JP6435279B2 - 土壌中の肥料及び他の農業用化学物質の効率的な吸収のための人工環境 - Google Patents

土壌中の肥料及び他の農業用化学物質の効率的な吸収のための人工環境 Download PDF

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Description

本出願は、参照によって全ての記載内容を本明細書に援用する、２０１３年３月１５日に出願された米国仮特許出願第６１／７９３，６９７号に基づく優先権を主張する。
本出願の全体に、括弧内に参照されたものを含む多くの刊行物が参照されている。括弧内に参照された出版物の完全な参照は特許請求の範囲のすぐ前項の本明細書の最後に一覧で記載されている。本発明に関連する最高水準をより完全に記載するために、参照された全ての出版物の記載は全て、本出願における参照によって本明細書に含まれる。
発明の背景
現状の実践と技術は、過剰施用（５０％以下の）による植物の低い農業用化学物質利用効率を引き起こしている（Ｓｈａｖｉｖ ａｎｄ Ｍｉｋｋｅｌｓｅｎ １９９３）。農業用化学物質の過剰施用は、環境に不利な影響をもたらし、農業従事者にとってコストがかかる（Ｓｈａｖｉｖ ａｎｄ Ｍｉｋｋｅｌｓｅｎ １９９３）。加えて、多くの土壌及び気候が農作物の成長に適していない（Ｈａｂａｒｕｒｅｍａ ａｎｄ Ｓｔｅｉｎｅｒ，１９９７；Ｎｉｃｈｏｌｓｏｎ ａｎｄ Ｆａｒｒａｒ，１９９４）。
植物の成長を改善するための肥料及び他の農業用化学物質の効率的な施用のために、新しい実践と技術が求められる。
発明の概要
本発明は、植物の根への農業用化学物質の送達のためのユニットであって、
ｉ）１つ以上の根発達領域、及び
ｉｉ）少なくとも１種の農業用化学物質を含有する１つ以上の農業用化学物質領域を含み、
前記農業用化学物質領域は、前記根発達領域が膨張したときに、前記少なくとも１種の農業用化学物質を、制御された放出方式で前記根発達領域に放出するように処方されており、
乾燥した前記ユニットにおける前記根発達領域対前記農業用化学物質領域の重量比は、０．０５：１から０．３２：１までであるユニットを提供する。
本発明は、植物の根への農業用化学物質の送達のためのユニットであって、
ｉ）１つ以上の根発達領域、及び
ｉｉ）少なくとも１種の農業用化学物質を含有する１つ以上の農業用化学物質領域を含み、
前記農業用化学物質領域は、前記根発達領域が膨張したときに、前記少なくとも１種の農業用化学物質を、制御された放出方式で前記根発達領域に放出するように処方されており、
前記ユニットが完全に膨張したときの、前記ユニットにおける前記根発達領域の総体積が少なくとも０．２ｍＬであるユニットを提供する。
本発明は、植物を生育する方法であって、前記植物が生育する栽培床に少なくとも１つの本発明のユニットを添加することを含む方法を提供する。
本発明は、農業用化学物質によって引き起こされる環境への損害を減少させる方法であって、植物の栽培床に少なくとも１つの本発明のユニットを添加することにより、植物の根に農業用化学物質を送達することを含む方法を提供する。
本発明は、農業用化学物質への曝露を最小限にする方法であって、植物の栽培床に少なくとも１つの本発明のユニットを添加することにより、植物の根に農業用化学物質を送達することを含む方法を提供する。
本発明は、植物の根域内にあらかじめ設定された化学特性を持つ人工領域を作り出す方法であって：
ｉ）植物の根域に１つ以上の本発明のユニットを添加すること；又は
ｉｉ）植物が生育していくと予想される、栽培床の予想根域に、１つ以上の本発明のユニットを添加すること
を含む方法を提供する。
本発明は、植物の成長率を高める方法であって、（ｉ）植物が生育している又は生育する予定の栽培床に１つ以上の本発明のユニットを添加すること、及び（ｉｉ）植物を生育することを含み、植物は、前記ユニットを含む栽培床では、前記ユニットを含まない栽培床におけるよりも早く成長する方法を提供する。
本発明は、植物のサイズを増大させる方法であって、（ｉ）植物が生育している又は生育する予定の栽培床に１つ以上の本発明のユニットを添加すること、及び（ｉｉ）植物を生育することを含み、植物は前記ユニットを含む栽培床では、前記ユニットを含まない栽培床でよりも大きく成長する方法を提供する。
本発明は、植物による、Ｎ、Ｐ、Ｋ、及び／又は微量栄養素（例えば、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｕ）の吸収を増大させる方法であって、（ｉ）植物が生育している又は生育する予定の栽培床に１つ以上の本発明のユニットを添加すること、及び（ｉｉ）植物を生育することを含み、植物のＮ、Ｐ、及び／又はＫの吸収は前記ユニットを含む栽培床において、前記ユニットを含まない栽培床におけるよりも増大する方法を提供する。
本発明は、植物を低い周囲温度から保護する方法であって、（ｉ）植物が生育している又は生育する予定の栽培床に１つ以上の本発明のユニットを添加すること、及び（ｉｉ）植物を生育することを含み、前記ユニットを含む栽培床で生育した植物は、前記ユニットを含まない栽培床で生育した植物よりも、低い周囲温度下で、より高い生存率を有する方法を提供する。
半合成水和ＳＡＰの、水中での吸水及び再吸水のサイクルに伴う膨潤挙動。 水和ＳＡＰの、砂質土中での吸水及び再吸水のサイクルに伴う膨潤挙動。 水和ＳＡＰの、砂質土の緩い土中での吸水及び再吸水のサイクルに伴う膨潤挙動。 酸素飽和水に対する貯水領域内の溶存酸素の水準。 多糖ビーズにシリカを被覆するプロセス。 ベントナイト充填剤によって形成された蜂の巣様構造。 ハイブリッド型カプセル化方法の略図。 シリカ被覆無しの場合（左側のバー）、及びありの場合（右側のバー）の内側領域からの栄養素の放出。 ベントナイト充填剤を組み込んだ内側領域からのＰＯ４の経時的な放出。 （Ａ）ＣＭＣ−Ｌａｂにおけるエンドウの根の成長。（Ｂ）アルギン酸塩−Ｌａｂにおけるトウモロコシの根の成長。（Ｃ）ｋ−カラギーナンＬａｂにおけるエンドウの根の成長。（Ｄ）ＣＭＣ−Ｌａｂ上におけるエンドウの根の成長。 （Ｅ）完全人工−Ｌａｂにおけるトウモロコシの根の成長。（Ｆ）完全人工−Ｌａｂにおけるトウモロコシの根の成長。（Ｇ）アルギン酸塩−Ｌａｂにおけるトウモロコシの根の成長。 段階１：外側領域（ハイドロゲル）及び内側領域（被覆された鉱物）から作られた乾燥「ビーズ」を、上部の土壌断面に結合させ、入れ込む。段階２：給水に続き、ビーズが膨張し（例えば、直径５ｃｍまで）、農業用化学物質が前記外側領域及び土壌中に拡散する。段階３：根が成長し、前記外側領域内／近辺に維持され、吸収が数週間（６〜８）続く。 ビーズの含有量と寸法の限定されない例。 溶存酸素システム。 例３の圃場試験区実験の構成。 例３の試験区における土壌温度。上の線が最大土壌温度を示し、下の線が最低土壌温度を示す。 例３におけるハイドロゲルの継時的な相対重量と、施水。 例３のハイドロゲルユニットの最終的な表面積。 例３のハイドロゲルユニットの経時的な表面積。 例３のハイドロゲルユニットの最終的な、体積に対する表面積の割合。 例３のハイドロゲルユニットの最終的な最小距離値。 例３のハイドロゲルユニットの最小距離体時間。 例３のハイドロゲルユニットの最終的な剛さの値。 例３のハイドロゲルユニットの剛さ対時間。 実験終了時におけるＡ〜Ｃの試験区の例３のハイドロゲルの写真。図２４Ａ：完全人工的；図２４Ｂ：半合成ＣＭＣ６％ＡＡｍ；図２４Ｃ：半合成ＣＭＣ６％ＡＡ；図２４Ｄ：半合成ＣＭＣ２５％ＡＡ；図２４Ｅ：半合成ＣＭＣ５０％ＡＡ；図２４Ｆ：アルギン酸多糖；図２４Ｇ：半合成のＣＭＣ６％ＡＡｍ−大；図２４Ｈ：半合成のＣＭＣ５０％ＡＡ−大。 実験終了時におけるＡ〜Ｃの試験区の例３のハイドロゲルの写真。図２４Ｉ：半合成のＣＭＣ６％ＡＡｍ−小。 実験終了時におけるＤの試験区の例３のハイドロゲルの写真。図２５Ａ〜Ｂの左パネルは、現場でのハイドロゲルを示している。図２５Ａ〜Ｂの右パネルは、根がハイドロゲルに入り込んだ試料を示している。図２５Ａ：完全合成；図２５Ｂ：半合成ＣＭＣ６％ＡＡｍ。 実験終了時におけるＤの試験区の例３のハイドロゲルの写真。図２５Ｃ〜Ｅの左パネルは、現場でのハイドロゲルを示している。図２５Ｃ〜Ｅの右パネルは、根がハイドロゲルに入り込んだ試料を示している。図２５Ｃ：半合成ＣＭＣ６％ＡＡ；図２５Ｄ：半合成ＣＭＣ２５％ＡＡ；図２５Ｅ：半合成ＣＭＣ５０％ＡＡ。 実験終了時におけるＤの試験区の例３のハイドロゲルの写真。図２５Ｆ〜Ｇの左パネルは、現場でのハイドロゲルを示している。図２５Ｆ〜Ｇの右パネルは、根がハイドロゲルに入り込んだ試料を示している。図２５Ｆ：半合成ＣＭＣ６％ＡＡｍ−大；図２５Ｇ：半合成ＣＭＣ５０％ＡＡｍ−大；図２５Ｈ：半合成ＣＭＣ２５％ＡＡ；図２５Ｉ：半合成のＣＭＣ６％ＡＡｍ−大。 例４で用いた２３個の回転計量ライシメーター。 例４の施用される前の乾燥した円柱形状の肥料ユニット（図２７Ａ）及び、施用後の、部分的に吸水した肥料ユニット（図２７Ｂ）。 例４の段階１の各処理における植物１個体に対するＮ、Ｐ、及びＫの施用量。ゆっくりとした放出：左側のバー；肥料ユニット（全量）：中央のバー；肥料ユニット（半量）：右側のバー。 例４の段階１における植物の植物重量（図２９Ａ）。 例４の段階１における植物の葉数（図２９Ｂ）、及びＳＰＡＤ値（図２９Ｃ）。 例４の段階１における植物の植物乾物（図３０Ａ）、ＮＰＫ絶対吸収量（図３０Ｂ）、ＮＰＫ吸収効率（図３０Ｃ）。肥料ユニット（全量）：左側のバー；肥料ユニット（半量）：中央のバー；ゆっくりとした放出：右側のバー。 例４の段階１の植物の収穫後の肥料ユニットにおける、Ｎ、Ｐ、及びＫの相対残量。肥料ユニット（全量）：左側のバー；肥料ユニット（半量）：右側のバー。 砂質土で生育した例４の段階２における植物の植物草高（図３２Ａ）、葉数（図３２Ｂ）、ＳＰＡＤ値（図３２Ｃ）、及び湿潤バイオマス（図３２Ｄ）。図３２Ｄ：左側のバーは空のユニット及び施肥（全量）のデータを示しており、右側のバーは肥料ユニット（全量）のデータを示している。 生育培地で生育した例４の段階３における植物の植物草高（図３３Ａ）、葉数（図３３Ｂ）、ＳＰＡＤ値（図３３Ｃ）、及び湿潤バイオマス（図３３Ｄ）。図３３Ｄ：左側のバーはＳＲにおけるデータを示しており、中央のバーは肥料ユニットにおけるデータを示しており、右側のバーは施肥におけるデータを示している。 粘土質栽培床で生育した例４の段階３における植物の植物草高（図３４Ａ）、葉数（図３４Ｂ）、ＳＰＡＤ値（図３４Ｃ）、及び湿潤バイオマス（図３４Ｄ）。図３４Ｄ：左側のバーは肥料ユニットにおけるデータを示しており、右側のバーはＳＲにおけるデータを示している。 例４の終了時における肥料ユニット及び植物の写真。図３５Ａ：吸水した肥料ユニット；図３５Ｂ：吸水した肥料ユニット内への根の進入；図３５Ｃ：吸水した肥料ユニット内での根の分布；図３５Ｄ：吸水した肥料ユニット内での根の分布。 例４の終了時における肥料ユニット及び植物の写真。図３５Ｅ：肥料ユニット（全量）の段階１；図３５Ｆ：肥料ユニット（半量）の段階１；図３５Ｇ：ＳＲ（全量）の段階１；図３５Ｈ：肥料ユニット全量（右）、肥料ユニット半量（左）、ＳＲ（中央）。 例４の終了時における肥料ユニット及び植物の写真。図３５Ｉ：肥料ユニット（全量）の段階２；図３５Ｊ：肥料ユニット（全量）の段階２；図３５Ｋ：空のユニット及び施肥の段階２；図３５Ｌ：空のユニット及び施肥の段階２。 例４の終了時における肥料ユニット及び植物の写真。図３５Ｍ：生育培地及び肥料ユニットの段階３；図３５Ｎ：生育培地及びＳＲの段階３；図３５Ｏ：生育培地及び施肥の段階３。 例４の終了時における肥料ユニット及び植物の写真。図３５Ｐ：粘土及び肥料ユニットの段階３；図３５Ｑ：粘土及びＳＲの段階３。 例５の試験区設定。 例５の植物の成長期を通して測定されたパラメータ。図３７Ａ：ヒマワリの草高；図３７Ｂ：ヒマワリの葉数；図３７Ｃ：ヒマワリのクロロフィル容量蛍光センサー−ＳＰＡＤ値；図３７Ｄ：キャベツの葉の直径；図３７Ｅ：キャベツの葉の数。 例５のヒマワリ及びキャベツの葉のマクロ栄養素（Ｎ、Ｐ、及びＫ）の含量。左側のバーは肥料ユニットのデータを示しており、中央のバーはＳＲのデータを示しており、右側のバーは施肥のデータを示している。 図３９Ａ：例５のキャベツ植物のキャベツ結球の直径と重量との比；図３９Ｂ：例５の成長期に亘って算出したキャベツ結球の重量。 例５のキャベツ植物のキャベツの乾物重量及びＮ−吸収率。図４０Ａ：３つの小試験区における最終的なキャベツの植物１個体あたりの乾物重量；図４０Ｂ：３つの小試験区におけるキャベツの植物１個体あたりの窒素吸収量。左側のバーは肥料ユニットのデータを示しており、中央のバーはＳＲのデータを示しており、右側のバーは施肥のデータを示している。 例５の３小試験区における１メートル当たりのヒマワリの子実収量及び窒素吸収量。左側のバーは肥料ユニットのデータを示しており、中央のバーはＳＲのデータを示しており、右側のバーは施肥のデータを示している。 例５の各試験区及び農作物における肥料ユニット中のＮＰＫ残分；図４２Ａ：キャベツ；図４２Ｂ：ヒマワリ。左側のバーは試験区１のデータを示しており、中央のバーは試験区２のデータを示しており、右側のバーは試験区３のデータを示している。 例５の各農作物の根域（＞３０ｃｍ）における最終的なＮの土壌含有量。左側のバーはヒマワリのデータを示しており、右側のバーはキャベツのデータを示している。 算出した、例５のキャベツ及びヒマワリ試験区の根域におけるＮの物質収支。図４４Ａ：キャベツ試験区の肥料ユニット、ＳＲ、及び施肥の最初のＮの物質収支；図４４Ｂ：キャベツ試験区の肥料ユニットの最終的なＮの物質収支；図４４Ｃ：キャベツ試験区のＳＲの最終的なＮの物質収支；図４４Ｄ：キャベツ試験区の施肥の最終的なＮの物質収支；図４４Ｅ：ヒマワリ試験区の肥料ユニット、ＳＲ、及び施肥の最初のＮの物質収支；図４４Ｆ：ヒマワリ試験区の肥料ユニットの最終的なＮの物質収支；図４４Ｇ：ヒマワリ試験区のＳＲの最終的なＮの物質収支；図４４Ｈ：ヒマワリ試験区の施肥の最終的なＮの物質収支。 例５の吸水した肥料ユニットを示す写真。図４５Ａ：吸水した肥料ユニット；図４５Ｂ：吸水した肥料ユニット周辺の根の分布；図４５Ｃ：吸水した肥料ユニット内への根の進入。 例６のプロセスに従って製造された肥料ユニット。 例６のプロセスに従って製造された乾燥した肥料ユニットと比較された、例６のプロセスに従って製造された完全に膨張した肥料ユニット。 肥料ユニット又は土壌肥料によって施肥された例８の農作物に由来するレタス及びセロリの商品化収量の比較。
発明の詳細な説明
本発明は、植物の根への農業用化学物質の送達のためのユニットであって、
ｉ）１つ以上の根発達領域、及び
ｉｉ）少なくとも１種の農業用化学物質を含有する１つ以上の農業用化学物質領域を含み、
前記農業用化学物質領域は、前記根発達領域が膨張したときに、前記少なくとも１種の農業用化学物質を、制御された放出方式で前記根発達領域に放出するように処方されており、
乾燥した前記ユニットにおける前記根発達領域対前記農業用化学物質領域の重量比は、０．０５：１から０．３２：１までであるユニットを提供する。
幾つかの実施形態において、前記ユニットが完全に膨張したとき、前記ユニットにおける前記根発達領域の総体積は、少なくとも０．２ｍＬである。
本発明は、植物の根に農業用化学物質を送達するためのユニットであって、
ｉ）１つ以上の根発達領域、及び
ｉｉ）少なくとも１種の農業用化学物質を含有する１つ以上の農業用化学物質領域を含み、
前記農業用化学物質領域は、前記根発達領域が膨張したときに、前記少なくとも１種の農業用化学物質を、制御された放出方式で前記根発達領域に放出するように処方されており、
前記ユニットが完全に膨張したとき、前記ユニットにおける根発達領域の総体積は、少なくとも０．２ｍＬであるユニットを提供する。
幾つかの実施形態において、乾燥したユニットの前記根発達領域対前記農業用化学物質領域の重量比は、０．０５：１から０．３２：１までである。
幾つかの実施形態において、乾燥したユニットの前記根発達領域対前記農業用化学物質領域の重量比は、０．０５：１、０．１：１、０．１５：１、０．２：１、０．２５：１、又は０．３：１である。
幾つかの実施形態において、乾燥したユニットの前記根発達領域対前記農業用化学物質領域の重量比は、０．０１：１から０．５：１まで、０．０１：１から０．０２：１まで、０．０１：１から０．０３：１まで、０．０１：１から０．０４：１まで、０．０１：１から０．０５：１まで、０．３：１から０．４：１まで、０．３：１から０．４：１まで、０．３：１から０．５：１までである。
幾つかの実施形態において、前記ユニットが１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、１％〜５０％、又は５％〜５０％膨張したとき、前記ユニットの前記根発達領域の総体積は、少なくとも０．２ｍＬ、０．５ｍＬ、少なくとも１ｍＬ、少なくとも２ｍＬ、少なくとも５ｍＬ、少なくとも１０ｍＬ、少なくとも２０ｍＬ、少なくとも３０ｍＬ、少なくとも４０ｍＬ、少なくとも５０ｍＬ、少なくとも６０ｍＬ、少なくとも７０ｍＬ、少なくとも８０ｍＬ、少なくとも９０ｍＬ、少なくとも１００ｍＬ、少なくとも１５０ｍＬ、少なくとも２００ｍＬ、少なくとも２５０ｍＬ、少なくとも３００ｍＬ、少なくとも３５０ｍＬ、少なくとも４００ｍＬ、少なくとも４５０ｍＬ、少なくとも５００ｍＬ、少なくとも５５０ｍＬ、少なくとも６００ｍＬ又は６００ｍＬより大きい。
幾つかの実施形態において、前記ユニットが１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、１％〜５０％、又は５％〜５０％膨張したとき、前記ユニットの前記根発達領域の総体積は、少なくとも２ｍＬである。
幾つかの実施形態において、前記ユニットが１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、１％〜５０％、又は５％〜５０％膨張したとき、前記ユニットの前記根発達領域の総体積は、２ｍＬより大きい、２ｍＬ〜３ｍＬ、３ｍＬ〜４ｍＬ、４ｍＬ〜５ｍＬ、２ｍＬ〜５ｍＬ、２ｍＬ〜１０ｍＬ、５ｍＬ〜１０ｍＬ、５ｍＬ〜２０ｍＬ、１０ｍＬ〜１５ｍＬ、１０ｍＬ〜２０ｍＬ、１５ｍＬ〜２０ｍＬ、１０ｍＬ〜４０ｍＬ、２０ｍＬ〜４０ｍＬ、２０ｍＬ〜８０ｍＬ、４０ｍＬ〜８０ｍＬ、５０ｍＬ〜１００ｍＬ、７５ｍＬ〜１５０ｍＬ、１００ｍＬ〜１５０ｍＬ、１５０ｍＬ〜３００ｍＬ、２００ｍＬ〜４００ｍＬ、３００ｍＬ〜６００ｍＬ、又は６００ｍＬ〜１０００ｍＬである。
幾つかの実施形態において、前記ユニットが完全に膨張したとき、前記ユニットの前記根発達領域の総体積は、少なくとも０．２ｍＬ、少なくとも０．５ｍＬ、少なくとも１ｍＬ、少なくとも２ｍＬ、少なくとも５ｍＬ、少なくとも１０ｍＬ、少なくとも２０ｍＬ、少なくとも３０ｍＬ、少なくとも４０ｍＬ、少なくとも５０ｍＬ、少なくとも６０ｍＬ、少なくとも７０ｍＬ、少なくとも８０ｍＬ、少なくとも９０ｍＬ、少なくとも１００ｍＬ、少なくとも１５０ｍＬ、少なくとも２００ｍＬ、少なくとも２５０ｍＬ、少なくとも３００ｍＬ、少なくとも３５０ｍＬ、少なくとも４００ｍＬ、少なくとも４５０ｍＬ、少なくとも５００ｍＬ、少なくとも５５０ｍＬ、少なくとも６００ｍＬ又は６００ｍＬより大きい。
幾つかの実施形態において、前記ユニットが完全に膨張したとき、前記ユニットの前記根発達領域の総体積は、少なくとも２ｍＬである。
幾つかの実施形態において、前記ユニットが完全に膨張したとき、前記ユニットの前記根発達領域の総体積は、２ｍＬより大きい、２ｍＬ〜３ｍＬ、３ｍＬ〜４ｍＬ、４ｍＬ〜５ｍＬ、２ｍＬ〜５ｍＬ、２ｍＬ〜１０ｍＬ、５ｍＬ〜１０ｍＬ、５ｍＬ〜２０ｍＬ、１０ｍＬ〜１５ｍＬ、１０ｍＬ〜２０ｍＬ、１５ｍＬ〜２０ｍＬ、１０ｍＬ〜４０ｍＬ、２０ｍＬ〜４０ｍＬ、２０ｍＬ〜８０ｍＬ、４０ｍＬ〜８０ｍＬ、５０ｍＬ〜１００ｍＬ、７５ｍＬ〜１５０ｍＬ、１００ｍＬ〜１５０ｍＬ、１５０ｍＬ〜３００ｍＬ、２００ｍＬ〜４００ｍＬ、３００ｍＬ〜６００ｍＬ、又は６００ｍＬ〜１０００ｍＬである。
幾つかの実施形態において、前記ユニットが１％〜１００％膨張したとき、前記根発達領域の総体積は、０．５ｍｍの直径を有する根の少なくとも１０ｍｍを含むに足る大きさである。
幾つかの実施形態において、前記ユニットが１％〜１００％膨張したとき、前記根発達領域の総体積は、０．５ｍｍ〜５ｍｍの直径を有する根の１０ｍｍ〜５０ｍｍを含むに足る大きさである。
幾つかの実施形態において、前記ユニットが１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、１％〜５０％、又は５％〜５０％膨張したとき、前記根発達領域の総体積は、０．５ｍｍの直径を有する根の少なくとも１０ｍｍを含むに足る大きさである。
幾つかの実施形態において、前記ユニットが１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、１％〜５０％、又は５％〜５０％膨張したとき、前記根発達領域の総体積は、０．５ｍｍ〜５ｍｍの直径を有する根の１０ｍｍ〜５０ｍｍを含むに足る大きさである。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、０．１ｇから２０ｇまでの乾燥重量を有する。
幾つかの実施形態において、前記乾燥したユニットの重量は、１ｇ〜１０ｇである。幾つかの実施形態において、前記乾燥したユニットの重量は、１、２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０ｇである。
幾つかの実施形態において、前記ユニットの前記農業用化学物質領域の総重量は、０．０５グラムから５グラムまでである。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、円柱形状である。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、多面体形状である。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、立方体形状である。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、円盤形状である。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、球体形状である。
幾つかの実施形態において、前記農業用化学物質領域及び前記根発達領域は隣り合っている。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、１つの農業用化学物質領域の隣にある、１つの根発達領域からなる。
幾つかの実施形態において、前記農業用化学物質領域は、前記ユニットの表面が前記根発達領域及び前記農業用化学物質領域の両方によって形成されるように、前記根発達領域内に部分的に含まれる。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、前記ユニットの表面が前記根発達領域及び前記農業用化学物質領域の両方によって形成されるように、前記農業用化学物質領域内に部分的に含まれる。
幾つかの実施形態において、農業用化学物質領域は、二つの根発達領域に挟まれている。
幾つかの実施形態において、前記農業用化学物質領域は、農業用化学物質領域を取り巻く境界面を形作るが農業用化学物質領域の表面の全ては覆わない根発達領域に囲まれるか、又はその逆である。幾つかの実施形態において、前記境界面は、環形状である。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、内側領域を囲む外側領域を含むビーズであり、ここで、前記根発達領域は外側領域を形成し、前記農業用化学物質領域は内側領域を形成している。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、１つの農業用化学物質領域及び１つの根発達領域を含む。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、高吸収性ポリマー（ＳＡＰ）を含む。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、その重量の少なくとも約１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、２００、３００、４００、５００、又は１０００倍の水を吸収することができる。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、それらの重量の少なくとも約２０〜３０倍の水を吸収することができる。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、酸素透過性である。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、前記根発達領域が膨張したとき、少なくとも約６ｍｇ／Ｌの溶存酸素が前記根発達領域に維持されるように、酸素透過性である。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、完全に膨張したとき、膨張したアルギン酸塩又は膨張した半合成ＣＭＣと同様、少なくとも約７０、７５、８０、８５、９０、９５、又は１００％、酸素透過性である。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、エーロゲル、ハイドロゲル、又は有機ゲルを含む。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、ハイドロゲルを含む。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、エーロゲルを含む。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、ジオテキスタイルを含む。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、スポンジを含む。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、さらに、ポリマー、多孔性無機材料、多孔性有機材料、又はそれらのいずれかの組み合わせを含む。
幾つかの実施形態において、前記農業用化学物質領域は、さらに、エーロゲル、ハイドロゲル、有機ゲル、ポリマー、多孔性無機材料、多孔性有機材料、又はそれらのいずれかの組み合わせを含む。
幾つかの実施形態において、植物の根は、前記根発達領域が約１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、１％〜５０％、又は５％〜５０％膨張したとき、前記根発達領域に入り込むことができる。
幾つかの実施形態において、植物の根は、前記根発達領域が膨張したとき、前記根発達領域内で生育することができる。
幾つかの実施形態において、植物の根は、前記根発達領域が約１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、１％〜５０％、又は５％〜５０％膨張したとき、前記根発達領域内で生育することができる。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域が膨張したとき、微生物は、前記根発達領域に入り込み、その中で生育することができる。
幾つかの実施形態において、前記植物は、農作物である。
幾つかの実施形態において、前記農作物は、コムギ植物体、トウモロコシ植物体、ダイズ植物体、イネ植物体、オオムギ植物体、ワタ植物体、エンドウ植物体、ジャガイモ植物体、樹木作物体、又は野菜植物体である。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、各サイクルが脱水が後続する吸水を含む反復膨張サイクルを可能とする。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、それぞれが土壌中での脱水が後続する吸水を含む、土壌中における反復膨張サイクルを可能とする。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、球体又は均等の多面体形状である。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、反復膨張サイクル後に、球体又は均等の多面体形状にある。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、膨張したときに、土壌中で、少なくとも約２５、５０、１００、又は１５０時間にわたって、その含水量の少なくとも約７５％、８０％、８５％、９０％、又は９５％を維持する。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、膨張したときに、砂質土中で、少なくとも約２５、５０、１００、又は１５０時間にわたって、その含水量の少なくとも約７５％、８０％、８５％、９０％、又は９５％を維持する。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、膨張したときに、土壌中で、少なくとも約２５、５０、１００、又は１５０時間にわたって、その体積の少なくとも約７５％、８０％、８５％、９０％、又は９５％を維持する。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、膨張したときに、砂質土中で、少なくとも約２５、５０、１００、又は１５０時間にわたって、その体積の少なくとも約７５％、８０％、８５％、９０％、又は９５％を維持する。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、膨張したときに、土壌中で、少なくとも約２５、５０、１００、又は１５０時間にわたって、その形状を維持する。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、膨張したときに、砂質土中で、少なくとも約２５、５０、１００、又は１５０時間にわたって、その形状を維持する。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、膨張したときに、各サイクルが脱水が後続する吸水を含む反復膨張サイクル後に、その形状を維持する。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、膨張したときに、各サイクルが脱水が後続する吸水を含む少なくとも３回の膨張サイクル後に、その形状を維持する。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、生分解性である。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、土壌中で膨張したとき、周囲の土壌のｐＨ又は浸透圧と少なくとも約１０％異なるｐＨ又は浸透圧を有する。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、前記ユニットが初めて膨張する前には、前記少なくとも１種の農業用化学物質を含まない。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、前記ユニットが初めて膨張する前に、さらに、前記少なくとも１種の農業用化学物質を含有する。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域内の前記少なくとも１種の農業用化学物質の量は、前記農業用化学物質領域内にある前記少なくとも１種の農業用化学物質の量の約５％、１０％、１５％、又は２０％（ｗ／ｗ）である。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域が約１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、１％〜５０％、又は５％〜５０％膨張したとき、前記ユニットの最長幅の部分は、約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０ｃｍであるか、又は１０ｃｍを越える。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域が約５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、又は５％〜５０％膨張したとき、前記根発達領域の総重量は、前記農業用化学物質領域の総重量の少なくとも約２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００倍であるか、又は１００倍より大きい。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、合成ハイドロゲル、天然炭水化物ハイドロゲル、又はペクチン若しくはタンパク質ハイドロゲル、あるいはそれらのいずれかの組み合わせを含む。
幾つかの実施形態において、前記合成ハイドロゲルは、アクリルアミド、アクリル誘導体、又はそれらのいずれかの組み合わせを含む。
幾つかの実施形態において、前記天然炭水化物ハイドロゲルは、寒天、セルロース、キトサン、デンプン、ヒアルロン酸、デキストリン、天然ガム、硫酸化多糖、又はそれらのいずれかの組み合わせを含む。
幾つかの実施形態において、前記ペクチン又はタンパク質ハイドロゲルは、ゼラチン、ゼラチン誘導体、コラーゲン、コラーゲン誘導体、又はそれらのいずれかの組み合わせを含む。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、天然の高吸収性ポリマー（ＳＡＰ）、多糖ＳＡＰ、半合成ＳＡＰ、完全合成ＳＡＰ、又はそれらのいずれかの組み合わせを含む。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、少なくとも１種の天然ＳＡＰ及び少なくとも１種の半合成ＳＡＰ又は合成ＳＡＰの組み合わせを含む。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、多糖ＳＡＰを含む。
幾つかの実施形態において、前記多糖ＳＡＰは、アルギン酸塩である。
幾つかの実施形態において、前記アルギン酸塩は、少なくとも約０．２％のアルギン酸塩である。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、半合成ＳＡＰを含む。
幾つかの実施形態において、前記半合成ＳＡＰは、ＣＭＣ−ｇ−ポリアクリル酸ＳＡＰである。
幾つかの実施形態において、前記カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）グラフトポリアクリル酸ＳＡＰは、アクリルモノマー（アクリルアミド−アクリル）に対して６％のＣＭＣ、アクリル酸に対して６％のＣＭＣ、アクリル酸に対して２５％のＣＭＣ、又はＡＡに対して５０％のＣＭＣを含む。
幾つかの実施形態において、前記ＣＭＣグラフトＳＡＰは、アクリルモノマーに対して、５％〜５０％のＣＭＣを含む。幾つかの実施形態において、ＣＭＣグラフトＳＡＰは、アクリルモノマーに対して、６〜１２％のＣＭＣを含む。
幾つかの実施形態において、前記半合成ＳＡＰは、ｋ−カラギーナン架橋ポリアクリル酸ＳＡＰである。
幾つかの実施形態において、前記ＳＡＰは、アルギン酸塩又はｋ−カラギーナン架橋ポリアクリル酸ＳＡＰ以外のものである。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域は、完全合成ＳＡＰを含む。
幾つかの実施形態において、前記完全合成ＳＡＰは、アクリル酸又はアクリルアミド、あるいはそれらのいずれかの組み合わせである。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域における架橋剤の量は、総単量体含有重量に対して５％未満である。幾つかの実施形態において、前記根発達領域における架橋剤の量は、総単量体含有重量に対して２％未満である。幾つかの実施形態において、前記根発達領域における架橋剤の量は、総単量体含有重量に対して１％未満である。
幾つかの実施形態において、膨張したユニットの前記ポリマーの含量は、重量で５％未満である。幾つかの実施形態において、膨張したユニットの前記ポリマーの含量は、重量で４％未満、３％未満、２％未満、又は１％未満である。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域はさらに、少なくとも１種の酸素キャリアであって、前記根発達領域中の酸素の量を、当該酸素キャリアを含まない対応する根発達領域と比べて増大させる酸素キャリアを含む。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の酸素キャリアはペルフルオロカーボンである。
幾つかの実施形態において、前記農業用化学物質領域は、有機ポリマー、天然ポリマー、又は無機ポリマー、あるいはそれらのいずれかの組み合わせを含む。
幾つかの実施形態において、前記農業用化学物質領域は、塗装系で部分的に又は完全に被覆されている。
幾つかの実施形態において、前記塗装系は、前記根発達領域が膨張したとき、前記根発達領域に溶解する。
幾つかの実施形態において、前記塗装系は、前記根発達領域が膨張したとき、少なくとも１種の農業用化学物質が根発達領域に溶解する速度を遅くする。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、前記農業用化学物質領域の全表面を覆っており、そうでなければ前記ユニットの表面に存在し、かつ前記少なくとも１種の農業用化学物質に対し不透過性である塗装系を含む。
幾つかの実施形態において、前記塗装系は、ケイ酸塩又は二酸化ケイ素である。
幾つかの実施形態において、前記塗装系は、ポリマーである。
幾つかの実施形態において、前記塗装系は、農業用化学物質である。
幾つかの実施形態において、前記農業用化学物質領域は、ポリマーを含む。
幾つかの実施形態において、前記ポリマーは、高度架橋ポリマーである。
幾つかの実施形態において、前記高度架橋ポリマーは、多糖又はポリアクリルポリマーである。
幾つかの実施形態において、前記農業用化学物質領域は、充填剤を含む。
幾つかの実施形態において、前記充填剤は、セルロース系材料、セライト、ポリマー材料、二酸化ケイ素、フィロシリケート、粘土鉱物、金属酸化物粒子、多孔性粒子、又はそれらのいずれかの組み合わせを含む。
幾つかの実施形態において、前記充填剤は、蛇紋石族のフィロシリケートを含む。
幾つかの実施形態において、前記蛇紋石族のフィロシリケートは、アンチゴライト（Ｍｇ３Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４）、クリソタイル（Ｍｇ３Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４）、又はリザーダイト（Ｍｇ３Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４）である。
幾つかの実施形態において、前記充填剤は、ハロイサイト（Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４）、
カオリナイト（Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４）、イライト（Ｋ，Ｈ３Ｏ）（Ａｌ，Ｍｇ，Ｆｅ）２（Ｓｉ，Ａｌ）４Ｏ１０［（ＯＨ）２，（Ｈ２Ｏ）］）、モンモリロナイト（（Ｎａ，Ｃａ）０．３３（Ａｌ，Ｍｇ）２Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）２・ｎＨ２Ｏ）、バーミキュライト（（Ｍｇ，Ｆｅ，ａｌ）３（Ａｌ，Ｓｉ）４Ｏ１０（ＯＨ）２・４Ｈ２Ｏ）、タルク（Ｍｇ３Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）２）、パリゴルスカイト（（Ｍｇ，Ａｌ）２Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）・４（Ｈ２Ｏ）又はパイロフィライト（Ａｌ２Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）２）である粘土鉱物を含む。
幾つかの実施形態において、前記充填剤は、雲母族のフィロシリケートを含む。
幾つかの実施形態において、前記雲母族のフィロシリケートは、黒雲母（Ｋ（Ｍｇ，Ｆｅ）３（ＡｌＳｉ３）Ｏ１０（ＯＨ）２）、白雲母（ＫＡｌ２（ＡｌＳｉ３）Ｏ１０（ＯＨ）２）、金雲母（ＫＭｇ３（ＡｌＳｉ３）Ｏ１０（ＯＨ）２）、紅雲母（Ｋ（Ｌｉ，Ａｌ）２〜３（ＡｌＳｉ３）Ｏ１０（ＯＨ）２）、真珠雲母（ＣａＡｌ２（Ａｌ２Ｓｉ２）Ｏ１０（ＯＨ）２）、海緑石（（Ｋ，Ｎａ）（Ａｌ，Ｍｇ，Ｆｅ）２（Ｓｉ，Ａｌ）４Ｏ１０（ＯＨ）２）又はそれらのいずれかの組み合わせである。
幾つかの実施形態において、前記充填剤は、クロライト族のフィロシリケートを含む。
幾つかの実施形態において、前記のクロライト族のフィロシリケートは、クロライト（（Ｍｇ，Ｆｅ）３（Ｓｉ，Ａｌ）４Ｏ１０（ＯＨ）２・（Ｍｇ，Ｆｅ）３（ＯＨ）６）である。
幾つかの実施形態において、前記充填剤は、蜂の巣様の構造を形成している。
幾つかの実施形態において、前記蜂の巣様の構造は、顕微鏡的である。
幾つかの実施形態において、前記充填剤は、粘土を含む。
幾つかの実施形態において、前記充填剤は、ゼオライトを含む。
幾つかの実施形態において、前記農業用化学物質領域は、少なくとも約０．０５、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９又は１グラムの前記少なくとも１種の農業用化学物質を含む。
幾つかの実施形態において、前記農業用化学物質領域は、１グラム〜１０グラムの少なくとも１種の農業用化学物質を含む。
幾つかの実施形態において、前記農業用化学物質領域は、重量で約３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、又は６０％の前記少なくとも１種の農業用化学物質である。
幾つかの実施形態において、前記農業用化学物質領域は、生分解性である。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、１つの農業用化学物質領域を含む。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、２、３、４、５、６、７、８、９、１０個の、又は１０個を越える農業用化学物質領域を含む。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、２、３、４、５、６、７、８、９、１０個の、又は１０個を越える根発達領域を含む。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の農業用化学物質は：
ｉ）少なくとも１種の肥料化合物；
ｉｉ）少なくとも１種の殺有害生物剤化合物；
ｉｉｉ）少なくとも１種のホルモン化合物；
ｉｖ）少なくとも１種の薬物化合物；
ｖ）少なくとも１種の化学的成長剤；
ｖｉ）少なくとも１種の酵素；
ｖｉｉ）少なくとも１種の成長促進剤；及び／又は
ｖｉｉｉ）少なくとも１種の微量元素である。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の肥料化合物は、天然肥料である。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の肥料化合物は、合成肥料である。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の殺有害生物剤化合物は：
ｉ）少なくとも１種の殺虫剤化合物；
ｉｉ）少なくとも１種の殺線虫剤化合物；
ｉｉｉ）少なくとも１種の除草剤化合物；及び／又は
ｉｖ）少なくとも１種の防カビ剤化合物である。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の殺虫剤化合物は、イミダクロプリドである。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の除草剤化合物は、ペンディメタリンである。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の防カビ剤化合物は、アゾキシストロビンである。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の殺線虫剤化合物は、フルエンスルホンである。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の肥料化合物は、ＰＯ４、ＮＯ３、（ＮＨ４）２ＳＯ２、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４、及び／又はＫＣｌである。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の肥料化合物は、ＰＯ４、ＮＯ３、（ＮＨ４）２ＳＯ２、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４、及び／又はＫＣｌを含む多種肥料化合物を含む。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の農業用化学物質は、少なくとも１種の肥料化合物及び少なくとも１種の殺有害生物剤化合物である。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の農業用化学物質は、少なくとも１種の殺有害生物剤化合物である。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の農業用化学物質は、少なくとも１種の肥料化合物である。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の殺有害生物剤化合物は、農場への施用に不適切である少なくとも１種の殺有害生物剤化合物である。
幾つかの実施形態において、前記の、農場への施用に不適切である少なくとも１種の殺有害生物剤化合物は、農場へ施用するにはあまりに有毒である。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の殺有害生物剤化合物は、節足動物又は軟体動物を殺すのに足る量で農場に施用されたときに、節足動物又は軟体動物以外の動物に有毒である。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の農業用化学物質は、前記根発達領域が膨張したときに、少なくとも約一週間の期間に亘って、前記農業用化学物質領域から放出される。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の農業用化学物質は、前記根発達領域が膨張したときに、少なくとも約２、３、４、５、６、７、８、９、１０、又は２０週間の期間に亘って、前記農業用化学物質領域から前記根発達領域中へ放出される。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の農業用化学物質は、前記根発達領域が約１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、１％〜５０％又は５％〜５０％膨張したときに、少なくとも約２、３、４、５、６、７、８、９、１０、又は２０週間の期間に亘って、前記農業用化学物質領域から前記根発達領域中へ放出される。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域が膨張し、かつ前記ユニットが土壌中にあるとき、前記少なくとも１種の農業用化学物質は、給水後約２５日目から、線形速度で前記ユニットの表面から周囲の土壌中に拡散する。
幾つかの実施形態において、前記ユニットの前記根発達領域が膨張し、かつ前記ユニットが土壌中にあるとき、前記少なくとも１種の農業用化学物質は、給水後少なくとも約５０又は７５日間、前記ユニットの表面から周囲の土壌中に拡散する。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、膨張しない。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、重量で約３５％、３０％、２５％、２０％、１５％、又は１０％未満の水を含む。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、前記農業用化学物質領域と前記根発達領域の間に１つ以上の境界領域を含み、前記境界領域は、少なくとも１種の不溶性の塩又は固体物、少なくとも１種の架橋剤、あるいは少なくとも１種の無機化合物によって形成されている。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域と前記農業用化学物質領域との間の拡散は、前記農業用化学物質領域、前記根発達領域、又は前記境界領域のｐＨ又は陽イオン濃度を変えることによって制限される。
幾つかの実施形態において、前記根発達領域と前記農業用化学物質領域との間の拡散は、前記農業用化学物質領域、又は前記根発達領域のｐＨ及び／又は陽イオン濃度をを変えることによって制限される。
幾つかの実施形態において、前記農業用化学物質領域又は前記根発達領域におけるｐＨは、バッファーによって変更される。
幾つかの実施形態において、前記農業用化学物質領域、前記境界領域及び前記根発達領域におけるｐＨは、バッファーによって変更される。
本発明は、植物を生育させる方法であって、前記植物が生育する栽培床に少なくとも１つの本発明のユニットを添加することを含む方法を提供する。
幾つかの実施形態において、前記方法は、生育する特定の植物に基づいて前記ユニットのサイズを選択する工程を含む。例えば、大きな直径の根を有する植物を生育するときは、大きな膨張サイズを有するユニットを選択することが望ましいかもしれないし、小さな直径の根を有する植物を生育するときは、小さな膨張サイズを有するユニットを選択することが望ましいかもしれない。幾つかの実施形態において、大きな根系を有する植物を生育するとき、小さな根系を有する植物を生育する場合よりも、所定のサイズのユニットをより多く用いることが望ましいであろう。
幾つかの実施形態において、前記植物が生育する栽培床は、土壌を含む。
幾つかの実施形態において、前記植物が生育する栽培床は、土壌である。
幾つかの実施形態において、前記土壌は、砂、シルト、粘土、又はそれらのいずれかの組み合わせを含む。
幾つかの実施形態において、前記土壌は、粘土、ローム、粘土ローム、又はシルトロームである。
幾つかの実施形態において、前記土壌はアンディソルである。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１つのユニットは、土壌表面下の１つ以上の深さで前記土壌に添加される。幾つかの実施形態において、前記少なくとも１つのユニットは、５ｃｍ〜５０ｃｍの深さに加えられる。幾つかの実施形態において、前記少なくとも１つのユニットは、５ｃｍ、１０ｃｍ、１５ｃｍ、２０ｃｍ、２５ｃｍ、３０ｃｍ、３５ｃｍ、４０ｃｍ、４５ｃｍ又は５０ｃｍの深さに、あるいは前記の深さのいずれかを２、３、又は４つ組み合わせたところに加えられる。
本発明は、農業用化学物質によって引き起こされる環境への損害を減少させる方法であって、植物の栽培床に少なくとも１つの本発明のユニットを添加することによって植物の根に農業用化学物質を送達することを含む方法を提供する。
本発明は、農業用化学物質への曝露を最小限にする方法であって、植物の栽培床に少なくとも１つの本発明のユニットを添加することによって植物の根に農業用化学物質を送達することを含む方法を提供する。
幾つかの実施形態において、農業用化学物質への曝露を最小限にすることは、農業従事者の農業用化学物質への曝露を最小限にすることである。
幾つかの実施形態において、農業用化学物質への曝露を最小限にすることは、農業従事者以外の者の農業用化学物質への曝露を最小限にすることである。
本発明は、植物の根域内にあらかじめ設定した化学特性を有する人工的な領域を作り出す方法であって、
ｉ）植物の根域に本発明のユニットを１つ以上添加すること；又は
ｉｉ）植物が成長すると予想される栽培床の予想根域に本発明のユニットを１つ以上添加することを含む。
幾つかの実施形態において、工程ｉ）は、植物の根域に少なくとも二つの異なるユニットを添加することを含み；工程ｉｉ）は、植物が成長すると予想される栽培床の予想根域に少なくとも二つの異なるユニットを添加することを含み、前記少なくとも二つの異なるユニットの少なくとも１つは、本発明のユニットである。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも二つの異なるユニットのそれぞれは、他の少なくとも二つの異なるユニットの１つに含まれない少なくとも１種の農業用化学物質を含有する。
幾つかの実施形態において、前記植物は、圃場で生育する。
幾つかの実施形態において、前記植物は、農作物である。
幾つかの実施形態において、前記農作物は、穀物又は樹木作物体である。
幾つかの実施形態において、前記農作物は、果物又は野菜の植物体である。
幾つかの実施形態において、前記植物は、バナナ、オオムギ、豆類、キャッサバ、トウモロコシ、ワタ、ブドウ、オレンジ、エンドウ、ジャガイモ、コメ、ダイズ、テンサイ、トマト、又は小麦の植物体である。
幾つかの実施形態において、前記植物は、ヒマワリ、キャベツ植物体、レタス、又はセロリ植物体である。
本発明は、植物の収量を増加させる方法であって、（ｉ）前記植物が生育している又は生育する予定の栽培床に１つ以上の本発明のユニットを添加すること、及び（ｉｉ）植物を生育させることを含み、前記の植物の収量は、前記ユニットを含む栽培床で生育した場合において、前記ユニットを含まない栽培床における場合よりも高い方法を提供する。
本発明は、植物の成長率を高める方法であって、（ｉ）植物が生育している又は生育する予定の栽培床に１つ以上の本発明のユニットを添加すること、及び（ｉｉ）植物を生育させることを含み、植物は、前記ユニットを含む栽培床において、前記ユニットを含まない栽培床におけるよりも早く成長する方法を提供する。
本発明は、植物のサイズを増大させる方法であって、（ｉ）植物が生育している又は生育する予定の栽培床に１つ以上の本発明のユニットを添加すること、及び（ｉｉ）植物を生育させることを含み、植物は、前記ユニットを含む栽培床において、前記ユニットを含まない栽培床におけるよりも大きく成長する方法を提供する。
本発明は、植物による、Ｎ、Ｐ、及び／又はＫの吸収を増大させる方法であって、（ｉ）植物が生育している又は生育する予定の栽培床に１つ以上の本発明のユニットを添加すること、及び（ｉｉ）植物を生育させることを含み、植物のＮ、Ｐ、及び／又はＫの吸収は、前記ユニットを含む栽培床において、前記ユニットを含まない栽培床におけるよりも増大する方法を提供する。
本発明は、植物を低い周囲温度から保護する方法であって、（ｉ）植物が生育している又は生育する予定の栽培床に１つ以上の本発明のユニットを添加すること、及び（ｉｉ）植物を生育させることを含み、前記ユニットを含む栽培床で生育した植物は、前記ユニットを含まない栽培床において生育した植物よりも、低い周囲温度条件下で高い生存率を有する方法を提供する。
幾つかの実施形態において、低い周囲温度は、１５℃未満、１２℃未満、１０℃未満、８℃未満、６℃未満、４℃未満、２℃未満、又は０℃未満である。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、植物が生育している栽培床に加えられる。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、植物が生育する予定の栽培床に加えられる。
幾つかの実施形態において、栽培床に前記ユニットが加えられる前に、前記植物を生育させるための種が栽培床に加えられる。
幾つかの実施形態において、栽培床に前記ユニットが加えられるのと同時に、前記植物を生育させるための種が栽培床に加えられる。
幾つかの実施形態において、栽培床に前記ユニットが加えられた後に、前記植物を生育させるための種が栽培床に加えられる。
幾つかの実施形態において、栽培床は土壌である。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、１種の肥料化合物を含む。幾つかの実施形態において、前記ユニットは、２種の肥料化合物を含む。幾つかの実施形態において、前記ユニットは、３種の肥料化合物を含む。幾つかの実施形態において、前記ユニットは、４種以上の肥料化合物を含む。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、（ＮＨ４）２ＳＯ２、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４、及びＫＣｌとしてのＮ、Ｐ、及び／又はＫの、前記ユニットの一部としての栽培床における総含量が、それぞれ約５〜５０、１〜１０、及び５〜６０ｇ／ｍ２となるように、１種から３種までの肥料化合物を含む。
幾つかの実施形態において、前記ユニットは、（ＮＨ４）２ＳＯ２、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４、及びＫＣｌとしてのＮ、Ｐ、及びＫの、前記ユニットの一部としての栽培床における総含量が、それぞれ約２５、５、及び３０ｇ／ｍ２となるように、３種の肥料化合物を含む。
本発明は、本発明のユニットを製造する方法であって、少なくとも１つの農業用化学物質領域をＳＡＰ中に封入することを含む方法も提供する。
幾つかの実施形態において、封入は、少なくとも１つの農業用化学物質領域の周囲でＳＡＰを重合することを含む。
幾つかの実施形態において、封入は、第１の重合工程と第２の重合工程を含む。
幾つかの実施形態において、前記第１の重合工程は、少なくとも１つの農業用化学物質領域が設置され得る空洞を有するＳＡＰの三次元構造を形成することを含み、前記第２の重合工程は、追加のＳＡＰで前記空洞を埋めることを含む。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１つの農業用化学物質領域は、第２の重合工程の前に前記空洞の中に設置される。
本発明は、ビーズであって、
ｉ）自重量の少なくとも約５倍の水を吸収できる高吸収ポリマー（ＳＡＰ）を含む外側領域であって
ｉｉ）少なくとも１種の農業用化学物質を含有する核体を含む少なくとも１つの内側領域
を取り囲んでいる外側領域を含み、
前記外側領域は、吸水したときに酸素透過性であるか、又は前記内側領域は、前記外側領域のハイドロゲルが吸水したとき、少なくとも約１週間に亘って少なくとも１種の農業用化学物質を前記外側領域に放出するように処方されているビーズを提供する。
本発明は、ビーズであって、
ｉ）自重量の少なくとも約５倍の水を吸収できる高吸収ポリマー（ＳＡＰ）を含む外側領域であって
ｉｉ）少なくとも１種の農業用化学物質を含有する核体を含む少なくとも１つの内側領域
を取り囲んでいる外側領域を含み、
前記外側領域は、吸水したときに酸素透過性であり、かつ、前記内側領域は、前記外側領域のハイドロゲルが吸水したとき、少なくとも約１週間に亘って少なくとも１種の農業用化学物質を前記外側領域に放出するように処方されているビーズを提供する。
幾つかの実施形態において、前記ＳＡＰは、その重量の少なくとも約５０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、２００、３００、４００、５００、又は１０００倍の水を吸収することができる。
幾つかの実施形態において、前記ＳＡＰは、酸素透過性である。
幾つかの実施形態において、前記ＳＡＰは、それが吸水したとき、前記ＳＡＰ内に少なくとも約６ｍｇ／Ｌの溶存酸素を維持するように酸素透過性である。
幾つかの実施形態において、前記ＳＡＰは、完全に吸水したとき、吸水したアルギン酸塩又は吸水した半合成ＣＭＣと同様、少なくとも約７０、７５、８０、８５、９０、９５、又は１００％酸素透過性である。
幾つかの実施形態において、前記ＳＡＰは、エーロゲル、ハイドロゲル又は有機ゲルである。
幾つかの実施形態において、前記ＳＡＰは、ハイドロゲルである。
幾つかの実施形態において、前記外側領域は、さらに、ポリマー、多孔性無機材料、多孔性有機材料、又はそれらのいずれかの組み合わせを含む。
幾つかの実施形態において、前記内側領域は、さらに、エーロゲル、ハイドロゲル、有機ゲル、ポリマー、多孔性無機材料、多孔性有機材料、又はそれらのいずれかの組み合わせを含む。
幾つかの実施形態において、前記ハイドロゲルが約１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、１％〜５０％、又は５％〜５０％吸水したとき、農作物の根は、前記ハイドロゲルに入り込むことができる。
幾つかの実施形態において、前記ハイドロゲルが約１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、１％〜５０％、又は５％〜５０％吸水したとき、農作物の根は、前記ハイドロゲルに入り込むことができる。
幾つかの実施形態において、前記ハイドロゲルが吸水したとき、農作物の根は、前記ハイドロゲル内で成長することができる。
幾つかの実施形態において、前記ハイドロゲルが約１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、１％〜５０％、又は５％〜５０％吸水したとき、農作物の根は、前記ハイドロゲル内で成長することができる。
幾つかの実施形態において、前記ハイドロゲルが吸水したとき、農作物の根は、前記ハイドロゲル内で成長することができる。
幾つかの実施形態において、前記ハイドロゲルが約１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、１％〜５０％、又は５％〜５０％吸水したとき、農作物の根は、前記ハイドロゲル内で成長することができる。
幾つかの実施形態において、前記農作物は、ヒマワリの植物体である。幾つかの実施形態において、前記農作物は、キャベツの植物体である。幾つかの実施形態において、前記農作物は、コムギの植物体である。幾つかの実施形態において、前記農作物は、トウモロコシの植物体である。幾つかの実施形態において、前記農作物は、ダイズの植物体である。幾つかの実施形態において、前記農作物は、イネの植物体である。幾つかの実施形態において、前記農作物は、オオムギの植物体である。幾つかの実施形態において、前記農作物は、ワタの植物体である。幾つかの実施形態において、前記農作物は、エンドウの植物体である。幾つかの実施形態において、前記農作物は、ジャガイモの植物体である。幾つかの実施形態において、前記農作物は、樹木作物の植物体である。幾つかの実施形態において、前記農作物は、野菜類の植物体である。
幾つかの実施形態において、前記ハイドロゲルは、各サイクルが脱水が後続する吸水を含む反復膨張サイクルを可能とする。
幾つかの実施形態において、前記ハイドロゲルは、土壌中にある間、各サイクルが脱水が後続する吸水を含む、土壌中における反復膨張サイクルを可能とする。
幾つかの実施形態において、前記ビーズは、球体又は均等の多面体形状である。幾つかの実施形態において、前記多面体は、６面体である。幾つかの実施形態において、前記多面体は、立方体である。
幾つかの実施形態において、前記ビーズは、反復膨張サイクル後に、球体又は均等の多面体形状にある。
幾つかの実施形態において、前記ビーズは、円柱形状である。幾つかの実施形態において、前記ビーズは、反復膨張サイクル後に、円柱形状にある。
幾つかの実施形態において、前記ビーズは、円盤形状である。
幾つかの実施形態において、前記ハイドロゲルは、吸水したとき、土壌中で、少なくとも約２５、５０、１００、又は１５０時間にわたって、その含水量の少なくとも約７５％、８０％、８５％、９０％、又は９５％を維持する。
幾つかの実施形態において、前記ハイドロゲルは、吸水したとき、砂質土中で、少なくとも約２５、５０、１００、又は１５０時間にわたって、その含水量の少なくとも約７５％、８０％、８５％、９０％、又は９５％を維持する。
幾つかの実施形態において、前記ハイドロゲルは、吸水したとき、土壌中で、少なくとも約２５、５０、１００、又は１５０時間にわたって、その体積の少なくとも約７５％、８０％、８５％、９０％、又は９５％を維持する。
幾つかの実施形態において、前記ハイドロゲルは、吸水したとき、砂質土中で、少なくとも約２５、５０、１００、又は１５０時間にわたって、その体積の少なくとも約７５％、８０％、８５％、９０％、又は９５％を維持する。
幾つかの実施形態において、前記ハイドロゲルは、吸水したとき、土壌中で、少なくとも約２５、５０、１００、又は１５０時間にわたって、その形状を維持する。
幾つかの実施形態において、前記ハイドロゲルは、吸水したとき、砂質土中で、少なくとも約２５、５０、１００、又は１５０時間にわたって、その球形状を維持する。
幾つかの実施形態において、前記ハイドロゲルは、吸水したとき、各サイクルが脱水が後続する吸水を含む反復膨張サイクル後に、その形状を維持する。
幾つかの実施形態において、前記ハイドロゲルは、吸水したとき、各サイクルが脱水が後続する吸水を含む少なくとも３回の反復膨張サイクルの後、その形状を維持する。
幾つかの実施形態において、前記ＳＡＰは、生分解性である。
幾つかの実施形態において、前記ビーズの外側領域は、土壌中で吸水したとき、周囲の土壌のｐＨ又は浸透圧と少なくとも約１０％異なるｐＨ又は浸透圧を有する。
幾つかの実施形態において、前記外側領域は、前記ビーズが初めて吸水する前には、少なくとも１種の農業用化学物質を含まない。
幾つかの実施形態において、前記外側領域も、少なくとも１種の農業用化学物質を含有する。
幾つかの実施形態において、前記外側領域内の少なくとも１種の農業用化学物質の量は、前記内側領域内の少なくとも１種の農業用化学物質の量の約５％、１０％、１５％、又は２０％（ｗ／ｗ）である。
幾つかの実施形態において、前記外側領域のＳＡＰが約５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、又は５％〜５０％吸水したとき、前記ビーズは、約１、２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０ｃｍの最長直径を有する。
幾つかの実施形態において、前記外側領域のＳＡＰが約５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、又は５％〜５０％吸水したとき、前記外側領域の重量は、前記内側領域の重量より少なくとも約２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０倍大きい。
幾つかの実施形態において、前記ハイドロゲルは、合成ハイドロゲル、天然炭水化物ハイドロゲル、又はペクチン若しくはタンパク質ハイドロゲル、あるいはそれらのいずれかの組み合わせである。
幾つかの実施形態において、前記合成ハイドロゲルは、アクリルアミド、アクリル誘導体、又はそれらのいずれかの組み合わせを含む。
幾つかの実施形態において、前記天然炭水化物ハイドロゲルは、寒天、セルロース、キトサン、デンプン、ヒアルロン酸、デキストリン、天然ガム、硫酸化多糖、又はそれらのいずれかの組み合わせを含む。
幾つかの実施形態において、前記ペクチン又はタンパク質ハイドロゲルは、ゼラチン、ゼラチン誘導体、コラーゲン、コラーゲン誘導体、又はそれらのいずれかの組み合わせを含む。
幾つかの実施形態において、前記ハイドロゲルは、天然の高吸収性ポリマー（ＳＡＰ）、多糖ＳＡＰ、半合成ＳＡＰ、完全合成ＳＡＰ、又はそれらのいずれかの組み合わせを含む。
幾つかの実施形態において、前記ハイドロゲルは、少なくとも１種の天然ＳＡＰ及び少なくとも１種の半合成ＳＡＰ又は合成ＳＡＰの組み合わせを含む。
幾つかの実施形態において、前記ハイドロゲルは多糖ＳＡＰを含む。
幾つかの実施形態において、前記多糖ＳＡＰは、アルギン酸塩である。
幾つかの実施形態において、前記アルギン酸塩は、少なくとも約０．２％のアルギン酸塩である。
幾つかの実施形態において、前記ハイドロゲルは、半合成ＳＡＰを含む。
幾つかの実施形態において、前記半合成ＳＡＰは、ＣＭＣ−ｇ−ポリアクリル酸ＳＡＰである。
幾つかの実施形態において、前記カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）グラフトポリアクリル酸ＳＡＰは、アクリルモノマー（アクリルアミド−アクリル）に対して６％のＣＭＣ、アクリル酸に対して６％のＣＭＣ、アクリル酸に対して２５％のＣＭＣ、又はＡＡに対して５０％のＣＭＣを含む。
幾つかの実施形態において、前記ＳＡＰは、アルギン酸塩又はｋ−カラギーナン架橋ポリアクリル酸ＳＡＰ以外のものである。
幾つかの実施形態において、前記ＳＡＰは、ｋ−カラギーナン架橋ポリアクリル酸ＳＡＰである。
幾つかの実施形態において、前記ハイドロゲルは、完全合成ＳＡＰを含む。
幾つかの実施形態において、前記完全合成ＳＡＰは、アクリル酸、若しくはアクリルアミド、又はそれらのいずれかの組み合わせである。
幾つかの実施形態において、前記外側領域は、さらに、少なくとも１種の酸素キャリアであって、前記外側領域の酸素の量を、前記酸素キャリアを含まない対応する外側領域と比べて増加させるような、酸素キャリアを含む。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の酸素キャリアはペルフルオロカーボンである。
幾つかの実施形態において、前記内側領域は有機ポリマー、天然ポリマー、又は無機ポリマー、あるいはそれらのいずれかの組み合わせを含む。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１つの核体は、少なくとも１種の塗装化合物で被覆されている。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の塗装化合物は、前記ＳＡＰが吸水したとき、前記ＳＡＰに溶解する。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の塗装化合物は、前記ＳＡＰが吸水したとき、少なくとも１種の農業用化学物質がＳＡＰに溶解する速度を遅くする。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の塗装化合物は、ケイ酸塩又は二酸化ケイ素である。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の塗装化合物は少なくとも１種の農業用化学物質である。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１つの核体は、ポリマーを含む。
幾つかの実施形態において、前記ポリマーは高度架橋ポリマーである。
幾つかの実施形態において、前記高度架橋ポリマーは、多糖又はポリアクリルポリマーである。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１つの核体は、充填剤を含む。
幾つかの実施形態において、前記充填剤は、セルロース系材料、セルライト、ポリマー材料、二酸化ケイ素、フィロシリケート、粘土鉱物、金属酸化物粒子、多孔性粒子、又はそれらのいずれかの組み合わせを含む。
幾つかの実施形態において、前記充填剤は、蛇紋石族のフィロシリケートを含む。
幾つかの実施形態において、前記蛇紋石族のフィロシリケートは、アンチゴライト（Ｍｇ３Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４）、クリソタイル（Ｍｇ３Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４）、又はリザーダイト（Ｍｇ３Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４）である。
幾つかの実施形態において、前記充填剤は、ハロイサイト（Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４）、カオリナイト（Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４）、イライト（Ｋ，Ｈ３Ｏ）（Ａｌ，Ｍｇ，Ｆｅ）２（Ｓｉ，Ａｌ）４Ｏ１０［（ＯＨ）２，（Ｈ２Ｏ）］）、モンモリロナイト（（Ｎａ，Ｃａ）０．３３（Ａｌ，Ｍｇ）２Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）２・ｎＨ２Ｏ）、バーミキュライト（（Ｍｇ，Ｆｅ，Ａｌ）３（Ａｌ，Ｓｉ）４Ｏ１０（ＯＨ）２・４Ｈ２Ｏ）、タルク（Ｍｇ３Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）２）、パリゴルスカイト（（Ｍｇ，Ａｌ）２Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）・４（Ｈ２Ｏ）又はパイロフィライト（Ａｌ２Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）２）である粘土鉱物を含む。
幾つかの実施形態において、前記充填剤は、雲母族のフィロシリケートを含む。
幾つかの実施形態において、前記雲母族のフィロシリケートは、黒雲母（Ｋ（Ｍｇ，Ｆｅ）３（ＡｌＳｉ３）Ｏ１０（ＯＨ）２）、白雲母（ＫＡｌ２（ＡｌＳｉ３）Ｏ１０（ＯＨ）２）、金雲母（ＫＭｇ３（ＡｌＳｉ３）Ｏ１０（ＯＨ）２）、紅雲母（Ｋ（Ｌｉ，Ａｌ）２〜３（ＡｌＳｉ３）Ｏ１０（ＯＨ）２）、真珠雲母（ＣａＡｌ２（Ａｌ２Ｓｉ２）Ｏ１０（ＯＨ）２）、海緑石（（Ｋ，Ｎａ）（Ａｌ，Ｍｇ，Ｆｅ）２（Ｓｉ，Ａｌ）４Ｏ１０（ＯＨ）２）又はそれらのいずれかの組み合わせである。
幾つかの実施形態において、前記充填剤は、クロライト族のフィロシリケートを含む。
幾つかの実施形態において、前記のクロライト族のフィロシリケートは、クロライト（（Ｍｇ，Ｆｅ）３（Ｓｉ，Ａｌ）４Ｏ１０（ＯＨ）２・（Ｍｇ，Ｆｅ）３（ＯＨ）６）である。
幾つかの実施形態において、前記充填剤は、蜂の巣様の構造を形成している。
幾つかの実施形態において、前記蜂の巣様の構造は、顕微鏡的である。
幾つかの実施形態において、前記充填剤は、粘土を含む。
幾つかの実施形態において、前記充填剤は、ゼオライトを含む。
幾つかの実施形態において、前記核体は、少なくとも１種の農業用化学物質を少なくとも約０．０５、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９又は１グラム含む。幾つかの実施形態において、前記少なくとも１つの核体は、少なくとも１種の農業用化学物質を１グラム〜１０グラム含む。
幾つかの実施形態において、前記核体は、重量で約３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、又は６０％の少なくとも１種の農業用化学物質である。
幾つかの実施形態において、前記ビーズの重量は、１ｇ〜１０ｇである。幾つかの実施形態において、前記ビーズの重量は、６ｇ〜７ｇである。幾つかの実施形態において、前記ビーズの重量は、３．５ｇ〜４ｇである。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１つの核体は、生分解性である。
幾つかの実施形態において、前記内側領域は、１つの核体を含む。
幾つかの実施形態において、前記内側領域は、１つより多い核体を含む
幾つかの実施形態において、少なくとも１種の農業用化学物質は：
ｉ）少なくとも１種の肥料化合物；
ｉｉ）少なくとも１種の殺有害生物剤化合物；
ｉｉｉ）少なくとも１種のホルモン化合物；
ｉｖ）少なくとも１種の薬物化合物；
ｖ）少なくとも１種の化学的成長剤；及び／又は
ｖｉ）少なくとも１種の微量元素である。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の肥料化合物は、天然肥料である。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の肥料化合物は、合成肥料である。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の殺有害生物剤化合物は：
ｉ）少なくとも１種の殺虫剤化合物；
ｉｉ）少なくとも１種の殺線虫剤化合物；
ｉｉｉ）少なくとも１種の除草剤化合物；及び／又は
ｉｖ）少なくとも１種の防カビ剤化合物である。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の殺虫剤化合物は、イミダクロプリドである。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の除草剤化合物は、ペンディメタリンである。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の防カビ剤化合物は、アゾキシストロビンである。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の殺線虫剤化合物は、フルエンスルホンである。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の肥料化合物は、ＰＯ４、ＮＯ３、（ＮＨ４）２ＳＯ２、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４、及び／又はＫＣｌである。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の肥料化合物は、ＰＯ４、ＮＯ３、（ＮＨ４）２ＳＯ２、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４、及び／又はＫＣｌを含む、多種肥料化合物を含む。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の農業用化学物質は、少なくとも１種の肥料化合物及び少なくとも１種の殺有害生物剤化合物である。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の農業用化学物質は、少なくとも１種の殺有害生物剤化合物である。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の農業用化学物質は、少なくとも１種の肥料化合物である。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の殺有害生物剤化合物は、農場への施用に不適切である少なくとも１種の殺有害生物剤化合物である。
幾つかの実施形態において、前記の、農場への施用に不適切である少なくとも１種の殺有害生物剤化合物は、農場へ施用するにはあまりに有毒である。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の殺有害生物剤化合物は、節足動物又は軟体動物を殺すのに足る量で農場に施用されたときに、節足動物又は軟体動物以外の動物に有毒である。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の農業用化学物質は、前記外側領域のＳＡＰが吸水したときに、少なくとも約１週間の期間に亘って、前記内側領域の核体から放出される。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の農業用化学物質は、前記外側領域のＳＡＰが吸水したときに、少なくとも約１週間の期間に亘って、前記内側領域の核体から放出される。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の農業用化学物質は、前記外側領域のＳＡＰが吸水したときに、少なくとも約２、３、４、５、６、７、８、９、１０、又は２０週間の期間に亘って、前記内側領域から前記外側領域中へ放出される。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも１種の農業用化学物質は、前記外側領域のＳＡＰが約５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、又は５％〜５０％吸水したときに、少なくとも約２、３、４、５、６、７、８、９、１０、又は２０週間の期間に亘って、前記内側領域から前記外側領域中へ放出される。
幾つかの実施形態において、前記ビーズのＳＡＰが吸水し、かつ前記ビーズが土壌中にあるとき、前記少なくとも１種の農業用化学物質は、給水後約２５日目から、線形速度で前記ビーズの表面から周囲の土壌中に拡散する。
幾つかの実施形態において、前記ビーズのＳＡＰが吸水し、かつ前記ビーズが土壌中にあるとき、前記少なくとも１種の農業用化学物質は、給水後少なくとも約５０又は７５日間、線形速度で前記ビーズの表面から周囲の土壌中に拡散する。
幾つかの実施形態において、前記ビーズは加水されない。
幾つかの実施形態において、前記ビーズは重量で約３５％、３０％、２５％、２０％、１５％、又は１０％未満の水を含む。
幾つかの実施形態において、前記ビーズは、さらに、前記内側領域と前記外側領域との間に境界領域を含み、前記境界領域は、少なくとも１種の不溶性の塩又は固体物、少なくとも１種の架橋剤、あるいは少なくとも１種の無機化合物によって形成されている。
幾つかの実施形態において、前記外側領域及び前記内側領域間の拡散は、前記内側領域、前記外側領域、又は前記境界領域のｐＨ又は陽イオンの濃度を変えることによって制限される。
幾つかの実施形態において、前記外側領域及び前記内側領域間の拡散は、前記内側領域、又は前記外側領域のｐＨ及び／又は陽イオンの濃度を変えることによって制限される。
幾つかの実施形態において、前記内側領域又は前記外側領域におけるｐＨは、バッファーによって変更される。
幾つかの実施形態において、前記内側領域、前記外側領域又は前記境界領域におけるｐＨは、バッファーによって変更される。
本発明は、植物を生育させる方法であって、前記植物が生育する栽培床に少なくとも１つの本発明のビーズを添加することを含む方法を提供する。
幾つかの実施形態において、前記の植物が生育する栽培床は、土壌を含む。
幾つかの実施形態において、前記の植物が生育する栽培床は、土壌である。
幾つかの実施形態において、前記土壌は、砂、シルト、粘土、又はそれらのいずれかの組み合わせを含む。
幾つかの実施形態において、前記土壌は、粘土、ローム、粘土ローム、又はシルトロームである。
本発明は、植物を生育する方法であって、植物の栽培床に本発明の複数のビーズを添加することを含み、前記複数のビーズは、（ＮＨ４）２ＳＯ２、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４、及びＫＣｌとしてのＮ、Ｐ、及びＫの、前記ビーズの一部としての栽培床における総含量が、それぞれ約２５、５、及び３０ｇ／ｍ２となるように、３種の肥料化合物を含む方法を提供する。
本発明は、植物の根域内にあらかじめ設定した化学特性を持つ人工領域を作り出す方法であって：
ｉ）前記植物の根域に少なくとも２つの異なるビーズを添加すること；又は
ｉｉ）前記植物が成長していくと予想される、栽培床の予想根域に、少なくとも２つの異なるビーズを添加することを含み、
前記少なくとも２つの異なるビーズの少なくとも１つは、本発明の実施形態のビーズである方法を提供する。
幾つかの実施形態において、前記少なくとも２つの異なるビーズの各々は、他の少なくとも２つの異なるビーズ１つに含まれない、少なくとも１種の農業用化学物質を含有する。
幾つかの実施形態において、前記植物は圃場で生育される。
幾つかの実施形態において、前記植物は、農作物である。幾つかの実施形態において、前記農作物は穀物植物又は樹木作物である。幾つかの実施形態において、前記農作物は果物類又は野菜類の植物体である。
幾つかの実施形態において、前記植物は、バナナ、オオムギ、豆類、キャッサバ、トウモロコシ、ワタ、ブドウ、オレンジ、エンドウ、ジャガイモ、コメ、ダイズ、テンサイ、トマト、又はコムギの植物体である。
本発明は、二つの部分を含む、植物生育のための人工環境であって、Ａ部はＢ部と連続した系を成しており、一方、
Ａ部は少なくとも０．０５ｇｒの重量を有する、添加物の放出制御貯蔵部でり、
Ｂ部は、完全に膨張したときに少なくとも９０％の水を含む人工環境であり、その重量は、Ａ部の少なくとも５倍である人工環境を提供する。
本発明は、二つの部分を含む、植物生育のための人工環境であって、Ａ部はＢ部の内部に位置し、一方、
Ａ部は少なくとも０．０５ｇｒの重量を有する、添加物の放出制御貯蔵部であり、
Ｂ部は、完全に膨張したときに少なくとも９０％の水を含む人工環境であり、その重量は、Ａ部の少なくとも５倍である人工環境を提供する。
幾つかの実施形態において、前記人工環境は、当該人工環境内部の湿度、ｐＨ又は浸透圧のうちの１つが周囲土壌と少なくとも１０％異なっており；及び当該人工環境の内部に植物の根が入り込み、成長することができるように合成されている。
幾つかの実施形態において、Ａ部及びＢ部は、ポリマー、エーロゲル、ハイドロゲル、有機ゲル、多孔性無機材料、多孔性有機材料、又はそれらのいずれかの組み合わせを含む材料から作製されている。
幾つかの実施形態において、Ａ部は、有機ポリマー、天然ポリマー、無機ポリマー、又はそれらの組み合わせからなる群から選択される。
幾つかの実施形態において、Ａ部は、固形成分も含む。
幾つかの実施形態において、Ａ部は、粘土、金属酸化物粒子、多孔性粒子、又はそれらの組み合わせからなる群から選択される充填剤を含む。
幾つかの実施形態において、添加物は、栄養素、農業用化学物質、殺有害生物剤、微量元素、薬剤又はそれらの組み合わせからなる群から選択される。
幾つかの実施形態において、Ａ部は、構造材料及び機能性材料の両方を含む。
幾つかの実施形態において、Ｂ部は、前記添加物を少しも含まないか、又は土壌に加えられたときにＡ部におけるよりも、少なくとも１０倍低い濃度の前記添加物を含む。
幾つかの実施形態において、Ｂ部は、有機ポリマー、天然ポリマー、無機ポリマー、又はそれらの組み合わせをからなる群から選択される。
幾つかの実施形態において、Ｂ部は、空気、多孔性粒子、又はそれらの組み合わせからなる群から選択された充填剤を含む。
幾つかの実施形態において、前記人工環境は、水分３０％未満の乾燥した形態で、圃場に搬入される。
幾つかの実施形態において、前記人工環境の寸法は、完全に膨張した形態において、少なくとも３０ｍＬである。
幾つかの実施形態において、Ａ部における添加剤濃度は、少なくとも５０％である。
幾つかの実施形態において、Ａ部とＢ部を接触させた後、不溶性の塩又は固体、架橋剤、無機の化学成分の形成によってか、あるいは、前記二つの部分間の拡散を制限するようにｐＨ又は陽イオンの濃度を変更することによって、及びそれらの組み合わせによって、前記二つの部分の間に界面が形成される。
幾つかの実施形態において、Ａ部は、固体の成分も含む。
幾つかの実施形態において、Ａ部は、構造材料及び機能性材料の両方を含む。
幾つかの実施形態において、人工環境と植物の種との距離は、０．１センチメートルから５００センチメートルまでの間である。
幾つかの実施形態において、人工環境と植物の種との距離は、０．１センチメートルから５００センチメートルまでの間である。幾つかの実施形態において、人工環境と植物の種との距離は、約０．５、１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、６、６．５、７、７．５、８、８．５、９、９．５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、又は１００センチメートルである。
本発明の機能性材料の、限定されない例は、系の構造を提供する物質であって、例えば、水、エーロゲル、処理デンプン、処理セルロース、ポリマー、高吸着材であり、機能性材料は、植物に消費される物質であって、例えば、肥料化合物である。
本明細書に開示された各実施形態は、他の各開示された実施形態に適用可能であることが企図されている。そのため、本明細書に開示した種々の要素の全ての組み合わせは、本発明の範囲内である。
パラメータの範囲が提供される場合においては、その範囲内の全ての整数及びそれらの１０分の１の値も、本発明によって提供されると理解される。例えば、「０．２ｍｇ／ｋｇ／ｄａｙ〜５ｍｇ／ｋｇ／ｄａｙ」は、５．０ｍｇ／ｋｇ／ｄａｙまでの、０．２ｍｇ／ｋｇ／ｄａｙ、０．３ｍｇ／ｋｇ／ｄａｙ、０．４ｍｇ／ｋｇ／ｄａｙ、０．５ｍｇ／ｋｇ／ｄａｙ、０．６ｍｇ／ｋｇ／ｄａｙ等の開示である。
用語
特に定義されない限り、本明細書で用いられる全ての技術的及び科学的な用語は、本発明が属する技術分野の通常の技能を有する者によって共通に理解されるものと同じ意味を有する。
本明細書で用いられ、文脈によって特に言及されない又は要求されない限り、以下の各用語は、下記の定義を有する。
本明細書で用いられる場合、数字の値又は範囲の文脈における「約」は、文脈でより限定された範囲が要求されていない限りは±１０％の数字の値又は範囲が指定される又は特許請求の対象となることを意味する。
「農業用化学物質領域」は、本発明のユニットの構成要素であって、少なくとも１種の農業用化学物質を含み、前記少なくとも１種の農業用化学物質を本発明のユニットの根発達領域に放出する。幾つかの実施形態において、少なくとも１種の農業用化学物質が、本発明のユニットの根発達領域に、前記ユニットの根発達領域が吸水したとき、拡散によって放出される。
用語「塗装系」は、塗装系で覆われた農業用化学物質領域の表面から、農業用化学物質が放出されるのを遅らせる又は防ぐ、１種以上の化合物を意味する。幾つかの実施形態において、塗装系は単種の塗装化合物を含む。幾つかの実施形態において、塗装系は１種以上の塗装化合物を含む。幾つかの実施形態において、塗装系は２つ以上の層を含む。幾つかの実施形態において、塗装系の各層は同じ組成物からなる。幾つかの実施形態において、塗装組成物の各層は異なる組成物からなる。幾つかの実施形態において、塗装系は、２、３、又は４つの層を含む。
用語「放出制御」は、農業用化学物質領域に言及する際に用いられるとき、農業用化学物質領域が農業用化学物質領域の１種以上の農業用化学物質が時間をかけて徐々に放出されるように処方されていることを意味する。幾つかの実施形態において、根発達領域が吸水したときに、農業用化学物質領域は、少なくとも約１週間に亘って、根発達領域に少なくとも１種の農業用化学物質を放出するように処方されている。幾つかの実施形態において、根発達領域が吸水したときに、農業用化学物質領域は、１週間以上に亘って、根発達領域に少なくとも１種の農業用化学物質を放出するように処方されている。「放出制御」は「徐放」（「ＳＲ」）と相互に変換可能である。
「ＤＡＰ」は植え付け後の日数を意味する。
文脈で特に要求されない限り、「ユニット」は、本発明で開示したような、植物の根への農業用化学物質の送達のためのユニットをいう。「肥料ユニット」は、本発明で開示したような、肥料を含む、植物の根への農業用化学物質の送達のためのユニットをいう。
「空のユニット」は、本発明のユニットの根発達領域要素を含み、農業用化学物質領域要素を含まない。幾つかの実施形態において、空のユニットは、本発明の対応するユニットと同じ形状及び／又は寸法を有する。
「根発達領域」は、本発明のユニットの構成要素であって、吸水したとき、生育している根が入り込むことができる。幾つかの実施形態において、生育している根は、ユニットの根発達領域内で生育し、発達することができる。幾つかの実施形態において、根発達領域は、高吸収性ポリマー（ＳＡＰ）である。幾つかの実施形態において、根発達領域は、エーロゲル、ジオテキスタイル、又はスポンジである。幾つかの実施形態において、根発達領域は、例えば、ユニットが事前に灌水された土壌に設置されたとき、周囲の環境から吸水するであろう。幾つかの実施形態において、吸水した根発達領域は、その中で生育している根が水及び栄養素を吸収できる人工環境を形成する。幾つかの実施形態において、ユニットの根発達領域は、前記ユニットの農業用化学物質領域の農業用化学物質と同じ又は異なる１種以上の農業用化学物質を含むように処方されている。本明細書で開示された本発明は、いずれかの特定の作用の機構のいずれにも限定されないが、根発達領域内の水及び／又は農業用化学物質（例えば、ミネラル）の存在のために、生育している根が、ユニットの根発達領域に引き付けられるものと信じられる。根は、ユニットの水又は農業用化学物質の継続的な利用可能性故にユニットの根発達領域内で生育し発達し続けるものと信じられる。
文脈で言及がない又は要求がない限り、用語「根発達領域（ｒｏｏｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｚｏｎｅ）」の使用は、１つ以上の根発達領域を意味し、及び用語「農業用化学物質領域（ａｇｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｚｏｎｅ）」の使用は１つ以上の農業用化学物質領域を意味する。
幾つかの実施形態において、本発明のユニットは、「内側領域」を囲む「外側領域」を有する「ビーズ」の形状をとる。幾つかの実施形態において、「外側領域」は根発達領域であり、「内側領域」は農業用化学物質領域である。
本発明の実施形態により提供され、又は実施形態での使用が企図される植物は、単子葉植物及び双子葉植物の両方を含む。幾つかの実施形態において、植物は、農作物である。本明細書で用いられるとき、「農作物」は、商業的に生育される植物である。幾つかの実施形態において、本発明の植物は農作物（例えば、穀草類及び豆類、トウモロコシ、コムギ、ジャガイモ、タピオカ、イネ、ソルガム、アワ、キャッサバ、オオムギ、又はエンドウ）、又は他のマメ科植物である。幾つかの実施形態において、農作物は、可食の根、塊茎、葉、茎、花、又は果実を生産するために生育され得る。植物は、野菜又は観賞用植物であり得る。本発明における農作物の限定されない例は：アクロコミア・アクレアータ（マカウバヤシ）、アラビドプシス・サリアナ、アラシニス・ハイポギア（ラッカセイ）、アストロカリウム・ムルムル（ムルムル）、アストロカリウム・ヴァルガレ（ツクマ）、アッタレア・ゲラエンシス（インダイアラテイロ（Ｉｎｄａｉａ−ｒａｔｅｉｒｏ））、アッタレア・フミリス（アメリカンオイルパーム（Ａｍｅｒｉｎｃａｎ ｏｉｌ ｐａｌｍ））、アッタレア・オレイフェラ（アンダイア）、アッタレア・ファレラタ（ウリクリ）、アッタレア・スペキオサ（ババス）、アベナ・サティバ（エンバク）、ベタ・バルバリス（テンサイ）、ブラシカ・カリナタ、ブラシカ・ユンセア、ブラシカ・ナポブラシカ、ブラシカ・ナプス（カノーラ）、のようなアブラナ属の一種、カメリア・サティバ（アマナズナ）、カンナビス・サティバ（タイマ）、カーサムス・チンクトリス（ベニバナ）、カリオカー・ブラシリエンス（ペキー）、ココス・ヌシフェラ（ココナッツ）、クランベ・アビシニカ（アビシニアンケール）、ククミス・メロ（メロン）、エライス・ギニエンシス（ギニアアブラヤシ）、グリシン・マックス（ダイズ）、ゴシピウム・ヒルスツム（ワタ）、ヘリアンタス・アヌス（ヒマワリ）のようなヘリアンタス属の一種、ホルデウム・ヴァルガレ（オオムギ）、ジャトロファ・クルカス（ナンヨウアブラギリ）、ヨアネシア・プリンセプス（アララナッツツリー（ａｒａｒａ ｎｕｔ-ｔｒｅｅ））、レムナ・エクイノクティアリス、レムナ・ディスペルマ、レムナ・エクアドリエンシス、レムナ・ギバ（イボウキクサ）、レムナ・ジャポニカ、レムナ・ミノル、レムナ・ミヌタ（ｍｉｎｕｔａ）、レムナ・オブスキュラ、レムナ・ポーシコスタータ、レムナ・ペルプシラ、レムナ・テネラ、レムナ・ツリスルカ、レムナ・ツリオニフェラ、レムナ・ヴァルジビアナ、レムナ・ユンゲンシス（ｙｕｎｇｅｎｓｉｓ）、のようなレムナ属の一種（ウキクサ）、リカニア・リジダ（オイチニカ）、リヌム・ユーシタティシマム（アマ）、ルピナス・アングスティフォリウス（ルピナス）、モーリシア・フレックスオーサ（ブリチーヤシ）、マクシミリアナ・マリパ（イナジャパーム（ｉｎａｊａ ｐａｌｍ））、ミスカンサスｘギガンテウス、及びミスカンサス・シネンシスのようなミスカンサス属の一種、ニコチアナ・タバカム、又はニコチアナ・ベンサミアナのようなニコチアナ属の一種（タバコ）、オエノカルプス・バカバ（バカーバデアゼイテ）、オエノカルプス・バタウア（パタウア（ｐａｔａｕａ））、オエノカルプス・ディスティクス（バカーバデレクウェ（ｂａｃａｂａ−ｄｅ−ｌｅｑｕｅ））、オリザ・サティバ及びオリザ・グラベリマのようなオリザ属の一種（イネ）、パニカム・ヴィルガタム（スイッチグラス）、ポラクエイバ・パラエンシス（マリ（ｍａｒｉ））、パーシー・アメリカーナ（アボカド）、ポンガミア・ピンナタ（クロヨナ）、ポプルス・トリコカルパ、リシナス・コムニス（トウゴマ）、サトウキビ属の一種（サトウキビ）、セサマム・インディカム（ゴマ）、ソラナム・チュベロッサム（ジャガイモ）、ソルガム・ビカラー、ソルガム・バルガレのようなモロコシ属の一種、テオブロマ・グランディフローラム（キュプアス）、トリフォリウム属の一種、トリツリナクス・ブラジリエンシス（ブラジリアンニードルパーム（Ｂｒａｚｉｌｉａｎ ｎｅｅｄｌｅ ｐａｌｍ））、トリティークム・アエスティウムのようなコムギ属の一種（コムギ）、ゼア・メイズ（トウモロコシ）、アルファルファ（メディカゴ・サティバ）、ライムギ（セカーレ・セレアーレ）、サツマイモ（ロプモエア・バタツス）、キャッサバ（マニホット・エスクレンタ）、コーヒー（コーヒーノキ属の数種）、パイナップル（アナナス・コモサス）、柑橘類（ミカン属の数種）、ココア（テオブロマ・カカオ）、チャ（カメリア・シネンシス）、バナナ（ムサ属の数種）、アボカド（パーシー・アメリカーナ）、イチジク（フィクス・カリカ）、グァバ（プシディウム・グアジャバ）、マンゴー（マンギフェラ・インディカ）、オリーブ（オレア・ヨーロパエア）、パパイヤ（カリカ・パパイヤ）、カシューナッツ（アナカルディウム・オクシデンタール）、マカダミア（マカダミア・インテルグリフォリア）及びアーモンド（プルヌス・アミグダルス）を含む。
文脈によって特に言及又は要求されない限り、「膨張」は、ある物質が２１℃の脱イオン水の中に２４時間置かれた場合、当該物質によって吸収される水の量の少なくとも約１％の吸水量を有することを意味する。前記物質がハイドロゲルであるとき、「膨張」したハイドロゲルは「吸水」したハイドロゲルいうこともできる。幾つかの実施形態において、膨張した物質は、当該物質が２１℃の脱イオン水の中に２４時間置かれた場合、当該物質によって吸収される水の量の少なくとも約２％の吸水量を有する。幾つかの実施形態において、膨張した物質は、２１℃の脱イオン水の中に２４時間置かれた場合、当該物質によって吸収される水の量の少なくとも約３％の吸水量を有する。幾つかの実施形態において、膨張した物質は、２１℃の脱イオン水の中に２４時間置かれた場合、当該物質によって吸収される水の量の少なくとも約４％の吸水量を有する。幾つかの実施形態において、膨張した物質は、２１℃の脱イオン水の中に２４時間置かれた場合、当該物質によって吸収される水の量の少なくとも約５％の吸水量を有する。
文脈によって特に言及又は要求されない限り、「吸水」は、少なくとも約１％吸水したことを意味する。幾つかの実施形態において、「吸水」は、少なくとも約２％吸水したことを意味する。幾つかの実施形態において、「吸水」は、少なくとも約３％吸水したことを意味する。幾つかの実施形態において、「吸水」は、少なくとも約４％吸水したことを意味する。幾つかの実施形態において、「吸水」は、少なくとも約５％吸水したことを意味する。
本明細書で用いられるとき、「完全に膨張」した本発明のユニットは、２１℃の脱イオン水の中に２４時間置かれた場合、当該ユニットによって吸収される水の量と同等の吸収した水の量を含むユニットである。
本明細書で用いられるとき、人工環境は、少なくとも１種の農業用化学物質が仕込まれた、圃場又は園芸植物の根域内に位置する栽培床を意味しその周辺内で根の生育と吸収活動を促進する。農業用化学物質の限定されない例は、殺虫剤、除草剤、及び防カビ剤を含む殺有害生物剤を含む。農業用化学物質は、天然及び合成肥料、ホルモン、及び他の化学的成長剤も含み得る。
幾つかの実施形態において、栽培床は、以下のような複数のサブ領域を含み得る：
ｉ）農業用化学物質領域（例えば、内側領域）；及び
ｉｉ）根発達領域（例えば、外側領域）。
幾つかの実施形態において、前記農業用化学物質領域は、根発達領域のハイドロゲルが吸水したときに、少なくとも約１週間に亘って、根発達領域に少なくとも１種の農業用化学物質を放出するように処方されている。幾つかの実施形態において、前記農業用化学物質領域は、根発達領域のハイドロゲルが吸水したときに、少なくとも約２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９又は２０週間に亘って、根発達領域に少なくとも１種の農業用化学物質を放出するように処方されている。前記農業用化学物質領域は、根発達領域への少なくとも１種の農業用化学物質の放出が、本明細書に開示する種々の方法によって制御されるように処方され得る。例えば、少なくとも１種の農業用化学物質は、農業用化学物質領域の核体中の濃厚ポリマーに組み込まれ得、根発達領域が吸水したときに、そこから、少なくとも１種の農業用化学物質が拡散する。加えて、前記核体は、少なくとも１種の農業用化学物質の根発達領域への拡散の速度を遅くする１種の化合物又は複数種の化合物で被覆され得る。幾つかの実施形態において、前記被覆化合物は、根発達領域が吸水したときに、根発達領域へと拡散し得、そのため、少なくとも１種の農業用化学物質の根発達領域の内部への及び／又は内部を通過した拡散の速度を遅くする。幾つかの実施形態において、前記核体は少なくとも１種の農業用化学物質を含有する充填剤を含み、そこから少なくとも１種の農業用化学物質が拡散する。幾つかの実施形態において、少なくとも１種の農業用化学物質は、核体又は充填剤から線形速度で拡散する。前記充填剤は、核体からの少なくとも１種の農業用化学物質の速度を遅くし得る。幾つかの実施形態において、充填剤は、蜂の巣様の構造のような物理的構造を有し得、その中に少なくとも１種の農業用化学物質が組み込まれ、そこから少なくとも１種の農業用化学物質がゆっくりと拡散する。ベントナイトは、本発明の実施形態において有用な蜂の巣様構造を有する充填剤の限定されない例である。
前記農業用化学物質領域は、投入物（肥料又は他の農業用化学物質）を、根発達領域中へのその放出を制御する構造中に含み得る。放出速度は、植物の成長期を通した要求量に見合うように設定される。幾つかの実施形態において、あらかじめ設定された作用期の終了時には、前記投入物は全く残存しない。
幾つかの実施形態において、前記農業用化学物質領域は、シリカで被覆された高度架橋ポリマー又は粘土充填剤を含む高度架橋ポリアクリル酸／ポリ多糖から作られた蜂の巣様構造内に、窒素、リン、カリウム、防カビ剤、殺虫剤等のような１種以上の肥料及び／又は他の農業用化学物質を含む。幾つかの実施形態において、農業用化学物質領域は、外側コーティングを持つか又は持たない蜂の巣様構造内に、肥料及び／又は少なくとも１種の他の農業用化学物質を含む。
幾つかの実施形態において、根発達領域は、農業用化学物質領域と接触するか又はそれを取り囲む高吸収性ポリマー（ＳＡＰ）であり、それは植物の根の生育及び吸収活動を誘引する。幾つかの実施形態において、根発達領域は、ＣＭＣ−ｇ−ポリ（アクリル酸）／セライト複合系又は修飾コーンスターチ架橋ポリ（アクリル酸）からｄ作られた高吸収性ポリマーである。農業用化学物質領域を取り囲む根発達領域は、本明細書において「殻」と称され得る。
本発明の根発達領域は土壌中で持続可能であり、根発達領域における根の入り込み、吸収活動、並びに生育及び／又は発達を促進する。幾つかの実施形態において、高吸収性ポリマーは、給水の間、土壌の水分を吸収し、膨張し、長期間にわたって高い含水率を維持し得るので、根発達領域の役割を果たし得る。それらの特徴は、農業用化学物質領域と根発達領域の周囲との間に化学物質の濃度の漸進的な移行が存在する領域を確立し、
本発明のユニットのライフサイクルの間、根の吸収活動を可能としている。幾つかの実施形態において、根発達領域は、機械的抵抗性（土壌中においてその形態と形状を保つため）；膨張サイクル能（土壌含水率に応答して吸水及び脱水を反復する能力）；酸素透過性（根の発達のような根の活動を助けるのに十分な酸素水準を維持する）；及び根の入り込み（内部中への根の生育を可能とする）のような特徴を有する。
本発明において用いら得る物質は：１）粘土、２）ゼオライト、３）凝灰岩、４）フライアッシュ、５）ハイドロゲル、６）泡状物質を含むが、これらに限定されない。
幾つかの実施形態において、本発明の人工環境は、普遍的な根の生育環境を提供するための土壌形態およびｐＨの緩衝体の役割を有する。幾つかの実施形態において、本発明の人工環境は、限定されないが、水、肥料、薬剤、及び他の添加物のような、所望の条件に必要とされる物質及び栄養素を含む。
酸素透過性
本発明の側面は、吸水したときに酸素透過性であるＳＡＰを有する根発達領域に関する。根は、生育及び発達に酸素を用いる（Ｄｒｅｗ，１９９７；Ｈｏｐｋｉｎｓ １９５０）。そのため、ＳＡＰの酸素透過性は、ＳＡＰがＳＡＰを含む根発達領域内における根の生育及び発達を助けるかどうかを決定する上で重要な要因である。
いかなる科学的理論によっても拘束されることを望むものではないが、本発明のハイドロゲルは、水、栄養素、及び弱い抵抗性を提供するので、下記に示す本発明のデータは、ガスの拡散率が十分に高ければ、根は、圃場の土壌中に搬入されたほとんどのタイプの小体積のハイドロゲル及びハイドロゲルを含むユニット内で発達することを示す。例えば、アルギン酸塩ハイドロゲルは、好適に酸素透過性であり、根の発達を促進する一方、デンプンハイドロゲルは、酸素透過性に乏しく、根の発達を促進しない。加えて、半合成ＣＭＣもまた好適に酸素透過性である。本発明の根発達領域中に酸素を拡散させる能力は、根発達領域内での根の発達に重要である。
本発明の側面は、吸水したときに十分に酸素透過性であるハイドロゲルのようなＳＡＰの選択に関する。酸素透過性は、吸水したＳＡＰが本発明の実施形態における使用において十分に酸素透過性であるかどうかを決定するために測定され得る。幾つかの実施形態において、前記ＳＡＰは根の生育及び／又は発達を助けるように酸素透過性である。幾つかの実施形態において、前記ＳＡＰは吸水したとき、吸水したアルギン酸塩と同様、少なくとも約７０、７５、８０、８５、９０、９５、又は１００％酸素透過性である。幾つかの実施形態において、前記ＳＡＰは、吸水したとき、吸水した半合成ＣＭＣと同様、少なくとも約７０、７５、８０、８５、９０、９５、又は１００％酸素透過性である。
酸素透過性は、当該技術分野でよく知られているアッセイによって測定され得る。本発明のＳＡＰの酸素透過性を測定するのに有用であり得る方法の限定されない例は、参照により各々の全ての内容が本明細書に含まれる、Ａｉｂａ ｅｔ ａｌ．（１９６８）“Ｒａｐｉｄ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｘｙｇｅｎ Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ”Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．Ｆｕｎｄａｍｅｎ．，７（３），ｐｐ ４９７−５０２；ｗｗｗ．ｄｔｉｃ．ｍｉｌ／ｃｇｉ−ｂｉｎ／ＧｅｔＴＲＤｏｃ？Ｌｏｃａｔｉｏｎ＝Ｕ２＆ｄｏｃ＝ＧｅｔＴＲＤｏｃ．ｐｄｆ＆ＡＤ＝ＡＤ０６２３９８３より得られる、Ｙａｓｕｄａ ａｎｄ Ｓｔｏｎｅ（１９６２）“Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ ｔｏ Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ”Ｃｅｄａｒｓ−Ｓｉｎａｉ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｃｅｎｔｅｒ Ｌｏｓ Ａｎｇｅｌｅｓ ＣＡ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｖ，９ ｐａｇｅｓ，ａｖａｉｌａｂｌｅ ｆｒｏｍ；Ｅｒｏｌ Ａｙｒａｎｃｉ ａｎｄ Ｓｉｂｅｌ Ｔｕｎｃ（Ｍａｒｃｈ ２００３）“Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｏｘｙｇｅｎ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｅｄｉｂｌｅ ｆｉｌｍｓ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｒａｔｅ ｏｆ ｏｘｉｄａｔｉｖｅ ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ｉｎ ｆｒｅｓｈ ｆｏｏｄｓ”Ｆｏｏｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｖｏｌｕｍｅ ８０，Ｉｓｓｕｅ ３，Ｐａｇｅｓ ４２３−４３１；及びＣｏｍｐａｎ ｅｔ ａｌ．（Ｊｕｌｙ ２００２）“Ｏｘｙｇｅｎ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｌ ｃｏｎｔａｃｔ ｌｅｎｓｅｓ ｗｉｔｈ ｏｒｇａｎｏｓｉｌｉｃｏｎ ｍｏｉｅｔｉｅｓ”Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｖｏｌｕｍｅ ２３，Ｉｓｓｕｅ １３，Ｐａｇｅｓ ２７６７−２７７２に開示されている。ＳＡＰの透過性は、それが部分的に又は完全に吸水したとき、例えば、ＳＡＰが５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、又は５％〜５０％吸水したときに測定され得る。
機械的抵抗性
本発明の好ましい実施形態において、本発明のユニットの根発達領域は、ｉ）根の生育を促進するのに十分に酸素透過性であって、かつｉｉ）土壌中で崩壊しない。特に好ましい実施形態において、本発明のユニットの根発達領域は、機械的抵抗性があり、すなわち、土壌中で破砕されることなく土壌中で膨張サイクルを反復することができる。特に好ましい実施形態において、根発達領域のＳＡＰの全てが、膨張サイクルを反復した後根発達領域の一部であり続ける。
アルギン酸塩が酸素透過性であるにもかかわらず、アルギン酸塩は土壌中で崩壊する傾向にあるために、アルギン酸塩を含む根発達領域は、本発明の好ましい実施形態においては適切ではない。しかしながら、半合成ＣＭＣは、崩壊する傾向になく、土壌中で破砕されることなく膨張サイクルを反復することができ（すなわち、機械的抵抗性があり）、本発明の好ましい実施形態において根発達領域に用いるのに適している。
人工環境の実施
幾つかの実施形態において、本発明は、以下の段階を含む：
段階１：上部の土壌断面に結合させ、入れ込む。
段階２：給水（降雨及び／又は灌水）の後、根発達領域（例えば、ＳＡＰを含む）が土壌から水分を吸収し、膨張する；水がコーティング（もしあれば）に浸透し、肥料及び／又は他の農業用化学物質を溶解した後、それらが根発達領域中に拡散する（例えば、ビーズの外面に向かって）。
段階３：根が生育し、発達し、及び根発達領域にとどまり、そこにおいてあらかじめ設定された期間吸収が続く。
根発達領域の特性を試験するための方法
以下は、根発達領域（例えば、ビーズの殻）の特性を試験するために用いられ得る方法の限定されない例である。
・ポットに異なるサイズの空のユニット（例えば、殻）を配置する。幾つかの実施形態において、３つのサイズの空のユニットが用いられる。前記殻は、例えば０．５、１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、又は５ｃｍの乾燥半径、あるいは例えば、０．５、１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、６、７、８、９又は１０ｃｍの長さを有し得る。幾つかの実施形態において、１０、１１、１２、１３、１４、１５、２０、２５、又は３０リットルのポットが用いられる。幾つかの実施形態において、空のユニットは、土壌と一緒にポットに配置され得る。幾つかの実施形態において、土壌は、砂質土である。
・給水の後、空のユニットの最終的なサイズと形状をモニターする。幾つかの実施形態において、最終的な形状は、球、円柱、又は箱形状である。
・根の吸水を模擬するために、セラミックの吸収カップを設置し、シリンジを介した吸収を行う。
・経時的に給水頻度を変更する（例えば、高頻度−１日数回から、低頻度−１週間に１回）。
・経時的にシリンジ内の水及びポットの底から流れ出る水の量をモニターする。
以下は、根発達領域（例えば、ビーズの殻）の特性を試験するために用いられ得る方法の他の限定されない例である。
・透明なセルに１つのサイズ（例えば、上記の段階に示した方法による知見に基づく）の空のユニット（例えば、殻）を配置する。幾つかの実施形態において、前記セルは、パースペックス（Perspex）でできており、６０ｃｍ×２ｃｍ×３０ｃｍである。幾つかの実施形態において、空のユニットは、土壌と一緒に配置される。幾つかの実施形態において、土壌は、砂質土である。
・根の位置及び空のユニットの状態をモニターする。幾つかの実施形態において、根の位置と空の状態は写真又は／及びスキャンによってモニターされる。
・栄養素を含む又は含まないユニットを用いて反復する。
・根が栄養素又は水に誘引されるかどうか結論付けるために、根の位置を測定する。
・経時的に給水頻度を変更する（例えば、高頻度−１日数回から、低頻度−１週間に１回）。
本発明のユニットの特性を試験するための方法
以下は、根発達領域（例えばビーズ）の特性を試験するために用いられ得る方法の限定されない例である。
・植物をポットで生育する。幾つかの実施形態において、前記ポットは１０、１１、１２、１３、１４、１５、２０、２５、又は３０リットルポットである。
・根域及び排水における濃度を経時的にモニターするために濾紙カップを取りつける。
加えて、
・透明なセルにおいて、ユニット（例えば、ビーズ）と土壌との混合物と共に、植物を生育する。幾つかの実施形態において、土壌は、砂質土である。
・環境条件（例えば、ｐＨ、塩分、又はＮ、Ｐ及びＫ）に感受性のある染料をユニットに添加する。
・経時的に給水頻度を変更する（例えば、高頻度−１日数回から、低頻度−１週間に１回）。
高吸収性ポリマー
高吸収性ポリマーは、それら自体の質量に対してきわめて大量の液体を吸収し、保持することができるポリマーである。本発明の実施形態に有用なＳＡＰの限定されない例は、参照により各々の全ての内容が本明細書に含まれる、Ｋ．Ｈｏｒｉｅ，Ｍ．Ｂａｒｏｎ，Ｒ．Ｂ．Ｆｏｘ，Ｊ．Ｈｅ，Ｍ．Ｈｅｓｓ，Ｊ．Ｋａｈｏｖｅｃ，Ｔ．Ｋｉｔａｙａｍａ，Ｐ．Ｋｕｂｉｓａ，Ｅ．Ｍａｒｅｃｈａｌ，Ｗ．Ｍｏｒｍａｎｎ，Ｒ．Ｆ．Ｔ．Ｓｔｅｐｔｏ，Ｄ．Ｔａｂａｋ，Ｊ．Ｖｏｈｌｉｄａｌ，Ｅ．Ｓ．Ｗｉｌｋｓ，ａｎｄ Ｗ．Ｊ．Ｗｏｒｋ（２００４）．“Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｅｒｍｓ ｒｅｌａｔｉｎｇ ｔｏ ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐｏｌｙｍｅｒｓ ａｎｄ ｔｏ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ（ＩＵＰＡＣ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ ２００３）”．Ｐｕｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ７６（４）：８８９−９０６；Ｋａｂｉｒｉ，Ｋ．（２００３）．“Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｆａｓｔ−ｓｗｅｌｌｉｎｇ ｓｕｐｅｒａｂｓｏｒｂｅｎｔ ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ：ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｒ ｔｙｐｅ ａｎｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｎ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ａｎｄ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｒａｔｅ”．Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｊｏｕｒｎａｌ ３９（７）：１３４１−１３４８；“Ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｕｐｅｒ Ａｂｓｏｒｂｅｎｔ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ”．Ｍ２ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．（ｗｗｗ．ｍ２ｐｏｌｙｍｅｒ．ｃｏｍ／ｈｔｍｌ／ｈｉｓｔｏｒｙ＿ｏｆ＿ｓｕｐｅｒａｂｓｏｒｂｅｎｔｓ．ｈｔｍｌより得られる）；“Ｂａｓｉｃｓ ｏｆ Ｓｕｐｅｒ Ａｂｓｏｒｂｅｎｔ Ｐｏｌｙｍｅｒ ＆ Ａｃｒｙｌｉｃ Ａｃｉｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ”．Ｍ２ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．（ｗｗｗ．ｍ２ｐｏｌｙｍｅｒ．ｃｏｍ／ｈｔｍｌ／ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ＿ｓａｐ．ｈｔｍｌより得られる）；Ｋａｔｉｍｅ Ｔｒａｂａｎｃａ，Ｄａｎｉｅｌ；Ｋａｔｉｍｅ Ｔｒａｂａｎｃａ，Ｏｓｃａｒ；Ｋａｔｉｍｅ Ａｍａｓｈｔａ，Ｉｓｓａ Ａｎｔｏｎｉｏ（Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２００４）．Ｌｏｓ ｍａｔｅｒｉａｌｅｓ ｉｎｔｅｌｉｇｅｎｔｅｓ ｄｅ ｅｓｔｅ ｍｉｌｅｎｉｏ：Ｌｏｓ ｈｉｄｒｏｇｅｌｅｓ ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌａｒｅｓ．Ｓｉｎｔｅｓｉｓ，ｐｒｏｐｉｅｄａｄｅｓ ｙ ａｐｌｉｃａｃｉｏｎｅｓ．（1 ｅｄ．）．Ｂｉｌｂａｏ：Ｓｅｒｖｉｃｉｏ Ｅｄｉｔｏｒｉａｌ ｄｅ ｌａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｄａｄ ｄｅｌ Ｐａｉｓ Ｖａｓｃｏ（ＵＰＶ／ＥＨＵ）；及びＢｕｃｈｈｏｌｚ，Ｆｒｅｄｒｉｃ Ｌ；Ｇｒａｈａｍ，Ａｎｄｒｅｗ Ｔ，ｅｄ．（１９９７）．Ｍｏｄｅｒｎ Ｓｕｐｅｒａｂｓｏｒｂｅｎｔ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（１ｅｄ．）．Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓに開示されている。
本発明の実施形態において有用なハイドロゲルの限定されない例は、参照により各々の全ての内容が本明細書に含まれる、Ｍａｔｈｕｒ ｅｔ ａｌ．，１９９６．“Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｇｅｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ：Ａ Ｒｅｖｉｅｗ”Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｐａｒｔ Ｃ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｒｅｖｉｅｗｓ Ｖｏｌｕｍｅ ３６，Ｉｓｓｕｅ ２，４０５−４３０；及びＫａｂｉｒｉ ｅｔ ａｌ．，２０１０．“Ｓｕｐｅｒａｂｓｏｒｂｅｎｔ ｈｙｄｒｏｇｅｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ａｎｄ ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ：Ａ ｒｅｖｉｅｗ” Ｖｏｌｕｍｅ ３２，Ｉｓｓｕｅ ２，ｐａｇｅｓ ２７７−２８９に開示されている。
ジオテキスタイル
ジオテキスタイルは、透過性の布帛であり、地面と接触して配置されたとき、土壌又は砂質土の動きを防止するために典型的に用いられる。本発明の実施形態において有用なジオテキスタイルの限定されない例は、参照により各々の全ての内容が本明細書に含まれる、米国特許出願第３，９２８，６９６、４，００２，０３４、６，３１５，４９９、６，３６８，０２４、及び６，６３２，８７５号に開示されている。
エーロゲル
エーロゲルは、凝固したマトリックスに空気を拡散させることによって形成されるゲルである。本発明の実施形態において有用なエーロゲルの限定されない例は、参照により各々の全ての内容が本明細書に含まれる、Ａｅｇｅｒｔｅｒ，Ｍ．，ｅｄ．（２０１１）Ａｅｒｏｇｅｌｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ．Ｓｐｒｉｎｇｅｒに開示されている。
農業用化学物質
肥料
肥料は、植物の生育を促進する１種以上の栄養素を送達する植物栽培床に加えられる、天然又は合成由来（石灰材料以外）の、有機又は無機の材料のいずれかである。
本発明の実施形態において有用な肥料の限定されない例は、参照により各々の全ての内容が本明細書に含まれる、Ｓｔｅｗａｒｔ，Ｗ．Ｍ．；Ｄｉｂｂ，Ｄ．Ｗ．；Ｊｏｈｎｓｔｏｎ，Ａ．Ｅ．；Ｓｍｙｔｈ，Ｔ．Ｊ．（２００５）．“Ｔｈｅ Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ Ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ ｔｏ Ｆｏｏｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ”．Ａｇｒｏｎｏｍｙ Ｊｏｕｒｎａｌ ９７：１−６．；Ｅｒｉｓｍａｎ，Ｊａｎ Ｗｉｌｌｅｍ；ＭＡ Ｓｕｔｔｏｎ，Ｊ ＧａｌＣｅｒｌｌｏｗａｙ，Ｚ Ｋｌｉｍｏｎｔ，Ｗ Ｗｉｎｉｗａｒｔｅｒ（Ｏｃｔｏｂｅｒ ２００８）．“Ｈｏｗ ａ ｃｅｎｔｕｒｙ ｏｆ ａｍｍｏｎｉａ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｃｈａｎｇｅｄ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ”．Ｎａｔｕｒｅ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅ １（１０）：６３６．；Ｇ．Ｊ．Ｌｅｉｇｈ（２００４）．Ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ’ｓ ｇｒｅａｔｅｓｔ ｆｉｘ：ａ ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ．Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ ＵＳ．ｐｐ．１３４−１３９；Ｇｌａｓｓ，Ａｎｔｈｏｎｙ（Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２００３）．“Ｎｉｔｒｏｇｅｎ Ｕｓｅ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ Ｃｒｏｐ Ｐｌａｎｔｓ：Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ ｕｐｏｎ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ”．Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗｓ ｉｎ Ｐｌａｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ２２（５）：４５３；Ｖａｎｃｅ；Ｕｈｄｅ−Ｓｔｏｎｅ ＆ Ａｌｌａｎ（２００３）．“Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｕｓｅ：ｃｒｉｔｉｃａｌ ａｄａｐｔａｔｉｏｎｓ ｂｙ ｐｌａｎｔｓ ｆｏｒ ｓｅｃｕｒｉｎｇ ａ ｎｏｎ ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅ”．Ｎｅｗ Ｐｈｙｔｈｏｌｏｇｉｓｔ（Ｂｌａｃｋｗｅｌｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ） １５７（３）：４２３−４４７．；Ｍｏｏｒｅ，Ｇｅｏｆｆ（２００１）．Ｓｏｉｌｇｕｉｄｅ−Ａ ｈａｎｄｂｏｏｋ ｆｏｒ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｍａｎａｇｉｎｇ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｓｏｉｌｓ．Ｐｅｒｔｈ，Ｗｅｓｔｅｒｎ Ａｕｓｔｒａｌｉａ：Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｗｅｓｔｅｒｎ Ａｕｓｔｒａｌｉａ．ｐｐ．１６１−２０７；Ｈａｅｕｓ
ｓｉｎｇｅｒ，Ｐｅｔｅｒ；Ｒｅｉｎｅｒ Ｌｏｈｍｕｅｌｌｅｒ，Ａｌｌａｎ Ｍ．Ｗａｔｓｏｎ（２０００）．Ｕｌｌｍａｎｎ’ｓ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｖｏｌｕｍｅ １８．Ｗｅｉｎｈｅｉｍ，Ｇｅｒｍａｎｙ：Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ Ｖｅｒｌａｇ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ．ＫＧａＡ．ｐｐ．２４９−３０７．；Ｃａｒｒｏｌｌ ａｎｄ Ｓａｌｔ，Ｓｔｅｖｅｎ Ｂ．ａｎｄ Ｓｔｅｖｅｎ Ｄ．（２００４）．Ｅｃｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ＧａｌＣｅｒｒｄｅｎｅｒｓ．Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ：Ｔｉｍｂｅｒ Ｐｒｅｓｓ．；Ｅｎｗａｌｌ，Ｋａｒｉｎ；Ｌａｕｒｅｎｔ Ｐｈｉｌｉｐｐｏｔ，２ ａｎｄ Ｓａｒａ Ｈａｌｌｉｎ１（Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００５）．“Ａｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇ Ｂａｃｔｅｒｉａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ Ｒｅｓｐｏｎｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｙ ｔｏ Ｌｏｎｇ−Ｔｅｒｍ Ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ”．Ａｐｐｌｉｅｄ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ） ７１（２）：８３３５−８３４３．；Ｂｉｒｋｈｏｆｅｒａ，Ｋｌａｕｓ；Ｔ．Ｍａｒｔｉｊｎ Ｂｅｚｅｍｅｒｂ，ｃ，ｄ，Ｊａａｐ Ｂｌｏｅｍｅ，Ｍｉｃｈａｅｌ Ｂｏｎｋｏｗｓｋｉａ，Ｓｏｅｒｅｎ Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎｆ，Ｄａｖｉｄ Ｄｕｂｏｉｓｇ，Ｆｌｅｍｉｎｇ Ｅｋｅｌｕｎｄｆ，Ａｎｄｒｅａｓ Ｆｌｉｅｓｓｂａｃｈｈ，Ｌｕｃｉｅ Ｇｕｎｓｔｇ，Ｋａｔａｒｉｎａ Ｈｅｄｌｕｎｄｉ，Ｐａｕｌ Ｍａｅｄｅｒｈ，Ｊｕｈａ Ｍｉｋｏｌａｊ，Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅ Ｒｏｂｉｎｋ，Ｈｅｉｋｋｉ Ｓｅｔａｅｌａｅｊ，Ｆａｂｉｅｎｎｅ Ｔａｔｉｎ−Ｆｒｏｕｘｋ，Ｗｉｍ Ｈ．Ｖａｎ ｄｅｒ Ｐｕｔｔｅｎｂ，ｃ ａｎｄ Ｓｔｅｆａｎ Ｓｃｈｅｕａ（Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２００８）．“Ｌｏｎｇ−ｔｅｒｍ ｏｒｇａｎｉｃ ｆａｒｍｉｎｇ ｆｏｓｔｅｒｓ ｂｅｌｏｗ ａｎｄ ａｂｏｖｅｇｒｏｕｎｄ ｂｉｏｔａ：Ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｓｏｉｌ ｑｕａｌｉｔｙ，ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ”．Ｓｏｉｌ Ｂｉｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｉｏ
ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（Ｓｏｉｌ Ｂｉｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ） ４０（９）：２２９７−２３０８．；Ｌａｌ，Ｒ．（２００４）．“Ｓｏｉｌ Ｃａｒｂｏｎ Ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ Ｉｍｐａｃｔｓ ｏｎ Ｇｌｏｂａｌ Ｃｌｉｍａｔｅ Ｃｈａｎｇｅ ａｎｄ Ｆｏｏｄ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ”．Ｓｃｉｅｎｃｅ（Ｓｃｉｅｎｃｅ（ｊｏｕｒｎａｌ）） ３０４（５６７７）：１６２３−７．；ａｎｄ Ｚｕｂｌｅｎａ，Ｊ．Ｐ．；Ｊ．ｖ．Ｂａｉｒｄ，Ｊ．Ｐ．Ｌｉｌｌｙ（Ｊｕｎｅ １９９１）．”ＳｏｉｌＦａｃｔｓ−Ｎｕｔｒｉｅｎｔ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ａｎｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”．Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅ．（ｗｗｗ．ｓｏｉｌ．ｎｃｓｕ．ｅｄｕ／ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ／Ｓｏｉｌｆａｃｔｓ／ＡＧ−４３９−１８／より得られる）に開示されている。
本発明の実施形態において有用な肥料の限定されない例は、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、無水アンモニア、硝酸カルシウム／尿素、オキサミド、硝酸カリウム、尿素、硫酸尿素、アンモニア化過リン酸、リン酸二アンモニウム、ニトロリン酸、炭酸カリウム、メタリン酸カルシウム、塩化カルシウム、リン酸アンモニウムマグネシウム、硫酸マグネシウム、硫酸アンモニウム、硫酸カリウム、及び本明細書に開示された他のものを含む。
殺有害生物剤
殺有害生物剤は、有害生物のいずれかを防ぎ、殺し、遠ざけ、又は軽減することができる薬物又は薬物の混合物である。殺有害生物剤は、殺虫剤、殺線虫剤、除草剤及び防カビ剤を含む。
殺虫剤
殺虫剤は、虫に対して有用な殺有害生物剤であり、有機塩化物、有機リン酸塩、カーバメート、ピレスロイド、ネオニコチノイド、及びリアノイド系の殺虫剤を含むが、これらに限定されない。
本発明の実施形態において有用な殺虫剤の限定されない例は、参照により各々の全ての内容が本明細書に含まれる、ｖａｎ Ｅｍｄｅｎ ＨＦ，Ｐｅａｌａｌｌ ＤＢ（１９９６）Ｂｅｙｏｎｄ Ｓｉｌｅｎｔ Ｓｐｒｉｎｇ，Ｃｈａｐｍａｎ ＆ Ｈａｌｌ，Ｌｏｎｄｏｎ，３２２ｐｐ；Ｒｏｓｅｍａｒｙ Ａ．Ｃｏｌｅ“Ｉｓｏｔｈｉｏｃｙａｎａｔｅｓ，ｎｉｔｒｉｌｅｓ ａｎｄ ｔｈｉｏｃｙａｎａｔｅｓ ａｓ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ ａｕｔｏｌｙｓｉｓ ｏｆ ｇｌｕｃｏｓｉｎｏｌａｔｅｓ ｉｎ Ｃｒｕｃｉｆｅｒａｅ” Ｐｈｙｔｏｃｈｅｍｕｔｒｙ，１９７６．Ｖｏｌ．１５，ｐｐ．７５９−７６２；及びＲｏｂｅｒｔ Ｌ．Ｍｅｔｃａｌｆ“Ｉｎｓｅｃｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ”ｉｎ Ｕｌｌｍａｎｎ’ｓ ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ”Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ，Ｗｅｉｎｈｅｉｍ，２００２に開示されている。
殺線虫剤
殺線虫剤は、植物寄生線形動物に対して有用な殺有害生物剤である。
本発明の実施形態において有用な殺線虫剤の限定されない例は、参照により各々の全ての内容が本明細書に含まれる、Ｄ．Ｊ．Ｃｈｉｔｗｏｏｄ，“Ｎｅｍａｔｉｃｉｄｅｓ，”ｉｎ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ａｇｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ（３），ｐｐ．１１０４−１１１５，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＮＹ，２００３；及びＳ．Ｒ．Ｇｏｗｅｎ，“Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｎｅｍａｔｏｄｅｓ：ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｓｉｄｅ−ｅｆｆｅｃｔｓ，”ｉｎ Ｐｌａｎｔ Ｎｅｍａｔｏｄｅ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｔｈｅ Ｎｅａｒ Ｅａｓｔ Ｒｅｇｉｏｎ（ＦＡＯ Ｐｌａｎｔ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｐａｐｅｒ−１４４），１９９２に開示されている。
除草剤
除草剤は、不要な植物に対して有用な殺有害生物剤である。
本発明の実施形態において有用な除草剤の限定されない例は、２，４−Ｄ、アミノピラリド、アトラジン、クロピラリド、ジカンバ、グルホシネートアンモニウム、フルアジホップ、フルロキシピル、イマザピル、イマザモックス、メトラクロール、ペンディメタリン、ピクロラム、及びトリクロピルを含む。
防カビ剤
防カビ剤は、真菌類及び／又は真菌の胞子に対して有用な殺有害生物剤である。
本発明の実施形態において有用な防カビ剤の限定されない例は、参照により各々の全ての内容が本明細書に含まれる、Ｐｅｓｔｉｃｉｄｅ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅ ｅｄｉｔｅｄ ｂｙ Ｇ．Ｔ Ｂｒｏｏｋｓ ａｎｄ Ｔ．Ｒ Ｒｏｂｅｒｔｓ．１９９９．Ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｒｏｙａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ；Ｍｅｔｃａｌｆｅ，Ｒ．Ｊ．ｅｔ ａｌ．（２０００） Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｄｏｓｅ ａｎｄ ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ＤＭＩ（ｓｔｅｒｏｌ ｄｅｍｅｔｈｙｌａｔｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ） ｆｕｎｇｉｃｉｄｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｎ ｉｎｏｃｕｌａｔｅｄ ｆｉｅｌｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｐｌａｎｔ Ｐａｔｈｏｌｏｇｙ４９：５４６−５５７；及びＳｉｅｒｏｔｚｋｉ，Ｈｅｌｇｅ（２０００）Ｍｏｄｅ ｏｆ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ ａｔ ｔｈｅ ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ ｂｃ１ ｅｎｚｙｍｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｏｆ Ｍｙｃｏｓｐｈａｅｒｅｌｌａ ｆｉｊｉｅｎｓｉｓ ｆｉｅｌｄ ｉｓｏｌａｔｅｓ Ｐｅｓｔ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ ５６：８３３−８４１に開示されている。
微量元素
本発明の実施形態において有用な微量元素の限定されない例は、鉄、マンガン、ホウ素、亜鉛、銅、モリブデン、塩素、ナトリウム、コバルト、ケイ素、及びセレン、ニッケルを含む。
ホルモン
植物ホルモンは、植物の生育過程に影響を与えるために用いられ得る。
本発明の実施形態において有用な植物ホルモンの限定されない例は、オーキシン（例えば、ヘテロオーキシン及びその誘導体、インドール酪酸並びにａ−ナフタレン酢酸など）、ジベレリン、及びサイトカイニンを含むが、これらに限定されない。
各個々の出版物又は参考文献は、参照によって含まれることが明確に及び個別に示唆されることに同じく、本明細書において言及した全ての出版物及び他の参考文献は、参照によりその全てが含まれる。本明細書に参照した出版物及び参考文献は、先行技術とは認められない。
本発明は、以下に示す実験の詳細の参照によってより理解されであろうが、個別の実験の詳細が以後の特許請求の範囲に規定された発明の例示的なものに過ぎないことを当業者であればたやすく理解するであろう。
実験の詳細
本発明のより完全な理解を助けるために、例が以下に提供される。以下の例は、本発明を製造及び実施する典型的な方法を示す。しかしながら、本発明の範囲は、それらの例において開示される特定の実施形態に限定されず、例は、説明の目的に過ぎない。
例１．外側領域
４つの特定基準を以下のように規定し、各条件を実験的に試験した：
・機械的抵抗性−土壌中の形態及び形状の維持
・膨張サイクル−土壌水分含量に対応する吸水及び脱水
・酸素透過性−根の活動に十分な酸素水準の維持
・根の入り込み−内部での根の生育を可能にすること。
機械的抵抗性は、ＳＡＰ及び砂質土で満たされた容器の全体に水を流すことによって試験した。初期及び終了時の重量及び寸法を記録した。単一要素を保持し、洗い流されず、幾つかの部分に分裂されなかったＳＡＰに合格点を許した。３つのグループのＳＡＰを合成し、試験した。
Figure 0006435279
各タイプのＳＡＰを多糖、架橋剤、充填剤、及び添加物の異なる混合物から調製した。さらに、平衡膨張（ＥＳ）を以下の式により算出するために、試料をオーブンで乾燥し、蒸留水に浸した：。
Figure 0006435279
表１は、機械的抵抗性試験の知見をまとめている。
Figure 0006435279
１）多糖：
１６ｇｒのアルギン酸ナトリウムを、スターラー装置（１０００ＲＰＭ）を用いて５０℃の８００ｍＬの蒸留水に溶解した。その後、アルギン酸塩溶液から２０ｇｒを５０ｍＬビーカーに加えた後、１０ｇｒの０．１ＭのＣａＣｌ２溶液をビーカーに加えた（ＣａＣｌ２は架橋剤として用いた）。ビーズを溶液に加え、１２時間放置した。
２）ＣＭＣ−ｇ−ポリ（アクリル酸）／セライト
異なる量のＣＭＣ（カルボキシメチルセルロースナトリウム塩）（０．５ｇ〜２ｇ）を２５ｍＬの蒸留水に溶解し、磁気スターラーを備えた１００ｍＬビーカーに入れた。ビーカーはあらかじめ８０℃に設定した温度制御水浴に入れた。ＣＭＣが完全に溶解した後、種々の量のセライト粉末（５ｍＬの水中の０．３ｇ〜０．６ｇ）を（もしあれば）溶液に加え、１０分間撹拌した。その後、特定の量のＡＡ（アクリル酸）（２ｍＬ〜３ｍＬ）及びＭＢＡ（Ｎ−Ｎメチレンビスアクリルアミド）（５ｍＬの水中で０．０２５ｇ〜０．１ｇ）を反応混合物に加え、５分間撹拌した後、開始溶液（５ｍＬの水中の０．０７ｇＡＰＳ（過硫酸アンモニウム））を混合物に加え、重合が完了するまで、混合物をあらかじめ８５℃に設定した温度制御水浴に４０分設置した。アクリルの群を中和（０％〜１００％）するために、適切な量のＮａＯＨ（５ｍＬの水中の０ｇｒ〜１ｇｒ）を加えた。得られたゲルを、過剰な非溶媒のエタノール（８０ｍＬ）に浸し、１時間放置した。
３）ｋ−カラギーナン（ｋＣ）架橋ポリ（アクリル酸）
０．５ｇｒ〜１ｇｒのｋＣ（ｋ−カラギーナン）を２５ｍＬの蒸留水に溶解し、磁気スターラーを備えた１００ｍＬのビーカー内で、激しく撹拌した。フラスコを８０℃の温度制御水浴に入れた。ｋＣが完全に溶解し均質な溶液となった後、所定の量のＡＡ（アクリル酸）及びＭＢＡ（Ｎ−Ｎメチレンビスアクリルアミド）を反応混合物に同時に加えた。その後に、溶液を撹拌し、２分間窒素パージし溶存酸素を取り除いた後、反応フラスコに、継続的に撹拌しながら一定の量のＡＰＳ（過硫酸アンモニウム）溶液を一部ずつ加えフリーラジカルを発生させた。反応は、重合が完了するまで１時間この温度で維持された。
４）完全合成系（ＡＡｍの試料）
ＡＡｍ（アクリルアミド）（１０ｇ）を、磁気スターラーを備えた５０ｍＬビーカー内で室温で５０ｍＬの蒸留水と混合した後、ＭＢＡ（Ｎ−Ｎメチレンビスアクリルアミド）（０．００８ｇｒ）を混合物に加え、１０分間撹拌した。その後に、開始溶液（０．０７ｇＳＰＳ（過硫酸ナトリウム））を加えた。混合物を５ｍＬの型に入れ（各殻に溶液を４ｇｒずつ）、通常の炉（８５℃）に２０分間入れた。生成物を一晩エタノールで洗浄し、重合した殻を得た。
デンプン系−非生育培地の試料
１）修飾デンプン架橋ポリ（アクリル酸）
１ｇｒ〜２．５ｇｒのコーンスターチを、１００ｍＬビーカーにおいて室温で２０ｍＬの脱イオン水に溶解した。この混合物を均一な混合物ができるまで撹拌した。２ｇｒ〜３ｇｒのＡＡ（アクリル酸）を冷却した混合物に加え、得られた混合物を５分間撹拌した。次に、１ｇｒ〜３ｇｒのＡＡｍ（アクリルアミド）を混合物に加え、得られた混合物を５分間撹拌した後、５ｍＬの蒸留水に溶解した０．００５ｇｒ〜０．０１ｇｒのＭＢＡ（Ｎ−Ｎメチレンビスアクリルアミド）を混合物に加え、得られた混合物を５分間撹拌した。最後に、０．００５ｇｒのＡＰＳ（過硫酸アンモニウム）を０．５ｍＬの蒸留水に溶解し；混合物に加え、得られた混合物を８０℃まで加熱しながら撹拌した。混合物をその温度で維持し、約１５分間撹拌した。得られた粘稠塊は酸性であったので、混合物を４５％水酸化カリウム（ＫＯＨ）での滴定によって室温で中和した。滴定は、ｐＨが７．０に達するまで続け、要した４５％ＫＯＨの添加量は約０．２ｇｒ〜１６ｇであった。
２）ＣＭＣ−ＡＡ系と同様のプロセス
（ＣＭＣをコーンスターチに交換）：
１ｇｒのコーンスターチを２５ｍＬの蒸留水に溶解し、磁気スターラーを備えた１００ｍＬビーカーに加えた。ビーカーをあらかじめ８０℃に設定した温度制御水浴に入れた後、２ｍＬのＡＡ（アクリル酸）及びＭＢＡ（Ｎ−Ｎメチレンビスアクリルアミド）（５ｍＬの水中の０．０１５ｇ）を反応混合物に加え、５分間撹拌した。その後、開始溶液（５ｍＬの水中の０．０７ｇＡＰＳ（過硫酸アンモニウム））を混合物に加え、混合物をあらかじめ８５℃に設定した温度制御水浴に４０分設置し、重合を完了させた。アクリルの群を中和するために、ＮａＯＨ（５ｍＬの水中の０．５ｇｒ）を加えた。得られたゲルを、過剰な非溶媒のエタノール（８０ｍＬ）に浸し、１時間放置した。
水及び２つのタイプの土壌中における、選択された配合物の膨張サイクルを試験した。ＳＡＰの比較的短い時間で水を吸収する能力は、そのライフサイクルを通して土壌中でその機能性を維持するために重要な物理的特性である。下記のグラフに、水中における異なるＳＡＰの吸水−脱水サイクルに基づく膨潤挙動を示した。調査したＳＡＰのＥＳは３サイクルの間一定であり、良好な機械的特性があることを意味している。
作物及び植物の典型的な給水サイクルである期間にわたって給水した後に、砂質の珪素土壌における幾つかのＳＡＰの水分含量を測定した。種々のＳＡＰは、最初の２４時間で土壌から水を得て、その後の１２５時間にわたり遅く減少／増加した。ＳＡＰが空気乾燥したレス土壌に搬入された場合、開始時は急速に脱水したが、土壌への給水はその過程を逆転させ、水が土壌から吸収され、回復率は９９及び５５であった。これらの結果によって、ＳＡＰの全てのグループが給水サイクルにわたって砂質土中で水分を維持できること、及びＣＭＣを基礎としたＳＡＰは土壌中の非常に乾燥した条件からも完全に回復することが示唆された。
ＳＡＰの酸素透過性は、ＳＡＰを介して酸素飽和水に曝された、水中の溶存酸素を測定することによって調査した。溶存酸素の水準の変更は、水槽の、センサーと反対側の位置に窒素又は酸素ガスを吹き込むことによって行った。アルギン酸塩又はＣＭＣから作られたＳＡＰは、ｋ−カラギーナンのＳＡＰよりも１桁高い酸素透過性を示した（図４）。
溶存酸素試験
酸素電極を、１００ｍＬビーカー内の膨張する前のハイドロゲルの中に設置した。ハイドロゲル内の溶存酸素は、Ｎ２の吹き込み又はＯ２の吹き込み（毎分〜０．５リットル）を行う間、時間を追って測定した。
Ｏ２の測定は、ＬｕｔｒｏｎＷＡ２０１７ＳＤアナライザーによって、０ｍｇ／Ｌ〜２０ｍｇ／Ｌの溶存酸素プローブを用いて、０℃〜５０℃で行われた。溶存酸素システムを図１３に示した。
根の入り込みは、人工環境を囲む有機土壌で満たされたポットで種々の農作物を生育させた一連の実験から、視覚的に評価した。表２は、図１０−１〜１０−２に示した観察をまとめている。
Figure 0006435279
例２．内側領域
３つの機構を開発し、ｉ）成長期を通した内側領域からの農業用化学物質の放出率、及びｉｉ）あらかじめ設定したライフサイクルの終了時に成分が残存していないことを基準として扱って、評価した。３つの全てが、拡散を遅くするための基本的な機構としての高密度ポリマー中への成分の統合に基づいており、それは拡散率をさらに減少させるであろう２つ目の機構と関連している：
１）シリコンコーティングを有する高度架橋ポリマー（ｘＬＰ−Ｓｉ）；
２）充填剤を含む高度架橋ポリアクリル／多糖（ｘＬＰ−Ｆ）；及び
３）ハイブリッドシステム（ＳｉＣＬＰ−）。
１つ目の機構は、ポリマーの表面に、シリカ水に由来するシリカが沈殿することに基づく（図４）。
２つ目の機構は、ベントナイトから作られ、ポリマーに統合され、その拡散特性を著しく減少させる充填剤に基づく（図６）。
３つ目の機構は、その拡散係数を変更するためにポリマーを合成しながらシリカとアクリルを混合することである（図７）。
各機構による拡散特性の減少を実験的に試験した。内側領域を遊離水水槽の中に配置し、そこにおける特定の成分（窒素又はリン）の濃度を経時的に測定した。
シリカの被覆を有する（青）及び有しない（赤）コーンスターチ内側領域からの硝酸塩の放出を図７に示した。最初の２４時間において、硝酸塩の拡散の減少が測定された。
代わりにシリカを混合した機構においても同様に、窒素及びリンを数週間の規模において放出が引き起こされた。
例３．圃場実験区に施用されたハイドロゲルの安定性、寸法、及び機械的抵抗性
目的
本例の目的は、圃場実験区中の異なるタイプ及びサイズのハイドロゲルの、土壌中における持続可能性、吸水寸法、及び機械的抵抗性を調査することである。さらに、それらのタイプハイドロゲルへの根の入り込みも調査した。
ハイドロゲル
ハイドロゲルのタイプとサイズは、下記の表３に記載した：。
Figure 0006435279
完全合成ハイドロゲルは、例１に記載の完全合成ハイドロゲルの組成を有する。
半合成ＣＭＣ６％ＡＡｍハイドロゲルは、アクリル酸単量体（アクリルアミド−アクリル）に対して６％のＣＭＣを含み、以下のプロセスによって製造した。０．２５ｇのＡＡを、磁気スターラーを備えた５０ｍＬビーカーで４．５ｍＬの蒸留水と室温で混合した後、０．１ｇのＮａＯＨ、０．０１ｇのＭＢＡ、０．７５ｇのＡＡｍ、及び１．５ｇｒのＣＭＣ溶液（３．８％ｗ／ｗ）を混合物に加え、１０分間撹拌した後、０．１ｇのＳＰＳを含む開始溶液を加えた。混合物を５ｍＬの型に入れ（各殻に溶液を４ｇｒずつ）、８５℃の通常の炉に２０分間入れた。生成物を８０ｍＬのエタノールで一晩洗浄し、重合した殻を得た。
半合成ＣＭＣ６％ＡＡハイドロゲルは、アクリル酸に対して６％のＣＭＣを含み、以下のプロセスによって製造した。１ｇのＡＡを、磁気スターラーを備えた５０ｍＬビーカーで４．５ｍＬの蒸留水と室温で混合した後、０．４ｇのＮａＯＨ、０．０１ｇのＭＢＡ、及び１．５ｇｒのＣＭＣ溶液（３．８％ｗ／ｗ）を反応混合物に加え、１０分間撹拌した後、０．１ｇのＳＰＳを加えた。混合物を５ｍＬの型に加え（各殻に溶液を４ｇｒずつ）、型を８５℃の通常の炉に２０分間入れた。生成物を８０ｍＬのエタノールで一晩洗浄し、重合した殻を得た。
半合成ＣＭＣ２５％ＡＡハイドロゲルは、アクリル酸に対して２５％のＣＭＣを含み、以下のプロセスによって製造した。２ｇのＡＡを、磁気スターラーを備えた５０ｍＬビーカーで１２．５ｇのＣＭＣ溶液（３．８％ｗ／ｗ）と室温で混合した後、０．０１ｇのＭＢＡを混合物に加え、１０分間撹拌した後、０．１ｇのＳＰＳを含む開始溶液を加えた。混合物を５ｍＬの型に入れ（各殻に溶液を４ｇｒずつ）、型を８５℃の通常の炉に２０分間入れた。その後、ＮａＯＨ（０．７２８モル比又は５０ｍＬの水中に０．８ｇｒ）を重合生成物に加えた。生成物を８０ｍＬのエタノールで一晩洗浄し、重合した殻を得た。
半合成ＣＭＣ５０％ＡＡハイドロゲルは、アクリル酸に対して５０％のＣＭＣを含み、以下のプロセスによって製造した。１．５ｇのＣＭＣを３５ｍＬの蒸留水に溶解し、磁気スターラーを備えた１００ｍＬビーカーに入れた。ビーカーを、あらかじめ８５℃に設定した温度制御水浴に入れた。ＣＭＣが完全に溶解した後、ビーカーを磁気スターラーに設置し、室温で〜０．５ＬＰＭの流量でＮ２を吹き込んだ後、反応混合物に３ｇのＡＡ及び０．０３ｇのＭＢＡを加え、２０分間撹拌し、温度を３５度まで下げた。その後、１ｍＬの水中に０．０３ｇの開始剤のＳＰＳを加えた。混合物を５ｍＬの型に入れ（各殻に溶液を４ｇｒずつ）、８５℃の炉に２０分間入れた。その後、ＮａＯＨ（０．７２８モル比又は５０ｍＬの水中に０．８ｇｒ）を重合生成物に加えた。生成物を８０ｍＬのエタノールで一晩洗浄し、重合した殻を得た。
多糖アルギン酸塩ハイドロゲルは、例１に記載した多糖ハイドロゲルの組成を有する。
実験の設定
実験は、Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ａｒａｖａ Ｒ＆Ｄ ｓｔａｔｉｏｎで行われた。４つの苗床×１５ｍ長に分けた、１２５平方メートルの圃場実験区を、６つのタイプ及び３つのサイズのハイドロゲルにおける、３つの施用方法を試験するために用いた。根の入り込みは実験区Ｄにおいて調査した。
実験の構成は、図１４に示した。
実験区Ａ〜Ｃにおける３つの施用条件は：
ｉ）緩い土壌における均一な施用−野菜農作物に適した通常の苗床の再現
ｉｉ）圧縮された土壌における均一な施用−野菜農作物に適した通常の圧縮された苗床の再現
ｉｉｉ）畝における施用−列状に作る農作物の圃場における畝の再現である。
各ハイドロゲル（実験区Ａ〜Ｃ）からなる２７個のユニットをそれぞれ施用するのに、１平方メートル又は１メートルの小実験区（５０ｃｍ間隔）を用いた。ユニットを、土壌表面に均一に分配し、上部１５ｃｍの土壌の断面に入れ込んだ。同様に、深さ２０ｃｍの畝を掘り、２７個のユニットを１メートルに沿わせて配置した。定置式スプリンクラーセットを用いて、肥料を含まない施水を行った（１ｍ３＝８ｍｍ）。
根の入り込み実験区（実験区Ｄ）は、１５ｍの長い苗床からなり、各タイプ由来の２５個のハイドロゲルを、それぞれ深さ２０ｃｍの１ｍの１つの畝に沿って施用した。トウモロコシを同日に、ハイドロゲルの上に撒き、定置式スプリンクラーセットを用いて肥料を含まない灌水を行い、発芽後、イジット（Ｉｄｉｔ）液体肥料（１００ｍｇ／Ｌ Ｎ）を含む滴下線（２５ｃｍ間隔、２Ｌ／ｈ）に切り替えた。灌水は、３１日目に停止し、土壌を掘り返す１日前に再び開栓した。外観の寸法測定値及び根の入り込みの量の情報を５０日目にまとめた。
測定は、３つのユニットの個々の重量、寸法及び張力を含む。実験区Ａ〜Ｃへの施水及び、測定のタイミングは、下記の表４に示した。
Figure 0006435279
実験中の天気は、快晴であり、降水はなかった。実験期間中の、深さ５ｃｍの最高及び最低土壌温度は、図１５に示した。ハイドロゲルは、夜間における１０℃から正午前後の４０℃までの範囲の温度に晒された。
実験区Ａ〜Ｃにおける結果
各ハイドロゲルのタイプ及びサイズにおける重量の変化対時間を図１６に示した。灌水（縦のバー）によって種々の土壌水分が得られた。湿潤期は、４つの連続した灌水を含むが（〜１２日目）、その間、ほとんどのハイドロゲルが、土壌水分を吸収することによって重量が増えた。土壌の水分は、非常に湿潤の状態から少し乾燥した状態まで変動したが、多糖アルギン酸塩は、実験の間重量が減少した唯一のタイプであった。中及び大きいハイドロゲルが、その重量（吸収した土壌水分量と同等）を５倍〜１１倍に増大させた一方で、小さいハイドロゲルは、１８倍に増大した。乾燥器の１６日間、ハイドロゲルは、乾燥した土壌へと（それら自体の重量の）２倍〜４倍に重量を減少させた。ＣＭＣの割合と吸水量に相関関係は見いだされなかった。これは、地面の状態が化学組成物よりも重要であることを意味している。
ハイドロゲルの体積及び形状に由来する最終的な表面積は、図１７に示した。開始時の面積は、中サイズが２５ｃｍ２〜３０ｃｍ２の間、大サイズが３５ｃｍ２、及び小サイズが１０ｃｍ２に及んでいた。ほとんどの中サイズのハイドロゲルにおいて、３５ｃｍ２までのわずかな増大があったが、アルギン酸塩は顕著に減少し、半合成ＣＭＣ５０％ＡＡ（５番）は、６０ｃｍ２まで劇的に増加した。２つの大サイズのものは５０ｃｍ２以上に増大した。ハイドロゲルユニットの表面積対時間は、図１８に示した。
表面積の体積間に対する割合は、ほとんどのハイドロゲルで２．５〜３の値で一定であった。多糖アルギン酸及び両方の小サイズハイドロゲルは、それらの比較的小さい寸法に起因して、割合は高かった。ハイドロゲルの表面積の体積間に対する割合は、図１９に示した。
化学物質（ハイドロゲルの内部に位置する）及び隣り合った土壌の間の距離が、土壌に対する拡散率を決定する。最小距離は、ハイドロゲルの形状の最小の縁を表す。さらに、同じ値が、根の生育が可能な領域を示す。開始時の最小距離は、１ｃｍ〜２ｃｍに及び、終了時の値は１．５ｃｍ〜２．５ｃｍまで増加した。これは、化学物質が、土に達する前に１ｃｍ〜２ｃｍ拡散することが必要であることを示している。多糖アルギン酸塩は、時間をかけて縮小し、幅０．５ｃｍに達した。小サイズのハイドロゲルは、追跡が困難であったが、０．７５ｃｍまで収縮した。ハイドロゲルの最終的な最小距離を図２０に示した。図２１は、ハイドロゲルユニットの最小距離対時間を示す。
剛性は、根が培地に入り込む可能性及び水が吸収される可能性に関係する重要なパラメータである。剛性の測定は、硬度測定器及び金属の円盤を用いてなされた。図２２及び２３に示される値は、相対値で、ハイドロゲルの表面上で円盤を押すのに必要な力を表している。中及び大サイズ間における違いは見いだされなかった。多糖アルギン酸は、比較的柔軟な完全合成のものと比べて、実験を通して一貫して非常に剛性があった。ＣＭＣ含量と剛性の水準の間には負の相関が観察された。
実験終了時の各ハイドロゲルの写真を図２４−１〜図２４−２に示す。完全合成、半合成ＣＭＣ６％ＡＡｍ、半合成ＣＭＣ２５％ＡＡは、元来の箱型の形態を維持した。同様に、半合成ＣＭＣ６％ＡＡｍ−大、半合成ＣＭＣ５０％ＡＡ−大、及び半合成ＣＭＣ６％ＡＡｍ−小は、円柱形状を維持した。半合成ＣＭＣ６％ＡＡからなる幾つかのハイドロゲルは、小さい破片に分解した。半合成ＣＭＣ５０％ＡＡは、その元来の箱型形状を失い、不定形状に変化した。多糖アルギン酸は、平らな円盤型に変化した。
実験区Ｄにおける結果
第６、９及び１０番のハイドロゲルは、実験終了時の根域で発見することができなかった。実験終了時の各タイプのハイドロゲルの写真を図２５−１〜図２５−３に示した。左側の写真は、現場のハイドロゲルを示し、右側は根がそれに入り込んでいる幾つかの試料を示した。完全合成、半合成ＣＭＣ６％ＡＡｍ、及び半合成ＣＭＣ２５％ＡＡは、元来の箱型の形態を維持した。同様に、半合成ＣＭＣ６％ＡＡｍ−大及び半合成ＣＭＣ５０％ＡＡ―大はそれらの円柱形状を維持した。半合成ＣＭＣ６％ＡＡからなる幾つかのハイドロゲルは、小さい破片に分解した。半合成ＣＭＣ５０％ＡＡは、その元来の箱型形状を失い、不定形状に変化した。全てのタイプのハイドロゲルが、裸地圃場において測定された最大の体積に対して縮小した。根は、全てのタイプのハイドロゲルに入り込んだ。完全合成、半合成ＣＭＣ２５％ＡＡ、及び半合成ＣＭＣ５０％ＡＡのハイドロゲルには粗根が入り込んだ一方で、半合成ＣＭＣ６％ＡＡｍ、半合成ＣＭＣ６％ＡＡ、及び半合成ＣＭＣ６％ＡＡｍ−大においては、細根のみが観察された。
要約
６つのタイプ及び３つのサイズのハイドロゲルを、湿潤及び乾燥期の間、圃場実験区において試験した。それらのほとんどが、最初の期間で、土壌水分量に応じて水を吸収し（それらの最初の重量の１０倍まで）、２番目の期間で水を放出した。終了時の表面積は、３０ｃｍ２〜５０ｃｍ２であった。中及び大きいハイドロゲルの最小距離１．５ｃｍ〜２．５ｃｍであり、根の入り込みに十分な体積であった。小さいハイドロゲルの拡大は１ｃｍ未満の範囲であり、それはハイドロゲルの中に包含され得る化学物質の量を制限しうる。剛性が評価され、ハイドロゲルのタイプ間における重大な違いが見いだされた。ほとんどのタイプがその元来の３Ｄ形状を維持した一方で、幾つかは分解、又は形状変化した。
６つのタイプ及び３つのサイズのハイドロゲルの、根の入り込みに対する評価を圃場実験区において行った。ほとんどのタイプが、それらの元来の３Ｄ形状を維持したが、幾つかは分解するか、形状が変化するか、又は流失した。全てのハイドロゲル内へ根が入り込んだが、幾つかのタイプは、他が細根及び粗根を含有した一方で、細根のみを含有した。異なるサイズのハイドロゲルにおいて、根の入り込み及び発達の量を観察し、根の入り込みと発達には、最低限の体積のハイドロゲが必要であることが示唆された。
例４．異なるタイプの土壌における、肥料を備えたハイドロゲルの性能
例３は、湿潤及び乾燥のサイクル下で、ハイドロゲルの圃場土壌で維持される能力を実証した。さらに、根は、化学物質を根に直接送達するための潜在的用途が示唆されるハイドロゲルへ入り込んだ。現在の、植物の根に肥料を送達するための実践のほとんどが、非常にばらつきのある栽培床（物理的、化学的、及び生物学的に）である土壌への肥料の施用を含む。そのような実践は低い肥料吸収効率をもたらす。
目的
基本的な目的は、肥料を備えたハイドロゲル（肥料ユニット）の、成長期を通した植物の吸収要求量を供給する効率を調査することである。２つ目の目的は、ミネラルの吸収において重要である、細根のハイドロゲル内部での発達を試験することである。
肥料ユニット
例４の肥料ユニットの組成は、表５に示すとおりである：。
Figure 0006435279
実験の設定
実験は、Ｓｏｕｔｈ Ａｒａｖａ Ｒ＆Ｄ ｓｔａｔｉｏｎで行われた。２３個の回転計量ライシメーター（図２６）を、肥料ユニット対施肥（施肥）及び持続放出性肥料（ＳＲ、オスモコート（登録商標）スタート ６週間、Ｅｖｅｒｒｉｓ社）の試験において用いた。このシステムは、灌水及び排水、並びに植物の吸水の量及び質の正確な測定を可能にした。０．６２５ｇの持続放出性肥料（Ｎ：Ｐ：Ｋの重量比が１２：４．８：１４．１＋微量元素である）を含む肥料ユニットは、３種の深さ：３０、２０及び１０ｃｍに均一に分配した（図２７）。施用の間、各ユニットの総重量は６ｇ〜７ｇであった。
ヒマワリをモデル植物として用いた。各ライシメーターにおいて２個体のヒマワリを生育した。ライシメーターに毎日（粘土質土壌−１週間に２回）、測定された実質蒸発散量（ＥＴ）の平均値が２００％となるように灌水した。浸出しやすい因子は、渇水及び塩分効果が最小限となるように設定された。
実験を３つの段階に分けた：
第１段階：持続放出性肥料の施用と肥料ユニットとの比較。
第２段階：水及び肥料の植物の発達における作用の区別。
第３段階：異なる土壌のタイプにおける肥料ユニットの性能の評価。
実験の設定を表６に示す：。
Figure 0006435279
第１段階
ヒマワリは、０日目に播種され、３３日目に収穫された。砂丘砂は、その突出した特徴のない性質のために選択されたが、低い重炭酸塩含量のために粘土ミネラル及び沈殿物の吸収を最低限にする。各処理における植物１個体に対するＮ、Ｐ及びＫの施用量を、図２８に示した。植物の草高、葉数、土壌作物生育診断（ＳＰＡＤ）値、及び排水におけるＮＰＫを成長期の間の幾つかの時点で記録した。最終的な収量の定量化は、植物全体の乾燥重量、及びＮＰＫ含有量を含む。収穫の後、肥料ユニットを掘り出し、ＮＰＫ含量を定量した。
第２段階
ヒマワリは、０日目に播種され、３６日目に収穫された。各処理における植物１個体に対するＮ、Ｐ及びＫの施用量は、図２８に示された値の半量であった。植物の草高、葉数、ＳＰＡＤ値を、成長期の幾つかの時点で記録した。最終的な収量は、湿潤バイオマスとして評価した。
結果
第１段階
成長期を通した、植物の草高、葉数、及びＳＰＡＤ値として表されたそのＮ含量を図２９−１〜図２９−２に示した。
肥料ユニット及びＳＲの間の草高及び葉数における差は成長期の初めから始まり、終了時まで続いた（図３５−１〜図３５−５参照）。ＳＰＡＤ値は、主要施肥期間（ＤＡＰ２０〜４５）の間、より高かった。肥料ユニットの処理における成長期の終了時に測定されたより低いＳＰＡＤ値は、早熟に起因するものであり、栄養素は葉から種子に移動していた。
植物の乾物重量、絶対ＮＰＫ吸収量、及びその効率を、図３０に示した。肥料ユニットは、持続放出性肥料に対してより多大な植物体及びＮＰＫ吸収をもたらした。肥料ユニット処理において、全量の施肥はより高い草高及び吸収量をもたらしたが、効率は同等であった。肥料ユニットの最大の肥料利用効率は、新しい技術の、現在の最良の実践を超える有益な点を実証した。
肥料ユニットにおけるＮＰＫの相対残分を図３１に示した。６％未満のより低い値は、ほとんどの肥料が植物によって吸収された、または土壌に放出されたことを示唆している。
第２段階
第１段階で用いた砂丘砂は、低い水分保持容量及び高い透水係数を有し、そのことは、毎日の灌水は、植物の日中の水の利用性を最適化できない可能性があることを意味している。ハイドロゲルの殻は、灌水の間水を吸収し、それを後の乾燥期に放出することによって水の利用性を改善する潜在能力を有する。そのため、第１段階で見いだされた有意な違いは、２つの要因、すなわち肥料及び水の利用性と関連している可能性がある。それゆえ、肥料ユニットと根域に搬入された空のユニット及び施肥（空のユニット＋施肥）との間の比較を第２段階において行った。
成長期を通した植物の草高、葉数、ＳＰＡＤ値、及び、各処理における湿潤バイオマスを図３２に示した。全てのパラメータおいて、肥料ユニットに晒された植物は、空のユニット＋施肥におけるよりも有益な効果を得て（図３５−１〜図３５−５参照）、水の利用性は実験的な条件下において、施肥に対して大した役割をはたしていないことを示唆している。肥料ユニットにより施肥された植物は、より早い成長を示し、バイオマスの生産を促進した。
第３段階
本発明が克服する土壌中における主な課題は：
・イオンの浸出、吸収及び沈殿の減少。
・変化しやすい湿潤条件における高い拡散率の維持。
・根の成長抵抗性の減少。
・生物学的活性の持続。
・水分保持容量の改善。
それらの課題は、土壌を生育培地に替えることによって克服し得、それは植物の生育にとって最適な条件を提供すると考えられる。この仮説は、肥料ユニット、ＳＲ及び施肥による施肥方法を比較することによって試験された。重粘土質土壌における肥料ユニットの性能を第３段階において試験した。
成長期を通した植物の草高、葉数、ＳＰＡＤ値、及び各処理における湿潤バイオマスを図３３に示した。処理間で有意な差は測定されず（図３５−１〜図３５−５参照）、生育培地は、肥料ユニットと同様の特性を作り出すことが示された。
成長期を通した植物の草高、葉数、ＳＰＡＤ値、及び各処理における湿潤バイオマスを図３４に示した。例４の視覚的な結果は図３５−１〜図３５−５に示した。肥料ユニットはＳＲと比べて植物の生育を改善し（図３５−１〜図３５−５参照）、肥料ユニットは種々のタイプの土壌において有益であることが実証された。
要約
本調査は、種々の土における成長期を通した植物への栄養素の送達における肥料ユニットの性能が実証された。さらに、肥料ユニットは、植物の成長及び最終的な収量を増加させた。現在の実践を超えた高い肥料利用効率は種々の理由による：
・肥料源に隣り合った活性根の大規模な成長（図３５−１〜図３５−５参照）。
・肥料ユニットを通した質量流量の欠如に起因する、肥料ユニットからの制限された浸出。
・安定した高い水分水準（土壌と異なる）に起因する、乾燥土壌における肥料ユニット内部での高い拡散率の維持。
この実験において肥料の拡散率が温度依存であることから、土壌中の過度に高い温度（平均最高土壌温度が４５．３℃）は拡散率を上昇させ、そのため、吸収効率値は相対的に低くなる（図３０）。
根は、空のユニットには入り込まず、これは、ハイドロゲル内の肥料の欠如及び、植物が吸収する水分が十分であったことによると考えられる。
図３０に示される吸収効率は、植物によって吸収される量に対する与えられた肥料の量の割合を示している。肥料ユニットにおいて観察された、従来のＳＲ肥料と比べてより高い吸収効率は（図３０）、肥料が肥料ユニットを用いて施用されたときに起こる、地下水への肥料の浸出がより少ないことを示している。
例５．ヒマワリとキャベツにおける、肥料ユニットと持続放出性肥料及び施肥との比較。
目的
目的は、圃場条件下における成長期を通して植物に栄養要求を提供する方法をとしてのＳＲ肥料を有するハイドロゲル（肥料ユニット）の効果を調査することである。
実験の設定
実験は、イスラエルのガリラヤ西部（Ｎ３３、Ｅ５５）に位置する圃場実験区にて行われた。この場所は、重沖積土壌に分類され、粘土ミネラルが豊富であり、高い陽イオン交換容量（≒５０ｍｅｑ／１００ｇ）、高いｐＨ（≒８）及び中程度の塩分濃度（飽和土壌ペーストのＥＣが０．５ｄＳ／ｍ）を誘導する。実験を通して、ほとんどが快晴である（平均直接放射線−６７０Ｗ／ｍ２）、乾燥した気候条件であった。試験の間の最高及び最低気温並びに土壌温度と、正午の相対湿度と、日長とを表７に示した。
Figure 0006435279
１５０平方メートルの実験区を、無作為に選択したブロックの配置に基づいた小実験区に分けた（図３６）。初めの土壌窒素（Ｎ）の低い水準を確かにするために、実験開始前に、圃場実験区において、アワを肥料を捕捉せずに３０日間生育した。肥料ユニットを、滴下施肥（施肥−尿素ベース）及び持続放出性肥料の施用（ＳＲ、オスモコート（登録商標）スタート６週間、Ｅｖｅｒｒｉｓ社）と比較した。全ての処理において同量の灌水及びＮを施用した。窒素施用率は文献における値に基づいており、キャベツは植物１個体あたり３．６ｇのＮを利用することが報告されており、ヒマワリは植物１個体あたり３ｇのＮを利用することが報告されている。係数を網羅した植物におけるＥＴ測定値及び文献における値に基づいて、植物に１週間に２回灌水した。ヒマワリの灌水は、収穫の２週間前まで続けた。農作物は、０日目に、１ヘクタールあたり植物体４００００固体の密度で植え付けた。キャベツは７０日目に収穫され、ヒマワリは８９日目に収穫された。
測定の計画（表８）は、成長期を通した植物発達のパラメータ及び最終収量分析を含む。データは、あらかじめ標識した植物であって、中央の条の６固体の植物（キャベツ）と、２週間後に同様の発達段階を示した６固体〜１０固体の植物（ヒマワリ）から収集された。
Figure 0006435279
施肥
重量６ｇ〜７ｇで１ｇのＳＲ（Ｎ：Ｐ：Ｋの重量比が１２：４．８：１４．１＋微量元素である）を含む肥料ユニットを２つの深さ：２５および１５ｃｍに均一に配置した。肥料ユニットの総施用量は、キャベツに対して１メートルに８０ユニット（８０グラム）、ヒマワリに対して１００であった。ＳＲは同等の割合及び深さに均等に配置された。キャベツの施肥灌漑処理は、植物のＮの要求量の文献値に基づいてあらかじめ設定された計画に従って、尿素−Ｎを灌水とともに毎週施用するように設定した。ヒマワリの施肥灌漑処理は、最初の２週間、植物のＮの総要求量が与えられるように、同様に実行された。
結果
図３７に、成長期を通した、ヒマワリの草高、キャベツの葉の直径、葉数、及びＳＰＡＤ値（ヒマワリのみ）の平均値及び標準偏差（肥料ユニットのみ）を示した。肥料ユニット、ＳＲ及び施肥処理間の、様々な段階における草高、直径、葉数及びＳＰＡＤ（表９参照）における差を測定し、終了まで継続した。改善されたパラメータによって、両方の農作物において、肥料ユニットの施用下における生育状況が改善されることが示唆された。
Figure 0006435279
葉の栄養素含量は、植え付けの５５日後に測定し、両方の農作物がその栄養成長を終了させていた。処理間で有意な差は見いだされなかった。肥料ユニット施用下の植物において、この成長段階で、従来の施肥方法に対して栄養素の不足は示されなかった（図３８）。
キャベツの収量の発達（図３９Ｂ）は、結球直径及びその重量（図３９Ａ）間の線形の比率から評価した。肥料ユニット施用の利点は、植え付け後６０〜７０日に最も顕著であった。
図４０に、肥料ユニット対従来の施肥方法における、キャベツバイオマスの最終収量分析及びＮ吸収量を示した。肥料ユニットと施肥灌漑処理との間の顕著な差が測定され、栄養素は、従来の施肥方法を用いた植物の吸水においてより利用されないことが示唆された。
ヒマワリの最終収量の分析では、従来の施肥方法に対して、肥料ユニットを施用する方法によって施肥された植物は、同等の穀物収量とＮ吸収量を示した（図４１）。有意な差は測定されなかったが、肥料ユニットに晒された植物は、従来の施用方法に晒された植物よりも多くＮを吸収した。
各実験区からの１０個の肥料ユニットにおけるＮＰＫの残分は、図４２に記載した。窒素残分は、２％未満であり、Ｐは８％未満であり、Ｋは２．５％以下であった。それらの値により、ほとんどの肥料が植物に吸収されたか、又は土壌中に拡散したことが示唆された。
各農作物の根域（土壌表面の上部３０ｃｍ）におけるＮの残分を図４３に示した。根域への窒素の蓄積は、ヒマワリで１０倍高く、キャベツで４倍高かった。
キャベツ及びヒマワリの根域の窒素の物質収支を算出した（図４４）。肥料ユニットは、従来の施肥技術を越えてより高いＮ吸収効率を示し、それは、肥料ユニット内部における肥料の植物の吸収への利用可能性が改善されたことを示唆している。
要約
本調査は、肥料ユニットの、通常の圃場条件下で、成長期を通して植物に栄養を送達する能力を実証した。さらに、肥料ユニットは、現在の実践と比べて植物の成長を促進し（キャベツ及びヒマワリで）、最終収量を増やした（特に、キャベツで）。現在の実践を越えたより高いＮ使用効率は、以下の理由に帰する：
１．肥料源に接した活性根の広範囲な成長（視覚的に測定された）
２．肥料ユニットを介した水の流失は少ないことに起因する、肥料ユニットからの浸出の限定
３．長期にわたる安定した高い湿潤水準に起因する、乾燥した土壌における肥料ユニット内の高い拡散−分散率の維持（土壌と異なる）。
例６．オスモコート（登録商標）６週間コアを有する、ＡＡ−ＡＡｍ−ＣＭＣハイドロゲルに基づく肥料ユニットの試験規模の生産
本例は、本発明の方法に有用な肥料ユニットの生産を開示する。
材料
アクリル酸（ＡＡ）（シグマアルドリッジ カタログ ＃１４７２３０）
アクリルアミド（ＡＡｍ）（アクロス カタログ ＃１６４８３００２５）
Ｎ−Ｎメチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡ）（シグマアルドリッチ カタログ ＃１４６０７２）
カルボキシメチルセルロースナトリウム塩ＭＷ＝９０Ｋ（ＣＭＣ）（シグマアルドリッジ カタログ ＃４１９２７３）
硫酸ナトリウム（ＳＰＳ）（シグマアルドリッジ カタログ ＃２１６２３２）
脱イオン水（ＤＩＷ）
オスモコート（登録商標）スタート１１−１１−１７＋２ＭｇＯ＋ＴＥ、Ｅｖｅｒｒｉｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂ．Ｖ．（Ｓｃｏｔｔ）
方法
８ｋｇの３．８％ｗ／ｗＣＭＣ保存溶液を、７．６９６ｇの９０℃ＤＩＷに３０４ｇのＣＭＣ粉末をゆっくりと加え、その後１２時間５０℃で撹拌することによって調製する。１２時間の撹拌の間に蒸発した分の水を戻すために、追加のＤＩＷを加える。
１２ｋｇのプレモノマー溶液を調製するにあたり、まず５９９０ｇのＤＩＷに３３６ｇのＡＡをゆっくりと加えることでＡＡ溶液を調製した後、３８４ｇの５０％（ｗ／ｗ）ＫＯＨ溶液を加え、溶液を１５分間３６℃で混合し、ｐＨ４．７とした後、１．００９ｇのＡＡｍ及び１０．０９ｇのＭＢＡをＡＡ溶液に加え、１５分間混合した後、４２３８ｇの３．８％ＣＭＣ保存溶液を溶液に加え、溶液を３０分間混合することで、プレモノマー溶液を得る。
開始剤を含む２Ｌのモノマー溶液を、２ｋｇのプレモノマー溶液に４．５ｇのＳＰＳを加え、２０分間混合することによって調製する。
肥料ユニットは、２回の重合工程によって調製する。第１の工程において、ボール様のハイドロケル構造を、４ｍＬのモノマー溶液をマルチチップ投薬装置を用いてビーズの型に加えることによって作る。その後、ビーズの型を円錐型の鋳型で覆い、８５℃の炉に６０分設置し、ボール様のハイドロゲル構造が形成される。その後、１ｇのオスモコート（登録商標）ビーズをボール様構造に加える。第２の重合工程において、追加の３．５ｍＬモノマー溶液を前記ビーズの型にマルチチップ投薬装置を用いて加える。ビーズの型を８５℃の炉に６０分間設置し、完成した肥料ユニットが形成される。
肥料ユニットを、ビーズの型から外し、エタノールで１０分間洗浄した後（５０個のビーズを１Ｌエタノール中で）、肥料ユニットを水で１０分間洗浄した（５０個のビーズを１Ｌエタノール中で）。その後、肥料ユニットを室温で、最終的な重量が３．５ｇ〜４ｇになるまで乾燥した。上記のプロセスを用いて製造されたビーズを図４６に示した。
上記のプロセスを用いて製造したビーズは、２００ｍＬのＤＩＷ中に２４時間設置した場合、９０ｇ〜１００ｇに膨張し、２００ｍＬの塩水（重量で０．４５％のＮａＣｌ）中に２４時間設置した場合、３５ｇ〜５０ｇに膨張する。図４７は、上記のプロセスによって製造した、完全に乾燥した肥料ユニットと比較した、完全に膨張した肥料ユニットを示す。
例７．低い周囲温度の生育条件下における肥料ユニットの性能
目的
目的は、肥料ユニットの、低い周囲温度下における植物の生存率を改善する能力を決定づけることである。
実験の設定
例６に記載したものと類似した肥料ユニットを、砂質土及び粘土質土壌で満たされた８０Ｌポットの１０及び２０ｃｍの深さに加えた。キュウリ植物体を、ネットハウス内で６３日間ポットにおいて生育した。コントロールの植物体は、肥料を肥料ユニットとしてではなく、灌水と共に液体として供給する、同様の条件で生育した。
結果
表１０に示されるように、肥料ユニットの施用に起因する、改善された根域の熱容量が、低い周囲温度下における植物の生存率を改善することが実証された。
Figure 0006435279
例８．火山由来土壌及び熱帯気候における植物の肥料源としての肥料ユニット
圃場試験は、コスタリカのカルタゴ州において行われた（Ｎ９．８６２０３９、Ｗ８３．８９８６６５）。現地の土は、級化した土壌粒子分布の火山由来土壌であり（砂質土−５０％、シルト−２０％及び粘土質−３０％）、低いｐＨ（５．５）、低い塩水準（電子伝導率−０．１ｍＳ／ｃｍ）、低いＣＥＣ（１３．５ｍｅｑ／Ｌ）、及び高い有機物（３．１％）のアンディソルに分類される。気候は、例年高い降水量（１年に４００ｃｍ〜６００ｃｍ）、高い湿度及び安定した高い気温（２６℃〜１１℃）の熱帯として定義される。
代表的な葉菜農作物である、セロリ及びレタスの実生を０日目に植え替えた。前記農作物を例６に記載したタイプと同じ肥料ユニットか、又は固体の市販の肥料（Ｙａｒａｍｉａ（登録商標）Ｈｙｄｒｏｃｏｍｐｌｅｘ １２：１１：１８＋Ｍｇ＋微量元素）によって施肥した。
肥料ユニット及び固体の市販の肥料の量は、全ての植物が同等の量の窒素：セロリ及びレタスに対してそれぞれ１個体に対して２．５及び３ｇのＮを受容するように計算した。セロリ実験区において、２５ｃｍの深さに１メートルに対して３３個の肥料ユニットを、及び１５ｃｍの深さに１メートルに対して６６個の肥料ユニットを施用した。レタス実験区において、１５ｃｍの深さに１メートルに対して８３個の肥料ユニットを施用した。固体の市販の肥料は、植物を植え替えた後施用した。
４５日目に、各実験区の商品化収量を評価した。図４８は、セロリとレタスの合計の商品化収量を示している。データは、各処理のコントロールの中央地に対する収量の累積割合として表されている。肥料ユニットで施肥した植物は、固体の市販の肥料で施肥した植物と比べて顕著に大きくなった。
例９．肥料ユニットの微生物の試験
肥料ユニットの表面及び内部の微生物のコロニーの実験室解析を、微生物群の、土壌から肥料ユニットの表及び内側領域への移動を測定するために行った。
微生物活性は、尿素の無機化の制御及び生成物の生分解の促進において必要とされる。肥料ユニットは、例５及び７に記載した実験の根域から収集された。微生物のコロニーの数は、根が入り込み、中で発達した後の肥料ユニットの表面上及び内側領域内で測定した。コントロール群は、土壌及び植物の根に接触していない新しい肥料ユニットを含む。高い密度の微生物のコロニーが、両方の土壌のタイプ及び実験条件において表面及び内側領域で発見された。肥料ユニットにおける表面密度は、２．２×１０４から２．９×１０５ＣＦＵ／ｃｍ２までの範囲であった。肥料ユニットの内側領域での密度は３．５×１０６から１．３×１０８ＣＦＵ／０．１ｇまでの範囲であった。新しい肥料ユニット（コントロール）における内側領域での密度は１０ＣＦＵ／１ｇ未満であった。結果は、土壌から肥料ユニットの表面及び内側領域への微生物群の移動は、制限されないことを示した。
材料と方法
肥料ユニットの外側を流れる水道水で約１分間洗浄した後、滅菌水で洗浄した。各洗浄した試料を１００ｍＬの滅菌水を含む滅菌バッグに入れ、手で３分間振盪した。適切な希釈において浮上した液体の微生物の数を調査した。その後、肥料ユニット試料を、無菌的に切断し、約０．１ｇの内容物を取り出し、１０ｍＬの滅菌水の入ったチューブに入れ、微生物の抽出のためにボルテックスした。抽出物は、希釈し、微生物の数を調査した。微生物の数は、トリプチックソイブロスを用いた混釈平板法で、３０℃〜３５℃で２日間培養することによって測定された。培養の後、微生物のコロニーの数を数えた。
考察
高確率な農業用化学物質の非効率な利用は、根の分布、土壌の構造及び特性の空間的変動（すなわち、ミネラル及び有機物含量）、土壌条件の時間的変動（すなわち、温度、湿度、ｐＨ、空気混和及び塩濃度）、肥料及び農業用化学物質の植物要求量の時間的変化（すなわち、種、発達段階、根の形態）、及び成長期を通した気候変動（すなわち、降水、温度、湿度、日射及び風）が未知であることに起因する。
根による効率的な吸収に最適な条件が維持されている、土壌の無い栽培床は、温室における小規模な容器内で単独で実践される。この実践は、大規模な圃場における解決策として適切でない。
本発明の全体的な目的は、肥料及び他の農業用化学物質（すなわち、窒素、リン、ナカリウム、防カビ剤、殺虫剤など）を、土壌及び農作物のタイプ及び条件に関わらず、要求された量又はタイミングで、植物の根に直接供給することである。
市販の商品からの肥料の利用可能性及び吸収は、ｐＨ及び種々の陽イオンとの反応に起因して土によって劇的な影響を受ける。本発明は、人工環境の形成のために土壌タイプまたはｐＨによる影響を受けない、普遍的な添加物及び製剤に関する。
小さなＳＡＰビーズ（直径１ｃｍの高吸収性ポリマー）の添加における問題は、添加物の土壌中への高速な拡散である。現在用いられているＳＡＰビーズに対して、本発明の、植物の根に農業用化学物質を送達するためのユニットは、より大きなサイズを有し（幾つかの実施形態において、完全に吸水した体積は６００ｍＬを越える）、この問題を防ぐ。本発明の側面は、土壌に混入している塩によって特性が変化することも防ぐ。さらに、本明細書の構想は、固体の代替物としてのハイドロゲルを用いた他の技術に対して、圃場における人工環境の形成に基づいている。
本発明のユニットによって形成された人工環境は、ユニット内部における根の生育及び発達を助け、効率的な栄養素の吸収を向上及び促進する。そのため、本発明のユニットを用いて施肥された植物は、従来の方法によって施肥された農作物と比べて、より早く成長し及び／又はより多くの収穫物を生産する。本発明のユニットによって形成された人工環境は、例えば、根の成長の抵抗を最小限にし、栄養を提供し、湿度水準を保ち、及び低い周囲温度の影響から保護する根発達領域の提供によって、最適でない土壌条件からの影響を和らげる。
現在の技術及び実践を越えた、有益で比類のない本発明の側面は、限定されないが以下を含む：
普遍性−本発明の実施形態は、土壌、農作物及び気候の時間的、空間的変動に依存しない。
単純性−本発明の実施形態は、従来の設備を用いた単独の施用に関する。
経済性−本発明の実施形態は、農業従事者のために、労力及び投入する農業用化学物質（肥料及び他の農業用化学物質、並びエネルギー）の量を節約する。
持続可能性−本発明の実施形態は、農業用化学物質の浸出、排出及び揮散の結果としておこる汚染から、環境（水域及び大気）を保護する。
収量−本発明の実施形態は、植物の成長率及び収量を向上させる。
本発明は、異なる土壌のタイプにおける根の成長又は発達を援助又は促進する人工環境を提供する。根の成長及び発達は、湿度、酸素、栄養及び機械的抵抗性の関数である。本明細書のデータは、アルギン酸が根の発達に関して、顕著に良く機能することを示した。しかしながら、追加的な製剤（半合成ＣＭＣ並びに完全合成アクリル酸及びアクリルアミド）は、その上、根の伸長を示した。本発明の側面は、機械的抵抗性があり、及び酸素透過性である一方、水分及び栄養素を供給する人工環境に関する。本明細書に開示された本明細書のデータは、本発明のユニットの、植物の成長の促進をもたらす、成長期を通して植物へ水及び栄養素を送達する能力を実証した。本明細書に開示したデータは、さらに、本発明のユニットが、種々の土壌タイプ及び種々の気候条件において植物に栄養をうまく送達することに用いられ得ることを実証した。
参考文献
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以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
植物の根に農業用化学物質を送達するためのユニットであって：
ｉｉｉ）１つ以上の根発達領域、及び
ｉｖ）少なくとも１種の農業用化学物質を含有する１つ以上の農業用化学物質領域を含み、
前記農業用化学物質領域は、前記根発達領域が膨張したときに、前記少なくとも１種の農業用化学物質を、放出制御方式で根発達領域に放出するように処方されており、かつ
乾燥したユニットにおける前記根発達領域対前記農業用化学物質領域の重量比が、０．０５：１から０．３２：１までである前記ユニット。
［２］
前記ユニットが完全に膨張したとき、前記ユニットにおける前記根発達領域の総体積が、少なくとも０．２ｍＬである［１］に記載のユニット。
［３］
植物の根に農業用化学物質を送達するためのユニットであって、
ｉｉｉ）１つ以上の根発達領域、及び
ｉｖ）少なくとも１種の農業用化学物質を含有する１つ以上の農業用化学物質領域を含み、
前記農業用化学物質領域は、前記根発達領域が膨張したときに前記少なくとも１種の農業用化学物質を、放出制御方式で根発達領域に放出するように処方されており、かつ
前記ユニットが完全に膨張したとき、前記ユニットにおける前記根発達領域の総体積が、少なくとも０．２ｍＬである前記ユニット。
［４］
乾燥したユニットにおける前記根発達領域対前記農業用化学物質領域の重量比が、０．０５：１から０．３２：１までである［３］に記載のユニット。
［５］
乾燥したユニットにおける前記農業用化学物質領域対前記根発達領域の重量比が、０．０５：１、０．１：１、０．１５：１、０．２：１、０．２５：１、又は０．３：１である［１］〜［４］のいずれか１つに記載のユニット。
［６］
前記ユニットが完全に膨張したとき、前記ユニットにおける前記根発達領域の総体積が、少なくとも０．２ｍＬ、少なくとも０．５ｍＬ、少なくとも１ｍＬ、少なくとも２ｍＬ、少なくとも５ｍＬ、少なくとも１０ｍＬ、少なくとも２０ｍＬ、少なくとも３０ｍＬ、少なくとも４０ｍＬ、少なくとも５０ｍＬ、少なくとも６０ｍＬ、少なくとも７０ｍＬ、少なくとも８０ｍＬ、少なくとも９０ｍＬ、少なくとも１００ｍＬ、少なくとも１５０ｍＬ、少なくとも２００ｍＬ、少なくとも２５０ｍＬ、少なくとも３００ｍＬ、少なくとも３５０ｍＬ、少なくとも４００ｍＬ、少なくとも４５０ｍＬ、少なくとも５００ｍＬ、少なくとも５５０ｍＬ、少なくとも６００ｍＬ、又は６００ｍＬよりも大きい［１］〜［５］のいずれか１つに記載のユニット。
［７］
前記ユニットが完全に膨張したとき、前記ユニットにおける前記根発達領域の総体積が、少なくとも２ｍＬである［１］〜［５］のいずれか１つに記載のユニット。
［８］
前記ユニットが完全に膨張したとき、前記ユニットにおける前記根発達領域の総体積が、２ｍＬより大きい、２〜３ｍＬ、３〜４ｍＬ、４〜５ｍＬ、２〜５ｍＬ、２〜１０ｍＬ、５〜１０ｍＬ、５〜２０ｍＬ、１０〜１５ｍＬ、１０〜２０ｍＬ、１５〜２０ｍＬ、１０〜４０ｍＬ、２０〜４０ｍＬ、２０〜８０ｍＬ、４０〜８０ｍＬ、５０〜１００ｍＬ、７５〜１５０ｍＬ、１００〜１５０ｍＬ、１５０〜３００ｍＬ、２００〜４００ｍＬ、３００〜６００ｍＬ、又は６００〜１０００ｍＬである［７］に記載のユニット。
［９］
前記ユニットが１％〜１００％膨張したとき、前記根発達領域の総体積が、０．５ｍｍの直径を有する根を少なくとも１０ｍｍ含むのに足る大きさである［１］〜［８］のいずれか１つに記載のユニット。
［１０］
前記ユニットが１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、１〜５０％、又は５〜５０％膨張したとき、前記根発達領域の総体積が、０．５ｍｍの直径を有する根を少なくとも１０ｍｍ含むのに足る大きさである［９］に記載のユニット。
［１１］
前記ユニットが、０．１ｇから２０ｇまでの乾燥重量を有する［１］〜［１０］のいずれか１つに記載のユニット。
［１２］
前記ユニットの前記農業用化学物質領域の総重量が、０．０５グラムから５グラムまでである［１］〜［１１］のいずれか１つに記載のユニット。
［１３］
前記ユニットが円柱形状である、［１］〜［１２］のいずれか１つに記載のユニット。
［１４］
前記ユニットが多面体形状である、［１］〜［１２］のいずれか１つに記載のユニット。
［１５］
前記ユニットが立方体形状である、［１４］に記載のユニット。
［１６］
前記ユニットが円盤形状である、［１］〜［１２］のいずれか１つに記載のユニット。
［１７］
前記ユニットが球体形状である、［１］〜［１２］のいずれか１つに記載のユニット。
［１８］
前記農業用化学物質領域及び前記根発達領域が隣り合っている、［１］〜［１７］のいずれか１つに記載のユニット。
［１９］
前記ユニットの表面が前記農業用化学物質領域及び前記根発達領域の両方によって形成されるように、前記農業用化学物質領域が、前記根発達領域内に部分的に含まれている［１］〜［１７］のいずれか１つに記載のユニット。
［２０］
前記ユニットが、内側領域を囲んでいる外側領域を含むビーズであり、前記根発達領域が前記外側領域を形成し、前記農業用化学物質領域が前記内側領域を形成している［１］〜［１７］のいずれか１つに記載のユニット。
［２１］
前記ユニットが、１つの前記根発達領域及び１つの前記農業用化学物質領域を含む［１］〜［２０］のいずれか１つに記載のユニット。
［２２］
前記根発達領域が、高吸収性ポリマー（ＳＡＰ）を含む［１］〜［２１］のいずれか１つに記載のユニット。
［２３］
前記根発達領域が、その重量の少なくとも約１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、２００、３００、４００、５００、又は１０００倍の水を吸収することができる［２２］に記載のユニット。
［２４］
前記根発達領域が、酸素透過性である［１］〜［２３］のいずれか１つに記載のユニット。
［２５］
前記根発達領域が、前記根発達領域が膨張したとき、少なくとも約６ｍｇ／Ｌの溶存酸素が前記根発達領域内に維持されるように酸素透過性である［１］〜［２４］のいずれか１つに記載のユニット。
［２６］
前記根発達領域が、完全に膨張したとき、膨張したアルギン酸塩又は膨張した半合成ＣＭＣと同様、少なくとも約７０、７５、８０、８５、９０、９５、又は１００％酸素透過性である［１］〜［２５］のいずれか１つに記載のユニット。
［２７］
前記根発達領域が、エーロゲル、ハイドロゲル又は有機ゲルを含む［１］〜［２６］のいずれか１つに記載のユニット。
［２８］
前記根発達領域が、ハイドロゲルを含む［１］〜［２７］のいずれか１つに記載のユニット。
［２９］
前記根発達領域が、さらに、ポリマー、多孔性無機材料、多孔性有機材料、又はそれらのいずれかの組み合わせを含む［１］〜［２８］のいずれか１つに記載のユニット。
［３０］
前記農業用化学物質領域が、さらに、エーロゲル、ハイドロゲル、有機ゲル、ポリマー、多孔性無機材料、多孔性有機材料、又はそれらのいずれかの組み合わせを含む［１］〜［２９］のいずれか１つに記載のユニット。
［３１］
前記根発達領域が約１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、１〜５０％、又は５〜５０％膨張したとき、植物の根が、前記根発達領域に入り込むことができる、［１］〜［３０］のいずれか１つに記載のユニット。
［３２］
前記根発達領域が膨張したとき、植物の根が、前記根発達領域内で成長することができる［１］〜［３１］のいずれか１つに記載のユニット。
［３３］
前記根発達領域が約１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、１〜５０％、又は５〜５０％膨張したとき、植物の根が、前記根発達領域内で成長することができる［３２］に記載のユニット。
［３４］
前記植物が農作物である、［３１］〜［３３］のいずれか１つに記載のユニット。
［３５］
前記農作物が、コムギ、トウモロコシ、ダイズ、イネ、オオムギ、ワタ、エンドウ、ジャガイモ、樹木作物、又は野菜類である［３４］に記載のユニット。
［３６］
前記根発達領域が、生分解性である［１］〜［３５］のいずれか１つに記載のユニット。
［３７］
前記根発達領域が、前記ユニットが初めて膨張する前に、前記少なくとも１種の農業用化学物質も含まない［１］〜［３６］のいずれか１つに記載のユニット。
［３８］
前記根発達領域が、さらに、前記ユニットが初めて膨張する前に、少なくとも１種の農業用化学物質を含有する［１］〜［３６］のいずれか１つに記載のユニット。
［３９］
前記根発達領域が約１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、１〜５０％、又は５〜５０％膨張したとき、前記根発達領域の総重量が、前記農業用化学物質領域の総重量の少なくとも約２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００倍、又は１００倍超である［１］〜［３８］のいずれか１つに記載のユニット。
［４０］
前記根発達領域が、合成ハイドロゲル、天然炭水化物ハイドロゲル、又はペクチン若しくはタンパク質ハイドロゲル、あるいはそれらのいずれかの組み合わせを含む［１］〜［３９］のいずれか１つに記載のユニット。
［４１］
前記根発達領域が、天然の高吸収性ポリマー（ＳＡＰ）、多糖ＳＡＰ、半合成ＳＡＰ、完全合成ＳＡＰ、又はそれらのいずれかの組み合わせを含む［１］〜［４０］のいずれか１つに記載のユニット。
［４２］
前記根発達領域が、さらに、少なくとも１種の酸素キャリアを含み、前記根発達領域の酸素の量が、前記酸素キャリアを含まない対応する根発達領域と比べて増加している［１］〜［４１］のいずれか１つに記載のユニット。
［４３］
前記農業用化学物質領域が、有機ポリマー、天然ポリマー、又は無機ポリマー、あるいはそれらのいずれかの組み合わせを含む［１］〜［４２］のいずれか１つに記載のユニット。
［４４］
前記農業用化学物質領域が、塗装系によって、部分的に又は完全にコートされている［１］〜［４３］のいずれか１つに記載のユニット。
［４５］
前記根発達領域が膨張したとき、前記塗装系が前記根発達領域に溶解する［４４］に記載のユニット。
［４６］
前記根発達領域が膨張したとき、前記塗装系が、前記少なくとも１種の農業用化学物質が前記根発達領域へ溶解する速度を遅くする［４４］〜［４５］のいずれか１つに記載のユニット。
［４７］
前記農業用化学物質領域の全表面を覆っており、そうでなければ前記ユニットの表面に存在し、かつ前記少なくとも１種の農業用化学物質に対して非透過性である塗装系を含む［４４］〜［４６］のいずれか１つに記載のユニット。
［４８］
前記少なくとも１種の農業用化学物質が：
ｉ）少なくとも１種の肥料化合物；
ｉｉ）少なくとも１種の殺有害生物剤化合物；
ｉｉｉ）少なくとも１種のホルモン化合物；
ｉｖ）少なくとも１種の薬物化合物；
ｖ）少なくとも１種の化学成長剤；
ｖｉ）少なくとも１種の酵素；
ｖｉｉ）少なくとも１種の成長促進剤；及び／又は
ｖｉｉｉ）少なくとも１種の微量元素
である［１］〜［４７］のいずれか１つに記載のユニット。
［４９］
植物を育てる方法であって、前記植物が生育する栽培床に、［１］〜［４８］のいずれか１つに記載のユニットを少なくとも１つ添加することを含む方法。
［５０］
農業用化学物質によって引き起こされる環境への損害を減少させる方法であって、植物の栽培床に［１］〜［４８］のいずれか１つに記載のユニットを少なくとも１つ添加することにより、前記植物の根に農業用化学物質を送達することを含む方法。
［５１］
農業用化学物質への曝露を最小限にする方法であって、植物の栽培床に［１］〜［４８］のいずれか１つに記載のユニットを少なくとも１つ添加することにより、前記植物の根に農業用化学物質を送達することを含む方法。
［５２］
植物の根域内にあらかじめ設定した化学特性を持つ人工領域を作り出す方法であって：
ｉ）前記植物の前記根域に１つ以上のユニットを添加するか、又は
ｉｉ）前記植物が成長すると予想される、栽培床の予想根域に、１つ以上のユニットを添加することを含み、
前記１つ以上のユニットの少なくとも１つが、［１］〜［４８］のいずれか１つに記載したユニットである前記方法。

Claims (20)

  1. 植物の根に農業用化学物質を送達するためのユニットであって、
    ｉ）１つ以上の根発達領域、及び
    ｉｉ）少なくとも１種の農業用化学物質を含有する１つ以上の農業用化学物質領域を含み、
    前記農業用化学物質領域は、前記根発達領域が膨張したときに前記少なくとも１種の農業用化学物質を、放出制御方式で根発達領域に放出するように処方されており、かつ
    （ａ）前記ユニットが完全に膨張したとき、前記ユニットにおける前記根発達領域の総体積が、少なくとも０．２ｍＬであるか、または（ｂ）乾燥したユニットにおける前記根発達領域対前記農業用化学物質領域の重量比が、０．０５：１から０．３２：１までであるユニット。
  2. 前記ユニットが完全に膨張したとき、前記ユニットにおける前記根発達領域の総体積が、少なくとも０．２ｍＬである請求項１に記載のユニット。
  3. 乾燥したユニットにおける前記根発達領域対前記農業用化学物質領域の重量比が、０．
    ０５：１から０．３２：１までである請求項１に記載のユニット。
  4. 乾燥したユニットにおける前記根発達領域対前記農業用化学物質領域の重量比が、０．０５：１、０．１：１、０．１５：１、０．２：１、０．２５：１、又は０．３：１である請求項１〜３のいずれか１項に記載のユニット。
  5. （ａ）前記ユニットが完全に膨張したとき、前記ユニットにおける前記根発達領域の総体積が、少なくとも０．２ｍＬ、少なくとも０．５ｍＬ、少なくとも１ｍＬ、少なくとも２ｍＬ、少なくとも５ｍＬ、少なくとも１０ｍＬ、少なくとも２０ｍＬ、少なくとも３０ｍＬ、少なくとも４０ｍＬ、少なくとも５０ｍＬ、少なくとも６０ｍＬ、少なくとも７０ｍＬ、少なくとも８０ｍＬ、少なくとも９０ｍＬ、少なくとも１００ｍＬ、少なくとも１５０ｍＬ、少なくとも２００ｍＬ、少なくとも２５０ｍＬ、少なくとも３００ｍＬ、少なくとも３５０ｍＬ、少なくとも４００ｍＬ、少なくとも４５０ｍＬ、少なくとも５００ｍＬ、少なくとも５５０ｍＬ、少なくとも６００ｍＬ、又は６００ｍＬよりも大きいか、
    （ｂ）前記ユニットが完全に膨張したとき、前記ユニットにおける前記根発達領域の総体積が、２ｍＬより大きい、２〜３ｍＬ、３〜４ｍＬ、４〜５ｍＬ、２〜５ｍＬ、２〜１０ｍＬ、５〜１０ｍＬ、５〜２０ｍＬ、１０〜１５ｍＬ、１０〜２０ｍＬ、１５〜２０ｍＬ、１０〜４０ｍＬ、２０〜４０ｍＬ、２０〜８０ｍＬ、４０〜８０ｍＬ、５０〜１００ｍＬ、７５〜１５０ｍＬ、１００〜１５０ｍＬ、１５０〜３００ｍＬ、２００〜４００ｍＬ、３００〜６００ｍＬ、又は６００〜１０００ｍＬであるか、
    （ｃ）前記ユニットが１％〜１００％膨張したとき、前記根発達領域の総体積が、０．５ｍｍの直径を有する根を少なくとも１０ｍｍ含むのに足る大きさであるか、又は
    （ｄ）前記ユニットが１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、１〜５０％、又は５〜５０％膨張したとき、前記根発達領域の総体積が、０．５ｍｍの直径を有する根を少なくとも１０ｍｍ含むのに足る大きさである請求項１〜４のいずれか１項に記載のユニット。
  6. （ａ）前記ユニットが、０．１ｇから２０ｇまでの乾燥重量を有するか、
    （ｂ）前記ユニットの前記農業用化学物質領域の総重量が、０．０５グラムから５グラムまでであるか、
    （ｃ）前記ユニットが、円柱、多面体、立方体、円盤、若しくは球体の形状であるか、及び／又は
    （ｄ）前記ユニットが、１つの前記根発達領域及び１つの前記農業用化学物質領域を含む
    請求項１〜５のいずれか１項に記載のユニット。
  7. （ａ）前記農業用化学物質領域及び前記根発達領域が隣り合っているか、
    （ｂ）前記ユニットの表面が前記根発達領域及び前記農業用化学物質領域の両方によって形成されるように、前記農業用化学物質領域が、前記根発達領域内に部分的に含まれているか、又は
    （ｃ）前記ユニットが、内側領域を囲んでいる外側領域を含むビーズであり、前記根発達領域が前記外側領域を形成し、前記農業用化学物質領域が前記内側領域を形成している
    請求項１〜６のいずれか１項に記載のユニット。
  8. （ａ）前記根発達領域が、高吸収性ポリマー（ＳＡＰ）を含むか、
    （ｂ）前記根発達領域が、天然の高吸収性ポリマー（ＳＡＰ）、多糖ＳＡＰ、半合成ＳＡＰ、完全合成ＳＡＰ、又はそれらのいずれかの組み合わせを含むか、及び／又は
    （ｃ）前記根発達領域が、エーロゲル、ハイドロゲル又は有機ゲルを含むか、
    （ｄ）前記根発達領域が、合成ハイドロゲル、天然炭水化物ハイドロゲル、又はペクチン若しくはタンパク質ハイドロゲル、あるいはそれらのいずれかの組み合わせを含むか、
    （ｅ）前記根発達領域が、ポリマー、多孔性無機材料、多孔性有機材料、又はそれらのいずれかの組み合わせを含むか、
    （ｆ）前記根発達領域が、その重量の少なくとも約１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、２００、３００、４００、５００、又は１０００倍の水を吸収することができるか、
    （ｇ）前記根発達領域が、酸素透過性であるか、
    （ｈ）前記根発達領域が、さらに、少なくとも１種の酸素キャリアを含み、前記根発達領域の酸素の量が、前記酸素キャリアを含まない対応する根発達領域と比べて増加しているか、
    （ｉ）前記根発達領域が、生分解性であるか、及び／又は
    （ｊ）前記根発達領域が、前記ユニットが初めて膨張する前に、前記少なくとも１種の農業用化学物質も含まないか、若しくは前記根発達領域が、さらに、前記ユニットが初めて膨張する前に、少なくとも１種の農業用化学物質を含有する
    請求項１〜７のいずれか１項に記載のユニット。
  9. 前記根発達領域が、前記根発達領域が膨張したとき、少なくとも約６ｍｇ／Ｌの溶存酸素が前記根発達領域内に維持されるように酸素透過性であるか、及び／又は前記根発達領域が、完全に膨張したとき、膨張したアルギン酸塩若しくは膨張した半合成ＣＭＣと同様、少なくとも約７０、７５、８０、８５、９０、９５、又は１００％酸素透過性である請求項１〜８のいずれか１項に記載のユニット。
  10. （ａ）前記農業用化学物質領域が、エーロゲル、ハイドロゲル、有機ゲル、ポリマー、多孔性無機材料、多孔性有機材料、又はそれらのいずれかの組み合わせを含むか、及び／又は
    （ｂ）前記農業用化学物質領域が、有機ポリマー、天然ポリマー、若しくは無機ポリマー、あるいはそれらのいずれかの組み合わせを含む
    請求項１〜９のいずれか１項に記載のユニット。
  11. 前記根発達領域が膨張したとき、植物の根が、前記根発達領域内で成長することができる請求項１〜１０のいずれか１項に記載のユニット。
  12. 前記根発達領域が約１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、１〜５０％、又は５〜５０％膨張したとき、植物の根が、前記根発達領域に入り込む及び／又は前記根発達領域内で成長することができる、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のユニット。
  13. 前記植物が、コムギ、トウモロコシ、ダイズ、イネ、オオムギ、ワタ、エンドウ、ジャガイモ、樹木作物、又は野菜類から選択される農作物である請求項１〜１２のいずれか１項に記載のユニット。
  14. 前記根発達領域が約１％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、１〜５０％、又は５〜５０％膨張したとき、前記根発達領域の総重量が、前記農業用化学物質領域の総重量の少なくとも約２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００倍、又は１００倍超である請求項１〜１３のいずれか１項に記載のユニット。
  15. 前記農業用化学物質領域が、塗装系によって、部分的に又は完全にコートされている請求項１〜１４のいずれか１項に記載のユニット。
  16. （ａ）前記根発達領域が膨張したとき、前記塗装系が前記根発達領域に溶解するか、
    （ｂ）前記根発達領域が膨張したとき、前記塗装系が、前記少なくとも１種の農業用化学物質が前記根発達領域へ溶解する速度を遅くするか、及び／又は
    （ｃ）前記塗装系が、前記農業用化学物質領域の全表面を覆っており、そうでなければ前記ユニットの表面に存在し、かつ前記少なくとも１種の農業用化学物質に対して非透過性である
    請求項１５に記載のユニット。
  17. 前記少なくとも１種の農業用化学物質が：
    ｉ）少なくとも１種の肥料化合物；
    ｉｉ）少なくとも１種の殺有害生物剤化合物；
    ｉｉｉ）少なくとも１種のホルモン化合物；
    ｉｖ）少なくとも１種の薬物化合物；
    ｖ）少なくとも１種の化学成長剤；
    ｖｉ）少なくとも１種の酵素；
    ｖｉｉ）少なくとも１種の成長促進剤；及び／又は
    ｖｉｉｉ）少なくとも１種の微量元素
    である請求項１〜１６のいずれか１項に記載のユニット。
  18. 植物を育てる方法であって、前記植物が生育する栽培床に、請求項１〜１７のいずれか１項に記載のユニットを少なくとも１つ添加することを含む方法。
  19. 農業用化学物質によって引き起こされる環境への損害を減少させる及び／又は農業用化学物質への曝露を最小限にする方法であって、植物の栽培床に請求項１〜１７のいずれか１項に記載のユニットを少なくとも１つ添加することにより、前記植物の根に農業用化学物質を送達することを含む方法。
  20. 植物の根域内にあらかじめ設定した化学特性を持つ人工領域を作り出す方法であって：
    ｉ）前記植物の前記根域に１つ以上のユニットを添加するか、又は
    ｉｉ）前記植物が成長すると予想される、栽培床の予想根域に、１つ以上のユニットを添加することを含み、
    前記１つ以上のユニットの少なくとも１つが、請求項１〜１７のいずれか１項に記載したユニットである前記方法。
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