Минераловолокнистый субстрат для выращивания растений
Использование: сельское хозяйство для выращивания тепличных растений гидропонным способом. Сущность изобретения: минераловолокнистый субстрат для выращивания растений имеет гофрированный мат, пропитанный гидрофильным веществом и минеральные волокна которого в точках пересечения скреплены полимерным связующим , а отношение толщины мата к расстоянию между вершинами соседних гофр составляет(6-10):(4-8), при этом на верхнюю и нижнюю поверхности гофрированного мата дополнительно нанесен слой стекловолокнистого полотна. 6 табл,
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛ ИСТИ Ч Е С К ИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 А 01 G 31/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4812111/13 (22) 23.01,90 (46) 07,06,92, Бюл, ¹ 21 (71) Институт физической химии АН УССР (72) С.Н.Свешников, Г.В,Сандул, B,Е.Сердюк, Н,В,Заименко, Т,М.черевченко, П,С.Яремов, В.П,Рожнов и И.И,Филин (53) 631.589.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 1380682, кл. А 01 G 31/00, 1988. (54) МИНЕРАЛОВОЛОКНИСТЫЙ СУБСТРАТ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ
Изобретение относится к искусственным заменителям почвы, а именно к минераловолокнистому субстрату, используемому в качестве среды корнеобитания при выращивании тепличных растений гидропонным способом.
Известен минераловолокнистый субстрат, выполненный в виде прошивного гофрированного мата плотностью 50-150 кг/м, 3 содержащий 0,5-3 мас,% гидрофильных веществ. Такая структура субстрата позволяет улучшить водно-физические свойства и долговечность материала.
Однако в материалах известного изобретения приведены лишь физико-химические характеристики субстрата в исходном состоянии без учета данных по длительности использования прошивного гофрированного мата. Прошив мата в отсутствие связующего приводит к появлению неровностей на посадочной поверхности. В результате получается дефектная структура, следствием чего является ухудшение агро„„Я2„„1738165 А1 (57) Использование: сельское хозяйство для выращивания тепличных растений гидропонным способом. Сущность изобретения: минераловолокнистый субстрат для выращивания растений имеет гофрированный мат, пропитанный гидрофильным веществом и минеральные волокна которого в точках пересечения скреплены полимерным связующим, а отношение толщины мата к расстоянию между вершинами соседних гофр составляет(6-10):(4-8), при этом на верхнюю и нижнюю поверхности гофрированного мата дополнительно нанесен слой стекловолокнистого полотна. 6 табл, технических параметров прошивного мата, в частности по показателю капиллярной впитываемости (режима подъема влаги по высоте) по отношению к водным питательным растворам, что, в конечном итоге, сказывается на снижении продуктивности растений, Кроме того, многократное использование прошивного мата при выращивании растений, необходимость смены культур и связанное с этим удаление корневых остатков приводит к разрушению поверхностного покрова субстрата (расслоение материала, впадины на посадочной поверхности), Последнее затрудняет повторную посадку и выращивание растений на известном субстрате. Указанные недостатки прошивного гофрированного мата, возникающие при многократном использовании, приводят также к увеличению возможности засоления, интенсивному зарастанию субстрата сине-зелеными водорослями, и, как следствие, активному развитию фитопатогенной микрофлоры.
1738165
Цель изобретения — стабилизация водно-физических свойств и улучшение фитосанитарного состояния субстрата при длительной эксплуатации.
Поставленная цель достигается тем, что минеральные волокна гофрированного мата в точках пересечения скреплены полимерным связующим, а отношение толщины мата к расстоянию между вершинами соседних гофр составляет (6-10):(4-8), при этом на верхнюю и нижнюю поверхности гофрированного мата дополнительно нанесен слой стекловолокнистого полотна, Фиксация гофрированной структуры субстрата достигается, в первую очередь, предложенным устройством (конструкцией) материала — закреплением прессованной гофрированной плиты между двумя слоями стекловолокнистого полотна подобно каркасу. Последний создается за счет двух эффектов:
1) связывание полимерным веществом (фенолоспиртом) и гидрофилизирующей добавкой (водонабухающим полимером-полиакриламидом отдельных минеральных волокон в гофрах;
2) прочное фиксирование вершин гофр субстрата стекловолокнистым полотном сверху и снизу гофрированной плиты.
Если 1-й признак вносит определяющее влияние в снижении его усадки (сжимаемости), т,е, по толщине, то 2-й признак упрочняет субстрат в продольном направлении (по гофрам).
В целом, совокупность указанных признаков обеспечивает высокую стойкость предложенной конструкции материала при длительной эксплуатации на деформации сжатия, растяжения и изгиба, что способствует стабилизации водно-физических характеристик субстрата во времени, в сравнении с прототипом, и, следовательно, повышая его долговечность.
Пример. Для изготовления субстрата использовали минеральное волокно диаметром 3-7 мкм, полученное из расплава горных пород (базальта, порфирита, диабаза). Оно характеризуется низким содержанием оксидов щелочных и щелочноземельных металлов (до 33;4), поэтому сохраняет высокую устойчивость при контакте с водными растворами минерального питания.
Гидрофилизирующая добавка, в качестве которой применяли полиакриламид в количестве 0,1-0,4 мас., способствует равномерному увлажнению по всему объему материала и созданию эффективного водно-воздушного режима питания растений.
Одновременно он выполняет функцию полимерного связующего.
В качестве стекловолокнистого,цолотна использовали стеклосетку или рулонный материал из хаотически расположенных штапельных волокон, в которых стекловолокна скреплены синтетическим связующим (феноло- или мочевино-формальдегидная, карбамидная смолы).
Технологический процесс изготовления плит гофрированного минераловолокнистого субстрата включает: плавление шихты и раздув минерального волокна многовалковой центрифугой в камеру волокноосаждения; распыление водного раствора полимерного связующего и гидрофильного вещества с помощью форсунок в камеру волокноосаждения; формирование пропитанного минерального ковра на транспортере; гофрирование минераловатного ковра с помощью специального валкового устройства; накладывание на верхнюю и нижнюю поверхность ковра стекловолокнистого полотна, уплотнение и термообработка при 200250 С гофрированного ковра в камере полимеризации; резка ковра на плиты и упаковка в термоусаживающуюся полиэтиленовую пленку, В табл, 1 и 2 представлены характеристики конструкции, состава, а также водно-физические свойства известного и предложенного гофрированного субстрата с учетом данных по длительности использования (на примере культивирования листовой свеклыы).
Из данных табл. 2 видно, что предложенный субстрат (2-4), в сравнении с материалом по прототипу (1), характеризуется более высокой устойчивостью структуры при его многократной эксплуатации в качестве среды корнеобитания растений, о чем свидетельствует высокая прочность при сжатии и стабилизация водно-физических характеристик волокнистого материала, а именно соотношения пор, занятых водой и воздухом, скорости капиллярного подъема влаги, а также плотности и сжимаемости, которые мало изменяются от числа вегетационных циклов выращивания, Вместе с тем, известный субстрат сохраняет свои свойства только на протяжении первой вегетации. После третьей вегетации наблюдается резкое повышение влагоемкости за счет нарушения структуры материала, а к периоду пятой вегетации известный суб1738165 скорости капиллярного подъема влаги и 20
30
40 страт практически полностью утрачивает свои исходные прочность и водно-физические свойства, Гофрированные субстраты 5 и 6 относятся к контрольным, у которых параметры конструкции и состава находятся в области запредельных значений. Причем в качестве субстрата 6 был взят материал с продольнопослойной ориентацией волокон, повернутый на ребро, т.е. волокнистые слои направлены перпендикулярно посадочной поверхности (табл. 1).
Из табл. 2 видно, что для материала 5 характерна меньшая, чем у субстратов 2-4, скорость капиллярного подъема влаги, а также очевидное изменение баланса в содержании пор, занятых водой и воздухом, при многократном выращивании растений.
Напротив, для материала 6 за счет высокой значительного увлажнения материала аэрация корневой системы затруднена.
Оценка эффективности использования известного и предлагаемого субстратов проводилась по данным всхожести семян, развитию проростков, урожайности овощных культур с одновременным анализом фитосанитарного состояния, степени зарастания материалов сине-зелеными водорослями в зависимости от количества вегетаций и продолжительности культивирования растений.
Условия проведения опытов, Вегетационный цикл овощных культур составлял: листовой свеклы 40 дней, перца
5-6 месяцев, томатов 4-5 месяцев (от высадки рассады до снятия полного урожая). При выращивании листовой свеклы субстраты подвергали 8-кратному, перца — 5-, а томатов — 3-кратному использованию.
Известный субстрат ьыдержал максимум пять вегетаций при выращивании листовой свеклы и две вегетации при выращивании перца и томатсв, при этом наблюдалось сильное разрушение структуры. Поэтому данные по 8-й вегетации листовой свеклы и по 3-й вегетации перца и томатов на этом субстрате не приводятся.
В табл, 3 представлены результаты сравнительных испытаний волокнистых субстратов при выращивании листовой свеклы с учетом количества вегетаций, На примере выращивания растений листовой свеклы показано (табл.3), что при использовании предложенного субстрата, в сравнении с прототипом, наблюдается интенсивный рост зеленой массы при одновременном улучшении всхожести семян.
Разница в сравниваемых показателях особенно становится очевидной к периоду
55 третьей вегетации растений, Это объясняется, в первую очередь, стабилизацией сбалансированного соотношения пор в предложенном материале, занятых водой и воздухом. Благодаря этому активизируются окислительно-восстановительные процессы и повышается корневая поглотительная способность у растений, Сочетание вышеуказанных факторов положительно еказывается на уровне фитосанитарного состояния субстрата.
Так, фитотоксичность, степень зарастания предложенного субстрата сине-зелеными водорослями, а также содержание фитотоксичной микрофлоры значительно ниже, чем у материала по прототипу (табл.4,5).
Уровень фитосанитарного состояния с учетом количества вегетаций на нем листовой свеклы представлен в табл. 4.
Содержание фитотоксичной микрофлоры в минераловолокнистом субстрате под покровом листовой свеклы с учетом количества вегетаций представлено в табл. 5.
Продуктивность овощных культур, выращенных на волокнистых субстратах с учетом количества вегетаций, представлена в табл. 6.
За счет стабилизации водно-физических свойств, высокого фитосанитарного состояния предложенного субстрата, а также более активного поглощения из него биогенных элементов, при сравнении с известным материалом, наблюдается повышение урожайности овощных культур; томата и перца (табл. 6), уровень которой сохраняется на протяжении трех вегетаций. Из данных табл. 6 видно, что известный субстрат теряет свои эксплуатационные свойства уже ко 2-й вегетации, о чем свидетельствует резкое снижение продуктивности овощей в условиях многократной эксплуатации материала, Эксплуатационная надежность предложенного субстрата определена; для томатов
12-15 месяцев (3 вегетации, продолжительность каждой вегетации 4-5 месяцев); для перца 15-18 месяцев (3 вегетации, продолжительность каждой вегетации 5-6 месяцев); для листовой свеклы — представитель зеленых овоще-витаминных культур — 320 дней (10-11 месяцев) (8 вегетаций, продолжительность каждой вегетации 40 дней).
В сравнении, у известного субстрата максимальная продолжительность вегетационных циклов при выращивании: томата, перца 2 вегетации (8-12 месяцев); листовой свеклы 5 вегетаций (200 дней).
Таким образом, показаны существенные преимущества предложенного гофрированного субстрата в виде плиты заданной
1738165
Таблица 1
Показатели
П едлагаемый спос
Известный способ
10
95,6
98,7
98,9
97,3
98,5
4,5
2,5
1,02
4,0
1,2
0,5
0,08
0,4
0,2
0,1
1,5
Таблица 2
П едлагаемый способ
Показатели
Известный способ
64
118
102
135
66
79
68
62
78
88
0,26
0,44
0,38
7,5
0,32
0,39
16,9
G,52
0,187
0,155
0,092
0,084
0,052
0,031
135
119
73
112
78
69
66
88
83
17 конструкции, в сравнении с известным прошивным матом.
Формула изобретения
Минераловолокнистый субстрат для выращивания растений, имеющий гофрированный мат, пропитанный гидрофильным веществом, отличающийся тем, что, с целью стабилизации водно-физических свойств и улучшения фитосанитарного соХарактеристика кон.струкци и
Расстояние между вершинами соседних гофр, см
Толщина плиты, см
Характеристика состава
Минеральное волокно, мас,%
Полимерное связующее (фенолоспирт), мас.%
Гидрофильное вещество (полиакриламид), мас., В исходном состоянии
Плотность, кг/м
Содержание пор занятых водой, % воздухом, %
Скорость капиллярного подъема влаги, мм/с
Сжимаемость, %
Прочность на сжатие при 10%-ной линейной деформации, МПа
После первой вегетации
Плотность, кг/м
Содержание пор занятых водой, % возд хом, о стояния субстрата при длительной эксплуатации, минеральные волокна гофрированного мата в точках пересечения скреплены полимерным связующим, а отношение тол5 щины мата к расстоянию между вершинами соседних гофр составляет (6-10):(4-8), при этом на верхнюю и нижнюю поверхности гофрированного мата дополнительно нанесен слой стекловолокнистого полотна, 10
1738165
Продолжение табл, 2
R е лагаемый способ
Показатели
Известный способ
Скорость капиллярного подъема влаги, мм/с
Сжимаемость, %
Прочность на сжатие и ри
10%-ной линейной деформации, МПа
После третьей вегетации
Плотность, кг/м
Содержание пор занятых водой, % воздухом, %
Скорость капиллярного подъема влаги, мм/с
Сжимаемость, %
Прочность на сжатие при 10%-ной линейной деформации, МПа
После восьмой вегетации
Плотность, кг/м
Содержание пор занятых водой, % воздухом, %
Скорость капиллярного подъема влаги, мм/с
Сжимаемость, %
Прочность на сжатие при 10%-ной линейной де о мации, МПа
0,49
2,8
0,29
9,3
0,61
1,2
0,42
3,8
0,36
4,5
0,40
10,5
0,142
0,025
0,087
0,128
0,043
0,065
118
134
82
187
91
91
77
69
71
0,45
6,8
0,52
4,2
0,63
3,3
0,31
0,89
2,5
0,50
0,137
0,029
0,012
0,079
0,119
0,049 .
136
120
102
92
78
93
0,51
0,89
9,8
0,34
0,72
8,3
0,61
0,065
0,125
0,029
0,105
0,010
Таблица 3
Волокнистый субстрат
Вегета ия
1 3 сттки
15
20
15
15
Иэвестный
Предлагаемый
5 (негатив) 6
7.1
82."3,15:63,4 2,0
84 3,54. 83 3.24
87 .3.11 84,47
85+3,61 81 =3,14
76 -3.02 66 2,21
74н-2.77 68 49
8,9
14,7
22.6
5,7
9.3
79 М,78
78 = 2,63
76+2.37
58+2.04
55+1.97
9.3
10,1
9,8
6,5
6,7
15,8
16,7
17,3
8,9
9,4
24,3
23,9
25,1
14,6
13.9
8,9
9,3
9.2
6,1
6.4
13,9
14.2
15,4
7.4
8,1
21.8
22.523.1 t0.2
9.5
8.4
8,7
9,0
5,3
5,5
12.6
13,8
14,1
6.7
7.1
19,3
19,1
20.0
9,4
8.8
20
Всконесть семян П и ест см
1738165
Таблица 4
Таблица 5
Таблица 6
Составитель С, Свешников
Редактор В. Бугренкова Техред М.Моргентал Корректор О, Кундрик
Заказ 1943 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул,Гагарина, 101 л 7 (?
