DE4225839C2

DE4225839C2 - Mineralwolle-Formkörper für die Anzucht von Pflanzen

Info

Publication number: DE4225839C2
Application number: DE4225839A
Authority: DE
Inventors: Gerd-Ruediger Dr Ing Klose
Original assignee: Deutsche Rockwool Mineralwoll GmbH and Co OHG
Current assignee: Deutsche Rockwool Mineralwoll GmbH and Co OHG
Priority date: 1992-08-05
Filing date: 1992-08-05
Publication date: 1995-08-03
Anticipated expiration: 2012-08-06
Also published as: DE4225839A1; WO1994003045A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mineralwolle-Form körper für die Anzucht von Pflanzen, insbesondere von Jungpflanzen oder Setzpflanzen am endgültigen Standort mit einem Wasserrückhaltemittel.

Es ist allgemein bekannt, eine gesteuerte Anzucht ein- oder mehrjähriger Pflanzen aus Samen durchzuführen, beispiels weise bei wertvollen Gemüsen, Blumen und Gehölzen aller Art. Dabei wird so vorgegangen, daß zunächst die Pflanzen samen zu bestimmten Zeiten ins Saatbeet oder in Aussaat kästen, die sich meist in Gewächshäusern befinden, ausgesät werden. Sobald die Sämlinge zwei bis vier Oberblätter aus getrieben haben, werden sie in regelmäßigen Abständen in Anzuchtkästen, Pflanztöpfe oder Pflanzbeete ausgepflanzt. Wenn die Jungpflanzen ausreichend groß sind, werden sie als Setzpflanzen bzw. als Setzlinge an den endgültigen Standort verbracht. Einige Forstgehölze, z. B. Waldkiefern, Trauben- und Stieleichen, werden bereits in Art spezifischen Abstän den ins Saatbeet gesät und gelangen von hier nach ein bis zwei Jahren an den endgültigen Standort.

Am endgültigen Standort werden diese Pflanzen dann in zuvor gelockerte Böden eingesetzt. Das gilt insbesondere für größere und schon etwas ältere Pflanzen. Auch die natür liche Vermehrung, z. B. von Bäumen, findet in den obersten humusreichen und ebenfalls lockeren Böden statt. Lockeres Erdreich weist im allgemeinen ein Schüttgewicht von etwa 1200 bis 1400 kg/m³ auf, was eine offene Porösität von etwa 40 bis maximal 50% bedeutet. Böden weisen eine zumeist ab gestufte Korngrößenverteilung auf, so daß sich die zuvor aufgelockerten Böden vor allem durch Regeneinwirkung natür lich verdichten, so daß die Porösität auf weniger als etwa 30% absinkt. Mit zunehmender Verdichtung verringern sich die Kapillargrößen zwischen den einzelnen Bodenpartikeln, wodurch die kapillare Saugfähigkeit steigt. Mit der Ver ringerung der Porösität sinkt aber andererseits die Wasser speicherfähigkeit.

Es ist weiterhin zu beobachten, daß die z. B. an Verkehrs wegen, im Forstbereich und im allgemeinen Landschaftsbau angepflanzten Jungbäume und sonstige größere heimische Pflanzen mit einem auf das bisherige Klima angepaßten Wasserverbrauch vertrocknen, zumindest fast immer ein Teil dieser Pflanzen. Man erkennt das Vertrocknen auch oftmals erst nach einem längeren Zeitraum. Die Pflanzen stellen nicht nur einen hohen materiellen Wert an sich dar, der durch die Lohnkosten für die Anpflanzung, Pflege usw. zu dem noch beträchtlich ansteigt, sondern die Pflanzen haben auch einen hohen immateriellen Wert.

Eine regelmäßige Bewässerung ist in vielen Fällen nicht möglich und bei sorgfältiger Durchführung wegen des hohen Zeitbedarfs bei einer sachgerechten geringen spezifischen Beaufschlagung sehr kostenaufwendig. Als Abhilfe werden deshalb in den Wurzelbereich neu eingesetzter wertvoller Pflanzen übliche Drainagerohre aus Polyvenylchlorid oder ähnlichen Kunststoffen eingesetzt, deren Fassungsvermögen bei einem Durchmesser von beispielsweise 10 cm und einer durchschnittlichen Länge nur etwa 8 l Wasser beträgt. Wenn man ein derartiges auf dem Umfang gelochtes Kunststoffrohr mit Wasser füllt, läuft das Wasser nicht nur durch die Löcher, sondern auch noch durch das untere offene Ende des Rohres sehr schnell in tiefere Zonen des Bodens ab, wo es von dem unterentwickelten Wurzelgeflecht der Neuanpflanzung nicht erreicht werden kann. Es gibt auch Drainagerohre, deren Wandungen mit Schlitzen versehen sind. Auch hier kann ein Teil des eingefüllten Wassers durch diese Schlitze herausrinnen. Das Wasser verteilt sich in einem trockenen Boden gleichmäßig. Bei diesem bekannten Bewässerungssystem wird erfahrungsgemäß weniger als etwa 25% des eingefüllten Wassers überhaupt für die betreffende Pflanze erreichbar. Es kommt hinzu, daß dieses Bewässerungssystem nahezu keine Fähigkeit hat, nennenswerte Mengen an Oberflächenwasser, das durch Regen anfällt, zu speichern und das Wasser lang sam an die Neuanpflanzung abzugeben.

Es ist ferner bereits bekannt, insbesondere in Gärtnereien, und zwar sowohl in Gewächshäusern als auch im Freien, zur Pflanzenaufzucht, insbesondere beim Blumen- und Gemüse anbau, Mineralwolle-Formkörper als Wasser- und Düngemittel speicher anzuwenden. Die hier verwendeten Mineralwolle- Formkörper bestehen im wesentlichen aus Steinwolle und weisen ein Raumgewicht von größenordnungsmäßig 45 bis 65 kg/m³ auf.

Die Fasern dieser Formkörper sind gewöhnlich mit organi schen Bindemitteln, wie Phenolharzen, Phenol-Harnstoff- Formaldehydharzen od. dgl. gebunden. Auf Grund dieser organischen Bindemittel verhalten sich die Formkörper wasserabstoßend. An sich ist bekannt, diesen Wasserab stoßungseffekt (Hydrophobie) durch die Zugabe eines Tensids zu beseitigen. Grundsätzlich handelt es sich bei diesen Steinwolle-Formkörpern um ein Material, das identisch ist mit Wärmedämmstoffmaterial, das beispielsweise zur Wärme dämmung von Gebäuden eingesetzt wird. Da derartige Wärme dämmstoffe eine sehr lange Lebensdauer haben müssen, sind die Steinwollfasern mit den Bindemitteln und damit die Steinwolle-Formkörper so konzipiert, daß die Bedingung der langen Lebensdauer erfüllt ist. Beim bekannten Einsatz dieser Steinwolle-Formkörper als Substrat kommt es also in dem sehr kurzen Zeitraum der Anwendung nicht zu irgendeiner Korrosion bzw. zu einem Zerfall der Steinwolle-Fasern.

Die bekannten Steinwolle-Formkörper werden z. B. in Gärt nereien zusammen mit ihrem pflanzlichen Inhalt allseitig offen auf Unterlagen abgelegt und kontinuierlich mit Nähr stofflösungen versorgt. Dies geschieht vielfach in einem Umlaufverfahren, bei dem die aus dem Steinwolle-Formkörper wieder austretenden überschüssigen Nährstofflösungen aufge fangen und erneut dosiert werden. An die mechanische Be lastbarkeit der Steinwolle-Formkörper als Ersatzsubstrat werden weiter keine Anforderungen gestellt, weil sie keinerlei Druckbelastungen od. dgl. ausgesetzt werden. Die Steinwolle-Formkörper werden jeweils nach einer Pflanzen generation wegen möglicher Infizierung mit Krankheitskeimen verworfen, d. h. sie werden entweder in Deponien abgelagert oder wenn möglich durch Umschmelzen wieder aufgearbeitet.

Aus der JP 3-280811 A ist bereits ein künstlicher Nährboden für Pflanzen unter Verwendung von Glas- oder Steinwolle bekannt, wobei der Nährboden aus einer zu einem Formkörper geformten oder pulverisierten, porösen Substanz besteht. In einem Teil dieser porösen Substanz ist ein mineralisches oder hochpolymeres Wasserrückhaltemittel durch Imprägnie ren, Bestreichen oder Diffusion eingebracht. Der künstliche Nährboden ist insbesondere für das Anzüchten von Keimlingen im Reis- und Ackerbau bestimmt. Je nach Gestaltung des Formkörpers ist das Wasserrückhaltemittel in unterschiedli chen Formkörperbereichen eingebracht mit dem Ziel, einer seits das Entwässerungsverhalten zu verbessern und andererseits eine Austrocknung zu vermeiden, um im End ergebnis die Erntemenge zu vergrößern.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zu Grunde, einen Mineralwolle-Formkörper zu schaffen, der über einen längeren Zeitraum für die neu eingesetzte Pflanze mit zunächst unterentwickeltem Wurzelwerk einen Wasserspeicher bildet, der mit der Pflanze am endgültigen Standort ver bleiben kann und der sich mitsamt dem Wasserrückhaltemittel im Laufe der Zeit zersetzt bzw. zerfällt und abgebaut wird.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß das Wasserrückhaltemittel eine wassersperrende oder die Wasserdurchlässigkeit hemmende Überzugsschicht aus Ton mineralen, Lehmen oder deren künstlichen Mischungen ist, die auf der Körperunterfläche und den Körperseitenflächen des Mineralwolle-Formkörpers aufgebracht ist, so daß im Innern ein Wasserspeicher gebildet ist.

Auf diese Weise ergeben sich mehrere wesentliche Vorteile. Nach dem Einsetzen des Mineralwolle-Formkörpers ins Erd reich am endgültigen Standort und dem Einpflanzen der betreffenden Pflanze in den Mineralwolle-Formkörper kann man diesen mit Wasser und gegebenenfalls mit Nährstoff lösungen füllen. Durch die wassersperrende oder zumindest die Wasserdurchlässigkeit hemmende Überzugsschicht wird verhindert, daß der so gebildete Wasserspeicher leerläuft. Desweiteren weist die materialmäßig besondere Überzugsschicht, wenn sie mit Wasser gesättigt ist, eine höhere kapillare Saugkraft auf als das umgebende Erdreich, so daß die Feuchtigkeit nur in sehr begrenztem Umfang an dieses abgegeben wird. Die feuchte Überzugsschicht aus Ton mineralen, Lehmen oder deren künstlichen Mischungen übt andererseits einen starken Reiz auf die Feuchtesensoren der Pflanzenwurzeln aus, so daß sich deren Wachstum in Richtung der Feuchtekonzentration orientiert. Entweder umgeben dabei die Wurzeln den gebildeten Wasserspeicher in der Fasermasse oder sie wachsen in diesen hinein. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die offene Porösität des verwendeten Faserhaufwerks innerhalb des Mineralwolle-Formkörpers auch noch nach dem völligen Verbrauch der enthaltenden Feuchte bzw. des Wassers wirksam ist. Es kann nämlich ungehindert durch die Überzugsschicht durch Diffusionsvorgänge in dem Porensystem des umgebenden Erdreichs Feuchtigkeit angezogen werden und außerdem kommt es durch die Verbindung des fasrigen Wasserspeichers mit der warmen Außenluft zu einem Tauwasserausfall in der Fasermasse, der von der Pflanze genutzt werden kann. Schließlich können in niederschlags reichen Zeiten die Wurzeln der Pflanze die benötigte Feuchtigkeit auch aus dem umgebenden Erdreich entnehmen.

Vorteilhafterweise weist die Fasermasse der Mineralwolle eine Rohdichte von etwa 55 bis 135 kg/m³ und eine Druck belastbarkeit von mehr als 20 kN/m² bei 10% Deformation auf. Die dadurch erreichbare Festigkeit ist ausreichend, um einem Erdruhedruck bis zu einer Tiefe von etwa 1 m mit aus reichender Sicherheit zu widerstehen. Bei örtlichen Gege benheiten, bei denen die Gefahr besteht, daß die Mineral wolle-Formkörper einer höheren Druckbelastung ausgesetzt werden, z. B. durch den ruhenden Verkehr, wie parkende Kraftfahrzeuge am Straßenrand in der Nähe eines Baumes, sind Rohdichten bzw. Raumgewichte in dem vorgenannten oberen Bereich zu verwenden. Dies gilt insbesondere, wenn die Mineralwolle-Formkörper größere Scheibenform aufweisen. Insbesondere bei derartigen plattenförmigen Formkörpern ist es von Vorteil, wenn die Fasern innerhalb des Formkörpers im wesentlichen senkrecht zur Erdoberfläche, also parallel zu der größten Druckbeanspruchung, orientiert sind.

Zur Materialersparnis ist es ferner von Vorteil, daß die Form dem Wurzelsystem der Pflanzenart und -größe angepaßt ist, d. h. daß eine flächige Form bei Flachwurzlern oder eine vertikal erstreckte Zylinder- oder Quaderform bei Pfahlwurzlern gewählt wird. Auch das Volumen des Mineral wolle-Formkörpers ist vorteilhafterweise der Größe der Pflanze angepaßt und beträgt etwa 0,005 bis 0,05 m³. Bei den zuvor angegebenen Rohdichten bzw. Raumgewichten beträgt die offene Porösität der Fasermasse der Mineralwolle vorteilhafterweise etwa 95,5 bis 99 Volumen-% oder 98 Volumen-%. Hieraus ersieht man, daß die Porösität deutlich höher als die der aufgelockerten Erde ist und wesentlich über der Porösität liegt, die sich bei gesetzter bzw. verdichteter Erde ergibt. Entsprechend groß ist der Wasserspeicher im Ver hältnis zu dem Volumen des Mineralwolle-Formkörpers.

Aus nachfolgend noch näher erläuterten Gründen ist es vor teilhaft, als Mineralwolle Steinwolle zu wählen. Die Stein wolle des Formkörpers kann folgende chemische Zusammen setzung aufweisen:

SiO₂ 45 bis 48 Masse-%
Al₂O₃ 13 bis 14 Masse-%
TiO₂ 2 bis 3 Masse-%
CaO 14 bis 20 Masse-%
MgO 6 bis 12 Masse-%
K₂O 2 bis 3 Masse-%
Na₂O 2 bis 3 Masse-%
Fe₂O₃ 7 bis 10 Masse-%.

Die Mischungen der Überzugsschicht bestehen vorteilhafter weise aus Tonmineralen, wie Kaolinit, Halloysit, Montmorilloniten oder aus Bentoniten mit Gesteinsmehlen oder -sanden der Basalt-, Diabas-, Granit- oder Kalkstein gewinnung oder aus zerkleinerten feldspathaltigen Gestei nen. Auch natürliche Lehme können mit diesen Zuschlägen angereichert werden. Die genannten Zuschläge enthalten für das Pflanzenwachstum wichtige Verbindungen, die über einen längeren Zeitraum örtlich konzentriert der Pflanze zur Ver fügung stehen. Als Tonminerale werden zweckmäßig gemagerte Tonminerale verwendet, die besonders wassersperrend sind.

Die Fasern innerhalb der Fasermasse können durch ein duro plastisches organisches Bindemittel gebunden sein, wobei der Fasermasse zur hydrophilen Einstel lung geringe Mengen Pflanzen unschädlicher nicht ionogener Tenside zuzusetzen sind. Auf diese Weise wird die Wasserauf nahmefähigkeit sehr wesentlich gesteigert, so daß die gesamte Porösität als Wasserspeicher zur Verfügung steht.

Um den künstlichen Wasserspeicher innerhalb des Mineral wolle-Formkörpers nötigenfalls stärker an den Feuchtehaus halt des umgebenden Erdreichs anzupassen, kann es in vielen Fällen zweckmäßig sein, daß die Überzugsschicht einzelne offene Stellen im oberen Bereich aufweist. Je nach Art der Pflanzen oder der Bepflanzung ist es auch vorteilhaft, mehrere Mineralwolle-Formkörper zu einer größeren umfassen den Einheit zueinander zu gruppieren und in entsprechenden Aushebungen des Erdreiches einzusetzen.

Zur künstlichen Auffüllung des Wasserspeichers kann ein gelochtes Kunststoffrohr nach Art eines Drainagerohres dem Mineralwolle-Formkörper zugeordnet werden. Das Kunststoffrohr ist am Mantel gelocht oder geschlitzt und kann mit Wasser gefüllt werden, das nach dem Mineralwolle-Formkörper hin rieselt. Zweckmäßigerweise ist dieses Kunststoffrohr mit hydrophil eingestellter gebundener oder ungebundener Steinwolle gefüllt, so daß sie als zusätzliche Wasserspeicher wirken. Das Raumgewicht der Steinwolle innerhalb des Kunststoff rohres beträgt zweckmäßigerweise 32 bis 50 kg/m³, so daß das Wasser langsam ausrinnt.

Es hat sich für den hier in Betracht kommenden Anwendungs bereich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß die Fasern der Steinwolle aus einer kalkreichen Schmelze mit etwa 45 bis 59 Masse-% an CaO, etwa 31 bis 47 Masse-% an SiO₂, geringen Mengen an Aluminiumoxid und Eisenoxid, weniger als 1 Masse-% an P₂O₅ und geringe Mengen an Alkalien erschmolzen sind.

Für den Anwendungsbereich der Mineralwolle-Formkörper als Steinwolle-Substrat ist es ferner von besonderem Vorteil, wenn die Fasern der Fasermasse mit anorganischen Binde mitteln, wie Wasserglas, Monoaluminiumphosphat, Bentoniten oder Tonmineralen, gebunden sind.

Schließlich wird vorgeschlagen, daß die Fasern nicht wie bei der Mineralwolleherstellung zu Wärme zwecken üblich mit durchschnittlich etwa 800 bis über 1000 K/min abgeschreckt werden, sondern daß die Steinwollefasern unmittelbar nach ihrer Bildung mit etwa 150 bis 300 K/min abgeschreckt werden und daß während des Abreckvorganges jeweils Verweilzeiten bei Temperaturen über 750° vorgesehen werden, derart, daß eine Mikrokristallisation eintritt. Die Mikrokristallisation bzw. die Bildung von Kristallisations keimen tritt dadurch ein, daß einmal ein hoher Kalkgehalt und zum anderen eine wesentlich verringerte Abkühlgeschwin digkeit gewählt wird. Auf jeden Fall werden dadurch die Mineralfasern instabil und brüchiger, wodurch ihre Lebens dauer im Vergleich zu Mineralwolleerzeugnissen zu Wärme dämmzwecken begrenzt bzw. wesentlich verkürzt wird. Es wird damit angestrebt, daß im Laufe der Zeit ein Zerfall des Mineralwolle-Formkörpers mitsamt der Überzugsschicht ein tritt, wobei die Bestandteile der Fasern und der Überzugsschicht zumindest teilweise von den Pflanzen aufgenommen werden können. Diese Vorgänge erstrecken sich über die Dauer von mehreren Jahren, und zwar solange, bis die Pflanzen soweit angewachsen sind und ein so großes Wurzel werk entwickelt haben, daß die Gefahr des Vertrocknens nicht mehr gegeben ist.

Claims

1. Mineralwolle-Formkörper für die Anzucht von Pflanzen, insbesondere von Jungpflanzen oder Setzpflanzen am endgültigen Standort mit einem Wasserrückhaltemittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserrückhaltemittel eine wassersperrende oder die Wasserdurchlässigkeit hemmende Überzugsschicht aus Tonmineralen, Lehmen oder deren künstlichen Mischungen ist, die auf der Körper unterfläche und den Körperseitenflächen des Mineral wolle-Formkörpers aufgebracht ist, so daß im Innern ein Wasserspeicher gebildet ist.

2. Mineralwolle-Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermasse der Mineralwolle eine Rohdichte von etwa 55 bis 135 kg/m³ und eine Druckbelastbarkeit von mehr als 20 kN/m² bei 10% Deformation aufweist.

3. Mineralwolle-Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Form dem Wurzelsystem der Pflanzenart und -größe angepaßt ist, eine flächige Form bei Flachwurzlern oder eine vertikal erstreckte Zylinder- oder Quaderform bei Pfahlwurzlern.

4. Mineralwolle-Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Größe der Pflanze angepaßt ist und etwa 0,005 bis 0,05 m³ beträgt.

5. Mineralwolle-Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die offene Porösität der Fasermasse der Mineralwolle etwa 95,5 bis 99 Volumen-% oder 98 Volumen-% beträgt.

6. Mineralwolle-Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Mineral wolle Steinwolle gewählt ist.

7. Mineralwolle-Formkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steinwolle eine chemische Zusammensetzung aufweist von: SiO₂ 45 bis 48 Masse-%
Al₂O₃ 13 bis 14 Masse-%
TiO₂ 2 bis 3 Masse-%
CaO 14 bis 20 Masse-%
MgO 6 bis 12 Masse-%
K₂O 2 bis 3 Masse-%
Na₂O 2 bis 3 Masse-%
Fe₂O₃ 7 bis 10 Masse-%.

8. Mineralwolle-Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischungen der Überzugsschicht aus Tonmineralen, wie Kaolinit, Halloysit, Montmorilloniten oder aus Bentoniten mit Gesteinsmehlen oder -sanden der Basalt-, Diabas-, Granit- oder Kalksteingewinnung oder aus zerkleinerten feldspathaltigen Gesteinen bestehen.

9. Mineralwolle-Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern innerhalb der Fasermasse durch ein duroplastisches organisches Bindemittel gebunden sind, wobei der Fasermasse zur hydrophilen Einstellung geringe Mengen pflanzenunschädlicher, nichtionogener Tenside zugesetzt sind.

10. Mineralwolle-Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsschicht einzelne offene Stellen im oberen Bereich aufweist.

11. Mineralwolle-Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zugeordnetes gelochtes Kunststoffrohr nach Art eines Drainage rohres.

12. Mineralwolle-Formkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffrohr mit hydrophil eingestellter gebundener oder ungebundener Steinwolle gefüllt ist.

13. Mineralwolle-Formkörper nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Raumgewicht der Steinwolle etwa innerhalb des Kunststoffrohres 32 bis 50 kg/m³ beträgt.

14. Mineralwolle-Formkörper nach Anspruch 6 oder einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern der Steinwolle aus einer kalkreichen Schmelze mit etwa 45 bis 59 Masse-% an CaO, etwa 31 bis 47 Masse-% an SiO₂, geringen Mengen an Aluminiumoxid und Eisenoxid, weniger als 1 Masse-% an P₂O₅ und geringe Mengen an Alkalien erschmolzen sind.

15. Mineralwolle-Formkörper nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steinwollefasern unmittelbar nach ihrer Bildung mit etwa 150 bis 300 K/min abgeschreckt sind, und daß während des Abschreckvorganges Verweilzeiten bei Temperaturen über 750°C vorgesehen sind, derart, daß eine Mikrokristal lisation eintritt.

16. Mineralwolle-Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern der Fasermasse mit anorganischen Bindemitteln, wie Wasserglas, Monoaluminiumphosphat, Bentoniten oder Tonmineralen, gebunden sind.