретения, включают огурцы, томаты, корнишоны, арбузы, кабачки, перцы, чили, баклажаны, тыквы, цветную капусту, брокколи, клубнику и артишоки.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУБСТРАТНОГО РОСТОВОГО ПРОДУКТА
Изобретение предоставляет способ получения субстратного ростового продукта, как описано выше, при этом способ включает предоставление связной массы MMVF, имеющей расположенные напротив верхнюю и нижнюю поверхности и образование в массе MMVF полости, продолжающейся от верхней поверхности в направлении нижней поверхности, и предоставление сверхпоглощающего полимера в полости.
Полость предпочтительно формируют посредством перфорирования или сверления. Массив полостей может быть образован посредством содержания одной ила более связной массы MMVF на своем месте в поддоне и образования массива полостей посредством перфорирования или сверления.
Когда полость формируют посредством перфорирования, а именно способа, который не приводит к удалению материала из продукта, но вместо этого смещает материал, это приводит к увеличенной плотности материала, окружающего полость.
Перфорирующее оборудование обычно должно иметь заостренный конец, и может иметь различные формы, напр., наподобие пробойника. Перфорирующее оборудование, например, может иметь ширину, соответствующую ширине требуемой полости. При создании полости в субстратном ростовом продукте, перфорирующее оборудование будет вжиматься в верхнюю поверхность субстратного ростового продукта и посредством этого вытеснять MMVF наружу. Таким образом, вытесненный материал будет создавать более высокую плотность в субстратном ростовом продукте, окружающем семенную лунку, чем для остальной части субстратного ростового продукта.
Когда полость формируют посредством сверления, возможно создать полость, которая имеет более узкую площадь поперечного сечения в верхней части субстратного ростового продукта и более широкую площадь поперечного сечения, в среднем, по всей остальной полости. Сверление дает больше гибкости для создания полости с неравномерной площадью поперечного сечения. Силу, прикладываемую к ростовому субстрату, получаемому посредством сверления, легче регулировать, чем силу, прикладываемую посредством перфорирования и, вследствие этого, меньшее повреждение происходит в субстратном ростовом продукте.
В варианте осуществления предоставлена пластина, оборудованная полыми иглами, выполненными с возможностью приведения в соответствие с количеством MMVF субстратов в поддоне. Иглы соединены с бункером посредством труб для доставки гранул SAP. Можно либо задействовать механизм взвешивания для получения правильного количества гранул в трубах с целью использования визуального наблюдения (с камерами), либо иметь фиксированный объем гранул, которые наполняют и доставляют машиной посредством труб. Последнее является предпочтительным. Затем игла будет пробивать по меньшей мере одно отверстие в каждом MMVF субстрате и в то же самое время доставлять SAP в пробитое отверстие посредством полых игл через трубы. В качестве альтернативы машина может сперва пробивать отверстия, а SAP гранулы могут доставляться машиной через полую трубу. В каждом случае в нижней части MMVF субстрата может предоставляться давление всасывания для всасывания гранул в нижнюю часть полости.
Предоставление SAP в сухой гранулированной форме имеет преимущество обеспечения возможности предоставления известного количества гранул в полость. Кроме того, предоставление SAP в сухой форме означает, что фермер снабжается чистым инертным субстратным ростовым продуктом. Снабжение фермера SAP в гидратированной форме увеличивает риск нежелательного выращивания микроорганизмов в ростовом субстрате. SAP также может быть предоставлен в виде сухого порошка.
В качестве альтернативы сверхпоглощающий полимер предоставляют в полость в гидратированной форме, и сверхпоглощающий полимер предпочтительно экструдируют в полость. Предоставление сверхпоглощающего полимера в гидратированной форме означает, что легко увидеть, насколько полость была заполнена сверхпоглощающим полимером по причине того, что полимер далее не будет набухать. В качестве альтернативы сверхпоглощающий полимер может быть предоставлен в частично гидратированной форме.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 показывает вертикальное поперечное сечение субстратного ростового продукта изобретения.
Фигура 2 показывает вертикальное поперечное сечение дополнительного субстратного ростового продукта изобретения.
Фигура 3 показывает вертикальное поперечное сечение еще одного субстратного ростового продукта изобретения.
Фигура 4 показывает вертикальное поперечное сечение еще одного субстратного ростового продукта изобретения.
Фигура 5 показывает вид сверху еще одного субстратного ростового продукта изобретения.
Фигура 6 показывает перспективное изображение еще одного субстратного ростового продукта изобретения.
Фигура 7 показывает водоудерживающую способность MMVF субстрата по сравнению с пылеватым суглинком, как обсуждается в примере 1 ниже.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 показывает вертикальное поперечное сечение субстратного ростового продукта 1 изобретения. Полость 2 имеет прямоугольное вертикальное поперечное сечение и расположена на 30% высоты через продукт (глубина полости составляет 30% высоты продукта). Подобная полость может быть образована посредством сверления или перфорирования связного MMVF субстрата. Полость 2 наполнена сверхпоглощающим полимером 3. Семя или саженец может быть помещено в полости 2.
Фигура 2 показывает вертикальное поперечное сечение субстратного ростового продукта 1 изобретения. Полость 2 показана с прямоугольным поперечным сечением, продолжающимся на 80% высоты через продукт. Подобная полость может быть образована посредством сверления или перфорирования связного MMVF субстрата. Полость 2 имеет ряд гранул 4 сухого сверхпоглощающего полимера на дне. Семя или саженец может быть помещено в полости 2.
Фигура 3 показывает вертикальное поперечное сечение субстратного ростового продукта 1 изобретения. Полость 2 имеет более узкую ширину в верхней части полости, чем в нижней части полости. Полость 2 расположена на 70% высоты через продукт. Подобная полость может быть образована посредством сверления связного MMVF субстрата. Полость 2 частично наполнена гидратированным сверхпоглощающим полимером 3. Семя или саженец может быть помещено в полости 2.
Фигура 4 показывает вертикальное поперечное сечение субстратного ростового продукта 1 изобретения. Показана полость 2, продолжающаяся на все протяжение продукта. Полость имеет более большую ширину в верхней части полости, чем в нижней части полости. Полость 2 содержит ряд гранул 4 сухого сверхпоглощающего полимера, которые занимают часть спуска в полость 2 и имеют достаточный размер, чтобы не выпадать из полости 2. Семя или саженец может быть помещено в полости 2.
Фигура 5 показывает вид сверху еще одного дополнительного субстратного ростового продукта изобретения. Показана полость 2, расположенная по существу в центре в цилиндрическом ростовом продукте 1.
Фигура 6 показывает перспективное изображение еще одного дополнительного субстратного ростового продукта изобретения. Ростовой субстрат 1 показан с полостью 2.
Фигура 7 показывает кривые удерживания воды для MMVF субстрата и пылеватого суглинка.
Далее изобретение будет описано со ссылкой на следующие неограничивающие примеры.
ПРИМЕР 1
Водоудерживающую способность MMVF субстрата и пылеватого суглинка тестировали в соответствии с EN 13041–1999. MMVF субстратом был продукт из волокон каменной ваты с фенолмочевиноформальдегидным (PUF) связующее вещество и неионным поверхностно-активным смачивающим агентом. Результаты показаны на фигуре 7.
MMVF субстрат имеет максимальное содержание воды, составляющее 90%об. Когда MMVF субстрат отдает воду, он удерживает приблизительно 2-5%об воды. Это означает, что MMVF субстрат имеет буферную емкость, равную 85-87%об. Это показывает, что MMVF субстрат имеет высокое максимальное содержание воды, а также низкий уровень удерживания воды.
Максимальное содержание воды пылеватого суглинка ниже, чем у MMVF субстрата. Капиллярность пылеватого суглинка существенно выше чем капиллярность MMVF субстрата, что означает, что для извлечения воды из пылеватого суглинка необходимо давление всасывания нескольких дозаторов. Это означает, что почва, пылеватый суглинок, будет легко дренировать воду из MMVF субстрата, как только почва больше не насыщена полностью. Это демонстрирует, что вода будет вытекать из MMVF субстрата в землю, когда почва не насыщена.
ПРИМЕР 2
ПРИМЕРЫ SAP (СВЕРХПОГЛОЩАЮЩЕГО ПОЛИМЕРА)
Были предоставлены ядра, изготовленные из продукта из волокна каменной ваты с отвержденным гидрофильным связующим веществом. Ядра были цилиндрические с высотой, равной 28 мм, и диаметром, равным 20 мм. Каждое ядро было просверлено с образованием цилиндрической полости, которая имела высоту, равную 15 мм, и диаметр, равный 5 мм. В примерах изобретения на дне полости были расположены пять сухих гранул сверхпоглощающего полимера. Ядра были полностью насыщены питательным раствором. В каждое ядро посеяли семя томата. Спустя 14 дней роста, ядра посадили в садовую почвенную смесь с содержанием воды либо 30%, либо 50%. Массу растений измеряли спустя дополнительно 3, 7 и 14 дней.
СПРАВОЧНЫЕ ПРИМЕРЫ
Справочными примерами были ядра, изготовленные из продукта из волокон каменной ваты с отвержденным гидрофильным связующим веществом. Ядра были цилиндрические с высотой, равной 28 мм, и диаметром, равным 20 мм. В контрольных образцах не создавали полость и не имелся SAP. Ядра были полностью насыщены питательным раствором. В каждое ядро посеяли семя томата. Спустя 14 дней роста, ядра сажали в садовую почвенную смесь с содержанием воды либо 30%, либо 50%. Массу растений измеряли спустя дальнейшие 3, 7 и 14 дней.
РЕЗУЛЬТАТЫ:
ТАБЛИЦА 1
ОБЗОР ПОСЕЯННЫХ СЕМЯН ТОМАТА В ЯДРАХ
Посеянные семена томата
Контроль
SAP
Количество растений
Количество растений
Посеяно
120
112
Пригодно к употреблению
91 (76%)
90 (80%)
Высохло
18 (15%)
13 (12%)
Не проросло
11 (9%)
9 (8%)
Таблица 1 показывает, что была более большая доля пригодных к употреблению растений, когда использовали SAP ядра чем, когда использовали контрольные ядра.
Таблица 2
Средняя масса растений
Средняя масса
Контроль
SAP
Плато 1
Плато 2
Средняя
Плато 1
Плато 2
Средняя
%
Дней
г.
г.
г.
г.
г.
г.
30
3
0,64
0,55
0,60
0,45
0,49
0,47
7
0,87
0,78
0,83
0,63
0,68
0,66
14
0,61
0,94
0,77
0,62
1,04
0,83
50
3
0,66
0,61
0,64
0,55
0,52
0,54
7
0,85
0,81
0,83
0,79
0,74
0,77
14
0,81
0,99
0,90
0,80
1,05
0,92
Таблица 2 показывает, что когда содержание воды почвы составляло 30%, спустя как 3, так и 7 дней, похоже, что контрольные растения имели лучшие показатели, чем SAP растения. Однако спустя 14 дней SAP растения имели лучшие показатели, чем контрольные растения.
Таблица 2 показывает, что когда содержание воды почвы составляло 50%, спустя как 3, так и 7 дней, похоже, что контрольные растения имели лучшие показатели, чем SAP растения. Однако после 14 дней SAP растения имели лучшие показатели, чем контрольные растения.
Пример 1 показывает, что давление всасывания пылеватого суглинка и MMVF является одинаковым приблизительно при 50% содержании воды. Это означает, что вода не вытекает из MMVF ядра, когда содержание воды почвы составляет 50%. Это означает, что имеется одинаковый уровень воды, доступной в MMVF субстрате как в SAP ядре, так и в стандартном ядре. Вследствие этого SAP имеет незначительное влияние, когда содержание воды почвы составляет 50%. Когда содержание воды почвы составляет 30%, вода будет вытекать из MMVF в почву.
Растения были больше, когда доступно большее количество воды, как показано с помощью сравнения значений при содержании воды в почве 30% и содержании воды в почве 50%. Это показывает, что когда почва содержит 50% воды, субстратный ростовой продукт содержит достаточно воды, чтобы поддерживать растение, и SAP имеет незначительное влияние, так как вода сохраняется в MMVF части ядра. Когда почва содержит 30% воды, вода стекает из MMVF части ядра, но сохраняется в SAP. Это означает, что семена и саженцы имеют доступ к воде в SAP, и, таким образом, SAP оказывает положительное влияние на рост растения. Это показывает преимущество ядер, содержащих SAP, когда вода стекает из MMVF части ядра в почву вследствие повышенного давления всасывания почвы.
Результаты показывают, что ядра изобретения достигают цели предоставления источника воды саженцу, пересаженному в почву, когда содержание воды в почве, меньше чем давление всасывания MMVF.
Квалифицированному специалисту должно быть понятно, что любые предпочтительные признаки изобретения могут быть объединены для того, чтобы создать предпочтительный способ, продукт или применение изобретения.