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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Substrat zur Verbesserung der
physikalischen und chemischen Eigenschaften von Kulturen, insbesondere
Hydrokulturen. Bei. praktisch allen Kulturen wirkt sich die Verdunstung
im Substrat, also an der Oberfläche von
Erdkulturen bzw. im kapillaren, körnigen Substrat von Hydrokulturen
nachteilig aus. Es ist an sich bekannt, bei Erdkulturen die Verdunstung
durch Mulchen herabzusetzen, wobei aber die bisher eingesetzten
Mulchmaterialien verschiedene Nachteile aufweisen, bzw. z. B. in
Trockengebieten nicht verfügbar
sind.
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Ferner
betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen Substrats, ein
Verfahren und eine Anlege zur Herstellung eines solchen Substarts.
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Herkömmliche
Hydrokulturen weisen in der Regel ein einheitliches Substrat aus
gleichartigen Partikeln, vorzugsweise Blähtonpartikeln, auf. Die hohe
Kapillarität
dieser Partikel erweist sich für
das Kultivieren von Pflanzen als sehr vorteilhaft, indem die Partikel
Nährlösung aufnehmen,
eine gute Stützung
der Pflanzen insbesondere Wurzeln bieten und verhältnismäßig leicht
sind. Sie sind auch chemisch neutral, strukturstabil, und somit
sehr pflanzenverträglich.
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Diesen
Vorteilen für
das Kultivieren stehen beachtliche Diesen Vorteilen für das Kultivieren
stehen beachtliche Nachteile gegenüber, besonders wenn die Partikel
außerhalb
des Wurzelbereichs z. B. auch zum Auffüllen der Leerräume zwischen
Pflanzengefäßen verwendet
werden. Infolge der hohen Kapillarität der Substratpartikel nehmen
die über
der Nährlösung liegenden
Partikel Feuchtigkeit auf, die an der großen Oberfläche des über der Nährlösung liegenden Substrats verdunstet.
Daraus ergibt sich nicht nur die Notwendigkeit, in verhältnismäßig kurzen
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Intervallen
nachgießen
zu müssen,
infolge der erheblichen Verdunstung im Substrat über der Nährlösung erfolgt auch eine Verunreinigung
der Partikel, wobei die abgelagerten Stoffe wie Salz, Kalk, usw.
teils aus dem Gießwasser
stammen können,
teils aber auch Nährsalz
aus der Nährlösung sind.
Damit ist also auch ein unkontrollierter Verlust an Nährstoffen
verbunden, und das Substrat wird nach relativ kurzer Zeit unästhetisch
und ist aus Sicherheitsgründen
periodisch zu ersetzen.
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Gemäß der
DE 25 10 826 A1 ist
es zwar bekannt zur Minderung der Verdunstung von Nährlösung eine
Schüttung
aus Blähbeton
vorzusehen, die von einer gesonderten Schüttung aus offenen Verdrängungskörpern getragen
ist, welche den von der Nährflüssigkeit
angenommenen Bereich eines Pflanzengefäßes ausfüllt. Diese Schüttung nimmt
jedoch etwa die Hälfte
des Pflanzengefäßvolumens
ein und ist die Kapillarität
von Blähton
infolge der Grenzflächenspannung
erheblich, tritt die gewünschte
Minderung der Verdunstung von Nährflüssigkeit
nicht ein.
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Bei
konventionellen Kulturen, z. B. Erd-, Sand-, Lava-, Bimstein- oder
Tongranulatkulturen, ist die Verdunstung an der Oberfläche sehr
intensiv, dies insbesondere bei Dachgärten und in Trockengebieten.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, in den vorstehend erwähnten Fällen vorteilhaft und wirksam
den Wasserverlust durch Verdunstung zu beschränken oder praktisch zu verhindern.
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Diese
Aufgabe ist mit einem Substrat gemäß den Ansprüchen 1 und durch dessen Verwendung gemäß Anspruch
4 und 10 reicht. Zur Lösung
der Aufgabe wird auch ein Verfahren zur Herstellung des Substrats
nach Anspruch 11 sowie eine Anlage hierzu nach Anspruch 14 angegeben.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das
neue Substrat kann als verdunstungshemmende Schicht bei praktisch
allen Kulturen angewendet werden. Im Falle einer Erdkultur, z. B.
in Trockengebieten, kann es als Mulchschicht von beispielsweise
2 bis 5 cm Dicke eingesetzt werden. Da die vorzugsweise mineralischen
Partikel des Substrats nicht abgebaut werden wie organischer Mulch, können sie über längere Zeit
eingesetzt werden. Sind die Substratpartikel leichter als das Kultursubstrat bzw.
die Erde, wird verhindert, dass sie sich besonders bei starken Regenfällen, mit
dem Kultursubstrat vermischen, und sie können nötigenfalls leicht gesammelt
und wiederverwendet werden, da sie an der Oberfläche bleiben. Da somit die Substratschicht stets
an der Oberfläche
bleibt und sich nicht mit Erde oder dergleichen Kultursubstrat vermischt,
bleibt die verdunstungshemmende Wirkung dauernd erhalten.
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Bei
der Verwendung des neuen Substrats in Verbindung mit Hydrokulturen
wird über
der Nährlösung für das Pflanzgut
eine Substratschicht aus den mit einer wasserabstoßenden Oberfläche versehenen
Partikeln eingebracht, so dass die Verdunstung stark eingeschränkt wird.
Damit können
die oben erwähnten
Nachteile entsprechend vermieden bzw. gemildert werden. Die genannte
Schicht kann dabei nur eine verhältnismäßig geringe
Dicke von beispielsweise 2 bis 5 cm aufweisen, oder aber praktisch
bis zum Spiegel der Nährlösung reichen.
Im Extremfall kann auch das ganze Substrat aus wasserabstoßenden Partikeln
ohne oder mit herabgesetzter Kapillarität bestehen; jedoch mit der
Maßgabe,
dass immer über der
Nährlösung mindestens
eine Schicht aus Partikeln ohne oder mit herabgesetzter Kapillarität eingebracht
ist.
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Erfindungsgemäß können Partikel
verwendet werden, die spezifisch leichter sind als Wasser und folglich
in Wasser schwimmen. Es ergibt sich dadurch eine besonders interessante
Anwendung des neuen Substrats als Stützmedium für Schnittblumen, indem in ein
Gefäß Wasser
und Partikel eingefüllt werden,
die dann in einer bestimmten Schichtdicke im Wasser schwimmen. Diese
Partikelschicht hält eingestellte
Pflanzen in der gewünschten
aufrechten Lage und wirkt in transparenten Behältern, z.B. Vasen, sehr dekorativ.
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Schließlich ist
die erfindungsgemäße Anlage zur
Herstellung des Substrats vorgesehen. Hierbei können Partikel ohne oder mit
herabgesetzter Kapillarität,
bzw. mit wasserabstoßender
Oberfläche
und mit oder ohne Veränderung
der chemischen und physikalischen Eigenschaften sowie einer Färbung verwendet
werden.
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Die
Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert:
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1–4,
zeigen schematische Querschnitte durch Hydrokulturgefässe mit
verschiedenen Varianten von Substrat, bzw. Substratschichtung,
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5 zeigt
einen Vergleich der verbrauchten Giesswassermengen bei verschiedenen
Substratschichtungen,
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6 zeigt
einen Teilschnitt eines praktischen Ausführungsbeispiels einer Hydrokultur,
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7 zeigt
schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Anlage zur Herstellung von Substratpartikeln,
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8 zeigt
schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Anlage zur Herstellung von Substratpartikeln und
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9 u. 10 zeigen
weitere Anwendungsmöglichkeiten
der erfindungsgemässen
Substratpartikel.
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1 zeigt
schematisch ein Gefäss 1,
in dessen Unterteil sich ein herkömmliches Substrat 2 aus
Blähtonkugeln
befindet. Das Niveau der Nährlösung ist
mit 3 bezeichnet. Ueber dem Substrat 2 ist eine
Schicht 4 von Spezialblähton
eingebracht, dessen Partikel mit einer weitgehend wasserdichten,
hydrophoben Beschichtung versehen sind und somit keine Kapillarität aufweisen. 2 zeigt
zum Vergleich ein Gefäss 1 gleicher
Abmessungen, welches in herkömmlicher
Weise vollständig
mit einem Substrat 2 aus Blähtonkugeln gefüllt ist.
Ein Versuch mit solchen Kleingefässen
von 14 cm Durchmesser und mit einer Schicht 4 von 5 cm
Dicke ergab, dass bei einem Partikeldurchmesser von 6 bis 10 mm
das Gefäss
nach 2 mit herkömmlichem
Substrat in Intervallen von 33 Tagen, das Gefäss nach 1 mit der
Schicht 4 aus Spezialblähton
bei einem Partikeldurchmesser von 6 bis 10 mm in Intervallen von
102 Tagen gegossen werden musste. Versuche mit Substraten mit Partikeln
von 10 bis 20 mm Durchmesser ergaben Giessintervalle von 24 bzw.
102 Tagen. Die Versuche wurden mit unbepflanzten Gefässen durchgeführt, damit
nur die Verdunstung von Nährlösung durch
das Substrat erfasst wurde. 3 zeigt
eine weitere Versuchsanordnung mit einer Schicht 4 von Spezialblähton ohne
Kapillarität
von 10 cm Dicke bei einer Partikelgrösse von 10 bis 20 mm. Es gab
sich dadurch eine wesentliche Verbesserung gegenüber der Anordnung gemäss 1 mit
einer Schicht 4 von 5 cm Dicke. Eine weitere Verbesserung
ist gemäss 4 möglich, in
welcher allerdings die Deckschicht 4 nicht dargestellt
ist, jedoch ein Verdrängerkörper 5 am
Boden des Gefässes.
Durch den kombinierten Effekt des erhöhten Nährlösungsvorrates infolge des Verdrängerkörpers 5 und
der Abdeckung mit Substrat 4 gemäss 3 konnte
ein zusätzlicher
Gewinn von 50 bis 100 Tagen für
die Giessintervalle erzielt werden.
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5 zeigt
eine grafische Darstellung des Wasserverbrauchs während eines
Zeitraums von rund 4 Monaten, nämlich
während
einer Versuchsperiode vom 25. März
bis zum 14. Juli. In diesem Zeitraum betrug der Wasserbedarf bei
einem herkömmlichen
Substrat aus Blähton
mit einem Partikeldurchmesser von 10 bis 15 mm und in einem Gefäss von 24
cm Durchmesser und 16 cm Höhe
8,3 l (vorderste, dunkle Säulen).
Die mittlere, weisse Säule bezieht sich
auf ein entsprechendes Gefäss,
welches vollständig
mit Spezialblähton,
d. h. mit beschichtetem Blähton
ohne Kapillarität
gefüllt
war. Es war nahezu kein Wasserverbrauch feststellbar. Die dritten,
punktierten Säulen
zeigen den Wasserverbrauch einer Anordnung gemäss 1 aber mit
den oben erwähnten
Gefässabmessungen
und sonstigen Bedingungen, also mit einer Abdeckung von 5 cm Dicke
mit beschichtetem Blähton
ohne Kapillarität.
Es zeigt sich, dass vom Gesichtspunkt der Wasserverdunstung eine
vollständige
Füllung
mit beschichtetem Blähton
ohne Kapillarität
am günstigsten
wäre, doch dürfte in
der Praxis vor allem aus wirtschaftlichen Gründen die Ausführung gemäss 1 oder 3 mit
einer angemessenen Schichtdicke von Spezialblähton ohne Kapillarität die richtige
Lösung
sein.
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Als
vorteilhafter Kompromiss kann bei grösseren Hydrokulturen, bei welchen
einzelne Kulturgefässe
in eine grössere
Wanne gestellt sind, die bepflanzten Kulturgefässe gemäss 1, 3 oder 4 teils
mit kapillarem Substrat im Wurzelbereich der Pflanzen und teils
mit dem hydrophoben, erfindungsgemässen Spezialsubstrat versehen
sein, während
in den Zwischenräumen
zwischen den Kulturgefässen
Spezialsubstrat bis zum Boden oder bis zu einem eventuellen Füllkörper eingefüllt sein
kann, um in diesen Zwischenräumen
die Verdunstung so gering als möglich
zu halten. Generell sollte Spezialblähton in den eigentlichen Kulturgefässen bis höchstens
2/3 bis 3/4 der Gefässhöhe oder
bis zum maximalen Niveau der Nährlösung eingebracht
werden.
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6 zeigt
ein derartiges grösseres
Kulturgefäss 1 im
Teilschnitt. In dieser Figur ist nur ein Kulturtopf 1', z. B. aus
Schaumkunststoff, mit einer Pflanze dargestellt, aber es sind üblicherweise
mehrere solche Kulturtöpfe
vorhanden, die in je eine Manchette 61 eingestellt sind,
so dass sie ausgewechselt werden können ohne das Substrat zu entfernen. 6 zeigt
ferner einen Wasserstandsanzeiger 62 sowie einen aushebbaren
Einsatz 63 in einem Giessschacht 65 mit Deckel 66.
Der Einsatz 63 dient dazu, hineingefallene Substratpartikel
auszuheben. In 6 ist der maximale Stand N der
Nährlösung eingezeichnet.
Bis zu diesem Niveau links in 6 bis zur
Linie 64-64 ist üblicher,
kapillarer Blähton
eingefüllt.
Ueber diesem Niveau folgt eine Schicht 4 aus hydrophobem
Spezialblähton
(zur Hälfte
schraffiert) bis zu einem oberen Niveau 0, und über diesem Niveau 0 liegt eine
Schicht 4' aus
dekorativem, hydrophobem Blähton
(voll schraffiert), z. B. gefärbtem Blähton oder
einem anderen dekorativen Material. Die beiden Schichten 4 und 4' verhindern
in der erwähnten
Weise weitgehend die Verdunstung von Wasser aus der Nährlösung. Dabei
müsste
die dekorative Schicht 4' nicht
unbedingt aus hydrophoben Partikeln bestehen, da die Schicht 4 die
Verdunstung wirksam einschränkt.
In der Mitte, unmittelbar rechts der Linie 64–64 ist angedeutet, dass dekorativer Blähton bis
zum Niveau N eingefüllt
sein kann. Ganz rechts ist gezeigt, dass dekorativer Blähton bis
zum Gefässboden
eingefüllt
sein kann.
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Zur
Beschichtung der Partikel kommen verschiedenste Materialien in Frage,
vorausgesetzt, dass sie wasserunlöslich, pflanzenverträglich und ästhetisch
sind. Die Beschichtung kann beispielsweise mit pflanzenverträglichen
Silikonen erfolgen. Die Partikel haben dann im wesentlichen den
Aspekt von herkömmlichem
Blähton.
Zur Erzielung besonderer ästhetischer
Effekte können
die Partikel, insbesondere Blähton,
aber auch mit Wasserlacken oder dergleichen Farben, mit oder ohne
Mischung mit Silikon oder anderen Hydrophobiermitteln, beschichtet
werden, die im getrockneten Zustand wasserunlöslich werden. Je nach der gewünschten
Qualität
kann dabei eine Beschichtung ein- oder mehrmals erfolgen.
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7 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Anlage zum chargenweisen Beschichten von Partikeln. Diese Anlage
eignet sich insbesondere zur Beschichtung mit Wasserlack. Die Anlage
weist einen kippbaren Mischbehälter 6 auf,
in welchen unbeschichtete Substratpartikel, insbesondere Blähtonpartikel
aus einem Behälter 7 über ein
Dosier- und Transportsystem 8 chargenweise zugeführt werden können. Aus
einem Behälter 9 kann
der Wasserlack über
eine Dosierpumpe 10 und eine Düse 11 als Sprühstrahl
oder Regen zugeführt
werden, während die
Partikel in der Mischtrommel dauernd umgerührt und damit gleichmässig beschichtet
werden. Nach einer bestimmten Behandlungszeit, die davon abhängen kann,
ob man glatte oder matte Oberflächen
erzielen will, werden die benetzten, beschichteten Partikel einem
Bandtrockner 12 zugeführt,
welchem aus einem Heizregister 13 Warmluft zugeführt wird.
Mittels eines Gebläses 14 wird
die Trockenluft angesaugt und wegbefördert. Die vorgetrockneten
Partikel gelangen dann in einen Lagerbehälter 15, welcher mittels
eines Ventilators 16 zum Nachtrocknen dauernd belüftet werden
kann. Ueber eine Dosier- und Förderanlage 17 können die
Partikel dann portionenweise abgepackt werden.
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Die
Benetzung bzw. Beschichtung der Partikel kann auch im Tauchverfahren
erfolgen, wobei die Partikel möglichst
kurzzeitig in ein relativ dünnflüssiges Mittel
getaucht werden. Dabei ist es angezeigt, sowohl die Partikel als
auch das Beschichtungsmittel vorzuwärmen, bzw. die Restwärme der
Partikel zu nutzen, damit die nachträgliche Trocknung rasch erfolgt
und wenig zusätzliche
Energie erfordert.
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8 zeigt
eine ähnliche
Anlage, in welcher entsprechende Teile gleich bezeichnet sind wie
in 7. Anstelle der chargenweise arbeitenden Mischtrommel 6 gemäss 7 ist
eine geneigte Mischtrommel 18 zur kontinuierlichen Beschichtung der
Partikel vorgesehen. Aus dieser Mischtrommel austretendes, überflüssiges Beschichtungsmittel
gelangt über
ein Filter 19 und eine Umwälzpumpe 20 zurück in ein
Mischgefäss 21,
aus welchem Beschichtungsmittel, z. B. lösungsmittelfreie Farben und
Lacke über
eine weitere Umwälzpumpe 22 zu den
Sprühdüsen 23 in
der Mischtrommel 18 gelangt. Gemäss 8 ist zusätzlich in
den Belüftungskreislauf
des Lagerbehälters 15 ein
Entfeuchtungsaggregat 24 eingeschaltet. Diese Analge eignet
sich u. a. insbesondere zur Beschichtung mit Wasserlack oder anderen
Hydrophobiermitteln, z. B. Silikon, eventuell auch mit Wirkstoffen
aller Art.
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In
den 7 und 8 ist ein Vorratsbehälter 7 für Substratpartikel
vorgesehen. Es ist jedoch von besonderem Vorteil, die Beschichtung
der Partikel unmittelbar an deren Herstellung anzuschliessen. Bezogen
auf Blähton
heisst dies, dass unmittelbar nach dem Brennen die Blähtonpartikel
bei einer Resttemperatur von 40°C
bis 80°C
sogleich mit dem Beschichtungsmittel behandelt und anschliessend
unter Ausnutzung ihrer Restwärme
getrocknet werden. Damit kann der Aufwand für die Trocknung der Partikel erheblich
gesenkt werden.
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Wie
erwähnt,
ergibt sich durch die erfindungsgemässe Beschichtung der Substratpartikel die
Möglichkeit,
mit Hilfe der Partikel besondere ästhetische Effekte zu erzielen.
Es können
also insbesondere verschiedenfarbige und/oder verschieden geformte
Partikel verwendet werden. 9 zeigt eine
Möglichkeit
der Anwendung verschiedenfarbiger Partikel in einem durchsichtigen
Glasgefäss 1.
Wie in dieser Figur angedeutet, können übereinander Schichten verschiedenartiger
Partikel verwendet werden, um dem Gefäss einen besonderen ästhetischen
Charakter zu verleihen. Es ist jedoch auch möglich, die Partikel zu reinen
Dekorationszwecken einzusetzen, indem ein doppelwandiges Gefäss verwendet wird.
In den Zwischenraum zwischen dem Innengefäss und dem Aussengefäss können entsprechende
verschiedenartige oder gleichartige Partikel eingefüllt werden,
um einem bestimmten Effekt zu erzielen. Im Innengefäss kann
das erfindungsgemässe Hydrokultursubstrat
mit einem unteren Anteil von herkömmlichem Blähton und einer Deckschicht
aus Spezialblähton
ohne Kapillarität
eingebracht werden.
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10 zeigt
eine Farbauswahlscheibe für verschiedenste
Anwendungsbereiche, wobei z. B. in einem grossen Hydrokulturgefäss 1 mit
verhältnismässig geringem
Pflanzenwuchs und grosser Oberfläche
die sichtbare Oberfläche
mit verschiedenartigen, beispielsweise verschiedenfarbigen Segmenten aus
Spezialpartikeln ohne Kapillarität
beschichtet wird. Damit werden zugleich der erfindungsgemässe technische
Effekt und ein ästhetischer
Effekt erzielt.
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Die
erfindungsgemässe
Lösung
eignet sich nicht nur zur Neubepflanzung von Hydrokulturgefässen, sondern
insbesondere auch zur Umrüstung
bestehender Hydrokulturen. Dabei wird das Substrat aus den Gefässen oben
bis auf die gewünschte
Tiefe ausgeräumt
und durch Spezialsubstrat ohne Kapillarität ersetzt. Befindet sich das
alte Substrat noch in gutem Zustand, kann es für neue Hydrokulturanlagen wiederverwendet
werden. Es ergeben sich dabei die gleichen Vorteile wie bei Neubepflanzungen.
Zu den oben bereits erwähnten
Vorteilen kommt dazu, dass das Substrat im oberen Bereich des Gefässes trocken
bleibt und somit keinen Nährboden
für Bakterien,
Pilze und dergleichen Schädlinge
bietet. Es besteht auch weniger die Tendenz, dass sich Staub am feuchten
Substrat ansetzt. Da ein erheblicher Teil des Substrats trocken
bleibt, werden die Gefässe
insgesamt leichter.
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Die
Schicht 4 von nichtkapillarem Substrat muss nicht an der
Oberfläche
liegen und sichtbar sein. Wenn es erwünscht ist, eine Hydrokultur
mit dem üblichen
Aspekt zu erstellen, kann die Schicht 4 mit einer Schicht
aus herkömmlichem
Substrat abgedeckt werden.
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Das
erfindungsgemässe
Substrat hat gemäss
Oberstehendem primär
den Zweck, die Wasserverdunstung in Kulturen, insbesondere Hydrokulturen,
zu hemmen. Die Beschichtung der Partikel kann aber auch weitere
Vorteile bieten. Es ist z. B. möglich,
Partikel aus einem kostengünstigen
aber chemisch und/oder physikalisch nicht sehr geeigneten Material
zu verwenden. Durch die Beschichtung mit einem hydrophoben und dichten
Mittel wird ein direkter Kontakt zwischen dem ungeeigneten Material und
den Pflanzen bzw. der Nährlösung vermieden und
es können
daher nachteilige Einflüsse
des Substrats vermieden werden. Das Substrat wirkt auch als vorteilhafter
Isolator, z. B. wenn es zum Abdecken von Dachbepflanzungen dient.
Es verbessert die Nährstoffdynamik
indem die Schwankungen in der Nährstoffkonzentration
gemildert werden.
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Wie
erwähnt,
können
die Partikel des hydrophoben Spezialsubstrats in Form und/oder Farbe
so gestaltet sein, dass sie sich von üblichen Substratpartikeln,
z. B. unbehandelten Blähtonpartikeln,
eindeutig unterschieden. Diese Massnahme dient nicht nur ästhetischen
Zwecken, sondern erlaubt eine klare Unterscheidung zwischen herkömmlichem
und erfindungsgemässem,
hydrophobem Substrat, derart, dass bei der Anwendung Verwechslungen
vermieden werden. Die Kennzeichnung des hydrophoben Spezialsubstrats
kann aber auch auf andere Weise geschehen, indem nur einzelne Partikel
des Substrats kennzeichnend gestaltet, z. B. gefärbt, sind.