PL249991B1 - Sposób otrzymywania podłoża bezglebowego do uprawy roślin oraz bezglebowy sposób uprawy roślin z wykorzystaniem tego podłoża - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób otrzymywania podłoża bezglebowego do uprawy roślin zawierającego włókna organiczne i/lub organiczne materiały na bazie torfu, charakteryzujący się tym, że obejmuje impregnowanie włókien organicznych lub organicznych materiałów na bazie torfu aktywowanym izolatem, przy czym izolat stanowi produkt uboczny produkcji płyt pilśniowych, przy czym izolat jest wstępnie aktywowany inicjatorem polimeryzacji rodnikowej a następnie nanoszony na włókna organiczne i/lub organiczne materiały na bazie torfu. Przedmiotem zgłoszenia jest również bezglebowy sposób uprawy roślin z wykorzystaniem tego podłoża.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania podłoża bezglebowego do uprawy roślin zawierającego włókna organiczne, zwłaszcza włókno kokosowe i/lub organiczne materiały na bazie torfu. Podłoże to cechuje się zwiększoną trwałością, optymalnymi warunkami powietrzno-wodnymi, mniejszą podatnością na biodegradację, mniejszą podatnością na osiadanie, oraz większą trwałością i wytrzymałością. Przedmiotem wynalazku jest również bezglebowy sposób uprawy roślin z wykorzystaniem tego podłoża. Rośliny uprawiane na przedmiotowym podłożu dają zwiększony plon, który charakteryzuje się zwiększoną ilością związków bioaktywnych oraz lepszymi parametrami jakościowymi.

W krajach o intensywnej produkcji ogrodniczej coraz większą rolę odgrywają uprawy bezglebowe. W ostatnich latach zwiększa się nie tylko areał takich upraw ale również różnorodność wykorzystywanych w tym celu gatunków roślin. Zmniejszanie się zasobów torfu oraz problemy z utylizacją wełny mineralnej wykorzystywanej w uprawach ogrodniczych, wymusiły konieczność poszukiwania nowych materiałów na podłoża, które charakteryzować się będą dobrymi właściwościami fizykochemicznymi, a ponadto są niedrogie, łatwe do transportu, uprawy roślin i stosunkowo szybko ulegają biodegradacji [Trender J., Nowak J. Zastosowanie podłoży kokosowych w uprawie roślin rabatowych. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 2002, 485, 351-358]. Warunki te spełniają włókna organiczne takie jak np. włókna odpadów kokosowych, zwane inaczej torfem kokosowym, których wykorzystaniem do produkcji ogrodniczej zainteresowano się już w latach osiemdziesiątych ubiegłego stulecia [Verdonk, O. Reviewing, and evaluation of new materials used as substrates. Acta Hort. 1984, 150, 467-473.]. Włókno kokosowe jest materiałem odpadowym pochodzącym z przemysłu kokosowego głównie z Filipin, Indonezji, Sri Lanki, Malezji i Tajlandii, a obecnie jest trzecim najpowszechniej wykorzystywanym podłożem w ogrodnictwie zaraz po torfie (który obejmuje ponad 2/3 rynku) i substratach mineralnych, takich jak wermikulit, perlit czy wełna m ineralna. Stosowane w uprawach ogrodniczych podłoża na bazie włókna kokosowego mają korzystne właściwości powietrzno-wodne, wolniej niż torf ulegają mineralizacji, a ponadto są lekkie i nie kurczą się podczas przesuszenia. Ponadto dzięki zawartości kwasów fenolowych powstających w wyniku powolnego rozkładu zawartych w nim lignin oraz korzystnym właściwościom powietrzno-wodnym u wielu gatunków roślin uprawianych w tym podłożu następuje stymulacja rozwoju systemu korzeniowego [Mariotti, B.; Martini, S.; Raddi, S.; Tani, A.; Jacobs, D.F.; Oliet, J.A.; Maltoni, A. Coconut Coir as a Sustainable Nursery Growing Media for Seedling Production of the Ecologically Diverse Quercus Species. Forests 2020, 11, 522. https://doi.org/10.3390 /f11050522, Nawrocka-Grześkowiak, U. Wpływ włókna kokosowego na ukorzenianie Calluna vulgaris L. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 2005, 504, 479-486.]. Włókno kokosowe ponadto wśród podłoży organicznych charakteryzuje się najwyższą retencją wody, która jest najłatwiej dostępna dla roślin, jak również najwyższą pojemnością powietrzną, dlatego można je uznać za substrat który zapewnia roślinom znaczne ilości wody jak również zaspokaja potrzeby powietrzne systemu korzeniowego (Jaroszuk M., Slowinska-Jurkiewicz A., Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 2005, 504, 105-110). Popularne w uprawach bezglebowych pozostają podłoża na bazie torfu.

Specyfika upraw bezglebowych polega na tym, że podłoża eksploatowane są przez ograniczony czas ze względu na rozrastający się system korzeniowy, po czym stanowią odpad. W przypadku bezglebowej uprawy owoców jagodowych, np. malin pod osłonami w większych pojemnikach 4-10 litrów istotnym jest aby możliwe było wykorzystanie podłoża w okresie uprawy wynoszącym 2-4 lata, przy jednoczesnym zachowaniu dobrych właściwości powietrzno-wodnych podłoża. W przypadku zastosowania podłoży z materiałów organicznych, takich jak włókno organiczne, np. włókno kokosowe, znaczny wpływ na jego właściwości ma naturalna podatność na biodegradacje. Podobny problem występuje w podłożach opartych o organiczne materiały na bazie torfu.

W trakcie uprawy trwającej kilka do kilkunastu miesięcy w tych samych pojemnikach podłoża ulegają osiadaniu i mineralizacji, co często powoduje pogorszenie ich właściwości fizycznych, w tym zwłaszcza powietrzno-wodnych. W związku z tym istnieje potrzeba udoskonalania podłoży do wieloletnich upraw bezglebowych, opartych na biokomponentach jednocześnie poprawiających jego właściwości fizykochemiczne oraz wydłużających trwałość, a tym samym okres eksploatacji podłoża, co przede wszystkim pozwoli zredukować ilość powstających odpadów. Jednocześnie pogarszający się z natury rzeczy stan podłoża nie powinien wpływać znacząco na jakość wytwarzanych przez rośliny plonów. Korzystne byłoby, gdyby podłoże wpływało na polepszenie się jakości i ilości plonu.

W stanie techniki znane są rozwiązania udoskonalające procesy upraw bezglebowych z wykorzystaniem podłoży na bazie naturalnych surowców włóknistych odpadowych, w pełni biodegradowalnych przeznaczonych do upraw szklarniowych [Dyśko J., Kaniszewski S., Kowalczyk W., Dziedziczak K., Kowalski B., Moraczewski A., Podsiedlik W., Wojtysiak J. Ekologiczne włókniste podłoża bezglebowe w uprawach szklarniowych. Problemy Eksploatacji, 2012, 2, 37-56.]. W tym celu stosuje się dodatki z mieszanek surowców włókienniczych i niewłókienniczych takich jak trociny, paździerz, kokos, juta i słoma. Rozwiązania te jednak w większości dedykowane są uprawom jednorocznym w tym głównie warzyw.

Sposób przygotowania podłoża ma zasadniczy wpływ na relacje powietrzno-wodne cechujące podłoże. Nadmierne rozcieranie, rozdrabnianie czy długotrwałe mieszanie składników podłoża może niszczyć strukturę torfu lub innych komponentów wykorzystanych do produkcji podłoża, co wpływa na zmniejszenie porowatości podłoża. Istotnym jest również sposób umieszczania podłoża w doniczce - nadmierne zagęszczanie podłoża w trakcie napełniania doniczki powoduje zmniejszenie porowatości, z kolei zbyt słabe zagęszczenie powoduje znaczne osiadanie podłoża w trakcie uprawy przez co zmniejszeniu ulega wysokość podłoża w doniczce. Czynniki te w zasadniczy sposób wpływają na pogorszenie właściwości fizycznych podłoża, co przekłada się na pogorszenie warunków wzrostu i rozwoju roślin. Przy komponowaniu podłoża istotne znaczenie ma również właściwy dobór komponentów we właściwych frakcjach, a do jego przygotowania powinno używać się komponentów o podobnej wielkości cząstek, co zapobiega osiadaniu podłoża [Jacek S. Nowak, Właściwości powietrzno-wodne podłoży ogrodniczych, Zeszyty problemowe postępów nauk rolniczych, 2005, 504, 175-184]. Istotnym również przy komponowaniu podłoży do pojemnikowej produkcji roślin jest zdolność podłoża do nawilżania. Wykorzystywany powszechnie w uprawach ogrodniczych torf, szczególnie o znacznym stopniu humifikacji, po przesuszeniu charakteryzuje się bardzo dużą hydrofobowością, przez co bardzo trudno ulega ponownemu nawilżeniu, ze względu na mały kąt przylegania kropli wody do przesuszonego torfu.

W stanie techniki znane są rozwiązania zwiększające nasiąkliwość podłoży po przesuszeniu, które polegają na dodaniu do materiału bazowego podłoża komponentów charakteryzujących się dużą zdolnością do zatrzymywania wody, takich jak perlit, wermikulit, czy hydrożeli [Jacek S. Nowak, Właściwości powietrzno-wodne podłoży ogrodniczych, Zeszyty problemowe postępów nauk rolniczych, 2005, 504, 175-184]. Duże znaczenie w tym zakresie ma również biowęgiel - silnie rozdrobniony porowaty materiał powstający jako odpad w procesie termicznej konwersji biomasy roślinnej. Jego pozytywne właściwości w poprawie właściwości gleb, w tym ich struktury, porowatości, właściwości retencyjnych, pH czy zasobności w składniki pokarmowe są szeroko dokumentowane w literaturze. Właściwości biowęgla wskazują również na jego znaczny potencjał do zastosowania w produkcji ogrodniczej [Gondek, K.; Mierzwa-Hersztek, M.; Kopeć, M.; Sikora, J.; Głąb, T.; Szczurowska, K. Influence of biochar application on reduced acidification of sandy soil, increased cation exchange capacity, and the content of available forms of K, Mg, and P. Pol. J. Environ. Stud. 2019, 28, 103-111, Altland J.E., Locke J.C. Biochar affcts macronutrients leaching from a soilless substrate. HortScience, 2012, 47(8), 1136-1140.]. Z dostępnych danych wynika, że podejmowano próbę wykorzystania biowęgla jako samodzielnego podłoża w uprawie roślin, lub mieszano go w formie pylistej z rożnymi komponentami wykorzystywanymi w produkcji ogrodniczej, takimi jak włókno kokosowe, torf, czy perlit. We wszystkich tych przypadkach wykazano na ogół pozytywny wpływ dodatku biowęgla do podłoża, nie tylko na skutek poprawy jego właściwości fizycznych, ale przede wszystkim na wzrost odporności roślin na niektóre choroby i szkodniki [Gr aber, E.R., Meller Harel, Y., Kolton, M. et al. Biochar impact on development and productivity of pepper and tomato grown in fertigated soilless media. Plant Soil 337, 481 -496 (2010). https://doi.org/10.1007/ s11104-010-0544-61.

W uprawie pojemnikowej prowadzonej w dłuższym okresie czasu jednak istotnym wydaje się być sposób domieszkowania biowęgla do podłoży. Na ogół dodawany jest on w formie pylistej (średnica ziaren < 0,5 mm), do materiałów wysokoporowatych, co przy fertygacji roślin powoduje jego szybkie wypłukiwanie z podłoża, a jego potencjalnie pozytywny wpływ na wzrost i rozwój roślin jest znacząco ograniczony [Graber i in. 2010].

Na tle stanu techniki istnieje wyraźna potrzeba do opracowywania nowych podłoży do upraw bezglebowych, zwłaszcza z dodatkami zapewniającymi korzystne właściwości fizykochemiczne podłoża, a co się z tym wiąże wzrost i rozwój roślin. Istnieje również potrzeba opracowania nowych postaci znanych dodatków do podłoży bezglebowych takich jak biowęgiel pylisty. Postać biowęgla oraz sposób jego dodawania do podłoży dla bezglebowych upraw roślin powinien pozwolić na długotrwałe zachowanie cząstek biowęgla w obrębie podłoża, przez co poprawie ulegną nie tylko właściwości fizykochemiczne podłoża, ale również wzrost i rozwój roślin.

Wynalazek wychodzi naprzeciw tym zapotrzebowaniom. Problemem technicznym jaki rozwiązuje wynalazek jest zapewnienie podłoża do upraw bezglebowych roślin, które to podłoże z jednej strony charakteryzuje się korzystnymi właściwościami fizykochemicznymi takimi jak zwiększona trwałość, optymalne warunki powietrzno-wodne, mniejsza podatność na biodegradację, mniejsza podatność na osiadanie, oraz większa trwałość i wytrzymałość, z drugiej strony gwarantuje zapewnienie składników odżywczych zarówno pochodzących ze składu jakościowego samego podłoża jak i jego konsystencji utrzymującej te składniki w miejscu uprawy rośliny dając jej możliwość ich poboru dla zapewnienia optymalnego wzrostu i rozwoju. Takie podłoże może być stosowane do upraw bezglebowych nawet kilka lat bez znacznej utraty korzystnych właściwości a w związku z tym zmniejsza się ilość generowanych odpadów - tak jak ma to miejsce w stanie techniki, gdzie znane podłoża należy wymieniać np. co rok. Dalszym celem wynalazku jest zapewnienie uprawy roślin z wykorzystaniem opracowanego podłoża, który to sposób zapewnia polepszony plon i zwiększoną ilość składników bioaktywnych w owocach.

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania podłoża bezglebowego do uprawy roślin zawierającego włókna organiczne i/lub organiczne materiały na bazie torfu, charakteryzujący się tym, że obejmuje następujące etapy:

a) aktywacja izolatu z inicjatorem polimeryzacji rodnikowej, przy czym izolat stanowi produkt uboczny produkcji płyt pilśniowych składający się z rozpuszczalnych w wodzie sacharydów oraz nienasyconych terpenów,

b) impregnowanie włókien organicznych i/lub organicznych materiałów na bazie torfu aktywowanym izolatem poprzez zwilżenie rozpyłowe aktywowanym izolatem, przy czym relacja wagowa ilości aktywowanego izolatu do włókien organicznych i/lub organicznych materiałów na bazie torfu wynosi 1:9,

c) domieszkowanie tak otrzymanego impregnowanego włókna peletowanym biowęglem otrzymanym sposobem obejmującym następujące etapy:

i) domieszkowanie przygotowanej wcześniej mieszanki biowęgla pyłowego i mąki aktywowanym izolatem według punktu a) poprzez zwilżenie rozpyłowe aktywowanym izolatem mieszanki biowęgla pyłowego i mąki, ii) zwilżenie masy otrzymanej w pkt. i) wodą w ilości 2,5% wag. na masę biowęgla pyłowego, iii) granulacja zwilżonej wodą masy otrzymanej z biowęgla pyłowego, mąki i aktywowanego izolatu, iv) suszenie otrzymanego granulatu dla otrzymania peletowanego biowęgla.

Korzystnie aktywację izolatu przeprowadza się z wykorzystaniem nadtlenku benzoilu jako inicjatora polimeryzacji rodnikowej dodanego do podgrzanego do 100°C izolatu w ilości 0,15% wag względem masy izolatu.

Peletowany biowęgiel wytwarza się granulując masę otrzymaną z biowęgla pyłowego, mąki i aktywowanego izolatu. Korzystna relacja wagowa biowęgiel pyłowy: mąka: aktywowany izolat jest jak 10:0,25:1,5.

Przedmiotem wynalazku jest również bezglebowy sposób uprawy roślin polegający na wysadzeniu sadzonek roślin do doniczek z podłożem i prowadzeniu uprawy z fertygacją, charakteryzujący się wykorzystaniem podłoża zdefiniowanego powyżej.

Na potrzebę niniejszego opisu stosowane termin „lepiszcze” oznacza składniki nadające biowęglowi pyłowemu zwięzłej konsystencji, tj. izolat oraz mąka, przy czym izolat poddany jest polimeryzacji z wykorzystaniem inicjatora polimeryzacji na tym biowęglu pyłowym.

Podłoże według wynalazku to impregnowany spolimeryzowanym izolatem organiczny nośnik. Jako nośnik stosowane jest włókno organiczne czyli materiał włóknisty pozyskiwany z roślin i/lub organiczne materiały na bazie torfu, stosowane standardowo jako podłoże do upraw bezglebowych. Możliwe jest stosowanie mieszanki włókien organicznych i organicznych materiałów na bazie torfu. Korzystnie podłoże ma domieszkowany peletowany biowęgiel. Impregnowanie nośnika polega na naniesieniu na nośnik w przestrzenie włókniste/porowate aktywowanego izolatu. Aktywowany izolat zachowuje płynność i tężeje w miarę zachodzenia polimeryzacji na włóknach organicznych i/lub organicznym materiale na bazie torfu.

W zaproponowanym rozwiązaniu, w podstawowym wariancie wynalazku, zapewniono podłoże na bazie włókna organicznego i/lub organicznego materiału na bazie torfu, korzystnie włókna kokosowego, impregnowane spolimeryzowanym izolatem. Podłoże takie charakteryzują korzystnymi właściwości fizykochemiczne, które zaprezentowano w przykładach.

W korzystnym wariancie impregnowane włókno organiczne i/lub organiczny materiał na bazie torfu domieszkuje się peletowanym biowęglem. Dodatkowe wzmocnienie impregnowanych spolimeryzowanym izolatem włókien organicznych i/lub organicznych materiałów na bazie torfu peletowanym biowęglem, do zespolenia którego użyto mieszaniny mąki pszennej oraz izolatu, dało podłoże o jeszcze lepszych własnościach. Efektem tego wzmocnienia jest otrzymanie podłoża o wydłużonym okresie użytkowania oraz zwiększonych właściwościach retencyjnych.

Podłoże, zarówno w podstawowym wariancie wynalazku, jak i wariancie korzystnym, może być wykorzystane do uprawy roślin wymagających dłuższego cyklu produkcyjnego, a ze względu na wydłużoną trwałość i możliwość ograniczenia zużycia wody dostarczanej do donic produkcyjnych w procesie fertygacji, przyczynia się do zwiększenia opłacalności produkcji.

Izolat - produkt uboczny z produkcji płyt pilśniowych, powstały w instalacji do zagęszczania wody technologicznej z obróbki włókna drzewnego, występujący pod nazwą handlową Fibro Lep od Fibris, w skład którego wchodzą rozpuszczalne w wodzie sacharydy oraz nienasycone terpeny (składniki żywic drzewnych pochodzenia naturalnego) zaskakująco dzięki możliwej inicjacji polimeryzacji stanowi uniwersalny składnik o właściwościach m.in. spajających, pozwalający m.in. przeprowadzić proces peletowania pylistego biowęgla z udziałem mąki pszennej. Zastosowanie tego czynnika eliminuje konieczność wykorzystania syntetycznych lepiszczy o nieokreślonym (potencjalnie negatywnym) wpływie na procesy w których peletowany biowęgiel będzie wykorzystany.

Ten sam proces aktywacji izolatu został wykorzystany do impregnacji włókna kokosowego. Dzięki temu procesowi zaskakująco uzyskano podłoże pozwalające produkować rośliny maliny o ograniczonej bryle korzeniowej, co bezpośrednio przedkłada się na wydłużenie czasu eksploatacji podłoża. Po pierwszym roku uprawy roślin odnotowano znacznie mniejszy przyrost masy korzeniowej roślin, co wpłynęło na ograniczenie skurczu podłoża (zmian objętości) w stosunku do przykładowego zwykłego włókna kokosowego. Istotnym problemem przy wykorzystaniu podłoży do produkcji ogrodniczej na bazie materiałów organicznych, jest ich zwiększony rozkład mikrobiologiczny w wyniku czego pogorszeniu ulegają właściwości fizyczne wpływające bezpośrednio na ilość wody dostępnej dla roślin oraz powietrza w strefie korzeniowej, zwłaszcza w dłuższym okresie eksploatacji. Istotnym problemem jest również nadmierna kurczliwość podłoży wytworzonych z surowców organicznych oraz zmiany w nasiąkliwości wodnej zwłaszcza po przesuszeniu. Wynalazek rozwiązuje te problemy. Dodatek spolimeryzowanego izolatu (wcześniej aktywowanego) zwiększa wytrzymałość podłoża, wpływa na zmniejszenie tempa przyrostu masy korzeniowej roślin, jednocześnie bez negatywnego wpływu na uzyskiwany plon końcowy, przez co udało się rozwiązać problem zwiększonego rozkładu podłoży w okresie eksploatacji. Oczywiste dla specjalisty jest to, że w przypadku upraw bezglebowych zmniejszona masa korzeniowa po jednym cyklu produkcyjnym jest korzystna. Wskazuje to na łatwiejszą przyswajalność składników pokarmowych dostarczanych w procesie fertygacji. Zmniejszenie przyrostu masy korzeniowej ponadto wydłuża okres eksploatacji podłoża. Wyprodukowane z wykorzystaniem tego podłoża rośliny wydały plon owoców o znacznie polepszonych właściwościach jakościowych mierzonych zawartością związków bioaktywnych. Efekt ten jest spotęgowany poprzez dodatek do impregnowanego spolimeryzowanym izolatem włókna kokosowego peletowanego biowęgla. Pozwoliło to produkować rośliny maliny wydające zwiększony plon o polepszonych właściwościach jakościowych mierzonych zawartością wybranych związków bioaktywnych przy zachowaniu korzystnych parametrów eksploatacyjnych podłoża. Dodatkowo stosując peletowany biowęgiel otrzymany proponowaną metodą rozwiązano istotny problem związany z wymywaniem tego składnika z podłoży stosowanych w uprawie bezglebowych w których stosuje się fertygację.

W wyniku przeprowadzonych sposobów uzyskano podłoże składające się z materiałów w pełni biodegradowalnych o wydłużonej trwałości, przez co ograniczeniu ulega produkcja znacznej ilości odpadów. Dodatkowo otrzymane podłoże wykorzystuje materiał odpadowy z produkcji płyt pilśniowych co wpisuje się w trend pro-ekologiczny.

Wytworzone podłoże charakteryzuje się zwiększoną trwałością, optymalnymi warunkami powietrzno-wodnymi, mniejszą podatnością na biodegradację, mniejszą podatnością na osiadanie, oraz większą trwałością i wytrzymałością, przez co dedykowane jest uprawom roślin ogrodniczych wieloletnich, uprawianych w większych doniczkach, dla których ważne jest aby w okresie uprawy wynoszącym 2-4 lata zastosowane podłoże zachowywało trwałe i dobre właściwości powietrzno-wodne oraz nie ulegało osiadaniu. Zastosowanie wynalazczego podłoża ponadto wpływa na poprawę właściwości produkowanych owoców, w tym szczególnie zwiększenie zawartości składników bioaktywnych oraz zwiększenie potencjału antyoksydacyjnego poprzez zmodyfikowane warunki wzrostu i rozwoju roślin, w tym w szczególności dostępu do składników pokarmowych i wody oraz ograniczeniu nadmiernego przyrostu masy korzeniowej.

Sposób otrzymywania biowęgla, podłoża w wariancie podstawowym jak i podłoża w wariancie korzystnym jest stosunkowo prosty, możliwy do wykonania na typowych urządzeniach. Również zastosowane parametry mieszania, nanoszenia, granulacji, suszenia, kondycjonowania są łatwe w dostosowaniu przez znawcę w dziedzinie np. dla innych nośników, czy proporcji składników lepiszcza.

Podane temperatury etapów sposobu nie należy traktować zawężająco zakres ochrony. Znawca będzie umiał dostosować stopień podwyższenia temperatury do konsystencji mas wymaganych do poszczególnych procesów jednostkowych. Tam, gdzie nie podano inaczej stosowana jest temperatura pokojowa. Również podane w opisie relacje wagowe składników mieszanek użytych w procesie nie należy traktować ograniczająco. Znawca będzie wiedział jak dostosować ilość aktywatora (np. innego niż nadtlenek benzoilu) do zainicjowania polimeryzacji izolatu. Będzie również wiedział, że inne ilości mąki również zrealizują wynalazek - np. różne miały mąki mogą zapewnić taką albo inną korzystną konstystencję mieszanek i końcowych produktów. Podobnie ilość izolatu/mieszanki izolatu i mąki do sporządzenia lepiszcza może się różnić od tej podanej w opisie wynalazku. W zależności od wybranego nośnika czy rośliny poddanej uprawie korzystne może być osiągnięcie mniej lub bardziej zbitego/gęstego podłoża. Znawca będzie umiał dostosować ilość izolatu/mieszanki izolatu do uzyskania podłoża o korzystnej strukturze. Podobnie w przypadku ilości dodanego peletowanego biowęgla - znawca będzie wiedział jaka ilość, inna niż literalnie podano w opisie, wypełni cel wynalazku. Rutynowe eksperymenty na podstawie tych tutaj opisanych przykładów pozwolą zoptymalizować podłoże do konkretnej uprawy.

W przykładzie wykonania wynalazku pokazano korzystny wpływ podłoża według wynalazku na wzrost i rozwój roślin maliny, jej plony i zwiększoną ilość składników bioaktywnych. Podłoże według wynalazku jest możliwe do zastosowania właściwie w każdej uprawie bezglebowej, zwłaszcza w tych uprawach gdzie stosowana jest fertygacja.

Surowce

Poniżej scharakteryzowano surowce do otrzymywania podłoża według wynalazku.

Biowęgiel pyłowy. Ponieważ wytwarzanie peletowanego biowęgla odbywa się zasadniczo w wyniku wmieszania w biowęgiel pyłowy polimeryzującego izolatu, jako biowegiel pyłowy można stosować w zasadzie wszelkie dostępne surowce tego typu. Przykładowy biowęgiel pyłowy, który został zastosowany do wytworzenia wynalazku został wyprodukowany metodą pirolizy okresowej biomasy, korzystnie łuski słonecznika, w temperaturze 450-550°C zgodnie z metodyką opisaną w publikacji Kubaczyński i in. 2020; Klimek-Kopyra i in. 2021, Gondek i in. 2019. [Kubaczyński A.; Walkiewicz, A.; Brzezińska, M.; Usowicz, B. How does biochar affect soil respiration? EGU Gen. Assem. 2020; Klimek-Kopyra, A.; Sadowska, U.; Kuboń, M.; Gliniak, M.; Sikora, J. Sunflower Husk Biochar as a Key Agrotechnical Factor Enhancing Sustainable Soybean Production. Agriculture 2021, 11, 305. ht tps://doi.org/10.3390 /agriculture 11040305; Gondek, K.; Mierzwa-Hersztek, M.; Kopeć, M.; Sikora, J.; Głąb, T.; Szczurowska, K. Influence of biochar application on reduced acidification of sandy soil, increased cation exchange capacity, and the content of available forms of K, Mg, and P. Pol. J. Environ. Stud. 2019, 28, 103-111].

Zastosowany w wynalazku biowęgiel pyłowy jest o następującym składzie: zawartość wody 0,5%; popiół 8,1%; cząstki lotne 11,6%; skład chemiczny: C - 85,32%; H - 2,99%; N - 1,06%; S - 0,058%; O - 2,01%; porowatość właściwa: średni promień porów (0,24 μm), całkowita powierzchnia porów (19,01 m²/g), porowatość całkowita (75,92%).

Izolat. Izolatem w niniejszym zgłoszeniu nazywany będzie materiał, który po aktywowaniu ulega polimeryzacji rodnikowej. Jest to produkt uboczny w produkcji płyt pilśniowych, powstały w instalacji do zagęszczania wody technologicznej z obróbki włókna drzewnego, występujący pod nazwą handlową Fibro Lep od Fibris. Izolat ten jest mieszaniną rozpuszczalnych w wodzie sacharydów oraz nienasyco nych terpenów - składników żywic drzewnych pochodzenia naturalnego), które zdolne są do polimeryzacji rodnikowej. Termin „aktywowany izolat” oznaczać będzie izolat z domieszką inicjatora polimeryzacji poddany czynnościom zmierzającym do zainicjowania polimeryzacji izolatu, de facto znajdujących się w nim związkach zdolnych do polimeryzacji.

Mąka pszenna. W sposobie według wynalazku stosować można powszechnie dostępną mąkę pszenną, korzystnie typ 500.

Włókno organiczne. Do wytworzenia podłoża według wynalazku stosować można zasadniczo dowolne włókno organiczne dostępne na rynku, odpowiednie do upraw bezglebowych. Korzystnymi włóknami organicznymi są włókno kokosowe lub ligninowe. W przykładzie wykonania wynalazku zastosowano włókno kokosowe dostępne pod nazwą handlową LERGO.

Inicjator polimeryzacji. Do aktywacji polimeryzacji rodnikowej izolatu zastosować można jakikolwiek dostępny i znany znawcy inicjator. W przykładach wykonania wynalazku zastosowano popularny inicjator stanowiący nadtlenek benzoilu dostępny handlowo.

Wynalazek został opisany szczegółowo w poniższych przykładach wykonania. Przykłady 1-5 dotyczą sposobu otrzymywania podłoża według wynalazku. Natomiast przykłady 6-8 uzasadniają efekt wynalazku związany z uzyskaniem podłoża do uprawy roślin o korzystnych parametrach jak i pokazują wpływ wynalazczego podłoża na rośliny uprawiane z jego wykorzystaniem.

Przykład 1 - inicjowanie polimeryzacji rodnikowej w izolację (otrzymywanie aktywowanego izolatu)

W celu aktywacji (inicjowanie polimeryzacji rodnikowej) izolatu w naczyniu wykonanym korzystnie ze stali nierdzewnej umieszczono 10 kg izolatu, a następnie podgrzano go do temperatury 100°C. W dalszej kolejności dodano małymi porcjami 15 g inicjatora polimeryzacji - nadtlenku benzoilu, mieszając masę. Po zmieszaniu składników (około 10 minut) masę utrzymywano w temperaturze 100°C przez okres 30 min, a następnie schładzano do temperatury pokojowej. Tak przygotowana masa aktywowanego izolatu była zdatna do użycia (tj. zachowywał formę płynną) przez czas ok. 30 minut.

Przykład 2 - otrzymywanie peletowanego biowęgla

Przykładowy biowęgiel pyłowy w ilości 10 kg umieszczono w mieszalniku, korzystnie wstęgowym (http://www.xn--maszynyspoywcze-rkd.pI/galeria.php#read), a następnie dodano mąkę pszenną w ilości 250 g. Otrzymaną mieszaninę zwilżano rozpyłowo aktywowanym izolatem otrzymanym według Przykładu 1, w ilości 1,5 kg przy użyciu dyszy o wielkości otworu 0,4 mm stosując przepływ 1,6 l/min. Następnie całość mieszano przez okres 5 minut do otrzymania jednolitej masy. Po tym czasie do mieszaniny dodano 250 g wody, ciągle utrzymując mieszanie do otrzymania jednolitej masy. Tak przygotowana masa została wykorzystana do otrzymywania postaci peletu.

Proces peletowania prowadzono w temperaturze 115-125°C w celu ułatwienia formowania peletu poprzez zwiększenie działania lepiszczy, tj. aktywowanego izolatu oraz mąki pszennej, w typowym granulatorze (ht tps://www.kovonovak.com /en/bio /pellet-mill-mgl200/) z użyciem matrycy formującej pelet o grubości oka korzystnie 34 mm. W dalszej kolejności uzyskany pelet poddano procesowi suszenia celem utrwalenia jego właściwości fizycznych. Proces suszenia prowadzono z wykorzystaniem standardowych urządzeń suszalniczych, dedykowanych do suszenia ciał stałych (https://w w w.pol-eko.com.pl/model/suszarki-laboratoryjne-slw /suszarka-laboratoryjna-slw-400/).

Suszenie prowadzono w temperaturze 60°C w okresie 3 h, do uzyskania wilgotności peletu na poziomie 5%. Otrzymany pelet po okresie suszenia chłodzono i stabilizowano, korzystnie przez 48 h w temperaturze pokojowej.

Przykład 3 - wytwarzanie podłoża według wynalazku poprzez impregnowanie włókna kokosowego aktywowanym izolatem (wariant podstawowy wynalazku)

W celu otrzymania podłoża według wynalazku w mieszalniku, korzystnie wstęgowym, umieszczono 9 kg włókna kokosowego, które zwilżano rozpyłowo aktywowanym izolatem otrzymanym według Przykładu 1, w ilości 1,0 kg przy użyciu dyszy o wielkości otworu 0,4 mm stosując przepływ 1,6 l/min. Tak otrzymaną mieszaninę pozostawiono w celu stabilizacji przez okres 48 h.

Przykład 4 - określanie właściwości fizykochemicznych impregnowanego spolimeryzowanym izolatem włókna kokosowego otrzymanego według Przykładu 3

Właściwości fizykochemicznych otrzymanego impregnowanego aktywowanym izolatem włókna kokosowego odniesiono do przykładowego nieimpregnowanego włókna kokosowego (kontrola A). Ce lem wykazania polepszonych właściwości otrzymanego impregnowanego włókna kokosowego oznaczono: gęstość nasypową, porowatość ogólną, podatność na zagęszczenie i pełną pojemność wodną (PPW).

Gęstość właściwą (SD) oznaczono przy użyciu piknometru quasicieczowego GeoPyc 1360 firmy Micromeritics Instrument Corp. Urządzenie mierzy objętość próbki umieszczonej w wypełnionym proszkiem o uziarnieniu poniżej 250 μm, cylindrze pomiarowym. Wykorzystanie proszku zamiast cieczy pozwala na wyeliminowanie zjawiska zwilżania i wsiąkania cieczy do porów badanego materiału, co pozwala na badanie materiałów wykazujących dużą chłonność. Przed uruchomieniem procedury pomiarowej do pamięci urządzenia wprowadza się dane identyfikacyjne próbki wraz z jej masą. Następnie w uchwycie urządzenia umieszcza się szklany cylinder pomiarowy wypełniony częściowo quasicieczowym proszkiem i uruchamia się procedurę pomiarową. Urządzenie w pierwszym etapie określa objętość proszku w cylindrze w oparciu o jego średnicę i pomiar przesunięcia tłoka. Po zakończeniu pierwszego etapu, do cylindra pomiarowego dodaje się próbkę i rozpoczyna drugi etap pomiaru. Urządzenie na tym etapie określa sumaryczną objętość proszku i dodanego materiału. Po zakończeniu etapu drugiego, z różnicy, określonych w I i II etapie objętości, obliczana jest objętość próbki i na tej podstawie uwzględniając masę próbki wprowadzonej na początku procedury, obliczana jest gęstość właściwa (SD) badanej próbki.

Gęstość nasypową (BP) oznaczono zgodnie z procedurą opisaną w normie PN-EN ISO 17828_2016-02E określając masę materiału w znanej objętości. Do badań wykorzystano pojemnik znormalizowany o objętości V = 0,005 m³, a wartość gęstości nasypowej w stanie roboczym, BDar, obliczono z zależności:

BDar = gdzie:

m2 - masa pojemnika wraz z materiałem [kg], m1 - masa pustego pojemnika [kg],

V - objętość pojemnika [m³],

BDar - gęstość nasypowa w stanie roboczym [kg/m³].

Porowatość ogólna podłoży e określono na bazie gęstości właściwej i nasypowej. Wykorzystano zależność pomiędzy gęstością właściwą SD oraz nasypową BD, którą można zapisać w postaci:

_ε = sd-bd * ioo ^z SD

Podatność na zagęszczenie oznaczano na stanowisku badawczym do zagęszczania materiałów organicznych wyposażonym w maszynę wytrzymałościową Insight 2firmy MTS. Materiał podczas badań umieszczany jest w cylindrze o pojemności 5 I i zagęszczany siła równą 800N. Siła ta utrzymywana jest w czasie 1 min, a następnie po kolejnych 2 minutach oznaczana jest różnica liniowa w rozprężu podłoża. Badania były prowadzone w 3 powtórzeniach dla każdego wariantu.

Pełna pojemność wodna (PPW) oznaczano następująco. Próbki do badań przygotowywano w metalowych cylindrach o objętości 5 dm³, usypując w nich luźno przygotowane próbki o wilgotności odpowiadającej zerowej pojemności wodnej. Badane podłoże następnie stopniowo zanurzano w wodzie i pozostawiano na okres 24 h. Po tym czasie próbki wyjęto z wody i pozostawiono na okres 15 min. Następnie próbki poszczególnych badanych podłoży wstanie pełnego nasycenia wodą zważono i umieszczano w suszarce elektrycznej z wymuszonym obiegiem powietrza i suszono w temperaturze 105°C do uzyskania stałej masy. Pojemność wodną oznaczono jako stosunek masy wody wchłoniętej przez podłoże odniesione do masy frakcji suchej. Na podstawie różnicy pomiędzy suchą masą próbki w stanie pełnego nasycenia wodą a suchą masą, obliczono pełną pojemność wodną (PPW) opracowanych podłoży.

Otrzymane podłoże cechuje się znacznie polepszonymi właściwościami w porównaniu do kontrolnego włókna kokosowego. Szczególnie istotny jest wzrost gęstości nasypowej podłoża, co przekłada się na zwiększoną wytrzymałość podłoża według wynalazku w porównaniu z kontrolnym włóknem kokosowym.

Przykład 5 - otrzymywanie podłoża z użyciem impregnowanego włókna kokosowego oraz peletowanego biowęgla (korzystny wariant wynalazku)

Do impregnowanego spolimeryzowanym izolatem włókna kokosowego otrzymanego według Przykładu 3 (około 10 kg) dodano 1 kg peletowanego biowęgla otrzymanego według Przykładu 2, utrzymując mieszanie, korzystnie w mieszalniku wstęgowym, przez okres 5 minut. Tak otrzymaną masę pozostawiono w celu stabilizacji przez okres 48 h.

Przykład 6 - określanie właściwości fizykochemicznych podłoża otrzymanego w Przykładzie 5.

Właściwości fizykochemiczne otrzymanego podłoża odniesiono do przykładowego nieimpregnowanego, wyjściowego włókna kokosowego (kontrola A). Celem wykazania polepszonych właściwości otrzymanego podłoża oznaczono: gęstość nasypową, porowatość ogólną, podatność na zagęszczenie i pełną pojemność wodną (PPW), zgodnie z metodykami opisanymi w Przykładzie 4.

Otrzymane wyniki wskazują jednoznacznie, że właściwości fizyczne otrzymanego podłoża są znacznie lepsze od kontrolnego włókna kokosowego. Szczególnie istotny jest wzrost gęstości nasypowej przy zachowaniu zdolności retencyjnych wyrażonych poprzez pełną pojemność wodną. Porównanie wartości badanych parametrów według Przykładów 4 i 6 wskazują, że domieszkowanie peletowanym biowęglem impregnowanego włókna kokosowego spowodowało uzyskanie podłoża o jeszcze bardziej korzystnych właściwościach.

Przykład 7 - zastosowanie podłoża stanowiącego impregnowane spolimeryzowanym izolatem włókna kokosowego (wariant podstawowy wynalazku) w produkcji bezglebowei roślin maliny

W doniczkach produkcyjnych o objętości 10 I umieszczono podłoże wytworzone według przykładu 3. Następnie wysadzono sadzonki malin, korzystnie long cane (długopędowe sadzonki wysokiej jakości), pozwalające uzyskać owocowanie w drugim roku uprawy. Uprawę prowadzono pod osłonami, z wykorzystaniem systemu automatycznej fertygacji, stosując standardowe pożywki makro- i mikroelementowe. Po pierwszym roku uprawy oceniono stopień zużycia (degradacji) podłoża poprzez określenie rozrostu masy korzeniowej roślin oraz skurczu (ubytku objętości) podłoża. Parametry te określono względem analogicznie przeprowadzonej uprawy roślin maliny ale w podłożu z włókna węglowego nieimpregnowanego i bez dodatku peletowanego biowęgla (kontrola A). W drugim roku uprawy określono produkcyjność zastosowanego podłoża, poprzez ocenę plonu owoców oraz liczby owoców w przeliczeniu na pojedynczą roślinę i średniej masy pojedynczego owocu. Jakość zebranych owoców określono poprzez pomiar zawartości polifenoli ogółem, aktywności antyoksydacyjnej oraz zawartości witaminy C. Wyniki odniesiono do roślin produkowanych analogicznie z wykorzystaniem włókna kokosowego (kontrola B).

a) Określanie skurczu podłoża

Po pierwszym sezonie uprawy określono skurcz (ubytek objętości) podłoża w doniczce. Na początku sezonu, doniczkę napełniano całkowicie podłożem (równo z górna krawędzią doniczki) zatem objętość doniczki jest początkową objętością podłoża Vo. Aby określić o ile zmniejszyła się objętość podłoża po roku uprawy należało określić objętość pustej przestrzeni pomiędzy górną krawędzią doniczki a nierówną powierzchnią podłoża Vi. Przed pomiarem usunięto sekatorem wszystkie nadziemne części pędów maliny (wszystkie fragmenty pędów wystające ponad powierzchnię podłoża). Następnie określono masę doniczki z podłożem m1. Pustą przestrzeń nad powierzchnią podłoża napełniano wyprażonym piaskiem kwarcowym o znanej gęstości nasypowej BDp do poziomu górnej krawędzi doniczki. Po napełnieniu ponownie ważono doniczkę z podłożem i piaskiem m2. Z różnicy mas (m2 - m1) określono masę dosypanego piasku mp. Objętość piasku Vp wyznaczono z zależności:

y = .^Ł.

^P bd_p gdzie:

Vp - objętość dosypanego piasku [cm³], mp - masa dosypanego piasku [g], BDp - gęstość nasypowa [g/cm³].

PL 249991 Β1

Objętość piasku V_P równa się objętości pustej przestrzeni nad podłożem Vi. Skurcz podłoża S_P określono z zależności:

S_p = 100 ''o gdzie:

S_P - skurcz podłoża po sezonie uprawy [%],

Vi - objętość pustej przestrzenia nad podłożem [cm³],

Vo - początkowa objętość podłoża [cm³],

b) Określanie udziału masy korzeni

Masę korzeni mk, które rozwinęły się w doniczce w trakcie sezonu uprawy, ustalono na podstawie różnicy pomiędzy masą doniczki z podłożem i rozwiniętym w nim systemem korzeniowym rm a masą doniczki z podłożem przed posadzeniem rośliny mi. W czasie oznaczania masy rm i rm podłoże było w stanie suchym. Procentowy udział masy korzeni w masie podłoża Uk określono z zależności:

U_k = 100 m₃ gdzie:

Uk - procentowy udział masy korzeni w masie podłoża [%], mk - masa korzeni w doniczce [g], rri3 - masa korzeni i podłoża w doniczce [g], wartość uzyskana z różnicy pomiędzy rm a masą pustej doniczki.

Tabela 1 podsumowuje parametry włókna kokosowego impregnowanego spolimeryzowanym izolatem wykorzystanego jako podłoże do uprawy roślin maliny.

Tabela 1. Wybrane parametry określające stopień zużycia (degradacji) podłoża po jednym roku uprawy malin

Podłoże	Udział masy korzeni w masie podłoża (%)	Skurcz podłoża (%)
Włókno kokosowe (kontrola A)	39,33	8,44
Włókno kokosowe impregnowane spolimeryzowanym izolatem	30,78	3,56

Zmniejszony udział masy korzeniowej odnotowany w uprawie z użyciem wytworzonego podłoża wskazuje, że rośliny produkowane z jego użyciem efektywnej wykorzystują składniki pokarmowe podawane poprzez fertygację. Zanotowano obniżony skurcz wynalazczego podłoża co wpływa na polepszone właściwości zachowania w nim wody. Zmniejszona masa korzeniowa obserwowana w wynalazczym podłożu przekłada się na dłuższy okres użytkowania podłoża.

c) Określanie właściwości roślin

W celu oznaczanie właściwości owoców, zebrano owoce w stadium dojrzałości zbiorczej. Próbkę do oznaczania poziomu polifenoli oraz aktywności antyoksydacyjnej przygotowywano przez homogenizację 5 g tkanki tak zebranych owoców z 20 ml 75% metanolu. Następnie homogenat wytrząsano przez 30 min, przy 150 rpm i odwirowywano przy 10 000 xg przez 30 min. Uzyskany supernatant przeznaczano do analiz.

Aktywność antyoksydacyjna [Tomasz Piechowiak, Maciej Balawejder, Katarzyna Grzelak-Błaszczyk, Joanna Oracz, Natalia Matłok „Antioxidant activity of fruit jellies enriched with phytochemicals from Pinus sylvestris L. LWT Volume 173,1 January 2023,114262] oznaczano poprzez odpipetowanie 2 μΙ supernatantu do 148 μΙ rodników ABTS, rozcieńczonych do absorbancji A?34 = 0,7, których wyjściowe stężenie wynosiło 7 mM w 2,45 mM nadsiarczanie potasu. Po 30 minutach inkubacji w ciemności, mierzono absorbancję roztworu przy 734 nm. Wyniki były wyrażane jako ekwiwalent troloksu w 100 g świeżej masy owoców (mg TR/100 g ś.m.).

Zawartość polifenoli ogółem [Tomasz Piechowiak, Maciej Balawejder, Katarzyna Grzelak-Błaszczyk, Joanna Oracz, Natalia Matłok „Antioxidant activity of fruit jellies enriched with phytochemicals from Pinus sylvestris L. LWT Volume 173, 1 January 2023, 114262] oznaczano przez odpipetowanie do

PL 249991 Β1 dołka płytki 5 μΙ supernatantu, 95 μΙ wody destylowanej, 10 μΙ odczynnika Folina-Ciocalteu rozcieńczonego wodą w stosunku 1:1 oraz 20 μΙ 20% węglanu sodu. Po 30 minutach inkubacji mierzono absorbancję przy długości fali 700 nm i wyniki wyrażano jako ekwiwalent kwasu galusowego w 100 g tkanki (mg GA/100 g ś.m.).

W celu oznaczenia zawartości witaminy C [Tomasz Piechowiak, Maciej Balawejder, Katarzyna Grzelak-Błaszczyk, Joanna Oracz, Natalia Matłok „Antioxidant activity of fruit jellies enriched with phytochemicals from Pinus sylvestris L.” LWT Volume 173, 1 January 2023, 114262], 5 g tkanki homogenizowano z 15 ml 1% kwasu trichlorooctowego, a następnie uzyskany homogenat odwirowywano przy 7500 xg przez 30 min. Następnie, do dołka płytki odpipetowano 50 μΙ supernatantu, 25 μΙ odczynnika Folina-Ciocalteu i 75 μ110% kwasu trichlorooctowego. Po 30 minutach inkubacji, mierzono absorbancję przy długości fali 760 nm. Wyniki przeliczano na 100 g tkanki.

Tabela 2. Plon owoców malin zebrany w drugim roku uprawy roślin

Badana roślina	Plon (kg/roślinę)	Liczba owoców (szt./roślinę)	Masa owoców (g)
Rośliny uprawiane z wykorzystaniem włókna kokosowego (kontrola B)	2,32	335	6,93
Rośliny uprawiane z wykorzystaniem włókna kokosowego impregnowanego spolimeryzowanym izolatem	2,30	334	6,91

Rośliny uprawiane na podłożu wytworzyły porównywalny plon owoców względem kontroli, ale cechujących się zwiększoną zawartością związków bioaktywnych z grupy antyoksydantów, polifenoli oraz witaminy C (poniżej).

Tabela 3. Zawartość związków bioaktywnych w owocach malin w drugim roku uprawy roślin.

Badana roślina	Polifenole ogółem (mg GA/100 g ś.m.)	Aktywność antyoksydacyjna (mgTR/lOOg ś.m.)	Witamina C (mg/lOOg ś.m.)
Rośliny uprawiane z wykorzystaniem włókna kokosowego (kontrola B)	60,04	86,88	30,39
Rośliny uprawiane z wykorzystaniem włókna kokosowego impregnowanego spolimeryzowanym izolatem	109,49	155,56	51,14

Rośliny produkowane z użyciem podłoża według wynalazku wytworzyły owoce o znacznie zwiększonej zawartości związków bioaktywnych. Odnotowano znaczny wzrost zawartości polifenoli ogółem, aktywności antyoksydacyjnej oraz witaminy C w porównaniu do roślin produkowanych na kontrolnym włóknie kokosowym.

Przykład 8 - zastosowanie podłoża z użyciem impregnowanego włókna kokosowego domieszkowanego peletowanym biowęglem w produkcji bezglebowei roślin maliny

W doniczkach produkcyjnych o objętości 10 I umieszczono podłoże wytworzone z impregnowanego spolimeryzowanym izolatem włókna kokosowego domieszkowanego peletowanym biowęglem. Następnie wysadzono sadzonki malin, korzystnie long cane (długopędowe sadzonki wysokiej jakości), pozwalające uzyskać owocowanie w drugim roku uprawy. Uprawę prowadzono pod osłonami, z wykorzystaniem systemu automatycznej fertygacji, stosując standardowe pożywki makro- i mikroelementowe. Po pierwszym roku uprawy oceniono stopień zużycia (degradacji) podłoża poprzez określenie rozrostu masy korzeniowej roślin oraz skurczu (ubytku objętości) podłoża względem podłoża stanowiącego same włókna kokosowe (kontrola A). W drugim roku uprawy określono produkcyjność zastosowanego podłoża poprzez ocenę plonu owoców oraz liczby owoców w przeliczeniu na pojedynczą roślinę i średniej masy pojedynczego owocu. Jakość zebranych owoców określono poprzez pomiar zawartości

PL 249991 Β1 polifenoli ogółem, aktywności antyoksydacyjnej oraz zawartości witaminy C. Wyniki odniesiono do roślin produkowanych analogicznie z wykorzystaniem samego włókna kokosowego (kontrola B).

Oznaczenia skurczu podłoża, stopnia degradacji podłoża poprzez określenie rozrostu masy korzeniowej wykonano analogicznie jak w Przykładzie 7 powyżej. Określenie zawartości polifenoli ogółem, aktywności antyoksydacyjnej oraz zawartości witaminy C wykonano analogicznie jak w Przykładzie 7 powyżej.

Tabela 4. Wybrane parametry określające stopień zużycia (degradacji) podłoża po jednym roku uprawy malin

Podłoże	Udział masy korzeni w masie podłoża (%)	Skurcz podłoża (%)
Włókno kokosowe (kontrola A)	39,33	8,44
Podłoże wytworzone z użyciem impregnowanego spolimeryzowanym izolatem włókna kokosowego domieszkowanego peletowanym biowęglem	25,47	4,44

Dodatek peletowanego biowęgla do impregnowanym spolimeryzowanym izolatem włókien kokosowych pozwolił w znacznym stopniu ograniczyć udział masy korzeniowej rośliny, co bezpośrednio wpływa na zwiększanie trwałości podłoża. Ograniczeniu uległ również skurcz podłoża po jednym roku eksploatacji co bezpośrednio wskazuje na ograniczenie jego zużycia w porównaniu do kontrolnego włókna kokosowego oraz polepszone zostały właściwości zachowania w nim wody.

Tabela 5. Plon owoców malin zebrany w drugim roku uprawy roślin

Badana roślina	Plon (kg/rośl Inę)	Liczba owoców (szt./rośl inę)	Masa owoc ów (g)
Rośliny uprawiane z wykorzystaniem włókna kokosowego (kontrola B)	2,32	335	6,93
Rośliny uprawiane z wykorzystaniem podłoża wytworzone z użyciem impregnowanego spolimeryzowanym izolatem włókna kokosowego domieszkowanego peletowanym biowęglem	2,43	388	6,25

Zastosowanie domieszki peletowanego biowęgla pozwoliło zwiększyć plon zebranych owoców w porównaniu do uprawy z wykorzystaniem włókna kokosowego (kontrola B). Możliwe to było poprzez korzystną modyfikację właściwości fizycznych podłoża, co bezpośrednio przełożyło się na efektywniejsze wykorzystanie pożywek podawanych systemem fertygacji.

Tabela 6. Zawartość związków bioaktywnych w owocach malin w drugim roku uprawy roślin

Badana roślina	Polifenole ogółem (mg GA/lOOg ś.m.)	Aktywność antyoksydacyjna (mgTR/lOOg ś.m.)	Witamina C (mg/100 g ś.m.)
Rośliny uprawiane z wykorzystaniem włókna kokosowego (kontrola B)	60,04	86,88	30,39
Rośliny uprawiane z wykorzystaniem podłoża wytworzonego z użyciem impregnowanego spolimeryzowanym izolatem włókna kokosowego domieszkowanego peletowanym biowęglem	100,77	144,46	45,72

Wykorzystanie w uprawie roślin podłoża z dodatkiem peletowanego biowęgla bezpośrednio zwiększa zawartość związków bioaktywnych. Odnotowano duże wzrosty zawartości polifenoli ogółem, potencjału antyoksydacyjnego oraz witaminy C w porównaniu do owoców zebranych z roślin uprawianych z użyciem samego włókna kokosowego.

Podsumowując, użycie w uprawie roślin włókna kokosowego impregnowanego spolimeryzowanym izolatem bezpośrednio wydłuża jego okres użytkowania. Pozwala również produkować owoce maliny o znacznie wyższej zawartości związków bioaktywnych, z porównywalnym plonem tych owoców względem kontrolnej uprawy. Dodatek do impregnowanych spolimeryzowanym izolatem włókien kokosowych peletowanego biowęgla wpłynęło jeszcze bardziej na polepszone właściwości zachowania w podłożu wody. Podłoże z takim dodatkiem cechuje się wydłużonym okresem eksploatacji oraz pozwala produkować owoce maliny o wyższym plonie. Zawartość związków bioaktywnych w owocach roślin wyprodukowanych na podłożu z dodatkiem peletowanego biowęgla jest porównywalna względem uprawy z podłożem bez domieszki peletowanego węgla. Nieco niższe zawartości substancji bioaktywnych z uprawy na podłożu z domieszką peletowanego biowęgla spowodowane są z wyższą wydajności z jaką owocowe są produkowane. O pozytywnym ekonomicznym efekcie produkcji decyduje przede wszystkim wydajność zebranych owoców i okres eksploatacji podłoża.

Przygotowanie podłoża z domieszką peletowanego biowęgla wymaga większej ilości surowców oraz dodatkowych operacji technologicznych związanych z jego wytwarzaniem. Zastosowanie każdego z wariantów podłoża jest korzystne w porównaniu z samym włóknem kokosowym a o przewadze stosowanego rozwiązanie każdorazowo decyduje rachunek ekonomiczny oparty o bilans materiałów, energii oraz zysków osiągniętych w wyniku wydłużonego okresu eksploatacji podłoży oraz wzrostu plonu osiągniętego w przypadku dodatku peletowanego biowęgla do podłoża.

Claims (3)

1. Sposób otrzymywania podłoża bezglebowego do uprawy roślin zawierającego włókna organiczne i/lub organiczne materiały na bazie torfu, znamienny tym, że obejmuje następujące etapy:

a) aktywacja izolatu z inicjatorem polimeryzacji rodnikowej, przy czym izolat stanowi produkt uboczny produkcji płyt pilśniowych składający się z rozpuszczalnych w wodzie sacharydów oraz nienasyconych terpenów,

b) impregnowanie włókien organicznych i/lub organicznych materiałów na bazie torfu aktywowanym izolatem poprzez zwilżenie rozpyłowe aktywowanym izolatem, przy czym relacja wagowa ilości aktywowanego izolatu do włókien organicznych i/lub organicznych materiałów na bazie torfu wynosi 1:9,

c) domieszkowanie tak otrzymanego impregnowanego włókna peletowanym biowęglem otrzymanym sposobem obejmującym następujące etapy:

i. domieszkowanie przygotowanej wcześniej mieszanki biowęgla pyłowego i mąki aktywowanym izolatem według punktu a) poprzez zwilżenie rozpyłowe aktywowanym izolatem mieszanki biowęgla pyłowego i mąki, ii. zwilżenie masy otrzymanej w pkt. i) wodą w ilości 2,5% wag. na masę biowęgla pyłowego, iii. granulacja zwilżonej wodą masy otrzymanej z biowęgla pyłowego, mąki i aktywowanego izolatu, iv. suszenie otrzymanego granulatu dla otrzymania peletowanego biowęgla.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że aktywację izolatu przeprowadza się z wykorzystaniem nadtlenku benzoilu jako inicjatora polimeryzacji rodnikowej dodanego do podgrzanego do 100°C izolatu w ilości 0,15% wag względem masy izolatu.

3. Bezglebowy sposób uprawy roślin polegający na wysadzeniu sadzonek roślin do doniczek z podłożem i prowadzeniu uprawy z fertygacją, znamienny tym, że podłożem jest podłoże zdefiniowane którymkolwiek z zastrzeżeń 1-2.