КОНСТРУКЦИИ СУБСТРАТОВ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ НА ОСНОВЕ МХА SPHAGNUM И СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ
GROWING MEDIUM STRUCTURES BASED ON SPHAGNUM MOSS AND METHOD FOR MANUFACTURE THEREOF

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к конструкциям субстратов для выращивания растений на основе мха Sphagnum (сфагнум). Кроме того, настоящее изобретение относится к способу получения таких конструкций субстратов для выращивания растений, в котором использована техника формования из пены. Изобретение также относится к применению таких конструкций субстратов для выращивания растений на основе мха Sphagnum в таких прикладных задачах, как растениеводство, ландшафтный дизайн и лесоводство, в частности в качестве субстратов для выращивания растений.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
«Белый торф» или торфяной мох, кокосовые волокна и минеральную вату широко используют в растениеводстве и тепличных хозяйствах в качестве материалов для субстратов. Кроме того, разработано несколько синтетических субстратов для выращивания растений, однако их применение ограничено.
Минеральную вату получают из горных пород посредством нагревания согласно технологии, используемой при получении теплоизоляционных плит для строительной промышленности. Субстраты для выращивания растений на основе минеральной ваты требуют постоянного внесения удобрений с оросительной водой. Вода не удерживается равномерно в субстрате на основе минеральной ваты. Минеральная вата непригодна для утилизации посредством компостирования, и ее нельзя использовать в качестве свалочных отходов.
Кокосовые волокна, получаемые из кокосовых орехов, используют для изготовления культивационных матов, обычно содержащих более тонкие волокна в верхней части и более грубые волокна в нижней части мата для обеспечения равномерного распределения воды в мате. Доступность кокосовых волокон ограничена, и, кроме того, может быть проблематичным культивирование растений, чувствительных к соленой воде, поскольку из кокосовых волокон во время орошения выделяются соли.
Торф широко используют в качестве субстрата для выращивания растений в растениеводстве, и в мире для этой цели используют примерно 30 миллионов кубических метров белого торфа. Белый торф, также известный под названием сфагнового торфа, является ископаемым материалом и продуктом разложения, образующимся из мха Sphagnum. Торф накапливается в торфяниках и торфяных болотах. В большинстве стран Западной и Центральной Европы запасы ископаемого белого торфа почти истощены, и в странах Балтии, Скандинавии и Канаде добыча торфа все больше сокращается.
Торф считается истощаемым и невозобновляемым ресурсом или очень медленно возобновляемым ресурсом. Он образуется в самых верхних слоях торфяных болот очень медленно, в зависимости от толщины слоя, окружающих условий и роста. Торфяную промышленность в целом считают необратимо нарушающей важные природосберегающие функции, в частности функции биоразнообразия и регулирования климата, в особенности - накопления углерода.
Торф обладает идеальными свойствами в качестве питательной среды для культивирования растений в том, что касается внесения удобрений и полива. Отработанные торфяные продукты можно утилизировать как компост или свалочные отходы, и, если это желательно, их можно сжигать. В Европе существует дефицит высококачественного торфа. Кроме того, торф обладает антимикробными свойствами, и поэтому развитие вредных болезней растений и бактерий можно предотвратить или снизить с использованием питательной среды для культивирования растений на основе торфа; также торф широко используют в качестве влагопоглотителя в животноводстве.
Применение неразложившегося мха Sphagnum в качестве субстрата для выращивания растений хорошо известно в данной области техники. Мох Sphagnum обычно используют для выращивания орхидей. Его предлагали в качестве субстрата для выращивания растений в комбинации с перлитом, вермикомпостом, компостом, компостированной сосновой корой и удобрениями. Рассадные маты, содержащие субстрат, включающий слой, содержащий частицы сфагнового мха и множество семян, расположенных на субстрате или включенных в субстрат, предложены в публикации WO 98/56232. Абсорбентные конструкции, содержащие мох Sphagnum, представлены в публикации US 5635029.
Регулирование уровня воды, регулирование внесения удобрений, в частности в теплицах и подобных сооружениях, работающих в больших производственных или коммерческих масштабах, трудно контролировать и обеспечивать при использовании доступных в настоящее время продуктов на основе мха Sphagnum. Кроме того, субстраты для выращивания растений, содержащие мох Sphagnum, обычно утрачивают свою структуру, когда корни растений пронизывают увлажненные маты.
Для изготовления матов и подобных изделий, содержащих мох Sphagnum, были предложены традиционные способы мокрого формования, но структура таких изделий не сохраняется после полива.
Из вышеизложенного очевидно, что существует потребность в новых конструкциях субстратов для выращивания растений, содержащих мох Sphagnum, пригодных, например, для использования в качестве субстратов для культивирования и выращивания растений, причем эти конструкции субстратов для выращивания растений должны иметь выгодные для культивирования растений свойства, сохранять свою структуру и одновременно быть дешевыми, пригодными для повторного использования и экологически устойчивыми продуктами.
Способ получения нетканых волокнистых материалов посредством формования из пены известен в области производства бумаги и тканей. Нетканый волокнистый материал получают из дисперсии волокон во вспененной жидкости. Пульпу или волокнистую композицию вначале получают в измельчителе, затем обезвоживают и смешивают со вспениваемой жидкостью, содержащей поверхностно-активное вещество и воду, при этом волокна диспергируются в пене. Полученную дисперсию наносят на перфорированную основу, которая позволяет жидкости, которая по существу находится в форме пены, стечь через отверстия, тогда как большая часть волокон удерживается в форме нетканого материала. Этот способ раскрыт, например, в публикации ЕР 481746.
Из вышеизложенного очевидно, что существует также потребность в обеспечении новых способов получения конструкций субстратов для выращивания растений на основе мха Sphagnum.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к конструкциям субстратов для выращивания растений, содержащим мох Sphagnum (сфагнум), и к способам формования из пены для получения высокопористых и твердых конструкций субстратов для выращивания растений на основе мха Sphagnum. Этим способом можно получить конструкции субстратов для выращивания растений, содержащие мох Sphagnum, для различных прикладных задач в области растениеводства, например плит для выращивания растений (культивационных листов/плит), кубиков для посева семян и укоренения черенков (кубиков для рассады) и посадочных брикетов (брикетов для сеянцев).
Изобретение обеспечивает простой, постоянно действующий, гибкий, экономичный и эффективный способ получения конструкций субстратов для выращивания растений.
Изобретение направлено на способ получения конструкций субстратов для выращивания растений, содержащих мох Sphagnum, который включает следующие стадии:
- получение по меньшей мере одной вспененной дисперсии посредством диспергирования частиц мха, содержащих мох Sphagnum в смеси, содержащей воду и по меньшей мере одно вспенивающее средство,
- подача вспененной дисперсии или дисперсий на перфорированную основу и дренирования жидкости через перфорированную основу с получением листа, и
- сушка листа.
Изобретение также направлено на конструкцию субстрата для выращивания растений, содержащую мох Sphagnum, в характерном случае содержащую от 45 масс. % до 99,9 масс. % мха Sphagnum. Конструкцию субстрата для выращивания растений, содержащую мох Sphagnum, можно получить указанным способом.
Изобретение также направлено на применение конструкций субстратов для выращивания растений, содержащих мох Sphagnum, в прикладных задачах, связанных с растениеводством, таких как плиты для выращивания растений (культивационные листы/плиты), кубики для посева семян и укоренения черенков (кубики для рассады), посадочные брикеты, декоративные изделия, а также в прикладных задачах, связанных с сельским хозяйством, лесоводством и ландшафтным дизайном.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение конструкций субстратов для выращивания растений, содержащих мох Sphagnum, для применения в прикладных задачах, связанных с растениеводством, сельским хозяйством, лесоводством и ландшафтным дизайном.
Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение способа получения конструкций субстратов для выращивания растений, содержащих мох Sphagnum.
Еще одной задачей настоящего изобретение являются применение и способ применения конструкций субстратов для выращивания растений, содержащих мох Sphagnum, в прикладных задачах, связанных с растениеводством, сельским хозяйством, лесоводством и ландшафтным дизайном.
Характеризующие признаки настоящего изобретения представлены в формуле изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Фиг. 1 демонстрирует фотографию конструкции субстрата для выращивания растений, содержащей мох Sphagnum, по настоящему изобретению.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Если не указано иное, термины, которые использованы в описании и формуле изобретения, имеют значения, обычно используемые в области лесоводства, растениеводства и сельского хозяйства. Более конкретно, следующие термины имеют значения, указанные ниже.
Термин «субстрат для выращивания растений» в контексте настоящего изобретения следует понимать как означающий субстрат, пригодный для культивирования и/или выращивания сеянцев, саженцев и растений.
Термин «конструкция субстрата для выращивания растений» или «конструкция для выращивания» следует понимать как означающий плиты для выращивания растений (культивационные листы/плиты), кубики для посева семян и укоренения черенков (кубики для рассады) и посадочные брикеты (брикеты для сеянцев), используемые, в частности, в области растениеводства.
Термин «формование из пены», также известный как «пенное формование», в контексте настоящего изобретения относится к любому стандартному способу получения однослойной или многослойной пены, используемому при получении нетканых волокнистых материалов, тканевых изделий и т.п.
Термин «перфорированная основа», также известный как «основа с отверстиями», в контексте настоящего изобретения относится к проволочной сетке или сходной основе.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2
Настоящее изобретение основано на исследованиях, посвященных мху Sphagnum (также называемому в данной публикации сфагновой биомассой). Термин «мох Sphagnum» относится в данной публикации к сфагновым мхам, которые являются основными торфообразующими растениями в торфяниках и торфяных болотах. Мох Sphagnum является живым и неразлагаемым возобновляемым биоматериалом. Мох Sphagnum возобновляется примерно через каждые 30 лет. Сфагновое болото дает от 2000 кг до 5000 кг мха (в пересчете на сухое вещество) на 10000 м в год. Если удалить от 15 см до 20 см верхнего слоя живого мха, то обработанная площадь обычно восстанавливает свое исходное состояние и внешний вид в течение всего от 1 года до 3 лет. Не происходит выделения вредных веществ в водные системы, а выбросы в атмосферу являются примерно такими же, как из болота в его естественном состоянии. Нет необходимости в осушении или другой обработке болот. Сбор мха Sphagnum можно производить в любое время года, однако предпочтительно сбор осуществляют в зимнее время, когда грунт промерзает по меньшей мере на глубину, равную 20 см. Комья мха Sphagnum можно вынимать экскаватором и помещать, например, в ящики или на поддоны, где они дренируются и высушиваются. Собранный мох предпочтительно можно сложить в штабели или стопы для сушки или дренирования.
Мох Sphagnum можно получать из природных торфяников, бывших (выбранных или срезанных) торфяных болот и торфяников и их пограничных областей, моховых болот и торфяников, где лесоразведение является экономически нецелесообразным, осушенных торфяников и низких моховых болот, не имеющих значения с точки зрения защиты окружающей среды, или, альтернативно, из участков, на которых осуществляется возделывание мха Sphagnum, включая выработанные торфяники, осушенные заболоченные луга, открытые водные пространства в заброшенных буроугольных карьерах и т.п., и любых земель, пригодных для возделывания Sphagnum.
Некоторые продуктивные территории можно использовать с 20-30-летним циклом воспроизводства без истощения торфяника или мохового болота. В характерном случае уже через два года после сбора на участке восстанавливается нормальный рост мха Sphagnum. Поэтому мох Sphagnum является действительно возобновляемым материалом, имеющим скорость возобновления, которая в 2-3 раза выше, чем скорость возобновления лесов, и он имеет значительную экономическую ценность по сравнению с лесоразведением. Использование мха Sphagnum также снижает использование торфа и поэтому обеспечивает защиту торфяных болот, имеющих значительно более низкую скорость возобновления.
Мох Sphagnum в контексте настоящего изобретения следует понимать как живую биомассу, которая по существу не разлагается. Сфагновые мхи рода Sphagnum могут включать один или более ботанических видов Sphagnum. Примерами групп видов Sphagnum являются Palustria, Rigida, Squarrosa, Subsecunda, Isocladus, Cuspidata, Polyclada и Acutifolia. Примерами видов Sphagnum являются Sphagnum magellanicum, Sphagnum palustre, Sphagnum papillosum, Sphagnum fimbriatum, Sphagnum rubellum, Sphagnum cristatum, Sphagnum austral (antarcticum), Sphagnum falcatulum, Sphagnum subtinens, Sphagnum squarrosum и Sphagnum subsecundum. Наиболее распространенными видами являются S. fuscum, S. magellanicum и S. ripartum. Предпочтительно используют смесь различных видов Sphagnum или природную смесь сфагновых мхов.
Мох Sphagnum напоминает большую губку, и он удерживает воду и выделяет водородные ионы, поддерживая за счет этого высокую кислотность. Кислотность мха Sphagnum оказывает, в частности, заметный эффект ингибирования микробного роста, например роста бактерий, что приводит к тому, что бактерии не могут размножаться и разрушать ткани растений.
В настоящем изобретении мох Sphagnum предпочтительно имеет значение показателя Фон Поста (von Post), равное Н-2. «Модифицированный метод Фон Поста», характеризующий степень разложения пласта торфяного мха, - это принятое в данной области техники полевое испытание, и он подробно описан в публикации «Peat Bogs of the Inhabited Part of Roberval. Lac St. Jean, Dubuc and Chicoutini Counties»: A publication of the Ministere Des Richesses Naturelles Du Quebec. Director Generate Des Mines: authored by Antoine Simard. Quebec 1974.
Свежесобранный или предварительно высушенный мох Sphagnum (например, в форме прессованных брикетов) соответствующим образом сушат или оставляют его сохнуть до тех пор, пока не будет достигнуто содержание воды, не превышающее 700 масс. % (г воды/г сухого материала). Сушку можно осуществлять естественным образом или с использованием любых подходящих способов сушки.
Мох Sphagnum в характерном случае содержит живые растения, ветви, корни, разветвления и т.п. Мох Sphagnum (необязательно высушенный) можно подвергнуть уменьшению размеров частиц с использованием подходящих способов, таких как способы, выбранные из способов дробления, измельчения, растирания, размалывания или резания, известных в данной области техники, во влажном состоянии или в сухом состоянии.
За уменьшением размера частиц предпочтительно следуют один или более способов, выбранных из просеивания, сортировки, грохочения и классификации во влажном или сухом состоянии с получением однородных фракций мха Sphagnum, имеющих желаемые классы размеров частиц. Фракции мха содержат частицы мха, например класс (А) содержит частицы с максимальным размером частиц, равным 40 мм, класс (В) содержит частицы с максимальным размером частиц, равным 20 мм, и класс (С) содержит частицы с максимальным размером частиц, равным 10 мм. Фракции с подходящим размером частиц могут быть выбраны в зависимости от продукта, например фракции мха Sphagnum, содержащие частицы с большим размером частиц, могут быть использованы в культивационных плитах и сходных конструкциях, фракции с меньшим размером частиц - в кубиках для посева семян и сходных конструкциях.
Неожиданно было обнаружено, что высокопористые, гибкие, твердые и долговечные субстраты для выращивания растений, содержащие мох Sphagnum, можно эффективно, непрерывно и экономично получить с использованием способа формования из пены. Конструкции субстратов для выращивания растений могут быть разработаны и изготовлены в соответствии с различными потребностями и спецификациями, относящимися к составу, размерам, толщине и пористости желаемого продукта.
Способ получения конструкций субстратов для выращивания растений, содержащих мох Sphagnum, включает следующие стадии:
- получение по меньшей мере одной (первой) вспененной дисперсии посредством диспергирования частиц мха, содержащих мох Sphagnum, в смеси, содержащей воду и по меньшей мере одно вспенивающее средство,
- подача вспененной дисперсии или вспененных дисперсий на перфорированную основу и дренирование жидкости через перфорированную основу с получением нетканого материала, и
- сушка нетканого материала.
Смесь может быть вспениваемой жидкостью или предварительно полученной пеной, сформированной из воды и по меньшей мере одного вспенивающего средства.
Необязательно получают по меньшей мере одну дополнительную вспененную дисперсию из частиц мха Sphagnum, в которой частицы мха Sphagnum могут иметь такой же или иной максимальный размер частиц, что и указанный мох Sphagnum, посредством диспергирования указанных материалов в смеси, содержащей воду и по меньшей мере одно вспенивающее средство. Дополнительно в указанной смеси можно диспергировать волокнистый материал, выбранный из натуральных волокон, синтетических волокон или любых их комбинаций.
Необязательно эти вспененные дисперсии подают на перфорированную основу в виде отдельных слоев.
Перфорированная основа предпочтительно является проволочной сеткой.
Дренирование предпочтительно осуществляют с помощью вакуума, используя вакуумные насосы, или посредством гравитационной фильтрации.
Сушку полученного нетканого материала (плиты или листа) предпочтительно осуществляют, например, посредством нагрева нетканого материала. Особо предпочтительно используют температуру сушки, лежащую в диапазоне от 15°С до 40°С.
Нагрев можно осуществить с использованием любого подходящего способа нагрева, такого как обдув горячим воздухом, инфракрасные нагреватели и т.д.
В способе по настоящему изобретению вспененную дисперсию (или вспененные дисперсии) получают из от 0,1 масс. % до 10 масс. %, предпочтительно от 0,5 масс. % до 8 масс. %, особо предпочтительно от 1 масс. % до 5 масс. %, частиц мха, содержащих мох Sphagnum, от 0,005 масс. % до 5 масс. %, предпочтительно от 0,01 масс. % до 2 масс. %, особо предпочтительно от 0,01 масс. % до 1 масс. %, по меньшей мере одного вспенивающего средства, воды и необязательных связующих, необязательных дополнительных волокнистых материалов и необязательных добавок.
рН вспененной дисперсии необязательно устанавливают в диапазоне от 4 до 7, предпочтительно от 5,5 до 6,4, с использованием щелочи или кислоты, предпочтительно гидроксида натрия или доломитовой извести или серной, соляной или азотной кислот.
Количество необязательного дополнительного волокнистого материала может лежать в диапазоне от 0,1 масс. % до 50 масс. %, предпочтительно от 0,5 масс. % до 8 масс. %, особо предпочтительно от 1 масс. % до 5 масс. %, в пересчете на общую массу сухого вещества.
Необязательную дополнительную вспененную дисперсию (или вспененные дисперсии) получают из от 0,1 масс. % до 10 масс. %, предпочтительно от 0,5 масс. % до 8 масс. %, особо предпочтительно от 1 масс. % до 5 масс. %, частиц мха, содержащих мох Sphagnum, причем мох Sphagnum может иметь такой же или другой максимальный размер частиц, что и мох Sphagnum, использованный в первой дисперсии, или по меньшей мере одного волокнистого материала, выбранного из натуральных волокон, синтетических волокон или любых их смесей, или могут быть использованы комбинации мха Sphagnum с указанным волокнистым материалом, в комбинации с от 0,005 масс. % до 5 масс. %, предпочтительно от 0,01 масс. % до 2 масс. %, особо предпочтительно от 0,01 масс. % до 1 масс. %, по меньшей мере одного вспенивающего средства, водой и необязательными связующими и необязательными добавками. Дополнительную вспененную дисперсию (или вспененные дисперсии) по отдельности подают на основу, причем получают продукт, содержащий по меньшей мере два слоя.
Вспененная дисперсия (или вспененные дисперсии) содержит от 35 об. % до 75 об. %, предпочтительно от 50 об. % до 60 об. %, воздуха. Термин «воздух» в контексте настоящего изобретения относится ко всем газам, содержащим более 50 об. % азота, к которым относятся атмосферный воздух и газы, полученные из атмосферного воздуха.
Вспенивающее средство может действовать как поверхностно-активное вещество (сурфактант), которое обеспечивает образование пены и дополнительно может действовать как связующее в полученной конструкции субстрата для выращивания растений.
Вспенивающее средство может относиться к любому подходящему типу, например к анионным, катионным, неионогенным и амфотерным поверхностно-активным веществам. Кроме того, могут быть использованы вещества, способствующие повышению влагостойкости, связующие, связующие на основе крахмала, поливиниловый спирт, латексные крепирующие химикаты и т.п.
Вспенивающее средство выбрано из анионных, катионных, неионогенных и амфотерных поверхностно-активных веществ и сурфактантов и любых их комбинаций, например из белков, поливиниловых спиртов и вспениваемых крахмалов и производных крахмалов. Предпочтительно вспенивающее средство выбрано из анионных и неионогенных поверхностно-активных веществ, поливиниловых спиртов и вспениваемых крахмалов и производных крахмалов. Примерами подходящих анионных поверхностно-активных веществ являются додецилсульфат натрия, додецилсульфат калия, лаурилсульфат аммония, стеарат натрия, додецилбензолсульфонат натрия и диоктилсукцинат натрия. Примерами подходящих неионогенных поверхностно-активных веществ являются глицериллаурат, сорбитана моностеарат, сорбитана тристеарат, кокамидмоноэтаноламин, стеариновый спирт, децилглюкозид и гидроксипропилметилцеллюлоза.
Поливиниловые спирты и вспениваемые производные крахмалов одновременно действуют как поверхностно-активные вещества и связующие.
Необязательное по меньшей мере одно дополнительное связующее используют в количестве от 0,005 масс. % до 10 масс. %, предпочтительно от 0,05 масс. % до 2 масс. %, особо предпочтительно от 0,1 масс. % до 0,5 масс. %. Связующее предпочтительно выбрано из поливиниловых спиртов, связующих на основе тонкоизмельченной целлюлозы или производных целлюлозы, биополимеров, таких как крахмалы, производных крахмалов, натуральных латексных смол, альгинатов, гуаровой камеди, производных гемицеллюлозы, наноцеллюлозы, хитина, хитозана, пектина, агара, ксантана, амилозы, амилопектина, геллановой камеди, декстрана, пуллулана, фруктана, камеди плодов рожкового дерева, каррагенана, гликогена, гликозаминогликанов, муреина, полиаспарагиновой кислоты, бактериальных капсулярных полисахаридов и т.п. и их комбинаций.
Необязательный волокнистый материал может содержать натуральные волокна, синтетические волокна и любые их комбинации. Натуральные волокна могут быть выбраны из вискозных волокон, волокон, происходящих из недревесного растительного сырьевого материала, таких как семенные волокна, волокна листьев, лубяные волокна, растительные волокна, полученные из соломы зерновых культур, пшеничной соломы, двукисточника тростниковидного, тростника, льна, конопли, кенафа, джута, рами, семян, сизаля, абаки, кокосовой пальмы, бамбука, багассы, хлопкового дерева (капок), молочая, ананаса, хлопчатника, риса, папируса, ковыля, Phalaris arundinacea, белого торфа, имеющего значение показателя Фон Поста, равное Н-2 или Н-3, темного торфа, имеющего значение показателя Фон Поста, лежащее в диапазоне от Н-4 до Н-6, и их комбинаций.
Синтетические волокна могут включать волокна, выбранные из сложных полиэфиров, полиэтилена, полипропилена, полилактида, искусственного шелка, лиоцелла, нейлона, стекла, полиацетата, арамида, углерода и их комбинаций.
Кроме того, можно использовать необязательные добавки. Такие добавки могут содержать смачивающие средства, усилители влагостойкости, латексные крепирующие средства, красители, питательные добавки, минеральные вещества, удобрения, семена, умягчители, неорганические наполнители, биоуглерод (получаемый посредством пиролиза из растительных материалов), буферы, карбонат кальция, карбонат магния, глину, микроорганизмы и их комбинации.
В способе формования из пены по настоящему изобретению можно использовать любое оборудование и аппаратуру, используемые в способах формования из пены при производстве тонкой бумаги и нетканых материалов, такие как предложенные, например, в публикациях GB 1397378, ЕР 481746 и US 3716449. Могут быть получены продукты, содержащие один или более слоев, полученных посредством осаждения из пены.
Необязательно конструкции субстратов для выращивания растений, содержащие мох Sphagnum, могут быть сформованы с использованием периодически или непрерывно работающих форм, тарелок, затворов и, например, с использованием проволочных форм и т.п., за счет чего можно получить конструкции субстратов для выращивания растений, например маленькие кубики.
На высушенную конструкцию субстрата для выращивания растений (например, лист, войлок, пластину, плиту, кубик и т.п.) необязательно можно нанести покрытие или ламинировать ее, предпочтительно на боковых сторонах, окружающих конструкцию субстрата для выращивания растений, по меньшей мере одним слоем, содержащим по меньшей мере один полимер, причем защитное покрытие или защитный слой наносят на боковые стороны, а нижнюю и верхнюю стороны конструкции субстрата для выращивания растений оставляют без покрытия. Необязательно после сушки продукт разрезают на куски желаемой формы и размера. Покрытие можно нанести до или после сушки.
Нанесение полимера можно осуществить способом нанесения покрытия с использованием распыления, погружения, экструзии, полива или нанесения в пене или другими подходящими способами. Предпочтительно используют биоразлагаемые полимеры, такие как водные дисперсии поливиниловых спиртов, производные крахмала, целлюлоза или производные целлюлозы, предпочтительно тонкоизмельченных сортов, натуральные латексные смолы, альгинаты, гуаровая камедь, производные гемицеллюлозы, производные хитозана, полилактиды, ацетат целлюлозы, ацетобутират целлюлозы и их комбинации.
Полученный продукт, то есть конструкция субстрата для выращивания растений, содержащая мох Sphagnum, может иметь толщину, лежащую в диапазоне от 10 мм до 300 мм, предпочтительно от 30 мм до 250 мм, особо предпочтительно от 50 мм до 150 мм.
Полученный продукт содержит от 45 масс. % до 99,9 масс. % мха Sphagnum, предпочтительно от 50 масс. % до 99 масс. %, особо предпочтительно от 55 масс. % до 98 масс. %.
Конструкция субстрата для выращивания растений, содержащая мох Sphagnum, содержит частицы мха. Частицы мха могут включать фракции А, В или С мха Sphagnum или любые их комбинации.
Конструкция субстрата для выращивания растений, содержащая мох Sphagnum, содержит от 0,001 масс. % до 5 масс. % по меньшей мере одного вспенивающего средства. Предпочтительно вспенивающее средство одновременно действует как связующее средство.
Конструкция субстрата для выращивания растений, содержащая мох Sphagnum, может содержать от 0,01 масс. % до 5 масс. % по меньшей мере одного дополнительного связующего.
Конструкция субстрата для выращивания растений, содержащая мох Sphagnum, может дополнительно содержать от 0,1 масс. % до 55 масс. % волокон, выбранных из синтетических волокон, натуральных волокон и их комбинаций.
2
5
2
Конструкция субстрата для выращивания растений, содержащая мох Sphagnum, может дополнительно содержать добавки, выбранные из смачивающих средств, усилителей влагостойкости, красителей, питательных веществ (Fe, Cu, Mn, Zn, B, Мо), минеральных веществ, удобрений (источников азота, PO, KO), семян, умягчителей, латексных крепирующих средств, неорганических наполнителей, биоуглерода (полученного посредством пиролиза растительного материала), буферов, карбоната кальция, карбоната магния, глины, микроорганизмов и любых их комбинаций.
3
3
3
3
3
3
Конструкция субстрата для выращивания растений, содержащая мох Sphagnum, является пористой, другими словами, она является содержащим воздух легким материалом с плотностью, лежащей в диапазоне от 10 кг/м до 250 кг/м, предпочтительно от 20 кг/м до 150 кг/м, особо предпочтительно от 25 кг/м до 90 кг/м.
Конструкция субстрата для выращивания растений, содержащая мох Sphagnum, обладает высоким водоудержанием, предпочтительно от 20 об. % до 45 об. %, рассчитанным с использованием способа ящика с песком для испытания торфяного субстрата.
Конструкция субстрата для выращивания растений, содержащая мох Sphagnum, обладает высоким воздухоудержанием, предпочтительно от 45 об. % до 75 об. %, рассчитанным с использованием способа ящика с песком для испытания торфяного субстрата (стандарт EN 13041: 1999).
Настоящее изобретение обеспечивает высокопористые, твердые, возобновляемые конструкции субстратов для выращивания растений, содержащие мох Sphagnum, которые необязательно могут быть сформованы или разрезаны с получением любых желаемых и даже сложных форм. Конструкции субстратов для выращивания растений, содержащие мох Sphagnum, можно использовать в прикладных задачах, связанных с растениеводством, сельским хозяйством, ландшафтным дизайном и лесоводством, таких как плита, пластина, элемент или лист для культивирования растений (плиты для выращивания, культивационные листы/плиты), кубики для посева семян и укоренения черенков (кубики для выращивания рассады) и посадочные брикеты (брикеты для сеянцев), листы для конструирования почвы (опора для корней), биоразлагаемый контейнер, декоративный элемент и держатель для цветов. Конструкции субстратов для выращивания растений, содержащие мох Sphagnum, можно использовать для замены используемых в настоящее время конструкций для выращивания растений, основанных на таких материалах, как минеральная вата и торф, которые обычно заключают в сетки, мешки или контейнеры из полимерных материалов для сохранения структуры. С твердыми и имеющими точные размеры конструкциями субстратов для выращивания растений, содержащими мох Sphagnum, можно легко обращаться, транспортировать их и поддерживать в исправном состоянии.
Также можно получить многослойные продукты с предварительно заданными и регулируемыми размерами.
Получают очень однородную конструкцию субстрата для выращивания растений, содержащую мох Sphagnum, которая обеспечивает оптимальное воздухоудержание и водоудержание, в частности при поливе.
Конструкции субстратов для выращивания растений, содержащие мох Sphagnum, сохраняют свои размеры и форму, например плиты для выращивания, (культивационные листы/плиты), кубики для посева семян и укоренения черенков (кубики для выращивания сеянцев и саженцев) и посадочные брикеты (брикеты для сеянцев), даже после полива и в течение нескольких вегетационных сезонов. Эти конструкции субстратов для выращивания растений содержат оптимальный объем пор для воздуха и воды для обеспечения хорошего удержания влаги и буферной емкости и оптимальных условий для выращивания растений. При использовании конструкций субстратов для выращивания растений, содержащих мох Sphagnum, можно получить выходы биомассы, большие на 30%, в частности для рассады огурцов, томатов и салата латука, по сравнению с использованием продуктов, содержащих минеральную вату или торф.
Предпочтительно рН конструкций субстратов для выращивания растений во время изготовления регулируют до значений, лежащих в диапазоне от 5,5 до 6,4.
Семена растений, а также рассаду, черенки и растения, полученные способом клонального микроразмножения, на различных стадиях можно поместить в/на кубики для сеянцев (стартерные кубики). После проклевывания и/или прорастания кубики для сеянцев можно переместить на посадочные брикеты (питательные брикеты для трансплантации сеянцев), где сеянцы растут и развивают сильные корни в этих блоках. Семена более крупных растений, таких как томаты и огурцы, можно поместить непосредственно на посадочный брикет. Посадочные брикеты могут быть перенесены на плиты для выращивания растений (культивационные листы/плиты), где корни растений разрастаются и проникают в плиту для выращивания растений, растения растут и дают урожай. После вегетационного сезона конструкции субстратов для выращивания растений можно использовать повторно, утилизировать и компостировать.
Конструкции субстратов для выращивания растений, содержащие мох Sphagnum, можно использовать для замены продуктов на основе минеральной ваты и торфа при выращивании декоративных растений, овощей (например, огурцов, томатов, салата латука) и, в целом, при тепличном выращивании растений и в прикладных задачах, связанных с растениеводством. Эти конструкции субстратов для выращивания растений обладают превосходными характеристиками при первоначальном выращивании рассады в стартерных кубиках, при выращивании сеянцев и растений, и они также хорошо подходят для прикладных задач, связанных с экологичным строительством, таких как вертикальные сады, озелененные крыши и т.п.
Эти конструкции субстратов для выращивания растений обеспечивают долговечные высокоэффективные субстраты для растениеводства, повышают экономичность растениеводства, эффективность использования питательных веществ и воды, благодаря хорошему удержанию влаги, воздуха и питательных веществ. Эти твердые конструкции субстратов для выращивания растений позволяют использовать автоматику (роботов) в растениеводстве, при этом снижаются эксплуатационные расходы, увеличивается производство биомассы и снижаются расходы на утилизацию из-за повторного использования или компостирования конструкций субстратов для выращивания растений. Требуется менее частое техническое обслуживание рециркуляционного фильтра поливной воды из-за чистых стоков, поскольку гумус не выделяется из конструкций субстратов для выращивания растений в значительных количествах.
Кроме того, такие конструкции субстратов для выращивания растений являются безопасными и легкими в обращении, и они обладают низкими свойствами пылеобразования. Эти конструкции субстратов для выращивания растений обладают антимикробными свойствами, в частности антибактериальными, противогрибковыми и противоплесневыми свойствами (например, против Plicaria sp.), что является явным преимуществом. Это также приводит к тому, что можно избежать многих болезней растений.
Эти конструкции субстратов для выращивания растений можно использовать для замены субстратов на основе минеральной ваты или торфа для проращивания и выращивания растений. По сравнению с торфом получают устойчивый сбор. Торфу для возобновления требуется примерно 3000 лет, мху Sphagnum - примерно 30 лет. Заготовка мха Sphagnum сопоставима с лесозаготовками, а не с производством торфа. Функция поглотителя углерода восстанавливается уже через три года после удаления небольшого количества мха Sphagnum, не требуются дорогое осушение, подготовка участка или строительство дорог.
Конструкции субстратов для выращивания растений, содержащие мох Sphagnum, можно разрезать или формовать с получением плиты, пластины, элемента или листа или другой формы, пригодной для использования в растениеводстве и т.п. Этот продукт может быть получен как жестким, так и гибким. Производственный процесс можно соответствующим образом отрегулировать.
Изобретение обеспечивает непрерывный, эффективный и экономичный способ получения высокопористых структур субстратов, содержащих мох Sphagnum, причем для переработки необходимы меньшие количества воды, что обеспечивает экономические и экологические преимущества. При желании можно получить полностью биоразлагаемый продукт. Свойства продуктов можно адаптировать для определенной цели посредством подбора исходных материалов и процесса.
При использовании в растениеводстве конструкции субстратов для выращивания растений могут дополнительно содержать питательные вещества и удобрения и т.п., в соответствии с потребностями растений, выращиваемых на конструкции субстрата для выращивания растений, а также семена, если это желательно.
Адаптированные для определенной цели конструкции/продукты субстратов для выращивания растений можно изготовить в соответствии с потребностями конечного пользователя, можно варьировать количества компонентов, поверхностно-активных веществ и связующих, что приводит к различным свойствам продуктов. Например, если используют поливиниловый спирт, получают мягкую и более гибкую конструкцию. Также можно получить высокопористые продукты.
Конструкции субстратов для выращивания растений являются устойчивыми к плесени, долговечными и не набухают при увлажнении, и они сохраняют свою форму и структуру до трех лет после использования в качестве субстрата для выращивания растений.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Приведенные ниже примеры иллюстрируют варианты осуществления настоящего изобретения, описанные выше, и они никоим образом не ограничивают его.
Пример 1
Получение способом Формования из пены конструкции субстрата для выращивания растений, содержащей мох Sphagnum, толщиной 10 см с использованием лабораторной ручной листовой Формы
3
Сформованные из пены конструкции субстрата для выращивания растений, содержащие мох Sphagnum, получили с использованием лабораторной ручной листовой формы для формования из пены. 150 г (в пересчете на сухую массу) частиц мха Sphagnum класса (А) с максимальным размером частиц, равным 40 мм, смешали с предварительно полученной пеной, которую получили посредством перемешивания воды и поливинилового спирта (вспенивающее средство) при 3500 об/мин, причем количество вспенивающего средства в смеси было равно 0,2%, а количество частиц мха было равно 5%. Пену с волокнами декантировали в ручную листовую форму и профильтровали через проволочную сетку с использованием вакуумной камеры. Указанную процедуру повторили пять раз для получения целевой толщины. Сформованные конструкции субстрата для выращивания растений (сформованные из пены посадочные брикеты), содержавшие мох Sphagnum, высушили при комнатной температуре. Конструкция субстрата для выращивания растений, содержащая мох Sphagnum, была пористой с плотностью, равной 75 кг/м. Фотография конструкции для выращивания растений представлена на Фиг. 1.
Пример 2
Получение способом Формования из пены конструкции субстрата для выращивания растений, содержащей 50 масс. % мха Sphagnum и 50 масс. % торфа, толщиной 10 см с использованием лабораторной ручной листовой формы
3
Сформованные из пены конструкции субстрата для выращивания растений, содержащие мох Sphagnum, получили с использованием лабораторной ручной листовой формы для формования из пены. 75 г (в пересчете на сухую массу) частиц мха Sphagnum класса (А) с максимальным размером частиц, равным 40 мм, и 75 г (в пересчете на сухую массу) торфа смешали с предварительно полученной пеной, которую получили посредством перемешивания воды и поливинилового спирта (вспенивающее средство) при 3500 об/мин, причем количество вспенивающего средства в смеси было равно 0,2%, а количество частиц мха было равно 5%. Пену с волокнами декантировали в ручную листовую форму и профильтровали через проволочную сетку с использованием вакуумной камеры. Указанную процедуру повторили шесть раз для получения целевой толщины. Сформованные конструкции субстрата для выращивания растений (сформованные из пены посадочные брикеты), содержащие мох Sphagnum и торф, высушили при комнатной температуре. Конструкция субстрата для выращивания растений, содержавшая мох Sphagnum и торф, имела плотность, равную 90 кг/м.
Пример 3 (сравнительный)
Получение способом мокрой укладки конструкции субстрата для выращивания растений, содержащей 100 масс. % мха Sphagnum
2
3
Конструкции субстратов для выращивания растений, содержащие мох Sphagnum, были получены способом мокрой укладки с использованием лабораторного листового формовочного устройства согласно стандарту SCAN-C 26:76. Отклонением от стандарта было то, что образцы, полученные способом мокрой укладки, не подвергли мокрому прессованию. Для приготовления каждого образца использовали 60 граммов измельченного (стандарт SCAN-C 18:65) мха Sphagnum. Образцы высушили. Базовые значения массы и плотности сухих конструкций, полученных способом мокрой укладки, были равны 2240 г/м и 40 кг/м.
Пример 4
Исследования конструкций субстратов, полученных способом Формования из пены, и конструкций субстратов, полученных способом мокрой укладки, описанных в Примерах 1-3
В исследованиях субстратов обнаружили, что растения растут быстрее в конструкциях субстратов, полученных способом формования из пены, из Примеров 1 и 2, чем в образцах, полученных способом мокрой укладки, из Примера 3. В образцах, полученных способом мокрой укладки; слоистое распределение фракций мха Sphagnum и, соответственно, неравномерное распределение пор по размерам, по-видимому, привели к более низкой скорости роста в этом субстрате для выращивания растений. Неравномерное распределение пор по размеру влияет на вариации способности субстрата поглощать воду, что приводит к появлению в субстрате зон с высоким и низким содержанием воды. Соответственно, обнаружено, что равномерное распределение пор по размеру в полученной способом формования из пены конструкции субстрата для выращивания растений, содержащей мох Sphagnum, обеспечивает хорошее перемещение воды и питательных веществ во всем субстрате.
Пример 5
Исследования субстратов, выполненные на полученных способом Формования из пены посадочных брикетах, описанных в Примерах 1 и 2. и посадочных брикетах на основе минеральной ваты
Рассаду огурцов посадили и вырастили в теплице в посадочных брикетах из Примеров 1 и 2, полученных способом формования из пены. Брикеты содержали: (А) 100% мха Sphagnum, (В) 50 масс. % мха Sphagnum и 50 масс. % торфа. Посадочные брикеты на основе минеральной ваты использовали в качестве брикетов (С) сравнения. Результаты представлены ниже в Таблице 1.