CZ2001338A3

CZ2001338A3 - Rostlinný substrát minerální vlny

Info

Publication number: CZ2001338A3
Application number: CZ2001338A
Authority: CZ
Inventors: Anton Blaakmeer; Paul Jacques Louis Hubert Bouwens
Original assignee: Rockwool International A/S
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 1999-08-06
Publication date: 2001-07-11

Abstract

Rostlinný substrát obsahuje koherentní matrici minerální vlny a až 20 % obj. ionexivého činidla, majícího proměnnou a/nebo fixovanou ionexovou kapacitu kolem 15, s výhodou 30 a nejvýhodněji 40 nebo více mekv./100 g suché hmotnosti.

Description

Oblast techniky

Předložený vynález se týká rostlinného substrátu minerální vlny. Podrobně se předložený vynález týká rostlinného substrátu minerální vlny, který obsahuje cizí materiál nebo materiály, aby se zlepšily vlastnosti substrátu minerální vlny pro realizaci ochrany plodin anebo zlepšeného provedení rostlin vzhledem k dalšímu (jako je výživa, pesticidy, voda a podobně), když se aplikují pěstiteli během plodinového cyklu.

Dosavadní stav techniky

Rostlinné substráty minerální vlny pro růst rostlin jsou v oblasti techniky dobře známy a sestávají z koherentní matrice minerální vlny. Tato koherentní matrice je tvořena vrstvy vláken minerální vlny, které obsahují vytvrditelné pojivo, takže po vytvrzení jsou vlákna minerální vlny navzájem vůči sobě v podstatě nepřemístitelná. Jestliže je požadován rychlý příjem vody, tato koherentní matrice minerální vlny může obsahovat smáčivé činidlo.

Pod pojmem minerální vlna se rozumí skleněná vlna, kamenná vlna, člověkem vyrobená skelná vlákna, strusková vlna a jejich směsi.

Vlákna mohou mít průměrný proměř v rozmezí od 1 do 10 mikrometrů. U kamenné vlny je průměr vláken průměrně 4 mikrometry.

Hustota koherentní matrice minerální vlny je mezi 10 a 200 kg/m³, obecně v rozmezí 40 a 80 kg/m³.

• · · · · · • ·

Tato koherentní matrice minerální vlny má vlastnost zachovávání si tvaru bez ohledu na použité výchozí anorganické materiály. Kapacita udržování vody těmito rostlinnými substráty minerální vlny je velmi dobře regulovatelná a předpověditelná.

Problémem je to, že pěstitelé, kteří používají rostlinné substráty mminerální vlny, mohou nedopatřením stresovat nebo dokonce poškodit rostliny předávkováním nebo poddávkováním substrátů minerální vlny pňdáním například roztoků živin, když se vezmou v úvahu požadavky rostlin v daném období a daném růstovém stadiu.

Podstata provedení vynálezu

Předmětem předloženého vynálezu je získat zlepšený rostlinný substrát minerální vlny, který napomáhá překonávat tento problém.

Podle prvního aspektu předloženého vynálezu se získává rostlinný substrát minerální vlny podle nároku 1.

V půdě rostliny extrahují jejich nutné sloučeniny, jako jsou esenciální živiny ze sloučenin dostupných ve vodě v půdě. Jestliže toto množství sloučenin ve vodě v půdě bud přesahuje nebo nedosahuje množství potřebné pro rostlinu, tyto sloučeniny se budou popřípadě uvolňovat nebo skladovat na nabitých částečkách půdy. To lze kvantitativně vyjádřit jako ionexová kapacita (IEC). Tyto částečky půdy mohou obsahovat jak fixovanou tak/nebo proměnnou IEC (proměnná znamená, že množství IEC závisí na jiných parametrech, jako je pH, obsah vody a struktura).

Mechanismus uvolňování a skladování je dán chemickou rovnováhou sloučenin mezi částečkami půdy a roztokem vody v půdě a/nebo částečkami půdy a roztokem vzduchu v půdě.

Tato IEC a mechanismus uvolňování a skladování sloučenin v půdě nefunguje jenom pro ionty, ale také pro sloučeniny, které jsou elektricky neutrální, ale díky jejich • · ···· ·· ·· ·· ··· · · · · ·«· • · · ·· · · · ·· • ···· ··· ·· ··· tt ···· ·· ··· chemické struktuře obsahují silné positivní a negativní dipolové náboje, jejich příklady jsou voda a anorganické sloučeniny, jako jsou uhlíkaté kyseliny a alkoholy.

Tento mechanismus výměny a skladování sloučenin a IEC však chybí u rostlinných substrátů minerální vlny. Proto jestliže pěstitelé předávkují nebo poddávkují substráty minerální vlny, například živinami a pesticidy, může to mít silný negativní vliv na rostliny (jako je stres, poškození a podobně), což vede k suboptimálnímu růstu rostlin, jako kvalitativně tak kvantitativně. Stres rostlin indukovaný tímto způsobem může dokonce vést k indukci onemocnění rostlin.

Autoři tohoto vynálezu ukázali, že přidáním ionexového činidla obsahujícího fixovanou a/nebo proměnlivou IEC k rostlinnému substrátu minerální vlny jsou v něm pufrovány životně důležitě sloučeniny. To znamená, že jestliže pěstitel přidá větší nebo menší dávku sloučenin k rostlinnému substrátu, rostlina je v podstatě chráněna před jejich negativními účinky.

lonexové činidlo s výhodou znamená katexové činidlo, které obsahuje půdní minerály a nejvýhodněji vykazuje chování, které se nepodobá hlinkám, pokud jde o bobtnání a srážení.

Pro růst rostlin mohou být velmi důležité mikroorganismy. Na jedné straně tyto organismy hrají roli pň ochraně rostlin, například výskyt onemocnění rostlin indukovaných pathogeny a/nebo predátory (jako phythium a Protozoa) není umožněn jak optimalizováním podmínek pro plodiny (jako je dostatečné množství živin) tak existencí antagonsitů, tj. mikroorganismů, těchto patogenů a predátorů. Na druhé straně mikroorganismy (jako mycorizha) mohou žít v symbiose s rostlinou a tímto způsobem indukovat zlepšený růst rostliny.

Dobrým místem pro mikrorganismy jsou materiály, které obsahují póry o průměrné velikosti 6 nebo méně mikrometrů. Velmi dobrými podmínkami je to, jestliže póry jsou menší než trojnásobek velikosti mikroorganismů, což znamená stále ještě • · · · · · • · • · ··· · · · · · · · • · · · · «· · · ·

9 9 9 9 9 9 9 9 ·· ··· ·· 9999 99 999 větší než orgamismus. Hlinka (jako je bentonit) je příkladem materiálu, který obsahuje průměrnou velikost pórů pod 6 mikrometrů. Poréznost a průměrná velikost pórů hlinky není statická a značné se mění díky bobtnání a srážení hlinky, což je ovlivněno, mimo jiné hladinou pH, hladinou EC a obsahem vody.

Rostlinné pathogeny a predátoři mají větší velikost než známí antagonisté a mikrorganismy příznivé pro rostliny. To znamená, že poslední z uvedených budou pravděpodobněji profitovat z těchto menších velikostí pórů.

U rostlinných substrátů minerální vlny s hustotou 10 až 200 kg/m³ je nejpravděpodobnější průměrná velikost pórů větší než 10 mikrometrů. Rostlinné substráty minerální vlny mají stabilní strukturu a poréznost a v podstatě nejsou citlivé na bobtnání a srážení.

Aby se zlepšil rostlinný substrát minerální vlny jako mikrobiologické sídliště, zvláště pro mikrorganismy chránící rostliny, používá se ionexové činidlo, které má s výhodou průměrnou velikost pórů menší než substrát minerální vlny o hustotě 72 kg/m³ (který má přibližně průměrnou velikost pórů 25 mikrometrů), které s výhodou vykazuje také menší bobtnání a srážení než hlinka a nejvýhodněji s velikostí pórů menší než 6 mikrometrů.

Nejvýhodnější ionexové činidlo zahrnuje zeolit. Jelikož zeolity mají stabilní, klecovitou strukturu, poskytují ideální a stabilní sídliště pro mikroorganismy.

Substrát může dále obsahovat organickou látku, jako je rašelina, kokosový ořech, rašeliník nebo jiné typy kompostu, s výhodou se stupněm humifikace 10 až 70 % hmotn., výhodné obsahující 10 až 60 % huminových kyselin a/nebo dusíkatých sloučenin (jako jsou proteiny, aminokyseliny a amidy) a nejvýhodněji pocházející z přírodního zdroje, který může nahradit minerální vlnu až do 20 % obj., s výhodou až do 10 % obj.

Na vhodné organické látky je odkazováno ve spisu WO 96/33602, který je zde zahrnut jako odkaz.

Regulace pH je při pěstování často vyžadována pro to, aby docházelo k dobré růstové odpovědi rostlin. Avšak u rostlinných substrátů minerální vlny je obtížné dosáhnout dobré regulace pH. Výsledné pH roztoku živin (vzhledem k požadovanému pH pro růst rostlin) se často liší od skutečně nálezného pH v substrátu minerální vlny. Dochází k tomu z několika důvodů.

Za prvé, rostlinný substrát minerální vlny se chová v podstatě jako bazická chemikálie a tedy zvyšuje pH substrátu.

Za druhé, rostliny vylučují organické látky, které mohou ovliňovat pH.

Příjem živných iontů vede k vyloučení H⁺ a OH' kořeny rostlin, což také může ovlivňovat pH. Dále pak stav rostliny, tj. faktory jako je indukovaný stres, také může ovlivnit typ a množství přijatých živin a vylučovaných extrudátů.

Organické látky jsou dobré při pufrování H⁺ iontů adsorpcí a desorpcí NH₂skupin a pufrováním OH' iontů skupinami podobajícími se uhlíkatým kyselinám (jako je kyselina fulvová a huminové kyseliny).

Organický materiál je citlivý také na biologickou degradaci, ovlivnění struktury, množství a funkci účinných pH pufrujících skupin a tedy schopnost pufrovat pH organickými látkami. Stupeň humifikace organických látek je indikací možného stupně a množství degradace. Látky s nízkým stupněm humifikace se degradují pravděpodobněji než látky s vysokým stupněm humifikace. Použitím biologicky degradovatelných organických látek však rostlinný substrát minerální vlny poskytuje další výhodné vlastnosti související s organickými látkami, které jsou zásobami zdroje uhlíku. Díky degradaci organických látek jsou sloučeniny stimulující rostliny uvolňovány, jako jsou huminové kyseliny a vitaminy, což je příznivé pro růst rostlin. Mohou se uvolňovat • 0 0000 «*·0 ·· ·

000 0000 0 0 0 0

00000 00 · 0· ·

0400 0000 0

0000 000

000 0· 0004 04 400 také sloučeniny tvořící komplexy, které udržují mírně rozpustné nebo nerozpustné stopové prvky v roztoku živin. Organické látky mají s výhodou stupeň humifikace mezi 10 a 70 %, aby se získaly dobré pH pufrovací vlastnosti a positivní účinky na degradaci.

Jestliže je žádoucí získat rostlinný substrát minerální vlny se zlepšenou kapacitou pufrovat vodu s vyššími dostupnými množstvími vody mezi pF 0,5 a 2 a/nebo meziproduktů a fixované IEC, je cenné částečně nahradit minerální vlnu anorganickou látkou, jako je přírodní hlinka. Tato hlinka může nahradit minerální vlnu až v množství 20 % objemových.

Hlinka pro nahražení organické látky může obsahovat půdní materiály obsahující hydrofilní částice s výhodou s velikostí částic pod 20 mikrometrů; takové částice například patří do skupiny erodovaných minerálů, jako jsou hlinky, směsi hlinek s usazeninami a pískem, které mají hlinkovou frakci odstranitelnou jako kal v množství alespoň 20 % hmotn, a dále bentonit, kaolin a podobně. Zvláště vhodné jsou různé přirozeně se vyskytují typy hlinek nebo jejich směsí, jako je mořský jíl. Příklady jsou jíly obsahující 0 až 100, s výhodou 10 až 50 % částic, které mají velikost s výhodou menší než 20 mikrometrů.

Použití hlinky poskytuje další výhodou, jestliže je organická látka obsažena v matrici ve formě pelety. V takovém případě hlinka funguje jako mazací činidlo a jako materiál, který snižuje lisovatelnost pelety.

Kombinace hlinky a organického materiálu tvoří tak zvaný hlinko-humusový komplex, který může vést ke zlepšené fyzikální struktuře, tj. zvýšené poréznosti, zvýšeným velikostem pórů a tedy sušší, provzdušněnější struktuře.

Hlinka se tedy používá proto, aby se změnil biodegradovatelný charakter použité organické látky. Například rašelina, která je normálně biodegradovatelná, se může stát v podstatě biologicky nedegradovatelnou vlivem přidání hlinky k peletě.

·· ·*··

Ί

Tímto způsobem může hlinka inhibovat nebo bránit biologické degradaci anorganických látek.

Pelety mají velikost (částic) 0,1 až 20 mikrometrů.

Díky přítomnosti hlinky a rašeliny může být regulována koncentrace výtrusových prvků v vodě, která zůstává v matrici minerální vlny, díky trvalému uvolňování kationtů dočasně skladovaných v organické látce a/nebo hlince.

Tento vynález bude nyní dále objasněn odkazem na následující příklady.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Vyrobí se koherentní růstový substrát, který má formu růstových bloků (10.10.6,5 cm), sestávající z koherentní matrice minerální vlny, na kterou se aplikuje pojivové činidlo na bázi fenol-formaldehydu a smáčecí činidlo. Před projitím vytvrzovací pecí se k matrici přidá zeolit v množství 10 % hmotn. (velikost částic 2 až 6 mm s katexovou kapacitou 80 mekv./100 gramů suchého materiálu). Hustota koherentního růstového substrátu je 80 kg/m³. CEC koherentního růstového substrátu na základě vody obsahuje CEC 3 až 6 mmolů/litr substrátu. Tato pufrovací kapacita byla 12 až 25 % optimálně aplikovaného živného roztoku.

Příklad 2

Vyrobí se koherentní růstový substrát, který má formu růstových bloků (10.10.6,5 cm), sestávající z koherentní matrice minerální vlny, na kterou se aplikuje pojivové činidlo na bázi furanu.

9 9 9 9 9 9« 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 « 9

9 9 9 9 9 9 · 9 9

9 90·· 9 · 9 9

9999 99

999 99 9999 «9 9 (Pojivová činidla, jak jsou popsána ve spisu WO 97/07664, jsou zde zahrnuta jako odkaz.)

Před projitím vytvrzovací pecí se k matrici přidá směs 50 % hmotn. zeolitu a 50 % hmotn. hlinky, které spolu představují 10 % hmotn. Hustota koherentního růstového substrátu je 80 kg/m³

CEC zeolitu byla 80 mekv./100 gramů suchého materiálu, velikost částic 2 až 6 mm a průměrná velikost pórů menší než 10 mikrometrů.

CEC hlinky byla 20 mekv./100 gramů suchého materiálu, velikost částic 2 až 6 mm a průměrná velikost pórů 5 až 12 mikrometrů.

Půrměmá velikost částic matrice minerální vlny byla mezi 15 a 30 mikrometry.

CEC koherentního růstového substrátu, na základě objemu substrátu, přispívá k celkové CEC 2 až 4 mmoly/litr substrátu. Tato pufrovací kapacita byla 8 až 16 % optimálně aplikovaného živného roztoku.

Vzhledem k objemu koherentního substrátu, méně než 1 % obj. z celkového objemu substrátu mělo průměrnou velikost pórů menší než 12 mikrometrů.

Autoři vynálezu ukázali, že bylo postačující poskytnout dva ekologické výklenky pro mikroorganismy různých velikostí při srovnání s produkty bez přidání ionexového činidla vykazující pouze jeden ekologický výčnělek.

Přidané množství hlinky přispělo k dalšímu množství vody 1 až 2 % obj. s rozmezím pF 0,5 až 1,5. Relativní další množství vody dostupné v tomto rozmezí pF se zvýšilo z 2 % pro pF 0,5 na 14 % pro pF 1,3. Výzkum ukázal, že další dostupné množství 1,5 % v hlince indukovalo zlepšenou růstovou odpověď u okurek 3 až 4 % v prvních 30 dnech růstu, jestliže se aplikuje vodní režim ležící mezi pF 1 a 1,3.

·· 4444 • · • 444 •β 44 44

4 4 4 4 4 4

4 4 4 4

4444 444

444 44 4444 44 444

Příklad 3

Vyrobí se koherentní růstový substrát, který má formu růstových desek (100.15.7,5 cm), sestávající z koherentní matrice minerální vlny, na kterou se aplikuje pojivové činidlo na bázi fenol-formaldehydu a smáčecí činidlo. Před projitím vytvrzovací pecí se k matrici přidá směs 90 % hmotn. zeolitu a 10 % hmotn. organického materiálu, které společně představují 12 % hmotn. Hustota koherentního růstového substrátu je 57 kg/m³.

Organický materiál obsahoval více než 10 % kyseliny huminové.

Průměrná velikost pórů matrice minerální vlny byla 20 až 35 mikrometrů.

CEC koherentního růstového substrátu, na základě objemu substrátu, přispívá k celkové CEC 2 až 4,5 mmolu/litr substrátu. Tato pufrovací kapacita byla 8 až 16 % optimálně aplikovaného živného roztoku.

Vzhledem k objemu koherentního substrátu, méně než 0,5 % obj. z celkového objemu substrátu mělo průměrnou velikost pórů menší než 10 mikrometrů. Výzkum ukázal, že bylo postačující poskytnout dva ekologické výklenky pro organismy různých velikostí při srovnání s produkty bez přidání ionexového činidla vykazující pouze jeden ekologický výčnělek.

Příklad 4

φφ φφ φ φφφ φ φ φφφ •Φ φφφφ φ φ φφφφ «9 «ΦΦΦ ΦΦ • ΦΦΦΦ φφ φφφφ φφ

Před projitím vytvrzovací pecí se k matrici přidá Clinoptilolit, přírodní zeolit (komerčně dostupný od americké společnosti Zeopro), v množství 5 % hmotn. (s CEC (kapacita katexu) 85 mekv./100 gramů suchého materiálu)). Hustota koherentního růstového substrátu je 80 kg/m³. CEC koherentního růstového substrátu na bázi objemu byla CEC 4 mmoly/litr substrátu. Tato pufrovací kapacita byla 17 až 18 % optimálně aplikovaného živného roztoku.

Tento vynález není omezen na shora uvedený popis. Vyžadovaná práva jsou spíše dána následujícími nároky.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Rostlinný substrát minerální vlny obsahující koherentní matrici minerální vlny a až 20 % obj. ionexového činidla majícího proměnnou a/nebo fixovanou ionexovou kapacitu koem 15, s výhodou 30 a nejvýhodněji 40 nebo více mekv./100 g suché hmotnosti, vyznačující se tím, že ionexové činidlo má stabilní strukturu a pokud jde o bobtnání a srážlivost vykazuje chování nepodobající se hlince.
2. Substrát podle nároku 1, vyznačující se tím, že ionexové činidlo znamená katexové činidlo.
3. Substrát podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že ionexové činidlo obsahuje půdní minerály.
4. Substrát podle nároku 1,2 nebo 3, vyznačující se tím, že ionexové činidlo má vlastnosti, pokud jde o bobtnání a srážení, nepodobající se hlinkám, a s výhodou má stabilní zeolitovou, klecovitou strukturu.
5. Substrát podle kteréhokoliv z předcházejících nároků 1až4, vyznačující se t í m, že ionexové činidlo má průměrnou velikost pórů menší než je průměrná velikost pórů minerální vlny s hustotou menší než 72 kg/m³.
6. Substrát podle kteréhokoliv z předcházejících nároků 1až5, vyznačující se t í m, že ionexové činidlo obsahuje zeolit.
7. Substrát podle kteréhokoliv z předcházejících nároků 1až6, vyznačující se t í m, že dále obsahuje organickou látku, s výhodou obsahující rašeliník, rašelinu, nahrazující minerální vlnu až do 20, s výhodou až do 10 % obj.
8. Substrát podle kteréhokoliv z předcházejících nároků 1 až 7, vyznačující se t í m, že dále obsahuje hlinku nahrazující minerální vlnu až do 20 % obj.

44 4444 4« 44 44

444 4444 444

4 4 444 4 · 4 · 4 • · · 4 4 4 · ·

44 444 44 ·»♦· 44 4
9. Substrát podle kteréhokoliv z předcházejících nároků 1 až 8, vyznačující se t í m, že se používá jako růstový blok.
10. Substrát podle kteréhokoliv z nároků 1 až 8, vyznačující se t í m, že se používá jako růstová podložka.
11. Substrát obsahující koherentní matrici minerální vlny, předem stanovené množství hlinky a předem stanovené množství organické látky, s výhodou obsahující rašeliník, rašelinu, nahrazující až 20, s výhodou až 10 % obj. minerální vlny.