KR20160090862A - 표면 및 표면 하부의 수분 보유를 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

하나 이상의 식물의 뿌리층 아래의 토양에 배치된 지하수 보유 배리어를 포함하는 농업 용수 보유 시스템; 여기서 지하수 보유 배리어는 느슨하게 패킹된 방식으로 적층된 다수의 소수성 비드로 구성되고; 지하수 보유 배리어는 통기성이다. 선택적으로, 또한 토양의 표면에 근접하게 배치된 표면 증발 배리어가 포함되어, 표면 증발 배리어는 적어도 하나의 소수성 비드 레이어를 포함한다.

Description

표면 및 표면 하부의 수분 보유를 위한 방법 및 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR SURFACE AND SUBSURFACE WATER RETENTION}

본 발명은 일반적으로 액체 보유 및 보전 분야에 관한 것이며, 더욱 구체적으로 표면 영역 아래 또는 표면 하부 영역 아래의 예정된 구역에 액체를 보유하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

현재 전세계적인 담수의 사용은 농업 목적에 있어 평균 약 70%이며, 중동과 같은 건조 지역에서는 그 양이 85%에 달한다. 농업, 그리고 식량 및 섬유 제조에 차지하는 대량의 물은 사질 및 미세하게(marginally) 사질인 토양에 의해 열악한 수분 보유로 인해 낭비된다. 사질 토양 영역은 최대의 식량 및 섬유 수확량을 생산하기 위해 실제로 사용되는 물보다 약 7 내지 17 배 이상의 물을 필요로 하는 것으로 추정하고 있다. 유사하게, 추정하고 있다 사질 토양 영역은 강우의 10% 미만을 토양 표면과 토양 표면 60 - 70 cm (cm) 아래 사이의 뿌리층에 보유하며, 나머지 물은 대부분의 뿌리 구조 밖으로 배수하여, 대부분의 식물 영양분 및 살충제를 식량 및 사료용 작물의 뿌리 이상의 깊이까지 침출시킨다.

토성(soil texture)은 지하수의 양과 질에 대한 영향의 제어를 제공할 수 있다. 예를 들어, 강수량은 지하수로 함양되거나 표면 수역에 노출되기 전에 토양을 통해 이동하기 때문에, 수질은 토양질과 연계성이 있다. 유사하게, 물 사용과 보전에 관련된 여러 문제는 농업에서의 효율적인 물 사용과 개발 도상국에서의 신생 산업 활동과 연계성이 있다.

230억 에이커 초과의 고도의 투수성 토양을 비롯한, 넓은 지역의 토지는 세계의 건조 및 반-건조 지역에 위치한다. 토양의 공극성으로 인해, 불충분한 양의 물 및/또는 영양분은 대부분의 식물의 뿌리층에 보유되어 지속 가능한 농업 및 목초지 지역을 유지한다. 이러한 물 및 영양분 부족은 다양한 조건, 예컨대 거친 토성, 열악한 토양 구조, 강수량의 부족, 또는 제한된 사용 가능한 관개에 의해 야기될 수 있다. 물 부족은 농업 효율 및 식량 생산을 감소시키며, 특히 세계의 미개발 부분에 영향을 미치는 경우 해로운 결과를 가질 수 있다. 예를 들어, 사하라 사막 이남의 아프리카(Sub-Saharan Africa)는 가장 불리한 기후 비일관성과 불충분한 토양수 가용성의 일부를 경험해, 이이 성장 기간을 단축하고 이의 농업 생산을 제한한다.

세계 인구가 지속적으로 성장함에 따라, 농업 목적을 위한 이러한 불모지의 사용의 필요성이 더욱 시급해진다. 많은 지역에서, 우수한 농업 토지가 충분히 부족해져, 사질 및 다른 공극성 토양을 개간하기 위해 경제적이고 용이하게 적용되는 방법의 수요를 창출하고, 그렇지 않으면 지속 가능한 농업을 위한 충분한 수분 보유 특성이 부족할 것이다. 성장하는 세계 인고는 또한 높은 품질의 물의 공급 부족의 문제를 직면한다. 토양을 통한 우수의 빠른 배수는 농업 생산을 유지하기 위해 대량의 물을 필요로 하고 물의 순환(hydrologic cycle)에 불규칙성을 야기한다. 게다가, 식량 공급이 증가하는 인구에게 공급하기에 덜 충분하게 되어, 작물을 재배하는데 필요한 물에 대한 더 많은 경쟁을 조성한다.

표면 하부 배리어를 제공하는 현재의 시도는 이러한 문제를 해결하지 못하고 있다. 예를 들어, 아스팔트 배리어는 뿌리층 아래의 깊이까지 물의 투수(perlocation)를 없애도록 개발되었다. 그러나, 이러한 배리어는 또한 표면 하부 토양을 통한 및 이의 아래로의 성장을 제한한다. 게다가, 초과의 강우 동안, 뿌리층의 하부 영역은 포화되어, 뿌리 질병 및 죽음을 야기할 수 있다. 게다가, 아스팔트 배리어가 배리어 아래로 뿌리 성장을 제한하기 때문에, 식물은 강우 및/또는 보조 관개 활동 사이의 오랜 기간 동안 쉽게 물이 부족하게 될 수 있다.

또 다른 시스템은 다양한 토양 깊이에 플라스틱 스트립을 설치하고, 필름 또는 필름-형성 액체, 비생물의 가요성 막이 표면 아래의 임의의 원하는 깊이, 예컨대 토양 표면에 설치됨을 요구한다.

관련 분야의 한 종래 기술의 방안이 Smucker에 의해 2013년 8월 15일자 미국 특허 출원 번호 2013/0209172에 개시된다. 상기 방안은 일부 본 명세서에 기재된 어려움, 및 당업자에게 명백해질 다른 어려움을 직면한다.

다른 액체 보유 문제는 저장되는 액체에 의해 밀폐될 수 없는 외기 환경 또는 저장 탱크 환경에 물 또는 유기 화학 물질의 저장에서 발생한다. 표면 영역 아래에 물 또는 유기 화학 물질을 보유 증발 손실을 완화하는 것이 또한 유익할 것이다. 유기 화학 물질에 대하여, 종래의 방안은 주로 필수적인 환기를 허용하는 방식으로 저장 탱크를 설계하는 것에 초점을 맞추고 있다.

일반적으로, 상기 및 기술 내 다른 문제는 표면 아래의 예정된 구역에 액체를 유지하는 문제 또는 예정된 표면 하부 영역 내에 액체를 유지하여 증발 또는 예정된 표면 하부 영역 외부로의 물의 배수로 인한 액체 손실을 완화시키는 것에 관하 것이다.

본 발명의 목적은 농업 용도를 위한 수분 보유 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 다른 응용에 사용 가능한 액체 보유 시스템을 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명의 하나의 구체예에 따라, 하나 이상의 식물의 뿌리층 아래의 토양에 배치된 지하수를 포함하는 농업 용수 보유 시스템이 제공되며; 여기서 지하수 보유 배리어는 느슨하게 패킹된(loosely packed) 방식으로 적층된 다수의 소수성 비드로 구성되고; 여기서 지하수 보유 배리어는 통기성(air permeable)이다.

상기 구체예의 하나의 양태에 따라, 소수성 비드는 유기 공중합체, 네오프렌, 우레탄, 우레아, 폴리프로필렌, 인공 고무 및 플라스틱을 포함하는 군으로부터 선택된 물질을 포함한다.

상기 구체예의 또 다른 양태에 따라, 소수성 비드는 0.15 - 0.25 사이의 비중을 가진다.

상기 구체예의 또 다른 양태에 따라, 지하수 보유 배리어는 20 - 50 mm 사이의 두께이다.

상기 구체예의 또 다른 양태에 따라, 느슨하게 패킹된 방식은 개별 비드 사이에 틈새 공간을 제공하여 충분한 수압이 토양에 도달한 경우 틈새 공간 사이에서 배수가 일어난다.

상기 구체예의 또 다른 양태에 따라, 토양의 표면에 근접하게 배치된 표면 증발 배리어가 추가로 제공되고; 표면 증발 배리어는 적어도 하나의 소수성 비드 레이어를 포함한다.

상기 구체예의 또 다른 양태에 따라, 표면 증발 배리어는 토양의 상부 표면의 20 - 75 mm 아래에 배치된다.

상기 구체예의 또 다른 양태에 따라, 표면 증발 배리어와 지하수 보유 배리어 사이이 거리는 적어도 재배되는 식물의 이상적인 뿌리 길이의 길이이다.

본 발명의 제2 구체예에 따라, 적어도 식물이 재배되는 토양의 표면에 근접하게 배치된 표면 증발 배리어를 가지는 농업 시스템이 제공되고; 여기서 표면 증발 배리어는 적어도 하나의 레이어의 다수의 소수성 비드로 구성된다.

제2 구체예의 하나의 양태에 따라, 하나 이상의 식물의 뿌리층 아래의 토양에 배치된 지하수 보유 배리어가 추가로 제공되고; 여기서 지하수 보유 배리어는 느슨하게 패킹된 방식으로 적층된 다수의 소수성 비드로 구성되고; 여기서 지하수 보유 배리어는 통기성이다.

제2 구체예의 또 다른 양태에 따라, 소수성 비드는 유기 공중합체, 네오프렌, 우레탄, 우레아, 폴리프로필렌, 인공 고무 및 플라스틱을 포함하는 군으로부터 선택된 물질을 포함한다.

제2 구체예의 또 다른 양태에 따라, 소수성 비드는 0.15 - 0.25 사이의 비중을 가진다.

제2 구체예의 또 다른 양태에 따라, 지하수 보유 배리어는 20 - 50 mm 사이의 두께이다.

제2 구체예의 또 다른 양태에 따라, 느슨하게 패킹된 방식은 개별 비드 사이에 틈새 공간을 제공 충분한 수압이 토양에 도달한 경우 틈새 공간 사이에서 배수가 일어난다.

본 발명의 제3 구체예에 따라, 농업 용수 보유 시스템을 형성하는 방법이 제공되며, 예정된 깊이로 토양을 제거하는 단계; 적어도 하나의 소수성 비드 레이어를 적층하여 지하수 보유 배리어를 형성하는 단계; 및, 토양을 되메우는 단계를 포함한다.

제3 구체예의 하나의 양태에 따라, 소수성 비드는 유기 공중합체, 네오프렌, 우레탄, 우레아, 폴리프로필렌, 인공 고무 및 플라스틱을 포함하는 군으로부터 선택된 물질을 포함한다.

제3 구체예의 또 다른 양태에 따라, 소수성 비드는 0.15 - 0.25 사이의 비중을 가진다.

제3 구체예의 또 다른 양태에 따라, 지하수 보유 배리어는 20 - 50 mm 사이의 두께이다.

제3 구체예의 또 다른 양태에 따라, 적층 단계 이후,

부분적으로 토양의 표면에 근접한 위치까지 토양을 되메우는(backfilling) 단계; 및,

제2 레이어의 소수성 비드를 적층하여 표면 증발 배리어를 형성하는 단계.

제3 구체예의 또 다른 양태에 따라, 표면 증발 배리어는 토양의 상부 표면의 20 - 75 mm 아래에 배치된다.

본 발명의 제4 구체예에 따라, 액체의 상단 표면 상에 부유하도록 배치된 다수의 소수성 비드를 포함하는 액체의 본체(body)로부터 액체의 증발을 완화시키기 위한 시스템이 제공된다.

제4 구체예의 하나의 양태에 따라, 소수성 비드는 유기 공중합체, 네오프렌, 우레탄, 우레아, 폴리프로필렌, 인공 고무 및 플라스틱을 포함하는 군으로부터 선택된 물질을 포함한다.

제4 구체예의 또 다른 양태에 따라, 소수성 비드는 0.15 - 0.25 사이의 비중을 가진다.

제4 구체예의 또 다른 양태에 따라, 소수성 비드는 공극성 봉투(envelop) 또는 백(bag)에 주입될 수 있다. 선택적으로, 이후 액체 표면 위에 설치되어 증발 배리어를 형성하는 경우 이러한 백은 함께 부착될 수 있다.

바람직한 구체예, 구현 및 다양한 테스트 결과의 세부 사항은 아래 이어지는 상세한 설명에 기재될 것이다.

단지 예시로서, 첨부된 도면을 참조하여, 구체예가 기재될 것이며, 여기서:
도 1은 본 발명의 하나의 구체예를 보여주는 농업 분야의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 구체예를 보여주는 수역의 모식도이다.
도 3은 10 cm의 깊이에서 표면 하부 보유 배리어의 실험적 구현을 나타낸다.
도 4는 표면 하부 보유 배리어 아래의 수분량을 테스트하도록 사용된 실험적 배치를 도시한다.
도 5 표면 하부 보유 배리어 위의 수분량을 테스트하도록 사용된 실험적 배치를 도시한다.
도 6은 테스트 환경에서 뿌리 성장의 사진이다.
도 8-11은 테스트 환경에서 토마토 및 오이 식물 성장의 사진이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 물 증발 테스트 환경의 사진이다.

서론 및 정의

광범위하게, 본 발명은 액체가 보유되는 구역을 조성하기 위해, 표면 상에 또는 택일적으로 표면 하부 영역에 느슨하게 패킹된 과립 레이어 상에 형성하기 위한 다수의 소수성 비드의 사용에 관한 것이다. 이러한 소수성 비드는 Thomas Gradek 에 의해 출원된 2013년 5월 14일자 미국 특허 제 8,440,727호에 기재된 바와 같은 유기 공중합체로부터 바람직하게 제조되며, 상기 문헌의 내용은 본 명세서에 참조 문헌으로 포함된다. 비드는 고체, 중공일 수 있거나 또는 고체 표면을 가지는 다공성 코어 구조(cellular core construction)를 가질 수 있다. 이러한 소수성 비드의 제조에 사용될 수 있는 적절한 물질은 네오프렌, 우레탄, 폴리프로필렌, 플라스틱 및 인공 고무이다. 출원인은 상기 '727 특허에 기재된 소수성 비드의 놀라운 용도 및 응용을 발견하였고, 이의 세부 사항이 아래에 이어질 것이다. 그러나, 본 명세서에 기재된 발명은 상기 '727 특허에 기재된 특정 비드에 제한되지 않고, 몬 명세서에 기재된 소수성 특성을 가지는 다른 비드도 또한 고려됨을 유의한다. 이러한 소수성 비드가 느슨하게 패킹된 레이어로 형성되는 경우, 이들은 물 및 다른 유기 액체에 대한 보유 능력을 제공하면서, 비드의 레이어를 통해 공기가 통과하도록 한다. 본 명세서에 사용시, 용어 "보유"("retention")는 방수 밀봉(water-tight seal)을 지칭하기 보다는, 보유는 충분한 또는 적절한 양의 액체가 의도된 목적을 위해 유지되는 것을 나타내기 위해 사용된다.

본 명세서 전체에 기재된 소수성 비드는 바람직하게 약 0.15-0.25 사이의 비중을 가지며, 따라서 상당히 부력이 있다. 이것은 수역에 침지되는 경우 토양으로부터 분리하도록 한다. 토양으로부터 비드를 분리하는 적어도 하나의 적절한 접근법은 토양 및 비드의 레이어를 제거하고, 충분한 양의 물을 포함하는 용기에 토양 및 비드를 방출하여 비드는 부유하도록하고 토양은 가라앉도록 하는 것일 것이다. 이에 따라 비드는 토양으로부터 제거 가능하여, 물 표면으로부터 제거되고, 예를 들어 상이한 유형의 토양에서 재사용될 수 있다.

본 발명의 다양한 구체예의 이해를 용이하게 하기 위해, 하기 정의가 도움이 될 수 있다.

본 명세서에 사용 시, 용어 "표면"("surface")는 고체 또는 액체일 수 있는 매체(medium)의 최상부면을 지칭한다. 액체 매체의 표면은 고체, 액체 또는 이의 조합일 수 있다. 고체 매체의 표면은 고체 또는 액체, 또는 이의 조합일 수 있다. 고체 표면은 예를 들어, 인 시튜(in situ) 토양 표면 또는 인 시튜 토양 매트릭스 표면일 수 있다.

본 명세서에 사용 시, 용어 "표면 하부"("subsurface")는 표면의 밑에(beneath), 즉, 아래(below)의 임의의 위치를 지칭한다. 표면이 행성의 표면, 즉, "지면" 상에 위치된 인 시튜 토양 표면 또는 인 시튜 토양 매트릭스 표면인 경우, 그러한 위치는 "얕은 지하"("shallow underground")로 고려되며 이는 투영된 식물 뿌리층 아래이지만, "심토"("subsoil"), 즉, 농업 표토 아래의 토양의 레이어 정도로 깊지 않은 깊이에 표토(topsoil) 내 이다. 다시 말하면, 표면은 인접한 두 매체 사이의 계면일 수 있고, 표면 하부는 하나의 매체 내부 영역일 수 있다.

본 명세서에 사용 시, 용어 "토양"은 고체 매체, 즉, 생물학적 활성인 공극성 매체를 포함하는 과립성 물질을 지칭한다. 토양은 지각의 표면 최상면에서, 또는 이의 일부로 발견되고 고체 물질, 예컨대 경화된 암석, 퇴적물, 빙퇴토(glacial till), 화산회, 바람 및 물이 퇴적된 광물질 및 유기체의 풍화를 통해 변화한다. 그러한 토양은 고도의 공극성 및 투과성 무기질 토양을 포함할 수 있고, 옥시솔(Oxisol), 알피졸(Alfasol) 및 사질 토양 (즉, "모래")을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 사질 토양은 용어가 기술 분야에서 이해되는 바와 같이 고도의 투과성의 "거친" 질감을 특징으로 한다.

용어 "토양 매트릭스" 임의의 식물 성장 매체를 지칭하며, 물질의 조합을 포함할 수 있다.

본 명세서에 사용 시, 용어 "뿌리층"("root zone")은 식물 뿌리에 의해 침투될 수 있는 매체의 부분을 지칭한다. 투영된 뿌리층은 주어진 식물 유형에 예상되는 최대 뿌리층이다.

용어 "표면 하부 보유 배리어"("subsurface retention barrier")는 표면 아래, 예컨대 토양 또는 토양 매트릭스의 지하에 배치된 배리어를 지칭한다. 행성의 표면 상에 설치되는 경우, 배리어는 투영된 뿌리층 아래 및 이에 근접하게 위치된다. 특히 본 출원에 관하여, 표면 하부 보유 배리어는 본 명세서에 기재된 바와 같은 소수성 비드의 레이어를 지칭한다.

용어 "표면 증발 배리어"("surface evaporation barrier")는 표면 또는 표면의 바로 아래, 토양 또는 토양 매트릭스의 지하와 같은 상부 표면의 대략 20 - 75 mm 아래에 배치된 배리어를 지칭한다. 액체 표면인 경우, 용어 "표면 증발 배리어"는 또한 표면에 배치되거나 표면 상에 부유하는 배리어를 지칭한다.

본 발명의 바람직한 구체예가 아래에 기재되며, 특정 제목와 함께 시작할것이다. 나열된 제목은 단지 본 출원을 이해함을 돕기 위한 것이며, 임의의 의미를 특정 제목 내에 속하는 설명으로 이해하도록 사용되기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 상이한 양태 또는 구체예에 관련된 정보는 상이한 제목으로부터 함께 합쳐질 수 있고, 본 발명의 부분은 가장 관련 있는 제목하에 기재되지만, 또한 다른 제목하에 또한 기재된 부분도 해당될 수 있다.

지하수 보유에 적용

특히 토양 및 특히 사질 토양을 가지는 영역에서 농업 적용에 적합한, 본 발명의 하나의 구체예에서, 소수성 비드는 표면 하부 보유 배리어로서 표면 아래, 주어진 식물의 뿌리가 닿을 깊이를 약간 초과하는 깊이에 설치된다. 상기 구체예는 도 1에 나타난다. 오직 도 1에 도시된 비드(10)만이 지하수 보유 배리어를 형성함을 유념한다. 비드의 레이어(20)는 하기 추가로 논의된다. 표면 하부 보유 배리어로서 설치된 비드(10)는 전형적으로 약 20-50 mm 사이의 두께의, 느슨하게 패킹된 과립 레이어를 형성하는 다수의 비드이다. 용어 느슨하게 패킹된(loosely packed)은 비드가 서로에 대해 압축되지 않아 표면 하부 보유 배리어에 완전한 밀봉이 존재함을 나타내도록 사용된다.

비드 레이어가 사실상 소수성임에 따라, 물을 흡수하지 않을 것이다. 이것은 비드의 물리적 특성이 예를 들어 물 흡수로 인한 팽윤에 의해 바뀌지 않음을 보장한다. 비드 레이어는 비드를 둘러싸고 비드 사이에 분포된 토양과 조합으로, 비드 레이어 위의 토양에 존재하는 대부분의 물이 그 곳에 보유되도록 한다. 이에 따라, 표면 하부 보유 배리어에 이르기까지의 토양 영역 내의 물은 표면 레이어 아래 존재하는 식물 뿌리에게 용이하게 이용 가능하다.

당업자가 알 수 있는 바와 같이, 비드가 간단하게 부어지거나, 그렇지 않으면 구덩이 또는 토양에 다른 파인 곳에 배치될 수 있음에 따라 비드 레이어 설치는 비교적 간단한 공정이다. 필름 또는 연속 고체 배리어에 의존하는 종래 기술의 장비는 정해진 자리에 필름 또는 연속 고체 베리어를 배치하기 위해 더 많은 수작업을 필요로 하기 때문에 훨씬 더 문제가 있다. 게다가, 이러한 종래 기술의 배리어는 배리어 위의 토양과 배리어 아래의 토양 사이에 완전한 분리를 조성하며, 이는 당업자에게 공지된 다른 이유 중에서도 뿌리의 상태에 문제가 된다.

또한, 상기 기재된 바와 같은 비드 레이어의 제공은 초과의 강우 기간 동안 비드 레이어 위의 토양에 충분한 압력이 주어져 여전히 포화된 토양의 내부 배수를 허용하고, 일부의 물이 비드 사이의 틈새 공간을 통해 배수될 것이다. 이러한 압력은 특정 식물이 성장하는 토양의 수분 보유력이 과포화가 될 경우 이러한 이러한 압력에 도달한다. 따라서, 표면 하부 보유 레이어는 주어진 식물의 뿌리층 내에 토양의 보유력에 관한 적절한 양의 물을 유지하도록 조정된다. 실험 결과가 아래 추가로 제공된다.

또한 비드 레이어의 제어된 표면 하부 보유력은 지정된 깊이에 사질 토양 프로파일 내로 수문토양학적(hydropedological) 수계(water regime)을 바꾸는 수분 보유를 제공하는 것으로 발견되었다. 이에 따라 표면 하부 배리어는 식량 및 사질 토양에 심어진 셀룰로오스성 바이오매스 작물에 대한 물 이용 효율을 증가시킬 수 있고, 물, 살충제 및 비료의 비용을 절감하면서, 사질 토양을 고도로 생산적인 자연 경관으로 더욱 효율적인 사용을 야기한다.

표면 증발 완화에 적용

건조 기후 시나리오에 사질 토양을 적용하는 지하수 보유의 또 다른 양태는 예를 들어, 증발로부터 물의 손실을 더욱 절감시키기 위한 비드의 제2 레이어(20)의 사용이다. 상기 구체예에서, 본 명세서에 표면 증발 배리어로서 지칭되는 비드의 상단 레이어는 표면 바로 아래, 토양 표면의 대략 20 - 75 mm에 배치된다. 표면 하부 배리어와 표면 증발 배리어 사이의 토양은 고수분 구역을 형성한다. 이들 두 레이어 사이 (즉, 비드의 표면 하부 레이어와 비드의 상단 레이어 사이) 고수분 구역 내의 수분 보유 및 분포는 토양 수분 프로파일의 결정 요인이며, 표면 하부 레이어 위의 물의 양에 의해 지배를 받는다. 자연적 강수 및/또는 보조 관개는 토양의 물 함량을 포화에 근접하게 증가시킨다. 표면 하부 레이어 위의 토양 프로파일 내 분포된 식물-가용 물의 구배는 모래 내부 및 표면 하부 레이어 위의 기공의 투수성 및 모세관 오름 능력에 의해 제어된다. 표면 하부 레이어와 표면 증발 배리어 레이어 사이의 전체 거리는 바람직하게 식물의 이상적인 뿌리 깊이를 미세하게 초과하는 정도에 상응할 것이다.

표면 증발 배리어가 단일 레이어의 비드 밀집부일 수 있지만, 최대 여러 레이어의 비드 밀집부일 수 있음이 또한 이해될 것이다. 표면 증발 배리어는 비드 위에 충분한 물의 축적되면 토양으로 물이 들어가는 것을 막지 않고, 물이 토양으로 뚝뚝 흐를 것이다. 선택적으로, 표면 증발 배리어는 상단 표면 전체를 뒤덮지 않을 수 있고, 이러한 경우에 오직 부분적 증발 완화가 발생할 것이다. 이러한 선택은 바람직하지 않지만, 종래 기술의 방식을 훨씬 능가한다.

표면 하부 및 표면 배리어의 조합

더욱 구체적으로, 일반적인 농업 용도를 위해, 지하수 보유 레이어는 지하수 보유 레이어를 형성하는 비드를 흐트러뜨리지 않고 토양 표면 재배를 허용할 만큼 충분히 깊게 배치된다. 그러나, 지하수 보유 레이어는 이러한 비드 레이어 위에 모이거나 보유된 물이 식물의 뿌리에 영양분을 공급하지 않을 만큼 매우 깊어서는 안된다. 표면 하부 레이어의 깊이는 뿌리층에 재배되는 식물의 유형에 따라 달라질 것이지만, 이러한 깊이는 본 발명의 교시의 관점에서 당업자에게 명백할 것이다. 비드의 표면 증발 레이어는 상기 언급된 바와 같이 표면 아래 배치되어, 환경적 힘, 예컨대 바람 및 비에 의한 비드의 이동을 방지하거나 완화하기 위해 표면 증발 레이어 위에 최소한의 양의 토양이 존재한다. 이를 염두하여, 본 발명의 이러한 양태가 표면 아래에 배치된 표면 증발 레이어를 가지는 것에 제한되지 않고, 비드를 표면에 또는 표면 상에 배치하는 것이 본 교시의 범주 및 본 발명의 범위 내에 속하는 것을 유념한다. 예를 들어, 비드를 이동시킬 수 있는 환경적 요인이 문제가 되지 않는 조건에서, 비드는 틀림없이 표면에 또는 표면 상에 배치될 수 있다.

대조적으로, 표면 증발 레이어는 토양 표면에 주된 목적으로서 증발 손실을 감소를 가지는 반면, 표면 하부 보유는 주된 목적으로서 토양 내 예정된 수분 함량의 유지, 두 번째로 토양에 물의 범람의 잠재성의 제거를 가진다. 물 범람의 제거는 임계 압력이 비드에 도달하여 비드 사이 공간에 농축될 때 일어나, 결국 표면 하부 레이어 아래로 뚝뚝 흐르게된다. 이러한 현상이 출원인에 의해 관찰되었으며 실험에서 장기간에 걸쳐 충분히 역할을 하는 것으로 나타난다. 상기 기재된 적하(dripping)로 인해 물 범람 또는 포화가 더 이상 문제가 되지 않으면, 토양 내 수분 함량의 유지의 정상 상태로 돌아온다.

또한 토양에 적절한 산소 레벨을 유지하여 박테리아를 호기성으로 생분해하는 것이 유리하고, 토양이 이의 건강 상태를 유지할 것이다. 뿌리 시스템으로부터 산소의 제거는 박테리아의 증가, 및 질병 확산을 야기할 것이지만, 반면에 토양 산소 확산율이 확인 가능한 임계치 이상인 경우, 식물의 건강 및 이에 따른 식물 성장 속도는 적절하고 지속 가능한 수준일 것임이 주지되어 있다.

바람직하게, 표면 하부 보유 배리어는 토양 내 충분히 깊이 위치되어 표면 하부 보유 배리어를 방해하지 않고 표면 토양 재배를 가능하도록 하지만, 표면 하부 보유 배리어는 유지된 수분에 의해 식물의 뿌리가 영양분을 공급받지 못하게 될 만큼 깊게 위치해서는 안된다. 즉, 표면 하부 보유 배리어가 표면과 표면 하부 보유 배리어 사이의 토양의 양에 의해 원하는 수분 함량이 손실될 만큼 너무 깊어서는 안된다. 구체적인 깊이는 뿌리층에서 재배되는 식물의 유형에 따라 가변적일 것이다. 토양 프로파일의 부분 내 수분 보유 및 분배는 표면 하부 배리어의 표면에서의 물의 양에 의해 지배를 받는다. 이상적인 상황에서, 자연적 강수 및/또는 보조 관개는 토양수 함량을 포화에 근접하게 증가시킨다. 표면 하부 배리어 위의 사질 토양 프로파일 내 분포된 식물-가용 물의 구배는 모래 내부 및 표면 하부 레이어 위의 기공의 투수성 및 모세관 오름 능력에 의해 제어된다.

특정 구체예에서, 표면 하부 보유 배리어는 수문토양학적 수계를 바꾸는 패턴으로 사질 토양 프로파일 내에 수분 보유를 제공한다. 본 명세서에 기재된 바와 같이 설치된 표면 하부 배리어는 예컨대 식량 및 셀룰로오스성 바이오매스 작물에 있어서 최대 20배로 물 이용 효율을 증가시킬 수 있다. 다른 적용으로, 표면 하부 보유 배리어는 물 및 비료의 비용을 상당히 절감하면서, 미세하게 사질인 토양이 고도로 생산적인 자연 경관으로 되도록 조정된다.

본 명세서에 기재된 바와 같이 본 발명이 공극성 배리어를 포함하는 물 절약 시스템을 제공하여 사질 토양에서 자라는 식물의 뿌리층으로부터 물 및 영양분의 손실에 장기적인 반전을 제공하는 것은 이제 당업자에게 명백할 것이다.

본 명세서에 기재된 지하수 보유 배리어는 또한 대량의 토지에 더욱 동일한 물의 분배를 가능하게 함으로써 농업 용도를 위한 과도한 수자원의 사용을 감소시키는 잠재성을 가지고, 이에 따라 사막화 과정을 둔화시킨다. 상기 시스템은 또한 뿌리층 내 토양 수분 함량을 향상시킴으로써 영양분 침출을 줄일 수 있다. 토양을 통한 물의 급속한 배수를 방지함으로써, 본 명세서에 기재된 새로운 시스템은 뿌리에 의해 용이하기 흡수 가능한 물의 부피를 증가시킨다. 더 많은 토양수 함량으로, 식물은 적당한 양의 물을 획득하기 위해 보다 적은 수의 뿌리를 필요로 하여, 보다 적은 식물의 에너지가 뿌리 성장에 사용되며, 보다 많은 에너지가 지표 위의 식물 성장에 사용될 수 있다. 영양분의 보유가 추가적으로 달성될 수 있다.

표면 하부 보유 배리어를 표면 매체 아래, 정해진 자리에 배치하는 경우, 토양은 예를 들어 굴착에 의해, 구체적인 깊이까지 먼저 제거되고, 본 명세서에 기재된 바와 같은 비드 레이어가 적층되어 표면 하부 보유 배리어를 형성한다. 굴착 영역은 이후 표면 매체 토양으로 다시 되메어진다. 표면 증발 레이어도 유사한 방식으로 설치될 수 있다.

기타 적용

도 2에 나타난 바와 같이, 본 명세서에 기재된 바와 같이 비드로 형성된 보유 배리어는 수역으로부터, 또는 외기 환경 또는 증발이 중요한 다른 환경에 저장되는 유기 액체와 같은 액체로부터 증발을 제거하거나 없앨 수 있는 것으로 또한 고려된다. 이러한 구현예에서, 비드(30)의 레이어는 액체의 표면에 부유하며 배치될 수 있다. 외기 환경에 액체의 저장이 요구되는 경우, 본 발명의 표면 증발 배리어가 특히 유용할 수 있다. 이러한 적용은 또한 외기 환경으로 고려되지 않는 대형 탱크 내 저장에 적용될 수 있다.

이러한 구현예의 하나의 변형에서, 수역의 위에 부유하기보다는, 비드를 보유하기 위해 다수의 비드가 공극성 메쉬 소재의 봉투 내에 포함되어 공극성 매체를 형성한다. 이러한 공극성 메쉬 봉투, 또는 백 각각은 이후 함께 부착되어 부유하는 증발 배리어를 형성할 수 있다. 이것은 상기 구체예의 증발 배리어의 용이한 운반 및 설치의 이점을 가진다. 봉투 또는 백을 형성하는 공극성 메쉬 소재는 얼마든지 많은 소재가 될 수 있지만, 바람직한 봉투의 형태는 Thomas Gradek에 의한 1994년 10월 25일자 캐나다 특허 출원 제175,088호에 나타난 것일 수 있다.

실시예 및 테스트 데이터

테스트의 요약

실험을 수행하여, 사질 토양 내 구체적 깊이에서 토양 보유 배리어 베드로서 사용되는 경우, 식물 관개용수를 보호하고, 조절하고, 절약하는데 있어 본 명세서에 기재된 비드의 기능을 평가하였다. 관개 이후 상이한 기간(0-72 시간) 내에 식물의 키, 건조 및 생중량, 및 토양의 수분 함량을 포함하는 식물 영양 성장을 통해 식물 성장 및 수분 보유를 평가하였다. 실험은 두 가지 유형의 식물(토마토 및 오이)을 5 주 동안 재배하는 단계를 포함하였다. 비드 레이어는 관개의 24 및 72 시간 이후 각각 약 50%의 물 및 약 30% 물의 보호를 초래하였다. 비드의 사용으로 생장하는 식물 부분도 또한 향상되어, 식물의 키가 >20%로 증가하고 뿌리 질량은 약 30%로 감소하였다. 비드는 또한, 물의 증발을 by > 50%로 감소시키고, 게다가 물 저장 용기 내 곰팡이(mold) 및 이끼(algea)의 성장을 예방하였다.

서론

뜨거운 기후 및 토양 특성, 예컨대 사질 토양 및 물 증발, 및 강우의 가변성과 더불어 상이한 토양 내 물 분포는 또한 토양 수분 함량 및 식물 성장에 있어 큰 영향을 미친다. 그러한 환경에서, 성장 시기와 함께 식물 성장을 위한 수분 보유 및 토양수 가용성은 성장 시기 동안 토지의 조림(planting)함에 있어 토양으로부터 얼마나 많은 집수 또는 방수가 주요 인자로 고려되는지를 나타냈다. 토양에 의한 수분 보유는 토양 특성, 지역 기후, 생물상, 및 지역 지형(area topography)에 의존하며, 초목, 보수(water holding) 물질 및 토양 깊이에 의해 제어될 수 있다. 중동 및 걸프(Gulf) 국가는 건조 및 반건조 국가이며 식용 및 농업 용도에 있어 최대의 물 부족을 직면하는 것으로 고려된다. 지형은 건조 및 반 -건조 환경에서 수분 보유에 있어 거의 영향을 미치지 않는다. 이들 국가들은 주요 물 공급원으로서 전적으로 지하수, 댐 및 담수화 시설에 의존하고 있다.

또한, 식수 및 농업 용수에 대한 수요의 증가는, 특히 사질 토양 지역에서 물 관리의 지속 가능한 방법의 사용을 필요로 한다. 그러한 조건하에, 이들 국가는 고도로 관리된 물 이용으로 농업, 조경, 및 녹지대 조림을 위한 물 관리 및 사용을 위해 환경적으로 지속 가능한 공정을 찾고 있다.

따라서, 본 프로젝트의 목적은 농업 및 조경 둘 모두의 용도에 있어 물 관리에 비드의 사용의 기능을 평가하고, 식물의 키 및, 건조 및 생중량을 포함하는 식물 성장률와 같은 식물 성장 파라미터에 대한 비드 사용의 영향을 평가하고, 토마토 및 오이, 및 알팔파 작물(alfalfa crop)에 비드 베드를 사용하는 관개 공정의 영향을 평가하고 물 증발 과정의 감소에 있어 비드 상단 레이어의 효과를 평가하였다.

재료 및 방법

2013년 4월에서 5월 사이, 요르단 카라크의 무타 대학교(Mutah University), 농업 대학의 온실에서 실험을 수행하였다. 토마토 및 오이 식물의 유식물(seedling)은 플라스틱 식물분의 상단 직경이 20 cm, 및 깊이가 20 cm이었다. 플라스틱 분의 직경은 각각 3, 6, 10, 및 13 cm의 깊이이고, 상단으로부터 18.5, 17.0, 16.0, 및 15.0 cm이었다. 500 ml의 물로 3일 마다 식물에 관개하였다. 5 주의 실험 기간 동안 및 마지막에, 대조 및 처리물에 대하여 식물 키, 및 건조 및 생중량의 측정하여 토양의 수분 함량 및 성장 파라미터를 모니터링하고, 측정하여, 이를 평가하였다. AJ- 수분계(Detta-T device, Cambridge, England) 와 함께 Theta-Probe type ML2X (도 3, 4, 5, 6)을 사용하여 실험 동안 및 마지막에 토양 수분 함량을 측정하였다.

통계적 분석

물 소비 및 두 작물의 식물 파라미터에 있어 유의차를 계산하기 위해, 획득된 결과를 세 개의 복제품과 완전 랜덤화 블록 계획법(CRBD)와 함께 LSD를 사용하여 평가할 것이다.

결과

본 연구의 수분 보유(WR) 및 식물 특성의 측정으로부터 획득된 데이터가 표 1, 2, 3 및 4와 도 3 내지 11에 나타난다. 표 1 및 2로부터 비드 베드를 가지지 않는 대조 처리와 비교하여 토양의 10 또는 13 cm 깊이에 비드 베드의 배치에 의해 WR가 매우 영향을 받는 것을 알 수 있다. 두 식물에 대한 측정 데이터는 토마토 또는 오이 식물의 재배에 있어 동일한 경향을 따랐다. WR는 표 2에 나타난 바와 같이 비드 베드의 깊이에 매우 영향을 받으며, 이는 상이한 지점에 따라 가변적이다.

표 1: 사질 토양의 수분 보유에 대한 Gradek 비드의 영향

¹TB1. 10 cm 깊이에 비드를 가지는 토마토 식물: TB2: 15 cm 깊이에 비드가 배치된 토마토 식물: TC: 대조 처리로서 비드를 가지지 않는 토마토 식물; CB1: 10 cm 깊이에 비드를 가지는 오이 식물: CB2: 15 cm 깊이에 비드를 가지는 오이 식물: CC: 비드를 가지지 않는 오이 대조 처리.

²SMC-0: 0 시간에서의 토양 수분 함량: SMCAI-0: 관개 0 시간 후 토양 수분 함량; SMCAI-6: 관개 12 시간 이후 토양 수분 함량: SMCAI-24: 관개 24 시간 이후 토양 수분 함량: SMCAI-48: 관개 48 시간 이후 토양 수분 함량; SMCAI-72: 관개 72 시간 이후 토양 수분 함량: SMC AI-96: 관개 96 시간 이후 토양 수분 함량:

HTS: 식재 시기에서 cm의 식물 키: 및 HTE: 4 주 이후 cm의 식물 키.

표 2: 관개 48 시간 후 Gradek 비드 레이어 아래 및 위의 두 레벨에서 측정된 사질 토양의 수분 보유.

¹TC-48: 관개 48 시간 이후 토마토 대조 토양 수분 함량: TB-48: 관개 0 시간- 48 시간 이후 측정된 비드를 가지는 토마토 토양 수분 함량: TB2-48: 13 cm 깊이에 배치된 비드를 가지는 토마토 토양 수분 함량: CC-48: 비드를 가지는 비드를 가지지 않는 오이 토양 수분 함량: CBl-48: 관개 48 시간 이후 10 cm에 배치된 비드를 가지는 오이 토양 수분 함량: CB2-0: 관개 1 시간 이후 측정된 10 cm에 배치된 비드를 가지는 오이 토양 수분 함량. ²6cm: 6 cm의 깊이에서 측정된 수분 함량 및 15 cm: 15 cm의 깊이에서 측정된 수분 함량.

표 3: 수분 보유 및 토마토 및 오이 식물의 성장에 Gradek 비드 사용의 효과.

¹TC: 비드를 가지지 않는 토양에서 성장하고 대조 처리로서 사용된 토마토 식물; TB1: 10 cm 깊이에 배치된 비드를 가지는 토양에서 성장한 토마토 식물; TB2: 15 cm 깊이에 배치된 비드를 가지는 토양에서 성장한 토마토 식물; CC: 비드를 가지지 않는 토양에서 성장하고 대조 처리로서 사용된 오이 식물: CB1: 10 cm 깊이에 배치된 비드를 가지는 토양에서 성장한 오이 식물: 및 CB2: 15 cm 깊이에 배치된 비드를 가지는 토양에서 성장한 오이 식물.¹

표 4: 토마토 및 오이 식물의 뿌리 및 신초의 건조 중량에 Gradek 비드 사용의 효과.

¹TC: 비드를 가지지 않는 토양에서 성장하고 대조 처리로서 사용된 토마토 식물: TB1: 10 cm 깊이에 배치된 비드를 가지는 토양에서 성장한 토마토 식물; TB2: 15 cm 깊이에 배치된 비드를 가지는 토양에서 성장한 토마토 식물; CC: 비드를 가지지 않는 토양에서 성장하고 대조 처리로서 사용된 오이 식물: CB1: 10 cm 깊이에 배치된 비드를 가지는 토양에서 성장한 오이 식물; 및 CB2: 15 cm 깊이에 배치된 비드를 가지는 토양에서 성장한 오이 식물. ¹

논의

상기 데이터의 결과는 사질 토양의 상이한 높이에 베드로서 비드의 존재가 토마토 및 오이 식물의 성장 기간 전반에 걸쳐 성장 및 WR를 효과적으로 지지함을 나타낸다. 이는 또한 토양 통기와 임의의 침입 및 식물 질병의 분포로부터 보호에 있어 긍정적인 영향을 야기할 수 잇다. 사실상, 비드를 사용하는 토양 처리는 대개 뜨거운 기후 조건의 결과로 손실되는 대량의 물을 절약하기 위한 WR 지지 물질로서 사용하는 것을 시사하였다. 물, 수분 함량 및 관개 시간 사이의 관계는 긍정적이며, 대조 처리와 비교하여 30% 초과의 물을 절약하였다. 예를 들어, 500 mL 물의 관개 후 12 시간 이후 측정된 사질 토양의 수분 함량은 15.8%의 대조의 수분과 비교하여 19.4% 이었고, 이는 관개 시간으로부터 24 시간 이후 > 18% 및 50%의 WR을 의미한다(표 1).

관개 48 시간 이후 TB 1의 토양의 수분 함량은 대조 처리보다 6% 높았다(표 2). 이것은 비드 베드의 높이 아래로 물의 방출을 방지를 제공하는 10 또는 13 cm 깊이에서의 비드 베드의 존재로써 설명될 수 있다. 게다가, 비드 베드 깊이의 높이는, 물의 방출을 보고하고 40%를 넘지 않는 수준으로 방지한다. 뿌리 또는 신초 길이 및 중량(gm)의 성장 파라미터는, 대조 처리와 비교한 경우 비드 베드를 사용하여 식물 키가 향상되고 뿌리 중량 및 길이가 감소된 것을 나타냈다. 처리 TB l의 뿌리 길이 및 신초 식물 키는 식물 뿌리 및 신초에 있어서 18.3 cm 및 31.3 cm의 대조군과 비교하여 각각 12.3 cm 및 40.3 cm이었다(표 3). 이것은 식물의 뿌리 근처에서 식물 성장을 위한 물의 가용성이 식물 성장을 지지하고, 이에 따라 생산량의 증가가 예상되는 것으로 설명 될 수 있다. 또한 건조 중량은 비드 베드의 존재에 영향을 받았다(표 4). 예를 들어, 식물 뿌리의 건조 중량은 대조에 대하여 1.35 gm 및 신초에 대하여 1.12으로 밝혀진 반면, TB1의 뿌리 중량은 0.6 gm 및 식물 신초에 대하여는 3.6 gm이었다.

물 증발을 테스트하였고, 제어된 처리와 비교하여 증발로부터 60% 초과의 물을 절약하는 것으로 밝혀졌다(도 12).

결론

본 명세서에 기재된 바와 같은 비드 레이어는 수분 보유를 향상시키고 물 증발을 감소시키며 이는 물이 비드를 가지는 분보다 비드를 가지지 않는 재배분을 더 빠르게 통과함을 의미한다. 물 증발이 감소되고 이에 따라 비드를 가지지 않는 분과 비교하여 농업 용도를 위해 물이 절약된다. 두 레이어의 비드는 더 1 내지 2cm 베드 두께의 하나의 레이어보다 더 나은 수분 보유를 향상시킴을 시사하였다. 게다가, 개방된 공간에서 비드 베드를 사용하는 식물의 재배가 제어된 분 환경에서의 재배보다 식물의 성장을 향상시킬 것이다. 예비 시험은 또한 물리적 및 화학적 특성 및 물, 토양 및 식물의 상호 작용이 테스트 환경과 실제 환경에 일치함에 따라 이러한 결과가 더 큰 규모의 농업 구현에서도 예상됨을 확인하였다.

결론 논평

본 발명은 상기 출원의 출원 일자에 출원인이 사용 가능한 특정 실시예 및 테스트 데이터에 관련하여 기재되었다. 그러나, 본 발명은 다음의 특허 청구범위만으로 제한되고, 다양한 변형 및 수정이 가능하다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 바와 같은 비드의 특성은 주어진 특정 구체예, 제공된 결과에 따라 가변적일 수 있고, 결과는 동일하다. 게다가, 본 발명의 특정 구현예는 식물의 성장, 바람직한 뿌리 깊이 및 특정 유형의 식물에 의해 요구되는 물의 지식에 기초하여 당업자에 의해 용이하게 조정할 수 있을 것이다. 이러한 점에서, 표면 하부 보유 배리어의 예시적인 깊이 또는 표면 증발 레이어의 배치는 당업자에 의해 용이하게 변경될 수 있다. 다른 실시예에서, 본 발명은 온실 환경, 가정 및 지역 사회 공원에 적용될 수 있고, 여기서 표면 증발 레이어가 또한 잡초 또는 다른 원치 않는 식물 성장에 억제를 제공할 수 있다.

청구항의 범위는 바람직한 구체예 또는 실시예의 설명에 기재된 바람직한 구체예로 제한되서는 안되고, 전체적으로 명세서와 일치하는 폭 넓은 설명이 부여되어야 한다.

Claims (25)

1. 하나 이상의 식물의 뿌리층 아래의 토양에 배치된 지하수 보유 배리어를 포함하는 농업 용수 보유 시스템; 여기서 상기 지하수 보유 배리어는 느슨하게 패킹된 방식으로 적층된 다수의 소수성 비드로 구성되고; 상기 지하수 보유 배리어는 통기성임.
2. 제1항에 있어서, 상기 소수성 비드는 유기 공중합체, 네오프렌, 우레탄, 우레아, 폴리프로필렌, 인공 고무 및 플라스틱을 포함하는 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 농업 용수 보유 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 소수성 비드는 0.15 - 0.25 사이의 비중을 가지는 농업 용수 보유 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 지하수 보유 배리어는 20 - 50 mm 사이의 두께인 농업 용수 보유 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 느슨하게 패킹된 방식은 개별 비드 사이에 틈새 공간을 제공하여, 충분한 수압이 토양에 도달한 경우 상기 틈새 공간 사이에서 배수가 일어나는 농업 용수 보유 시스템.
6. 제1항에 있어서, 토양의 표면에 근접하게 배치된 표면 증발 배리어를 추가로 포함하는 농업 용수 보유 시스템; 여기서 상기 표면 증발 배리어는 적어도 하나의 소수성 비드 레이어를 포함함.
7. 제6항에 있어서, 상기 표면 증발 배리어 토양의 상부 표면의 20 - 75 mm 아래에 배치되는 농업 용수 보유 시스템.
8. 제6항에 있어서, 상기 표면 증발 배리어와 상기 지하수 보유 배리어 사이의 거리는 적어도 재배되는 식물의 이상적인 뿌리 길이인 농업 용수 보유 시스템.
9. 적어도 식물이 재배되는 토양의 표면에 근접하게 배치된 표면 증발 배리어를 포함하는 농업 용수 보유 시스템; 여기서 상기 표면 증발 배리어는 적어도 하나의 레이어의 다수의 소수성 비드로 구성됨.
10. 제9항에 있어서, 하나 이상의 식물의 뿌리층 아래의 토양에 배치된 지하수 보유 배리어를 추가로 포함하는 농업 용수 보유 시스템; 여기서 상기 지하수 보유 배리어는 느슨하게 패킹된 방식으로 적층된 다수의 소수성 비드로 구성되고; 상기 지하수 보유 배리어는 통기성임.
11. 제9항에 있어서 상기 소수성 비드는 유기 공중합체, 네오프렌, 우레탄, 우레아, 폴리프로필렌, 인공 고무 및 플라스틱을 포함하는 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 농업 용수 보유 시스템.
12. 제9항에 있어서 상기 소수성 비드는 0.15 - 0.25 사이의 비중을 가지는 농업 용수 보유 시스템.
13. 제10항에 있어서 상기 지하수 보유 배리어는 20 - 50 mm 사이의 두께인 농업 용수 보유 시스템.
14. 제10항에 있어서, 상기 느슨하게 패킹된 방식은 개별 비드 사이에 틈새 공간을 제공하여, 충분한 수압이 토양에 도달한 경우 상기 틈새 공간 사이에서 배수가 일어나는 농업 용수 보유 시스템.
15. 다음의 단계를 포함하는 농업 용수 보유 시스템을 형성하는 방법:
    예정된 깊이로 토양을 제거하는 단계;
    적어도 하나의 소수성 비드 레이어를 적층하여 지하수 보유 배리어를 형성하는 단계; 및,
    상기 토양을 되메우는 단계.
16. 제15항에 있어서, 상기 소수성 비드는 유기 공중합체, 네오프렌, 우레탄, 우레아, 폴리프로필렌, 인공 고무 및 플라스틱을 포함하는 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 방법.
17. 제15항에 있어서, 상기 소수성 비드는 0.15 - 0.25 사이의 비중을 가지는 방법.
18. 제15항에 있어서, 상기 지하수 보유 배리어는 20 - 50 mm 사이의 두께인 방법.
19. 제15항에 있어서, 상기 적층 단계 이후, 부분적으로 토양의 표면에 근접한 위치까지 토양을 되메우는 단계; 및, 제2 레이어의 소수성 비드를 적층하여 표면 증발 배리어를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 표면 증발 배리어는 토양의 상부 표면의 20 - 75 mm 아래에 배치되는 방법.
21. 상기 액체의 상단 표면 상에 부유하도록 배치된 다수의 소수성 비드를 포함하는 액체의 본체(body)로부터 액체의 증발을 완화시키기 위한 시스템.
22. 제21항에 있어서, 상기 소수성 비드는 유기 공중합체, 네오프렌, 우레탄, 우레아, 폴리프로필렌, 인공 고무 및 플라스틱을 포함하는 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 시스템.
23. 제21항에 있어서, 상기 소수성 비드는 0.15 - 0.25 사이의 비중을 가지는 시스템.
24. 제21항에 있어서, 상기 소수성 비드는 공극성 매체를 형성하기 위하여 상기 비드를 보유하도록 공극성 메쉬 봉투 내에 포함되는 시스템.
25. 제24항에 있어서, 둘 이상의 상기 봉투는 함께 부착되어 부유하는 증발 배리어를 형성하는 시스템.
    
    

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