BR112016002659B1 - sistema de cultivo de plantas, e, método para cultivar uma planta. - Google Patents

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Abstract

sistema de cultivo de plantas, e, método para cultivar uma planta [problema] a tecnologia da técnica anterior apesenta um problema em que, quando uma planta é cultivada durante um longo período de tempo sobre um filme de álcool polivinílico (pva), tendo sua superfície inferior posicionada em contato com um fluido nutriente, as raízes das plantas que se formaram penetram através do filme. [meio para resolver o problema] um sistema de cultivo de plantas em que o filme de pva tem um grau de equilíbrio de intumescimento na faixa de 125 a 250%, como medido em água a 30°c, e tem uma tangente de perda (tan s) na faixa de 0,005 a 0,2, como medida em um estado intumescido de equilíbrio em água a 30°c, e um método para cultivar uma planta usando este sistema de cultivo de plantas. [aplicabilidade industrial] o cultivo das plantas pode ser realizado durante um longo período de tempo, evitando infecção por bactérias e similares, causadoras de doenças das plantas. portanto, a presente invenção é utilizável em, por exemplo, agricultura e fabricação de produtos farmacêuticos.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um sistema de cultivo de plantas e a um método para o cultivo de plantas, o sistema e o método empregando um filme hidrofílico não poroso, especialmente um filme de álcool polivinílico (PVA).
TÉCNICA ANTERIOR [0002] Os presentes inventores realizaram vários estudos extensivos sobre a tecnologia de cultivo com fluido nutriente usando um filme hidrofílico não poroso, e revelaram os seguintes sistemas de cultivo de plantas e métodos de cultivo de plantas: um dispositivo de cultivo de plantas e um método de cultivo de plantas, tanto usando uma tecnologia em que uma planta é cultivada sobre um filme hidrofílico não poroso disposto em contato com um fluido nutriente, enquanto permitindo que o filme fosse integrado com as raízes da planta (Documento de Patente 1); um dispositivo de cultivo de plantas e um método de cultivo de plantas, tanto usando uma tecnologia em que uma irrigação é também realizada de cima do filme hidrofílico não poroso (Documento de Patente 2); um sistema de cultivo de plantas usando uma tecnologia em que o filme hidrofílico não poroso é continuamente transferido ao longo de e em contato com um fluido nutriente (Documento de Patente 3); um sistema de cultivo de plantas usando uma tecnologia em que um material supressor de evaporação é disposto, através de uma camada de ar, acima do filme hidrofílico não poroso (Documento de Patente 4); e um sistema de cultivo de plantas usando uma tecnologia em que um fluido nutriente é continuamente alimentado para a superfície inferior do filme hidrofílico não poroso (Documento de Patente 5).
Documento de Patente 1: Publicação anterior ao exame do Pedido de Patente JP (Saihyo) No. 2004-64499
Documento de Patente 2: Patente JP No. 4.425.244
Documento de Patente 3: Relatório Descritivo acessível ao público do
Pedido de Patente JP não examinado No. 2008-182.909
Documento de Patente 4: Relatório Descritivo acessível ao público do
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Pedido de Patente JP nao examinado No. 2008-193980
Documento de Patente 5: Patente JP No. 4.142.725
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
Problemas a Serem Resolvidos pela Invenção [0003] No entanto, os sistemas de cultivo de plantas de Documentos de Patente 1 a 5 apresentam um problema em que, quando uma planta formando raízes fortes é cultivada durante um longo período de tempo sobre o filme hidrofílico não poroso, tendo sua superfície inferior posicionada em contato com um fluido nutriente, as raízes das plantas que se formaram em contato íntimo com o filme penetram através do filme.
[0004] Quando as raízes das plantas penetram através do filme, as raízes das plantas contatam diretamente o fluido nutriente e, assim, estão expostas à infecção por bactérias e vírus que se propagaram no fluido nutriente, tornando assim impossível cultivara planta em uma condição saudável.
[0005] Além disso, quando as raízes das plantas penetram através do filme, um orifício é formado no filme e ele leva o fluido nutriente a fluir através do mesmo para dentro da superfície superior do filme, levando ao aparecimento de podridão da raiz, tornando assim impossível cultivara planta em uma condição saudável.
[0006] Além disso, quando as raízes das plantas penetram através do filme, as raízes das plantas contatam diretamente o fluido nutriente, tornando assim impossível aplicar à planta um grau satisfatório de tensão de água (esta é uma tensão aplicada, levando a planta a absorver água através do filme), conduzindo à ocorrência de uma diminuição da qualidade da planta.
[0007] Também, como descrito no Documento de Patente 6, de modo a evitar que as raizes das plantas penetrem através do filme, é necessário que o filme tenha uma espessura de, pelo menos, 60 pm. Quando a espessura do filme é aumentada, são colocados problemas não somente em que a taxa de permeação do fluido nutriente é diminuída, levando à ocorrência de inibição do crescimento da planta, mas também em que se torna elevado o custo de produção do filme.
Documento de Patente 6: Relatório Descritivo acessível ao público do
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Pedido de Patente JP não examinado No N ° 2008-61503
MEIO PARA RESOLVER O PROBLEMA [0008] Nesta situação, os presentes inventores realizaram estudos extensivos e intensivos vindo alcançar uma solução dos problemas acima mencionados. Como resultado, verificaram, inesperadamente, que um filme de álcool polivinílico (PVA), exibindo uma excelente absorção e permeabilidade de água ou de fluido nutriente, poderia ser obtido ao se levar o filme de PVA a ter um grau de equilíbrio de intumescimento na faixa de 125 a 250%, como medido em água a 30°C.
[0009] Por outro lado, além da propriedade acima mencionada, os presentes inventores também prestaram atenção à propriedade viscoelástica de um filme de álcool polivinílico (PVA), especialmente a tangente de perda (tan δ) do mesmo a 1 Hz, exibida em água a uma temperatura predeterminada, e descobriram que um filme de PVA exibindo uma resistência de filme excelente apropriada para o cultivo de plantas poderia ser obtido ao levar um filme de PVA a ter uma tangente de perda (tan δ) na faixa de 0,005 a 0,2, como medida em um estado intumescido de equilíbrio em água a 30°C. Com base nestas descobertas, foi completada a presente invenção.
[0010] Mais especificamente, a presente invenção prevê o seguinte.
[0011] 1) Um sistema de cultivo de plantas compreendendo:
um filme de álcool polivinílico (PVA) para cultivar uma planta sobre o mesmo, e um meio retentor de fluido nutriente disposto para estar em contato com a superfície inferior do filme de PVA, em que o filme de PVA tem um grau de equilíbrio de intumescimento na faixa de 125 a 250%, como medido em água a 30°C, e tem uma tangente de perda (tan δ) na faixa de 0,005 a 0,2, como medida em um estado intumescido de equilíbrio em água a 30°C.
[0012] 2) O sistema de cultivo de plantas acordo com o item 1 acima, em que o filme de PVA é um filme de PVA biaxialmente orientado.
4/34 [0013] 3) O sistema de cultivo de plantas acordo com o item 1 ou 2 acima, em que o filme de PVA tem uma espessura no estado seco de 5 a 100 pm.
[0014] 4) O sistema de cultivo de plantas de acordo com qualquer um dos itens 1 a 3 acima, em que o meio retentor de fluido nutriente é um tanque hidropônico acomodando um fluido nutriente que está disposto para estar em contato com a superfície inferior do filme de PVA.
[0015] 5) O sistema de cultivo de plantas de acordo com qualquer um dos itens 1 a 3 acima, em que o meio retentor de fluido nutriente é um material tendo uma superfície impermeável à água sobre ou acima da qual o filme de PVA é disposto, e em que o sistema de cultivo de plantas compreende ainda meio de alimentação de fluido nutriente para alimentar de modo contínuo ou intermitente um fluido nutriente em uma posição entre o filme de PVA e o meio retentor de fluido nutriente.
[0016] 6) O sistema de cultivo de plantas acordo com o item 5 acima, em que o meio de alimentação de fluido nutriente compreende um tubo de irrigação por gotejamento disposto entre o filme de PVA e o meio retentor de fluido nutriente.
[0017] 7) Um método para cultivar uma planta, que compreende:
(1) fornecer um sistema de cultivo de plantas compreendendo:
um filme de PVA para cultivar uma planta sobre o mesmo, e um meio retentor de fluido nutriente disposto para estar em contato com a superfície inferior do filme de PVA, em que o filme de PVA tem um grau de equilíbrio de intumescimento na faixa de 125 a 250%, como medido em água a 30°C, e tem uma tangente de perda (tan ô) na faixa de 0,005 a 0,2, como medida em um estado intumescido de equilíbrio em água a 30°C, (2) colocar uma planta sobre o filme de PVA do sistema de cultivo de plantas, e (3) levar um fluido nutriente para estar em contato com a planta através do filme de PVA, assim cultivando a planta sobre o filme de PVA.
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EFEITOS DA INVENÇÃO [0018] Ao realizar o cultivo de plantas usando o sistema de cultivo de plantas da presente invenção empregando um filme de PVA, tendo não somente excelentes absorção e permeabilidade de água ou um fluido nutriente, mas também excelente resistência do filme, as raízes das plantas podem ser levadas a absorver quantidades satisfatórias de componentes nutrientes durante um longo período de tempo de modo eficiente e estável, enquanto evitando infecção por bactérias e similares causadores de doenças das plantas e também evitando que as raízes das plantas sofram de deficiência de oxigênio que causa a podridão da raiz e similares, tornando assim possível promover de modo notável o crescimento de plantas continuamente durante um longo período de tempo.
MELHOR MODO PARA REALIZAR A INVENÇÃO [0019] Aqui abaixo, a presente invenção será explicada de um modo mais ilustrativa.
[0020] O filme de PVA usado na presente invenção é produzido a partir de PVA, como uma matéria-prima. O método para produzir PVA não é particularmente limitado, e o PVA pode ser produzido por métodos conhecidos. Isto é, o PVA pode ser obtido por um método compreendendo a polimerização de um composto de éster vinílico e a saponificação do polímero de éster vinílico resultante.
[0021] Exemplos de compostos de éster vinílico incluem formato de vinila, acetato de vinila, acetato de trifluorovinila, propionato de vinila, butirato de vinila, caprato de vinila, laurato de vinila, versatato de vinila, palmitato de vinila, e estearato de vinila. Estes compostos de éster vinílico podem ser usados sozinhos ou em combinação. Entre os compostos de éster vinílico acima mencionados, acetato de vinila prefere-se do ponto de vista prático.
[0022] Na presente invenção, além de compostos de éster vinílico, comonômeros podem ser copolimerizados em uma quantidade de cerca de 0,5 a cerca de 10 % em mols, desde que o objeto da presente invenção não seja afetado indevidamente. Exemplos de co-monômeros incluem olefinas, como propileno, isobutileno, α-octeno, a-dodeceno, e a-octadeceno; ácidos insaturados, como ácido
6/34 acrílico, ácido metacrílico, ácido crotônico, ácido maleico, anidrido maleico, e ácido itacônico, sais de ácidos insaturados, e mono- ou dialquil ésteres de ácidos insaturados; nitrilas, como acrilonitrila e metacrilonitrila; amidas, como acrilamida, metacrilamida e; ácidos sulfônicos de olefina, como ácidos sulfônicos de etileno, ácido alil sulfônico, e ácido metalil sulfônico, e sais de ácidos sulfônicos de olefinas; alquil vinil éteres, N-acrilamida cloreto de metiltrimetilamônio, cloreto de aliltrimetilamônio, cloreto de dimetildialilamônio, dimetilalil vinil cetona, Nvinilpirrolidona, cloreto de vinila, cloreto de vinilideno; (met)alil éteres de polioxialquileno como (met)alil éter de polioxietileno, e (met)alil éter de polioxipropileno; (met)acrilatos de polioxialquileno, como (met)acrilato de polioxietileno, e (met)acrilato de polioxipropileno; (met)acrilamidas de polioxialquileno, como (met)acrilamida de polioxietileno, e (met)acrilamida de polioxipropileno; (1-(met)acrilamida-1,1-dimetilpropil) éster de polioxietileno, vinil éter de polioxietileno, vinil éter de polioxipropileno, alil amina de polioxietileno, alil amina de polioxipropileno, vinil amina de polioxietileno, vinil amina de polioxipropileno, 3,4diacetoxi-1-buteno, etil carbonato de vinila, e acetato de isopropeníla.
[0023] Com relação ao método para realizar a polimerização (ou copolimerização), não há nenhuma limitação particular. Quaisquer métodos de polimerização conhecidos podem ser usados. No entanto, em geral, é empregada uma polimerização em solução usando, como um solvente, um álcool, como metanol, etanol ou álcool isopropílico. Como evidente, pode ser usada polimerização em emulsão ou polimerização em suspensão.
[0024] A reação de polimerização é realizada usando um catalisador de polimerização de radical conhecido, como azobisisobutironitrila, peróxido de acetila, peróxido de benzoíla ou peróxido de lauroíla. A temperatura de reação é selecionada na faixa de 35 a 200°C (mais preferivelmente de 50 a 80°C).
[0025] A saponificação do polímero de éster vinílico obtido é realizada por um método em que o polímero de éster vinílico é dissolvido em um álcool ou em um solvente misto composto de um álcool e um éster de ácido graxo e a reação de saponificação é conduzida na presença de um catalisador alcalino. Exemplos de
7/34 álcoois incluem metanol, etanol e butanol. Exemplos de ésteres de ácidos graxos como solventes incluem acetato de metila, acetato de etila, e acetato de butila. Também, outros solventes, como benzeno e hexano, podem ser usados em combinação com ésteres de ácidos graxos. A concentração do copolímero de éster vinílico na sua mistura com um álcool é selecionada na faixa de 20 a 50% em peso.
[0026] Como catalisadores de saponificação, podem ser usados catalisadores alcalinos e exemplos de catalisadores alcalinos incluem alcoolatos e hidróxidos de metal alcalino, como hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, metilato de sódio, etilato de sódio e metilato de potássio. O catalisador é usado em uma quantidade de equivalente 1 a 100 milimolar, em relação ao copolímero de éster vinílico. Se desejado, a saponificação pode ser realizada usando um catalisador ácido, como ácido clorídrico, ácido sulfúrico ou ácido p-toluenossulfônico.
[0027] O grau de saponificação de PVA é preferivelmente 90% em mols, ou maior (preferivelmente 95% em mols ou maior, e ainda mais preferivelmente 99% em mols, ou maior), Quando o grau de saponificação do PVA é menor do que 90% em mols, a resistência à água do PVA é eventualmente diminuída, de modo desvantajoso.
[0028] O grau médio de polimerização do PVA é preferivelmente 1,100 ou mais (mais preferivelmente de 1.300 a 4.500, e ainda mais preferivelmente de 1.300 a 4.200). Quando o grau de polimerização médio é menor do que 1.100, é possível que o PVA não exiba uma resistência satisfatória do filme sendo susceptível de sofrer ruptura ou similar de modo desvantajoso. O grau médio de polimerização usado no presente relatório descritivo é um grau médio de polimerização medido de acordo com JIS K6726.
[0029] Com relação ao PVA usado na presente invenção, prefere-se que o teor de acetato de sódio tenha sido ajustado a 0,8% em peso ou menos (com maior vantagem 0,5% em peso ou menos), do ponto de vista de melhorar a resistência ao calor e resistência à descoloração.
[0030] Com relação ao método para a produção de um filme usando o PVA, não há nenhuma limitação particular. O filme pode ser produzido por métodos
8/34 conhecidos. Exemplos de produção serão descritos depois, mas eles não se destinam a ser limitativos do âmbito da presente invenção. A solução de PVA usada para a produção de um filme (formação de filme) pode ser, por exemplo, uma solução aquosa de PVA tendo um teor de PVA (concentração) de 5 a 70% em peso (preferivelmente de 10 a 60%, em peso).
[0031] Se desejado, a solução aquosa de PVA acima mencionada pode ser apropriadamente incorporada com aditivos comuns. Exemplos de tais aditivos incluem álcoois polihídricos, como etileno glicol, glicerol, polietileno glicol, dietileno glicol e trietileno glicol; antioxidantes, como fenóis e aminas; estabilizadores, como ésteres fosfóricos; colorantes, fragrâncias, cargas/ extensores, agentes anti-espuma, agentes de liberação, absorvedores de ultravioleta, pós inorgânicos, e agentes tensoativos. Além disso, podem ser adicionadas resinas solúveis em água diferentes de álcool polivinílico, como amido, carboximetil celulose, metil celulose e hidroximetil celulose.
[0032] A solução aquosa de PVA assim preparada é submetida à formação do filme usando uma máquina formadora de filme (extrusora). A temperatura de amassamento em fusão na extrusora está preferivelmente na faixa de 55 a 140°C (mais preferivelmente de 55 a 130°C). Quando a temperatura de amassamento em fusão é menor do que 55°C, ocorre uma diminuição da condição de superfície do filme. Quando a temperatura de amassamento em fusão é maior do que 140°C, ocorre uma espumação. O filme extrudado é submetido à secagem. A temperatura de secagem está preferivelmente na faixa de 70 a 120°C (mais preferivelmente de 80 a 100°C). Quando a temperatura de secagem é menor do que 70°C, ocorrem problemas ocorrem na medida em que a secagem requer muito tempo, ou muita umidade permanece mesmo após a secagem. Quando a temperatura de secagem é maior do que 120°C, o filme torna-se de baixa flexibilidade, possivelmente resultando na ocorrência de dificuldades na subsequente etapa de orientação do esticamento.
[0033] Para obter um filme de PVA, a solução aquosa de PVA pode ser diretamente submetida à formação de filme. No entanto, se desejado, antes de seu uso na formação do filme, a solução aquosa de PVA pode ser primeiro submetida à
9/34 formação de grânulos ou flocos. Então, os grânulos ou flocos resultantes podem ser alimentados para uma extrusora para realizar a formação do filme.
[0034] O filme de PVA obtido pelo método acima descrito pode ser usado no sistema de cultivo de plantas da presente invenção. No entanto, do ponto de vista de conferir ao filme de PVA propriedades estabilizadas com relação à flexibilidade e resistência mecânica, é preferível que o filme de PVA seja submetido ao tratamento de orientação do esticamento. O tratamento de orientação do esticamento é descrito abaixo.
[0035] O tratamento de orientação de esticamento pode ser realizado de modo a efetuar uma orientação monoaxial na direção do comprimento apenas (direção da máquina). No entanto, do ponto de vista de aperfeiçoar as propriedades acima mencionadas, é preferível que o tratamento de orientação de esticamento seja realizado de modo a efetuar uma orientação biaxial em ambas as direções no sentido do comprimento e transversal. O tratamento de orientação de esticamento biaxial pode ser realizado com qualquer um dentre um esticamento biaxial sequencial e um esticamento biaxial simultâneo. No caso do tratamento de orientação de esticamento biaxial, é preferível que o teor de água do filme de PVA, antes do tratamento de orientação de esticamento, seja ajustado a um valor na faixa de 5 a 30% em peso (com maior vantagem entre 20 a 30% em peso). Quando o teor de água do filme de PVA está fora desta faixa, a razão de esticamento não pode ser elevada a um nível máximo. O método para ajustar o teor de água do filme de PVA não é particularmente limitado. O ajuste do teor de água do filme de PVA pode ser realizado por, por exemplo, um método em que a operação de secagem é realizada de modo a obter o teor de água desejado, ou um método em que um filme de PVA tendo um teor em água de menos do que 5%, em peso, é submetido ou á imersão em água ou ao tratamento em uma atmosfera condicionada com umidade, de modo a alcançar o teor de água desejado.
[0036] Com relação à razão de esticamento, não se nota nenhuma limitação particular. No entanto, prefere-se que a razão de esticamento na direção do comprimento esteja na faixa de 1,5 a 5,0 vezes, com maior vantagem de 2,0 a 5,0
10/34 vezes, e que a razão de esticamento na direção transversal se situe na faixa de 1,5 a 5,0 vezes, com maior vantagem de 2,0 a 5,0 vezes. Quando a razão de esticamento na direção do comprimento é menor do que 1,5 vezes, aperfeiçoamento nas propriedades (isto é, diminuição na tangente de perda (tan δ), como medida em um estado intumescido com água) é improvável de ser obtida. Quando a razão de esticamento na direção do comprimento é maior do que 5,0 vezes, uma divisão na direção do comprimento irá provavelmente ocorrer. Quando a razão de esticamento na direção transversal é menor do que 1,5 vezes, aperfeiçoamento nas propriedades (isto é, diminuição na tangente de perda (tan δ), como medida em um estado intumescido com água) é improvável de ser obtido. Quando a razão de esticamento na direção transversal é maior do que 5,0 vezes, uma ruptura do filme irá ocorrer.
[0037] Após a etapa de tratamento de orientação do esticamento biaxial, prefere-se realizar a fixação térmica. A temperatura para a fixação térmica é preferivelmente uma temperatura que é menor do que a temperatura de fusão do álcool polivinílico. No entanto, quando a temperatura para a fixação térmica é menor do que a temperatura de fusão do álcool polivinílico por 80°C ou mais, os problemas aparecem em que a estabilidade dimensional é baixa e o encolhimento torna-se elevado. Por outro lado, quando a temperatura para a fixação térmica é maior do que a temperatura de fusão do álcool polivinílico, a espessura do filme torna-se muito variada. Por exemplo, quando o álcool polivinílico é um produto de saponificação de um homopolímero de acetato de vinila, a temperatura para a fixação térmica está preferivelmente na faixa de 140 a 250°C e o tempo para a fixação térmica está preferivelmente na faixa de 1 a 30 segundos, mais preferivelmente de 5 a 10 segundos.
[0038] Com relação ao filme de PVA, quanto maior for a temperatura de fixação térmica, mais longo será o tempo para a fixação térmica, menor a tangente de perda (tan δ), como medida em um estado intumescido com água. Portanto, controlando apropriadamente a temperatura e o tempo para fixação térmica, pode ser obtido um valor desejado das propriedades, isto é, a tangente de perda (tan δ), como medida em um estado intumescido com água. A fixação térmica pode ser
11/34 realizada tanto em uma única etapa ou em uma pluralidade de etapas, usando diferentes temperaturas e diferentes tempos. Do ponto de vista de facilidade de obtenção de um valor desejado das propriedades, isto é, a tangente de perda (tan δ), como medida em um estado intumescido com água, prefere-se que a fixação térmica seja realizada em uma pluralidade de etapas.
[0039] Se desejado, o filme de PVA biaxialmente orientado obtido pode ser submetido â lavagem com água e secagem. O método para realizar a lavagem e o método para realizar a secagem não são particularmente limitados. Por exemplo, lavagem e secagem podem ser realizadas por um método em que o filme de PVA é imerso em um banho de água a uma temperatura apropriada para levar o filme de PVA a absorver água, e o filme de PVA é retirado do banho de água e soprado com ar em temperatura ambiente ou em temperatura elevada para secar o filme de PVA, ajustando, assim, o teor de água do filme de PVA a um valor desejado.
[0040] Prefere-se que o filme de PVA usado na presente invenção tenha uma espessura de 5 a 100 pm (de modo mais vantajoso de 10 a 60 pm). Quando a espessura do filme é menor do que a faixa acima mencionada, é pouco provável que o filme de PVA resista à penetração por raízes das plantas. Quando a espessura do filme é maior do que a faixa acima mencionada, a permeação dos componentes de fertilizantes através do filme de PVA requer muito tempo. A faixa acima mencionada é também vantajosa do ponto de vista de produtividade comercial.
[0041] Prefere-se que o filme de PVA usado na presente invenção tenha um grau de equilíbrio de intumescimento na faixa de 125 a 250%, com maior vantagem entre 150 a 200%, como medido em água a 30°C. Quando o grau de equilíbrio do intumescimento do filme de PVA é menor do que a faixa acima mencionada, a permeação de água e de componentes de fertilizante através do filme de PVA se torna insatisfatória, retardando, assim, a taxa de crescimento de uma planta. Por outro lado, quando o grau de equilíbrio de intumescimento do filme de PVA é maior do que a faixa acima mencionada, a resistência do filme de PVA em água é reduzida, de modo que o filme de PVA é improvável de resistir à penetração pelas raízes das plantas.
12/34 [0042] O grau de equilíbrio de intumescimento do filme de PVA em água a 30°C, é medido como a seguir. Em primeiro lugar, um filme de PVA tendo uma forma quadrada de 20 cm x 20 cm é cortado a partir de um filme de PVA no estado seco, e seu peso (a) (na unidade g) é medido. Em seguida, o filme de PVA cortado é imerso e deixado na água a 30°C durante 30 minutos. Subsequentemente, o filme de PVA é retirado da água, o excesso de água sobre a superfície do filme de PVA é rapidamente varrido, e o peso (b) (na unidade g) do filme de PVA é medido. O grau de equilíbrio de intumescimento é calculado pela fórmula: b/a χ 100 %.
[0043] Um comportamento viscoelástico dinâmico, que é requerido do filme de PVA usado na presente invenção, é tal que o módulo elástico de armazenamento (G') do filme de PVA, como medido em um estado intumescido de equilíbrio em água a 30°C, está na faixa de 5.000 a 100.000 Pa, mais preferivelmente de 10.000 a 80.000 Pa.
[0044] Outro comportamento viscoelástico dinâmico, que é requerido do filme de PVA usado na presente invenção, é tal que o módulo elástico de perda (G) do filme de PVA, como medido em um estado intumescido de equilíbrio em água a 30°C, está na faixa de 100 a 10.000 Pa, mais preferivelmente de 300 a 8.000 Pa.
[0045] Ainda outro comportamento viscoelástico dinâmico, que é requerido do filme de PVA usado na presente invenção, é tal que a tangente de perda (tan δ) (isto é, a razão (G/G') de módulo elástico de perda (G”) para módulo elástico de armazenamento (G1)) do filme de PVA está na faixa de 0,005 a 0,2, mais preferivelmente de 0,01 até 0,1, como medido em um estado intumescido de equilíbrio em água a 30°C.
[0046] Quando a tangente de perda (tan δ) do filme de PVA, como medida em um estado intumescido de equilíbrio em água a 30°C, é maior do que a faixa acima mencionada, é provável que ocorra a penetração das raízes através do filme de PVA. Por outro lado, quando a tangente de perda (tan δ) do filme de PVA, como medida em um estado intumescido de equilíbrio em água a 30°C, é menor do que a faixa acima mencionada, o filme torna-se de baixa flexibilidade e provavelmente sofre de fratura frágil.
13/34 [0047] Um filme de PVA intumescido com água é um hidrogel e se comporta como um corpo viscoelástico. Quando uma tensão é aplicada a um corpo viscoelástico para deformar o mesmo, a maior parte da tensão aplicada é armazenada como energia de deformação interna que, por sua vez, atua como uma força motriz de restauração mediante remoção da tensão aplicada. No entanto, uma parte da tensão aplicada é consumida através do atrito interno de movimento molecular devido à deformação, sendo finalmente convertida em calor. Um valor indicando a magnitude deste atrito interno é a tangente de perda (tan δ).
[0048] Portanto, o fato de um filme de PVA intumescido com água ter um pequeno valor de tangente de perda (tan δ) significa que o filme de PVA tem uma forte propriedade de restaurar sua forma original depois de ser deformado. Por outro lado, o fato de que um filme de PVA intumescido com água tem um grande valor de tangente de perda (tan δ) significa que, quando a tensão deformante é aplicada ao filme de PVA intumescido com água, o filme de PVA provavelmente irá sofrer um movimento molecular em si mesmo, e a tensão é aliviada por deformação.
[0049] Considera-se que a penetração por raizes de plantas através de um filme de PVA ocorre como descrito abaixo. As raízes colocadas em contato íntimo com o filme crescem voltadas para baixo em busca de componentes nutrientes presentes abaixo da superfície inferior do filme, enquanto arrastando o filme para baixo. Neste processo, o crescimento da raiz gera uma tensão no filme. No caso em que o filme de PVA tem um elevado valor de tangente de perda (tan δ), o filme de PVA sofre um movimento molecular em si mesmo e, assim, alivia a tensão por deformação. O filme de PVA tendo um grande valor de tangente de perda (tan δ) continua a sofrer tal deformação, sendo finalmente penetrado através do mesmo pelas raízes. Isto é, o filme de PVA intumescido com água leva a uma fratura dúctil.
[0050] Por outro lado, no caso em que o filme de PVA intumescido com água tem um pequeno valor de tangente de perda (tan δ), embora o crescimento das raízes de plantas colocadas em contato intimo com o filme gere uma tensão no filme, a maior parte da tensão é armazenada no filme como energia de deformação interna. As raízes das plantas continuam a crescer e se estender em busca de um
14/34 novo ponto de contato sobre o filme. Quando o ponto de crescimento das raizes encontra e adere a um novo ponto de contato, a tensão, que tinha sido exercida pelas raízes da planta sobre o filme de PVA, é removida, e o filme restaura o seu formato original pela energia de deformação interna armazenada. Assim, considerase que, no caso em que o filme de PVA intumescido com água tem um pequeno valor de tangente de perda (tan δ), é evitada a penetração pelas raízes das plantas através do filme.
[0051] Na presente invenção, o comportamento viscoelástico dinâmico de um filme de PVA em um estado intumescido de equilíbrio em água é medido pelo seguinte método. Um filme de PVA é imerso em água a 30°C durante 30 minutos. No filme de PVA assim tratado, é aplicada uma vibração a 1 Hz em um ambiente de vapor d’água saturado a 30°C, e o filme de PVA é submetida a medição do módulo de armazenamento elástico (G'), a perda de módulo elástico (G) e tangente de perda (tan δ).
[0052] Na presente invenção, o comportamento viscoelástico dinâmico de um filme de PVA em um estado intumescido equilíbrio em água é medido por meio de um aparelho de medição viscoelástico de tipo de controle de tensão (reômetro AR-500, fabricado e vendido por TA Instruments Japan Inc.).
Formato e tamanho da célula de medição: discos paralelos de aço inoxidável (diâmetro: 4,0 cm) com um coletor de solvente de alumínio
Frequência da medição: 1 Hz
Temperatura de medição: 30°C
Tensão aplicada e deslocamento: em uma região linear. Especificamente, por exemplo, a tensão aplicada é de 10 a 200 Pa, e o deslocamento é de 10'6 a 10'5 radiano.
[0053] O procedimento específico é como a seguir.
[0054] 1) Um filme de PVA a ser submetido à medição é imerso em água a 30°C durante 30 minutos.
[0055] 2) O filme de PVA tendo atingido um estado intumescido em equilíbrio pela operação acima mencionada é retirado da água, e um filme circular tendo um
15/34 diâmetro de 4 cm é cortado do mesmo, de modo a ser montado em discos paralelos de aço inoxidável (diâmetro: 4,0 cm) que são usadas como um dispositivo de medição.
[0056] 3) O coletor de solvente e água como um solvente são colocados sobre o dispositivo de medição, enquanto mantendo o filme em contato íntimo com o dispositivo de medição, e o sistema resultante é montado no aparelho de medição.
[0057] 4) O estágio de medição é elevado, o filme de PVA a ser submetido à medição é ensanduichado entre o dispositivo de medição e o estágio de medição, e espaço é ajustado de modo que o filme esteja em contato íntimo com o dispositivo de medição e o estágio de medição. Durante esta operação, é tomado cuidado para assegurar que não ocorra deslizamento entre o filme de PVA, o dispositivo de medição e o estágio de medição, e que o filme não seja prensado.
[0058] 5) A temperatura do estágio de medição é ajustada a 30°C, e a viscoelasticidade dinâmica é medida a uma frequência de medição de 1 Hz sob condições de modo que a tensão e o deslocamento estão em uma região linear.
[0059] Na presente invenção, o filme de PVA produzido do modo acima mencionado é usado no sistema de cultivo de plantas para cultivar uma planta. O sistema de cultivo de plantas e o método de cultivo de plantas são especificamente explicados abaixo.
<Sistema de cultivo de plantas>
[0060] No sistema de cultivo de plantas da presente invenção, o filme de PVA é comum. No entanto, dependendo do tipo do meio retentor de fluido nutriente, o sistema de cultivo de plantas da presente invenção é aproximadamente classificado em 2 tipos. Tipo 1 é um sistema de cultivo de plantas em que o meio retentor de fluido nutriente é um tanque hidropônico acomodando um fluido nutriente que é disposto para estar em contato com a superfície inferior do filme de PVA. Este tipo de sistema de cultivo de plantas é descrito no Documento de Patente 1.
[0061] Tipo 2 é um sistema de cultivo de plantas em que o meio retentor de fluido nutriente é um material tendo uma superfície impermeável à água em ou acima da qual é disposto o filme de PVA, e
16/34 em que o sistema de cultivo de plantas compreende ainda meio de alimentação de fluido nutriente para alimentação contínua ou intermitente de um fluido nutriente para uma posição entre o filme de PVA e o meio retentor de fluido nutriente.
[0062] Um exemplo representativo do meio de alimentação de fluido nutriente é um tubo de irrigação por gotejamento disposto entre o filme de PVA e o meio retentor de fluido nutriente. Isto é, Tipo 2 de sistema de cultivo de plantas tem uma estrutura de múltiplas camadas, em que o filme de PVA é diretamente ou indiretamente disposto sobre ou acima do meio retentor de fluido nutriente usado como uma camada de substrato. Este tipo de sistema de cultivo de plantas é descrito no Documento de Patente 5.
[0063] Figura 1 é uma vista esquemática em seção transversal de um exemplo de uma modalidade básica de Tipo 1 de sistema de cultivo de plantas. No sistema de cultivo de plantas da Figura 1, um tanque hidropônico (2) acomodando um fluido nutriente (3) contendo componentes fertilizantes é disposto abaixo do filme de PVA (1) da presente invenção. O fluido nutriente (3) é absorvido pelo filme de PVA (1). As raízes (5) de uma planta (4) são posicionadas em contato íntimo com a superfície superior do filme de PVA (1) e deixadas absorver água e componentes fertilizantes contidos no filme de PVA (1).
[0064] Se desejado, um suporte de cultivo de plantas (6) (como solo) e/ou um material supressor de evaporação (por exemplo, o material tipo mulch abaixo mencionado) (que é ou impermeável ou semi-permeável ao vapor d'água) ou uma placa de plantio (7) pode ser disposta sobre ou acima do filme de PVA (1). Ao dispor um suporte de cultivo de plantas (6), sobre ou acima do filme de PVA (1), pode ser alcançado o efeito de proteção das raízes das plantas. Além disso, o uso de um material supressor de evaporação ou placa de plantio (7) permite que o vapor d’água evaporando do filme de PVA (1) para a atmosfera seja condensado sobre a superfície do material supressor de evaporação ou dentro do suporte de cultivo de plantas (6), permitindo, assim, que a planta utilize a água condensada a partir do vapor d’água.
17/34 [0065] No uso do sistema de cultivo de plantas da presente invenção, o fluido nutriente (3) contendo componentes fertilizantes é alimentado para a planta através do filme de PVA (1). Por outro lado, nos métodos convencionais de cultivo hidropônico, em que as raízes das plantas são imersas em água (ou fluido nutriente), a superfície da água ou do fluido nutriente é contatada com a atmosfera, de modo que bactérias e fungos na atmosfera facilmente irão invadir a planta e crescer nas raízes das plantas, assim seriamente inibindo o crescimento da planta ou causando doenças na planta.
[0066] Em métodos convencionais de cultivo hidropônico, em que raízes das plantas são imersas em água (ou fluido nutriente), as raízes das plantas absorvem oxigênio dissolvido na água, e a quantidade de oxigênio dissolvido na água usada para o cultivo da planta deve ser mantida pelo menos em um determinado nível. Por outro lado, no uso do sistema de cultivo de plantas da presente invenção, raízes das plantas estão presentes na atmosfera acima do filme de PVA (1), de modo que a planta pode absorver oxigênio da atmosfera.
[0067] Além disso, se desejado, pode ser disposto um meio de pulverização de névoa (8) (por exemplo, uma válvula) para pulverização intermitente de água, de fluido nutriente ou solução diluída de agroquímicos acima do filme de PVA (1). O uso de um meio de pulverização de névoa (8) é vantajoso uma vez que permite a automatização de uma pulverização intermitente de: água para resfriamento, especialmente durante as estações de verão; um fluido nutriente para resfriar o meio ambiente e alimentar componentes fertilizantes na forma de uma pulverização foliar; e água ou fluido nutriente contendo um agroquímico para pulverização de agroquímicos.
[0068] No uso do sistema de cultivo de plantas da presente invenção, as raízes da planta cultivada no filme de PVA (1), na busca por absorver um fluido nutriente através do filme de PVA (1), serão substancialmente integradas com o filme de PVA (1). Para promover a integração das raízes com o filme de PVA (1), prefere-se alimentar um fluido nutriente para a superfície inferior do filme (1).
[0069] A alimentação de um nutriente para a superfície inferior do filme de
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PVA (1) melhora muito, não apenas o crescimento da planta, mas também a força de adesão das raízes no filme de PVA (1), quando comparado com o caso em que apenas a água é alimentada para a superfície inferior do filme de PVA (1). Isto mostra que a planta absorve através do filme não apenas água, mas também componentes fertilizantes. Além disso, considera-se que, para absorver eficazmente água e componentes fertilizantes através do filme, as raízes precisam, de modo forte e firme, aderir à superfície do filme, e que a adesão forte e firme provoca a integração das raízes com o filme.
[0070] Quando uma quantidade em excesso de água é alimentada para o lado superior do filme de PVA (1) antes de completar a integração das raízes e do filme, a planta absorve água do lado superior do filme que é mais fácil de absorver, reduzindo assim a necessidade de absorver água da superfície inferior do filme. Como um resultado, a integração das raízes com o filme tende a se tomar difícil. Assim, até que as raízes se tornarem integradas com o filme, prefere-se evitar a alimentação de uma quantidade em excesso de água no lado superior do filme. Por outro lado, após a integração das raízes com o filme de PVA (1), a água/fluido nutriente podem ser alimentados para o lado superior do filme, quando apropriado.
<Características de partes do sistema de cultivo de plantas>
[0071] A seguir abaixo, a explicação é dada sobre as características de partes do sistema de cultivo de plantas da presente invenção. Com relação a tais características (ou funções), se necessário, pode ser feita referência à Descrição Detalhada da Invenção e Exemplos dos documentos (Documentos de Patente 1 a
5) pelos presentes inventores.
(Filme de PVA) [0072] No sistema de cultivo de plantas da presente invenção, o filme de PVA para cultivar uma planta sobre o mesmo é indispensável. O método para produzir o filme usado na presente invenção e os aspectos característicos do filme já foram explicados acima. É preferível que o filme tenha não apenas as características acima mencionadas, mas também todas as características abaixo mencionadas.
(Teste de Integração)
19/34 [0073] E importante que o filme de PVA usado no sistema de cultivo de plantas da presente invenção seja capaz de se integrar substancialmente com as raízes da planta. Na presente invenção, um filme que é capaz de se integrar substancialmente com as raízes das plantas significa um filme que exibe uma resistência ao destacamento de 10 g ou mais, com relação às raízes da planta tendo sido cultivadas no mesmo durante 35 dias. O teste de integração para medir o grau da integração do filme com as raízes das plantas é realizado como a seguir.
[0074] A medição é realizada usando um conjunto de cesta de peneirarecipiente. O conjunto de cesta de peneira-recipiente compreende um cesto de peneira e um recipiente, em que o cesto de peneira é acomodado no recipiente. O filme a ser testado (tamanho: 200 mm x 200 mm) é colocado no cesto de peneira do conjunto de cesto de peneira-recipiente, 150 g de vermiculita (teor de água: 73%; peso seco: 40 g) são colocados sobre o filme na cesta de peneira, e duas mudas de alface ‘sunny’ (tendo cada pelo menos uma folha principal) são plantadas sobre a vermiculita. Por outro lado, 240 a 300 g de um fluido nutriente são alimentados no recipiente do conjunto de cesto de peneira-recipiente. O cesto de peneira contendo o filme é acomodado no recipiente de modo que o filme seja contatado com o fluido nutriente para iniciar, assim, o cultivo das mudas de alface ‘sunny’. O cultivo é realizado em uma estufa durante 35 dias, sob condições de temperatura de 0 a 25°C, umidade de 50 a 90% de UR, e a luz solar natural é usada. As plantas assim cultivadas são removidas do filme por corte dos caules e folhas próximas das raízes das plantas. As amostras de teste, cada tendo largura de 5 cm (e um comprimento de cerca de 20 cm), e tendo raízes aderidas às mesmas, são cortadas a partir do filme de modo a que o caule da planta está posicionado no centro de cada amostra de teste.
[0075] Um grampo comercialmente disponível é fixado a um gancho suspenso a partir de uma mola de uma balança tipo mola, e uma extremidade da amostra de teste obtida acima é agarrada pelo grampo, seguido por registro do peso (gramas A) (correspondendo ao peso da tara da amostra de teste), indicado pela balança tipo mola. Subsequentemente, o caule da planta no centro da amostra de
20/34 teste é retido manualmente e puxado gentilmente para baixo para destacar (ou romper) as raízes do filme, enquanto registrando o peso (gramas B) (correspondendo à carga aplicada) indicado pela balança de tipo mola. O peso da tara é subtraído deste valor (isto é, gramas B menor gramas A) para obter, deste modo, uma carga de destacamento para uma largura de 5 cm. Esta carga de destacamento é designada como a resistência ao destacamento do filme.
[0076] A resistência ao destacamento do filme de PVA usado na presente invenção é preferivelmente de 10 g ou mais, mais preferivelmente 30 g ou mais, e especialmente preferivelmente de 100 g ou mais.
(Teste de permeabilidade de íons) [0077] Na presente invenção, como uma referência de medição para determinar se ou não o filme de PVA é capaz de se integrar substancialmente com as raízes das plantas, pode ser mencionado um equilíbrio de permeabilidade de íons.
[0078] Quando uma planta é cultivada usando o sistema de cultivo de plantas da presente invenção, a planta absorve um fertilizante na forma de íons através do filme. Portanto, a quantidade de componentes fertilizantes fornecida à planta é influenciada pela permeabilidade do sal (íons) do filme. É preferível usar um filme de PVA tendo uma permeabilidade de íons de 4,5 dS/m ou menos, em termos de uma diferença de condutividade elétrica (sigla EC) em um sistema de água/solução salina. A diferença de EC é determinada por contato da água com uma solução salina a 0,5% em massa através do filme (em que a água e a solução salina são colocadas em compartimentos separados que são divididos pelo filme), e medindo a EC de cada um dentre água e solução salina 4 dias (96 horas) após o início do contato, e calculando a diferença em EC entre água e solução salina.
[0079] A diferença de condutividade elétrica (EC) em um sistema água/solução salina é mais preferivelmente de 3,5 dS/m ou menor, especialmente preferivelmente 2,0 dS/m ou menor. O uso de tal filme permite uma alimentação apropriada de água ou solução de fertilizante para as raízes, assim facilmente promovendo a integração das raízes com o filme.
21/34 [0080] A condutividade elétrica (EC) é uma referência de medição para a quantidade de sais (ou íons) dissolvidos em uma solução, e também é chamada de condutividade específica. A EC representa uma condutividade elétrica entre dois eletrodos, cada tendo uma área de seção transversal de 1 cm2, que são separados a uma distância de 1 cm um de cada outro. A unidade usada é siemens (S), e o valor de EC de uma solução é expressada em termos de S/cm. No entanto, porque a EC de uma solução fertilizante é pequena, unidade mS/cm (que é 1/1000 de S/cm) é usada no presente relatório descritivo (unidade usada de acordo com o Sistema Internacional de Unidades é dS/m, em que d representa decí-).
[0081] A permeabilidade de íons do filme pode ser medida como a seguir. Dez (10) gramas de um sal de mesa comercialmente disponível é dissolvido em 2.000 ml de água para preparar uma solução salina a 0,5% (EC: cerca de 9 dS/m). A medição é realizada usando um conjunto de cesta de peneira-recipiente. O conjunto de cesta de peneira-recipiente compreende uma cesta de peneira e um recipiente, em que a cesta de peneira é acomodada no recipiente. O filme a ser testado (tamanho: 200 a 260 mm x 200 a 260 mm) é colocado no cesto de peneira do conjunto de cesta de peneira-recipiente, e 150 g de água são despejados sobre o filme no cesto de peneira. Por outro lado, 150 g de solução salina preparada acima são colocados na bacia do conjunto de cesta de peneira - recipiente. O cesto de peneira contendo o filme e água é acomodado no recipiente contendo a solução salina, e o todo do sistema resultante é envolvido com um filme de resina para embalar alimentos (um filme de cloreto de polivinilideno, nome comercial: Saran Wrap (marca registada), fabricado e vendido por Asahi Kasei Corporation) para evitar a evaporação da água do sistema. O sistema resultante é deixado em repouso em temperatura ambiente, e os valores de EC da água e da solução salina são medidos a cada 24 horas. Mais especificamente, uma quantidade pequena de uma amostra (isto é, a água ou a solução salina) é colocada, usando um gotejador, em uma porção de medição (porção de sensor) de um medidor de condutividade elétrica para medição da condutividade elétrica acima definida, para assim medir a condutividade elétrica da amostra.
22/34 (Teste de permeabilidade a água/solução de glicose) [0082] Na presente invenção, para facilitar a absorção de nutrientes (material orgânico) pelas raízes de plantas através do filme de PVA, prefere-se que o filme de PVA também mostre um nível específico de permeabilidade de glicose. Prefere-se que o filme de PVA tendo tal excelente permeabilidade de glicose demonstre uma diferença de concentração Brix (%) de 4 ou menos, como determinado entre água e uma solução aquosa de glicose a 5% na temperatura de cultivo, em que a diferença de concentração Brix (%) é determinada por um método compreendendo o contato da água com a solução de glicose através do filme (em que a água e a solução de glicose são colocadas em compartimentos separados que são divididos por filme), medindo a concentração Brix (%) de cada dentre água e solução de glicose três dias (72 horas) após o início do contato, e calculando a diferença em concentração Brix (%) entre a água e a solução de glicose. A diferença de concentração Brix (%) é mais preferivelmente 3 ou menos, ainda mais preferivelmente 2 ou menos, especialmente preferivelmente de 1,5 ou menos.
[0083] A permeabilidade à solução de glicose do filme pode ser medida como a seguir.
[0084] Uma solução de glicose a 5% é preparada usando uma glicose comercialmente disponível (dextrose). É usado um conjunto de cesta de peneirarecipiente, que é igual ao usado no teste de permeabilidade de íons acima mencionado. O filme de PVA a ser testado (tamanho: 200 a 260 mm x 200 a 260 mm) é colocado no cesto de peneira do conjunto de cesta de peneira-recipiente, e 150 g de água são despejados sobre o filme. Por outro lado, 150 g de solução de glicose preparada acima são colocados sobre o recipiente do conjunto de cesta de peneira-recipiente. O cesto de peneira contendo o filme e água está acomodado no recipiente contendo a solução de glicose, e o todo do sistema resultante é embrulhado com um filme de resina para embalar alimentos (um filme de cloreto de polivinilideno, nome comercial: Saran Wrap (marca registrada), fabricado e vendido por Asahi Kasei Corporation) para evitar a evaporação da água a partir do sistema. O sistema resultante é deixado em repouso em temperatura ambiente, e o teor de
23/34 açúcar (concentração Brix (%)) da água e da solução de glicose são medidos a cada 24 horas, usando um medidor Brix.
(Resistência à pressão da água) [0085] Na presente invenção, prefere-se que o filme de PVA tenha uma impermeabilidade à água de 10 cm ou mais, em termos de resistência à pressão da água. Isto é porque o uso de tal filme de PVA promove a integração das raízes com o filme. Além disso, o uso de tal filme de PVA é vantajoso para fornecer com facilidade um suprimento de oxigênio suficiente para as raízes e para evitar a contaminação por bactérias patogênicas.
[0086] A resistência à pressão da água de um filme pode ser medida de acordo com JIS L1092 (método B). Prefere-se que a resistência à pressão da água do filme de PVA usado na presente invenção seja de 10 cm ou mais, com maior vantagem 20 cm ou mais, ainda com maior vantagem de 30 cm ou mais, e de modo especialmente vantajoso de 200 cm ou mais.
<Suporte para cultivo de plantas>
[0087] No sistema de cultivo de plantas da presente invenção, para proteger as raízes das plantas, um suporte de cultivo de plantas (como solo) pode ser disposto sobre o filme de PVA. Com relação ao suporte de cultivo de plantas, não há nenhuma limitação particular. Qualquer um dos solos ou meios de cultura convencionais podem ser usadas. Como tais solos ou meio de cultura, podem ser mencionados, por exemplo, um solo para uso no cultivo em solo e um meio de cultura para uso em cultivo hidropônico.
[0088] Exemplos de materiais inorgânicos utilizáveis como o suporte para cultivo de plantas incluem materiais naturais, como areia, cascalho e areia de pedrapome; e materiais processados (por exemplo, um produto de calcinação em alta temperatura), como uma fibra de rocha, vermiculita, perlita, cerâmica e casca de arroz carbonizada. Exemplos de materiais orgânicos utilizáveis como o suporte para cultivo de plantas incluem materiais naturais, como musgo de turfa, fibra de coco, meios de casca, casca, turfa (Nitan) e grama de turfa (Sotan); e materiais sintéticos, como resina fenol particulada. Os materiais acima mencionados podem ser usados
24/34 individualmente ou em qualquer combinação. Além disso, panos tecidos ou não tecidos feitos a partir de fibras sintéticas também podem ser usados.
[0089] Para o suporte de cultivo explicado acima, uma quantidade mínima requerida de um nutriente (por exemplo, um fertilizante e componentes micronutrientes) pode ser adicionada. Com relação a tal nutriente adicionado ao suporte de cultura, de acordo com a descoberta dos presentes inventores, é preferível adicionar um nutriente ao suporte de cultivo de plantas sobre o filme de PVA em tal quantidade, conforme requerido, até que as raízes de uma planta cresçam a um grau tal que a planta seja capaz de absorver água ou um fluido nutriente através do filme de PVA, em outras palavras, até que as raízes se integrem com o filme.
<Meio retentor de fluido nutriente>
[0090] O sistema de cultivo de plantas da presente invenção compreende um meio retentor de fluido nutriente para reter um fluido nutriente abaixo do filme de PVA. Como o meio retentor de fluido nutriente, pode ser usado um tendo o formato de um recipiente para acomodar um fluido nutriente, e uma camada retentora de fluido nutriente tendo uma superfície impermeável à água e funcionando como um substrato.
[0091] Com relação ao meio retentor de fluido nutriente ter o formato de um recipiente para acomodar um fluido nutriente, não há nenhuma limitação particular, desde que seja um recipiente capaz de reter uma quantidade desejada do fluido nutriente. Como o material para o meio retentor de fluido nutriente, do ponto de vista de economia de peso, moldagem fácil e economia de custo, pode ser usado com vantagem plásticos de fins gerais, como poliestireno, polipropileno, cloreto de polivinila, polietileno e poliacrilato. Por exemplo, podem ser usados tanques hidropônicos convencionais.
[0092] Com relação à superfície impermeável à água da camada retentora de fluido nutriente, não há nenhuma limitação particular desde que ela seja feita de um material impermeável à água. Exemplos de tais materiais incluem resinas sintéticas, madeira, metais e cerâmicas. Com relação também ao formato da
25/34 camada retentora de fluido nutriente, não há nenhuma limitação particular. Por exemplo, a camada retentora de fluido nutriente pode estar no formato de um filme, uma folha, uma placa ou uma caixa.
[0093] Com relação ao meio de alimentação de fluido nutriente, não há nenhuma limitação particular, desde que ele seja usado de modo convencional para a alimentação contínua ou intermitente de água ou fluido nutriente. Na presente invenção, prefere-se usar um tubo de irrigação por gotejamento (também chamado tubo de gotejamento), que é capaz de alimentar um fluido nutriente aos poucos. Pela irrigação por gotejamento usando um tubo de irrigação por gotejamento, tornase possível alimentar água e fertilizantes em uma quantidade mínima necessária para o crescimento da planta.
[0094] Também, na modalidade em que o sistema de cultivo de plantas compreende tanto uma camada retentora de fluido nutriente como um meio de alimentação de fluido nutriente, um material absorvente de água pode ser disposto entre o filme de PVA e a superfície impermeável à água da camada retentora de fluido nutriente, a fim de auxiliar a alimentação do fluido nutriente para o filme de PVA. Com relação ao material absorvente de água, não há basicamente nenhuma limitação particular, desde que ele seja capaz de absorver e reter água em seu interior. Por exemplo, pode ser feito uso de uma esponja ou pano não tecido feito de uma resina sintética; um pano tecido; fibras, aparas e pó de origem vegetal; e outros materiais geralmente usados como um suporte de cultivo de plantas, como musgo de turfa e musgo.
[0095] Com relação à planta que pode ser cultivada usando o sistema de cultivo de plantas da presente invenção, não há nenhuma limitação particular. Todas as plantas que são normalmente cultivadas nos campos de agricultura, silvicultura ou jardinagem podem ser cultivadas usando o sistema de cultivo de plantas da presente invenção.
<Método de cultivo>
[0096] O método de cultivo da presente invenção compreende:
(1) fornecer um sistema de cultivo de plantas compreendendo:
26/34 um filme de PVA para cultivar uma planta sobre o mesmo, um fluido nutriente para promover o crescimento da planta, o fluido nutriente sendo disposto para estar em contato com a superfície inferior do filme de PVA, e um meio retentor de fluido nutriente para reter o fluido de nutrientes abaixo do filme de PVA, (2) colocar a planta sobre o filme de PVA do sistema de cultivo de plantas, e (3) levar um fluido nutriente para estar em contato com a planta através do filme de PVA, assim cultivando a planta sobre o filme de PVA.
[0097] A planta a ser cultivada usando o sistema de cultivo de plantas da presente invenção pode ser disposta na forma de sementes ou plântulas sobre o filme de PVA tendo absorvido um fluido nutriente no mesmo. No caso em que a planta está disposta na forma de sementes sobre o filme de PVA, é necessário brotar e enraizar as sementes e, para este efeito, é realizada uma pequena quantidade de irrigação. Uma vez que a presença de uma grande quantidade de água sobre o filme impede a integração das raízes da planta com o filme, a quantidade de irrigação deve ser limitada ao mínimo necessário para brotação e enraizamento das sementes.
[0098] Por outro lado, no caso em que a planta está disposta na forma de plântulas sobre o filme de PVA, não há necessidade de irrigação para a brotação ou enraizamento. No entanto, a proximidade das raízes das plantas deve ser mantida úmida para evitar a secagem das raízes das plantas até que as raizes das plantas se estenderem e se integrarem com o filme, de modo a conseguir absorver água e componentes nutrientes do filme.
[0099] Prefere-se que um suporte de cultivo de plantas tendo características de elevada retenção de água seja disposto sobre o filme, uma vez que a proximidade das raízes das plantas pode ser facilmente mantida úmida enquanto evitando que uma grande quantidade de água esteja presente no filme.
[00100] A seguir, a presente invenção será explicada em maiores detalhes com referência aos seguintes Exemplos.
EXEMPLOS
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Exemplos de produção de filme de PVA
Exemplo 1 (F-1) [00101] Usando uma bomba de volume constante, uma solução aquosa de álcool polivinílico obtida por dissolução de 40 partes de um PVA (grau médio de saponificação: 99,7% em mols; grau médio de polimerização: 1.700; viscosidade da solução aquosa a 4%, como medida a 25°C: 40 mPa.s; teor de acetato de sódio: 0,3%) em 60 partes de água, foi alimentada a uma extrusora-amassador de duplo parafuso (razão parafuso L/D = 40) com uma temperatura de camisa de 60 a 150°C para realizar uma extrusão a uma taxa de descarga de 500 kg/h. O produto de extrusão resultante foi imediatamente enviado sob pressão para um extrusora de parafuso único (razão parafuso L/D = 30) e amassada no mesmo a uma temperatura de 85 a 140°C. O produto amassado resultante foi moldado através de uma matriz T, sobre um rolo moldado tendo sido resfriado a 5°C e foi solidificado no mesmo, produzindo, assim, um filme resfriado. O filme resfriado foi liberado a partir do rolo moldado, seguido por secagem durante 30 segundos usando 10 rolos giratórios aquecidos, tendo cada temperatura de 90°C, preparando-se deste modo um filme de PVA com um teor de água de 25%.
[00102] O filme de PVA foi esticado a uma razão de esticamento de 3 vezes na direção do comprimento e, então, esticado a uma razão de esticamento de 3,5 vezes no sentido transversal usando uma máquina com bastidor de esticamento, assim obtendo um filme de PVA biaxialmente orientado. O filme de PVA foi submetido a um tratamento térmico (tratamento térmico de primeiro estágio), a 130°C durante 8 segundos e, então, submetido a outro tratamento térmico (tratamento térmico de segundo estágio), a 170°C durante 8 segundos, obtendo, assim, um filme de PVA biaxialmente orientado (F-1; espessura: 30 pm) com um teor de água de 0,8%.
[00103] O filme assim obtido tendo uma espessura de 30 pm foi cortado a um comprimento de 20,0 cm na direção de enrolar e a um comprimento de 20,0 cm na direção da largura, assim obtendo um filme de formato quadrado. O peso do filme de formato quadrado foi medido e verificou-se ser 1,55 g. O filme de formato
28/34 quadrado foi imerso em água a 30°C durante 30 minutos. O filme intumescido resultante tinha um peso de 2,85 g. O grau de equilíbrio do intumescimento do filme de PVA, como medido em água a 30°C, foi calculada como sendo: (2,85/1,55) x 100 = 184%.
Exemplo 2 (F-2) [00104] Um filme de PVA biaxialmente orientado (F-2; espessura: 40 pm) com um teor de água de 0,8% foi obtido de modo substancialmente igual que no Exemplo 1, exceto em que um filme de PVA, com um teor de água de 25%, foi preparado mudando as velocidades do rolo de moldar a 5°C e rolos subsequentes para aqueles que eram, cada, 0,75 vez tão largos como os do Exemplo 1. O grau de equilíbrio de intumescimento do filme de PVA, como medido em água a 30°C foi determinado substancialmente do mesmo modo que no Exemplo 1 e verificado como sendo de 183%.
Exemplo 3 (F-3) [00105] Um filme de PVA biaxialmente orientado (F-3; espessura: 30 pm), com um teor de água de 0,8%, foi obtido substancialmente do mesmo modo que no Exemplo 1, exceto que o filme de PVC biaxialmente orientado obtido usando a máquina de bastidor - esticador foi submetido a um tratamento térmico (tratamento térmico de primeiro estágio) a 145°C durante 8 segundos e, então, submetido a um outro tratamento térmico (tratamento térmico de segundo estágio) a 180°C durante 8 segundos. O grau de equilíbrio de intumescimento do filme de PVA, como medido em água a 30°C, foi determinado substancialmente do mesmo modo que no Exemplo 1 e verificado como sendo de 152%.
Exemplo 4 (F-4) [00106] Um filme de PVA biaxialmente orientado (F-4; espessura: 40 pm), com um teor de água de 0,8%, foi obtido substancialmente do mesmo modo que no Exemplo 3, exceto em que um filme de PVA com um teor de água de 25% foi preparado mudando as velocidades do rolo de molde a 5°C e rolos subsequentes para aqueles que eram cada 0,75 vez tão largos como os do Exemplo 3. O grau de equilíbrio de intumescimento do filme de PVA, como medido em água a 30°C, foi
29/34 determinado substancialmente do mesmo modo que no Exemplo 1 e verificado como sendo de 152%.
Exemplo Comparativo 1 (F-5) [00107] Um PVA (grau médio de saponificação: 99,7% em mols; grau médio de polimerização: 1700; viscosidade de solução aquosa a 4%, como medida a 25°C: 40 mPas; teor de acetato de sódio: 0,3%), 12 partes de glicerol como um plastificante, e 1,2 partes de sorbitano monolaurato de polioxietileno, como um agente tensoativo, foram dissolvidas em água para obter uma dispersão aquosa a 18%. De acordo com um método de formação de filme moldado, um filme foi preparado a partir da dispersão aquosa a uma taxa de 10 m/min, usando uma máquina de formação de filme tendo uma correia sem-fim feita de aço inoxidável. O filme foi secado a 120°C, obtendo, assim, um filme de PVA (F-5; espessura: 70 pm). O grau de equilíbrio de intumescimento do filme de PVA, como medido em água a 30°C, foi determinado substancialmente do mesmo modo que no Exemplo 1 e verificado como sendo de 200%.
Exemplo Comparativo 2 (F-6) [00108] Um filme de PVA foi obtido substancialmente do mesmo modo que no Exemplo Comparativo 1, exceto que a taxa em que o filme foi formado foi mudada para 12 m/min. O filme de PVA, com uma espessura de 60 pm, foi secado a 200°C durante 60 segundos, obtendo, assim, um filme tratado com calor (F-6; espessura: 60 pm). O grau de equilíbrio de intumescimento do filme de PVA, como medido em água a 30°C, foi determinado substancialmente do mesmo modo que no Exemplo 1 e verificado como sendo de 127%.
Exemplo Comparativo 3 (F-7) [00109] Usando uma bomba de volume constante, uma solução aquosa de álcool polivinílico obtido por dissolução de 40 partes de um PVA (grau médio de saponificação: 99,7% em mols; grau médio de polimerização: 1.700; viscosidade de solução aquosa a 4%, como medida a 25°C: 40 mPa s; teor de acetato de sódio: 0,3%) em 60 partes de água, foi alimentada para uma extrusora amassadora de parafuso duplo (razão de parafuso L/D = 40) com uma temperatura de camisa de 60
30/34 a 150°C, para realizar uma extrusão a uma taxa de descarga de 500 kg/h. O produto de extrusão resultante foi imediatamente enviado sob pressão para uma extrusora de parafuso único (razão parafuso L/D = 30) e amassado na mesma a uma temperatura de 85 a 140°C. O produto amassado resultante foi moldado através de uma matriz em T, sobre um rolo de moldar tendo sido resfriado a 5°C e solidificado sobre o mesmo, produzindo, assim, um filme resfriado. O filme resfriado foi solto do rolo de moldar, seguido por secagem durante 30 segundos usando 10 rolos quentes giratórios, tendo cada temperatura de 90°C, assim preparando um filme de PVA com um teor de água de 25%. O filme de PVA foi esticado a uma razão de esticamento de 3 vezes na direção do comprimento e, então, esticado a uma razão de esticamento de 3,5 vezes no sentido transversal em uma máquina de bastidor esticador, obtendo, assim, um filme de PVA biaxialmente orientado. O filme de PVA foi submetido a um tratamento térmico (tratamento térmico de primeiro estágio) a 165°C durante 8 segundos e, então, submetido a um outro tratamento térmico (tratamento térmico de segundo estágio) a 205°C durante 8 segundos, obtendo, assim, um filme de PVA biaxialmente orientado (F-7; espessura: 25 pm) com um teor de água de 0,8%. O grau de equilíbrio de intumescimento do filme de PVA, como medido em água a 30°C, foi determinado substancialmente do mesmo modo que no Exemplo 1 e verificado como sendo de 118%.
Exemplo Comparativo 4 (F-8) [00110] Com relação ao filme imec (espessura: 65 pm) fabricado e vendido por Mebiol Inc., o grau de equilíbrio de intumescimento do mesmo, como medido em água a 30°C, foi determinado substancialmente do mesmo modo que no Exemplo 1 e verificado como sendo de 148%.
Exemplo Comparativo 5 (F-9) [00111] Com relação ao filme imec 2 (espessura: 60 pm) fabricado e vendido por Mebiol Inc., o grau de equilíbrio de intumescimento do mesmo, como medido em água a 30°C, foi determinado substancialmente do mesmo modo que no Exemplo 1 e verificado como sendo de 153%.
Exemplo 5 (Medição de viscoelasticidade dinâmica)
31/34 [00112] As amostras do filme (F-1) a (F-9) dos Exemplos 1 a 4 e Exemplos Comparativos 1 a 5 foram individualmente imersas em água a 30°C durante 30 minutos, e um filme circular tendo um diâmetro de 4 cm foi cortado de cada amostra de filme. Os filmes circulares foram submetidos individualmente à medição de comportamento viscoelástico dinâmico por meio de um aparelho de medição viscoelástica de tipo de controle de tensão (reômetro AR-500, fabricado e vendido por TA Instruments Japan Inc.).
[00113] As condições de medição foram as seguintes.
Formato e tamanho da célula de medição: discos paralelos de aço inoxidável (diâmetro: 4,0 cm) com um coletor de solvente de alumínio
Frequência da medição: 1 Hz
Temperatura de medição: 30°C
Tensão aplicada e deslocamento: em uma região linear. Especificamente, a tensão aplicada foi de 10 a 200 Pa, e o deslocamento de 10'6 a 10‘5 radianos.
[00114] O procedimento específico foi o seguinte.
[00115] O filme de PVA tendo alcançado um estado intumescido de equilíbrio foi retirado da água e um filme circular tendo um diâmetro de 4 cm foi cortado do mesmo, de modo a ser montado em discos paralelos de aço inoxidável (diâmetro: 4,0 cm), que foram usados como um dispositivo de medição. O coletor de solvente e água, como um solvente, foram colocados no dispositivo de medição, mantendo o filme em contato íntimo com o dispositivo de medição, e o sistema resultante foi montado no aparelho de medição. Em seguida, o estágio de medição foi elevado, o filme de PVA a ser submetido à medição foi ensanduichado entre o dispositivo de medição e o estágio de medição, e o espaço foi ajustado de modo que o filme fique em contato intimo com o dispositivo de medição e o estágio de medição. Durante esta operação, foi tomado cuidado para assegurar que não ocorre deslizamento entre o filme de PVA, o dispositivo de medição e o estágio de medição, e que o filme não seja prensado. A temperatura do estágio de medição foi ajustada a 30°C, e a viscoelasticidade dinâmica foi medida a uma frequência de medição de 1 Hz sob condições tais que a tensão e deslocamento estavam em uma região linear.
32/34
Os resultados de cada amostra foram resumidos na Tabela 1 abaixo para comparação.
Exemplo 6 (Teste de penetração na raiz) [00116] 600 ml de um fluido nutriente (Otsuka House A prescription EC = 2, fabricado e vendido por Otsuka Chemical Co., Ltd.) foram colocados em uma bandeja de resina de estireno (tamanho do comprimento: 19,5 cm x tamanho transversal: 12,5 cm x tamanho de profundidade: 5,5 cm). Cada um dos filmes de PVA de tamanho A4 produzido nos Exemplos e Exemplos Comparativos foi individualmente disposto sobre o fluido nutriente, de modo que uma superfície do filme foi posicionada em contato com o fluido nutriente. Aparas de casca de coco foram colocadas em uma quantidade de 50 g por 1 m2 no filme de PVA para formar um solo tendo uma espessura de 1,5 cm, e sementes de grama de campo (gramado tipo ocidental, chamado perennial ryegrass accenf', fabricado e vendido por Snow Brand Semente Co., Ltd.) foram semeadas no mesmo. As sementes foram suficientemente aguadas por pulverização de água com um pulverizador, e o todo do sistema resultante foi envolvido com um filme de polietileno semitransparente (YK Sheet, fabricado e vendido por Yoshikawa Sangyo Company; espessura: 10 pm) para evitar a secagem do sistema. O sistema embrulhado foi mantido em interior a 25°C e cultivado usando uma lâmpada fluorescente durante o tempo de 6:00 a 20:00 sob condições tais que a iluminância para o período (1o período) desde o tempo de semeadura ao tempo em que raízes da planta tinham se espalhado e aderido ao filme de PVA foi de 2.000 lux, e a iluminância para o período (segundo período) após as raízes das plantas se espalharem e aderirem ao filme de PVA foi de 6.000 lux, desde que, após o início do segundo período, o filme de polietileno semitransparente foi removido gradualmente durante alguns dias. Os resultados do teste são mostrados na Tabela 1 abaixo para comparação. A penetração das raízes foi avaliada de acordo com os seguintes critérios:
o (boa): a penetração das raízes através do filme de PVA sendo observada em ou após o dia 150 a partir do início do cultivo;
x (fraca): a penetração das raízes através do filme de PVA sendo
33/34 observada antes do dia 150 a partir do início do cultivo; e (não mensurável): o crescimento da planta foi fraco, e as raízes não se espalharam e aderiram ao filme de PVA.
Tabela 1
Espessur a de filme (pm) Tangente de perda (tan δ) (G’7 G’) Grau equilíbrio intumesciment o em água a 30°C Número de dias até penetração da raiz
Exemplo 1 (F-1) 30 0,072 184 % 0 (150 dias ou mais)
Exemplo 2 (F-2) 40 0,060 183% o (150 dias ou mais)
Exemplo 3 (F-3) 30 0,044 152% 0 (150 dias ou mais)
Exemplo 4 (F-4) 40 0,037 149% o (150 dias ou mais)
Exemplo Comparativo 1 (F-5) 70 0,234 200 % X (59 dias)
Exemplo Comparativo 2 (F-6) 60 0,220 127 % X (22 dias)
Exemplo Comparativo 3 (F-7) 25 0,048 118% -
Exemplo Comparativo 4 (F-8) 65 0,341 148 % X (38 dias)
Exemplo Comparativo 5 <F-9) 60 0,350 153% x (59 dias)
[00117] Nos Exemplos 1 a 4, o crescimento da planta foi bom, as raízes das plantas se espalharam bem e aderiram ao filme de PVA, e a ocorrência de penetração das raízes através do filme de PVA foi impedida durante um período de 150 dias ou mais. Por outro lado, no Exemplo Comparativo 3, o filme de PVA mostrou uma baixa permeabilidade de componentes nutrientes e, portanto, o crescimento das plantas foi suprimido. Nos Exemplos Comparativos 1, 2, 4 e 5, a resistência do filme de PVA foi insatisfatória, de modo que a penetração de raízes das plantas através do filme de PVA ocorreu em um período de tempo relativamente curto.
APLICABILIDADE INDUSTRIAL [00118] Ao realizar o cultivo de plantas usando o sistema de cultivo de
34/34 plantas da presente invenção que emprega um filme de PVA, tendo não somente uma excelente absorção e permeabilidade a água ou fluido nutriente, mas também excelente resistência do filme, raízes de plantas podem ser levadas a absorver quantidades satisfatórias de componentes nutrientes durante um longo período de tempo de modo eficiente e estável, enquanto evitando infecção por bactérias e similares, causadores de doenças das plantas e também evitando que as raízes das plantas sofram deficiência de oxigênio causando podridão da raiz e similares, assim tornando possível promover notavelmente o crescimento de plantas de modo contínuo durante um longo período de Tempo. Portanto, a presente invenção é utilizável em uma grande variedade de campos, como os campos envolvendo o cultivo de plantas, por exemplo, agricultura, jardinagem e fabricação de produtos farmacêuticos.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [00119] [Figura 1] Uma vista esquemática em seção transversal de um exemplo de uma modalidade básica do sistema de cultivo de plantas da presente invenção.
Descrição de Números de Referência
1: Filme de PVA; 2: Tanque hidropônico; 3: Fluido nutriente; 4: Corpo de planta; 5: Raízes; 6: Suporte de cultivo de plantas; 7: Material supressor de evaporação ou placa de plantio; e 8: Meio de pulverização de névoa.

Claims (7)

1. Sistema de cultivo de plantas, caracterizado pelo fato de compreender:
um filme de álcool polivinílico (PVA) para cultivar uma planta sobre o mesmo, e um meio retentor de fluido nutriente disposto para estar em contato com a superfície inferior do filme de PVA, em que referido filme de PVA tem um grau de equilíbrio de intumescimento na faixa de 125 a 250%, como medido em água a 30°C, e tem uma tangente de perda (tan Ô) na faixa de 0,005 a 0,2, como medida em um estado intumescido de equilíbrio em água a 30°C.
2. Sistema de cultivo de plantas de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referido filme de PVA é um filme de PVA biaxialmente orientado.
3. Sistema de cultivo de plantas de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que referido filme de PVA tem uma espessura no estado seco de 5 a 100 pm.
4. Sistema de cultivo de plantas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que referido meio retentor de fluido nutriente é um tanque hidropônico acomodando um fluido nutriente que está disposto para estar em contato com a superfície inferior do filme de PVA.
5. Sistema de cultivo de plantas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que referido meio retentor de fluido nutriente é um material tendo uma superfície impermeável à água, sobre ou acima da qual o referido filme de PVA é disposto, e em que referido sistema de cultivo de plantas ainda compreende um meio de alimentação de fluido nutriente para alimentar de modo contínuo ou intermitente um fluido nutriente para uma posição entre referido filme de PVA e referido meio retentor de fluido nutriente.
6. Sistema de cultivo de plantas de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que referido meio de alimentação de fluido nutriente
2/2 compreende um tubo de irrigação por gotejamento disposto entre referido filme de PVA e referido meio retentor de fluido nutriente.
7. Método para cultivar uma planta, caracterizado pelo fato de compreender:
(1) fornecer um sistema de cultivo de plantas compreendendo:
um filme de PVA para cultivar uma planta sobre o mesmo, e um meio retentor de fluido nutriente disposto para estar em contato com a superfície inferior do filme de PVA, em que referido filme de PVA tem um grau de equilíbrio de intumescimento na faixa de 125 a 250%, como medido em água a 30°C, e tem uma tangente de perda (tan δ) na faixa de 0,005 a 0,2, como medida em um estado intumescido de equilíbrio em água a 30°C, (2) colocar uma planta sobre o filme de PVA de referido sistema de cultivo de plantas, e (3) levar um fluido nutriente para estar em contato com a planta através do referido filme de PVA, assim cultivando a planta sobre o filme de PVA.
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