PL190909B1

PL190909B1 - Podłoże z wełny mineralnej pod rośliny

Info

Publication number: PL190909B1
Application number: PL345766A
Authority: PL
Inventors: Anton Blaakmeer; Paul Jacques Louis Hubert Bouwens
Original assignee: Rockwool Int
Priority date: 1998-08-14
Filing date: 1999-08-06
Publication date: 2006-02-28
Also published as: PL345766A1; AU5620199A; EP1104984A1; JP2002522050A; DE69912136D1; EP1104984B1; SK1242001A3; WO2000008919A1; US7104006B1; ES2205875T3; CA2338747C; EA005040B1; PT1104984E; CA2338747A1; DK1104984T3; EA200100237A1; EP0980647A1; ATE251838T1; DE69912136T2

Abstract

1. Podloze z welny mineralnej pod rosliny zawierajace spoista osnowe z welny mineralnej i do 20% objetosciowych srodka jonowymiennego, w tym srodka o ustalonej zdolnosci wymiany jonowej wynoszacej okolo 15, korzystnie 30, a najkorzystniej 40 mwali/100 g suchej masy lub wie- cej i ewentualnie srodka o zmiennej zdolnosci wymiany jonowej, korzystnie glinki i ewentualnie substancje organiczna zastepujaca welne mineralna w ilosci do 20%, a korzystnie do 10% objeto- sciowych, korzystnie w postaci torfu lub torfu sfagnowego, znamienne tym, ze jako srodek jono- wymienny o ustalonej zdolnosci wymiany jonowej zawiera zeolit. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest podłoże z wełny mineralnej pod rośliny.

Podłoża z wełny mineralnej pod rośliny, stosowane do hodowli roślin są dobrze znane w stanie techniki i zawierające spoistą osnowę z wełny mineralnej. Ta spoista osnowa jest tworzona przez składanie warstwy włókien wełny mineralnej dostarczonych z utwardzalnym spoiwem, przez co po utwardzeniu włókna wełny mineralnej są zasadniczo nie przemieszczalne względem siebie. Jeżeli jest wymagane szybkie pobieranie wody, ta spoista osnowa z wełny mineralnej może być zaopatrzona w ś rodek zwilż ają cy.

Określenie „wełna mineralna” oznacza wełnę szklaną, wełnę skalną, wełnę żużlową, sztuczne włókna szklane, watę żużlową i/lub ich mieszaniny.

Włókna mogą mieć średnią średnicę w zakresie 1-10 μm. Dla wełny żużlowej średnia średnica włókna wynosi około 4 μm.

Gęstość spoistej osnowy z wełny mineralnej może wynosić 10-200 kg/m³, a zasadniczo 40-80 kg/m³.

Taka spoista osnowa z wełny mineralnej ma właściwość zachowywania kształtu, która jest oczywista ze względu na zastosowane materiały wyjściowe. Co więcej, zdolność zatrzymywania wody w tych podłożach z wełny mineralnej pod rośliny jest łatwo kontrolowana i do przewidzenia.

Problemem jest, że hodowcy, wykorzystując takie podłoża z wełny mineralnej pod rośliny, mogą mimowolnie spowodować stres czy nawet uszkodzić rośliny poprzez przedawkowanie lub niedostateczne dawkowanie w podłożu z wełny mineralnej dodatków, takich jak roztwory środków odżywczych, przy rozważaniu wymogów rośliny w pewnym czasie i na pewnym etapie wzrostu.

Celem przedmiotowego wynalazku jest dostarczenie ulepszonego podłoża z wełny mineralnej pod rośliny, które może wyeliminować ten problem.

Wynalazek dostarcza podłoże z wełny mineralnej pod rośliny, zawierające spoistą osnowę z wełny mineralnej i do 20% objętościowych środka jonowymiennego, w tym środka o ustalonej zdolności wymiany jonowej wynoszącej około 15, korzystnie 30, a najkorzystniej 40 mwali/100 g suchej masy lub więcej i ewentualnie środka o zmiennej zdolności wymiany jonowej, korzystnie glinki i ewentualnie substancję organiczną zastępującą wełnę mineralną w ilości do 20%, a korzystnie do 10% objętościowych, korzystnie w postaci torfu lub torfu sfagnowego, charakteryzujące się tym, że jako środek jonowymienny o ustalonej zdolności wymiany jonowej zawiera zeolit.

Korzystnie ten środek jonowymienny ma średni rozmiar porów mniejszy niż średni rozmiar porów wełny mineralnej mającej gęstość poniżej około 72 kg/m³.

Korzystnie podłoże ma postać bloku wzrostowego.

Korzystnie podłoże ma postać maty wzrostowej.

Z gleby rośliny ekstrahują niezbędne dla nich związki, takie jak podstawowe substancje pokarmowe, z dostępnych w wodzie gruntowej związków. Jeżeli ilość związków w wodzie gruntowej albo przekracza, albo jest mniejsza niż ilość wymagana przez roślinę, związki te będą odpowiednio uwalniane lub gromadzone w naładowanych cząstkach gleby. Można to określać jako zdolność wymiany jonowej (IEC). Cząstki gleby mogą zawierać zarówno ustaloną, jak i/lub zmienną IEC (zmienna oznacza, że ilość IEC zależy od innych parametrów, takich jak pH, zawartość wody i struktura).

Mechanizm uwalniania i gromadzenia opiera się na równowadze chemicznej związków pomiędzy cząstkami gleby a roztworem wodnym gleby i/lub cząstkami gleby a roztworem powietrznym gleby.

Wymieniona IEC oraz mechanizm uwalniania i gromadzenia związków w glebie nie tylko działa w przypadku jonów, ale też jest właściwy dla związków, które są elektrycznie obojętne, ale ze względu na ich chemiczną budowę zawierają silne dodatnie i ujemne ładunki dipolowe, czego przykładem jest woda i związki organiczne, takie jak kwasy karboksylowe i alkohole.

Ten mechanizm wymiany i gromadzenia związków oraz IEC jest jednak nieobecny w podłożach z wełny mineralnej pod rośliny. Zatem jeżeli hodowcy przedawkują lub zastosują niedostateczną ilość w podłożach z wełny mineralnej na przykład środków odżywczych i pestycydów, może to mieć poważny negatywny wpływ na rośliny (taki jak stres, uszkodzenie lub temu podobne), co skutkuje niższą od optymalnego odpowiedzią wzrostową, zarówno pod względem jakościowym, jak i ilościowym. Wywołany w ten sposób stres rośliny może nawet skutkować wywoływaniem chorób roślin.

Wynalazcy wykazali, że poprzez dodanie środka wymiany jonów zawierającego ustaloną lub zmienną IEC do podłoży z wełny mineralnej pod rośliny, związki odżywcze zostają w nim zbuforowaPL190 909 B1 ne. Oznacza to, że jeżeli hodowca doda nadmierną lub niedostateczną dawkę związków do podłoża pod rośliny, zasadniczo zapobiega się negatywnemu ich wpływowi na roślinę.

Środkiem wymiany jonów jest korzystnie kationowy środek wymiany jonów, zawierający substancje mineralne gleby, a korzystniej wykazuje zachowanie odmienne od zachowania glinki pod względem pęcznienia i kurczenia się.

Mikroorganizmy mogą być bardzo ważne dla wzrostu rośliny. Z jednej strony takie mikroorganizmy odgrywają pewną rolę w ochronie roślin, na przykład występowaniu chorób wywołanych przez patogeny i/lub drapieżniki (takie jak phythium i protozoa) eliminowane przez zarówno optymalizację warunków uprawy (jak dostateczna ilość składników pokarmowych) oraz pojawienie się antagonistów (to jest mikroorganizmów) tych patogenów i drapieżników, a z drugiej strony, mikroorganizmy (takie jak mikoryza) mogą żyć w symbiozie z rośliną i w ten sposób powodować wzrost tej rośliny.

Dobre siedlisko dla mikroorganizmów jest dostępne w materiałach zawierających pory o średnim rozmiarze wynoszącym 6 μm lub mniej. Zapewnia się bardzo dobre warunki, gdy pory są mniejsze niż 3-krotny rozmiar mikroorganizmów, a jednak nadal większe niż organizmy. Glinka (taka jak bentonit) jest przykładem materiału zawierającego pory o średnim rozmiarze < 6 μm. Porowatość i średni rozmiar porów glinki nie są statyczne, ale zmieniają się znacznie w wyniku pęcznienia i kurczenia się glinki, co jest wywołane, między innymi, przez poziom pH, poziom EC oraz zawartość wody.

Patogeny i drapieżniki roślin są większego rozmiaru niż znani antagoniści i korzystne dla roślin mikroorganizmy. Te ostatnie zatem z większym prawdopodobieństwem skorzystają z tego mniejszego rozmiaru porów.

W podłożach z wełny mineralnej pod rośliny, mających gęstość wynoszącą 10-200 kg/im³, średni rozmiar porów wynosi najczęściej więcej niż 10 μm. Podłoża z wełny mineralnej pod rośliny mają stabilną strukturę i porowatość oraz zasadniczo nie są podatne na spęcznienie czy kurczenie się.

W celu poprawienia podłoży z wełny mineralnej pod rośliny jako siedlisk mikrobiologicznych, a szczególnie dla mikroorganizmów chroniących rośliny, środek wymiany jonów korzystnie ma średni rozmiar porów mniejszy niż podłoże z wełny mineralnej mające około 72 kg/m³ (mającego w przybliżeniu średni rozmiar porów wynoszący 25 μm), korzystnie wykazuje też mniejsze pęcznienie i kurczenie się niż glinka, a najkorzystniej ma rozmiar porów < 6 μm.

Najkorzystniej, środek wymiany jonów zawiera zeolit. Ponieważ zeolity mają stabilną, klatkową strukturę, stanowią one idealne, stabilne siedlisko dla mikroorganizmów.

Podłoże może ponadto zawierać substancję organiczną taką jak torf, kokos, torf sfagnowy lub różne rodzaje kompostu, korzystnie do stopnia humifikacji wynoszącego 10-70%, korzystniej zawierające 10-16% kwasów humusowych i/lub związków azotu (jak białka, aminokwasy i amidy), a najkorzystniej pochodzące z naturalnego źródła, które może zastąpić wełnę mineralną w do 20% objętości, korzystnie do 10% objętości.

Stosowne substancje organiczne wspomniano w dokumencie WO 96/33602, który zostaje powołany w niniejszym i włączony jako dokument odniesienia.

Kontrola pH w uprawach jest często wymagana dla dobrej odpowiedzi wzrostowej. Tym niemniej, w podłożach z wełny mineralnej pod rośliny, trudno jest uzyskać właściwą regulację pH. Wartość pH wynikająca z roztworu odżywczego (w oparciu o wymaganą wartość pH dla wzrostu rośliny) często różni się od stwierdzonego w rzeczywistości pH w podłożu z wełny mineralnej. Wynika to z wielu powodów.

Po pierwsze, podłoże pod rośliny z wełny mineralnej wykazuje aktywność przede wszystkim chemiczną, a zatem zwiększa się pH w podłożu.

Po drugie, rośliny powodują wysięk substancji organicznych ze swojego otoczenia, co może wpływać na wartość pH.

Pobieranie jonów pokarmowych prowadzi do wyłączenia H+ oraz OH przez korzenie roślin, co również może wpływać na pH. Co więcej, stan warunków rośliny, to jest rozważając czynniki takie jak wywołany stres, może również wpłynąć na rodzaj i ilość pobieranych środków pokarmowych oraz wyłączenie wysięków.

Substancje organiczne dobrze buforują jony H⁺ poprzez adsorpcję i desorpcję z udziałem grup NH₂, oraz buforują jony OH z udziałem grup typu kwasów karboksylowych (takie jak kwasy fulwinowe i humusowe).

Substancja organiczna jest również podatna na rozkład biologiczny zmieniający strukturę, ilość oraz funkcje skutecznych grup buforujących pH, a zatem zdolność buforowania pH substancji organicznej. Stopień humifikacji substancji organicznych jest wskazówką dla możliwego stopnia i ilości rozkładu. Substancje o niskim stopniu humifikacji z większym prawdopodobieństwem ulegają rozkła4

PL190 909 B1 dowi niż substancje o wysokim stopniu humifikacji. Tym niemniej, poprzez użycie ulegających rozkładowi biologicznemu substancji organicznych, podłoże z wełny mineralnej pod rośliny zapewnia dalsze korzystne właściwości związane z substancją organiczną, przy warunku źródła węgla. Co więcej, w wyniku rozkładu biologicznego substancji organicznej uwalniane są zwią zki stymulują ce roś liny, takie jak kwasy humusowe i witaminy, które są korzystne dla wzrostu rośliny. Związki tworzące kompleksy chelatowe, które zatrzymują słabo rozpuszczalne lub nierozpuszczalne pierwiastki śladowe w roztworze odż ywczym, mogą takż e być uwalniane. Substancja organiczna korzystnie ma pewien stopień humifikacji zmieniający się w zakresie 10-70% w celu zapewnienia właściwego buforowania pH oraz pozytywnego wpływu na degradację.

Gdy jest pożądanym dostarczenie podłoża z wełny mineralnej pod rośliny, mającego polepszoną zdolność buforowania wody z wyższymi ilościami dostępnej wody pomiędzy pF wynoszącym 0,5-2 i/lub bardziej pośrednią i ustaloną IEC, warto częściowo zastąpić wełnę mineralną substancją nieorganiczną, taką jak naturalna glinka. Glinka może zastąpić wełnę mineralną w objętości do 20%.

Glinka do zastąpienia substancji organicznej może zawierać substancje mineralne gleby zawierające cząstki hydrofitowe, korzystnie mające rozmiar cząstki poniżej 20 μm, a takie cząstki na przykład należą do klasy minerałów będących produktami erozji, jak glinki, mieszaniny glinek z iłami oraz piaskiem, mające usuwalną frakcję glinki jako szlam wynoszącą co najmniej 20%, a dalej bentonit, kaolin oraz temu podobne. Szczególnie nadają się różne naturalnie występujące rodzaje glinki oraz ich mieszaniny, jak glinka pochodzenia morskiego. Przykładem są glinki zawierające 0-100%, korzystnie 10-50% cząstek mających rozmiar korzystnie mniejszy niż 20 μm.

Zastosowanie glinki ma kolejną zaletę, gdy substancja organiczna jest zawarta w osnowie w postaci grudki. W takiej sytuacji glinka działa jak środek smarny oraz jako materiał redukujący ściśliwość grudki.

Połączenie glinki i materii organicznej tworzy tak zwany kompleks glinka-humus, co może w efekcie prowadzić do polepszonej struktury fizycznej, to jest zwiększonej porowatości, zwiększonego rozmiaru porów, a zatem do suchszej, bardziej napowietrzonej struktury.

Stosownie do tego musi być użyta pewna ilość glinki, by zmienić podatność na rozkład biologiczny użytej substancji organicznej. Na przykład torf, który jest normalnie podatny na rozkład biologiczny, można uczynić zasadniczo nie podatnym na rozkład biologiczny w wyniku dodania glinki do grudki.

W ten sposób glinka może inhibitować lub opóźniać rozkład biologiczny substancji nieorganicznej. Grudka może mieć rozmiar (cząstek) wynoszący około 0,1-20 mm.

W wyniku obecności glinki oraz torfu, stężenie elementów zarodnikowych w wodzie obecnej w wełnie mineralnej może być kontrolowane dzięki opóźnionemu uwalnianiu kationów czasowo gromadzonych w substancji organicznej i/lub glince.

Wynalazek zostanie teraz dalej objaśniony poprzez odniesienie do następujących przykładów.

P r z y k ł a d 1

Przygotowano spoiste podłoże wzrostowe mające postać bloków (10 x 10 x 6,5 cm), składające się ze spoistej osnowy z wełny mineralnej, do której oddano środek spajający na bazie fenolowo-formaldehydowej oraz środek zwilżający. Przed przejściem przez piec utwardzający, do osnowy dodano zeolit w ilości 10% wagowych (rozmiar cząstki 2-6 mm, mający zdolność wymiany kationowej wynoszącą 80 mwali/100 g suchej substancji). Gęstość spoistego podłoża wzrostowego wyniosła 80 kg/m³. CEC spoistego podłoża wzrostowego w odniesieniu do objętości o aktywności CEC wynosiła 3-6 nmol/litr substratu. Ta pojemność buforowa odpowiadała 12-25% optymalnego stosowanego roztworu odżywczego.

P r z y k ł a d 2

Przygotowano spoiste podłoże wzrostowe w postaci bloków (10 x 10 x 6,5 cm), składające się ze spoistej osnowy z wełny mineralnej, do której zastosowano środek spajający na bazie furanu. (Środki spajające jak opisano w WO 97/07664 zostają powołane i zawarte w niniejszym dokumencie). Przed przejściem przez piec utwardzający, do osnowy dodano równomierną mieszaninę 50% zeolitu i 50% glinki, które razem utworzyły ilość wynoszącą 10% wagowych. Gęstość spoistego podłoża wzrostowego wyniosła 80 kg/m³. CEC zeolitu wynosiła 80 mwali/100 g suchej substancji, a rozmiar cząstek wynosił 2-6 mm, natomiast średni rozmiar porów wynosił < 10 μm. CEC glinki wynosiła 20 mwali/100 g suchej substancji, rozmiar cząstek wynosił 2-6 mm, natomiast średni rozmiar porów wynosił 5-12 μm. Średni rozmiar porów osnowy z wełny mineralnej wynosił 15-30 mm. CEC spoistego podłoża wzrostowego w odniesieniu do objętości substratu przyczyniała się do nadania sumarycznego CEC wynoszącego 2-4 mmol/litr podłoża. Pojemność buforowa wyniosła 8-16% optymalnego stosowanego rozPL190 909 B1 tworu odżywczego. W odniesieniu do objętości spoistego podłoża, mniej niż 1% całkowitej objętości podłoża zawierało średni rozmiar porów wynoszący poniżej 12 μm. Wynalazcy wykazali, że było to wystarczające do ustalenia dwóch odmiennych nisz ekologicznych dla mikroorganizmów o różnym rozmiarze w porównaniu do produktów bez dodatku środka wymiany jonowej wykazującego tylko jedną niszę ekologiczną. Dodana ilość glinki przyczyniła się do dodatkowej ponad podstawową ilości wody wynoszącej 1-2% objętości w zakresie pF 0,5-1,5. Względna dodatkowa ilość wody dostępnej w tym zakresie pF zwiększyła się od 2% dla pF 0,5 do 14% dla pF 1,3. Badania wskazały, że ta dodatkowa dostępna ilość 1,5% w glince spowodowała poprawioną reakcję wzrostową ogórków, wynoszącą 3-4% w ciągu pierwszych 30 dni wzrostu przy zastosowaniu podawania wody w zakresie pF 1-1,3.

P r z y k ł a d 3

Przygotowano spoiste podłoże wzrostowe w postaci płytek (100 x 15 x 7,5 cm), składające się ze spoistej osnowy z wełny mineralnej, do której dodano środek spajający na bazie fenolowo-formaldehydowej, a także zastosowano środek zwilżający. Przed przejściem przez piec utwardzający, do osnowy dodano mieszaninę 90% zeolitu i 10% materii organicznej, tworzących razem 12% wagowych. Gęstość spoistego podłoża wzrostowego wyniosła 57 kg/m³. CEC Zeolitu wynosiła 80 mwali/100 g suchej substancji, rozmiar cząstek wynosił 2-6 mm, a średni rozmiar porów wynosił < 10 μm. Materia organiczna zawierała ponad 10% kwasu humusowego. Średni rozmiar porów osnowy z wełny mineralnej wynosił 20-35 μm. CEC spoistego podłoża wzrostowego w odniesieniu do objętości substratu przyczyniała się do nadania sumarycznego CEC wynoszącego 2-4,5 mmol/litr podłoża. Pojemność buforowa wyniosła 8-16% optymalnego stosowanego roztworu odżywczego. W odniesieniu do objętości spoistego substratu, mniej niż 0,5% całkowitej objętości podłoża zawierało średni rozmiar porów mniejszy niż 10 μm. Badania wykazały, że jest to dostateczne do uzyskania dwóch różnych nisz ekologicznych dla mikroorganizmów o różnych rozmiarach w porównaniu z produktami bez dodatku środka wymiany jonowej wykazujących tylko jedną niszę ekologiczną.

P r z y k ł a d 4

Przygotowano spoiste podłoże wzrostowe w postaci bloków (10 x 10 x 6,5 cm), składające się ze spoistej osnowy, do której zastosowano środek spajający na bazie furanu. Przed przejściem przez piec utwardzający, do osnowy dodano Klinoptylolit (Clinoptyolite), naturalny zeolit (dostępny w handlu od spółki amerykańskiej „Zeopro”) w ilości 5% wagowych (mający CEC czyli zdolność wymiany kationowej wynoszącą 85 mwali/100 g suchej substancji). Gęstość spoistego podłoża wzrostowego wyniosła 80 kg/m³. CEC spoistego podłoża wzrostowego w oparciu o objętość zawierała CEC wynoszącą 4 mmol/litr podłoża. Ta zdolność buforowania wynosiła 17-18% optymalnego stosowanego roztworu odżywczego.

Wynalazek nie jest ograniczony do powyższego opisu, żądane prawa zostają natomiast określone podanymi dalej zastrzeżeniami.

Claims

1. Podłoże z wełny mineralnej pod rośliny zawierające spoistą osnowę z wełny mineralnej i do 20% objętościowych środka jonowymiennego, w tym środka o ustalonej zdolności wymiany jonowej wynoszącej około 15, korzystnie 30, a najkorzystniej 40 mwali/100 g suchej masy lub więcej i ewentualnie środka o zmiennej zdolności wymiany jonowej, korzystnie glinki i ewentualnie substancję organiczną zastępującą wełnę mineralną w ilości do 20%, a korzystnie do 10% objętościowych, korzystnie w postaci torfu lub torfu sfagnowego, znamienne tym, że jako środek jonowymienny o ustalonej zdolności wymiany jonowej zawiera zeolit.

2. Podłoże według zastrz. 1, znamienne tym, że ten środek jonowymienny ma średni rozmiar porów mniejszy niż średni rozmiar porów wełny mineralnej mającej gęstość poniżej około 72 kg/m³.

3. Podłoże według zastrz. 1, znamienne tym, że ma postać bloku wzrostowego.

4. Podłoże według zastrz. 1, znamienne tym, że ma postać maty wzrostowej.