WO2023072326A1 - Fertilizer arrangement - Google Patents

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WO2023072326A1
WO2023072326A1 PCT/DE2022/000091 DE2022000091W WO2023072326A1 WO 2023072326 A1 WO2023072326 A1 WO 2023072326A1 DE 2022000091 W DE2022000091 W DE 2022000091W WO 2023072326 A1 WO2023072326 A1 WO 2023072326A1
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WO
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fertilizer
nutrients
carrier material
arrangement
fertilizer arrangement
Prior art date
Application number
PCT/DE2022/000091
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German (de)
French (fr)
Inventor
Nicolai David Jablonowski
Caue Ribeiro De Oliveira
Original Assignee
Forschungszentrum Jülich GmbH
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
    • C05G5/00—Fertilisers characterised by their form
    • C05G5/40—Fertilisers incorporated into a matrix
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
    • C05G5/00—Fertilisers characterised by their form
    • C05G5/10—Solid or semi-solid fertilisers, e.g. powders
    • C05G5/16—Films or sheets; Webs; Fibres

Definitions

  • the invention relates to a fertilizer arrangement for fertilizing, in particular for underfoot fertilization and/or surface application, preferably of row crops.
  • the invention further relates to a method for producing this fertilizer arrangement, its use and a method for fertilizing row crops using the fertilizer arrangement.
  • Liquid manure is also applied superficially by scratching the topsoil into the soil, for example as part of strip tillage.
  • granular fertilizers are applied or incorporated into the substrates/soil, or placed as sticks, cones, or in other forms in the soil near the plant, where they serve as slow-release fertilizers.
  • the leaching is an open question, especially in the areas subject to irregular and intense suffer from rain.
  • homogeneity can be an issue depending on the quality of the application system.
  • the object of the invention is in particular to enable a precise and easy-to-handle, continuous supply of plants with the desired and required nutrients by fertilizers locally, preferably in the direct root area of the plants, without leaching or volatilization.
  • a fertilizer arrangement containing at least nutrients or nutrient sources was developed, which is characterized in that the fertilizer arrangement consists of a flexible and preferably an organic, biodegradable carrier material or a composition of different carrier materials, for example based on polymers or biomass, and preferably in the form of plates, webs, wires and/or cords.
  • the fertilizer arrangement according to the invention precisely solves the targeted and local application problem of fertilizers in the root area of the plants by directing the fertilizer, the fertilizers, hereinafter referred to generally as nutrients, very specifically into the soil, i.e. the plates, tracks and in particular the design as " “Wire” or “cord” make it possible to guide the nutrients as locally as possible in the seed line and also to avoid problems of homogeneity known from the prior art.
  • the carrier material or the composition of different carrier materials is flexible. In addition to the flexible property, the carrier material or the composition of different carrier materials can also have elastic properties.
  • the designation and property flexibility is understood to mean the ability of the fertilizer arrangement to spontaneously adapt to reversible changes in shape (bending, torsion) under changing loads.
  • the flexibility of the fertilizer arrangement is particularly advantageous when it is made up in the form of cords, wires, plates or webs in a rolled-up form, since tearing and breaking off of these configurations can be reduced as a result.
  • elasticity is used in the context of the invention to mean the ability of the fertilizer assembly to stretch by at least 1% of its original length and to return to its original size when the load is removed, with no limit to the maximum elongation.
  • the mechanical properties of the fertilizer assembly can vary from minimum values for the Manipulation (e.g. tensile strength >1 MPa, elongation at yield >1% and elongation at break of 10-15%) up to typical values of polymeric materials (tensile strength of 30 - 60 MPa, elongation at yield 10-15% and elongation at break >50%). These values are illustrative and materials should not be limited to these ranges, ie higher mechanical strength values are also acceptable.
  • the nutrients can be embedded directly in the carrier material.
  • they can additionally or alternatively be present in the carrier material in such a way that they are also encased or encased with an additional material, which is preferably water-soluble.
  • additional material which is preferably water-soluble.
  • water soluble materials are biopolymers such as starch, polylactic acid (PLA) and pectin, and synthetic polymers such as polyvinyl alcohol and polyethylene glycol.
  • nutrients is understood to mean the chemical elements required by the plant for growth and maintenance of the metabolism, in particular the elements N, P, K, S and micronutrients (Zn, Co, Mo, etc.).
  • nutrient sources used for the fertilizer assembly there can be mentioned, for example, urea which is hydrolyzed to NH4 + , apatites which dissolve to form PC>4 3 ' in equilibrium with Ca2 + , and others.
  • nutrient sources means species that contain a nutrient in their structure and are able to release it by a chemical process in such a way that a plant-resorbable compound is formed, such as NH4 + , PC 3 , K + , Etc.
  • the fertilizer arrangement can contain nutrients of a variable nutrient composition selected from a group containing at least macronutrients, micronutrients, adjuvants and/or microorganisms.
  • macronutrients N, P, K, Mg, S, Ca can be mentioned, for example, but not limited thereto.
  • micronutrients for example, but not limited to, Zn, Mo, B, Mn, Fe can be mentioned.
  • the following commercialized bacterial inoculants based mainly on plant growth promoting bacteria as examples but not limited, could be used for the fertilizer arrangement: Agrobacterium radiobacter, Azospirillum brasilense, Azospirillum lipoferum, Azotobacter chroococcum, Bacillus firmus, Bacillus licheniformis, Bacillus megaterium, Bacillus mucilaginous, Bacillus pumilus, Bacillus spp., Bacillus subtilis, Bacillus subtilis var.
  • amyloliquefaciens Burkholderia cepacia, Delftia acidovorans, Paenibacillus macerans, Pantoea agglomerans, Pseudomonas aureofaciens, Pseudomonas chlororaphis, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas solan acearum, Pseudomonas spp., Pseudomonas syringae, Serratia entomophila, Streptomyces griseoviridis, Streptomyces spp., Streptomyces lydicus, and Rhizobium spp., for protection against fungal plant-pathogenic bacteria of the genus Bacillus, such as, but not limited to, Bacillus licheniformis, Bacillus cereus, Bacillus subtilis, and Bacillus thuringiensis [3].
  • phosphate-solubilizing microorganisms in the fertilizer arrangement could be beneficial.
  • These include, but are not limited to, genera such as Achromobacter, Agrobacterium, Bacillus, Enterobacter, Erwinia, Flavobacterium, Gluconacetobacter, Mycobacterium, Pseudomonas and Serratia.
  • Microbially induced phosphorus solubilization in soil occurs mainly through biological mechanisms such as the production of acid phosphatases that help mineralize organic phosphorus in soil.
  • Legumes can interact symbiotically with soil bacteria known as rhizobia, which are capable of fixing atmospheric nitrogen and supplying it in the form of ammonia (NH3) as the first stable product of nitrogen fixation to the plant for its growth and development .
  • rhizobia soil bacteria
  • NH3 ammonia
  • These include the genera Bradyrhizobium, Sinorhizobium/Ensifer, Mesorhizobium, Rhizobium, Azorhizobium, Neorhizobium and Pararhizobium as diazotrophic bacteria which can invade the plant and form root nodules there and also, but not limited to, can be incorporated into the fertilizer assembly.
  • Plant growth promoting fungi or their spores that can be added to the fertilizer assembly include, but are not limited to, organisms of the genera Trichoderma, Talaromyces, Fusarium, Phytophthora, Penicillium, Rhizoctonia, Gliocladium, Phoma, Aspergillus, Fusarium, Talaromyces and Mortierella [4] .
  • Microorganisms, fungi, or spores thereof when released (by dissolving/degrading the fertilizer assembly), can benefit and promote plant health directly or indirectly, e.g. by assisting the release of nutrients from the fertilizer assembly itself and from the surrounding soil. This can be done, for example, by influencing the pH value or synergistic effects in the mobilization and uptake of nutrients (dissolved macronutrients and micronutrients), or through competitive effects to suppress soil-borne plant pathogens.
  • the prerequisite for this is that the microorganisms or fungi and/or their spores to be used remain vital in the processing of the fertilizer arrangement, so that after release in the soil they can fulfill their promoting function in the soil and on the plant.
  • the fertilizer arrangement is further characterized in that the carrier material is formed from an organic, preferably biodegradable, material.
  • the carrier material can preferably consist of organic material, selected from the group consisting of, but not limited to, for example starch, lignin, modified celluloses, pectin, chitosan, polyglycerols, polylactic acid, polyhydroxybutiral, polyvinyl alcohols, polycaprolactones, polyethylene glycol or oils, and also from a composition or combinations of different organic materials.
  • the degradation of the organic carrier material also promotes local soil fertility through microbial stimulation.
  • the carrier material of the fertilizer arrangement can advantageously have swelling and/or water-storing properties. Swelling and/or water-storing properties can advantageously lead to the plants continuing to be supplied locally with dissolved nutrients or water even when the soil is dry.
  • the carrier materials should be in an advantageous Configuration have a water absorption capacity of 40-100%. In the case of starch as a carrier material, more than 50 to 80% of the weight can be absorbed as water (moisture). Therefore, resistance to moisture in the field tends to be higher than typical mineral or farm fertilizers.
  • the dissolution behavior depends on the dissolution of the starch as a carrier material and on the solubility limit of the respective nutrient, e.g. B. from the solubility of urea as an example of a nitrogen source, or other nutrient sources.
  • hydrogel polymers may additionally be incorporated into the fertilizer assembly carrier material to increase water absorbency and resistance to dissolution or disaggregation in liquids (including water).
  • hydrogel polymers e.g., polyacrylamide and polyacrylate-based polymers, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, and naturally-based hydrogels, e.g., collagen, gelatin, and others
  • hydrogel polymers in small amounts used ( ⁇ 2% by weight) can increase the mechanical strength of the fertilizer assembly increase by more than 20%. Mixtures with higher levels (e.g.
  • 20% by weight can increase the water absorption capacity and the resistance to dissolution on immersion in water by more than 100 times, as the typical swellability of hydrogels is in the range of 20 to 200 (i.e. 1 g polymer can absorb 200 g water, which would correspond to a swelling capacity of 200).
  • the fertilizer assembly may also include other adjuvants which, while not being a direct source of nutrients, may impart additional beneficial properties to the fertilizer assembly, such as increased stability or an increase in water storage capacity.
  • the fertilizer arrangement is therefore characterized in that the carrier material comprises reinforcing material as an auxiliary.
  • This reinforcement material can include materials selected from the group consisting of fibers, natural fibers, nanofibers, mineral fillers or combinations of these. Natural fibers, nanofibers (e.g. microfibrillated cellulose, nanocellulose), mineral fillers (e.g. clays, mineral oxides), for example, are suitable as reinforcing materials.
  • the fertilizer arrangement can advantageously also contain additives.
  • additives means any material or any chemical that chemically and/or physically changes the properties of the fertilizer arrangement according to the invention, such as an increase in plasticity, mechanical strength, water affinity or water absorption, solubility and other.
  • Additives can also be, for example, but not limited to, plant protection agents, nitrification inhibitors (e.g. Piadin®), bacteria and fungi, or their persistent forms and/or spores or stimulants.
  • the properties of the fertilizer arrangement can be varied and adjusted in terms of their flexibility and elasticity.
  • a higher proportion of polymer in the carrier material leads, for example, to a more flexible fertilizer arrangement, while a higher nutrient content, due to mineral ingredients, tends to lead to brittle, rigid material properties of the fertilizer arrangement.
  • the nutrient content in the carrier material can, for example, increase the flexibility and elasticity of the fertilizer arrangement: urea, for example, acts as a plasticizer for starch, which means that a urea-loaded carrier material can act as a plasticizer and also as a nutrient source at the same time.
  • the "plastics" content of the carrier material of the fertilizer assembly is responsible for giving it the flexibility or elasticity, which means that this flexibility and elasticity can vary.
  • the term “plastic” means all biodegradable materials and components of the carrier material in the fertilizer arrangement that can be deformed by the action of an external load without breaking. These components or materials can, for example, consist of compositions synthetic polymers (e.g.
  • polyvinyl alcohol polyethylene glycol, polyhydroxybutiral, etc.
  • biopolymers e.g. starch, lignin, modified celluloses, pectin, chitosan, etc.
  • the nutrients contained in the fertilizer arrangement can then be successively released from these materials and components.
  • the proportions of carrier material to nutrients can preferably be 20-50% by weight of the fertilizer arrangement.
  • a continuous string fertilizer assembly could be composed of 20% by weight thermoplastic starch and 80% by weight urea, guaranteeing a nutrient content of 36% by weight N.
  • the composition of the nutrients can also vary and contain more than just one nutrient.
  • the nutrient concentration should be normalized to the final level in the fertilizer array as this is the value that is useful to the agronomist (for calculating fertilizer amounts).
  • a final concentration of N for example if urea is used as the nutrient, in the fertilizer arrangement would be 36% by weight.
  • the calculated 36% by weight refers to the N content of the nutrient, in this case urea: Since urea contains 44-45% N in its composition, a mixture of 80% by weight urea plus 20% by weight results. % carrier material has a final concentration of 36% by weight N (the actual nutrient).
  • the degradation of the fertilizer order and thus the release of nutrients and/or additives are influenced by soil moisture and by the root penetration of the plants, as well as by microbial and fungal interactions.
  • the biological degradation of the carrier materials and other components of the fertilizer arrangement is advantageously favored by the action of moisture, so that the nutrients and/or other additional additives can be gradually and continuously released locally in the root area of the plants.
  • the shaping structure and chemical-physical properties in particular the slow, controlled decomposition/dissolution of the fertilizer arrangement, and the associated only slow, controlled decomposition and release of the nutrients and/or additives of the fertilizer arrangement remain Even with high amounts of water in the soil (e.g. due to heavy rainfall), the nutrients are in the place where they are needed by the plants, i.e. in the root area under the plants.
  • slow, controlled decomposition is defined by the Association of American Plant Food Control Officials (AAPFCO) as meaning a fertilizer that contains a plant nutrient in a form that delays its availability to the plant after application or that delays its availability to the plant the plant significantly longer than a "rapidly available nutrient fertilizer” such as ammonium nitrate or urea, ammonium phosphate or potassium chloride.
  • AAPFCO Association of American Plant Food Control Officials
  • the initial release delay is achieved by kinetic or by affinity agents.
  • kinetic agents any of the foregoing Materials exhibit this behavior when its density is too high (i.e. low porosity, meaning that dissolution occurs more slowly).
  • affinity agents hydrophobic materials such as oil-based, high molecular weight polymers, etc. cover this definition as they must first be attacked by microorganisms to open pores or cavities where the water can be absorbed. Hydrophobicity can be used here as a general definition for delayed release since water dissolution is imperative for application.
  • the fertilizer arrangement can be variably and specifically adjusted to the many different conditions of soil moisture, nutrient release and water absorption capacity (swelling capacity) and depending on the target plant, in particular due to the advantageous design with different materials and compositions for the carrier material.
  • the fertilizer arrangement can be designed in the form of an endless roll in a coherent form, which can be rolled up and cut into the desired length or shape depending on the place of use (row culture in the field, greenhouse or pot) or target plant.
  • This design as an endless roll has the advantage that the fertilizer arrangement, in its coherent form, for example the plates, webs and/or in particular the design as cords or wires of the fertilizer arrangement, can be laid continuously and consistently in the ground without interruptions, which means that on the one hand, the homogeneity of the fertilization is promoted and maintained and, on the other hand, the application process is facilitated.
  • the plates and/or webs which preferably have a rectangular cross section, can have a thickness and/or width in a range from 0.005 mm to 20 mm.
  • the cords or wires which preferably have a round or polygonal cross-section, can have a diameter in a range from 0.5 mm to 100 mm, for example.
  • the cord or wire can be cylindrical in shape, or a shape with variable thickness or variations based on Process characteristics, eg, helical, slotted or grooved, patterned, etc. include.
  • any desired cross-sectional shape e.g. star-shaped, round, oval, uniformly flat, corrugated, etc.
  • the respective thickness of the plates or webs, or the diameter of the cords can be adjusted according to the target plant to be fertilized and the correspondingly required fertilizer quantity and fertilizer composition.
  • the thickness, or diameter and shape of the fertilizer matrix to be selected pursues the goal of supplying annual crops with sufficient nutrients over the entire vegetation period after application in or on the soil. This makes further fertilizer measures superfluous and thus contributes to a reduction in emissions from work and machine use.
  • the fertilizer arrangement preferably in the form of fertilizer strings or fertilizer tracks, can be laid out between the rows of plants with appropriate equipment, or worked into the soil there.
  • the aim is a complete decomposition and dissolution of the fertilizer arrangement, in particular the fertilizer cords, fertilizer wires or fertilizer sheets and plates, and a complete release and uptake of the nutrients by the plants throughout the growing season, i.e. from sowing to harvest.
  • the diameter or the thickness of the cords, wires, plates or webs can be adapted to the local requirements for the plants. These could sometimes exceed the dimensions of 0.5-100 mm, or 0.005-20 mm for diameters or thicknesses given as examples above, as long as the handling for laying or applying the fertilizer cords/wires/plates/webs is practicable.
  • the fertilizer arrangement can advantageously be additionally reinforced, for example, with a carrier that can be rolled up (e.g. endless cable or fiber) or with a band (e.g. a plastic film or a material which is mechanically reinforced by a paper band). Due to its variably adjustable design and a variably adjustable composition and concentration of the nutrients it contains, the fertilizer arrangement can be used both for fertilization in agriculture (outdoors and greenhouses), for special crops and for private use and can also be particularly advantageous for underground fertilization and Surface application can be used in row crops.
  • a carrier rolled up
  • a band e.g. a plastic film or a material which is mechanically reinforced by a paper band. Due to its variably adjustable design and a variably adjustable composition and concentration of the nutrients it contains, the fertilizer arrangement can be used both for fertilization in agriculture (outdoors and greenhouses), for special crops and for private use and can also be particularly advantageous for underground fertilization and Surface application can be used in row crops.
  • the invention also relates to a method for producing a fertilizer arrangement containing nutrients, in which at least the desired and required nutrients and/or other additives mentioned above, for example in granular and/or powdered form, are mixed with the carrier material and the resulting solid to viscous, hardenable mixture is pressed through a shaping opening under pressure or brought into the desired shape by thermal treatment.
  • the solid to viscous, curable mixture can be pressed under pressure through a shaping opening, for example treated by a conventional extruder or by thermal shaping.
  • the mixture of carrier material and nutrients and/or other additives mentioned above can be prepared by various fiber and tape forming processes, such as (not limited to) extrusion, pultrusion and thermoforming, using a versatile range of temperatures and mechanical stress is given, which can be adapted to the needs of each mixture (e.g. maximum temperature to avoid degradation, impregnation conditions for microorganisms, etc.).
  • Nutrients and/or other additives can be incorporated into the carrier material by mixing soluble sources (e.g. NH4PO4, KCl, CO(NH2)2, sulfates, nitrates, etc.) or mineral forms (e.g. ZnO, MgO, CaPO4, etc. ) finely dispersed in a mixture.
  • the fertilizer assembly can be produced varying in shape (eg round or flat on average) and thickness via conventional extruders (ram-Zscrew extruder).
  • the amount of fertilizer arrangement to be laid depends on the estimated nutrient requirements of the respective plant/culture.
  • Reinforcement material such as biodegradable fibers (eg cellulose, wool, etc.) can be added to the carrier material for the fertilizer arrangement for stabilization to increase flexibility and stability (breaking and tearing strength). This can be realized, for example, by feeding biodegradable fibers through the extruder head.
  • the surface of the fertilizer arrangement according to the invention can also be wetted using, for example, talc or glycerin, in order to avoid possible sticking of a rolled-up fertilizer arrangement in the form of, for example, fertilizer cords, and to enable these fertilizer cords to be easily and evenly unwound/laid into the ground.
  • the finished fertilizer arrangement can then be rolled up and stored, for example in the form of fertilizer strings of any desired thickness and composition.
  • these "fertilizer cords”, also referred to synonymously as “wires” or “tape” in the context of the present invention can advantageously be introduced into the target area/soil area using suitable equipment, for example with an apparatus used to lay irrigation hoses.
  • Any direct or indirect nutrient form (originating from farm manure, e.g. liquid manure; from secondary raw material fertilizers, e.g. struvite, digestate, etc.; or synthetic/mineral origin, but also from micro and/or macro algae biomass) can be used as a raw material source for the nutrients.
  • farm manure e.g. liquid manure; from secondary raw material fertilizers, e.g. struvite, digestate, etc.; or synthetic/mineral origin, but also from micro and/or macro algae biomass
  • the invention also relates to a method for fertilizing plants, in particular plants in row crops, characterized in that the fertilizer arrangement according to the invention is applied to the crop area or worked into the soil in the form of slabs, webs or in the form of cords.
  • the fertilizer arrangement can be placed locally under the seed or seedlings or young plants, before or during sowing, directly at the site of use.
  • the depth of placement, ie placement/incorporation of the fertilizer arrangement in the soil beneath the seed or seedlings is plant specific, and may or may not limited thereto, for example between 0 and 30 cm.
  • the invention also relates to the use of the fertilizer arrangement according to the invention containing at least nutrients for underfoot fertilization or surface application in row crops or for fertilizing pot crops.
  • the "fertilizer cords", “wires” or “ribbons” can be laid in the ground at any depth, simultaneously with the seed. The seed can be placed directly in a row above the "fertilizer cords”.
  • the "fertilizer strings” can be cut and used as pieces in pot/container cultures.
  • the fertilizer layout can also be extended in paddy fields (“paddy” cultivation) with supports, which allows the fertilizers to be released in the middle of the water table instead of sinking into the ground, with longer release and better absorption by the plants, creating a spatial limited nutrient saturation in the muddy subsoil is avoided.
  • FIG. 1 Longitudinal section through a fertilizer arrangement according to the invention designed as a cord
  • FIG. 2 Schematic arrangement of a fertilizer arrangement introduced into the ground in the form of a string
  • Figure 3 Schematic layout of a string fertilizer array installed in the soil after exposure of the nutrients in the fertilizer array to moisture, release of the nutrients into the soil and uptake by the plant
  • FIG. 4 Schematic arrangement of a fertilizer arrangement introduced into the soil in the form of a string, the nutrients of which are released from the fertilizer matrix into the soil and are taken up by the plant
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through the fertilizer arrangement 1 according to the invention, configured here as a cord, in which the nutrients 4 are embedded in the carrier material 2 in powdered, granular and/or encapsulated form.
  • Reinforcement material 3 consisting for example of natural fibers, nanofibers, mineral fillers or combinations of these, which are also located in the carrier material 2, bring about a mechanical or elastic reinforcement of the fertilizer arrangement 1.
  • FIG. 2 shows a fertilizer arrangement 1 according to the invention introduced into loose soil material 8 (again shown here as a longitudinal section), which is arranged in the root area of a seedling 7 .
  • a moisture source 5 for example in the form of precipitation, irrigation and/or soil moisture, reaches the fertilizer arrangement 1 through the soil surface 6 and penetrates into the carrier material 2 of the fertilizer arrangement 1, in which the nutrients 4, embedded in the embodiment shown here as granules (larger circular structure).
  • the nutrients 4 are not released immediately, but initially only the water is absorbed and stored in the carrier material 2 is intended to symbolize the release of nutrients 4 and plant growth.
  • Figure 3 shows in area (B) of Figure 3 how the absorption of water from a moisture source 5 previously shown in Figure 2 continues to swell the fertilizer arrangement 1 and to disintegrate and dissolve the fertilizer arrangement 1 and to the release and dissolution of the embedded nutrients 4, which are embedded in the carrier material 2 in the form of granules (larger circular structure) in the embodiment shown here.
  • the release of the nutrients 4 from the granules is shown by star-shaped structures from which the nutrients 4, shown as smaller circular structures, are released.
  • the nutrients 4 are gradually released into the loose soil material 8 in the root area of the seedling 7 . This can now absorb the nutrients 4 unhindered via the root system 11 and use them to develop the plant 10 above the soil surface 6 .
  • FIG. 4 shows in area (C) of FIG. 4 how an increasing continuous release of the nutrients 4 takes place in the further course due to moisture continuing to penetrate. Shown here again as star-shaped structures with smaller circular structures emerging from the star-shaped structure. There is also dissolution and disintegration of the fertilizer assembly, shown as dashed lines. Along with this decay, there is a further continuous release of the nutrients 4 but also a release and decomposition of the reinforcing material 3 and the complete release and decomposition of the fertilizer arrangement 1 into the loose soil material 8 and increased uptake 11 by the plant 10.
  • Figure 5 shows under A a schematic cross-section through a fertilizer arrangement 1 as an endless roll 12 in the form of a rolled-up "fertilizer cord” or a rolled-up "wire” or a “tape” and under B a side view of an embodiment in which this fertilizer arrangement as a fertilizer cord / Wire or tape is rolled up on a carrier, comparable to a spool or cable drum.
  • a low melting temperature of this mixture helps during processing and should be carried out at the usual processing temperatures of around 100 -110°C to avoid nutrient losses during processing (e.g. N). This is particularly necessary with urea as a nitrogen supplier and its incorporation into polylactic acid at temperatures above 140°C, since urea thermally decomposes at these temperatures.
  • all of the components can be combined homogeneously using solvents, which may then require drying of the raw carrier material mass before further processing, or of the finished product.
  • the temperature, as well as possible solvents for processing the carrier material and/or its added macronutrients, micronutrients, auxiliary substances, microorganisms and/or additives must be selected in such a way that they do not degrade, inactivate or destroy the added macronutrients, micronutrients, auxiliary substances, microorganisms and/or additives.
  • the processing temperature of the materials for the carrier material can be influenced by the moisture content, for example, and can be in the range of 20-40°C in the case of added microorganisms and/or spores.
  • the processing and shaping (e.g. thick/thin/round/flat) of the carrier material into the product of the "fertilizer cords" can be carried out using extruders or thermal shaping.

Abstract

The invention relates to a fertilizer arrangement containing at least nutrients or nutrient sources and characterized in that it consists of a flexible carrier material or a composition of different carrier materials having flexible properties and is in the form of boards, tracks, wires and/or ropes. The invention also relates to a method for producing the fertilizer arrangement and to a method for fertilizing plants, in particular plants in row cultures, which is characterized by using the fertilizer arrangement according to the invention.

Description

B e s c h r e i b u n g Description
Düngemittelanordnung fertilizer arrangement
Die Erfindung betrifft eine Düngemittelanordnung zur Düngung, insbesondere zur Unterfußdüngung und/oder Oberflächenapplikation, vorzugsweise von Reihenkulturen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung dieser Düngemittelanordnung, dessen Verwendung sowie ein Verfahren zur Düngung von Reihenkulturen unter Verwendung der Düngemittelanordnung. The invention relates to a fertilizer arrangement for fertilizing, in particular for underfoot fertilization and/or surface application, preferably of row crops. The invention further relates to a method for producing this fertilizer arrangement, its use and a method for fertilizing row crops using the fertilizer arrangement.
Stand der Technik State of the art
Bei den im Handel erhältlichen Düngemitteln kann je nach Aggregatzustand zwischen „festen“ (Düngergranulate oder -salze) und „flüssigen“ Düngemitteln (Düngerlösungen und -Suspensionen) unterschieden werden. Die konventionelle mineralische Düngung auf dem Feld erfolgt überwiegend in mineralischer, granulärer Form über Düngestreuer. Wirtschaftsdünger (Mist, Gülle, Gärreste, etc.) werden über Mist-ZGüllestreuer und Schleppschläuche auf dem Feld verteilt und im direkten Anschluss oberflächlich mittels Grubber o. ä. eingearbeitet. Die konventionelle Ausbringung führt zu Problemen wie Verflüchtigung (durch Abbau im Boden oder durch Sonneneinstrahlung), Fixierung an Bodenmineralien (Bildung unlöslicher Fraktionen) oder Auslaugung ins Grundwasser, bzw. Auswaschung/Abtrag in Oberflächengewässer. Diese Probleme hängen sowohl mit der Exposition des Düngers als auch mit der großflächigen, d. h. wenig zielgerichteten Ausbringung zusammen. Ferner kann es nach Regenereignissen, sowie durch inhomogene Bodenstrukturen zu hoch konzentrierten Bereichen und anderen Bereichen mit Nährstoffmangel für die Pflanzen kommen. In the case of commercially available fertilizers, a distinction can be made between "solid" (fertilizer granules or salts) and "liquid" fertilizers (fertilizer solutions and suspensions) depending on their aggregate state. Conventional mineral fertilization on the field is mainly in mineral, granular form using fertilizer spreaders. Manure (manure, liquid manure, fermentation residues, etc.) are distributed over the field using a manure Z liquid manure spreader and drag hoses and then worked into the surface using a cultivator or similar. Conventional application leads to problems such as volatilization (through degradation in the soil or through exposure to sunlight), fixation to soil minerals (formation of insoluble fractions) or leaching into groundwater, or leaching/erosion into surface water. These problems are related to both fertilizer exposure and large-scale, i. H. poorly targeted deployment. Furthermore, after rain events, as well as due to inhomogeneous soil structures, there can be highly concentrated areas and other areas with a lack of nutrients for the plants.
Flüssige Wirtschaftsdünger werden zudem oberflächlich durch Einritzen des Oberbodens in den Boden eingetragen, beispielsweise im Rahmen der Streifenbodenbearbeitung. In Gärtnerkulturen werden granuläre Dünger in die Substrate/Böden aufgetragen bzw. eingearbeitet, bzw. als Sticks, Kegel, oder in anderer Form in den Boden nahe der Pflanze platziert, wo diese als Langzeit-Depotdünger dienen. In beiden Fällen ist jedoch die Auslaugung eine offene Frage, besonders in den Gebieten, die unter unregelmäßigen und intensiven Regenfällen leiden. In beiden Fällen kann die Homogenität ein Problem sein, abhängig von der Qualität des Applikationssystems. Liquid manure is also applied superficially by scratching the topsoil into the soil, for example as part of strip tillage. In horticultural crops, granular fertilizers are applied or incorporated into the substrates/soil, or placed as sticks, cones, or in other forms in the soil near the plant, where they serve as slow-release fertilizers. In both cases, however, the leaching is an open question, especially in the areas subject to irregular and intense suffer from rain. In both cases, homogeneity can be an issue depending on the quality of the application system.
Bei konventioneller Düngemittelapplikation kommt es häufig zu großen Verlusten durch Auswaschung, oberflächlichen Abfluss, Mineralisation und zu Verlusten durch schlechte Platzierung, d.h. dass der Dünger nicht primär den Zielpflanzen im Wurzelbereich zugutekommt. Ferner kann es zu Belästigungen durch Düngerstäube und Gerüche (z.B. bei Gülle) kommen sowie zu einem unerwünschten Eintrag der Düngemittelbestandteile in das Grundwasser. Insbesondere der hohe Eintrag von Nitrat ins Grundwasser als Folge des großflächigen Einsatzes von Düngemitteln in der Landwirtschaft, veranlasste den Europäischen Gerichtshof 2016, Deutschland wegen Verstoßes gegen EU-Recht zu verurteilen [1]. Im Jahr 2019 wurde Deutschland durch die Europäische Kommission zur Umsetzung des EuGH-Urteils zur Reduktion der Nitrat-Werte im Grundwasser ermahnt [2], Die Vermeidung von Nährstoffaustrag durch zielgerichtetes, räumlich und zeitlich begrenztes Ausbringen ausgewogener Dünger im Pflanzenbau ist demnach von hoher Wichtigkeit. With conventional fertilizer application, there are often large losses through leaching, surface runoff, mineralization and losses through poor placement, i.e. the fertilizer does not primarily benefit the target plants in the root zone. In addition, fertilizer dust and odors (e.g. in the case of liquid manure) can be a nuisance, and fertilizer components can enter the groundwater undesirably. In particular, the high level of nitrate entering the groundwater as a result of the large-scale use of fertilizers in agriculture prompted the European Court of Justice in 2016 to condemn Germany for violating EU law [1]. In 2019, Germany was warned by the European Commission to implement the ECJ ruling on reducing nitrate levels in groundwater [2]. The avoidance of nutrient loss through the targeted, spatially and temporally limited application of balanced fertilizers in crop production is therefore of great importance.
Aufgabe und Lösung task and solution
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, neue Lösungen bereitzustellen, mit denen die Nachteile der bisher bekannten Düngemittelapplikationen behoben werden können. Die Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, präzise eine lokal, vorzugsweise im direkten Wurzelbereich der Pflanzen, angeordnete und einfach handhabbare, kontinuierliche Versorgung von Pflanzen mit den gewünschten und erforderlichen Nährstoffen durch Düngemittel ohne Auswaschung oder Verflüchtigung zu ermöglichen. It is therefore the object of the invention to provide new solutions with which the disadvantages of previously known fertilizer applications can be eliminated. The object of the invention is in particular to enable a precise and easy-to-handle, continuous supply of plants with the desired and required nutrients by fertilizers locally, preferably in the direct root area of the plants, without leaching or volatilization.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Düngemittelanordnung gemäß Hauptanspruch, ein Verfahren zu seiner Herstellung, dessen Verwendung sowie ein Verfahren zur Düngung von Pflanzen, insbesondere von Pflanzen in Reihenkulturen, gemäß Nebenansprüchen. This object is achieved according to the invention by a fertilizer arrangement according to the main claim, a method for its production, its use and a method for fertilizing plants, in particular plants in row crops, according to the independent claims.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweils darauf rückbezogenen Unteransprüchen. Gegenstand der Erfindung Further advantageous refinements result from the respective subclaims which refer back thereto. subject of the invention
Im Rahmen der Erfindung wurde eine Düngemittelanordnung enthaltend wenigstens Nährstoffe oder Nährstoffquellen entwickelt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Düngemittelanordnung aus einem flexiblen und vorzugsweise aus einem organischen, biologisch abbaubarem Trägermaterial oder einer Zusammensetzung unterschiedlicher Trägermaterialien, beispielsweise auf Polymer- oder Biomassebasis, besteht und vorzugsweise in Form von Platten, Bahnen, Drähten und/oder Schnüren ausgestaltet ist. Within the scope of the invention, a fertilizer arrangement containing at least nutrients or nutrient sources was developed, which is characterized in that the fertilizer arrangement consists of a flexible and preferably an organic, biodegradable carrier material or a composition of different carrier materials, for example based on polymers or biomass, and preferably in the form of plates, webs, wires and/or cords.
Die erfindungsgemäße Düngemittelanordnung löst präzise das gezielte und lokal im Wurzelbereich der Pflanzen Ausbringungsproblem von Düngemitteln, indem sie den Dünger, die Düngemittel, im Folgenden allgemein als Nährstoffe bezeichnet, ganz gezielt in den Boden lenkt, d.h. die Platten, Bahnen und insbesondere die Ausgestaltung als "Draht" oder „Schnur“ ermöglichen es, die Nährstoffe so gut wie möglich lokal in der Saatlinie zu führen und auch bisher nach dem Stand der Technik bekannte Homogenitätsprobleme zu vermeiden. The fertilizer arrangement according to the invention precisely solves the targeted and local application problem of fertilizers in the root area of the plants by directing the fertilizer, the fertilizers, hereinafter referred to generally as nutrients, very specifically into the soil, i.e. the plates, tracks and in particular the design as " "Wire" or "cord" make it possible to guide the nutrients as locally as possible in the seed line and also to avoid problems of homogeneity known from the prior art.
Das Trägermaterial oder die Zusammensetzung unterschiedlicher Trägermaterialien ist flexibel. Neben der flexiblen Eigenschaft kann das Trägermaterial oder die Zusammensetzung unterschiedlicher Trägermaterialien auch noch elastische Eigenschaften aufweisen. The carrier material or the composition of different carrier materials is flexible. In addition to the flexible property, the carrier material or the composition of different carrier materials can also have elastic properties.
Unter der Bezeichnung und Eigenschaft Flexibilität wird im Rahmen der Erfindung die Fähigkeit der Düngemittelanordnung zur spontanen Anpassung zur reversiblen Formveränderung (Verbiegung, Torsion) unter sich verändernden Belastungen verstanden. Die Flexibilität der Düngemittelanordnung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sie in Form von Schnüren, Drähten, Platten oder Bahnen in aufgerollter Form konfektioniert ist, da ein Reißen und Abbrechen dieser Ausgestaltungsformen dadurch vermindert werden kann. Within the scope of the invention, the designation and property flexibility is understood to mean the ability of the fertilizer arrangement to spontaneously adapt to reversible changes in shape (bending, torsion) under changing loads. The flexibility of the fertilizer arrangement is particularly advantageous when it is made up in the form of cords, wires, plates or webs in a rolled-up form, since tearing and breaking off of these configurations can be reduced as a result.
Unter der Bezeichnung Elastizität wird im Rahmen der Erfindung die Fähigkeit der Düngemittelanordnung verstanden, sich um mindestens 1 % der ursprünglichen Länge zu dehnen und bei Wegnahme der Last auf die ursprüngliche Größe zurückzukehren, wobei es keine Grenze für die maximale Dehnung gibt. Die mechanischen Eigenschaften der Düngemittelanordnung können von minimalen Werten für die Manipulation (z.B. Zugfestigkeit >1 MPa, Streckdehnung >1 % und Bruchdehnung von 10-15%) bis zu typischen Werten von polymeren Materialien (Zugfestigkeit von 30 - 60 MPa, Streckdehnung 10-15% und Bruchdehnung >50%) reichen. Diese Werte dienen der Veranschaulichung und die Materialien sollten nicht auf diese Bereiche beschränkt werden, d. h. höhere Werte der mechanischen Festigkeit sind ebenfalls akzeptabel. The term elasticity is used in the context of the invention to mean the ability of the fertilizer assembly to stretch by at least 1% of its original length and to return to its original size when the load is removed, with no limit to the maximum elongation. The mechanical properties of the fertilizer assembly can vary from minimum values for the Manipulation (e.g. tensile strength >1 MPa, elongation at yield >1% and elongation at break of 10-15%) up to typical values of polymeric materials (tensile strength of 30 - 60 MPa, elongation at yield 10-15% and elongation at break >50%). These values are illustrative and materials should not be limited to these ranges, ie higher mechanical strength values are also acceptable.
Bei der erfindungsgemäßen Düngemittelanordnung enthaltend wenigstens Nährstoffe, können die Nährstoffe zum einen direkt im Trägermaterial eingebettet sein. Zum anderen können sie zusätzlich oder alternativ so im Trägermaterial vorliegen, dass sie außerdem noch mit einem zusätzlichen Material, welches vorzugsweise wasserlöslich ist, umhüllt oder ummantelt sind. Beispiele für wasserlösliche Materialien sind Biopolymere wie Stärke, Poly-Milchsäure (PLA) und Pektin sowie synthetische Polymere wie Polyvinylalkohol und Polyethylenglykol. In the case of the fertilizer arrangement according to the invention containing at least nutrients, the nutrients can be embedded directly in the carrier material. On the other hand, they can additionally or alternatively be present in the carrier material in such a way that they are also encased or encased with an additional material, which is preferably water-soluble. Examples of water soluble materials are biopolymers such as starch, polylactic acid (PLA) and pectin, and synthetic polymers such as polyvinyl alcohol and polyethylene glycol.
Unter der Bezeichnung Nährstoffe werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die von der Pflanze zum Wachstum und zur Aufrechterhaltung des Stoffwechsels benötigten chemischen Elemente verstanden, insbesondere die Elemente N, P, K, S sowie Mikronährstoffe (Zn, Co, Mo, usw.). In the context of the present invention, the term nutrients is understood to mean the chemical elements required by the plant for growth and maintenance of the metabolism, in particular the elements N, P, K, S and micronutrients (Zn, Co, Mo, etc.).
Als Nährstoffquellen, die für die Düngemittelanordnung eingesetzt werden, können beispielsweise Harnstoff, der zu NH4+ hydrolysiert wird, Apatite, die sich unter Bildung von PC>43' im Gleichgewicht mit Ca2+ auflösen, und andere genannt werden. Im Rahmen der Erfindung werden unter der Bezeichnung Nährstoffquellen Spezies verstanden, die einen Nährstoff in ihrer Struktur enthalten und in der Lage sind, ihn durch einen chemischen Prozess so freizusetzen, dass eine pflanzenresorbierbare Verbindung entsteht, wie beispielsweise NH4+, PC 3 , K+, etc. As the nutrient sources used for the fertilizer assembly, there can be mentioned, for example, urea which is hydrolyzed to NH4 + , apatites which dissolve to form PC>4 3 ' in equilibrium with Ca2 + , and others. In the context of the invention, the term nutrient sources means species that contain a nutrient in their structure and are able to release it by a chemical process in such a way that a plant-resorbable compound is formed, such as NH4 + , PC 3 , K + , Etc.
Die Düngemittelanordnung kann Nährstoffe einer variablen Nährstoffzusammensetzung enthalten, ausgewählt aus einer Gruppe enthaltend wenigstens Makronährstoffe, Mikronährstoffe, Hilfsstoffe und/oder Mikroorganismen. Als Makronährstoffe können beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, N, P, K, Mg, S, Ca, genannt werden. Als Mikronährstoffe können beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, Zn, Mo, B, Mn, Fe, genannt werden. Als weitere Hilfsstoffe der Düngemittelanordnung können beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, Wachstumsförderer, Herbizide, Fungizide, Nematozide sowie Mikroorganismen (Bakterien, Pilze), die eine direkte oder indirekte Rolle bei der Bodenfruchtbarkeit, Nährstoffmobilisierung im Boden, oder beim biologischen Pflanzenschutz spielen, genannt werden. Die im Folgenden beispielhaft, jedoch nicht darauf beschränkt, genannten kommerzialisierten Bakterieninokulanten, die hauptsächlich auf pflanzenwachstumsfördernden Bakterien basieren, könnten für die Düngemittelanordnung herangezogen werden: Agrobacterium radiobacter, Azospirillum brasilense, Azospirillum lipoferum, Azotobacter chroococcum, Bacillus firmus, Bacillus licheniformis, Bacillus megaterium, Bacillus mucilaginous, Bacillus pumilus, Bacillus spp., Bacillus subtilis, Bacillus subtilis var. amyloliquefaciens, Burkholderia cepacia, Delftia acidovorans, Paenibacillus macerans, Pantoea agglomerans, Pseudomonas aureofaciens, Pseudomonas chlororaphis, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas solanacearum, Pseudomonas spp., Pseudomonas syringae, Serratia entomophila, Streptomyces griseoviridis, Streptomyces spp., Streptomyces lydicus, und Rhizobium spp., zum Schutz vor pilzlichen pflanzenpathogenen Bakterien der Gattung Bacillus, wie beispielweise, aber nicht darauf beschränkt Bacillus licheniformis, Bacillus cereus, Bacillus subtilis, und Bacillus thuringiensis [3]. Insbesondere bei der Solubilisierung unlöslicher Formen von Phosphor im Boden könnte die Verwendung von Phosphat-solubilisierenden Mikroorganismen in der Düngemittelandordnung von Vorteil sein. Diese umfassen einschließlich, aber nicht ausschließlich, Gattungen wie Achromobacter, Agrobacterium, Bacillus, Enterobacter, Erwinia, Flavobacterium, Gluconacetobacter, Mycobacterium, Pseudomonas und Serratia. Die mikrobiell induzierte Phosphorsolubilisierung im Boden erfolgt hauptsächlich durch biologische Mechanismen wie die Produktion von sauren Phosphatasen, die helfen, organischen Phosphor im Boden zu mineralisieren. Leguminosen können symbiotisch mit Bodenbakterien interagieren, die unter der Bezeichnung Rhizobien bekannt sind, und die in der Lage sind atmosphärischen Stickstoff zu fixieren und diesen in Form von Ammoniak (NH3) als erstes stabiles Produkt der Stickstoff-Fixierung der Pflanze für ihr Wachstum und Entwicklung bereitzustellen. Dazu gehören die Gattungen Bradyrhizobium, Sinorhizobium/Ensifer, Mesorhizobium, Rhizobium, Azorhizobium, Neorhizobium und Pararhizobium als diazotrophe Bakterien, die in die Pflanze eindringen können und dort Wurzelknöllchen bilden, und ebenfalls, jedoch nicht darauf beschränkt, in die Düngemittelanordnung eingearbeitet werden können. Pflanzenwachstumsfördernde Pilze oder ihre Sporen, die der Düngemittelanordnung zugesetzt werden können, sind beispielweise, aber nicht darauf beschränkt, Organismen der Gattungen Trichoderma, Talaromyces, Fusarium, Phytophthora, Penicillium, Rhizoctonia, Gliocladium, Phoma, Aspergillus, Fusarium, Talaromyces und Mortierella [4]. The fertilizer arrangement can contain nutrients of a variable nutrient composition selected from a group containing at least macronutrients, micronutrients, adjuvants and/or microorganisms. As macronutrients, N, P, K, Mg, S, Ca can be mentioned, for example, but not limited thereto. As micronutrients, for example, but not limited to, Zn, Mo, B, Mn, Fe can be mentioned. As further adjuvants of the fertilizer arrangement, for example, but not on it limited, growth promoters, herbicides, fungicides, nematocides and microorganisms (bacteria, fungi) that play a direct or indirect role in soil fertility, nutrient mobilization in the soil, or in biological crop protection. The following commercialized bacterial inoculants, based mainly on plant growth promoting bacteria as examples but not limited, could be used for the fertilizer arrangement: Agrobacterium radiobacter, Azospirillum brasilense, Azospirillum lipoferum, Azotobacter chroococcum, Bacillus firmus, Bacillus licheniformis, Bacillus megaterium, Bacillus mucilaginous, Bacillus pumilus, Bacillus spp., Bacillus subtilis, Bacillus subtilis var. amyloliquefaciens, Burkholderia cepacia, Delftia acidovorans, Paenibacillus macerans, Pantoea agglomerans, Pseudomonas aureofaciens, Pseudomonas chlororaphis, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas solan acearum, Pseudomonas spp., Pseudomonas syringae, Serratia entomophila, Streptomyces griseoviridis, Streptomyces spp., Streptomyces lydicus, and Rhizobium spp., for protection against fungal plant-pathogenic bacteria of the genus Bacillus, such as, but not limited to, Bacillus licheniformis, Bacillus cereus, Bacillus subtilis, and Bacillus thuringiensis [3]. In particular, in the solubilization of insoluble forms of phosphorus in the soil, the use of phosphate-solubilizing microorganisms in the fertilizer arrangement could be beneficial. These include, but are not limited to, genera such as Achromobacter, Agrobacterium, Bacillus, Enterobacter, Erwinia, Flavobacterium, Gluconacetobacter, Mycobacterium, Pseudomonas and Serratia. Microbially induced phosphorus solubilization in soil occurs mainly through biological mechanisms such as the production of acid phosphatases that help mineralize organic phosphorus in soil. Legumes can interact symbiotically with soil bacteria known as rhizobia, which are capable of fixing atmospheric nitrogen and supplying it in the form of ammonia (NH3) as the first stable product of nitrogen fixation to the plant for its growth and development . These include the genera Bradyrhizobium, Sinorhizobium/Ensifer, Mesorhizobium, Rhizobium, Azorhizobium, Neorhizobium and Pararhizobium as diazotrophic bacteria which can invade the plant and form root nodules there and also, but not limited to, can be incorporated into the fertilizer assembly. Plant growth promoting fungi or their spores that can be added to the fertilizer assembly include, but are not limited to, organisms of the genera Trichoderma, Talaromyces, Fusarium, Phytophthora, Penicillium, Rhizoctonia, Gliocladium, Phoma, Aspergillus, Fusarium, Talaromyces and Mortierella [4] .
Mikroorganismen, Pilze, oder Sporen dieser können bei ihrer Freisetzung (durch Auflösung/Abbau der Düngemittelanordnung) die Pflanzengesundheit direkt oder indirekt begünstigen und fördern, z.B. durch die unterstützende Freisetzung von Nährstoffen aus der Düngemittelanordnung selbst und aus dem umliegenden Boden. Dies kann z.B. durch Beeinflussung des pH-Wertes oder synergistische Effekte bei der Mobilisierung und Aufnahme von Nährstoffen (gelöste Makronährstoffe und Mikronährstoffe), bzw. durch kompetitive Effekte zur Unterdrückung von bodenbürtigen Pflanzenpathogenen erfolgen. Voraussetzung dabei ist, dass die einzusetzenden Mikroorganismen, bzw. Pilze und/oder ihre Sporen im Verarbeitungsprozess der Düngemittelanordnung vital bleiben, sodass diese nach Freisetzung im Boden ihre fördernde Funktion im Boden und an der Pflanze erfüllen können. Microorganisms, fungi, or spores thereof, when released (by dissolving/degrading the fertilizer assembly), can benefit and promote plant health directly or indirectly, e.g. by assisting the release of nutrients from the fertilizer assembly itself and from the surrounding soil. This can be done, for example, by influencing the pH value or synergistic effects in the mobilization and uptake of nutrients (dissolved macronutrients and micronutrients), or through competitive effects to suppress soil-borne plant pathogens. The prerequisite for this is that the microorganisms or fungi and/or their spores to be used remain vital in the processing of the fertilizer arrangement, so that after release in the soil they can fulfill their promoting function in the soil and on the plant.
Die Düngemittelanordnung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial aus einem organischen, vorzugsweise biologisch abbaubaren Material gebildet ist. Das Trägermaterial kann dabei bevorzugt aus organischem Material bestehen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend, aber nicht darauf beschränkt, beispielsweise aus Stärke, Lignin, modifizierten Cellulosen, Pektin, Chitosan, Polyglycerine, Poly-Milchsäure, Polyhydroxybutiral, Polyvinylalkohole, Polycaprolactone, Polyethylenglykol oder Ölen, und auch aus einer Zusammensetzung oder Kombinationen unterschiedlicher organischer Materialien. Durch den Abbau des organischen Trägermaterials wird zudem die lokale Bodenfruchtbarkeit durch mikrobielle Stimulation gefördert. The fertilizer arrangement is further characterized in that the carrier material is formed from an organic, preferably biodegradable, material. The carrier material can preferably consist of organic material, selected from the group consisting of, but not limited to, for example starch, lignin, modified celluloses, pectin, chitosan, polyglycerols, polylactic acid, polyhydroxybutiral, polyvinyl alcohols, polycaprolactones, polyethylene glycol or oils, and also from a composition or combinations of different organic materials. The degradation of the organic carrier material also promotes local soil fertility through microbial stimulation.
Das Trägermaterial der Düngemittelanordnung kann vorteilhaft quellende und/oder wasserspeichernde Eigenschaften aufweisen. Quellende und/oder wasserspeichernde Eigenschaften können vorteilhaft dazu führen, auch bei Trockenheit des Bodens die Pflanzen weiterhin lokal mit gelösten Nährstoffen oder Wasser zu versorgen. Die Trägermaterialien sollten in einer vorteilhaften Ausgestaltung eine Wasseraufnahmekapazität von 40-100% aufweisen. Im Falle von Stärke als Trägermaterial, kann mehr als 50 bis 80% des Gewichtes als Wasser (Feuchtigkeit) aufgenommen werden. Daher ist die Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit im Feld tendenziell höher als bei typischen Mineral- oder Wirtschaftsdüngern. Das Lösungsverhalten hängt von der Auflösung der Stärke als Trägermaterial, sowie von der Löslichkeitsgrenze des jeweiligen Nährstoffs ab, z. B. von der Löslichkeit von Harnstoff als Beispiel für eine Stickstoffquelle, oder anderen Nährstoffquellen. The carrier material of the fertilizer arrangement can advantageously have swelling and/or water-storing properties. Swelling and/or water-storing properties can advantageously lead to the plants continuing to be supplied locally with dissolved nutrients or water even when the soil is dry. The carrier materials should be in an advantageous Configuration have a water absorption capacity of 40-100%. In the case of starch as a carrier material, more than 50 to 80% of the weight can be absorbed as water (moisture). Therefore, resistance to moisture in the field tends to be higher than typical mineral or farm fertilizers. The dissolution behavior depends on the dissolution of the starch as a carrier material and on the solubility limit of the respective nutrient, e.g. B. from the solubility of urea as an example of a nitrogen source, or other nutrient sources.
Andere quellbare, hochquellbare und/oder wasserspeichernde Trägermaterialien, wie beispielsweise Hydrogelpolymere, können zusätzlich in das Trägermaterial der Düngemittelanordnung eingearbeitet werden, um die Wasseraufnahmefähigkeit und die Auflösungs- oder Disaggregationsbeständigkeit in Flüssigkeiten (einschließlich Wasser) zu erhöhen. Beispielsweise können Hydrogelpolymere (z. B. Polymere auf Polyacrylamid- und Polyacrylatbasis, Polyvinylalkohol, Polyethylenglykol sowie Hydrogele auf natürlicher Basis, z. B. Kollagen, Gelatine u. a.) in gering eingesetzten Mengen (<2 Gew.-%) die mechanische Festigkeit der Düngemittelanordnung um mehr als 20% erhöhen. Mischungen mit höheren Gehalten (z. B. 20 Gew.-%) können das Wasseraufnahmevermögen und die Auflösungsbeständigkeit beim Eintauchen in Wasser um mehr als das 100-fache erhöhen, da die typische Quellfähigkeit von Hydrogelen im Bereich von 20 bis 200 liegt (d.h. 1 g Polymer kann 200 g Wasser aufnehmen, was einem Wert der Quellfähigkeit von 200 entsprechen würde). Other swellable, highly swellable, and/or water retaining carrier materials, such as hydrogel polymers, may additionally be incorporated into the fertilizer assembly carrier material to increase water absorbency and resistance to dissolution or disaggregation in liquids (including water). For example, hydrogel polymers (e.g., polyacrylamide and polyacrylate-based polymers, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, and naturally-based hydrogels, e.g., collagen, gelatin, and others) in small amounts used (<2% by weight) can increase the mechanical strength of the fertilizer assembly increase by more than 20%. Mixtures with higher levels (e.g. 20% by weight) can increase the water absorption capacity and the resistance to dissolution on immersion in water by more than 100 times, as the typical swellability of hydrogels is in the range of 20 to 200 (i.e. 1 g polymer can absorb 200 g water, which would correspond to a swelling capacity of 200).
Die Düngemittelanordnung kann noch weitere Hilfsstoffe umfassen, die zwar keine Nährstoffquellen in direkter Form darstellen, aber der Düngemittelanordnung zusätzliche vorteilhafte Eigenschaften verleihen können, wie beispielsweise eine erhöhte Stabilität oder eine Erhöhung der Wasserspeicherkapazität. In einer vorteilhaften Ausführung ist die Düngemittelanordnung daher dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial als Hilfsstoff Verstärkungsmaterial umfasst. Dieses Verstärkungsmaterial kann dabei Materialien umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fasern, Naturfasern, Nanofasern, mineralischen Füllstoffen oder Kombinationen aus diesen. Als Verstärkungsmaterialien sind beispielsweise Naturfasern, Nanofasern (z. B. mikrofibrillierte Zellulose, Nanozellulose), mineralische Füllstoffe (z. B. Tone, Mineraloxide), geeignet. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung kann die Freisetzungskontrolle (langsame und kontrollierte Freisetzungszusammensetzungen), die mechanische Beständigkeit, die UV-Lichtbeständigkeit (Beständigkeit gegen Degradation, z.B. während Lagerung), die Dehnbarkeit und die Verarbeitbarkeit (Leichtigkeit der Verarbeitung) der Düngemittelanordnung verbessert werden. The fertilizer assembly may also include other adjuvants which, while not being a direct source of nutrients, may impart additional beneficial properties to the fertilizer assembly, such as increased stability or an increase in water storage capacity. In an advantageous embodiment, the fertilizer arrangement is therefore characterized in that the carrier material comprises reinforcing material as an auxiliary. This reinforcement material can include materials selected from the group consisting of fibers, natural fibers, nanofibers, mineral fillers or combinations of these. Natural fibers, nanofibers (e.g. microfibrillated cellulose, nanocellulose), mineral fillers (e.g. clays, mineral oxides), for example, are suitable as reinforcing materials. With this advantageous design, the release control (slow and controlled release compositions), mechanical resistance, UV light resistance (resistance to degradation, eg during storage), extensibility and workability (ease of processing) of the fertilizer assembly are improved.
Die Düngemittelanordnung kann vorteilhaft auch noch Zusatzstoffe enthalten. Unter der Bezeichnung Zusatzstoffe wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedes Material oder jede Chemikalie verstanden, welche die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Düngemittelanordnung chemisch und/oder physikalisch verändert, wie beispielsweise eine Erhöhung der Plastizität, der mechanischen Festigkeit, der Wasseraffinität oder -aufnahme, der Löslichkeit und anderes. Zusatzstoffe können beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, auch Pflanzenschutzmittel, Nitrifikationshemmer (z.B. Piadin®), Bakterien und Pilze, bzw. ihre Überdauerungsformen und/oder Sporen oder Stimulantien sein. The fertilizer arrangement can advantageously also contain additives. In the context of the present invention, the term additives means any material or any chemical that chemically and/or physically changes the properties of the fertilizer arrangement according to the invention, such as an increase in plasticity, mechanical strength, water affinity or water absorption, solubility and other. Additives can also be, for example, but not limited to, plant protection agents, nitrification inhibitors (e.g. Piadin®), bacteria and fungi, or their persistent forms and/or spores or stimulants.
Durch die Auswahl geeigneter Materialien und deren Zusammensetzung für das Trägermaterial können die Eigenschaften der Düngemittelanordnung hinsichtlich ihrer Flexibilität und auch Elastizität variiert und eingestellt werden. Ein höherer Polymeranteil im Trägermaterial führt beispielsweise zu einer flexibleren Düngemittelanordnung, während ein höherer Nährstoffgehalt, aufgrund mineralischer Inhaltsstoffe, eher zu spröden, starren Materialeigenschaften der Düngemittelanordnung führt. By selecting suitable materials and their composition for the carrier material, the properties of the fertilizer arrangement can be varied and adjusted in terms of their flexibility and elasticity. A higher proportion of polymer in the carrier material leads, for example, to a more flexible fertilizer arrangement, while a higher nutrient content, due to mineral ingredients, tends to lead to brittle, rigid material properties of the fertilizer arrangement.
Es sind jedoch auch Variationen möglich, bei denen der Nährstoffgehalt im Trägermaterial beispielsweise die Flexibilität und Elastizität der Düngemittelanordnung erhöhen kann: Harnstoff wirkt beispielsweise als Weichmacher für Stärke, was bedeutet, dass ein harnstoffbeladenes Trägermaterial gleichzeitig als Weichmacher und auch als Nährstoffquelle wirken kann. In jedem Fall ist jedoch der „Kunststoff-Anteil des Trägermaterials der Düngemittelanordnung dafür verantwortlich, dieser die Flexibilität oder Elastizität zu verleihen, was bedeutet, dass diese Flexibilität und Elastizität variieren kann. Unter dem Begriff „Kunststoff“ werden im Rahmen der Erfindung alle biologisch abbaubaren Materialien und Bestandteile des Trägermaterials in der Düngemittelanordnung verstanden, die durch die Einwirkung einer äußeren Belastung verformt werden können, ohne zu brechen. Diese Bestandteile oder Materialien können beispielsweise Zusammensetzungen aus synthetischen Polymeren (z.B. Polyvinylalkohol, Polyethylenglycol, Polyhydroxibutiral, usw.) und Biopolymere (z.B. Stärke, Lignin, modifizierte Cellulosen, Pektin, Chitosan, usw.) umfassen. Aus diesen Materialien und Bestandteilen können dann die in der Düngemittelanordnung enthaltenen Nährstoffe sukzessive freigesetzt werden. However, variations are also possible where the nutrient content in the carrier material can, for example, increase the flexibility and elasticity of the fertilizer arrangement: urea, for example, acts as a plasticizer for starch, which means that a urea-loaded carrier material can act as a plasticizer and also as a nutrient source at the same time. In any case, however, the "plastics" content of the carrier material of the fertilizer assembly is responsible for giving it the flexibility or elasticity, which means that this flexibility and elasticity can vary. Within the scope of the invention, the term “plastic” means all biodegradable materials and components of the carrier material in the fertilizer arrangement that can be deformed by the action of an external load without breaking. These components or materials can, for example, consist of compositions synthetic polymers (e.g. polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyhydroxybutiral, etc.) and biopolymers (e.g. starch, lignin, modified celluloses, pectin, chitosan, etc.). The nutrients contained in the fertilizer arrangement can then be successively released from these materials and components.
Die Mengenverhältnisse von Trägermaterial zu Nährstoffen können vorzugsweise bei 20-50 Gew.-% der Düngemittelanordnung liegen. Als Beispiel könnte eine endlosschnurförmige Düngemittelanordnung zu 20 Gew.-% aus thermoplastischer Stärke und zu 80 Gew.-% aus Harnstoff bestehen, was einen Nährstoffgehalt von 36 Gew.-% N garantiert. Die Zusammensetzung der Nährstoffe kann dabei auch variieren und mehr als nur einen Nährstoff enthalten. The proportions of carrier material to nutrients can preferably be 20-50% by weight of the fertilizer arrangement. As an example, a continuous string fertilizer assembly could be composed of 20% by weight thermoplastic starch and 80% by weight urea, guaranteeing a nutrient content of 36% by weight N. The composition of the nutrients can also vary and contain more than just one nutrient.
An Hand der folgenden zusätzlichen Erläuterungen und eines Rechenbeispiels soll die Bestimmung des Nährstoffgehalts in der Düngemittelanordnung zum besseren Verständnis im Folgenden noch einmal genauer beschrieben werden. Die Nährstoffkonzentration sollte auf den Endgehalt in der Düngemittelanordnung normiert werden, da dies der Wert ist, der für den Agronomen nützlich ist (zur Berechnung der Düngermengen). Bei einem Anteil von 20-50 Gew.-% Trägermaterial zu einem Anteil von 80-50 Gew.-% Nähstoffmenge, würde eine Endkonzentration von N, wenn beispielsweise Harnstoff als Nährstoff eingesetzt wird, in der Düngemittelanordnung von 36 Gew.-% vorliegen. Die rechnerischen 36 Gew.-% beziehen sich auf den N-Gehalt des Nährstoffs, in diesem Fall Harnstoff: Da Harnstoff zu 44-45% N in seiner Zusammensetzung enthält, ergibt eine Mischung aus 80 Gew.-% Harnstoff plus 20 Gew.-% Trägermaterial eine Endkonzentration von 36 Gew.-% N (den eigentlichen Nährstoff). Based on the following additional explanations and a calculation example, the determination of the nutrient content in the fertilizer arrangement is to be described in more detail below for better understanding. The nutrient concentration should be normalized to the final level in the fertilizer array as this is the value that is useful to the agronomist (for calculating fertilizer amounts). At a ratio of 20-50% by weight of carrier material to a ratio of 80-50% by weight of nutrient amount, a final concentration of N, for example if urea is used as the nutrient, in the fertilizer arrangement would be 36% by weight. The calculated 36% by weight refers to the N content of the nutrient, in this case urea: Since urea contains 44-45% N in its composition, a mixture of 80% by weight urea plus 20% by weight results. % carrier material has a final concentration of 36% by weight N (the actual nutrient).
Durch den wechselseitigen Einfluss von Bodenfeuchtigkeit und Durchwurzelung auf die Freisetzung der Nährstoffe und/oder auch Zusatzstoffe im Wurzelraum, d. h. im Boden, können die Nährstoffe direkt von den Pflanzen aufgenommen werden. Dadurch werden im Vergleich zu konventionellen, oberflächlich aufgetragenen oder nur oberflächlich eingearbeiteten Mineral- oder Wirtschaftsdüngern Emissionen durch Auswaschung, Abtrag und/oder Verflüchtigung durch Mineralisation (z. B. bei Stickstoff) vermieden. Eine Applikation der Düngemittelanordnung in Form von Schnüren, Drähten, Platten oder Bahnen zwischen den Saatreihen, kann zudem durch die dadurch bewirkte lokale Düngergabe eine bessere Durchwurzelung der Saatreihen oder Reihenkulturen bewirken. Due to the mutual influence of soil moisture and root penetration on the release of nutrients and/or additives in the root area, ie in the soil, the nutrients can be taken up directly by the plants. In comparison to conventional, superficially applied or only superficially incorporated mineral or farm fertilizers, this avoids emissions due to leaching, erosion and/or volatilization due to mineralization (e.g. in the case of nitrogen). An application of the fertilizer arrangement in the form of cords, wires, plates or webs between the seed rows can also better root penetration of the seed rows or row crops due to the resulting local application of fertiliser.
Der Abbau der Düngemittelordnung und damit die Freisetzung der Nährstoffe und/oder auch der Zusatzstoffe werden sowohl durch die Bodenfeuchte als auch durch die Durchwurzelung der Pflanzen sowie auch durch die mikrobiellen bzw. pilzlichen Wechselwirkungen beeinflusst. Durch Feuchtigkeitseinwirkung wird der biologische Abbau der Trägermaterialien und weiteren Bestandteile der Düngemittelanordnung in vorteilhafter Weise begünstigt, so dass die Nährstoffe und/oder auch andere, weitere Zusatzstoffe sukzessive und kontinuierlich lokal im Wurzelbereich der Pflanzen freigesetzt werden können. The degradation of the fertilizer order and thus the release of nutrients and/or additives are influenced by soil moisture and by the root penetration of the plants, as well as by microbial and fungal interactions. The biological degradation of the carrier materials and other components of the fertilizer arrangement is advantageously favored by the action of moisture, so that the nutrients and/or other additional additives can be gradually and continuously released locally in the root area of the plants.
Nach Einarbeitung der erfindungsgemäßen Düngemittelanordnung in den Boden bleiben durch die formgebende Struktur und chemisch-physikalischen Eigenschaften, insbesondere die langsame, kontrollierte Zersetzung/Auflösung der Düngemittelanordnung, und der damit verbundenen nur langsamen, kontrollierten Zersetzung und Freisetzung der Nährstoffe und/oder auch Zusatzstoffe der Düngemittelanordnung auch bei hohen Wassermengen im Boden (z.B. durch starke Niederschläge) die Nährstoffe an Ort und Stelle, wo sie von den Pflanzen benötigt werden, d.h. im Wurzelraum unter den Pflanzen. Unter der Bezeichnung „langsame, kontrollierte Zersetzung“ wird gemäß Angabe der Association of American Plant Food Control Officials (AAPFCO) ein Düngemittel verstanden, das einen Pflanzennährstoff in einer Form enthält, der seine Verfügbarkeit für die Pflanze nach der Ausbringung verzögert oder der seine Verfügbarkeit für die Pflanze deutlich verlängert als ein "schnell verfügbarer Nährstoffdünger" wie Ammoniumnitrat oder Harnstoff, Ammoniumphosphat oder Kaliumchlorid. Eine solche Verzögerung der anfänglichen Verfügbarkeit oder eine verlängerte Zeit der anhaltenden Verfügbarkeit kann durch eine Vielzahl von Mechanismen erfolgen. Dazu gehören die kontrollierte Wasserlöslichkeit des Materials durch semipermeable Beschichtungen, Okklusion, Proteinmaterialien oder andere chemische Formen, durch langsame Hydrolyse von wasserlöslichen Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht oder durch andere unbekannte Mittel [5], After incorporation of the fertilizer arrangement according to the invention into the soil, the shaping structure and chemical-physical properties, in particular the slow, controlled decomposition/dissolution of the fertilizer arrangement, and the associated only slow, controlled decomposition and release of the nutrients and/or additives of the fertilizer arrangement remain Even with high amounts of water in the soil (e.g. due to heavy rainfall), the nutrients are in the place where they are needed by the plants, i.e. in the root area under the plants. The term “slow, controlled decomposition” is defined by the Association of American Plant Food Control Officials (AAPFCO) as meaning a fertilizer that contains a plant nutrient in a form that delays its availability to the plant after application or that delays its availability to the plant the plant significantly longer than a "rapidly available nutrient fertilizer" such as ammonium nitrate or urea, ammonium phosphate or potassium chloride. Such a delay in initial availability or an extended period of continued availability may occur through a variety of mechanisms. These include the controlled water solubility of the material through semipermeable coatings, occlusion, proteinaceous materials or other chemical forms, through slow hydrolysis of water soluble low molecular weight compounds or through other unknown means [5],
Die Verzögerung der anfänglichen Freisetzung wird durch kinetische oder durch Affinitätsmittel erreicht. Im Fall der kinetischen Mittel kann jedes der zuvor genannten Materialien dieses Verhalten aufweisen, wenn seine Dichte zu hoch ist (d.h. geringe Porosität, was bedeutet, dass die Auflösung langsamer erfolgt). Im Fall der Affinitätsmittel decken hydrophobe Materialien wie ölbasierte, hochmolekulare Polymere usw. diese Definition ab, da sie zunächst von Mikroorganismen angegriffen werden müssen, um Poren oder Hohlräume zu öffnen, in denen das Wasser absorbiert werden kann. Die Hydrophobie kann hier als allgemeine Definition für die verzögerte Freisetzung verwendet werden, da für die Anwendung unbedingt eine Wasserauflösung erforderlich ist. The initial release delay is achieved by kinetic or by affinity agents. In the case of kinetic agents, any of the foregoing Materials exhibit this behavior when its density is too high (i.e. low porosity, meaning that dissolution occurs more slowly). In the case of the affinity agents, hydrophobic materials such as oil-based, high molecular weight polymers, etc. cover this definition as they must first be attacked by microorganisms to open pores or cavities where the water can be absorbed. Hydrophobicity can be used here as a general definition for delayed release since water dissolution is imperative for application.
Mit der erfindungsgemäßen Düngemittelanordnung kann insbesondere durch die vorteilhafte Ausgestaltung mit unterschiedlichen Materialien und Zusammensetzungen für das Trägermaterial, variabel und gezielt die Düngemittelanordnung an die vielen verschiedenen Bedingungen der Bodenfeuchtigkeit, der Nährstoffabgabe und der Wasseraufnahmekapazität (Quellfähigkeit) und je nach Zielpflanze eingestellt und angepasst werden. With the fertilizer arrangement according to the invention, the fertilizer arrangement can be variably and specifically adjusted to the many different conditions of soil moisture, nutrient release and water absorption capacity (swelling capacity) and depending on the target plant, in particular due to the advantageous design with different materials and compositions for the carrier material.
Die Düngemittelanordnung kann in einer vorteilhaften Ausführung in Form einer Endlos-Rolle in zusammenhängender Form ausgestaltet sein, die aufgerollt sein kann und je nach Einsatzort (Reihenkultur auf dem Feld, Gewächshaus oder Topf) oder Zielpflanze in die gewünschte Länge oder Form geschnitten werden kann. Diese Ausgestaltung als Endlos-Rolle hat den Vorteil, dass die Düngemittelanordnung, in ihrer zusammenhängenden Form, beispielsweise die Platten, Bahnen und/oder insbesondere die Ausgestaltung als Schnüre oder Drähte der Düngemittelanordnung, kontinuierlich und durchgängig ohne Unterbrechungen im Boden verlegt werden kann, wodurch zum einen die Homogenität der Düngung gefördert und erhalten bleibt und zum anderen der Ausbringungsvorgang erleichtert wird. In an advantageous embodiment, the fertilizer arrangement can be designed in the form of an endless roll in a coherent form, which can be rolled up and cut into the desired length or shape depending on the place of use (row culture in the field, greenhouse or pot) or target plant. This design as an endless roll has the advantage that the fertilizer arrangement, in its coherent form, for example the plates, webs and/or in particular the design as cords or wires of the fertilizer arrangement, can be laid continuously and consistently in the ground without interruptions, which means that on the one hand, the homogeneity of the fertilization is promoted and maintained and, on the other hand, the application process is facilitated.
Die Platten und/oder Bahnen, die vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, können dabei beispielsweise eine Dicke und/oder Breite in einem Bereich von 0,005 mm bis 20 mm aufweisen. The plates and/or webs, which preferably have a rectangular cross section, can have a thickness and/or width in a range from 0.005 mm to 20 mm.
Die Schnüre oder Drähte, die vorzugsweise einen runden oder polygonalen Querschnitt aufweisen, können beispielsweise einen Durchmesser in einem Bereich von 0,5 mm bis 100 mm aufweisen. Die Schnur oder der Draht kann zylindrisch geformt sein, oder eine Form mit variabler Dicke oder Variationen basierend auf Prozesseigenschaften, z.B. schraubenförmig, geschlitzt oder gerillt, mit Mustern, usw. umfassen. Zudem können alle beliebigen Formen hinsichtlich des Querschnitts (z.B. sternförmig, rund, oval, gleichmäßig flach, gewellt, etc.) gewählt werden, die als kontinuierliche Form technisch hergestellt und aufgerollt werden können. The cords or wires, which preferably have a round or polygonal cross-section, can have a diameter in a range from 0.5 mm to 100 mm, for example. The cord or wire can be cylindrical in shape, or a shape with variable thickness or variations based on Process characteristics, eg, helical, slotted or grooved, patterned, etc. include. In addition, any desired cross-sectional shape (e.g. star-shaped, round, oval, uniformly flat, corrugated, etc.) can be selected, which can be technically manufactured and rolled up as a continuous shape.
Die jeweilige Dicke der Platten oder Bahnen, bzw. der Durchmesser der Schnüre kann entsprechend der zu düngenden Zielpflanze und der entsprechend benötigten Düngermenge und Düngerzusammensetzung angepasst werden. Die zu wählende Dicke, bzw. Durchmesser und Form der Düngemittelmatrix verfolgt das Ziel, nach Applikation in oder auf den Boden einjährige Kulturen über die gesamte Vegetationsperiode mit ausreichend Nährstoffen zu versorgen. Dies macht weitere Düngermaßnahmen überflüssig und trägt somit zu einer Reduzierung von Emissionen durch Arbeits- und Maschineneinsätzen bei. Falls doch eine zusätzliche Düngung gewünscht sein sollte, so lässt sich die Düngemittelanordnung, vorzugsweise in der Ausgestaltung von Düngemittelschnüren oder Düngemittelbahnen mit entsprechendem Gerät zwischen den Pflanzreihen auslegen, bzw. dort in den Boden einarbeiten. Ziel ist eine vollständige Zersetzung und Auflösung der Düngemittelanordnung, insbesondere der Düngemittelschnüre, Düngemitteldrähte bzw. Düngemittelbahnen und -Platten, und eine vollständige Freisetzung und Aufnahme der Nährstoffe über die Pflanzen im Verlauf der gesamten Vegetationsperiode, d.h. von der Aussaat bis zur Ernte. The respective thickness of the plates or webs, or the diameter of the cords can be adjusted according to the target plant to be fertilized and the correspondingly required fertilizer quantity and fertilizer composition. The thickness, or diameter and shape of the fertilizer matrix to be selected pursues the goal of supplying annual crops with sufficient nutrients over the entire vegetation period after application in or on the soil. This makes further fertilizer measures superfluous and thus contributes to a reduction in emissions from work and machine use. If additional fertilization should be desired, the fertilizer arrangement, preferably in the form of fertilizer strings or fertilizer tracks, can be laid out between the rows of plants with appropriate equipment, or worked into the soil there. The aim is a complete decomposition and dissolution of the fertilizer arrangement, in particular the fertilizer cords, fertilizer wires or fertilizer sheets and plates, and a complete release and uptake of the nutrients by the plants throughout the growing season, i.e. from sowing to harvest.
Zum Anbau und zur Etablierung mehrjähriger Kulturen, insbesondere auf sandigen, nährstoffarmen, marginalen Böden können der Durchmesser, bzw. die Dicke der Schnüre, Drähte, Platten oder Bahnen, und somit der erforderliche Nährstoffgehalt und die Nährstoffmenge den lokalen Erfordernissen für die Pflanzen angepasst werden. Diese könnten mitunter die zuvor beispielhaft angegebenen Dimensionen von 0,5-100 mm, bzw. 0,005-20 mm für Durchmesser bzw. Dicken übertreffen, solange die Handhabung zur Verlegung bzw. Aufbringung der Düngemittel-Schnüre/-Drähte/-Platten/-Bahnen praktikabel ist. For the cultivation and establishment of perennial cultures, especially on sandy, nutrient-poor, marginal soils, the diameter or the thickness of the cords, wires, plates or webs, and thus the required nutrient content and the amount of nutrients can be adapted to the local requirements for the plants. These could sometimes exceed the dimensions of 0.5-100 mm, or 0.005-20 mm for diameters or thicknesses given as examples above, as long as the handling for laying or applying the fertilizer cords/wires/plates/webs is practicable.
Die Düngemittelanordnung kann dazu vorteilhaft beispielsweise zusätzlich mit einem aufrollbaren Träger (z. B. Endlosseil oder -faser) oder mit einem Band verstärkt sein (z. B. eine Kunststofffolie oder ein Material, das über ein Papierband mechanisch verstärkt wird). Die Düngemitelanordnung ist auf Grund ihrer variabel einstellbaren Ausgestaltungsform und einer variabel einstellbaren Zusammensetzung und Konzentration der enthaltenen Nährstoffe sowohl für eine Düngung in der Landwirtschaft (Freiland und Gewächshaus), für Spezialkulturen, als auch für den Privatgebrauch einsetzbar und kann insbesondere auch vorteilhaft für die Unterfußdüngung und Oberflächenapplikation bei Reihenkulturen eingesetzt werden. For this purpose, the fertilizer arrangement can advantageously be additionally reinforced, for example, with a carrier that can be rolled up (e.g. endless cable or fiber) or with a band (e.g. a plastic film or a material which is mechanically reinforced by a paper band). Due to its variably adjustable design and a variably adjustable composition and concentration of the nutrients it contains, the fertilizer arrangement can be used both for fertilization in agriculture (outdoors and greenhouses), for special crops and for private use and can also be particularly advantageous for underground fertilization and Surface application can be used in row crops.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Düngemittelanordnung enthaltend Nährstoffe, bei dem man wenigstens die gewünschten und erforderlichen Nährstoffe und/oder weitere zuvor genannte Zusätze, beispielsweise in granulärer und/oder pulverisierter Form, mit dem Trägermaterial vermischt und anschließend diese daraus entstehende feste bis dickflüssig härtbare Mischung unter Druck durch eine formgebende Öffnung presst oder durch eine thermische Behandlung in die gewünschte Form bringt. Dazu kann die feste bis dickflüssige, härtbare Mischung unter Druck durch eine formgebende Öffnung gepresst werden, beispielsweise durch einen konventionellen Extruder oder durch thermische Formung behandelt werden. Die Mischung aus Trägermaterial und Nährstoffen und/oder weiteren Zusätzen, die zuvor schon genannt wurden, können durch verschiedene Faser- und Bandformverfahren hergestellt werden, wie z.B. Extrusion, Pultrusion und Thermoformung (nicht darauf beschränkt), wobei ein vielseitiger Bereich von Temperaturen und mechanischer Beanspruchung gegeben ist, der den Anforderungen jeder Mischung angepasst werden kann (z.B. maximale Temperatur zur Vermeidung von Degradation, Imprägnierungsbedingungen für Mikroorganismen, etc.). Die Einarbeitung von Nährstoffen und/oder weiteren Zusätzen in das Trägermaterial kann durch Vermischung von löslichen Quellen (z.B. NH4PO4, KCl, CO(NH2)2, Sulfate, Nitrate, usw.) oder mineralischen Formen (z.B. ZnO, MgO, CaPO4, usw.) fein dispergiert in Mischung erfolgen. Die Düngemittelanordnung kann variierend in Form (z.B. im Durchschnitt rund oder flach) und Dicke über konventionelle Extruder (Kolben-ZSchneckenextruder) produziert werden. Die Menge der zu verlegenden Düngemittelanordnung in Form z.B. der „Düngemittelschnüre“ richtet sich nach dem abzuschätzenden Nährstoffbedarf der jeweiligen Pflanze/Kultur. Dem Trägermaterial für die Düngemittelanordnung können zur Stabilisierung Verstärkungsmaterial, wie beispielsweise biologisch-abbaubare Fasern (z.B. Cellulose, Wolle, etc.) zugesetzt werden, um die Flexibilität und Stabilität (Bruch- und Reißfestigkeit) zu erhöhen. Dies kann beispielsweise durch Zuführen von biologisch-abbaubaren Fasern durch den Extruderkopf realisiert werden. In einer Ausführung des Verfahrens kann auch eine Oberflächenbenetzung der erfindungsgemäßen Düngemittelanordnung mittels beispielsweise Talkum oder Glycerin, erfolgen, um mögliches Verkleben einer aufgerollten Düngemittelanordnung in Form von beispielweise Düngemittelschnüren zu vermeiden, und eine einfache und gleichmäßige Abwicklung/Verlegung dieser Düngemittelschnüre in den Boden zu ermöglichen. The invention also relates to a method for producing a fertilizer arrangement containing nutrients, in which at least the desired and required nutrients and/or other additives mentioned above, for example in granular and/or powdered form, are mixed with the carrier material and the resulting solid to viscous, hardenable mixture is pressed through a shaping opening under pressure or brought into the desired shape by thermal treatment. For this purpose, the solid to viscous, curable mixture can be pressed under pressure through a shaping opening, for example treated by a conventional extruder or by thermal shaping. The mixture of carrier material and nutrients and/or other additives mentioned above can be prepared by various fiber and tape forming processes, such as (not limited to) extrusion, pultrusion and thermoforming, using a versatile range of temperatures and mechanical stress is given, which can be adapted to the needs of each mixture (e.g. maximum temperature to avoid degradation, impregnation conditions for microorganisms, etc.). Nutrients and/or other additives can be incorporated into the carrier material by mixing soluble sources (e.g. NH4PO4, KCl, CO(NH2)2, sulfates, nitrates, etc.) or mineral forms (e.g. ZnO, MgO, CaPO4, etc. ) finely dispersed in a mixture. The fertilizer assembly can be produced varying in shape (eg round or flat on average) and thickness via conventional extruders (ram-Zscrew extruder). The amount of fertilizer arrangement to be laid, for example in the form of "fertilizer strings", depends on the estimated nutrient requirements of the respective plant/culture. Reinforcement material such as biodegradable fibers (eg cellulose, wool, etc.) can be added to the carrier material for the fertilizer arrangement for stabilization to increase flexibility and stability (breaking and tearing strength). This can be realized, for example, by feeding biodegradable fibers through the extruder head. In one embodiment of the method, the surface of the fertilizer arrangement according to the invention can also be wetted using, for example, talc or glycerin, in order to avoid possible sticking of a rolled-up fertilizer arrangement in the form of, for example, fertilizer cords, and to enable these fertilizer cords to be easily and evenly unwound/laid into the ground.
Die fertige Düngemittelanordnung kann dann beispielsweise in Form von Düngemittelschnüren in beliebiger Dicke und Zusammensetzung aufgerollt und gelagert werden. Im landwirtschaftlichen Einsatz können diese „Düngemittelschnüre“, im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym auch als „Drähte“ oder „Bänder“ bezeichnet, vorteilhaft mittels geeigneter Apparatur, beispielsweise mit einer zur Verlegung von Bewässerungsschläuchen genutzten Apparatur, in den Zielbereich/Bodenbereich eingebracht werden. The finished fertilizer arrangement can then be rolled up and stored, for example in the form of fertilizer strings of any desired thickness and composition. In agricultural use, these "fertilizer cords", also referred to synonymously as "wires" or "tape" in the context of the present invention, can advantageously be introduced into the target area/soil area using suitable equipment, for example with an apparatus used to lay irrigation hoses.
Als Rohstoffquelle für die Nährstoffe kann jegliche direkte oder indirekte Nährstoffform (Ursprung aus Wirtschaftsdüngern, z.B. Gülle/Jauche; aus Sekundärrohstoffdünger, z.B. Struvit, Gärrest, etc.; oder synthetisch/mineralischen Ursprungs, aber auch aus Mikro- und/oder Makro-Algenbiomasse) genutzt werden, solange diese 1.) gut im und mit dem Trägermaterial bearbeitbar ist, 2.) nicht die mechanischen Eigenschaften der Düngemittelanordnung negativ beeinflusst, und 3.) auch aus der Düngemittelanordnung durch deren Abbau im Boden, beispielsweise mithilfe von Mikroorganismen (Bakterien, Pilzen), wieder gelöst werden kann, und 4.) den Pflanzen als wachstumsfördernde Nährstoffe zur Verfügung stehen kann. Any direct or indirect nutrient form (originating from farm manure, e.g. liquid manure; from secondary raw material fertilizers, e.g. struvite, digestate, etc.; or synthetic/mineral origin, but also from micro and/or macro algae biomass) can be used as a raw material source for the nutrients. be used as long as this 1.) can be easily processed in and with the carrier material, 2.) does not negatively affect the mechanical properties of the fertilizer arrangement, and 3.) also from the fertilizer arrangement through its degradation in the soil, for example with the help of microorganisms (bacteria, fungi), can be dissolved again, and 4.) can be available to the plants as growth-promoting nutrients.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Düngen von Pflanzen, insbesondere von Pflanzen in Reihenkulturen, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäße Düngemittelanordnung in Form von Platten, Bahnen oder in Form von Schnüren auf die Kulturfläche aufgebracht bzw. in den Boden eingearbeitet wird. Die Düngemittelanordnung kann dabei direkt am Ort des Einsatzes lokal unter der Saat bzw. Setzlingen oder Jungpflanzen, vor oder während der Aussaat platziert werden. Die Tiefe der Platzierung, d.h. die Ablage/Einbringung der Düngemittelanordnung im Boden unter der Saat bzw. den Setzlingen ist pflanzenspezifisch, und kann, aber nicht darauf beschränkt, beispielsweise zwischen 0 und 30 cm erfolgen. Durch die Ablage im Boden unter der Pflanze kommt es kaum zu Nährstoffverlusten durch Auswaschung oder Verflüchtigung (durch mikrobielle Mineralisierung), also insgesamt zu weniger Emissionen. Resultat ist eine kontinuierliche Versorgung der Pflanzen mit Nährstoffen im direkten Wurzelbereich. The invention also relates to a method for fertilizing plants, in particular plants in row crops, characterized in that the fertilizer arrangement according to the invention is applied to the crop area or worked into the soil in the form of slabs, webs or in the form of cords. The fertilizer arrangement can be placed locally under the seed or seedlings or young plants, before or during sowing, directly at the site of use. The depth of placement, ie placement/incorporation of the fertilizer arrangement in the soil beneath the seed or seedlings is plant specific, and may or may not limited thereto, for example between 0 and 30 cm. By storing it in the soil under the plant, there is hardly any loss of nutrients through leaching or volatilization (through microbial mineralization), so there are fewer emissions overall. The result is a continuous supply of nutrients to the plants in the direct root area.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Düngemittelanordnung enthaltend wenigstens Nährstoffe zur Unterfußdüngung oder Oberflächenapplikation bei Reihenkulturen oder zur Düngung von Topfkulturen. Im landwirtschaftlichen Einsatz können die „Düngerschnüre“, „Drähte“ oder „Bänder“ im Boden in beliebiger Tiefe, simultan mit dem Saatgut verlegt werden. Das Saatgut kann direkt in Reihe oberhalb der „Düngerschnüre“ abgelegt werden. Im gärtnerischen Anwendungen können die „Düngerschnüre“ geschnitten und als Stücke in Topf-/Containerkulturen Anwendung finden. The invention also relates to the use of the fertilizer arrangement according to the invention containing at least nutrients for underfoot fertilization or surface application in row crops or for fertilizing pot crops. In agricultural use, the "fertilizer cords", "wires" or "ribbons" can be laid in the ground at any depth, simultaneously with the seed. The seed can be placed directly in a row above the "fertilizer cords". In horticultural applications, the "fertilizer strings" can be cut and used as pieces in pot/container cultures.
Die Düngemittelanordnung kann auch in Reisfeldern (,,Paddy“-Anbau) durch Stützen erweitert werden, was die Freisetzung der Düngermittel in der Mitte des Wasserspiegels ermöglicht, anstatt im Boden zu versinken, mit längerer Freisetzung und besserer Aufnahme durch die Pflanzen, wodurch eine räumlich begrenzte Nährstoffsättigung im schlammigen Untergrund vermieden wird. The fertilizer layout can also be extended in paddy fields (“paddy” cultivation) with supports, which allows the fertilizers to be released in the middle of the water table instead of sinking into the ground, with longer release and better absorption by the plants, creating a spatial limited nutrient saturation in the muddy subsoil is avoided.
Spezieller Beschreibunqsteil Special description part
Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung an Hand von Figuren und eines Ausführungsbeispiels erläutert, ohne, dass der Gegenstand der Erfindung hierdurch auf diese Figuren und Ausführungsbeispiel beschränkt wird. The subject matter of the invention is explained below with reference to figures and an exemplary embodiment, without the subject matter of the invention thereby being restricted to these figures and exemplary embodiments.
Es wird gezeigt: It will be shown:
Figur 1 : Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Düngemittelanordnung ausgestaltet als Schnur FIG. 1: Longitudinal section through a fertilizer arrangement according to the invention designed as a cord
Figur 2: Schematische Anordnung einer in den Boden eingebrachten als Schnur ausgestalteten Düngemittelanordnung Figur 3: Schematische Anordnung einer in den Boden eingebrachten als Schnur ausgestalteten Düngemittelanordnung nach Einwirkung von Feuchtigkeit auf die Nährstoffe in der Düngemittelanordnung, Abgabe der Nährstoffe in den Boden und Aufnahme dieser durch die Pflanze FIG. 2: Schematic arrangement of a fertilizer arrangement introduced into the ground in the form of a string Figure 3: Schematic layout of a string fertilizer array installed in the soil after exposure of the nutrients in the fertilizer array to moisture, release of the nutrients into the soil and uptake by the plant
Figur 4: Schematische Anordnung einer in den Boden eingebrachten als Schnur ausgestalteten Düngemittelanordnung deren Nährstoffe aus der Düngemittelmatrix an den Boden abgegeben werden und von der Pflanze aufgenommen werden FIG. 4: Schematic arrangement of a fertilizer arrangement introduced into the soil in the form of a string, the nutrients of which are released from the fertilizer matrix into the soil and are taken up by the plant
Figur 5: Düngemittelanordnung als Endlos-Rolle Figure 5: Fertilizer arrangement as an endless roll
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Düngemittelanordnung 1 , hier ausgestaltet als Schnur, in der die Nährstoffe 4 in pulverisierter, granulärer und/oder verkapselter Form in das Trägermaterial 2 eingebettet sind. Verstärkungsmaterial 3, bestehend beispielsweise aus Naturfasern, Nanofasern, mineralischen Füllstoffen oder Kombinationen aus diesen, die sich ebenfalls im Trägermaterial 2 befinden, bewirken eine mechanische bzw. elastische Verstärkung der Düngemittelanordnung 1. FIG. 1 shows a longitudinal section through the fertilizer arrangement 1 according to the invention, configured here as a cord, in which the nutrients 4 are embedded in the carrier material 2 in powdered, granular and/or encapsulated form. Reinforcement material 3, consisting for example of natural fibers, nanofibers, mineral fillers or combinations of these, which are also located in the carrier material 2, bring about a mechanical or elastic reinforcement of the fertilizer arrangement 1.
Figur 2 zeigt eine in loses Bodenmaterial 8 eingebrachte erfindungsgemäße Düngemittelanordnung 1 (hier wieder als Längsschnitt dargestellt), die im Wurzelbereich eines Keimlings 7 angeordnet ist. Im Bereich A) der Figur 2 ist zu erkennen, wie eine Feuchtigkeitsquelle 5, beispielsweise in Form von Niederschlag, Bewässerung und/oder Bodenfeuchte, durch die Bodenoberfläche 6 die Düngemittelanordnung 1 erreicht und in das Trägermaterial 2 der Düngemittelanordnung 1 eindringt, in der die Nährstoffe 4, in der hier dargestellten Ausführung als Granulat (größere kreisförmige Struktur) eingebettet sind. Zu Beginn des Eindringens der Feuchtigkeitsquelle 5 kommt es nicht sofort zum Freisetzen der Nährstoffe 4, sondern zunächst nur zu einer Aufnahme und Speicherung des Wassers im Trägermaterial 2. Unterhalb der Figur 2 ist mit einem schwarzen Pfeil ein Zeitstrahl 9 eingezeichnet, der den weiteren Verlauf der Freisetzung der Nährstoffe 4 und des Pflanzenwachstums symbolisieren soll. Figur 3, als Folgedarstellung von Figur 2, zeigt im Bereich (B) der Figur 3, wie die zuvor in Figur 2 dargestellte Aufnahme von Wasser aus einer Feuchtigkeitsquelle 5 im weiteren Verlauf zum Aufquellen der Düngemittelanordnung 1 und zum Zerfall und zur Auflösung der Düngemittelanordnung 1 und zur Freisetzung und Lösung der eingebetteten Nährstoffe 4, die in der hier dargestellten Ausführung in Form von Granulat (größere kreisförmige Struktur) im Trägermaterial 2 eingebettet sind, führt. In dieser Figur 3 ist die Freisetzung der Nährstoffe 4 aus dem Granulat dargestellt durch sternförmige Strukturen aus denen die Nährstoffe 4, dargestellt als kleinere kreisförmige Strukturen, herausgelöst werden. Die Nährstoffe 4 werden sukzessive in das lose Bodenmaterial 8 im Wurzelbereich des Keimlings 7 freigesetzt. Dieser kann die Nährstoffe 4 nun ungehindert über das Wurzelwerk 11 aufnehmen und zur Ausbildung der Pflanze 10 oberhalb der Bodenoberfläche 6 nutzen. FIG. 2 shows a fertilizer arrangement 1 according to the invention introduced into loose soil material 8 (again shown here as a longitudinal section), which is arranged in the root area of a seedling 7 . In area A) of Figure 2 it can be seen how a moisture source 5, for example in the form of precipitation, irrigation and/or soil moisture, reaches the fertilizer arrangement 1 through the soil surface 6 and penetrates into the carrier material 2 of the fertilizer arrangement 1, in which the nutrients 4, embedded in the embodiment shown here as granules (larger circular structure). At the beginning of the penetration of the moisture source 5, the nutrients 4 are not released immediately, but initially only the water is absorbed and stored in the carrier material 2 is intended to symbolize the release of nutrients 4 and plant growth. Figure 3, as a subsequent representation of Figure 2, shows in area (B) of Figure 3 how the absorption of water from a moisture source 5 previously shown in Figure 2 continues to swell the fertilizer arrangement 1 and to disintegrate and dissolve the fertilizer arrangement 1 and to the release and dissolution of the embedded nutrients 4, which are embedded in the carrier material 2 in the form of granules (larger circular structure) in the embodiment shown here. In this FIG. 3, the release of the nutrients 4 from the granules is shown by star-shaped structures from which the nutrients 4, shown as smaller circular structures, are released. The nutrients 4 are gradually released into the loose soil material 8 in the root area of the seedling 7 . This can now absorb the nutrients 4 unhindered via the root system 11 and use them to develop the plant 10 above the soil surface 6 .
Figur 4, als Folgedarstellung von Figur 3, zeigt im Bereich (C) der Figur 4, wie im weiteren Verlauf durch weiterhin eindringende Feuchtigkeit eine zunehmende kontinuierliche Freisetzung der Nährstoffe 4 erfolgt. Hier wieder dargestellt als sternförmige Strukturen mit kleineren kreisförmigen Strukturen, die sich aus der sternförmigen Struktur herauslösen. Weiterhin kommt es zum Auflösen und zum Zerfall der Düngemittelanordnung, dargestellt als gestrichelte Linien. Einhergehend mit diesem Zerfall kommt es zu einerweiteren kontinuierlichen Freisetzung der Nährstoffe 4 aber auch zu einer Freisetzung und Zersetzung des Verstärkungsmaterials 3 und der kompletten Freisetzung und Zersetzung der Düngemittelanordnung 1 in das lose Bodenmaterial 8 und einer vermehrten Aufnahme 11 durch die Pflanze 10. FIG. 4, as a subsequent representation of FIG. 3, shows in area (C) of FIG. 4 how an increasing continuous release of the nutrients 4 takes place in the further course due to moisture continuing to penetrate. Shown here again as star-shaped structures with smaller circular structures emerging from the star-shaped structure. There is also dissolution and disintegration of the fertilizer assembly, shown as dashed lines. Along with this decay, there is a further continuous release of the nutrients 4 but also a release and decomposition of the reinforcing material 3 and the complete release and decomposition of the fertilizer arrangement 1 into the loose soil material 8 and increased uptake 11 by the plant 10.
Figur 5 zeigt unter A schematisch einen Querschnitt durch eine Düngemittelanordnung 1 als Endlos-Rolle 12 in Form einer aufgerollten „Düngerschnur“ oder eines aufgerollten „Drahtes“ oder eines „Bandes“ und unter B eine seitliche Ansicht einer Ausführung, bei der diese Düngemittelanordnung als Düngerschnur/Draht oder Band auf einem Träger aufgerollt ist, vergleichbar mit einer Spule oder Kabeltrommel. Figure 5 shows under A a schematic cross-section through a fertilizer arrangement 1 as an endless roll 12 in the form of a rolled-up "fertilizer cord" or a rolled-up "wire" or a "tape" and under B a side view of an embodiment in which this fertilizer arrangement as a fertilizer cord / Wire or tape is rolled up on a carrier, comparable to a spool or cable drum.
Herstellung von Dünqemittelanordnunq in Form von Dünqemittelschnüren: Production of fertilizer arrangements in the form of fertilizer strings:
Stärke und /oder Polymilchsäure-basierte, faserverstärkte und flexible Polymerkomponenten, in welche die Nährstoffe, Mineralsalze, Pflanzenschutzmittel, Mikroorganismen und /oder Pilze und Sporen dieser homogen eingearbeitet und verteilt wurden, werden, z.B. durch Verrühren und/oder Einkneten miteinander vermischt. Eine niedrige Schmelztemperatur dieser Mischung hilft bei der Verarbeitung und sollte gegebenenfalls bei gängigen Verarbeitungstemperaturen von etwa 100 -110°C durchgeführt werden, um Nährstoffverluste bei der Verarbeitung zu vermeiden (z.B. N). Dies ist besonders bei Urea als Stickstoff-Lieferant und dessen Einarbeitung in Polymilchsäure bei Temperaturen über 140°C vonnöten, da sich Urea bei diesen Temperaturen thermisch zersetzt. Alternativ können alle Komponenten über Lösungsmittel homogen vereint werden, was anschließend eine eventuelle Trocknung der T rägermaterial-Rohmasse vor der Weiterverarbeitung, oder des fertigen Produktes erfordert. Die Temperatur, als auch mögliche Lösungsmittel zur Verarbeitung des Trägermaterials und/oder ihrer zugesetzten Makronährstoffe, Mikronährstoffe, Hilfsstoffe, Mikroorganismen und/oder Zusatzstoffe müssen so gewählt werden, dass diese nicht zum Abbau, Inaktivierung oder Zerstörung der zugesetzten Makronährstoffe, Mikronährstoffe, Hilfsstoffe, Mikroorganismen und/oder Zusatzstoffe führen. Die Verarbeitungstemperatur der Materialien für das Trägermaterial kann z.B. durch den Feuchtigkeitsgehalt beeinflusst werden, und kann im Fall zugesetzter Mikroorganismen und/oder Sporen im Bereich von 20-40°C liegen. Die Verarbeitung und Formgebung (z.B. dick/dünn/rund/flach) des Trägermaterials zum Produkt der „Düngemittelschnüre“ kann mittels Extrudern oder thermischer Formung erfolgen. Starch and/or polylactic acid-based, fiber-reinforced and flexible polymer components into which the nutrients, mineral salts, pesticides, microorganisms and/or fungi and spores have been incorporated and distributed homogeneously, are mixed together, for example by stirring and/or kneading mixed. A low melting temperature of this mixture helps during processing and should be carried out at the usual processing temperatures of around 100 -110°C to avoid nutrient losses during processing (e.g. N). This is particularly necessary with urea as a nitrogen supplier and its incorporation into polylactic acid at temperatures above 140°C, since urea thermally decomposes at these temperatures. Alternatively, all of the components can be combined homogeneously using solvents, which may then require drying of the raw carrier material mass before further processing, or of the finished product. The temperature, as well as possible solvents for processing the carrier material and/or its added macronutrients, micronutrients, auxiliary substances, microorganisms and/or additives must be selected in such a way that they do not degrade, inactivate or destroy the added macronutrients, micronutrients, auxiliary substances, microorganisms and/or additives. The processing temperature of the materials for the carrier material can be influenced by the moisture content, for example, and can be in the range of 20-40°C in the case of added microorganisms and/or spores. The processing and shaping (e.g. thick/thin/round/flat) of the carrier material into the product of the "fertilizer cords" can be carried out using extruders or thermal shaping.
Bezugszeichenliste: Reference list:
1 : Düngemittelanordnung 1 : Fertilizer arrangement
2: Trägermaterial 2: carrier material
3: Verstärkungsmaterial 3: reinforcement material
4: eingebettete Nährstoffe 4: embedded nutrients
5: Feuchtigkeitsquelle 5: moisture source
6: Bodenoberfläche 6: ground surface
7: Keimling 7: seedling
8: loses Bodenmaterial 8: loose soil material
9: Zeitstrahl der Freisetzung von Nährstoffen/ des Pflanzenwachstums 10: Pflanze 9: Timeline of nutrient release/plant growth 10: plant
11 : Nährstoffe, die von der Pflanze aufgenommen werden 11 : Nutrients absorbed by the plant
12: Endlos-Rolle Literaturquellen 12: Endless roll of literature sources
[1] Rechtsprechung Urteil EuGH vom 21.06.2018 - C-543/16 [1] Judgment ECJ of 06/21/2018 - C-543/16
[2] https://ec.europa.eu/germany/news/20190725-nitrat_de [2] https://ec.europa.eu/germany/news/20190725-nitrat_de
[3] Ma. Del Carmen Orozco-Mosqueda et al; Plant Growth-Promoting Bacteria as Bioinoculants: Attributes and Challenges for Sustainable Crop Improvement; Agronomy 2021 , 11(6), 1167 [3] Ma. Del Carmen Orozco-Mosqueda et al; Plant Growth-Promoting Bacteria as Bioinoculants: Attributes and Challenges for Sustainable Crop Improvement; Agronomy 2021, 11(6), 1167
[4] Mahadevamurthy Murali et al.; Bioprospecting of Rhizosphere-Resident Fungi: Their Role and Importance in Sustainable Agriculture; J. Fungi 2021 , 7(4), 314 [4] Mahadevamurthy Murali et al.; Bioprospecting of Rhizosphere-Resident Fungi: Their Role and Importance in Sustainable Agriculture; J.Fungi 2021, 7(4), 314
[5] M. E. Trenkel: Slow- and Controlled-release and Stabilized Fertilizers: An Option for Enhancing Nutrient Use Efficiency in Agriculture. Second edition, IFA, Paris, France, Oktober 2010; ISBN 978-2-9523139-7-1 [5] ME Trenkel: Slow- and Controlled-release and Stabilized Fertilizers: An Option for Enhancing Nutrient Use Efficiency in Agriculture. Second edition, IFA, Paris, France, October 2010; ISBN 978-2-9523139-7-1

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Düngemittelanordnung (1) enthaltend wenigstens Nährstoffe (4) oder Nährstoffquellen, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem flexiblen Trägermaterial (2) oder einer Zusammensetzung unterschiedlicher Trägermaterialien (2) mit flexiblen Eigenschaften besteht und in Form von Drähten und/oder Schnüren ausgestaltet ist, wobei diese Drähte und/oder Schnüre in Form einer Endlos-Rolle ausgestaltet sind und die Mengenverhältnisse von Trägermaterial (2) zu Nährstoffen (4) in einem Bereich von 20-50 Gew.-% Trägermaterial (2) zu 50-80 Gew.-% Nährstoffe (4) liegen. Düngemittelanordnung (1) nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Nährstoffe (4) direkt im Trägermaterial (2) eingebettet sind und/oder außerdem noch mit einem zusätzlichen Material umhüllt oder ummantelt sind. Düngemittelanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düngemittelanordnung (1) Nährstoffe (4) oder Nährstoffquellen einer variablen Nährstoffzusammensetzung umfasst, ausgewählt aus einer Gruppe enthaltend wenigstens Makronährstoffe, Mikronährstoffe, Hilfsstoffe und/oder Mikroorganismen und/oder Pilze, und/oder ihre Überdauerungsformen oder Sporen. Düngemittelanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (2) aus einem biologisch abbaubaren Material besteht. Düngemittelanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (2) aus einem organischen Material besteht und/ oder einer Zusammensetzung aus unterschiedlichen Trägermaterialien (2) aus organischen Materialien besteht, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stärke, Lignin, modifizierten Cellulosen, Pektin, Chitosan, Polyglycerine, Poly- Milchsäure, Polyhydroxybutiral, Polyvinylalkohole, Polycaprolactone, Polyethylenglykol oder Öle. Düngemittelanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (2) quellende und/oder wasserspeichernde Materialien umfasst. Düngemittelanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (2) eine Wasseraufnahmekapazität von 40-100% aufweist. Düngemittelanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (2) Verstärkungsmaterial (3) umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Naturfasern, Nanofasern, mineralischen Füllstoffen oder Kombinationen aus diesen. Düngemittelanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (1) Zusatzstoffe umfasst. Düngemittelanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnüre einen Durchmesser in einem Bereich von 0,5 mm bis 100 mm aufweisen. Verfahren zur Herstellung einer Düngemittelanordnung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem man wenigstens Nährstoffe (4) mit einem Trägermaterial (2) oder einer Zusammensetzung von unterschiedlichen Trägermaterialien (2) vermischt, wobei die Mengenverhältnisse von Trägermaterial (2) zu Nährstoffen (4) in einem Bereich von 20-50 Gew.-% Trägermaterial (2) zu 50-80 Gew.-% Nährstoffe (4) eingestellt werden und anschließend diese feste bis dickflüssige, härtbare Mischung unter Druck durch eine formgebende Öffnung presst oder durch thermische Formung behandelt. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die feste bis dickflüssige, härtbare Mischung durch einen Extruder gepresst wird oder durch thermische Formung behandelt wird. Verfahren zum Düngen von Pflanzen, insbesondere von Pflanzen in Reihenkulturen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Düngemittelanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in Form von Drähten oder Schnüren über die Form einer Endlos-Rolle auf die Kulturfläche aufgebracht bzw. in den Boden eingearbeitet wird. Verwendung einer Düngemittelanordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 enthaltend wenigstens Nährstoffe (4) zur Unterfußdüngung oder Oberflächenapplikation bei Reihenkulturen. P atentclaims Fertilizer arrangement (1) containing at least nutrients (4) or nutrient sources, characterized in that it consists of a flexible carrier material (2) or a composition of different carrier materials (2) with flexible properties and in the form of wires and/or cords is designed, these wires and / or cords are designed in the form of an endless roll and the quantitative ratios of carrier material (2) to nutrients (4) in a range of 20-50 wt .-% carrier material (2) to 50-80 wt% nutrients (4). Fertilizer arrangement (1) according to the preceding claim, characterized in that the nutrients (4) are embedded directly in the carrier material (2) and/or are also encased or encased with an additional material. Fertilizer arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the fertilizer arrangement (1) comprises nutrients (4) or nutrient sources of a variable nutrient composition selected from a group containing at least macronutrients, micronutrients, adjuvants and/or microorganisms and/or fungi, and/or their persisting forms or spores. Fertilizer arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier material (2) consists of a biodegradable material. Fertilizer arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier material (2) consists of an organic material and/or a composition of different carrier materials (2) consists of organic materials selected from the group consisting of starch, lignin, modified celluloses, pectin, chitosan, polyglycerine, poly Lactic acid, polyhydroxybutiral, polyvinyl alcohols, polycaprolactones, polyethylene glycol or oils. Fertilizer arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier material (2) comprises swelling and/or water-storing materials. Fertilizer arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier material (2) has a water absorption capacity of 40-100%. Fertilizer arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier material (2) comprises reinforcing material (3) selected from the group consisting of natural fibers, nanofibers, mineral fillers or combinations of these. Fertilizer arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier material (1) comprises additives. A fertilizer arrangement (1) as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that the cords have a diameter in a range from 0.5mm to 100mm. Method for producing a fertilizer arrangement (1) according to one of Claims 1 to 10, in which at least nutrients (4) are mixed with a carrier material (2) or a composition of different carrier materials (2), the proportions of carrier material (2) to Nutrients (4) are set in a range from 20-50% by weight of carrier material (2) to 50-80% by weight of nutrients (4) and then this solid to viscous, curable mixture is pressed under pressure through a shaping opening or treated by thermoforming. Process according to the preceding claim, characterized in that the solid to viscous, hardenable mixture is pressed through an extruder or is treated by thermoforming. Method for fertilizing plants, in particular plants in row crops, characterized in that a fertilizer arrangement (1) according to one of Claims 1 to 10 in the form of wires or cords is applied to the crop area or in the soil in the form of an endless roll is incorporated. Use of a fertilizer arrangement (1) according to one of Claims 1 to 10 containing at least nutrients (4) for underfoot fertilization or surface application in row crops.
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