CZ31457U1 - Pěstební fólie s postupným uvolňováním bioaktivních látek - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká pěstební fólie s postupným uvolňováním bioaktivních látek tvořené nosnou polymerní fólií opatřenou na povrchu nánosem obsahujícím bioaktivní látky.

Předkládané řešení představuje inovativní nástroj pro zásadní zjednodušení pěstováni rostlin a to jak ve velkopěstebních provozech, tak pro drobné domácí pěstitele.

Dosavadní stav techniky

Biodegradabilní plasty, které není třeba nákladně likvidovat, mohou být s výhodou použity různým způsobem, např. jako fólie a obaly pro rostlinnou produkci, zvláště pokud by měly přesně definované fyzikální parametry a navíc obsahovaly a řízené uvolňovaly minerální výživu, stimulátory růstu, či ochranné prostředky. Oficiální statistiky Eurostat poukazují na vzrůstající trend investic do produkce zelenin, speciálně pěstovaných rostlin (školkařské technologie), okrasných rostlin, způsobů výživy rostlin a jejich ochrany. V ČR a okolních zemích dokonce představuje nárůst investic do těchto sektorů za posledních 5 let 1,5 až dvojnásobek. V rámci ČR a ostatních států EU proto existují zajímavé tržní možnosti v odvětví pěstování zelenin. Každá moderní technologie vyžaduje dodržováni přesných postupů, náročné optimalizace kombinovaného užití přípravků a vybavení. To klade vysoké nároky na personál, optimalizace a samotné kombinování mnoha přístupů může být finančně náročné. V důsledku může být takový postup pro běžného pěstitele těžko uchopitelný a může jej odradit od používání sofistikovanějších inovativních řešení vedoucích ke zvýšení produkce.

Funkční fólie/obal s definovaným složením a rozkladem zjednoduší a zlevní náročné technologické postupy využívané při sofistikované specializované rostlinné produkci. Spotřeba plastových fólií v souvislosti s rostlinnou produkcí činí v EU ročně 65 tisíc tun. V ČR činí spotřeba pouze v produkci zeleniny více než 1,4 tisíc tun. Jedním ze známých uplatnění biodegradabilních folií při pěstování rostlin je řešení využívající výsevný pásek z vodorozpustné fólie, který nese přesně rozmístěná semena (odpadá jednoceni vzešlých rostlin) a po rychlém rozpuštění folie neomezuje klíčeni. Toto řešení však řeší spíše usnadnění aplikace a šetří časové nároky na pěstování, nicméně folie jinak nenabízí žádnou jinou přidanou hodnotu, jako postupné uvolňování výživy a stimulátorů růstu. Je to typický produkt určený pro hobby použití, jehož technické (a v důsledku i cenové) řešení vylučuje využití při průmyslové velkovýrobě sadby.

V podobě funkčních folií se na celosvětovém trhu vyskytuje patentovaná ekologická mulěovací fólie EkoCover (EkoCover Ltd., Nový Zéland). Rohože EkoCover jsou primárně vyráběny z odpadového papíru a po aplikaci na půdu se postupně rozkládají a obohacují tak půdu o humus. Toto řešení prolamované pro využití v zahradách, zemědělství a lesnictví nabízí i obohacení hnojivý. Hnojivo se však aplikuje na papír v tekutém stavu (postřikem) a zadržuje následným sušením. Z toho důvodu nelze u těchto rohoží předpokládat časovatelné uvolnění výživy do půdy. Kompostovatelné mulčovací pokryvy nabízí dále společnost Jiffy (Jiffy Products International BV, Norsko), výhodou je nabídka různých tvarů pokryvů určených především na květináče a jiné nádoby. Ani toto řešení však nedisponuje žádnou přidanou hodnotou, jako např. efektivní zadržování vláhy, či postupné uvolňování výživy.

Mulčovací fólie podle patentu USA US3914900 určená jako kiyt k omezení růstu plevele, působení hmyzu, regulaci teploty a vlhkosti je umístěna a udržována na místě pomocí rozložitelných nebo biologicky odbouratelných zátek nebo kotevních prvků, které současně slouží jako nosiče a prostředky pro umístění rostlinného prvku, jako je osivo, semenáčky, řízky, hlízy a podobně. Stejná zátka také nese také modifikátor půdy nebo látky podporující růst rostlin, jako je hnojivo, kondicionér půdy, insekticid, repelent a podobně. Film nebo mulčovací vrstva obsahují s výhodou vyvážené živiny nebo prvky podporující nebo regulující růst rostlin. Jsou složeny z materiálu, který reguluje průnik vody a pomáhá regulovat teploty podkladové půdy. Samotná fólie může být bud opětovně použitelná, nebo rozložitelná, přispívající transportu růst podporujících materiálů do půdy. Takto prováděné pěstování rostlin je nárokováno jako nová zemědělská me-1 CZ 31457 Ul toda. Hlavní nedostatek uvedeného řešení spočívají v aplikaci látek podporujících růst rostlin, jako jsou hnojivá, kondicionéry půdy, insekticidy, repelenty a podobně ve hmotě fólie, resp. kotevních prvků. Plastikářské technologie používané při jejich výrobě jsou totiž termickými procesy (se zpracovatelskými teplotami nad 200 °C). Používané aktivní látky ovlivňující růst rostlin jsou ale často termolabilní, při teplotě prostředí nad 200 °C uvolňují plyny nebo jsou při těchto teplotách i výbušné. Další nevýhodou je v patentu uváděné použití kompostovatelných biofólii, které jsou ekonomicky nákladné a prodražují výsledný produkt. To je také patrně důvodem toho, že tržní uplatnění mulčovacích fólií podle zmíněného patentu USA je minimální.

Podstata technického řešení

K odstranění výše uvedených nedostatků a nevýhod známých řešení přispívá do značné míry pěstební fólie s postupným uvolňováním bioaktivních látek podle předloženého technického řešení tvořená nosnou polymemí fólií opatřenou alespoň na jedné své straně nánosem obsahujícím bioaktivní látky.

Podstata technického řešení spočívá v tom, že nosnou polymemí fólií je oxodegradabilní polyolefmová fólie o tloušťce 0,06 až 0,1 mm a nánosem je jednovrstvý potisk bioaktivního laku na bázi směsi vodou ředitelných a vodorozpustných polymerů, který obsahuje jako aditivum alespoň jednu bioaktivní látku jako je hnojivo, stimulátor růstu, herbicid, fungicid, insekticid či jakýkoliv jiný přípravek oficiálně schválený pro použití v zemědělství (aktuální registry hnojiv a přípravků - viz www.eagri.cz) a/nebo dvojvrstvý nános obsahující spodní vrstvu potisku bioaktivní látky jako je hnojivo, stimulátor růstu, herbicid, fungicid, insekticid či jakýkoliv jiný přípravek oficiálně schválený pro použití v zemědělství (aktuální registry hnojiv a přípravků - viz www.eagri.cz) a homí vrstvu krycího laku na bázi akrylátových polymerů a kopolymerů a vodorozpustných polymerů.

Oxodegradabilní polyolefmovou fólií je s výhodou fólie na bázi polymemí směsi LDPE aLLDPE ve hmotnostním poměru 3:1 až 3:2 s obsahem oxodegradačního činidla 0,5 až 5 % hmotnostních. Tato fólie je s výhodou neprůhledná - obsahuje 5 až 8 % hmotnostních pigmentové předsměsi.

Bioaktivní nebo krycí lak obsahuje s výhodou jako vodou ředitelné polymery akrylátové polymery a kopolymery a jako vodorozpustné polymery polyvinylalkohol a polyvinylpyrrolidon. Vzájemný hmotnostní poměr obou těchto skupin polymerů je 3:1 až 4:1.

Obsah bioaktivní látky jako je hnojivo, stimulátor růstu, herbicid, fungicid, insekticid či jakýkoliv jiný přípravek oficiálně schválený pro použití v zemědělství v suchém filmu bioaktivního lakuje s výhodou 1 až 8 % hmotnostních.

Řešení tedy spočívá v pěstební fólii, na níž je nanesena kombinace bioaktivních laků obsahující růst stimulační, herbicidní, či fungicidní látky. Tyto laky jsou natištěny ve vzoru odpovídajícím sponu výsadby danému typu plodin, pro kterou je fólie určena. Takto může být např. v okolí pěstovaných rostlin natištěn lak s obsahem hnojivá (např. krystalického vodorozpustného) a v meziprostorech může být naopak natištěn fimgicid či insekticid chránící plodiny před napadením patogeny a škůdci. Podstatnou výhodu řešení představuje postupné uvolňování bioaktivních látek z laku, což zabraňuje jednak jednorázovému „vyčerpání“ živin v případě natištěného hnojivá a jednak prodlouženi účinků biocidních látek. Díky tomu dochází k finanční úspoře pěstitele, který nemusí tak často aplikovat jednotlivé přípravky do záhonu, což má také nezanedbatelný ekologický přínos spočívající ve snížení pesticidní kontaminace půdy. Fólie navíc může obsahovat volitelný obsah dekompozitoru způsobujícího rozpad dané fólie v čase závislém právě na obsahu dekompozitoru.

Nanášením funkčních složek na fólii v jednovrstvém potisku, resp. dvouvrstvém nánosu (potisk + vrstva krycího laku) může vzniknout i stranově asymetrická fólie. Taková fólie umožňuje řešit funkčnost fólie ve vztahu k jiným podmínkám prostředí nad fólií a pod fólií v případě použití pro mulčování, nebo ve vztahu k obsahu obalu proti okolí výrobku v případě použití pro funkční obal.

-2CZ 31457 Ul

Objasnění výkresů

Obr. 1 - Fotografie 20 dní starých semenáčků huseníčku na médiu obsahujícím jednorázově přidané hnojivo (vlevo) na fólii s bioaktivním lakem se stejným celkovým obsahem hnojivá (vpravo).

Obr. 2 - Fotografie 20 dni starých semenáčků huseníčku (inhibice růstu) na médiu obsahujícím jednorázově přidaný herbicid (vlevo) na fólii s bioaktivním lakem se stejným celkovým obsahem herbicidu (vpravo).

Obr. 3. - Grafické znázornění vlivu bioaktivní vrstvy s umělým hnojivém na růst 7 dní starých semenáčků huseníčku. Boxy ukazují medián plochy listové růžice, kvartilové a celkové rozpětí datových souborů z nejméně 16 rostlin.

Obr. 4. - Grafické znázornění vlivu bioaktivní vrstvy s herbicidem na růst 7 dní starých semenáčků huseníčku. Boxy ukazují medián plochy listové růžice, kvartilové a celkové rozpětí datových souborů z nejméně 16 rostlin.

Obr. 5. - Grafické znázornění vlivu bioaktivní vrstvy s umělým hnojivém na růst 20 dní starých semenáčků huseníčku. Boxy ukazují medián plochy listové růžice, kvartilové a celkové rozpětí datových souborů z nejméně 16 rostlin.

Obr. 6. - Grafické znázornění vlivu bioaktivní vrstvy s herbicidem na růst 20 dní starých semenáčků huseníčku. Boxy ukazují medián plochy listové růžice, kvartilové a celkové rozpětí datových souborů z nejméně 16 rostlin.

Příklady uskutečnění technického řešení

Přikladl

Pěstební fólie v příkladném provedení obsahuje jako nosnou polymemí fólií neprůhlednou oxodegradabilní polyolefinovou fólii o tloušťce 0,06 až 0,1 mm a v šířkách 800 až 1200 mm na bázi polymemí směsi LDPE a LLDPE o složení:

LDPE 55 % hmotnostních

LLPE 23 % hmotnostních

Předsměs s pigmentem Aditiva Multibase % hmotnostních 10 % hmotnostních

Oxodegradační činidlo 5 % hmotnostních (Addiflex)

Na nosnou fólii byl pomocí automatické pipetovací stanice natištěn ve vzoru odpovídajícím sponu výsadby vodný roztok umělého hnojivá v množstvích od 0 mg do 2 mg na 1 cm². Konkrétně se jednalo o krystalické hnojivo, rychle účinné, 100% vodorozpustné (Kristalon) s poměrem živin N-P-K (19-6-20) + 3 % Mg +7,5 % S + mikroprvky: 0,1 % B, 0,2 % Mo, 0,1 % Fe, 0,1 % Cu, 0,1 % Mn, 0,1 % Zn (koncentrace ve hmotnostních %).

Takto připravená fólie byla pak následně přelakována krycím alkoholovým lakem, naneseném v množství 0,02 g na 1 cm². Tento lak obsahoval disperzi vodou ředitelných polymerů akrylátu (66 % hmot.) a kopolymerůakrylátu s methylmethakryláty (8 % hmot.) a vodorozpustných polymerů polyvinylalkohol (15 % hmot.), poiyvinylpyrrolidon (11 % hmot.).

Fólie byla po té usušena na vzduchu za laboratorní teploty. Po zaschnutí byly do fólie vyříznuty otvory 1 χ 1 cm pro umístění rostlin, vždy 8 otvorů na 100 cm².

Příklad 2

Pěstební fólie v dalším příkladném provedení obsahuje jako nosnou neprůhlednou oxodegradabilní polyolefinovou fólii shodnou s příkladem 1.

-3CZ 31457 Ul

Do laku shodného složení jako krycí lak v příkladu 1 byl vmíchán roztok herbicidu (konkrétně glyfosátu) v takovém množství, aby výsledná koncentrace po nanesení 0,02 g připraveného bioaktivního laku na 1 cm² odpovídala jednotlivým koncentracím v rozmezí 0 až 0,18 mg na 1 cm² fólie.

Fólie byla po té usušena na vzduchu za laboratorní teploty. Po zaschnutí byly do fólie vyříznuty otvory 1 x 1 cm pro umístění rostlin, vždy 8 otvorů na 100 cm².

Příklad 3

Vzhledem rychlému růstu a možnosti precizně kontrolovat obsah živin v pěstebním médiu bylo zvoleno testování pěstebních fólií podle technického řešení na in vitro semenáčcích modelové rostliny Huseníěek rolní (Arabidopsis thaliana L.), ekotyp Columbia, jehož růstové a fyziologické reakce jsou velmi podrobně popsány v odborné literatuře.

Pomocí funkčních testů na živných médiích s definovaným obsahem živin, bylo prokázáno, že hnojivo typu kristalon, které je natištěno na pěstební fólii podle příkladu 1 se postupně uvolňuje, čímž plynule stimuluje růst rostlin. Toto postupné uvolňování se ukázalo být výhodou v porovnání se stejným množstvím hnojivá jednorázově přidaného do pěstebního média. Zatímco jednorázově přidané hnojivo se poměrně rychle vyčerpalo a po 20ti dnech pěstování rostliny očividně strádaly nedostatkem živin a vykazovaly inhibici růstu, postupné uvolňováni z aktivního laku vedlo plynulému nárůstu biomasy i po 20tém dni vývoje (viz Obr. 1,3,5).

Naproti tomu herbicid (glyfosát) natištěný na pěstební fólii podle příkladu 2 vedl k absolutní inhibici růstu rostlin, což rovněž dokazuje dostatečné uvolňování herbicidu z aktivního laku (viz Obr. 2,4, 6).

K testování pěstebních fólií podle příkladu 1, resp. 2 bylo použito růstové médium:

a) pro testy s umělým hnojivém: 0,8% Plant Agar (Duchefa), deionizovaná voda, autoklávováno, dále jen RMa

b) pro testy biocidů: 0,5x Murashige and Skoog medium (Duchefa), 0,8% Plant Agar (Duchefa), deionizovaná voda, autoklávováno, dále jen RMb.

Připravené bioaktivní fólie s vyříznutými otvory byly přeneseny na růstové médium RMa v případě použití umělého hnojivá a RMb pro ostatní testy. Uzavřené Petriho misky byly přeneseny do růstové komory a pěstovány v podmínkách dlouhého dne (16 h světlo/8 h tma). Růstová komora byla nastavena na tyto podmínky: 22 °C den/20 °C noc, intenzita světla 120 μηιοί. mV, relativní vlhkost 60%.

Zároveň byla stejným způsobem pěstována i kontrolní skupina rostlin, u kterých nebyla aplikována fólie, avšak roztok bioaktivní látky byl vmíchán do růstového média před jeho ztuhnutím. Množství bioaktivní látky v kontrolní skupině odpovídalo celkovému množství bioaktivní látky obsažené na dané fólii.

Rostliny byly tímto způsobem pěstovány po dobu 20 dní a následně byly standardizovaným způsobem vyfotografovány a poté byla vyhodnocena velikost listové růžice každé jednotlivé rostliny pomocí programu Image J. Vyhodnocená data byla následně podrobena statistické analýze neparametrickou metodou.

Týden po přenesení semenáčku na médium byla analyzována jejich listová plocha. Již v raném stádiu růstu bylo možno pozorovat zrychlený příjem živin z kontrolní skupiny (A) oproti postupnému uvolňování živin z bioaktivní vrstvy (B). Byly testovány 2 koncentrace hnojivá (40 a 200 mg) oproti variantě úplně bez hnojivá (ctrl = 0 mg). Do nulové varianty bioaktivní vrstvy byl aplikován pouze nosný lak bez hnojivá. Varianty označené * jsou statisticky významně odlišné od kontrolní skupiny (ctrl_0 a ctrl_0_F), Kruskal-Wallis test, p<0,01 (viz grafické znázornění vlivu bioaktivní vrstvy s umělým hnojivém na růst 7 dní starých semenáčků na Obr. 3.).

Týden po přenesení semenáčku na médium byla analyzována jejich listová plocha. Již v raném stádiu růstu bylo možno pozorovat zrychlený příjem herbicidu z kontrolní skupiny (A) oproti

-4CZ 31457 Ul postupnému uvolňování herbicidu z bioaktivní vrstvy (B). Byly testovány 2 koncentrace herbicidu (0,18 a 18 mg) oproti variantě úplně bez herbicidu (ctrl = 0 mg). Do nulové varianty bioaktivní vrstvy byl aplikován pouze nosný lak bez herbicidu. Varianty označené * jsou statisticky významně odlišné od kontrolní skupiny (ctrl O a ctrl_0_Folie), Kruskal-Wallis test, p<0,01 (viz grafické znázornění vlivu bioaktivní vrstvy s herbicidem na růst 7 dní starých semenáčků na Obr.4.).

Týden po přenesení semenáčku na médium byla analyzována jejich listová plocha. Byly testovány 2 koncentrace hnojivá (40 a 200 mg) oproti variantě úplně bez hnojivá (ctrl = 0 mg). Do nulové varianty bioaktivní vrstvy byl aplikován pouze nosný lak bez hnojivá. Díky jednorázovému příjmu živin z kontrolní skupiny (A) oproti postupnému uvolňování živin z bioaktivní vrstvy (B) došlo k vyčerpání živin u kontrolní skupiny ošetřené 200 mg hnojivá, což mělo za následek zastavení vývoje. Naproti tomu rostliny ošetřené stejnou koncentrací, ale uvolňovanou postupně z bioaktivní vrstvy byly schopny pokračovat dále v růstu. Varianty označené * jsou statisticky významně odlišné od kontrolní skupiny (ctrl_0 a ctrl_0_Folie), Kruskal-Wallis test, p<0,01 (viz grafické znázornění vlivu bioaktivní vrstvy s umělým hnojivém na růst 20 dní starých semenáčků na Obr. 5).

Týden po přenesení semenáčku na médium byla analyzována jejich listová plocha. Byly testovány 2 koncentrace herbicidu (0,18 a 18 mg) oproti variantě úplně bez herbicidu (ctrl = 0 mg). Do nulové varianty bioaktivní vrstvy byl aplikován pouze nosný lak bez herbicidu. Jak v kontrolní skupině (A), tak ve skupině s bioaktivní fólii (B), došlo po 20. dni k totální inhibici růstu v obou koncentracích herbicidu. Varianty označené * jsou statisticky významně odlišné od kontrolní skupiny (ctrl_0 a ctrl_0_F), Kruskal-Wallis test, p<0,01 (viz grafické znázornění vlivu bioaktivní vrstvy s herbicidem na růst 20 dní starých semenáčků na Obr. 6).

Vyhodnocení popsaných experimentů prokázalo, že bioaktivní lak je schopen jak pozitivně, tak negativně regulovat růst rostlin. Dále bylo prokázáno, že nosný lak nemá toxické vlastnosti pro rostliny a sám o sobě nijak neovlivňuje míru růstu experimentálních rostlin. Dále se jasně ukázala výhoda postupného plynulého uvolňování bioaktivní látky z laku při experimentu s umělým hnojivém. Zatímco rostliny v kontrolní skupině reagovaly na jednorázově přidané živiny prudkým růstem na počátku vývoje, na konci experimentu už byl jejich růst inhibován a byly stresovány nedostatkem živin. Naproti tomu postupné uvolňování laku z fólie umožnilo plynulejší příjem živin, postupný růst a jeho udržitelnost i po 20tém dni experimentu. Varianta 40 mg kontrolní skupiny, která nebyla na počátku vývoje tolik stimulována jako varianta 200 mg, se celkově lépe přizpůsobila nižšímu množství živin v médiu a vykazovala tedy nejvyšší růst v době ukončení experimentu, lze se však oprávněně domnívat, že by k vyčerpání živin došlo rovněž, pouze v posunutém časovém horizontu (viz Obr. 1 a Obr. 5). Experiment s herbicidem naopak prokázal, že uvolňování z bioaktivní látky z lakuje dostatečné natolik, aby efektivně zabránil růstu rostlin, což je žádoucí aplikace v případě použití fólie.

Průmyslová využitelnost

Pěstební fólie podle předloženého technického řešení je určena primárně k použití v zemědělství a pěstitelství. Podstatnou vlastností řešení je postupné uvolňování bioaktivní látky sloužící k ovlivnění růstu rostlin. Bioaktivní látkou se myslí jakýkoliv vhodný a oficiálně schválený přípravek určený pro zemědělství a pěstitelství (aktuální registry hnojiv a přípravků viz www.eagri.cz). Vhodným přípravkem se rozumí taková sloučenina, která splňuje technické parametry rozpustnosti a kompatibility v nosném laku.

Claims (6)

1. Pěstební fólie s postupným uvolňováním bioaktivních látek, tvořená nosnou polymemí fóbí opatřenou alespoň na jedné své straně nánosem obsahujícím bioaktivní látky, vyznaču-5CZ 31457 Ul jící se tím, že nosnou polymerní fólií je oxodegradábilní polyolefinová fólie o tloušťce 0,06 až 0,1 mm a nánosem je jednovrstvý potisk bioaktivního laku na bázi směsi vodou ředitelných a vodorozpustných polymerů, který obsahuje jako aditivum alespoň jednu bioaktivní látku jako je hnojivo, stímulátor růstu, herbicid, fungicid či insekticid a/nebo dvojvrstvý nános obsa5 hující spodní vrstvu potisku bioaktivní látky jako je hnojivo, stímulátor růstu, herbicid, fungicid či insekticid a horní vrstvu krycího laku na bázi akrylátových polymerů a kopolymerů a vodorozpustných polymerů.

2. Pěstební fólie podle nároku 1, vyznačující se tím, že oxodegradábilní polyolefinovou fólií je fólie na bázi polymerní směsi nízkohustotního polyetylénu -LDPEío a lineárního nízkohustotního polyetylénu -LLDPE- ve hmotnostním poměru 3:1 až 3:2 s obsahem oxodegradaěního činidla 0,5 až 5 % hmotnostních.

3. Pěstební fólie podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že oxodegradábilní polyolefinová fólie je neprůhledná - obsahuje 5 až 8 % hmotnostních pigmentové předsměsi.

4. Pěstební fólie podle nároku 1, vyznačující se tím, že bioaktivní nebo krycí lak

15 obsahuje jako vodou ředitelné polymery akrylátové polymery a kopolymery a jako vodorozpustné polymery polyvinylalkohol a polyvinylpyrrolidon s tím, že vzájemný hmotnostní poměr obou těchto skupin polymerů je 3:1 až 4:1.

5. Pěstební fólie podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsah bioaktivní látky jako je hnojivo, stímulátor růstu, herbicid, fungicid či insekticid v suchém filmu bioaktivního

20 lakuje 1 až 8 % hmotnostních.

6. Pěstební fólie podle nároku 1 nebo 5, vyznačující se tím, že bioaktivní látkou je krystalické vodorozpustné hnojivo se živinami N-P-K.