|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Субстрат из искусственного стекловидного волокна (ИСВ) для выращивания растений, который содержит монолитный брусок, имеющий следующие свойства: (a) общий объем в диапазоне от 3 до 11 л; (b) первый слой ИСВ имеет плотность в диапазоне от 40 до 90 кг/м 3 ; (c) в контакте на поверхности раздела с первым слоем второй слой ИСВ имеет плотность в диапазоне от 35 до 85 кг/м 3 , которая ниже плотности ИСВ первого слоя; (d) ИСВ обоих слоев связывают посредством органического связующего средства, выбранного из не содержащих формальдегид связующих средств; е) первый слой ИСВ располагают над вторым слоем ИСВ. 2. Субстрат по п.1, где связующее средство входит в состав связывающей системы, содержащей связующее средство и увлажняющее средство. 3. Субстрат по п.2, где связывающая система содержит ионное поверхностно-активное вещество. 4. Субстрат по п.3, где поверхностно-активное вещество представляет собой анионное поверхностно-активное вещество, предпочтительно анионное поверхностно-активное вещество бензолсульфонат линейного алкила. 5. Субстрат по любому из предыдущих пунктов, где связующее средство представляет собой продукт реакции компонента поликарбоновой кислоты и компонента многоатомного спирта и/или амина предпочтительно в смеси с компонентом сахара и/или фенолом. 6. Субстрат по п.5, где связующее средство представляет собой продукт реакции поликарбоновой кислоты или ее ангидрида, амина, предпочтительно алканоламина, и сахара, предпочтительно восстанавливающего сахара. 7. Субстрат по любому из предыдущих пунктов, где плотность первого слоя находится в диапазоне от 50 до 80 кг/м 3 . 8. Субстрат по любому из предыдущих пунктов, где плотность второго слоя находится в диапазоне от 45 до 75 кг/м 3 . 9. Субстрат по любому из предыдущих пунктов, где толщина первого слоя меньше, чем толщина второго слоя. 10. Субстрат по любому из предыдущих пунктов, где субстрат дополнительно содержит непроницаемое для жидкости покрытие, окружающее первый и второй слои, покрытие имеет первое отверстие, расположенное на первой грани бруска смежно с первым слоем и предусмотренное для соединения первого слоя с содержащим растение блоком из искусственного стекловидного волокна. 11. Субстрат по п.10, где субстрат дополнительно содержит второе отверстие, предусмотренное на второй грани бруска смежно со вторым слоем. 12. Система для выращивания растений, которая содержит субстрат по любому одному из предшествующих пунктов и содержащий одно растение блок из искусственного стекловидного волокна в контакте с первым слоем.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Субстрат из искусственного стекловидного волокна (ИСВ) для выращивания растений, который содержит монолитный брусок, имеющий следующие свойства: (a) общий объем в диапазоне от 3 до 11 л; (b) первый слой ИСВ имеет плотность в диапазоне от 40 до 90 кг/м 3 ; (c) в контакте на поверхности раздела с первым слоем второй слой ИСВ имеет плотность в диапазоне от 35 до 85 кг/м 3 , которая ниже плотности ИСВ первого слоя; (d) ИСВ обоих слоев связывают посредством органического связующего средства, выбранного из не содержащих формальдегид связующих средств; е) первый слой ИСВ располагают над вторым слоем ИСВ. 2. Субстрат по п.1, где связующее средство входит в состав связывающей системы, содержащей связующее средство и увлажняющее средство. 3. Субстрат по п.2, где связывающая система содержит ионное поверхностно-активное вещество. 4. Субстрат по п.3, где поверхностно-активное вещество представляет собой анионное поверхностно-активное вещество, предпочтительно анионное поверхностно-активное вещество бензолсульфонат линейного алкила. 5. Субстрат по любому из предыдущих пунктов, где связующее средство представляет собой продукт реакции компонента поликарбоновой кислоты и компонента многоатомного спирта и/или амина предпочтительно в смеси с компонентом сахара и/или фенолом. 6. Субстрат по п.5, где связующее средство представляет собой продукт реакции поликарбоновой кислоты или ее ангидрида, амина, предпочтительно алканоламина, и сахара, предпочтительно восстанавливающего сахара. 7. Субстрат по любому из предыдущих пунктов, где плотность первого слоя находится в диапазоне от 50 до 80 кг/м 3 . 8. Субстрат по любому из предыдущих пунктов, где плотность второго слоя находится в диапазоне от 45 до 75 кг/м 3 . 9. Субстрат по любому из предыдущих пунктов, где толщина первого слоя меньше, чем толщина второго слоя. 10. Субстрат по любому из предыдущих пунктов, где субстрат дополнительно содержит непроницаемое для жидкости покрытие, окружающее первый и второй слои, покрытие имеет первое отверстие, расположенное на первой грани бруска смежно с первым слоем и предусмотренное для соединения первого слоя с содержащим растение блоком из искусственного стекловидного волокна. 11. Субстрат по п.10, где субстрат дополнительно содержит второе отверстие, предусмотренное на второй грани бруска смежно со вторым слоем. 12. Система для выращивания растений, которая содержит субстрат по любому одному из предшествующих пунктов и содержащий одно растение блок из искусственного стекловидного волокна в контакте с первым слоем.
Евразийское ои 027365 (13) В1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента (51) Int. Cl. A01G31/00 (2006.01)
2017.07.31
(21) Номер заявки 201491253
(22) Дата подачи заявки
2012.12.21
(54) СУБСТРАТ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ
(31) 11195448.3
(32) 2011.12.22
(33) EP
(43) 2014.09.30
(86) PCT/EP2012/076824
(87) WO 2013/093086 2013.06.27
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
РОКВУЛ ИНТЕРНЭШНЛ А/С (DK)
(72) Изобретатель:
Де Куббер Дан Луи, Янссен Франк Хендрикус Петер (NL)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
(56) JP-A-9271278
WO-A1-2008028923 EP-A1-1382642 WO-A1-2008009467 EP-A1-0403348
(57) В изобретении предоставлен субстрат для выращивания растений из искусственного стекловидного волокна (ИСВ). Субстрат имеет свойства, включающие объем от 3 до 20 л, два слоя различной плотности, и использование органического связующего средства, выбранного из не содержащих формальдегид связующих средств. Обнаружено, что субстрат обеспечивает превосходное управление содержанием воды и/или питательных веществ внутри субстрата, когда его используют для выращивания растений.
Область изобретения
Настоящее изобретение относится к выращиванию растений в искусственных субстратах. В частности, но не исключительно, настоящее изобретение относится к выращиванию растений в субстратах из минеральной шерсти.
Предпосылки изобретения
Известно, что растения можно выращивать в субстратах для выращивания из минеральной шерсти. Такие субстраты для выращивания типично предоставляют в виде сцепленной пробки, блока, бруска или листа/плиты, и обычно они содержат связующее средство, обычно органическое связующее средство, для того, чтобы обеспечивать структурную целостность продукта.
Типично, процессом выращивания растения управляют в два этапа: первым этапом управляет "про-пагатор", в котором растение выращивают из семени; и вторым этапом управляет "вьгоащивающий", во время которого растение содержат и собирают какой-либо урожай. Например, в случае растения томата пропагатор может растить индивидуальные семена томатов в цилиндрических пробках, которые имеют толщину порядка 25-30 мм и радиус приблизительно 20-30 мм после проращивания семян, пропагатор помещает пробку в кубический блок для того, чтобы сделать возможным дальнейшее выращивание корневой системы и растения. Затем за индивидуальным растением внутри блока ухаживают до наступления этапа, когда его можно передавать из пропагатора выращивающему.
Несмотря на то что типично только одно растение предусмотрено в каждом блоке, возможно предусмотреть множество растений в одном блоке. В некоторых примерах одно растение в блоке разделяют на два посредством разделения стебля во время ранней фазы выращивания, что ведет к двум растениям, совместно использующим одну корневую систему. В другой альтернативе множество растений можно прививать вместе и растить в одном блоке.
Использование отдельной пробки и блока в пропагаторе не является существенным для всех растений, но, например, в европейской патентной заявке ЕР2111746 описано, что это предоставляет множество преимуществ. В частности, маленький размер пробки делает возможным более равномерный полив растения на начальном этапе без насыщения его субстрата.
После их переноса из пропагатора выгоащивающий помещает множество блоков на одном бруске из минеральной шерсти для того, чтобы формировать систему для выращивания растений. Брусок из минеральной шерсти типично заключают в фольгу или другой непроницаемый для жидкости слой, за исключением отверстий на верхней поверхности для того, чтобы вмещать блоки с растениями и дренажного отверстия, предусмотренного на нижней поверхности.
Во время последующего выращивания растения воду и питательные вещества предоставляют с использованием капельниц, которые доставляют жидкость, содержащую воду и питательные вещества, в систему или непосредственно в блоки или в бруски. Воду и питательные вещества в блоках и брусках захватывают корни растений и соответственно растения растут. Вода и питательные вещества, которые не захватывает растение, или остаются в субстратной системе или дренируются через дренажное отверстие.
Желательно использовать воду и питательные вещества как можно эффективнее во время процесса выращивания. Это обусловлено как экономическими, так и экологическими причинами. В частности, питательные вещества являются дорогостоящими, а сточные воды, содержащие такие питательные вещества, сложно утилизировать из-за законодательства об охране окружающей среды. Желание избегать таких отходов совпадает с желанием улучшать условия выращивания растений и тем самым увеличивать урожай и качество плодов, получаемых от растений таким образом.
Использование самой минеральной шерсти предоставляет значительные преимущества в этом отношении по сравнению с традиционными способами выращивания в почве, но имеют место сохраняющееся требование дополнительно усовершенствовать эти характеристики. В частности, имеет место противоречащее желание получать больше и расходовать меньше в процессах выращивания растений. То есть желателен более высокий урожай с растений при одновременном снижении количества воды и/или питательных веществ, которые используют. На практике, существующие способы выращивания и/или субстраты налагают ограничения на оба этих аспекта.
Важные качества систем для выращивания растений в этом контексте включают их удерживание воды, повторное насыщение и распределение воды/питательных веществ. Удерживание воды отражает количество воды, которое может быть удержано системой, а распределение воды отражает местоположение воды и питательных веществ внутри бруска, которые присутствуют. Повторное насыщение относится к склонности нового добавленного жидкого раствора прибавляться к уровням воды и питательных веществ в субстрате вместо того, чтобы замещать существующий раствор или утекать.
Конкретные причины, которые влияют на удерживание воды, распределение воды и повторное насыщение, включают эффект силы притяжения, которая смещает воду вниз и, таким образом, в направлении дренажного отверстия, и капиллярные эффекты, которые могут заставлять воду подниматься вверх. На практике, бруски типично предоставлены под небольшим наклоном, с дренажным отверстием, расположенным на нижнем конце нижней поверхности, что помогает гарантировать, что сила притяжения смещает воду в направлении дренажного отверстия. В дополнение к силе притяжения и капиллярным
эффектам, следует учитывать сопротивление среды потоку, которое имеет эффект предотвращения прохождения воды через брусок из капельниц к дренажному отверстию. В общем, если оптимизации подлежит развитие корня и растения, то необходимо гарантировать, что оптимальные условия найдены в области субстрата, в котором растут корни.
Как ожидают, плохое удерживание воды ведет к потере воды и, таким образом, уходу в сточные воды, через дренажное отверстие. Распределение воды также является важным, поскольку необходимо, чтобы вода внутри бруска достигала корней растений. Например, когда растение должно быть в последнее время помещено на брусок, корни будут распространяться только по верхним областям бруска. Таким образом, если большинство воды стекает в нижнюю часть бруска из-за эффектов силы притяжения, то растение может не получать достаточно воды и/или питательных веществ. В частности, для того чтобы гарантировать, что корни растений в верхней области бруска достаточно снабжают водой, может быть необходимо, чтобы выращивающий предоставлял избыток воды в брусок с тем, чтобы нижние области содержали больше воды, чем требуется, что ведет к более высоким потерям через дренажное отверстие и дополнительным расходам. Чрезмерные уровни воды также могут увеличивать риск выращивания грибов, которые могут повреждать растения.
Пример сложностей, которые возникают из-за нарушения равновесия в концентрации воды, возникает в результате сезонных вариаций. Когда лето переходит в осень, дни становятся короче и количество солнечного света, предоставляемого системам для выращивания растений, снижается. Как результат, уровень испарения воды из системы также снижается. Следовательно, желательно предоставлять меньше воды в системе для выращивания растений, поскольку ослабевает требование по возмещению испаренной воды. Однако, поскольку вода склонна стекать в нижнюю часть бруска, уменьшение воды, предоставляемой системе, ведет к риску высыхания верхней части бруска. Чтобы избежать этого риска, часто предоставляют излишнюю воду, которая идет в отходы. Эти условия возникают, в частности, зимой или ранней весной и часто особенно остры, когда растение/блоки изначально помещают на бруски. На этом этапе важно достаточно увлажнять верхнюю часть бруска, чтобы начался рост корней растений внутри бруска, но это часто может вести к значительной потере неиспользуемой воды и/или питательных веществ в нижней части бруска, которая может быть потеряна, например, через дренажное отверстие.
Другой фактор выращивания растений состоит в удерживании и распределении питательных веществ. Несмотря на то что питательные вещества типично вводят с водой, они не обязательно будут распределяться и удерживаться в бруске аналогичным образом. Питательные вещества типично содержит растворенные соли, содержащие азот, фосфор, калий, кальций, магний и схожие элементы. Питательные вещества растворяют в воде и на их движение через брусок влияют такие процессы, как адвекция, диспергирование и диффузия. Адвекция представляет собой движение питательных веществ с потоком воды через брусок, диспергирование представляет собой смешивание питательных веществ, которое происходит по мере того, как они проходят через сложные пористые структуры в бруске, а диффузия относится к случайному движению частиц внутри бруска и статистической тенденции, которая должна снижать градиенты концентрации.
Как и в случае самой воды, важно, чтобы питательные вещества достигали корней растений. Если питательные вещества плохо распределены или теряются из бруска, то избыток питательных веществ может требоваться в бруске в целом, чтобы растение получало питательные вещества, которые ему необходимы. Конечно, это является потерей питательных веществ.
Другим вопросом, который играет определенную роль в выращивание растений на искусственных субстратах, является эффективность возобновления питательных веществ. Это относится к тому, будет ли введение нового раствора питательных веществ вымывать существующие питательные вещества в бруске. В некоторых случаях может быть желательно менять концентрацию питательных веществ внутри бруска во время процесса выращивания. Способность к этому зависит от того, могут ли существующие питательные вещества быть эффективно заменены во всем бруске или, по меньшей мере, в области бруска, в которой происходит выращивание корней. Кроме того, в некоторых примерах накопление питательных веществ, если они не замещаются, может достигать уровней, которые могут вызывать дегидратацию или, по меньшей мере, неидеальны для выращивания растений.
Проблемы, идентифицированные выше, относятся, по меньшей мере, частично к собственным свойствам бруска. Однако возникают дополнительные сложности и расхождения в силу действий самих растений. В частности, корневые системы растений не забирают воду или питательные вещества из брусков единообразно. Эта сложность, в частности, выражена, когда множество блоков предусмотрено в каждой системе для выращивания растений. Например, различные растения в системе, вероятно, развиваются по-разному и имеют различные требования. Это увеличивает сложность обеспечения каждого растения правильным содержанием воды и питательных веществ.
Предприняты попытки усовершенствовать некоторые аспекты систем для выращивания растений, которые указаны выше. Например, в международной патентной заявке WO 2007/129202 описана гидрофильная отверждаемая водная композиция для использования в субстрате для выращивания растений, где указанную отверждаемую водную композицию формируют в процессе, включающем объединение следующих компонентов: гидроксисодержащий полимер, мультифункциональное сшивающее средство,
которое представляет собой по меньшей мере одно, выбранное из группы, состоящей из поликислоты, ее соли(ей) и ангидрида, и гидрофильного модификатора; где отношение (а):(Ь) составляет от 95:5 приблизительно до 35:65. Гидрофильный модификатор может представлять собой сахароспирт, моносахарид, дисахарид или олигосахарид. Приведенные примеры включают глицерин, сорбит, глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, лактозу, глюкозный сироп и фруктозный сироп. Указано, что эта композиция предоставляет преимущества над использованием фенолформальдегидных смол в качестве связующих средств в субстратах из минеральной шерсти посредством улучшения гидрофильности и, таким образом, удерживания воды субстратом. Примеры не содержащих формальдегид связующих средств также описаны в международной патентной заявке WO 2008/028923 и европейской патентной заявке ЕР1047645.
WO 2008/009467 представляет собой другой документ, в котором описан субстрат, который дает превосходные свойства удерживания воды из-за усовершенствованной системы связующих средств. В этом документе ионное поверхностно-активное вещество используют в качестве увлажняющего средства в системе связующих средств. Указано, что его преимуществами являются особенная эффективность в субстратах, которые имеют высоту по меньшей мере 53 мм. Другой известный субстрат для выращивания растений продается под торговым названием "GroTop Master" подразделением Grodan компании Rockwool BV. Этот субстрат поддерживает множество блоков на одном бруске, брусок типично имеет высоту 75 мм и содержит слои различной плотности, разработанные для того, чтобы усовершенствовать распределение воды по высоте бруска.
Несмотря на эти усилия, сохраняется требование усовершенствовать распределение и удерживание воды и питательных веществ в бруске для того, чтобы сделать возможной более высокую производственную эффективность и экономическую эффективность способов выращивания растений и, тем самым, гарантировать более устойчивый способ выращивания. Существующие способы часто ведут к потере и/или чрезмерной подаче воды и/или питательных веществ из-за сложностей с управлением распределением и удерживанием подаваемого раствора в бруске таким образом, чтобы отвечать требованиям к выращиванию растений.
Сущность изобретения
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предоставлен субстрат из искусственного стекловидного волокна (ИСВ) для выращивания растений, который содержит сцепленный брусок, который имеет следующие свойства:
(a) общий объем в диапазоне от 3 до 20 л;
(b) первый слой ИСВ имеет плотность в диапазоне от 40 до 90 кг/м3;
(c) в контакте на поверхности раздела с первым слоем, второй слой ИСВ, который имеет плотность в диапазоне 35 до 85 кг/м3, которая ниже чем плотность ИСВ первого слоя;
(d) ИСВ обоих слоев связывают посредством органического связующего средства, выбранного из не содержащих формальдегид связующих средств.
Настоящее изобретение может обеспечивать брусок предпочтительного общего объема, который объединяет не содержащее формальдегид связующее средство с различными плотностями в первом и втором слоях. Обнаружено, что эта комбинация обеспечивает заметное усовершенствование распределения и удерживания воды и питательных веществ в бруске. Например, предпочтительно при использовании более плотный первый слой ИСВ располагать над вторым, менее плотным слоем ИСВ. В сочетании с размерами бруска и не содержащим формальдегид связующим средством достигают значительного усовершенствования удерживания воды в верхнем слое, тем самым помогая избегать обстоятельств, в которых нижняя часть бруска становится переувлажненной, тогда как верхняя часть, в которой находится большинство корней растений, слишком сухой.
Преимущества этого усовершенствованного распределения воды являются особенно значительными во время раннего этапа, когда содержащий растение блок вновь помещают на брусок. В этот момент важно, чтобы первый слой содержал достаточно воды и питательных веществ, чтобы гарантировать хорошее укоренение внутри бруска. Это делает возможным положительное развитие корней, чтобы гарантировать оптимальное и здоровое выращивание растений. Полезно не только то, что брусок по настоящему изобретению позволяет предоставлять достаточно воды и питательных вещество, но также позволяет строго управлять уровнем воды и питательных веществ вблизи от корней. Это может помогать избегать обстоятельств, в которых растение чрезмерно обеспечивают водой и/или питательными веществами, что может, например, снижать скорость выращивания скорость выращивания плодов и/или овощей, если растение входит в вегетативное состояние вместо генеративного.
Размер бруска также делает возможным более эффективное управление уровнями воды и питательных веществ по сравнению со стандартными, более крупными брусками в отличие от предыдущих брусков, которые типично разработаны для того, чтобы вмещать множество содержащих растения блоков на верхней поверхности, брусок по настоящему изобретению в предпочтительных вариантах осуществления устроен для использования с содержащим одно растение блоком. Таким образом, водой и питательными веществами, предоставляемыми индивидуальному растению, или растениям из индивидуального блока, можно строго управлять. Настоящее изобретение также может избегать неоднородности условий выращивания растений, которые могут возникать между растениями, растущими в различных блоках, по
причине или асимметричного выращивания и, таким образом, накопления воды/питательных веществ растениями из различных блоков или собственного смещения в направлении одного конца бруска, которое происходит, поскольку бруски обычно располагают под небольшим наклоном, с дренажным отверстием, расположенным в самой низкой точке. Настоящее изобретение, таким образом, позволяет оптимизировать уровень воды и питательных веществ, предоставляемый растениям, в частности делает возможными точную разработку оросительных стратегий, которые направляют растение между генеративным и вегетативным выращиванием.
Искусственное стекловидное волокно (ИСВ) по настоящему изобретению может представлять собой стекловолокно, минеральную шерсть или огнеупорные керамические волокна. В предпочтительных вариантах осуществления ИСВ представляет собой минеральную шерсть.
В предпочтительных вариантах осуществления связующее средство содержится в гидрофильной связывающей системе. Связывающая система может содержать связующее средство и увлажняющее средство или может содержать только связующее средство. Обеспечивая гидрофильность связывающей системы, свойства удерживания воды в бруске можно усовершенствовать по отношению к связывающим системам, которые являются негидрофильными или гидрофобными.
Предпочтительно связующее средство содержит продукт реакции компонента поликарбоновой кислоты и компонента многоатомного спирта и/или амина, предпочтительно в смеси с компонентом сахара и/или фенолом. Более предпочтительно связующее средство представляет собой продукт реакции поли-карбоновой кислоты или ее ангидрида, амина, предпочтительно алканоламина, и сахара, предпочтительно восстанавливающего сахара. Обнаружено, что эти связующие средства предоставляют особенно благоприятные свойства в ИСВ брусках.
Увлажняющее средство может представлять собой неионное поверхностно-активное средство, но предпочтительно содержит ионное поверхностно-активное вещество, распределенное в одном или обоих указанных слоях. Предпочтительно поверхностно-активное вещество представляет собой анионное поверхностно-активное вещество, предпочтительно сульфонатное поверхностно-активное вещество, предпочтительно бензолсульфонат линейного алкила (LABS). Обнаружено, что эти предпочтительные увлажняющие средства предоставляют положительные эффекты, в частности повышают гидрофильность системы связующих средств.
По меньшей мере один, и предпочтительно оба, из слоев, идут по всей плоскости бруска. Таким образом, слои могут иметь равные размеры в плоскости. Однако толщина слоев может варьировать.
Предпочтительно указанный первый слой имеет толщину в диапазоне от 25 до 50 мм, указанный второй слой имеет толщину в диапазоне от 50 до 100 мм, а общая толщина бруска находится в диапазоне от 75 до 150 мм.
Плотность первого слоя находится в диапазоне от 40 до 90 кг/м3 и предпочтительно в диапазоне от 50 до 85 кг/м3. В предпочтительном варианте осуществления плотность первого слоя составляет 70 кг/м3. Плотность второго слоя находится в диапазоне 35 до 80 кг/м3 и предпочтительно в диапазоне 45 до 75 кг/м3. В предпочтительном варианте осуществления плотность второго слоя составляет 50 кг/м3. Обнаружено, что эти плотности предоставляют хорошие свойства для выращивания растений, включая удерживание воды и питательных веществ.
Плотность второго слоя меньше, чем плотность первого слоя. Предпочтительно плотность второго слоя по меньшей мере на 5 кг/м3 меньше плотности первого слоя, более предпочтительно по меньшей мере на 10 кг/м3 и наиболее предпочтительно приблизительно на 20 кг/м3. Это отличие между плотностями слоев помогает гарантировать соответствующее распределение воды и питательных веществ через брусок и, в частности, может помогать избегать нахождения чрезмерной пропорции воды и/или питательных веществ во втором слое.
В предпочтительных вариантах осуществления толщина первого слоя меньше, чем толщина второго слоя. В предпочтительных вариантах осуществления отношение толщины первого слоя к толщине второго слоя находится в диапазоне 1:(1-3), предпочтительно 1:(1,2-2,5), более предпочтительно 1:(1,2-1,8). Например, толщина первого слоя может составлять половину толщины второго слоя или больше. Обнаружено, что предпочтительные относительные толщины первого и второго слоев обеспечивают строгое управление удерживанием воды и питательных веществ на всем протяжении субстрата.
В предпочтительных вариантах осуществления преобладающая ориентация волокон первого и второго слоев является горизонтальной. В этом контексте горизонтальный обозначает параллельный контакту на поверхности раздела между первым и вторым слоями. В другом предпочтительном варианте осуществления преобладающая ориентация волокон одного или обоих из первого и второго слоев является вертикальной (т.е. перпендикулярной контакту на поверхности раздела). Например, в особенно предпочтительном варианте осуществления преобладающая ориентация волокон первого слоя является вертикальной, тогда как преобладающая ориентация волокон второго слоя является горизонтальной. В альтернативном варианте осуществления преобладающая ориентация волокон первого слоя может быть горизонтальной, тогда как преобладающая ориентация волокон второго слоя является вертикальной. Ориентации волокон могут влиять на скорость потока жидкости через брусок. Например, горизонтальные ориентации волокон могут снижать скорость потока жидкости через брусок и имеют результирую
щий положительный эффект, оказываемый на количество жидкости, которое утекает.
В предпочтительных вариантах осуществления субстрат дополнительно содержит непроницаемое для жидкости покрытие, окружающее два слоя. Непроницаемое для жидкости покрытие может иметь одно или несколько отверстий. Предпочтительно первое отверстие располагают на первой грани бруска смежно с первым слоем, и оно предусмотрено для соединения первого слоя с содержащим растение ИСВ блоком. В предпочтительных вариантах осуществления одно и только одно отверстие расположено смежно с первым слоем. Соответственно только один ИСВ блок используют в сочетании с субстратом. Это делает возможным более строгое управление условиями выращивания растений, чем возможно, когда используют множество блоков с одним субстратом.
Второе отверстие предпочтительно предусмотрено на второй грани бруска смежно со вторым слоем. Второе отверстие может быть предусмотрено в качестве дренажного отверстия для того, чтобы удалять нежелательной или избыточной жидкостью из бруска. Вторая грань бруска может представлять собой противоположную грань относительно первой грани. Непроницаемое для жидкости покрытие гарантирует, что содержание жидкости в бруске будет сдержано, при этом отверстия позволяют предоставлять и дренировать жидкость при необходимости.
Первое отверстие предпочтительно представляет собой отверстие в основной поверхности бруска. Кроме того, отверстие предпочтительно имеет размер (50-250)х(50-250) мм. Размер отверстия выбирают в соответствии с размером блока, который оно должно вмещать. Отверстие можно формировать любым подходящим образом, например посредством u-образного выреза через непроницаемое для жидкости покрытие, оставляя откидной клапан.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предусмотрена система для выращивания растений, которая содержит субстрат по любому одному из предшествующих пунктов и содержащий одно растение блок из искусственного стекловидного волокна в контакте с первым слоем. Система содержит один и только один содержащий растение блок, тем самым позволяя точно управлять условиями выращивания растений для индивидуальных растений.
Краткое описание чертежей
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения далее описаны со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
на фиг. 1 проиллюстрирован брусок, используемый для выращивания растений в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2 проиллюстрирована система для выращивания растений, которая содержит блок вместе с бруском с фиг. 1;
на фиг. 3 проиллюстрирован блок с фиг. 2 вместе с пробкой и растением;
на фиг. 4 проиллюстрировано оросительное устройство в месте рядом с системой для выращивания растений с фиг. 2;
на фиг. 5 проиллюстрировано местоположение детекторов воды и питательных веществ в системе для выращивания растений с фиг. 2;
на фиг. 6 схематически представлена система управления выращиванием растений, которая содержит множество систем для выращивания растений с фиг. 2;
на фиг. 7А проиллюстрирована динамика желаемого уровня воды в бруске при стандартной оросительной стратегии;
на фиг. 7В проиллюстрирована динамика желаемого уровня воды в бруске при оросительной стратегии в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 8А проиллюстрирован объем воды и раствора питательных веществ, подаваемых в группу из девяти систем для выращивания растений ежедневно в ходе новой оросительной стратегии в соответствии с настоящим изобретением и стандартной оросительной стратегии;
на фиг. 8В проиллюстрирован аккумулированный ежедневный дренаж группы из девяти систем для выращивания растений в ходе новой оросительной стратегии в соответствии с настоящим изобретением и стандартной оросительной стратегии;
на фиг. 8С проиллюстрировано множество сеансов капельного полива каждый день и объем воды и раствора питательных веществ, подаваемый во время каждого сеанса капельного полива для новой оросительной стратегии в соответствии с настоящим изобретением и стандартной оросительной стратегии;
на фиг. 8D приведена таблица, в которую сведены результаты с фиг. 8А-8С;
на фиг. 9 проиллюстрирован достигаемый уровень содержания воды в субстрате для выращивания растений в течение длительного исследования;
на фиг. 10А проиллюстрирована система известного уровня техники для выращивания растений;
на фиг. 10В проиллюстрирован предпочтительный вариант осуществления системы для выращивания растений в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 11 представлена вариация измеряемого содержания воды и электрической проводимости для предпочтительного варианта осуществления на фиг. 10В и известного уровня техники на фиг. 10А в условиях предпочтительной и стандартной оросительных стратегий;
на фиг. 12 представлено сравнение достигаемого урожая красных плодов для предпочтительного
варианта осуществления на фиг. 10В и известного уровня техники на фиг. 10А как для предпочтительной, так и для стандартной оросительных стратегий;
на фиг. 13А проиллюстрирована общая производительность в течение длительного исследования для предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения по сравнению с субстратом с использованием альтернативного связующего средства и субстрата для выращивания растений известного уровня техники;
на фиг. 13В проиллюстрированы результаты, приведенные на фиг. 13А, с использованием производительности субстрата для выращивания растений известного уровня техники в качестве базовой фигуры;
на фиг. 14 сравнивают скорость изменения уровня ЭП бруска для предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения и подхода известного уровня техники, когда посредством орошения вводят раствор, имеющий отличающийся уровень ЭП относительно того, который изначально имеет место в бруске;
на фиг. 15А проиллюстрирован уровень ЭП в различных точка бруска, когда блок располагают около дренажного отверстия;
на фиг. 15В проиллюстрирован уровень ЭП в различных точках бруска, когда блок располагают вдали от дренажного отверстия.
Подробное описание
Со ссылкой на фиг. 1 представлен брусок 1 из минеральной шерсти, который имеет первый слой с первой плотностью, расположенный на втором слое со второй плотностью. Брусок 1 имеет объем 6,8 л, несмотря на то, что в более общем смысле объем может быть в диапазоне от 3 до 20 л, более предпочтительно в диапазоне от 5 до 15 л и наиболее предпочтительно в диапазоне от 5 до 11 л. Некоторые варианты осуществления содержат брусок объемом в диапазоне от 6 до 8 л. В других вариантах осуществления объем может находиться в диапазоне от 3 до 15 л или, например, от 3 до 10 л. Альтернативный предпочтительный вариант осуществления содержит брусок, который имеет объем 9 л.
Высота h бруска 1 на фиг. 1 составляет 100 мм несмотря на то, что в более общем смысле она может составлять между 75 и 150 мм и более предпочтительно между 85 и 125 мм. Ширина w бруска 1 составляет 150 мм несмотря на то, что она может в более общем смысле находиться в диапазоне, например, от 100 до 300 мм. Длина 1 бруска 1 составляет 450 мм, несмотря на то, что это значение также может варьировать, и может, например, находиться в диапазоне от 200 до 800 мм или предпочтительно в диапазоне от 250 до 600 мм. Конкретный предпочтительный вариант осуществления содержит брусок 1, который имеет высоту h 100 мм, ширину w 150 мм и длину 1600 мм.
В предпочтительном варианте осуществления, представленном на фиг. 1, первый слой имеет высоту а 40 мм и плотность 70 кг/м3, тогда как второй слой имеет высоту Ь 60 мм и плотность 50 кг/м3. Также, в другом предпочтительном варианте осуществления можно выбирать другие значения этих параметров. Например, высота а первого слоя может находиться в диапазоне от 25 до 50 мм, тогда как высота нижнего слоя может находиться в диапазоне от 50 до 100 мм. Аналогичным образом, плотность верхнего слоя предпочтительно находится в диапазоне от 40 до 90 кг/м3, более предпочтительно от 50 до 80 кг/м3, тогда как плотность нижнего слоя предпочтительно находится в диапазоне от 35 до 85 кг/м3, более предпочтительно от 45 до 75 кг/м3.
Также как и в варианте осуществления, представленном на фиг. 1, предпочтительно высота нижнего слоя больше высоты верхнего слоя. Например, отношения между высотами верхнего и нижнего слоев могут составлять 1:(1-3) или предпочтительно 1:(1,2-2,5). Более предпочтительно это отношение составляет 1:(1,2-1,8).
Обнаружено, что использование двух различных плотностей в бруске предпочтительного варианта осуществления, вместе с его относительно маленьким размером, помогает удерживанию воды и питательных веществ, а также гарантирует, что они распределены по существу единообразно на всем протяжении бруска.
Это можно видеть, например, ниже в таблице. В таблице проиллюстрировано поведение различных брусков, имеющих размеры 450x150x100 мм и содержащих два слоя различной плотности, как описано выше. Брусок 1 в колонке А имеет верхний слой высотой 30 мм и нижний слой высотой 70 мм; брусок 1 в колонке В имеет верхний слой высотой 40 мм и нижний слой высотой 60 мм и брусок 1 в колонке С имеет верхний и нижний слои высотой по 50 мм.
Колонка А
Колонка В
Колонка С
Повторное насыщение (%) (начало=60%)
Однородность СВ внутри (%)
Время реакции ЭП
5,0-3,22,5-2,1
5, 0-2,92,7-2,1
5,0-3,32,7-2,3
Эффективность орошения (%)
100
100
100
Анализировали различные свойства каждого бруска, включая однородность содержания воды (однородность уровня СВ) и реакцию, когда вызывали изменение ЭП (время реакции ЭП). Обнаружено, что бруски в колонках А и В демонстрировали усовершенствованное время реакции ЭП, тогда как усовершенствованную однородность СВ наблюдали для брусков в колонках В и С. С учетом желания точно управлять содержанием питательных веществ (т.е. усовершенствованное время реакции ЭП) и однородным СВ, брусок из колонки В считали оптимальны среди приведенных примеров. Отношение между высотами верхнего и нижнего слоев 1:1,5, продемонстрированное этим бруском, попадает в предпочтительный диапазон 1:(1,2-1,8).
Время реакции ЭП в таблице измеряют следующим образом. Сначала бруски насыщают при 60% содержании воды и ЭП, равной 5. Затем бруски орошают циклами с использованием 264 мл раствора ЭП2 за цикл на брусок. ЭП внутри бруска измеряют после 0, 9, 17 и 32 циклов. Соответственно в случае колонки А, например, результаты представляют собой следующее: выполнено 0 циклов - ЭП 5; выполнено 9 циклов - ЭП 3,2; выполнено 17 циклов - ЭП 2,5 и выполнено 32 цикла - ЭП 2,1.
Далее, со ссылкой на фиг. 2, брусок 1 показан с блоком 2, расположенным на его верхней поверхности. Брусок 1 дополнительно содержит непроницаемое для жидкости покрытие около минеральной шерсти, покрытие имеет два отверстия. Во-первых, имеет место отверстие на верхней поверхности для того, чтобы сделать возможным контакт между минеральной шерстью бруска 1 и блоком 2. Во-вторых, имеет место отверстие на нижней поверхности, которая выполняет функцию дренажного отверстия 3.
Как можно видеть на фиг. 2, брусок 1 связан с только одним блоком 2 для того, чтобы вмещать растения. Таким образом, средой одного растения или растений в одном блоке 2 можно непосредственно управлять более эффективно. Это отличается от предыдущих систем, в которых множество блоков 2 предусмотрено на каждом бруске 1. В частности, это позволяет избежать взаимного влияния растениями из различных блоков 2 и последующего несоответствия подачи воды или питательных веществ таким растениям.
Тогда как блок 2 предусмотрен на верхней поверхности бруска 1, дренажное отверстие 3 предусмотрено на или смежно с краем нижней поверхности бруска 1. Положение блока 2, как измеряют относительно его центральной точки, предпочтительно смещено относительно центральной точки дренажного отверстия 3 на расстояние х вдоль длины бруска 1. Расстояние х предпочтительно составляет больше чем 50% длины 1 бруска 1, более предпочтительно больше чем 60% этой длины и может быть больше чем 70% этой длины, несмотря на то, что наиболее предпочтительно оно составляет между 65 и 70%. В конкретном предпочтительном варианте осуществления, представленном на фиг. 2, блок 2 смещен относительно положения дренажного отверстия 3 приблизительно на 66,7% длины бруска. В частности, длина 1 бруска 1 составляет 450 мм, а блок 2 размещен на расстоянии 300 мм от конца бруска 1, на котором расположено дренажное отверстие 3. Увеличивая расстояние между блоком 2 и дренажным отверстием 3, увеличивают длину пути раствора содержащего воду и питательные вещества, подаваемых в или смежно с блоком. Обнаружено, что это обеспечивает преимущество в отношении эффективности возобновления питательных веществ бруска 1.
Блок 2 и брусок 1 предпочтительно формируют из одного и того же или схожего материала. Таким образом, приведенное ниже описание, касающееся материала бруска 1, можно в равной мере применять к блоку 2. В частности, блок 2 может содержать каменную вату и связующие средства и/или увлажняющие средства, описанные ниже. В предпочтительном варианте осуществления блок 2 имеет объем 1200 мл. В более общем смысле блок может иметь объем в диапазоне от 50 до 5000 мл, более предпочтительно от 100 до 3500 мл, более предпочтительно от 250 до 2500 мл и наиболее предпочтительно от 100 до 2000 мл. Общий объем комбинации бруска 1 и блока 2 предпочтительно находится в диапазоне от 6 до
13 л.
Размеры блока можно выбирать в зависимости от растения, подлежащего выращиванию. Например, предпочтительная длина и ширина блока для растений перца или огурца составляет 10 см. Для растений томатов длина возрастает до 15 см. Высота блоков предпочтительно находится в диапазоне от 7 до 12 см, и более предпочтительно в диапазоне от 8 до 10 см.
Следовательно, предпочтительные размеры для перца и огурца находятся в диапазоне от 10x10x7 см до 10x10x12 см, и более предпочтительно от 10x10x8 см до 10x10x10 см. В отношении объема, следовательно, предпочтительный диапазон составляет от 0,7 до 1,2 л, более предпочтительно от 0,8 до 1 л для растений огурца и перца. Для растений томата предпочтительные размеры находятся в диапазоне ль 10x15x7 см до 10x5x12 см, и более предпочтительно от 10x15x8 до 10x15x10 см. В отношении объема, следовательно, предпочтительный диапазон составляет от 1,05 до 1,8 л, более предпочтительно от 1,2 до 1,5 л для растений томата. Следовательно, общий диапазон объемов для этих культур составляет предпочтительно от 0,7 до 1,8 л и более предпочтительно от 0,8 до 1,5 л.
Плотность блока 2 предпочтительно находится в диапазоне от 30 до 150 кг/м3, более предпочтительно в диапазоне от 40 до 120 кг/м3 и наиболее предпочтительно в диапазоне от 50 до 100 кг/м3. Высота блока 2 предпочтительно находится в диапазоне от 50 до 160 мм, более предпочтительно в диапазоне от 60 до 125 мм и наиболее предпочтительно в диапазоне от 80 до 100 мм. Длина и ширина блока 2 может независимо варьировать в диапазоне от 50 до 250 мм, предпочтительно в диапазоне от 60 до 200 мм и наиболее предпочтительно в диапазоне от 70 до 150 мм. Обнаружено, что эти размеры и плотности эффективны для использования в системах для выращивания растений.
На фиг. 3 проиллюстрировано растение 5 в положении внутри пробки 4, расположенной внутри блока 2, такого как это показано на фиг. 2. Подобно блоку 2 пробку 4 типично формируют из минеральной шерсти с использованием связующего средства и/или увлажняющего средства, как описано ниже в контексте бруска 1. Пробка 4 предпочтительно является цилиндрической и имеет диаметр от 20 до 50 мм, предпочтительно от 20 до 40 мм, и высоту от 20 до 50 мм, предпочтительно от 25 до 35 мм.
Каждый блок 2 может в предпочтительном варианте осуществления содержать одно растение 5. Однако возможно что множество растений 5 может быть предусмотрено для каждого блока 2, или посредством предоставления множества пробок 4, каждая содержит одно растение 5, или предоставления множества растений в одной пробке 4. В другом предпочтительном варианте осуществления одно растение делят на два посредством расщепления стебля растения на раннем этапе выращивания.
В некоторых вариантах осуществления пробка 4 не предусмотрена, и семя помещают непосредственно внутри отверстия в блоке, из которого растение 5 впоследствии вырастает. Примером растения, для которого применяют этот подход, является огурец.
Предпочтительно растение 5 представляет собой плодовое или овощное растение, такое как растение томата или тому подобное. В другом предпочтительном варианте осуществления растением является растение огурца, баклажана или сладкого перца. Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения могут увеличивать выход плодов или овощей с растения, а также могут увеличивать качество этих плодов или овощей.
Как указано выше, брусок 1 представляет собой брусок из минеральной шерсти. Используемые минеральные волокна могут представлять собой какие-либо искусственные стекловидные волокна (ИСВ), такие как стеклянные волокна, керамические волокна, базальтовые волокна, шлаковая шерсть, каменная вата и другие, но обычно представляют собой волокна каменной ваты. Каменная вата обычно имеет содержание оксида железа по меньшей мере 3% и содержание щелочноземельных металлов (оксид кальция и оксид магния) от 10 до 40%, наряду с другими обычными оксидными составляющими минеральной шерсти. Они представляют собой диоксид кремния; оксид алюминия; щелочные металлы (оксид натрия и оксид калия), которые обычно присутствуют в малых количествах; и также могут содержать оксид титана и другие второстепенные оксиды. В целом продукт можно формировать из искусственного стекловидного волокна любого типа, который стандартно известен для получения субстратов для выращивания.
Минеральную шерсть типично связывают с помощью связывающей системы, которая содержит композицию связующих средств и дополнительно увлажняющее средство. В предпочтительном варианте осуществления брусок содержит минеральную шерсть, связанную с помощью композиции связующих средств, которая, перед отверждением, содержит: а) компонент сахара, и b) продукт реакции компонента поликарбоновой кислоты и алканоламиного компонента, где композиция связующих средств перед отверждением содержит по меньшей мере 42 мас.% компонента сахара на основе общей массы (сухого вещества) компонентов связующих средств.
Эту композицию содержит минеральная шерсть, которую следует использовать для бруска 1 и затем отверждать, чтобы в бруске, представленном на фиг. 1, композиция отвердевала и, таким образом, компоненты вступали в реакцию. Таким образом, брусок содержит отвержденное связующее средство, получаемое посредством отверждения определенной композиции связующих средств, содержащей компоненты (а) и (b) и компоненты композиции связующих средств, рассмотренные ниже в отношении композиции перед отверждением.
Компонент сахара (а), используемый в соответствии с настоящим изобретением, предпочтительно выбирают из сахарозы и восстанавливающих сахаров или их смесей.
Восстанавливающий сахар представляет собой какой-либо сахар, который, в растворе, имеет альдегидную или кетонную группу, которая позволяет сахару действовать в качестве восстанавливающего
средства. В соответствии с настоящим изобретением, восстанавливающие сахара могут присутствовать в неотвержденной композиции связующих средств сами по себе или в виде углеводного соединения, которое дает один или несколько восстанавливающих сахаров in situ в условиях термического отверждения. Сахар или углеводное соединение может представлять собой моносахарид в его альдозной или кетозной форме, дисахарид, триозу, тетрозу, пентозу, гексозу или гептозу; или ди-, олиго- или полисахарид; или их сочетания. Конкретные примеры представляют собой глюкозу (т.е. декстрозу), гидролизаты крахмала, такие как кукурузный сироп, арабинозу, ксилозу, рибозу, галактозу, маннозу, фруктозу, мальтозу, лактозу и инвертированный сахар.
Компонент (b) по существу содержит продукт реакции компонента поликарбоновой кислоты и ал-каноламиного компонента.
Предпочтительно алканоламинный компонент выбирают из диэтаноламина, триэтаноламина, дии-зопропаноламина, триизопропаноламина, метилдиэтаноламина, этилдиэтаноламина, н-бутилдиэтаноламина, метилдиизопропаноламина, этил-изопропаноламина, этилдиизопропаноламина, 3-амино-1,2-пропандиола, 2-амино-1,3-пропандиола и трис-(гидроксиметил)аминометана. Наиболее предпочтительным алканоламинным компонентом является диэтаноламин.
В композиции связующих средств, которую используют в продуктах по изобретению, предпочтительно иметь продукт реакции (b). Однако на практике обычно также имеет место некоторое количество не вступившего в реакцию алканоламинного компонента, присутствующего в неотвержденной композиции связующих средств.
Компонент поликарбоновой кислоты обычно выбирают из дикарбоновых, трикарбоновых, тетра-карбоновых, пентакарбоновых и т.п. поликарбоновых кислот и их ангидридов, солей и сочетаний.
Предпочтительные компоненты поликарбоновых кислот, используемые в качестве исходных материалов для проведения реакций с другими компонентами связующих средств, представляют собой кар-боновые ангидриды.
В композиции связующих средств, которую используют в продуктах по изобретению, предпочтительно иметь продукт реакции (b). Однако на практике обычно также имеет место некоторое количество не вступившего в реакцию компонента поликарбоновой кислоты, присутствующего в неотвержденной композиции связующих средств.
Для того чтобы улучшать водорастворимость и разводимость связующего средства, основание можно добавлять вплоть до рН приблизительно 8, предпочтительно рН между приблизительно 5 и 8 и более предпочтительно рН приблизительно 6. Кроме того, добавление основания вызовет, по меньшей мере, частичную нейтрализацию не вступивших в реакцию кислот и сопутствующее уменьшение коррозионной активности. Обычно, основание добавляют в количестве, достаточном для того, чтобы достичь желаемой водорастворимости или разводимости. Основание предпочтительно выбирают из летучих оснований, которые испаряются при температуре отверждения или ниже нее, и, таким образом, не влияют на отверждение. Конкретные примеры подходящих оснований представляют собой аммиак (NH3) и органические амины, такие как диэтаноламин (DEA) и триэтаноламин (TEA). Основание предпочтительно добавляют в реакционную смесь после того, как реакцию между алканоламином и карбоновым ангидридом активно останавливают посредством добавления воды.
Альтернативная композиция связующих средств может быть основана на фурановой смоле. Такая фурановая композиция связующих средств описана в европейском патенте ЕР0849987. Фурановая композиция связующих средств не содержит формальдегид и является гидрофильной, тем самым обеспечивая конкретные преимущества в контексте настоящего изобретения.
Несмотря на то что в предпочтительных вариантах осуществления изобретения используют не содержащее формальдегид связующее средство, системы связующих средств, которые содержат фенол-формальдегид (PF) или, в частности, фенол-мочевино-формальдегид (PUF), с декстрозой или без нее, также можно использовать, где это применимо. Они могут включать связующие средства со сверхнизким содержанием формальдегида (ULF).
Как указано выше, связывающая система предпочтительно содержит увлажняющее средство. Оно может представлять собой неионное поверхностно-активное средство, но предпочтительно увлажняющее средство представляет собой ионное поверхностно-активное вещество. Используя связующее средство, описанное выше, увлажняющее средство не является необходимым для предоставления гидрофильной системы связующих средств. Соответственно достаточных свойств удерживания воды и повторного насыщения можно достигать без увлажняющего средства. Однако использование увлажняющего средства является предпочтительным, поскольку обнаружено, что оно увеличивает скорость, с которой брусок может насыщаться.
Предпочтительно увлажняющее средство представляет собой анионное поверхностно-активное вещество. Подходящие анионные поверхностно-активные вещества включают соли (включая, например, соли натрия, калия, аммония и замещенные аммониевые соли, такие как соли моно-, ди- и триэтанолами-нов) анионных сульфатных, сульфонатных, карбоксилатных и саркозинатны поверхностно-активных веществ. Другие анионные поверхностно-активные вещества включают изетионаты, такие как ацилизе-тионаты, N-ацилтаураты, метилтауридамины жирных кислот, алкилсукцинаты и сульфосукцинаты,
сложные моноэфиры сульфосукцинатов, сложные диэфиры сульфосукцинатов и N-ацилсаркозинаты. Предпочтительными являются анионные сульфатные поверхностно-активные вещества и анионные сульфонатные поверхностно-активные вещества, анионные карбоксилатные поверхностно-активные вещества и анионные омыленные поверхностно-активные вещества.
Особенно предпочтительными являются анионные сульфонатные поверхностно-активные вещества, такие как линейные или разветвленные алкилбензолсульфонаты, сульфонаты сложных алкиловых эфиров, первичные или вторичные алкиленсульфонаты, олефинсульфонаты, сульфонированные поли-карбоновые кислоты, алкилглицеринсульфонаты, сульфонаты жирных ацилглицеринов, сульфонаты жирных олеилглицеринов и их смеси.
Наиболее предпочтительно анионное поверхностно-активное вещество представляет собой бензол-сульфонат линейного алкила, в котором цепь алкила имеет от 5 до 20 углеродных атомов. Соли натрия и калия являются предпочтительными. Поверхностно-активные вещества этого типа обеспечивают особенно полезные свойства распределения воды для субстратов для выращивания относительно большой высоты, а также обеспечивают превосходные свойства повторного насыщения и не ведут к проблемам пенообразования в воде для орошения. Стандартные неионные поверхностно-активные средства позволяют субстрату для выращивания набирать воду, но их емкость удержания воды, распределение воды по высоте и свойства повторного увлажнения не являются такими же хорошими, как в случае поверхностно-активных веществ этого типа, предпочтительных в изобретении.
Предпочтительно длина цепи алкила находится в диапазоне от 8 до 16 и более предпочтительно по меньшей мере 90% цепей находятся в диапазоне от 10 до 13 и более предпочтительно по меньшей мере 90 мас.% находятся в диапазоне от 10 до 12.
Предпочтительно увлажняющее средство содержит бензолсульфонат линейного алкила и в этом случае продукт предпочтительно получают способом, в котором многоатомный спирт (такой как моно-этиленгликоль) включают с увлажняющим средством в продукт минеральных волокон. Массовое отношение бензолсульфоната линейного алкила к моноэтиленгликолю (или другому многоатомному спирту, например, пропиленгликолю или триметилолпропану) предпочтительно составляет от 0,3:1 до 3,75:1, предпочтительно от 1:1 до 2:1. Многоатомный спирт обычно испаряют во время последующей обработки и отверждения и, таким образом, обычно только следовые количества, если вообще есть, присутствуют в конечном продукте.
Альтернативно, ионное поверхностно-активное вещество может быть катионным или цвиттерион-ным. Примеры катионных поверхностно-активных веществ включают четвертичные аммониевые поверхностно-активные вещества. Их можно выбирать, например, из моно C6-C16, предпочтительно С6-С10 N-алкил- или алкениламмониевых поверхностно-активных веществ, где остальные положения при N замещают такими группами, как метил, гидроксиэтил и гидроксипропил.
Подходящие цвиттерионные поверхностно-активные вещества включают производные вторичных и третичных аминов, производные гетероциклических вторичных и третичных аминов или производные соединения четвертичного аммония, четвертичного фосфония или третичного сульфония. Поверхностно-активные вещества бетаин и султаин представляют собой примеры цвиттерионных поверхностно-активных веществ.
Предпочтительно количество (по массе) ионного поверхностно-активного вещества на основе массы связующего средства (сухого вещества) находится в диапазоне от 0,01 до 5%, предпочтительно от 0,1
до 4%.
Ионное поверхностно-активное вещество присутствует в продукте минерального волокна в количествах предпочтительно от 0,01 до 3 мас.% на основе продукта минерального волокна, более предпочтительно от 0,05 до 1%, в частности от 0,1 до 0,8%.
Композиции связующих средств, используемые в соответствии с настоящим изобретением, могут дополнительно содержать одну или несколько стандартных связующих добавок. Они включают, например, ускорители отверждения, такие как, например, р-гидроксиалкиламиды; фосфорную кислоту, гипо-фосфористую кислоту и фосфоновую кислоту в форме свободной кислоты и солей. Другие сильные кислоты, такие как борная кислота, серная кислота, азотная кислота и п-толуолсульфоновая кислота, также можно использовать, или отдельно или в сочетании с только что указанными кислотами, в частности, с фосфорной кислотой, гипофосфористой кислотой или фосфоновой кислотой. Другие подходящие связующие добавки представляют собой аммиак; силановые связывающие средства, такие как у-аминопропилтриэтоксисилан; тепловые стабилизаторы; УФ-стабилизаторы; пластификаторы; добавки против миграции; коалесценты; наполнители и разбавители, такие как глина, силикаты и гидроксид магния; пигменты, такие как диоксид титана; замедляющие горение средства; ингибиторы коррозии, такие как тиомочевина, мочевина; противовспенивающие средства; антиоксиданты и другие.
Эти связующие добавки и адъюванты можно использовать в стандартных количества, обычно не превышающих 20 мас.% твердого связующего средства. Количество ускорителя отверждения в композиции связующих средств обычно составляет между 0,05 и 5 мас.% на основе твердого вещества.
При нанесении на минеральные волокна, водная композиция связующих средств обычно имеет со
держание твердых веществ от 1 до 20 мас.% и рН 5 или выше.
Используемые минеральные волокна могут представлять собой какие-либо из искусственных стекловидных волокон (ИСВ), такие как стеклянные волокна, керамические волокна, базальтовые волокна, шлаковая шерсть, каменная вата и другие, но обычно представляют собой волокна каменной ваты. Каменная вата обычно имеет содержание оксида железа по меньшей мере 3% и содержание щелочноземельных металлов (оксид кальция и оксид магния) от 10 до 40%, наряду с другими обычными оксидными составляющими минеральной шерсти. Они представляют собой диоксид кремния; оксид алюминия; щелочные металлы (оксид натрия и оксид калия), которые обычно присутствуют в низких количествах; и также могут включать оксид титана и другие второстепенные оксиды. В целом продукт можно формировать из искусственных стекловидных волокон любых типов, которые стандартно известны для получения субстратов для выращивания.
Потери при прокаливании (ППП) бруска представляют собой меру количества присутствующего органического материала, такого как связующее средство и увлажняющее средство. ППП сухого образца можно измерять с использованием раздела 16 в BS2972, 198 9 (Method 1). ППП предпочтительно составляют по меньшей мере 2,5%, предпочтительно вплоть до 5,3%, в частности предпочтительно 3-4%. В частности, наиболее предпочтительные ППП составляют 3,5%. Предпочтительные ППП для бруска обеспечивают хорошую прочность, но использование связующего средства, описанного выше, не оказывает отрицательное влияние на выращивание растений, несмотря на более высокий уровень связующего средства.
Более высокие ППП обозначают, что продукт является более прочным. Это значит, что он с меньшей вероятностью будет поврежден во время использования, в частности, во время автоматизированной обработки, например, на установке для размножения. Дополнительное преимущество более высокого содержания связующего средства состоит в том, что можно формировать более гладкое посевное место/отверстие в субстратах для выращивания, таких как пробки и блоки, в которых обыкновенно предусмотрено посевное отверстие. Более гладкое посевное отверстие обозначает, что семя с большей вероятностью размножится в идеальном положении в посевном месте/отверстии. Кроме того, семя с меньшей вероятностью выскочит из желаемой области и/или будет захвачено другой частью продукта минерального волокна. Точное расположение семян ведет к более высокой однородности получаемой культуры, что благоприятно для пропагатора.
Диаметр волокон внутри бруска 1 предпочтительно находится в диапазоне от 2 до 10 мкм, более предпочтительно в диапазоне от 3 до 8 мкм и особенно предпочтительно в диапазоне от 4 до 7 мкм. Эти значения можно применять в равной мере к диаметру волокон в блоке 2 и/или пробке 4.
В предпочтительном варианте осуществления преобладающая ориентация волокон первого и второго слоев бруска 1 является горизонтальной. Обнаружено, что это снижает вертикальную неоднородность распределения воды. В этом контексте горизонтальный обозначает параллельный контакту на поверхности раздела между первым и вторым слоями. В других вариантах осуществления можно использовать альтернативные ориентации волокон в первом и/или втором слоях.
На фиг. 4 представлена система для выращивания растений, которая содержит брусок 1, блок 2 и пробку 4 с фиг. 1-3 и оросительное устройство. Оросительное устройство 6 устроено для того, чтобы предоставлять раствор из воды и питательных веществ системе, или непосредственно в блок или в брусок. В предпочтительном варианте осуществления оросительное устройство устроено для того, чтобы предоставлять воду и/или раствор питательных веществ непосредственно в блок 2. Поскольку блок расположен вдали от дренажного отверстия 3 (как описано выше со ссылкой на фиг. 2), раствор из оросительного устройства должен проходить больше чем 50% расстояния вдоль бруска 1, прежде чем достигнет дренажного отверстия 3. В другом предпочтительном варианте осуществления оросительное устройство может предоставлять воду и раствор питательных веществ в брусок 1 непосредственно, но оно предпочтительно устроено для того, чтобы выполнить это или смежно с блоком или на дистальной стороне блока 2 относительно дренажного отверстия 3.
Обнаружено, что увеличенное расстояние между оросительным устройством 6 (т.е. точка, в которой воду и раствор питательных веществ предоставляют системе) и дренажным отверстием 3 повышает эффективность возобновления питательных веществ в системе. Это обозначает, что поскольку раствор подают с использованием оросительного устройства 6, он не теряется через дренажное отверстие 3, а вместо этого замещает существующую жидкость в системе. Соответственно обновляют весь объем бруска 1, а не только ограниченную его часть.
Оросительное устройство 6 можно соединять с отдельными резервуарами питательных веществ и воды, и им можно управлять для того, чтобы выбирать подходящие пропорции питательных веществ и воды. Альтернативно, может быть предусмотрен один объединенный резервуар питательных веществ и воды так, что оросительное устройство предоставляет в систему жидкость, которая имеет те же пропорции воды и питательных веществ, как находят в резервуаре.
Управление оросительным устройством предпочтительно осуществляют с использованием системы управления. Система управления может управлять оросительными устройствами, предоставляя питательные вещества и воду множеству систем для выращивания растений, каждая содержит брусок 1, на
который помещают содержащий растение блок 2. Системой управления можно управлять на основе обнаруживаемых уровней воды, питательных веществ и/или температуры в одном или нескольких брусках. Местоположения детекторов 7, используемых для того, чтобы обнаруживать эти уровни, в одном из вариантов осуществления проиллюстрированы на фиг. 5. Детекторы 7 могут относиться к известному типу и типично содержат корпусную часть вместе с одним или несколькими, обычно тремя зондами, которые идут от корпуса в брусок. Зонды типично выполняют из нержавеющей стали или другого проводящего материала, и их используют для того, чтобы измерять уровни содержания воды и/или электрическую проводимость (ЭП) в субстрате посредством анализа температуры, сопротивления и/или электрической емкости субстрата. Уровень ЭП можно использовать для того, чтобы определять уровень питательных веществ внутри раствора в бруске 1, поскольку они отражают содержание ионов в этом растворе.
В системах известного уровня техники детекторы 7 размещают на верхней поверхности бруска 1, при этом зонды идут вертикально через брусок. Этот подход предназначен для того, чтобы предоставлять измерения, которые отражают общее содержание воды или питательных веществ по всей вертикали бруска 1. Однако на практике такие зонды типично возвращают результаты, на которые непропорционально влияют условия в одной или нескольких областях бруска 1, например в верхней части бруска. Одна причина возникновения этого несоответствия в вариации уровня ЭП на бруске 1, которая очевидно влияет на измеряемые электрические свойства, такие как сопротивление и/или электрическая емкость, по которым, например, вычисляют содержание воды.
Дополнительные сложности возникают в подходах известного уровня техники из-за того, что на брусок 1 обычно помещают множество блоков 2. Часто сложно найти положения на бруске 1, которые функционально эквивалентны для каждого блока 2, в частности, с учетом собственной асимметрии в системе, обусловленной местоположением дренажного отверстия 3 на одном конце бруска 1.
В настоящем изобретении эти сложности преодолены. В частности, на фиг. 5 показано, что детекторы 7 расположены на боку бруска 1 (т.е. корпусная часть детектора 7 расположена на вертикальной грани бруска и зонды идут горизонтально). Этот подход пригоден из-за усовершенствованного содержания воды и распределения ЭП внутри бруска 1. Поскольку они по существу однородны в бруске 1 по предпочтительному варианту осуществления, горизонтальная протяженность зондов обеспечивает точное считывание.
В действительности, хотя брусок 1 на фиг. 5 проиллюстрирован с множеством детекторов 7, это не соответствует всем предпочтительным вариантам осуществления. Массив детекторов 7, представленных на фиг. 5, делает возможным измерение распределения содержания воды и распределения ЭП, и его используют для того, чтобы анализировать характеристики бруска 1, обеспечивающие такие результаты, как те, которые подробно изложены ниже. Однако на практике обнаружено, что может требоваться только один детектор 7. Этот детектор 7 предпочтительно содержит горизонтально идущие зонды, размещенные в положении, смещенном относительно блока в направлении дренажного отверстия 3. В частности, в предпочтительном варианте осуществления детектор 7 размещают на расстоянии 200 мм от дренажного отверстия 3 и 100 мм от блока 2. Положения блока 2 и детектора 7 в этом контексте измеряют от их центральных точек.
Детекторы 7 используют для того, чтобы управлять уровнем воды и/или питательных веществ, предоставляемых для бруска 1, посредством использования такой системы управления, как проиллюстрировано на фиг. 6. Как можно видеть на этом чертеже, детекторы 7 собирают данные в брусках 1 и передают их по сети 8 в блок управления 9. Затем блок управления приводит в действие оросительные устройства (капельницы) 6 по сети 8 для того, чтобы предоставлять воду и питательные вещества для брусков 1. Блок управления 9 можно программировать с использованием желаемой оросительной стратегии (как рассмотрено более подробно ниже) и можно автоматически обеспечивать, что орошение осуществляют так, чтобы соответствовать желаемым уровням воды или уровням питательных веществ в бруске 1. Таким образом, достигают автоматического управления процессом орошения для того, чтобы обеспечивать желаемые результаты.
Типично, каждая система управления содержит большое число брусков 1. Могут иметь место детекторы 7, размещенные на каждом бруске 1 или могут иметь место детекторы, размещенные на выбранных брусках 1, чтобы обеспечивать репрезентативные результаты. Детекторы 1 фиксированно устанавливают на бруски 1 для того, чтобы они могли предоставлять результаты блоку управления 9 через регулярные интервалы. Например, детекторы могут обеспечивать результаты с интервалами в одну минуту, пять минут или другой подходящий период времени. Это позволяет осуществлять постоянный мониторинг брусков 1 внутри системы с тем, чтобы их можно было орошать соответствующим образом.
Оросительными устройствами 6 системы управляют для того, чтобы применять конкретную оросительную стратегию. Эта стратегия содержит множество отдельных фаз, предназначенных направлять растения через генеративное и вегетативное выращивание. Как понимают в данной области, генеративное выращивание относится к типу выращивания, который способствует образованию цветков/плодов, тогда как во время вегетативного выращивания растение образует большие пропорции листьев и других зеленых элементов. Стимуляция генеративного выращивания происходит, когда растение имеет относительный недостаток воды и/или питательных веществ, тогда как стимуляция вегетативного выращивания
происходит за счет обильной подачи воды и/или питательных веществ. Вегетативное выращивание создает более высокое увеличение общей биомассы растения, тогда как генеративное выращивание увеличивает долю выращивания, которая вносит вклад в образование плодов или цветов.
Известно, что можно получать преимущества этих различных типов выращивания посредством применения таких оросительных стратегий, как те, что представлены на фиг. 7А. Согласно оросительной стратегии, субстрат для выращивания растений поливают каждый день в попытке достичь желаемого уровня содержания воды. Содержание воды субстрата измеряют как процентную долю содержания воды в субстрате, когда субстрат полностью насыщен. Таким образом, значение 0% представляет сухой субстрат, тогда как значение 100% представляет полностью насыщенный субстрат.
На фиг. 7А представлена динамика этого желаемого содержания воды субстрата на протяжении годичного цикла. На оси у представлено содержание воды в виде процентной доли насыщенного уровня, тогда как ось х представляет время, измеряемое в неделях. Это время измеряют с точки, в которой блок 2 помещают на брусок 1. Помимо желаемого содержания воды, на фиг. 7А также представлен типичный диапазон достигаемого содержания воды в субстратах. Этот диапазон является относительно широким из-за плохого управления условиями субстрата, доступного при использовании систем известного уровня техники.
Сначала, перед размещением блока 2 на бруске 1, брусок 1 типично насыщают или почти насыщают водой. Это помогает гарантировать, что будет стимулироваться выращивание корней в бруске 1, когда блок 2 впервые помещают на брусок 1. Однако в этот момент времени выращивающий стремится обеспечить, чтобы растение 5 дало плоды как можно скорее. Для того чтобы добиться этого, выращивающий стремится придать "генеративный импульс" (т.е. импульс для инициации генеративного выращивания). Это выполняют во время первого периода оросительной стратегии, посредством снижения желаемого содержания воды до минимального уровня прежде, чем повысить его снова. Принцип заключается в том, что снижение содержания воды будет стимулировать генеративное выращивание растения и, таким образом, цветение растения ведет к плодам в самый ранний возможный момент времени.
Так, на фиг. 7А можно видеть, что во время генеративного импульса в этой оросительной стратегии известного уровня техники, желаемый уровень содержания воды в субстрате падает с приблизительно 95 до 45%. Это значительное падение отчасти необходимо по причине широкого диапазона достигаемого содержания воды, который можно видеть на ней даже после падения до 45% для желаемого содержания воды, достигаемый диапазон простирается приблизительно от 40% приблизительно до 55%. Таким образом, считается необходимым, чтобы достичь желаемого генеративного импульса для всех растений, эта оросительная стратегия должна содержать снижение желаемого содержания воды на величину, показанную на фиг. 7А.
После применения генеративного импульса выращивающий стремится вернуть растение в устойчивую фазу преимущественно вегетативного выращивания для того, чтобы получать листья и структуру растения, которые будут поддерживать новые растущие плоды. Таким образом, к концу первого периода оросительной стратегии увеличивают желаемое содержание воды. Желаемый уровень содержания воды увеличивают о тех пор, пока он не достигнет устойчивого значения, на котором его поддерживают, по существу, постоянным во время второго периода оросительной стратегии.
Во втором периоде дополнительное вегетативное выращивание стимулируют из-за более высокого содержания воды в субстрате. Выбирают постоянный уровень приблизительно 80% для того, чтобы гарантировать правильный сдвиг в направлении вегетативного выращивания.
Второй период во многом соответствует летнему сезону, во время которого относительно высокое количество солнечного света заставляет растения осуществлять транспирацию с более высокой скоростью. Соответственно предоставлять растениям нужно относительно высокую долю воды. Следует осознавать, что несмотря на то, что выращивание можно направлять в направлении вегетативного выращивания во время этого периода больше, чем в другие периоды, плоды продолжают расти, несмотря на то, что скоростью управляют посредством этого направляющего действия. С наступлением осени и затем зимы скорость транспирации снижается. Как результат, более не нужно для того, чтобы поддерживать то же содержание воды в субстрате.
Кроме того, на этом этапе желательно стимулировать дополнительное выращивание плодов прежде, чем растение достигнет конца цикла. По обеим этим причинам оросительная стратегия может содержать третий период, в котором уровень содержания воды снижен. Степень снижения является относительно постепенной.
Снижение содержания воды во время третьего периода стимулирует генеративное выращивание растения и тем самым продлевает сезон, во время которого от растения можно получать полезные плоды.
Так, стандартная оросительная стратегия на фиг. 7А пытается направлять растение между состояниями генеративного и вегетативного выращивания для того, чтобы увеличивать выход плодов, получаемых от растения. Однако обнаружено, что это направляющее действие имеет только ограниченный практический эффект или полезность. Кроме того, сложен переход между различными уровнями содержания воды в периоде времени, который был бы предпочтительным. Например, увеличения уровня содержания воды с минимального уровня во время первого периода до постоянного уровня во втором пе
риоде требует времени. Если пытаться увеличить этот уровень быстрее посредством предоставления большего количества воды, то обнаружено, что из растения утекает чрезмерный и проблематичный уровень воды. Кроме того, в связи с широким диапазоном достигаемых уровней содержания воды, имеет место сложность, связанная с фактическим направлением растения на предпочтительный уровень генеративного или вегетативного выращивания.
В отличие от этого, оросительная стратегия для использования в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения представлена на фиг. 7В. К удивлению обнаружено, что в контексте субстрата для выращивания растений, содержащего брусок и только один блок, как описано выше, параметры оросительной стратегии можно значительно менять, при этом все же достигая необходимых генеративных и вегетативных эффектов. Как показано ниже, это обеспечивает усовершенствованный урожай с растения, при этом одновременно избегая излишнего использования ресурсов, таких как вода и/или питательные вещества.
Предпочтительная оросительная стратегия, представленная на фиг. 7В, содержит первый, второй и третий периоды, описанные выше. Однако имеет место значительная разница в значениях, которые используют для реализации оросительной стратегии во время этих периодов. В частности, разница между желаемым содержанием воды в минимальной точке во время первого периода и постоянным уровнем во время второго периода значительно снижена. Эта разница между этими двумя уровнями в стратегии, представленной на фиг. 7В, составляет 15% по сравнению с разницей в 35% в стратегии на фиг. 7А. В целом предпочтительно, чтобы разница составляла меньше чем 25%, более предпочтительно меньше чем
20%.
Несмотря на эту меньшую разницу, обнаружено, что достаточно сильный генеративный импульс можно придавать растениям из-за того факта, что одноблочную систему используют в сочетании с бруском подходящего размера, как описано выше. Как можно видеть на фиг. 7В, это допускает вариации фактического достигаемого уровня воды относительно желаемого уровня воды, которые значительно меньше, чем в предыдущем случае.
Малая вариация желаемого уровня содержания воды, необходимого для генеративного импульса и последующего устойчивого выращивания во время второго периода, обеспечивает множество преимуществ. В частности, значительно снижается время, необходимое для перехода между, по существу, генеративным и, по существу, вегетативным выращиванием, позволяя выращивающему получать плоды значительно раньше в сезоне. Это отражено в том факте, что второй период постоянного уровня воды инициируют приблизительно на неделе 15 в стратегии, представленной на фиг. 7А, тогда как тот же период выращивания инициируют приблизительно на неделе 10 в стратегии на фиг. 7В. Это представляет значительное преимущество для производителя, который может получить плоды раньше, в то время года, когда они относительно дороги.
На фиг. 7А и 7В представлена годовая динамика желаемого уровня содержания воды. Однако следует осознавать, что также имеют место вариации уровня содержания воды каждый день, в соответствии со временем, в которое применяют орошение и уровнем транспирации растения (на который влияют часы солнечного света и другие критерии). Следовательно, следует понимать, что желаемое содержание воды, упоминаемое в отношении оросительных стратегий, приведенных выше, представляет собой желаемое содержание воды незамедлительно после орошения каждый день. То есть, когда растению предоставляют воду, это выполняют в попытке достичь желаемого содержания воды, как обозначено выше.
В примере на фиг. 7В минимальный желаемый уровень содержания воды во время первого периода составляет приблизительно 60%, тогда как постоянный желаемый уровень содержания воды во втором периоде составляет приблизительно 70%. В более общем смысле предпочтительно, чтобы минимальный уровень составлял по меньшей мере 50% и более предпочтительно по меньшей мере 60%. Аналогичным образом, постоянный уровень предпочтительно составляет меньше чем 80%, и в особенно предпочтительных вариантах осуществления находится в диапазоне от 73 до 78%.
Специалист поймет, что конкретные значения и длительности периодов времени, заданные в ходе стратегии на фиг. 7В, могут варьировать, при этом оставаясь в соответствии с настоящим изобретением. Например, вариации можно осуществлять, исходя из выращиваемых растений или климатических условий. Тем не менее, характеристикой предпочтительных оросительных стратегий является то, что направления между генеративным и вегетативным состоянием можно достичь посредством относительно небольших изменений желаемого содержания воды.
Разницу между оросительными стратегиями на фиг. 7А и 7В можно более глубоко понять со ссылкой на фиг. 8А-8D. На этих чертежах представлены результаты испытания между 17 августа 2011 года и 1 ноября 2011 года, в котором проводили сравнение между оросительной стратегией согласно предпочтительному варианту осуществления, такому как на фиг. 7В, и стандартной оросительной стратегией, такой как представлено на фиг. 7А. Стратегию каждого типа применяли к группе из девяти систем для выращивания растений, каждая содержит один брусок и содержащий одно растение блок, как описано выше, и сравнивали результаты. Каждая группа систем для выращивания растений совместно использовала один сток для того, чтобы принимать дренируемую жидкость из их дренажных отверстий. Значения, представленные на фиг.8А-8D, представляют второй период стратегии, во время которой желаемое со- 14
держание воды поддерживают относительно постоянным.
На фиг. 8А представлен ежедневный объем воды и раствора питательных веществ, подаваемые в группу из девяти систем для выращивания растений при обеих оросительных стратегиях. Как можно видеть на фиг. 8А, среднее "внесение" (определяемое как объем воды и раствора питательных веществ, предоставляемый на один сток в сутки) значительно ниже для предпочтительной стратегии на фиг. 7В, чем для стандартной стратегии на фиг. 7А. На фиг. 8В представлен ежедневный дренаж жидкости через дренажное отверстие для девяти систем для выращивания растений, связанных со стоком. Также в среднем этот дренаж значительно ниже для предпочтительной оросительной стратегии, чем для стандартной оросительной стратегии.
Воду и раствор питательных веществ предоставляли для каждой системы для выращивания растений в виде множества отдельных "сеансов капельного полива" каждый день. На фиг. 8С проиллюстрировано число сеансов капельного полива и объем жидкости в каждом сеансе в течение каждого дня в двух оросительных стратегиях. Значения этих параметров корректируют с помощью процесса орошения в зависимости от факторов, таких как климатические условия, уровни дренажа и измерения выращивания растений. С учетом зависимости от климата, конкретная стратегия, приведенная в примере на фиг. 8С, отражает переход от лета к осени во время периода, в течение которого проводили испытание. В частности, по мере снижения уровня солнечного света и средней температуры, также происходит снижение необходимого количества воды и раствора питательных веществ. Если период орошения покрывает переход между зимой и весной, например, обнаружат другую тенденцию объемов жидкости, предоставляемых для систем для выращивания растений.
На фиг. 8D сведены результаты, представленные на фиг. 8А-8С. В частности, среднее внесение, дренаж и накопление приведены в литрах для группы систем для выращивания растений для каждой оросительной стратегии. Кроме того, процентная доля внесения, которую забирают растения (т.е. эффективность накопления), и процентная доля, которую теряют (т.е. дренируют), показаны для каждой оросительной стратегии. На этих чертежах можно видеть, что эффективность накопления значительно увеличивается при использовании предпочтительной стратегии. Кроме того, абсолютный дренаж, а также процентная доля дренажа по существу уменьшаются при использовании предпочтительной стратегии. Следовательно, предпочтительная стратегия, по существу, снижает потери. Кроме того, меньшее абсолютное накопление, которое возникает при использовании предпочтительной стратегии, снижает использование энергии для транспирации и также увеличивает применимость стратегии в закрытых тепличных системах.
Достигаемую динамику содержания воды в бруске 1 при использовании системы для выращивания растений согласно предпочтительному варианту осуществления также измеряли в последующем исследовании в течение более длительного периода времени. Результаты проиллюстрированы на фиг. 9. На фиг. 9, можно видеть, что минимального содержания воды приблизительно 60% достигали приблизительно через 5 недель после начала исследования. Обнаружено, что это минимальное содержание воды обеспечивает необходимый генеративный импульс, и уровень содержания воды впоследствии поднимали приблизительно до 70% и поддерживали в этой области прежде, чем позже постепенно снижать в этом году. Обнаружено, что эта 10% разность между минимальным и постоянным уровнями оказывает необходимое направляющее действие на растения, и из испытания выяснено, что разница в 15% или меньше обеспечивает значительные преимущества.
Далее на фиг. 10 дополнительно продемонстрированы преимущества настоящего изобретения. В частности, выполняли сравнение системы для выращивания растений, изготовленной в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, и системы известного уровня техники для выращивания растений. На фиг. 10В проиллюстрирован вариант осуществления настоящего изобретения, использованный для этого сравнения, тогда как на фиг. 10А проиллюстрирована система для выращивания растений согласно известному уровню техники, использованная для сравнения. Системы для выращивания растений использовали для того, чтобы растить растения томата. Как можно видеть на чертежах, каждая система содержала одно дренажное отверстие на одном конце бруска. Система известного уровня техники содержит три отдельных блока, расположенные на верхней поверхности бруска, тогда как вариант осуществления изобретения содержит только один блок.
Брусок по предпочтительному варианту осуществления, представленный на фиг. 10В, имеет размеры 450x150x100 мм (длинах ширинах высота), а блок имеет размеры 100x100x65 мм (длинах ширинах высота). Блок располагают от дренажного отверстия на расстоянии 300 мм вдоль бруска (как измеряют от центра блока) и оросительное устройство предоставляют для того, чтобы доставлять воду и раствор питательных веществ в блок на дистальной стороне блока относительно дренажного отверстия.
Брусок известного уровня техники, представленный на фиг. 10А, имеет размеры 1330x195x75 мм (длинахширинахвысота), а блоки имеют размеры 100x100x65 мм (длинаxширинаx высота). Блоки располагают на расстоянии от дренажного отверстия в положениях от 150 до 200 мм, от 650 до 700 мм и от 1100 до 1150 мм вдоль бруска (как измеряют от центра блока) и оросительные устройства предоставляют для каждого блока для того, чтобы доставлять воду и раствор питательных веществ в блок на дистальной
стороне блока относительно дренажного отверстия.
Идентичные новую и стандартную оросительные стратегии применяли к блокам системы для выращивания растений на фиг. 10А и 10В и измеряли различные свойства системы. В частности, измеряли как содержание воды (СВ), так и электрическую проводимость (ЭП) вместе с распределением этих свойств.
Обнаружено, что однородность как содержания воды, так и электрической проводимости усовершенствованы в предпочтительном варианте осуществления по сравнению с известным уровнем техники. Например, на фиг. 11 представлена вариация измеряемого содержания воды и электрической проводимости для предпочтительного варианта осуществления и известного уровня техники в условиях предпочтительной и стандартной оросительных стратегий. Вариацию измеряют между верхним слоем и нижним слоем бруска. Как для содержания воды, так и для электрической проводимости, и в условиях обеих оросительных стратегий, вариация снижена при использовании предпочтительного варианта осуществления. Используемые значения представляют собой средние вариации, показанные во время испытания. Уменьшенная вариация с использованием предпочтительного варианта осуществления представляет увеличенную однородность внутри бруска.
Уменьшенная вариация содержания воды оказывает конкретный эффект на выращивание корней. Поскольку предыдущие подходы типично вели к более влажной нижней области бруска 1, типично происходила стимуляция выращивания корней в направлении нижней части бруска 1. Используя бруски 1 согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, обнаружено, что значительно более высокая доля выращивания корней имеет место в верхней части бруска. Это ведет к более здоровому растению, которым, кроме того, можно более строго управлять, поскольку новое орошение (например, изменение содержания воды или ЭП) достигает корневой зоны более быстро, поскольку она ближе к самому оросительному устройству.
Усовершенствованное удерживание воды, распределение воды и распределение электрической проводимости (питательных веществ) ведет к усовершенствованным условиям выращивания для растений, растущих в системах для выращивания растений. В конечном итоге, это ведет к усовершенствованному урожаю, как проиллюстрировано на фиг. 12.
На фиг. 12 урожай растений красного томата, достигаемый посредством предпочтительных вариантов осуществления, представлен в отношении числа и веса. Значения нормализуют так, что урожай известного уровня техники принимают за значение 100. Урожай представлен для среднего обеих оросительных стратегий и для предпочтительной и стандартной оросительных стратегий независимо. Как можно видеть, во всех условиях урожай по предпочтительному варианту осуществления превосходит урожай известного уровня техники. Кроме того, стоит отметить, что предпочтительный вариант осуществления дает конкретные преимущества для предпочтительной стратегии и в отношении массы образуемых плодов и/или цветков.
Однако преимущества предпочтительного варианта осуществления не ограничены усовершенствованным урожаем. Способность получать преимущество предпочтительной стратегии выращивания также снижает количество воды и питательных веществ, которые нужно предоставлять для системы для выращивания растений. Кроме того, превосходное удерживание воды обозначает, что меньше этой жидкости теряется через дренажное отверстие. Снижается стоимость в отношении подачи воды и питательных веществ и в отношении расходов на обработку, необходимую для экологичной утилизации или повторного использования дренированного текучего вещества. Таким образом, подход согласно предпочтительному варианту осуществления объединяет усовершенствованный урожай с более низкими расходами. Этого достигают в свете осознания того, что строгое управление условиями индивидуальных растений можно реализовать с использованием предпочтительных систем для выращивания растений, описанных в настоящем документе.
В дополнение к преимуществам в отношении усовершенствованного удерживания воды, распределения воды и распределения питательных веществ, настоящее изобретение также относится к преимуществам в отношении эффективности возобновления питательных веществ. Эффективность возобновления питательных веществ отражает скорость, с которой старые питательные вещества в субстрате могут быть заменены новыми питательными веществами, предоставляемыми для субстрата в растворе. Предпочтительно питательные вещества можно возобновлять настолько эффективным образом, насколько возможно.
Преимущества по настоящему изобретению также наблюдали во время дополнительного исследования, упомянутого выше со ссылкой на фиг. 9. В течение приблизительно года предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения подвергали оросительной стратегии приблизительно в соответствии с тем, что отражено на фиг. 9. Предпочтительный вариант осуществления содержал не содержащую формальдегид систему связующих средств, как описано выше. Испытание также проводили с использованием схожего бруска и альтернативной системы связующих средств и системы известного уровня техники для выращивания растений, такой как та, что представлена выше на фиг. 10А. К каждой системе применяли одну и ту же желаемую оросительную стратегию, несмотря на то, что сложность точного управления содержанием воды в системе известного уровня техники вела к легкой вариации
измеряемого содержания воды в течение периода исследования.
На фиг. 13А и 13В проиллюстрированы результаты этого исследования в отношении общей производительности получаемых плодов. На фиг. 13А представлена общая производительность всех трех систем для выращивания растений, и их развитие в течение периода исследования. На фиг. 13А сплошная линия представляет результаты для системы для выращивания растений по предпочтительному варианту осуществления (называемой примером А) с использованием предпочтительного не содержащего формальдегид связующего средства, как описано выше, а штриховая линия представляет результаты для системы схожих пропорций с использованием альтернативного фенил-мочевино-формальдегидного (PUF) связующего средства (называемой примером В). Наконец, пунктирная линия представляет образование, которого достигали в системе известного уровня техники (называемой примером С). На фиг. 13В приведены различия между различными системами с еще большей рельефностью посредством представления различий для предпочтительного варианта осуществления (сплошная линия пример А) и системы с использованием альтернативного связующего средства (штриховая линия - пример В) по сравнению с системой известного уровня техники.
На фиг. 13А и 13В можно видеть, что значительного усовершенствования эффективности достигали в сравнении с системой известного уровня техники. Кроме того, также ясны преимущества усовершенствованной системы связующих средств по предпочтительному варианту осуществления. За 47 недель общая производительность на единицу площади для предпочтительного варианта осуществления составила 63,5 кг/м2, в альтернативной системе с использованием альтернативного связующего средства составила 62,2 кг/м2 и в системе известного уровня техники составила 58,0 кг/м2.
На фиг. 14 представлено преимущество варианта осуществления настоящего изобретения по сравнению с субстратом известного уровня техники (как отражено выше, на фиг. 10А и 10В) в отношении усовершенствованной эффективности возобновления питательных веществ. В этом испытании для каждого бруска изначально предоставляли раствор питательных веществ, который имеет ЭП, равную 5. Когда в субстрате создавали ЭП, равную 5, субстрат орошали раствором, который имеет ЭП, равную 2. Можно понять, что если раствор внутри субстрата замещают новым раствором с ЭП, равным 2, то ЭП самого субстрата также будет стремиться к значению 2. Чем выше скорость, с которой это происходит, тем более эффективно происходит замещение питательных веществ внутри раствора.
Как можно видеть на фиг. 14, предпочтительный вариант осуществления на фиг. 10В дает более быстрое изменение в ЭП, чем подход известного уровня техники на фиг. 10А. Это демонстрирует усовершенствованную эффективность возобновления питательных веществ по предпочтительному варианту осуществления.
Усовершенствование эффективности возобновления питательных веществ дает множество преимуществ. В частности, можно избегать нежелательного накопления питательных веществ в областях субстрата, и уровнем питательных веществ можно строго управлять согласно с требованиями растения.
Дополнительные преимущества в отношении управления уровнями ЭП можно реализовать через предпочтительное размещение блока 2 на бруске 1. Свидетельства тому можно найти на фиг. 15А и 15В. На каждом чертеже измерения ЭП выполняли на множестве расстояний от дренажного отверстия на одном конце бруска 1 и на множестве высот.
На фиг. 15А блок 2 помещали в 20 см от дренажного отверстия на блок длиной 50 см. Измерения проводили на высоте 5,0, 3,75, 2,5 и 1,25 см от нижней части блока 1. Для каждого расстояния от дренажного отверстия измерения проиллюстрированы для каждой из этих высот в порядке слева направо на фиг. 15А от наибольшего к наименьшему.
На фиг. 15В блок 2 помещали в 25-30 см от дренажного отверстия на блок длиной 40 см. Измерения проводили на высотах 6,8, 5,1, 3,4 и 1,7 см от нижней части блока 1. Для каждого расстояния от дренажного отверстия измерения проиллюстрированы для каждой из этих высот в порядке слева направо на фиг. 15В от наибольшего к наименьшему.
Обнаружено, что вариации уровней ЭП значительно больше в примерах, представленных на фиг. 15А, чем в представленных на фиг. 15В. Более конкретно, обнаружено, что стандартное отклонение ЭП составляет приблизительно 0,73 в примере на фиг. 15А против значительно меньшего стандартного отклонения 0,37 для фиг. 15В. Чертежи иллюстрируют усовершенствованную однородность как на различных высотах, так и на различных расстояниях от дренажного отверстия для примера на фиг. 15В, в котором блок помещали на расстоянии от дренажного отверстия более 50% длины блока.
Вариации и модификации вариантов осуществления, описанные выше, очевидны специалисту. Такие вариации и модификации могут затрагивать эквивалентные и другие признаки, которые уже известны и которые можно использовать вместо признаков, описанных в настоящем документе, или в дополнение к ним. Признаки, которые описаны в контексте отдельных вариантов осуществления, можно предоставлять в комбинации в одном варианте осуществления. Наоборот, признаки, которые описаны в контексте одного варианта осуществления, также можно предоставлять отдельно или в любой подходящей под-комбинации.
Следует отметить, что термин "содержит" не исключает другие элементы или стадии, формы единственного числа не исключают множественного числа, один признак может выполнять функции нескольких признаков, перечисленных в формуле изобретения, и ссылочные позиции в формуле изобретения не следует толковать в качестве ограничения объема формулы изобретения. Также следует отметить, что чертежи не обязательно изображены с соблюдением масштаба; напротив, иллюстрируя принципы настоящего изобретения, обычно используют визуальное выделение.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Субстрат из искусственного стекловидного волокна (ИСВ) для выращивания растений, который содержит монолитный брусок, имеющий следующие свойства:
(a) общий объем в диапазоне от 3 до 11 л;
(b) первый слой ИСВ имеет плотность в диапазоне от 40 до 90 кг/м3;
(c) в контакте на поверхности раздела с первым слоем второй слой ИСВ имеет плотность в диапазоне от 35 до 85 кг/м3, которая ниже плотности ИСВ первого слоя;
(d) ИСВ обоих слоев связывают посредством органического связующего средства, выбранного из не содержащих формальдегид связующих средств;
е) первый слой ИСВ располагают над вторым слоем ИСВ.
2. Субстрат по п.1, где связующее средство входит в состав связывающей системы, содержащей связующее средство и увлажняющее средство.
3. Субстрат по п.2, где связывающая система содержит ионное поверхностно-активное вещество.
4. Субстрат по п.3, где поверхностно-активное вещество представляет собой анионное поверхностно-активное вещество, предпочтительно анионное поверхностно-активное вещество бензолсульфонат линейного алкила.
5. Субстрат по любому из предыдущих пунктов, где связующее средство представляет собой продукт реакции компонента поликарбоновой кислоты и компонента многоатомного спирта и/или амина предпочтительно в смеси с компонентом сахара и/или фенолом.
6. Субстрат по п.5, где связующее средство представляет собой продукт реакции поликарбоновой кислоты или ее ангидрида, амина, предпочтительно алканоламина, и сахара, предпочтительно восстанавливающего сахара.
7. Субстрат по любому из предыдущих пунктов, где плотность первого слоя находится в диапазоне от 50 до 80 кг/м3.
8. Субстрат по любому из предыдущих пунктов, где плотность второго слоя находится в диапазоне от 45 до 75 кг/м3.
9. Субстрат по любому из предыдущих пунктов, где толщина первого слоя меньше, чем толщина второго слоя.
10. Субстрат по любому из предыдущих пунктов, где субстрат дополнительно содержит непроницаемое для жидкости покрытие, окружающее первый и второй слои, покрытие имеет первое отверстие, расположенное на первой грани бруска смежно с первым слоем и предусмотренное для соединения первого слоя с содержащим растение блоком из искусственного стекловидного волокна.
11. Субстрат по п.10, где субстрат дополнительно содержит второе отверстие, предусмотренное на второй грани бруска смежно со вторым слоем.
12. Система для выращивания растений, которая содержит субстрат по любому одному из предшествующих пунктов и содержащий одно растение блок из искусственного стекловидного волокна в контакте с первым слоем.
2.
10.
10.
10.
10.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
027365
027365
- 1 -
- 1 -
027365
027365
- 1 -
- 1 -
027365
027365
- 4 -
- 3 -
027365
027365
- 13 -
027365
027365
- 16 -
- 16 -
027365
027365
- 19 -
- 19 -
027365
027365
- 21 -
- 21 -
|
