CN106604977A - 树皮和木材纤维生长介质 - Google Patents

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Abstract

一种制造生长介质的方法，包括如下步骤：将树皮和/或木材组分组合在一起以形成初始组合物；将初始组合物在加压容器中于蒸汽下加热至大于约149℃的温度；通过具有多个相对圆盘的提炼器处理初始组合物以得到含有纤维的生长介质，该提炼器将纤维彼此分开；其中，所述生长介质的总孔隙率为88体积％以上。

Description

树皮和木材纤维生长介质
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年6月29日提交的美国临时申请号62/018,640的权益，该临时申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本发明涉及可以用作生长介质中泥炭的替代物的基质。
背景技术
泥炭是农业和园艺应用广泛使用的有机材料。泥炭用于改善土壤结构、保留水分和提高酸度。泥炭也常被加入到农业混合物中以增加持水容量和/或降低重量。由于泥炭通常从天然来源如泥沼和泥炭地收获得到，因此泥炭的开采通过破坏野生生境和危及地方性物种而对脆弱的泥炭沼泽生态系统造成威胁。泥炭地也对健康流域做出贡献，并且帮助为人类种群提供安全的饮用水。除了滤水能力之外，泥炭沼泽在防洪方面也有效，并且用作极为有效的碳汇(carbon sink)。因此，希望保护泥炭地和减少泥炭的商业使用。
已经提出了泥炭的各种替代物，例如，源自椰果壳的椰子壳的纤维或椰子纤维、木基基质或稻壳。然而，所有这些替代物都有各种缺点。例如，替代物都没有提供满意的空气空间的体积。这些替代物也具有较高的干容积密度和湿容积密度，因此对包括该替代物的产品的较高重量做出贡献。另外，替代物中的一些可能就像泥炭一样仅在有限的基础上可得到，因而它们的收获可能有环境影响。
因此，需要不负面影响环境并对生长介质提供希望的性质的泥炭替代物。
发明内容
通过提供包含树皮和/或一种或多种木材组分的组合的覆盖料组合物或生长介质，本发明解决了现有技术中的一个或多个问题。该覆盖料组合物或生长介质由如下方法制造得到：将树皮和/或一种或多种木材组分组合在一起形成初始组合物，将该初始组合物在加压容器中于蒸汽下加热至大于约300℉(约149℃)的温度，并在提炼器中纤维化以形成含有纤维的生长介质。所得到的含有纤维的覆盖料组合物或生长介质的总孔隙率为88体积％或更大。该覆盖料组合物或生长介质的干容积密度为约80kg/m3或更低，湿容积密度为约120kg/m3或更低。覆盖料组合物或生长介质作为单独的覆盖料组合物或生长介质和作为泥炭基生长介质的添加剂以及用于改进其它现有的生长介质是理想的。该覆盖料组合物或生长介质也可以用于代替各种生长混合物中泥炭、堆肥的松树皮(composted pine bark)、珍珠岩、蛭石、沙、石棉、堆肥、动物粪肥、稻壳、硬材树皮、软材树皮、椰子壳的纤维等或其组合中的至少一部分。
附图说明
图1提供了举例说明生长介质的形成的示意流程图。
具体实施方式
根据需要，本文公开了本发明的详尽实施方式；然而，要理解的是，所公开的实施方式仅仅是以各种且可替代的形式可体现的本发明的示例。附图并不一定成比例；为了表示特定部件的细节，某些特征可能被扩大或最小化。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应理解为限制性的，而应仅仅理解为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。
术语“主波长”是指根据引起相同的色调感知的单色光描述多色光混合物的方式。其在国际照明委员会(CIE)的颜色坐标空间中通过感兴趣的颜色的色坐标与发光(illuminate)的坐标之间的直线确定。最接近感兴趣的颜色的坐标空间的周边处的相交点为主波长。
术语“生长介质”是指不含土壤的基质或含有土壤的基质，或用于提供植物生长用的物理支撑、保水性、透气性和/或营养供应从而使植物能够在生长介质内建立其根系并且当根在生长介质的各个颗粒之间的空间中生长时允许根生长的物质的组合。
本文所使用的术语“覆盖料”是指施用于土壤以减小侵蚀、提高保水性和/或保持种子在土壤表面的适当位置足够长的时间以供种子萌发并供根在覆盖料下面的土壤中生长的一层纤维材料。液压覆盖料是通过液压播种机或类似设备用水喷雾施用的覆盖料。
覆盖料组合物或生长介质可以包含一种或多种木材组分。术语“木材组分”是指木屑、木材纤维或它们的组合。木材组分可以来源于针叶树和落叶树，并且可通过任何便利的方式制备，例如在美国2,757,150中公开的方式。可以使用任何类型的木材组分，但是优选软材种类(如北美鹅掌楸)、雪松(如西部红雪松)、冷杉(如黄杉)、加州红木，特别是松树，如松树中的美国黄松、美国糖松(Sugar)、白松和黄松种的木材组分。
覆盖料组合物或生长介质，特别是含有纤维的覆盖料组合物或生长介质可以包含与基于该覆盖料组合物或生长介质的总重量计约95～约5重量％的木材组分混合的约5～约95重量％的树皮。该覆盖料组合物或生长介质可以包含基于该覆盖料组合物或生长介质的总重量计约10重量％的树皮和约90重量％的木材组分。该覆盖料组合物或生长介质可以包含基于该覆盖料组合物或生长介质的总重量计约20～约70重量％的树皮和约30～约80重量％的木材组分。或者，该覆盖料组合物或生长介质可以包含基于该覆盖料组合物或生长介质的总重量计约50～约60重量％的树皮和约40～约50重量％的木材组分。该覆盖料组合物或生长介质可以包含基于该覆盖料组合物或生长介质的总重量计约90重量的树皮和约10重量％的木材组分。该覆盖料组合物或生长介质还可以包含基于该覆盖料组合物或生长介质的总重量计约0～约10重量％或更多的额外组分，如下所述。
树皮可以含有赋予其各层颜色的一种或多种色素或色素前体。某些树皮(例如按树皮和美国梧桐树皮)最初可能为浅色，但是在其色素被氧化后颜色加深。树皮中包括的色素可以包括，但不限于单宁(tannins)，例如单宁酸(如栎单宁酸和棓单宁酸)。上面列举了包含一种或多种色素的有用树皮的非限制性实例。另外，在热处理期间，在树皮、木材或二者中可以产生另外的色素，其对覆盖料产品或生长介质的颜色作贡献。这就是所谓“色素前体”的含义。
所使用的树皮的量、年龄、水分和/或其它性质可能影响所赋予的颜色的色调和/或强度。例如，少量树皮可产生淡褐色覆盖料组分或生长介质，而大量树皮可产生深褐色。为了得到被树皮色素染色的覆盖料或生长介质，可能需要至少约1重量％、约3重量％、优选约5重量％的树皮。为了改变覆盖料或生长介质的颜色，初始组合物中可包含基于初始组合物的总重量计约1至约99重量％的树皮。在生产覆盖料或生长介质的过程中可以加入另外的树皮，从而使纤维产品的最终颜色可被调节至希望的色调。关于树皮的年龄，来自最近剥皮的树的树皮通常提供最强烈的木材组分的颜色变化。为了提供木材组分的充分的颜色变化，树皮的水分可以为通过ASTM D4442-07测得的约30-60％。
覆盖料组合物或生长介质可以具有相对于发白光(white illuminate)主波长为约510nm至约780nm、约590nm至约770nm、约620nm至约760nm或约675nm至约750nm的颜色。覆盖料组合物或生长介质可以具有红色到褐色到黑色的颜色。覆盖料组合物或生长介质可以具有黄色、橙色、灰色或绿色的颜色。覆盖料组合物或生长介质可以具有使得“h值”(色调)为约25至约40、“s值”(饱和度)为约20至约100且“l值”(亮度)为小于约50的hsl色坐标。l值可以为约0至约25。
覆盖料组合物或生长介质还可以包含非永久性染料，其可在该组合物施用后最终被除去或最终渐渐消失。优选地，该非永久性染料是无毒的，从而没有有毒化学品从覆盖料组合物或生长介质中沥滤到环境中。非永久性染料可以包括天然的和/或合成的化合物。非永久性染料可以包括源自植物、真菌、地衣、无脊椎动物、昆虫、矿物质等或其组合的化合物。植物的任何部分均可用于提供染料，如根、花瓣、叶、茎、芽、杆、壳、皮、成熟和/或未成熟的果实或种子。植物染色剂的示例性来源包括上面列举的树种；植物，如胡萝卜、甜菜根、红叶卷心菜、洋蓟、菠菜、芹菜；水果，如蓝莓、石榴、草莓、鳄梨、樱桃、红莓、桑葚、接骨木浆果、黑莓、葡萄、桃；姜黄、茴香、罗勒、辣椒粉(paprika)、藏红花、茶树、咖啡树、伏牛花、血根草、丁香、金华菊、蒲公英、一枝黄花、蜀葵、常春藤、金丝桃、怀黄(yellow dock)、玫瑰、薰衣草、矢车菊、风信子、野胡萝卜、木槿、萱草、红花、山茶、金鱼草、荨麻、马利筋、牡丹、多毛金光菊(Black-eyed Susan)、绣球花、甘菊、苜蓿、番红花、万寿菊等。示例性矿物质基染色剂包括氧化铁和炭黑。示例性的有用的非永久性染料包括ELCOMENT BLACK 7822，可从GreenvilleColorants商购得到。非永久性染料的另一种示例性类型可以包括绿色色素。
非永久性染料可以在步骤a)之前初始组合物形成之前单独与树皮和/或单独与所述组分相结合，在步骤a)中与该初始组合物相结合，在步骤b)、步骤c)、步骤d)、步骤e)中，在步骤e)之后或在多于一个步骤中与覆盖料组合物或生长介质相结合。为了引起木材纤维的颜色改变，可以向该初始组合物中加入基于初始组合物的总重量计至少约0.1至约2重量％的非永久性染料。可以向初始组合物中加入基于初始组合物的总重量计约0.1至15重量％以上、约2至10重量％、约3至7重量％的非永久性染料。可以每吨最终覆盖料组合物或生长介质加入至少约2-40磅非永久性染料以实现颜色改变。
通常，可除去的非永久性染料对覆盖料组合物或生长介质赋予的颜色比其中不存在非永久性染料时更深。非永久性染料可以在施用于田地后数天(约1天至约30天或在更长时间后)被洗掉。非永久性染料可以在施用于田地后数天如约1天至约30天后或在更长时间后渐渐消失或开始渐渐消失(例如，因暴露于阳光下或其它环境条件中)。
具有非永久性染料的覆盖料组合物或生长介质可以具有相对于发白光主波长为约400nm至约780nm、约510nm至约770nm、约590nm至约760nm或约620nm至约750nm的颜色。包含非永久性染料的覆盖料组合物或生长介质的颜色可以发生改变。具有非永久性染料的含有纤维的产品可以具有红色到褐色到黑色的颜色。但是也预期了其它颜色，如绿色、蓝色、黄色、橙色、紫色或灰色色调。染料的类型与量决定颜色的强度。通常，可除去的非永久性染料对含有纤维的产品赋予的颜色比其中不存在非永久性染料时更深。或者，具有非永久性染料的含有纤维的产品的颜色可以其中比不存在非永久性染料时更浅。含有纤维的产品的“h值”可以比无非永久性染料的含纤维的产品的低。覆盖料组合物或生长介质可以具有使得“h值”(色调)为约10至约40、“s值”(饱和度)为约20至约100且“l值”(亮度)为小于约50的hsl色坐标。l值可以为约0至约25。
为了符合有机标准并从有机材料评审协会(OMRI)获得安全认证，覆盖料或生长介质可以通过树皮色素和/或一种或多种天然非永久性染料染色。
由上述方法生产的染色纤维和得到的覆盖料或生长介质组合物可以具有如下耐光性：根据ASTM D4303-99测得的最小褪色以优选增加的顺序为至少高达1天、5天、10天、20天、1个月、2个月或3个月或更长时间。术语“最小褪色”是指任何视觉上可辨别的褪色程度。经染色的覆盖料或生长介质的耐光性可以为约1～120天、约5～90天、约10～30天。
如上所述，覆盖料组合物或生长介质可以包含树皮。术语“树皮”是指包括以下中的一种或多种的多种茎组织：木栓((cork/phellum)、木栓形成层(cork cambium/phellogen)、栓内层、皮层、韧皮部、维管形成层和木质部。有用的树皮的实例包括，但不限于来自松树、橡树、胡桃树、桃花心木(大叶桃花心木(Swietenia macrophylla)、小叶桃花心木(Swietenia mahagoni)、墨西哥桃花心木(Swietenia humilis))、铁杉、黄杉(Douglasfir)、桤木、榆树、桦树、北美云杉(Sitka spruce)、美国梧桐等及其组合。发现松树皮在生长介质中特别有用。
输入树皮和/或木材组分可以以各种方式如切割进行预处理，从而使输入木材组分和/或树皮块的长和宽为约0.25in(0.64cm)至约6in、长和宽为约1in(2.54cm)至约4in(10.2cm)、长和宽为约2in(5cm)至约3in(7.6cm)。优选地，木材组分和/或树皮块的尺寸为约2×2in(5×5cm)。
木材组分和/或树皮在通过下面描述的方法形成覆盖料组合物或生长介质之前的初始密度为约15lbs/ft3(约240.28kg/m3)至约35lbs/ft3(560.65kg/m3)。
含有纤维的覆盖料组合物或生长介质可以与额外组分结合起来。这样的额外组分的实例包括，但不限于肥料、常量营养素、微量营养素、矿物质、粘合剂、天然树胶、互锁人造纤维等及其组合。通常，这些额外组分的总共存在的量为小于覆盖料组合物或生长介质的总重量的约10重量％。更优选地，该额外组分总共存在的量为覆盖料组合物或生长介质的总重量的约1～约15重量％。另外，可以存在量为覆盖料组合物或生长介质的总重量的约20％以下、约15％以下或约5％以下的土壤。土壤存在的量可以为覆盖料组合物或生长介质的总重量的约0.1至约20重量％。覆盖料组合物或生长介质中也可以不存在土壤。
肥料如氮肥、磷肥、钾肥、复合肥等可以以颗粒、粉末、小球(prill)等形式使用。例如，三聚氰胺/甲醛、脲/甲醛、脲/三聚氰胺/甲醛等缩合物可以用作缓释氮肥。可以使用营养价值较小但提供其他优势例如改善透气性、吸水性或对环境友好的肥料。这样的肥料的来源可以为例如动物粪便或植物废料。
营养素是公知的，可以包括例如常量营养素、微量营养素和矿物质。常量营养素的实例包括钙、氯、镁、磷、钾和钠。微量营养素的实例也是公知的，包括例如硼、钴、铬、铜、氟、碘、铁、镁、锰、钼、硒、锌、维生素、有机酸和植物化学物质。其它常量营养素和微量营养素是本领域中公知的。
粘合剂可以是天然的或合成的。例如，合成粘合剂可以包括各种聚合物，例如，通过乳液聚合产生的并以水分散体的形式或作为喷雾干燥粉末使用的加成聚合物。实例包括苯乙烯-丁二烯聚合物、苯乙烯-丙烯酸酯聚合物、聚乙酸乙烯酯聚合物、聚乙酸乙烯酯-乙烯(EVA)聚合物、聚乙烯醇聚合物、聚丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸聚合物、聚丙烯酰胺聚合物及它们的阴离子和阳离子改性的共聚物类似物(即丙烯酰胺-丙烯酸共聚物)等。也可以使用粉末状聚乙烯和聚丙烯。使用时，优选使用含水形式的合成粘合剂，例如作为溶液、乳液或分散液使用。虽然粘合剂在生长介质中不是常用的，但是它们在用液压的方法施加的生长介质中有用。
也可以使用热固性粘合剂，包括各种可熔性酚醛树脂和酚醛清漆型树脂，其为苯酚/甲醛缩合物、三聚氰胺/甲醛缩合物、脲/甲醛缩合物等。它们中大部分以水溶液、乳液或分散液的形式供应，并且通常是商业上可获得的。
天然粘合剂可以包括多种淀粉(如玉米淀粉)、改性纤维素(如羟烷基纤维素和羧烷基纤维素)或天然产生的树胶(如瓜耳胶、黄胶(gum gragacanth)等)。也可以使用天然蜡和合成蜡。
参照图1，提供的是举例说明覆盖料组合物或生长介质形成的示意流程图。如图1中所见，在步骤a)中，通过将树皮10和/或木材组分12组合在一起形成初始组合物14。木材组分12可以包括木屑、木材纤维或者二者；然而，优选地，木材组分为木屑。通常，在步骤a)中，基于覆盖料组合物或生长介质的总重量计约5～约95重量％的树皮与约95～约5重量的木材组分组合。优选地，在步骤a)中，基于覆盖料组合物或生长介质的总重量计约20～约70重量％的树皮与约30～约80重量的木材组分组合。或者，在步骤a)中，基于覆盖料组合物或生长介质的总重量计约50～约60重量％的树皮与约40～约50重量的木材组分组合。又或者，初始组合物14可以基本上不含树皮，并且可以含有基于该覆盖料组合物或生长介质的总重量计约100％的木材组分。
在步骤b)中，将初始组合物14加热至升高的温度以杀灭加压容器16中的微生物。通常，加热步骤可以在约250℉(121℃)以下到约500℉(260℃)以上、约300℉(149℃)到约400℉(204℃)、约320℉(160℃)到约380℉(193℃)的范围内的温度下进行。加热步骤可以进行足以杀灭微生物的时间。加热步骤可以在约35lbs/in2(102kg/cm2)至约120lbs/in2(351kg/cm2)或约50lbs/in2(146kg/cm2)至约100lbs/in2(293kg/cm2)的蒸汽压力下进行约1至约5分钟或更长时间。例如，加热步骤可以在约300℉(149℃)的温度、约80lbs/in2(234kg/cm2)下进行约3分钟。例如，加热步骤可以在约300℉(149℃)的温度下进行约3分钟。加热步骤导致产生优选基本无菌的覆盖料组合物或生长介质。加热步骤期间的蒸汽流速可以为约4000lbs/h(1814kg/h)至约15,000lb/h(6803kg/h)。
美国专利号2,757,150中公开了用于步骤b)的加压容器及相关方法的实例，该专利已通过引用并入，在该专利中木屑被进料到加压蒸汽容器中，使木屑软化。在该过程中可以使用任何类型的木屑，但是优选软材种类如北美鹅掌楸，特别是松树的木屑。
在步骤c)中，通过提炼器18处理初始组合物14以形成覆盖料组合物或生长介质20。提炼器18可使用多个圆盘以得到覆盖料组合物或含有纤维的生长介质20。提炼器18可以使用两个或更多个圆盘，其中一个是旋转的，以如美国专利号2,757,150中所给出的将木材纤维彼此分离，该专利的全部公开内容通过引用在此并入。提炼器18通常在比步骤b)中所使用的温度低的温度下操作。提炼器18可以在约70℉(21℃)至约400℉(204℃)、约150℉(150℃)至约350℉(176℃)、约200℉(93℃)至约300℉(148℃)的范围内的温度下操作。提炼器18可在蒸汽下操作。提炼器18可在大气压或升高的压力如约50lb/in2(146kg/cm2)或更低至约100lb/in2(293kg/cm2)的压力下操作。在步骤c)期间可以加入所述额外组分22中的一些，如染料或表面活性剂。
在步骤d)中，在约400℉(204℃)至约600℉(316℃)的温度下干燥覆盖料组合物或生长介质20足以将覆盖料组合物或生长介质20的水分含量减少至基于覆盖料组合物或生长介质20的总重量计小于约45重量％、小于约25重量％或小于约15重量％的值的时间。干燥步骤可以长约1至10秒、约2至8秒、约3至5秒。该干燥步骤可以长于10秒。步骤d)中干燥覆盖料组合物或生长介质的示例性设备可以为管式快速干燥器(flash tuber dryer)，该管式快速干燥器因颗粒均匀悬浮于其内部能够在较短的时间内干燥大量覆盖料组合物或生长介质20。当悬浮于加热气流中时，实现了最大表面接触，赋予生长介质均匀水分。覆盖料组合物或生长介质20中的水分含量可以为基于该覆盖料组合物或生长介质20的总重量计约10～约50重量％、约20～约40重量％、约25～约35重量％。
在任选步骤e)中，覆盖料组合物或生长介质20被进一步提炼，并且可以加入上述额外组分22。
如上所述，覆盖料组合物或生长介质可以用作单独的覆盖料组合物或生长介质。或者，覆盖料组合物或生长介质可以加入到常规覆盖料组合物或生长介质中，以替代至少部分的一种或多种组分。覆盖料组合物或生长介质可以代替泥炭、堆肥的松树皮、珍珠岩、蛭石、沙、石棉、堆肥、动物粪肥、稻壳、硬材树皮、软材树皮、椰子壳的纤维、其它有机材料(如堆肥的有机物)等或其组合。覆盖料组合物或生长介质可以以优选增加的顺序代替生长混合物中上面列举的组分中的至少一种的基于覆盖料组合物或生长混合物的总重量计约0.5％以上、1％以上、5％以上、10％以上、15％以上、20％以上、25％以上、30％以上、40％以上、45％以上、50％以上、60％以上、70％以上、80％以上、90％以上、95％以上或99％以上。覆盖料组合物或生长介质可以替代常规覆盖料组合物或生长介质中的一种或多种组分的基于覆盖料组合物或生长介质的总重量计约1～约99重量％、约20～约80重量％或约40～60重量％。示例性的常规生长混合物可以包含基于生长混合物的总重量计约80重量％的泥炭和20重量％的珍珠岩，加入该珍珠岩以为泥炭形成空气空间。本发明的生长介质可以完全替代珍珠岩以及替代至少约50重量％的泥炭。因此，所得到的生长介质因为仅含有较少量的泥炭是环境有利的，并且因为替代了珍珠粉，因此比常规生长混合物更经济。所得到的生长介质还提供了比泥炭-珍珠岩及其它常规生长混合物更平衡的空气和水保留量。
平衡的持空气(非毛细管的)容量和持水(毛细管的)容量为植物提供理想的生长条件。空气空间的体积通常对根系和植物而言是重要的，因为没有氧，根就没法生长和吸收水或矿物质。根充氧越多，植物在将糖转化成用于植物生长的能量方面变得越有效。同样地，生长介质充足的水保留量对于确保根可以利用适量的水进行光合作用、根生长以及通过生长的植物有效摄入水而不过饱和是重要的。然而，常规的覆盖料组合物或生长混合物通常实现不了平衡的空气和水保留量，因为通常在水保留量的体积％上升时，其靠牺牲空气保留量，反之亦然。
本发明的覆盖料组合物或生长介质有利地可以提供平衡的持空气容量和持水容量，在尺寸为30.5×30.5×30.5cm(12in×12in×12in)的容器中测得的持空气容量和持水容量基于覆盖料组合物或生长介质的总体积计各为约25-60体积％，优选各为约43-56体积％，更优选各为约48-49体积％。持空气容量和持水容量各自都没有限制，在30.5×30.5×30.5cm(12in×12in×12in)的容器中测量时它们可以各为覆盖料组合物或生长介质的总体积的约20体积％以上、25体积％以上、30体积％以上、35体积％以上、40体积％以上、45体积％以上、50体积％以上、55体积％以上、60体积％以上或65体积％以上。
本文所指的持水容量和持空气容量根据“通过园艺基质实验室利用NCSU孔隙度仪确定园艺基质的物理性质的程序(Procedures for Determining Physical Propertiesof Horticultural Substrates Using the NCSU Porometer by HorticulturalSubstrates Laboratory)”(园艺科学系，北卡罗莱纳州立大学(罗利)，北卡罗莱纳州)测量，该程序在本文中通过引用以其整体并入。持水容量通过容器容量测试(ContainerCapacity test)测量，该测试测量生长介质饱和并允许排水后充满水的基质的体积％。其为生长介质能够保持的水的最大量。排水受基质的高度的影响，因此这种性质依赖容器的大小。容器越高，其引起的排水越多，基质的持水能力越小。持氧容量(oxygen holdingcapacity)测得为生长介质饱和并允许排水后充满空气的基质的体积％。其为材料具有的空气的最小量。其以与容器容量相反的方式受到容器高度的影响，即容器越高，排水越多，因此空气空间越多。
持水容量和持空气容量的和等于针对给定密度和水分含量的总孔隙率。总孔隙率限定孔的总体积，是指包括孔或洞的基质的体积％。其为在基质中提供水和透气性的体积分数。总孔隙率+固体％＝100％。覆盖料组合物或生长介质的总孔隙率可以为约88～约99体积％、约91～约98体积％、约93～约97体积％、约94～约96体积％。覆盖料组合物或生长介质的总孔隙率可以为约88体积％以上、91体积％以上、93体积％以上、95体积％以上、97体积％以上、99体积％以上。
覆盖料组合物或生长介质的持水容量(WHC)也可以通过ASTM D7367-14测量，ASTMD7367-14是确定用于液压种植(hydraulic planting)的纤维覆盖料的持水容量的标准测试方法。根据ASTM D7367-14，覆盖料组合物或生长介质的持水容量(WHC)可以为基于覆盖料组合物或生长介质的总重量计约400至约1000重量％、约500至1000重量％、约600至900重量％。
本发明的覆盖料组合物或生长介质的另外的优点是与现有技术的基质相比更低的干容积密度和湿容积密度。高密度可能对覆盖料组合物或生长基质施加输送限制，因为这样的基质在达到用于输送可行的体积限制之前可以达到其重量限制。在与密度更高的介质相比时，在重量相同的情况下，本发明的覆盖料组合物或生长介质的较低的湿容积密度和干容积密度给终端使用者提供的覆盖料组合物或生长介质的体积更大。本发明的低密度覆盖料组合物或生长介质可以作为组分加入到现有技术的覆盖料或生长介质中，由此单独与现有技术的介质相比，将它们的输送成本降低约5％以上、10％以上、15％以上或20％以上。另外，消费者可以发现购买和使用本发明的生长介质更容易，因为它们的重量更低。生长介质的干容积密度以优选增加的顺序可以为约6lb/ft3以下、4lb/ft3以下、3lb/ft3以下或2lb/ft3以下。覆盖料组合物或生长介质的干容积密度可以为约1.5lb/ft3至约6lb/ft3、约2lb/ft3至约4lb/ft3、约2.2lb/ft3至约2.6lb/ft3。覆盖料组合物或生长介质的湿容积密度以优选增加的顺序可以为约15lb/ft3以下、10lb/ft3以下、8lb/ft3以下、6lb/ft3以下、4lb/ft3以下、3lb/ft3以下或2lb/ft3以下。覆盖料组合物或生长介质的湿容积密度可以为约2lb/ft3至约10lb/ft3、约2.2lb/ft3至约5lb/ft3、约2.4lb/ft3至约3lb/ft3。
下表1举例说明了与现有技术的生长介质相比，包含基于覆盖料组合物或生长介质的总重量计约80％的木材组分和约20％的树皮的覆盖料组合物或生长介质的一种实施方式和包含基于覆盖料组合物或生长介质的总重量计100％的松树木材纤维的另一种实施方式的测试结果。
表1：覆盖料/生长介质的性质
表1中的数据是由JR彼得斯实验室(阿伦敦，宾夕法尼亚，美国)使用“通过园艺基质实验室利用NCSU孔隙度仪确定园艺基质的物理性质的程序”(园艺科学系，北卡罗莱纳州立大学(罗利)，北卡罗莱纳州)收集到，该程序在本文中通过引用以其整体并入。
表1中的空气空间的体积％是指上面讨论的持空气容量，其测得为材料饱和并允许排水后充满空气的基质的体积％。其为该材料具有的空气的最小量。测量容器具有以下尺寸：30.5×30.5×30.5cm(12in×12in×12in)。
表1的容积密度是指干固体的质量与基质的总体积的比。该总体积包括固体的体积和孔空间。该质量是在221℉(105℃)下干燥至恒重后确定的，体积为圆筒中样品的体积。
表1中的水分含量是指在样品中发现的基于湿质量的水分百分比。其通过[(湿重-干重)/湿重]×100来计算。其表示特定样品中包含的水的量。
表2提供现有技术的生长介质与本发明的两种实施方式的比较，这两种实施方式具体为包含基于覆盖料组合物或生长介质的总重量计约80％的木材组分和约20％的树皮的覆盖料组合物或生长介质的一种实施方式与包含100％的松树木材纤维的另一种实施方式。表2中的松散容积密度(loose bulk density)数据是在覆盖料组合物或生长介质通过开松机和/或使用为特定种类的覆盖料组合物或生长介质推荐的方法膨胀后将该覆盖料组合物或生长介质填充在30.5×30.5×30.5cm(12in×12in×12in)的容器中得到的。
表2：松散容积密度
表3提供的是覆盖料或生长介质的纤维的尺寸分类；还提供了通过不同筛眼孔径的材料的重量％以及密度、WHC和总孔隙率。总孔隙率通过孔隙度仪测试“通过园艺基质实验室利用NCSU孔隙度仪确定园艺基质的物理性质的程序”(如上所引用的)测量。
表3：木材纤维尺寸分类
终端产品中的纤维粒子的筛眼孔径的范围可以为美国筛眼孔径#8-#100，但是预期了其它筛眼孔径。覆盖料组合物或生长介质中纤维的尺寸的范围可以为约0.149mm至约2.38。部分木材组分和/或树皮可以以它们变成粒径为约30μm以下至约600μm以上的粉末的方式处理。通常，纤维尺寸越小，WHC越高。
覆盖料组合物或生长介质也可以在液压应用中使用。用液压的方法施用的覆盖料组合物或生长介质提供了植被恢复和侵蚀控制的有效解决方案。用液压的方法施用的覆盖料组合物或生长介质在保护种子时可以直接与土壤结合，由此在允许种子萌发和植物生长的同时为籽苗和/或植物遮挡风、大雨以及其它环境条件。用液压的方法施用的覆盖料组合物或生长介质可以用于确保静态折衷的斜坡(statically-compromised slope)、稳定极易受侵蚀的土壤、再引入本土植物物种等或其组合。用液压的方法施用的覆盖料组合物或生长介质可以单独使用，或与其它控制侵蚀的方法结合使用。用液压的方法施用的覆盖料组合物或生长介质可以在公路工程、消遣工程如高尔夫球场期间、在矿山复垦区域中、工业上或其它应用中使用。
用液压的方法施用的覆盖料组合物或生长介质可一次或在多个阶段中施用于生境(site)。覆盖料组合物或生长介质可以在水力喷雾机的水箱中或另一合适的设备中与水以及任选的种子、化学粘合剂、天然树胶和/或互锁人造纤维和/或其它组分一起混合。种子可以包括一种物种或包括物种如天然禾草或非天然禾草、野花、非禾木草本植物或其它希望的物种的混合物。混合可以继续到覆盖料组合物或生长介质的所有纤维都基本被分裂开并且含水(hydrated)。在达到结合添加剂的适当粘度和活化时，可以加入上面列举的额外组分或其他组分，如肥料、常量营养素和/或微量营养素。然后可以将含水的覆盖料组合物或生长介质从合适的设备如具有风扇型喷嘴的水力喷雾机施用于生境(site)。覆盖料组合物或生长介质在施用后立即直接结合于土壤，从而为隐没的种子提供保护，使土壤流失最小，并且帮助在施用生境快速建立植被。
虽然上面描述了示例性实施方式，但是并不意图这些实施方式描述了本发明的所有可能形式。相反，说明书中所使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变。另外，各种实施方式的特征可以结合起来形成本发明另外的实施方式。

Claims (23)

1.一种制造含有纤维的覆盖料组合物或生长介质的方法，所述方法包括：
a)将树皮和/或木材组分组合在一起形成初始组合物；
b)将初始组合物在加压容器中于蒸汽下加热至大于约149℃的温度；以及
c)通过具有多个相对圆盘的提炼器处理初始组合物，将树皮和/或木材组分分成纤维，并在提炼器中将所述纤维彼此分离以得到总孔隙率为88体积％或更大的覆盖料组合物或生长介质。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述覆盖料组合物或生长介质的总孔隙率为92体积％或更大。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述覆盖料组合物或生长介质的总孔隙率为95体积％或更大。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述覆盖料组合物或生长介质的干容积密度为约80kg/m3或更低，湿容积密度为约120kg/m3或更低。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述覆盖料组合物或生长介质的干容积密度为约40kg/m3或更低，湿容积密度为约50kg/m3或更低。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述初始组合物包含基于初始组合物的总重量计约5～约95重量％的树皮和约95～约5重量％的木材组分。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述初始组合物包含基于初始组合物的总重量计约20～约70重量％的树皮和约30～约80重量％的木材组分。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述初始组合物包含基于初始组合物的总重量计约50～约60重量％的树皮和约40～约50重量％的木材组分。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述树皮包括松树皮。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述初始组合物包含约100重量％的松树木材组分。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述木材组分包括木屑。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将初始组合物在加压容器中于蒸汽下在大于或等于约149℃的温度下加热足以杀灭微生物的时间。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将初始组合物在加压容器中于蒸汽下在约149℃至约260℃的温度下加热。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，蒸汽加热在为约146kg/cm2至约293kg/cm2的范围内的蒸汽压力下进行。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括将覆盖料组合物或生长介质干燥至水分含量为基于覆盖料组合物或生长介质的总重量计小于约50重量％。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括将覆盖料组合物或生长介质干燥至水分含量为基于覆盖料组合物或生长介质的总重量计小于约25重量％。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括将覆盖料组合物或生长介质干燥至水分含量为基于覆盖料组合物或生长介质的总重量计小于约15重量％。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括将含有纤维的覆盖料组合物或生长介质与肥料、常量营养素、微量营养素、矿物质、化学粘合剂、天然树胶、互锁人造纤维、土壤和/或种子中的至少一种组合。
19.一种低纤维密度覆盖料组合物或生长介质，其由前述权利要求中任一项所述的方法制备得到。
20.根据权利要求19所述的低纤维密度覆盖料组合物或生长介质，其中，所述覆盖料组合物或生长介质的空气空间的体积为至少约30％。
21.根据权利要求19或20中任一项所述的低纤维密度覆盖料组合物或生长介质，其中，所述覆盖料组合物或生长介质为覆盖料组合物或生长混合物的组分，其中所述覆盖料组合物或生长介质代替至少一部分泥炭、堆肥的松树皮、珍珠岩、蛭石、沙、石棉、堆肥、动物粪肥、稻壳、硬材树皮、软材树皮、椰子壳的纤维或其组合。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的低纤维密度覆盖料组合物或生长介质，其中，所述覆盖料组合物或生长介质中的纤维的筛眼孔径为#8～#100。
23.用液压的方法施用的前述权利要求中任一项所述的覆盖料组合物或生长介质。
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