JP2016524903A - 灌漑システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

水頭（ＨＨ）を有する１本または複数本の疎水性で多孔質のコーティングされていない管を準備するステップと、管を、管の長さの少なくとも一部が灌漑すべき植物体の根圏内にあるように設置するステップと、管に、灌漑すべき植物体の生長段階の間、ＨＨ以下の加圧力で水性灌液を通すステップとを有する地表下灌漑の方法。管は、発芽後に灌漑すべき植物体になる種子の近傍に設置することができる。この実施形態では水性灌液は、植物体の生長段階の間の加圧力より少なくとも１０％高い加圧力で種子の発芽段階の間、管に通される。

Description

本発明は、農業分野、具体的には灌漑方法、より具体的には地表下灌漑システムに、また灌漑システムに特に適合させた可撓管路または配管に関する。

不毛の地域または旱魃に悩まされる地域において植物体、樹木などに水を運び、分配するために、地表に樋または溝のネットワークを形成する地表灌漑システムはよく知られている。また、そのような水を隣接する植物上に放出または噴霧するために地表面にまたは地表面より上方に配置される放出口またはスプリンクラー頭部に水を運ぶための地下配管システムを使用することもよく知られている。これらのシステムは、それらの設計目的に見事に合っていることが多いが、それらはまた幾つかの欠点も有する。例えば、むき出しの溝では、蒸発または通水性土壌の深部漏出による灌漑水の損耗が甚大なことがある。これに反して非通水性土壌では水が集まり停滞して水たまりになり、それによって汚染の問題を引き起こし、また蚊や他の昆虫の繁殖場所を提供する傾向がある。スプリンクラーまたは噴霧システムの使用では水が蒸発によって浪費され、殺虫剤が植物体から洗い落とされることが多く、それによってそれらの目的を無効にし、また不必要に土壌を汚染する。また幾つかの例では、その結果としての濡れた葉が植物の病害を助長させる。

上記システムに関する経験に照らして、地下または地表下灌漑システムは地表灌漑システムを凌ぐ多くの利点を提供することが分かっている。しかしながら地表下システムは、そのようなシステムと併せて必要とされる適切な配管および高価な補助設備、例えば高圧ポンプ、流量調整装置などを準備し配置するコストが高いために、多くの場合、実用的でなかった。さらに、それらの地下導管の水出口の打抜き穴またはオリフィスが詰まるようになり、したがって効率を低下させ、かつそこから送達される水の流量を適切に制御し、所望の地域に送達される水を制限することを一層難しくするので、それらの性能は不満足なことが多かった。

親水性材料の細孔膜が、地表下灌漑システムで使用されている。例えば、Ｏｓｂｏｒｎの米国特許第３，８３０，０６７号明細書は、無視できる圧力低下で水が通過することができる透水性配管を開示している。Ｇｅｓｓｅｒの米国特許第７，７４８，９３０号明細書は、親水性被膜を有する疎水性材料の細孔性配管を開示している。

本発明者等は、固有の水導通抵抗を有するコーティングされていない疎水性材料の細孔膜が、それらの静水頭圧（ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｈｅａｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）（水頭（ｈｙｄｒｏｈｅａｄ））未満の頭圧においてさえ植物の存在下で予期せざる高い水流量を有することを発見した。これらの材料は、予期せざることに植物体と相互に作用して、調整され最適化された水すなわち灌注液の流れを、とりわけ普通の方法で可能な距離よりも長い距離にわたって実現する。

本発明は、
（ｉ）親水性材料でコーティングされておらず、かつ管のうちの１本または複数本に水性灌液が供給され、それら管が水頭（ＨＨ）を有する材料を含む１本または複数本の疎水性で多孔質の管を準備するステップと、
（ｉｉ）管を、管の長さの少なくとも一部が、生長段階にある灌注すべき複数本の植物体の近傍にあるように設置するステップと、
（ｉｉｉ）水性灌液を、管中にＨＨ以下の加圧力（Ｐｇｒｏｗｔｈ）で灌注すべき上記植物体の生長段階の間、通すステップと
を含む地表下灌漑の方法に関する。

本発明の方法の一実施形態では管は、水性灌液がその管構造に入るように、かつ灌液の入口点と水やりされる植物体の少なくとも１本との間の配管の最小長さが６１ｍであり、その１本または複数本の管の少なくとも一部のＨＨが少なくとも１００ｃｍｗｃであるように管構造に与圧されるように構成される。
更なる実施形態では管は植物体の根圏内に置かれる。更なる実施形態では植物体の根が管に向かって生長し、管が根圏の一部になる。
この方法の更なる実施形態では、管はステップ（ｉ）の前に種子の近傍に設置され、水性灌液が、ＨＨより少なくとも１０％高い頭圧で種子の発芽段階の間、また種子がその灌注すべき植物に成熟する間、管を通過する。
更なる実施形態では本方法は、ステップ（ｉｉ）の前に、最初の期間、Ｐｇｒｏｗｔｈより少なくとも１０％高い頭圧で水性灌液を管に通す追加のステップを含む。この疎水性で多孔質のコーティングされていない管は、管の外壁上に位置する繊維質材料の壁を含むことができ、その繊維質材料は不織ウェブである。この不織ウェブはさらに、プレキシフィラメントウェブ、スパンボンドウェブ、メルトブローウェブ、または上記ウェブの組合せ、例えばスパンボンド／メルトブロー／スパンボンド（ＳＭＳ）構造物を含むこともできる。その不織ウェブは、さらに圧延加工することもできる。
この１本または複数本の管はさらに、水頭の点で異なる部分を含むこともできる。

上記実施形態のいずれかにおける１本または複数本の管の水頭は、１．５ｍ以上であることができる。上記実施形態のいずれかにおける生長段階の間の加圧力（Ｐｇｒｏｗｔｈ）は、１．５ｍ以下であることができる。
更なる実施形態では本方法は、
（ｉ）水頭（ＨＨ）を有する１本または複数本の疎水性で多孔質のコーティングされていない管を準備し、その管を、管の長さの少なくとも一部が、発芽させるべき種子の近傍にあるように設置するステップと、
（ｉｉ）種子の発芽の間、加圧力（Ｐｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）で十分な量の水性灌液を管に通すステップと、
（ｉｉｉ）その発芽した種子を生長段階に入れるステップと、
（ｉｖ）時間Ｔ１のあいだ初期加圧力（Ｐｉｎｉｔｉａｌ）で灌注すべき植物体の上記生長段階の間、水性灌液を管に通すステップと、
（ｖ）灌注すべき植物体の上記生長段階の間に管中の上記水性灌液の頭圧を、ＨＨ以下のＰｇｒｏｗｔｈ（生長段階の加圧力）にまで下げるステップと
を含み、
Ｐｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎは、ＨＨより１０％以上高く、ＰｉｎｉｔｉａｌはＰｇｒｏｗｔｈ以上であり、かつ管は、水性灌液が管構造に入り、管を加圧力Ｐｇｒｏｗｔｈが加えられる点から少なくとも６１ｍの距離まで満たすように構成される。

更なる実施形態では本発明は、
（ｉ）親水性材料でコーティングされておらず、かつ１本または複数本の管のそれぞれが包囲壁と、それによって管の内部空間が流体接触の状態にあるような封じ込められた内部空間とを有する構造に、また包囲壁の１つまたは複数が１００ｃｍｗｃ以上の水頭（ＨＨ）を有する部分を含む構造に配置されている１本または複数本の多孔質の管と、
（ｉｉ）管の外側の連続空間であり、植物体の生長培地を含有する外部領域と、
（ｉｉｉ）管の１本または複数本の内部空間中に位置し、加圧力（Ｐｇｒｏｗｔｈ）に保たれた水性灌液と、
（ｉｖ）生長段階にあり、かつ根が外部領域中に位置する複数本の植物体と、
（ｖ）水性灌液が管の内部空間に入ることができる水性灌液の入口点と
を含む植物体の地表下灌漑用のシステムに関する。管は、少なくとも１本の管の長さの少なくとも一部が灌注すべき植物体の複数本の根の近傍にあるように設置され、かつ水性灌液の入口点は、水性灌液の入口点と水やりすべき植物体の少なくとも１本との間の配管の最小長さが６１ｍであるように設置される。

この灌漑システムにおいて圧力Ｐｇｒｏｗｔｈは、ＨＨ以下であることができる。さらに水性灌液の入口点と植物体の間の配管のすべては、水性灌液の入口点から少なくとも６１ｍの所に設置され、かつ１００ｃｍｗｃ以上のＨＨを有することができる。
さらに、このシステムの実施形態の生長培地は土壌であることができる。

本発明の方法による処理例であるダイズ植物による水吸収を示す図である。 ダイズ植物による水吸収の別の例を示す図である。 本発明の方法を使用した植物の水吸収の更なる例を示す図である。

出願人等は、すべての引用された参考文献の内容全体を本開示中に具体的に組み込む。さらに量、濃度、あるいは他の値またはパラメーターが、範囲、好ましい範囲、または上側の好ましい値と下側の好ましい値の一覧表のいずれかとして与えられる場合、それら範囲が別々に開示されているかどうかに関係なく、それは任意の上側の範囲限界または好ましい値と、任意の下側の範囲限界または好ましい値との任意の対から形成されるあらゆる範囲を具体的に開示しているものと理解されたい。数値の範囲が本明細書中に列挙される場合、別段の注記がない限り、その範囲は端点とその範囲内の全ての整数および分数とを含むことを意図している。本発明の範囲は、範囲を定める場合に列挙される特定の値に限定されるものではない。

本明細書中で使用される用語「ポリマー」は、これらに限定されないがホモポリマー、コポリマー（例えばブロックコポリマー、グラフトコポリマー、ランダムコポリマー、および交互コポリマーなど）、ターポリマーなど、ならびにこれらのブレンド物および改質物を全体として含む。さらにまた、別段の具体的な限定がない限り、用語「ポリマー」は、その材料のあり得るすべての幾何学的形態を含むものとする。これらの形態には、これらに限定されないがアイソタクチック、シンジオタクチック、およびランダム対称が挙げられる。

本明細書中で使用される用語「ポリオレフィン」とは、炭素および水素のみから構成される一連の主に飽和した高分子量炭化水素のいずれかを意味することを意図している。典型的なポリオレフィンには、これらに限定されないがポリエチレンと、ポリプロピレンと、ポリメチルペンテンと、エチレンモノマー、プロピレンモノマー、およびメチルペンテンモノマーの様々な組合せによるものとが挙げられる。
本明細書中で使用される用語「ポリエチレン」は、エチレンのホモポリマーだけでなく、反復単位の少なくとも８５％がエチレン単位であるコポリマー、例えばエチレンとα−オレフィンのコポリマーを包含することを意図している。好ましいポリエチレンには、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、および高密度ポリエチレンが挙げられる。好ましい高密度ポリエチレンは、約１３０℃〜１４０℃の上限融解範囲、約０．９４１〜０．９８０ｇ／ｃｍ³の範囲の密度、および０．１〜１００の間、好ましくは４未満のメルトインデックス（ＡＳＴＭ Ｄ−１２３８−５７Ｔの条件Ｅによって定義される）を有する。

本明細書中で使用される用語「ポリプロピレン」は、プロピレンのホモポリマーだけでなく、反復単位の少なくとも８５％がプロピレン単位であるコポリマーを包含することを意図している。好ましいポリプロピレンポリマーには、アイソタクチックポリプロピレンおよびシンジオタクチックポリプロピレンが挙げられる。

本明細書中で使用される用語「プレキシフィラメント」とは、ランダムな長さの多数本の薄いリボン状のフィルム−フィブリル要素の三次元の一体化した網状組織またはウェブを意味する。一般にはこれらのフィルムの厚さの平均値は約４μｍ未満であり、またフィブリルの幅の中央値は約２５μｍ未満である。フィルム−フィブリルの断面積の平均値は、数学的に円の面積に換算した場合、約１μｍ〜２５μｍの間の有効径を生ずるであろう。プレキシフィラメント構造ではそのフィルム−フィブリル要素は、その構造の長さ、幅、および厚さ全体にわたって様々な場所で断続的に合体し、また不規則な間隔で分離して連続的な三次元網状組織を形成する。プレキシフィラメントウェブの例は、米国特許第３，０８１，５１９号明細書（Ｂｌａｄｅｓら）、同第３，１６９，８９９号明細書（Ｓｔｅｕｂｅｒ）、同第３，２２７，７８４号明細書（Ｂｌａｄｅｓら）、同第３，８５１，０２３号明細書（Ｂｒｅｔｈａｕｅｒら）の明細書（これらの内容は、それらの全体がこれにより本明細書中に参照により援用される）に記載の方法によって生産されるものである。市販されているプレキシフィラメントウェブの例は、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤｅｌａｗａｒｅのＤｕＰｏｎｔ ｃｏｍｐａｎｙによって名称Ｔｙｖｅｋ（登録商標）で供給されているシートである。

用語「不織布」とは、多数本のランダムに分散した繊維を含むウェブを意味する。それら繊維は通常は互いに接着させることができるが、また非接着でもよい。これら繊維は、短繊維でも連続繊維でもよい。これら繊維は異種繊維の組合せとして、またはそれぞれが異種材料からなる似た繊維の組合せとして単一材料または複数種の材料を含むことができる。
本発明の紡糸したままの不織布は、物理的性質の所望の改良を与えるために当業界で知られている方法（例えば圧延加工）によって圧密化することができる。用語「圧密化」とは、その不織布が圧縮される工程を経ており、全体の空隙率が減少していることを一般には意味する。本発明の一実施形態ではこの紡糸したままの不織布は、１本のロールが無地の軟質ロールであり、１本のロールが無地の硬質ロールである２本の無地のロール間のニップ中に送られる。一方または両方のロールの温度と、ロールの組成および硬度と、不織布に加えられる圧力とは、所望の最終用途特性をもたらすように変えることができる。本発明の一実施形態では一方のロールはステンレス鋼などの硬質金属であり、他方は、ロックウェルＢ ７０未満の硬度を有する軟質金属またはポリマーコーテッドロール、または複合ロールである。２本のロール間のニップ中のウェブの滞留時間は、ウェブのラインスピードによって調節され、好ましくは約１ｍ／分〜約５０ｍ／分の間である。２本のロール間のフットプリントは、ウェブが同時に両ロールと接触した状態で移動する縦方向（ＭＤ）の距離である。フットプリントは２本のロール間のニップに働く圧力によって調節され、一般にはロールの直線状の横方向（ＣＤ）の寸法（好ましくは約１ｍｍ〜約３０ｍｍの間）当たりの力で測定される。

さらにこの不織ウェブを、場合によってはその繊維のポリマーのガラス転移温度（Ｔ_g）と最低融解開始温度（Ｔ_om）の間の温度に加熱しながら、延伸することができる。延伸は、ウェブが圧延ロールのニップを通過する前および／または後のいずれかで、またＭＤまたはＣＤのどちらかまたは両方で行うことができる。
用語「連続的」とは、繊維に適用される場合、それら繊維が不織構造物の製造の間に一つの連続流の状態に横たえられる（破断または細断されるのではなく）ことを意味する。

「メルトブローン繊維」は、溶融した熱可塑性材料を、複数個の細い、通常は円形の金型毛管に通し、集束用の通常は高温かつ高速の気体、例えば空気の流れの中に溶融したスレッドまたはフィラメントとして押し出して、その溶融した熱可塑性材料のフィラメントを細くし、繊維を形成することによって形成される繊維である。このメルトブロー工程の間に溶融フィラメントの直径は、延伸用空気によって所望のサイズまで減少する。その後、そのメルトブローン繊維は高速の気体流によって運ばれ、回収表面に堆積してランダムに分配されたメルトブローン繊維を形成する。このような方法は、例えばＢｕｎｔｉｎらの米国特許第３，８４９，２４１号明細書、Ｌａｕの米国特許第４，５２６，７３３号明細書、およびＤｏｄｇｅ，ＩＩらの米国特許第５，１６０，７４６号明細書（これらの全てがこれにより本明細書中に参照により援用される）中で開示されている。メルトブローン繊維は、連続的でもよく、また不連続的でもよい。

本明細書中で使用される用語「スパンボンド繊維」は、溶融した熱可塑性材料を紡糸口金の複数個の細い、通常は円形の毛管からフィラメントとして押し出すことによって形成される小径の繊維を指す。次いでその押し出されたフィラメントの直径は、例えばＡｐｐｅｌらの米国特許第４，３４０，５６３号明細書、Ｄｏｒｓｃｈｎｅｒらの米国特許第３，６９２，６１８号明細書、Ｍａｔｓｕｋｉらの米国特許第３，８０２，８１７号明細書、Ｋｉｎｎｅｙの米国特許第３，３３８，９９２号明細書および同第３，３４１，３９４号明細書、Ｄｏｂｏらの米国特許第３，５０２，７６３号明細書および同第３，５４２，６１５号明細書に記載の方法によって急速に細くされる。スパンボンド繊維は一般には連続的かつ７μｍを超える太さであり、より具体的にはそれらは一般に約１５〜５０μｍの間の太さである。
これらスパンボンドおよびメルトブローン繊維を積層して、例えばスパンボンド−メルトブローン−スパンボンド構造体（ここでは「ＳＭＳ」と呼ぶ）にすることができる。このＳＭＳ構造体はまた、圧延加工することができる。

「根圏」とは、根の分泌物および関係のある土壌微生物によって直接影響を受ける土壌の狭い領域を意味する。根圏の一部でない土壌は、バルク土壌として知られる。例えば根圏は、はげ落ちた植物体細胞、いわゆる根分泌物（ｒｈｉｚｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と、根によって放出されるタンパク質および糖とを常食とする多くの細菌を含有する。
「近傍」とは、植物体または種子に対する管の位置の脈絡で使用される場合、水が管または複数の管から染み出すときにその少なくとも一部が種子と触れることを意味する。このような接触は、バルク土壌または根圏を介する毛管作用による、あるいはこれらの要素の組合せによる直接的なものであってもよい。
「水性灌液」とは、根圏に、あるいは植物体または種子の近傍に散布することを意図した溶液、懸濁液、または分散液の状態で塩類または他の物質を含有することができる水性の連続相を有する任意の流体を意味する。
「管構造」とは、灌液を植物体または種子に供給する管の特定の配置を意味する。例えば１種類の液体の供給源は、１本の直線状の管に供給することができる。別法では、１つまたは複数の液体供給源から内部が互いに流体接触している複数本の管に供給することもできる。使用される管の特定の配列は使用者それぞれの好みの問題であり、また数ある要因の中では灌漑される地域の地形によって決まることになる。各管は、本明細書中で包囲壁と呼ぶことがある壁を有することになる。包囲壁は、生長培地および植物体が位置する外部領域から管の内部を分離する。

「流体接触している」とは、灌液などの流体が管のいずれか１本に導入された場合、それがこれら管のすべての内部空間を満たすことになることを意味する。灌液の入口点は、灌液がそこを通って管構造に導入される開口部である。
「生長培地」とは、植物体が根を下ろす任意の物質、例えば農業分野の熟練者が理解するような任意の種類の土壌を意味する。生長培地は管の外部に位置し、管壁が、灌液を含有する内部空間と生長培地を含有する連続した外部領域との間の障壁を提供する。
静水頭（ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｈｅａｄ）すなわち「水頭」（ＡＡＴＣＣ ＴＭ １２７−１９４）は、水の浸透を妨げる布の能力の便利な尺度である。これは、液状の水を疎水性の布を通して押し出すのに必要な水柱の単位センチメートルの圧力（ｃｍｗｃ）として表される。したがって「疎水性」とは、材料が水に抵抗する傾向を有することを意味し、細孔膜またはウェブは一般に非ゼロの水頭を有することになる。一般に本明細書中で言及する疎水性材料の水との接触角は、少なくとも８０度であるはずである。

本発明は、
（ｉ）水頭（ＨＨ）を有する１本または複数本の疎水性で多孔質のコーティングされていない管を準備し、管を、それらの長さの少なくとも一部が、生長段階の灌注すべき植物体の近傍にあるように設置するステップと、
（ｉｉ）ＨＨ以下の加圧力（Ｐｇｒｏｗｔｈ）で水性灌液を管に通すステップと
を含む地表下灌漑の方法に関する。

灌水プロセスは、植物の生涯の段階を代表する２つの段階に分けることができる。例えばそれら段階の２つは、種子および植物の発芽段階および生長段階であることができる。一実施形態ではこの方法は、ステップ（ｉ）の前に管を発芽段階の種子の近傍に設置し、ＨＨより少なくとも１０％高い加圧力で種子の上記発芽段階の間、また種子が灌注すべき植物体に成熟する間、管中に水性灌液を通すステップを含む。
発芽は、この管または複数の管からの水の存在下で起こる場合もあり、また自然供給源、例えば雨由来の水の存在下で起こる場合もある。それは、両方の水の供給源の存在下で起こる場合もある。
更なる実施形態ではこの方法は、ステップ（ｉｉ）の前に最初の期間、ＨＨより少なくとも１０％高い頭圧で管中に水性灌液を通す追加のステップを含む。

管は、水性灌液が管構造に入り、かつ灌液の入口点と水やりすべき植物体の少なくなくとも１本との間の配管の最小長さが６１ｍであり、またその１本または複数本の管の少なくとも一部のＨＨが少なくとも１００ｃｍｗｃであるようにそれに与圧されるように構成することができる。管はまた、灌液の入口点と水やりすべき植物体の少なくなくとも１本との間の配管の最小長さが、水やりすべき植物体の少なくとも１本から少なくとも１００ｍ、２００ｍ、５００ｍ、またさらには６００ｍであり、かつその１本または複数本の管の少なくとも一部のＨＨが少なくとも１００ｃｍｗｃであるように構成することもできる。
この疎水性で多孔質のコーティングされていない管は、その管の外壁上に位置する繊維質材料の壁を備えることができ、その繊維質材料は不織ウェブであることができる。この不織ウェブはさらにまた、プレキシフィラメントウェブ、スパンボンドウェブ、メルトブローンウェブ、または上記ウェブの組合せを含むことができる。この不織ウェブはさらにまた、圧延加工することもできる。
一例ではこのコーティングされていない管は、コーティングされていないウェブから作られた５／８”（１．５８ｃｍ）ＩＤまたは０．５”〜７／８”（１．２７〜２．２２ｃｍ）あるいはそれを超える円筒状の管である。

用語「ＳＭＳ」は、スパンボンド、メルトブローン、およびスパンボンド繊維組成物の三層構造体を指す。
この製品を製造するための製造工程は当業者に知られているはずである。例えば幅約２．５”（６．３５ｃｍ）に細長く裂いたプレキシフィラメントウェブの単一層をマンドレルの周りおよびその上方の加熱されたエレメントで管の形にする。Ｔｙｖｅｋ（登録商標）の２つの縁部が相接する０．２５”（０．６３５ｃｍ）の重複部分を圧力下において約１４０〜１４５℃で数秒間加熱してラップヒートシール部を形成する。形成された管を引き抜き、リールに巻き付ける。このステップを繰り返し、１０，０００フィート（３，０４８ｍ）程度またはそれを超える長さであることができる管をリールに巻き付ける。

更なる実施形態ではこの方法は、
（ｉ）静落差（ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｈｅａｄ）（ＨＨ）を有する材料を含み、管のうちの１本または複数本に水性灌液を供給する１本または複数本の疎水性で多孔質のコーティングされていない管を準備するステップと、
（ｉｉ）種子の発芽の間、十分な量の水性灌液を加圧力Ｐｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎで管に通すステップと、
（ｉｉｉ）発芽した種子を生長段階に入れるステップと、
（ｉｖ）時間Ｔ１の間、灌注すべき植物体の上記生長段階の間、加圧力（Ｐｉｎｉｔｉａｌ）で水性灌液を管に通すステップと、
（ｖ）灌注すべき植物体の上記生長段階の間に管中の上記水性灌液の頭圧を、ＨＨ以下の加圧力（Ｐｇｒｏｗｔｈ）まで下げるステップと
を含む。

この実施形態における加圧力ＰｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎはＨＨより１０％以上高く、またＰｉｎｉｔｉａｌはＰｇｒｏｗｔｈ以上である。管は、灌液の入口点と、水やりすべき植物体の少なくとも１本との間の配管の最小長さが６１ｍであり、かつその１本または複数本の管の少なくとも一部のＨＨが少なくとも１００ｃｍｗｃであるように構成される。
時間Ｔ１は、１日〜１週間（７日間）の範囲であることができる。
本発明はさらに、植物の地表下灌漑のためのシステムに関する。
このシステムは、親水性材料でコーティングされていない１本または複数本の多孔質の管を含み、管は、１本または複数本の管のそれぞれが包囲壁と、それによって管の内部空間が流体接触の状態にあるような封じ込められた内部空間とを有する構造に配置される。これら包囲壁の１つまたは複数は、１００ｃｍｗｃ以上の水頭（ＨＨ）を有する部分を含む。

このシステムは、管の外側の連続空間であり、かつ植物の生長培地を含有する外部領域を包含する。水性灌液は、管の１本または複数本の内部空間中に位置し、加圧力（Ｐｇｒｏｗｔｈ）に保たれる。
さらにこのシステムは、生長段階にあり、かつ根が外部領域中に位置する複数本の植物体と、水性灌液が管の内部空間に入ることができる水性灌液の入口点とを含む。
これら管は、少なくとも１本の管の長さの少なくとも一部が灌注すべき植物体の複数本の根の近傍にあるように設置され、かつ水性灌液の入口点は、水性灌液の入口点と水やりすべき植物体の少なくとも１本との間の配管の最小長さが６１ｍであるように配置される。
この灌漑システムにおいて圧力Ｐｇｒｏｗｔｈは、ＨＨ以下であることができる。さらにまた水性灌液の入口点と植物体の間の配管のすべては、水性灌液の入口点から少なくとも６１ｍの所に設置され、かつ１００ｃｍｗｃ以上のＨＨを有することができる。

ウェブ試料に関する静水頭圧（水頭すなわちＨＨ）の測定をＡＡＴＣ ＴＭ １２７の方法によってＴｅｘｔｅｓｔ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＦＸ３０００ Ｈｙｄｒｏｔｅｓｔｅｒ上で行った。第一および第三番目の水滴浸透時に水頭を記録し、その第三番目の水滴浸透時の圧力としての水柱を単位センチメートル（ｃｍｗｃ）で記録する。

Ｇｕｒｌｅｙ Ｈｉｌｌ Ｐｏｒｏｓｉｔｙは、シート材料の気体に対するバリアの尺度である。具体的にはこれは、一定の圧力勾配が存在する材料の面積を気体の体積が通過するのにどれくらいの時間を要するかの尺度である。Ｇｕｒｌｅｙ−Ｈｉｌｌ Ｐｏｒｏｓｉｔｙは、Ｌｏｒｅｎｔｚｅｎ ＆ Ｗｅｔｔｒｅ Ｍｏｄｅｌ １２１Ｄ Ｄｅｎｓｏｍｅｔｅｒを使用してＴＡＰＰＩ Ｔ−４６０ ｏｍ−８８に従って測定される。この試験は、約１２．４５ｃｍの水の圧力下で１００立方センチメートルの空気に、直径２．５４ｃｍの試料を通過させる時間を測定する。結果は秒の単位で表され、通常はガーレー秒と呼ばれる。
フラジール通気性試験は多孔質材料の通気性の尺度であり、これはＡＳＴＭ Ｄ７３７に従って測定される。この測定ではクランプで適切に固定した布試料に１２４．５Ｎ／ｍ²（水柱０．５インチ）の圧力差を加え、結果として生ずる空気流量を測定し、検量オリフィスを有するＳｈｅｒｍａｎ Ｗ．Ｆｒａｚｉｅｒ Ｃｏ．製デュアルマノメーターを使用して単位ｆｔ³／ｆｔ²／分で記録する。

Ｔｙｖｅｋ（登録商標）のプレキシフィラメントウェブをＤｕＰｏｎｔ、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤＥから得て、米国特許第３，０８１，５１９号明細書（Ｂｌａｄｅｓ他）、同第３，１６９，８９９号明細書（Ｓｔｅｕｂｅｒ）、同第３，２２７，７８４号明細書（Ｂｌａｄｅｓ他）、同第３，８５１，０２３号明細書（Ｂｒｅｔｈａｕｅｒ他）の明細書に記載されている方法によって様々に調製した。
それら試料について下記の特性を測定した。表１中の試料Ａは、Ｍｉｄｗｅｓｔ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｃｏ．，（Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ，ＯＨ．）から得たＳＭＳ試料であった。他のすべての試料は、Ｔｙｖｅｋ（登録商標）のものであった。

表１

実施例１
ダイズを、１５０ｃｍｗｃの水頭を有するプレキシフィラメント不織布の配管（試料３）による灌漑で種子から生長させ、このウェブを通る１分ごとの水の流れを測定した。

試料の調製
プラスチック被覆材で裏打ちした木製の樋を生長室中に置いた。樋の寸法は、長さ９１．５インチ（２３２．４ｃｍ）×深さ２０インチ（５０．８ｃｍ）×幅１８インチ（４５．７ｃｍ）であった。樋を深さ９インチ（２２．９ｃｍ）まで土壌（Ｍａｔａｐｅａｋｅと砂の５０／５０ブレンド）で満たした。
試料３のウェブを配管にし、土壌の上に置いた。使用した配管の膨張直径は５／８インチであった。配管を４インチ（１１．６ｃｍ）の同じ土壌で覆った。
ダイズの種子（Ｂ７３型）を１インチ（２．５ｃｍ）の深さで２インチ（５．１ｃｍ）離して植え付けた。この配管を昇降台上に位置する貯水槽と連結して所望の頭圧を得た。槽を、データロギング用のコンピュータに接続した秤の上に置いた。生長室は、１日に付き１４時間のあいだ光（蛍光灯と白熱電球の両方）を当て、また１日に付き１０時間のあいだ暗くなるようにプログラムした。

灌水および発芽
配管に一晩５０ｃｍの与圧により水を満たした。
５日間のあいだ１．７ｍの頭圧を加えて発芽用の水を送った。発芽用にはこの量のうち２４Ｌが必要とされるはずであることが小規模な検討から予測された。合計２４Ｌが加えられたとき水を止めた。次いで水分が発芽にとって十分であったため水を６日間控えた。基本的にすべての種子が発芽した。

生長期間
加圧力を２時間のあいだ１．０ｍに増加し、次いで１．５ｍに増加した。この加圧力を生涯過程の残りの間、１．５ｍに保った。圧力を１．５ｍに設定した６日後、樋中の灌漑配管に供給する槽中の水を１００ｐｐｍ肥料溶液（Ｐｅｔｅｒｓ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ ２０／２０／２０）に替えた。水が輸送路を通って流れ、Ｔｙｖｅｋ（登録商標）を通って外へ流出し、樋に入るにつれて、槽中の水のレベルは降下した。槽を手動で補充し、１．４ｍの頭圧未満には降下させなかった。
槽中の水の重量を毎分記録し、流量を差額によって計算した。温度および相対湿度（ＲＨ）は、一般には明かりを点けた状態では３５℃および３０％ＲＨ、また明かりを消した状態では２５℃および５２％ＲＨであった。

結果は、槽からの水の流れが一般に明期と暗期の間で周期を成し、より多くの水が日中に槽から引き出されることを示した。下記の図１は、この実験の第６週の間に測定された１週間のそれらの周期を示す。ｙ軸はプレキシフィラメント配管を通る流れを示す。これらの値に４．０を乗ずる（この直径５／８インチの配管の場合）ことによって、これを単位ガロン／時／１００ｆｔの流量に換算することができる。例えば、このサイズの配管の場合、０．２ｃｍ／時の流れは、０．８ガロン／時／１００ｆｔの流量に等しい。
この実験の第７週の間にダイズ植物体の半分を地表で切り取った。それら植物体は、その他すべてのことを上記と同様に続けながら土壌または配管にできるだけ擾乱を与えずに除去された。植物体の生涯過程の末期になるほどその植物体が必要とする水の量は少ないので、少ない量の水が吸い込まれる。これは、例えば図２中の第９週の結果に示される。

この実験は、植物体が水を必要とするときにそれが配管から直接に来ることを示した。その水量はまた、この疎水性管材料の水頭および１．５ｍの頭圧に基づいて予想される水量よりも多い。水の流れがまさに始まる点としての水頭の定義に基づけば、流れはこの無視しうる量よりも大きく、それは植物体の生長によって調節されている。すべての設定がこの実験の大部分の間、不変のままであるにもかかわらず、その植物体はより少ない水を汲み上げることによってその生涯過程を終えた。

実施例２
同一のポトス（Ｐｏｔｈｏｓ）の苗から分けた２本の等しい各半分を、同一材料およびサイズの２個の鉢に鉢植え用土壌を使用して植えた。Ｐｏｔｈｏｓの第一部分を保有する鉢にその根から２．５ｃｍ以内に、ウェブ試料３で作られ、一方の端部を堅く縛った管を垂直に挿入した（本発明の実施例２）。管は長さ１２．２ｃｍであり、その２．６ｃｍは空気中に露出し、９．６ｃｍは土壌中に埋まり、またその直径は１．４ｃｍであった。
その端部を縛った試料３の同じ管から切り取った配管の別の片をまた、同じ種類の鉢植え用土壌を含有するが植物無しの鉢の中央に埋めた（２．５ｃｍが空気中に露出し、９．７ｃｍが土壌中に埋められた）（比較例Ａ：植物無し）。
ポトスの苗の第二の半分を、本発明の実施例２と全く同様だが配管せずに植え、それには水やりしなかった（比較例Ｂ：対照）。この鉢は、天板上で本発明の実施例１および比較例Ａの隣に置かれた。

管を、同一レベルまで水を満たした５００ｍＬメスシリンダーに可撓性配管でつないだ。このメスシリンダー中の水のレベルから管の底までの垂直距離が加えられた頭圧であり、１０６〜８２ｃｍｗｃ（水柱ｃｍ）の範囲にある。これは１５０ｃｍｗｃのウェブ実施例３の水頭よりもずっと低い。シリンダー中の水体積を１日に２回測定し、その時間を記録し、その体積および経過時間から管を通過した水の流量を計算した。シリンダー中の水を補充して本発明の実施例の場合と同一の頭圧および土壌制御を保ち、１０６〜８２ｃｍｗｃの範囲内に保った。
表２は、これら試料の結果を要約する。

表２

図３は、実施例２および比較例Ａの管から出る水の流量に対する鉢中の管の日数の関係を示す。最初の数日の後、実施例２の流量は比較例Ａと比べて増加し、植物が管から水を汲み上げたことを示す。結局、実施例２の流量は、比較例１の土壌の約２．５倍に増加した。８２〜１０６ｃｍｗｃの適用頭圧では１５０ｃｍｗｃの水頭を有する管からの流れは期待されず、あったとしても非常に少ない。比較例Ａの流量は、管の露出部分からの水分蒸散について計算される０．１ｍＬ／時超の透湿速度で一定のままである。実施例２の植物は比較例Ｂとは違って健康のように見えた。比較例Ｂは目に見えて弱っており、最終的には水なしで枯れた。

本発明の新規な可撓性の透水性または浸透性の配管の長さまたは部分を望み通りに繋ぎ合わせて任意の必要な長さを得ることができることは明らかであろう。例えば配管部分の端部を、ただ単に管状ニップルの端部にかぶせ、把持手段によってその上に固定することができる。このような手段は、金属またはプラスチック製の機械的クランプ、あるいはプラスチック製のとげのあるねじ込み式コネクタであってもよく、またただ単に熱収縮性プラスチック、例えば照射ポリオレフィンまたはポリ塩化ビニルのリング（加熱したときにその収縮を引き起こし、ニップル上に配管をしっかり把持する）であってもよい。

本発明の配管は、接合可撓性ストリップから構築することができる。本発明に従って配管が形成されるこの可撓性ストリップは、好ましくは熱溶接可能な熱可塑性樹脂である。様々な熱可塑性材料を使用することができ、その選択はコスト、柔軟度、望ましい耐久性、およびその配管が使用されることになる環境によって影響される。全体として好適な熱可塑性材料には、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、フッ化炭化水素、ポリエステル、ナイロン、ポリアクリラート、他の重合ビニルエステルおよびビニルコポリマー、およびシリコーンゴムがある。しかしながら下記で指摘するように非熱可塑性の可撓性ストリップも、必要に応じて使用することができる。必要に応じて、本発明の新規な配管の形成に使用されるストリップの一部または全部を、埋め込みワイヤまたはフィラメント、例えばガラス繊維で補強することができることをここで指摘することができる。

実施例３
様々なプレキシフィラメントウェブ様式およびＳＭＳに基づく管を、管部分の様々な長さおよび本数で砂質土の田畑に設置した。管は地表より１０インチ（２５．４ｃｍ）下に設置され、それらは砂質土の重量で潰れた。次いでそれらをそれらの水頭と同じか、それよりも高い頭圧で水につなぎ、それらの全長を満たすまでの時間を記録した。１５０ｃｍｗｃを超える水頭を有するこれらプレキシフィラメントウェブ様式は２４時間未満で管の末端まで満たされた。一方、ＨＨ≦１００ｃｍｗｃを有するＳＭＳおよびプレキシフィラメントウェブは６１ｍを超えて満たすことができなかった。表３にそれらの結果を要約する。

表３

Claims (15)

1. 植物体または種子の地表下灌漑の方法であって、
   （ｉ）管のうちの１本または複数本に水性灌液を供給する親水性材料でコーティングされていない前記１本または複数本の多孔質の管を準備するステップであって、前記管が水頭（ＨＨ）を有する材料を含む、ステップと、
   （ｉｉ）前記管を、前記管の長さの少なくとも一部が、灌注すべき複数本の生長段階にある植物体の近傍にあるように設置するステップと、
   （ｉｉｉ）前記水性灌液を灌注すべき前記植物体の生長段階の間、前記管中にＨＨ以下の加圧力（Ｐｇｒｏｗｔｈ）で通すステップと
   を含み、
   前記管が、互いに流体接触しておりかつ前記水性灌液がその管構造に入るような構造に、また前記灌液の入口点と水やりすべき前記植物体の少なくとも１本との間の配管の最小長さが６１ｍであり、前記１本または複数本の管の少なくとも一部の前記ＨＨが少なくとも１００ｃｍｗｃであるように前記管構造に与圧されるような構造に構成される、
   方法。
2. 前記管の前記長さの少なくとも一部が、前記植物体の少なくとも１本の根圏内に位置する、請求項１に記載の方法。
3. 前記管が、ステップ（ｉ）の前に発芽段階にある種子の近傍に設置され、かつ水性灌液が、ＨＨより少なくとも１０％高い頭圧で、前記種子の前記発芽段階の間、また前記種子が前記灌注すべき植物体に成熟する間、管に通される、請求項１に記載の方法。
4. ステップ（ｉｉ）の前に、最初の期間、Ｐｇｒｏｗｔｈより少なくとも１０％高い頭圧で前記水性灌液を前記管に通す追加のステップを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記疎水性で多孔質のコーティングされていない管が、前記管の外壁に位置する繊維質材料の壁を含み、かつ前記繊維性材料が不織ウェブである、請求項１に記載の方法。
6. 前記不織ウェブが、プレキシフィラメントウェブ、スパンボンドウェブ、メルトブローンウェブ、または前述のウェブの組合せを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記１本または複数本の管が、水頭の点で異なる部分を含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記１本または複数本の管の前記水頭が１５０ｃｍｗｃ以上である、請求項１に記載の方法。
9. 前記頭圧が１．５ｍ以下である、請求項１に記載の方法。
10. 植物体または種子の地表下灌漑の方法であって、
    （ｉ）管のうちの１本または複数本に水性灌液を供給する前記１本または複数本の多孔質のコーティングされていない管を準備するステップであって、前記管が互いに流体接触しておりかつ静水頭圧（ＨＨ）を有する材料を含む、ステップと、
    （ｉｉ）前記種子の発芽の間、十分な量の水性灌液を加圧力Ｐｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎで管に通すステップと、
    （ｉｉｉ）前記発芽した種子を生長段階に入れるステップと、
    （ｉｖ）時間Ｔ１のあいだ加圧力（Ｐｉｎｉｔｉａｌ）で灌注すべき前記植物体の前記生長段階の間、水性灌液を前記管中に通すステップと、
    （ｖ）灌注すべき前記植物体の前記生長段階の間に前記管中の前記水性灌液の前記頭圧を、ＨＨ以下の加圧力（Ｐｇｒｏｗｔｈ）まで下げるステップと
    を含み、
    加圧力ＰｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎはＨＨより１０％以上高く、かつＰｉｎｉｔｉａｌはＰｇｒｏｗｔｈ以上であり、また前記管は、前記水性灌液が前記管構造に入るように、かつ前記灌液の入口点と水やりすべき前記植物体の少なくなくとも１本との間の配管の最小長さが６１ｍであるように前記管構造に与圧されるように構成され、また前記１本または複数本の管の少なくとも一部の前記ＨＨは少なくとも１００ｃｍｗｃである、
    方法。
11. Ｔ１が１日〜７日である、請求項１０に記載の方法。
12. 植物体の地表下灌漑に使用されるシステムであって、
    （ｉ）１本または複数本の多孔質の管であって、親水性材料でコーティングされておらず、かつ前記１本または複数本の管のそれぞれが包囲壁と、それによって前記管の内部空間が流体接触の状態にあるような封じ込められた内部空間とを有する構造に、かつ前記包囲壁のうちの１つまたは複数が１００ｃｍｗｃ以上の水頭（ＨＨ）を有する部分を含む構造に配置されている管と、
    （ｉｉ）前記管の外側の連続空間であり、かつ植物体の生長培地を含有する外部領域と、
    （ｉｉｉ）前記管のうちの前記１本または複数本の前記内部空間中に位置し、加圧力（Ｐｇｒｏｗｔｈ）に保たれた水性灌液と、
    （ｉｖ）生長段階にあり、かつその根が前記外部領域中に位置する複数本の植物体と、
    （ｖ）水性灌液が前記管の前記内部空間に入ることができる水性灌液の入口点と
    を含み、
    前記管は、少なくとも１本の管の長さの少なくとも一部が灌注すべき植物体の複数本の根の近傍にあるように設置され、かつ前記水性灌液の入口点は、前記水性灌液の入口点と給水すべき前記植物体の少なくとも１本との間の配管の最小長さが６１ｍであるように設置される、システム。
13. 前記圧力ＰｇｒｏｗｔｈがＨＨ以下である、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記水性灌液の入口点と、前記水性灌液の入口点から少なくとも６１ｍの所に位置する前記植物体との間の前記配管の全てが、１００ｃｍｗｃ以上のＨＨを有する、請求項１２に記載のシステム。
15. 前記生長培地が土壌である、請求項１２に記載のシステム。