Субстрат для вирощування рослин

Субстрат для выращивания растений, включающий минеральные волокна и полимерное связующее, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве минерального волокна субстрат содержит отходы полимеризованного минераловатного ковра, имеющие модуль кислотности минераловолокнистой составляющей 1,4-2,0, и дополнительно содержит перлит и древесные опилки, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Отходы полимеризованного минераловатного ковра, имеющие модуль кислотности минераловолокнистой составляющей 1,4-2,0 80-95 Перлит • 2-8 Древесные опилки 3 - 12. Изобретение относится к изготовлению субстрата в виде изделий из отходов минераловатного производства и может быть использовано при выращивании растений. Известен субстрат на основе смеси минеральных волокон из базальта диаметром 0.5-5,0 мкм и 5,0-20,0 мкм [1]. Минеральные волокна различного диаметра равномерно распределены по всему объему субстрата. Структура материала изотропна, он характеризуется достаточно высокой пористостью (объем пор не менее 95%), что обеспечивает нормальные водно-воздушные параметры субстрата в начальный период его эксплуатации. Однако в процессе длительной эксплуатации материала за счет высокой хрупкости волокон диаметром 5,0-20,0 мкм может наблюдаться нарушение волокнистой структуры за счет ее слеживаемости. В ре зультате этого будет возрастать водоудерживающая способность субстрата, что затруднит аэрацию корнеобитаемой зоны и не позволит выращивать различные виды растений, отличающиеся по водопотреблению. Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является субстрат из минеральных волокон диаметром 1-15 мкм и длиной 10-15мм, выполненный в виде плиты 3 плотностью 80-120 к г / м [2]. Волокна склеены в точках пересечения 3-5% по массе полимерного связующего, в качестве которого используют фенолформальдегидную смолу. Роль смачивателя для повышения водоудерживающей способности субстрата выполняет алкиларилполигликолевый эфир, взятый в количестве 1-2% от массы минеральной ваты. Повышение урожайности растений в из w о 13741 вестном техническом решении связано с улучшением фитосзнитарных условий выращивания за счет повышенного содержания в субстрате щелочных и щелочноземельных металлов (калия, натрия, кальция, магния), а 5 также железа Это позволяет применять подкисленные до рН = 5,6-6,2 питательные растворы, которые в меньшей степени препятствуют отложению фосфатов кальция, железа и других элементов в капиллярах и 10 системах капельного полива, Принцип действия указанных стандартных растворов заключается в нейтрализации щелочных составляющих гидролизата, а именно, Са, Мд, К и других элементов, входящих в состав 15 волокна и необходимых для выращивания растений. Однако, известный субстрат не обладает стабильной упругоэластичной структурой. Это обусловлено высоким содержанием щелочных и щелочноземельных металлов, что приводит к низкому модулю кислотности минерального волокна (1,0-1,3)» при рН среды субстрата более 7,5. В этом случае применение кислых растворов в качестве минеральных удобрений растений может привести к разрушению минераловолокнистой структур і . А это, в свою очередь, будет вызывать усадку и, следовательно, ухудшение воднофизических характеристик субстрата (повышение п л о т н о с т и и влагоемкости). Увеличение алагоемкости субстрата в процессе длительной эксплуатации приводит к существенному затруднению обмена между наружным воздухом и корнеобитаемым елоем. В результате будет снижаться продуктивность растений, увеличивается возможность процесса гниения и появления фитопатогенной микрофлоры, а также ограничивается целесообразность выращивэния растений с низким водопотреблением. Кроме того, применение в качестве среды корнеобитания плитминераловатного субстрата сравнительно высокой плотности 80-120 кг/м , приведет к затруднению корнеобразования и замедлению развития корневой системы растений. 20 25. 30 35 40 45 Задача изобретения - создание субстрата для выращивания растений, который за счет введения в его состав новых компонен- 50 тов приобретает улучшенные водно-физические свойства. Поставленная задача решается тем, что субстрат для выращивания растений, включающий минеральные волокна и полимер- 55 ное связующее, содержит в качестве минерального волокна отходы полимеризованного минераловатиого ковра, имеющие модуль кислотности минераловолокнистой составляющей 1,4-2,0, и дополнительно со держит перлит и древесные опилки при следующем соотношении компонентов, мас.%: Отходы полимеризованного минераловатного ковра, имеющие модуль кислотности минераловолокнистой составляющей 1,4-2,0 80-95 Перлит 2-8 древесные опилки ' 3-12. Выбор в качестве среды корнеобитания заявляемой композиции обусловлен следующим. Во-первых, необходимостью утилизации отходов минераловатного производства и древесно-стружечных материалов Это позволит обеспечить охрану окр у ж а ю щ е й среды от з а г р я з н е н и я и использовать перечисленные материалы в качестве вторичного сырья при создании высокоэффективного композиционного материала, заменяющего традиционную почву. Во-вторых, использование компонентов смеси в заявляемом соотношении позволит регулировать условия выращивания, создавая благоприятные водно-воздушный режим и агрохимические свойства субстрата при выращивании на нем растений разнообразного видового ассортимента. При этом отходы минераловатного ковра (измельченные обрезки кромки, клочья минеральной ваты, пропитанной полимерным связующим; пыль рукавного фильтра^ в виде легких комочков минерального волокна, поверхность которого обработана полимерным связующим, гарантируют высокую водоудерживающую способность, химическую инертность субстрата к фитопатогенной микрофлоре, и высокие адсорбционные свойства к элементам минерального питания. Перлит относится к легким вспученным порошкообразным материалам, и введение его позволяет разрыхлить структуру субстрата, создавая необходимую аэрацию корнеобитаемой зоны. Добавление древесных опилок, вследствие развитой поверхности и кислой реакции среды, дает возможность стабилизировать агрохимические свойства субстрата (рН среды и состав по биогенным элементам), а также связывает пылеобразные частицы минеральной ваты, гарантируя безопасность при работе с субстратом. Кроме того, заявляемое соотношение компонентов обеспечивает высокую буферную способность волокнистого субстрата, который имеет стабильные значения рН, длительное время удерживает от вымывания макро- и микроэлементы, и дает возможность культивировать растения на протяжении п р о д о л ж и т е л ь н о г о п е р и о д а без внесения минеральных удобрений. 13741 6 водой на уровне 38-42 об.% недостаточно Пример приготовления субстрата. для нормального водоснабжения корневой В качестве основного компонента субсистемы растений. Композиция 5. в которой страта использовались отходы минерэп-осодержание отходов полимеризованного ватного ковра, образующиеся на стадии полимеризации полимерного связующего 5 минераловатного коарэ увеличено до 98 мас.%, а содержание перлитз и древесных (фенолоспиртов) при температуре 200опилок составляет 1 мас.%. характеризуется 250°С. Содержание полимерного связующебольшой склонностью к переувлажнению, го 3,0-6,0 мас.%. Модуль кислотности аэрация такого мзтериала затруднена. Анаминерэловолокнистой составляющей 1,42,0, рН водной вытяжки 6,8-7,5, объемная 10 логичное поведение наблюдается у материала по известному субстрату, которое еще масса 37-45 кг/м 3 . 1 более усугубляется после 1 года эксплуатаПредварительно отходы минераловатции. ного ковра в виде обрезок кромки, клочьев В табл.2 представлены агрохимические минеральной ваты, пропитанной полимерным связующим, измельчают до частиц раз- 15 характеристики известного, предлагаемого и контрольного (композиция 4,5) субстратов мером 0,5-5,0 мм. Процесс измельчения в зависимости от длительности эксплуатапроводят на роторном измельчителе режуции. Из данных таблицы видно, что предлащего типа. гаемый субстрат { к о м п о з и ц и и 1-3) Для получения субстрата берут измельченные отходы полимеризованного минера- 20 характеризуется стабильным показателем водной вытяжки. Это обусловлено тем. что ловатного ковра с размером частиц 0,5-5,0 использование сыпучей (гранулированной) мм s количестве 80-95 мас.%, перлит с разсмеси, состоящей из минераловатных отхомером частиц 0,5-2,0 мм в количестве 2-8 дов, перлита и древесных опилок, характемас.% и древесные опилки с размером частиц 0,5-3,0 мм в количестве 3-12 мас.%. Про- 25 ризующихся различными показателями рН среды и взятых в заявляемом соотношении, цесс смешения проводят в смешивающих способствует поддержанию реакции корнебегунах (018 М2Я) в течение 10-20 минут до обитаемой зо'ны на уровне рН = 6,4-7.1 и не получения однородного материала с размесопровождается засолением материала на ром гранул (комочков) 0,5-5,0 мм. протяжении длительной эксплуатации (одВ таблице 1 представлены основные ха- 30 ного года). Этот интервал рН является наирактеристики отходов полимеризованного более оптимальным для п о д в и ж н о с т и минераловатного ковра, составы и воднобиогенных элементов, а следовательно, их физические характеристики предлагаемого поступления в растения. Напротив, при иссубстрата, в сравнении с известным субпользовании известного субстрата со щестратом. 35 лочным характером среды в сочетании со Как видно из таблицы заявляемое соотстандартным питательным раствором, ношение компонентов в предлагаемом (совключающим кислые формы солей происхоставы 1-3) субстрате позволяет дит резкое снижение рН с 8,3 до 5,4 при целенаправленно улучшать его водно-физиэксплуатации материала в течение одного ческие показатели, а именно, соотношение 40 года. Это отрицательно сказывается на. объема пор, занятых водой и воздухом. При структуре субстрата (потеря прочности, этом отмечена достаточно низкая усадка усадка, увеличение еодоудержания) вследпредлагаемого субстрата, в сравнении с изствие выщелачивания из него растворимых вестным. Это дает возможность сохранить компонентов. Это приводит к засолению изстабильные водно-воздушные параметры на 45 вестного субстрата, его зафосфа^иванию и протяжении одного года эксплуатации и понарушению подвижности биогенных элезволяет расширить ассортимент культивиментов (К, Mg, Fe. табл.2). Несмотря на то, руемых растений с различным что у контрольных образцов субстрата (комводопотреблением. позиция 4, 5) колебание рН в течение года В свою очередь, анализ контрольных 50 незначительно, однако, их величины смекомпозиций (негативные А, 5), в которых сощены в область значений, характеризуюдержание компонентов находится в загращих, соответственно, сильнокислый (рН » ничных пределах, показывает, что 6,1) и сильнощелочиой (рН - 7,6) характер уменьшение содержания отходов полимерисреды зованного минераловатного ковра до 75 55 мас.%, увеличение содержания перлита и В качестве объектов исследования выдревесных опилок, соответственно, до 11 и браны культуры, которые по потребности к 14мэс.%'(комлозиция 4) приводит к ухудшеводообеспечению можно расположить в нию показателя водопоглощения материаследующей последовательности: монстера> ла. Содержание пор в материале, занятых >гипеаструм > кодиеум > каланхое. 13741 в Условия проведения опытов. Растения Уровень влажности субстрата после укоревыращивали в условиях защищенного груннения (12-27 дней) поддерживали на уровне та при естественном освещении, температу55% от полной влэгоемкости субстрата. Выре воздуха 22-25°С и влажности 60-70%. ращивание растений проводили по общеЧеренки высаживали в гранулированную 5 принятой технологии с еженедельным смесь субстрата при следующей норме: для внесением 0,15% раствора стандартной пимонстеры - 1 черенок на 1 дм 3 и 0,25 дм 3 тательной смеси (см. п."а"). для каланхое. В опыте использовали генег) Черенки каланхое высотой 5-8 см выративно зрелые растения в трехлетнем возсаживали в известный и предлагаемый субрасте. Повторность опыта 10-кратная, 10 страт. Площадь питания одного растения Продолжительность опыта 12 месяцев. Био0,25 дм 3 . Растения выращивали в условиях метрические измерения проводили в период теплицы при естественном освещении, темнаиболее активного роста (март-июнь), чепературе воздуха 22-23°С и влажности 60%'. ренкование - в марте-апреле, посадку в февУровень влажности субстрата после укорерале, Выращивание растений проводили по 15 нения (7-9 дней) поддерживали на уровне общепринятой технологии с использовани50% от полной его влагоемкости. Выращием стандартного питательного раствора. вание проводили по стандартной технологии культивирования с еженедельным а) Черенки монстеры высотой 15-20 см внесением 0,10%-ного раствора стандартвысаживали в известный и предлагаемый субстраты. Площадь питания одного расте- 20 ной питательной смеси (см, п. "а"). .. Различия в водно-физических и агрохиния 1 дм . Растения выращивали в условиях мических характеристиках известного и теплицы при естественном освещении, темпредлагаемого субстратов сказываются на пературе воздуха 23-25°С и влажности 70%, обеспечении растений элементами минеУровень влажности субстрата (после развития корневой системы (через 15-20 дней) 25. рального питания (табл.3). поддерживали на уровне 75% от полной влаТак, при выращивании каланхое икодигоемкости субстрата. Выращивание растееума наиболее приемлемым субстратом явний проводили по общепринятой ляется композиция, включающая отходы технологии, включающей полив и еженеминпраловатного ковра, перлит и древесные дельное внесение стандартного питательно- 30 опилки в соотношении 80:8:12. В данной го раствора. Питательный раствор, композиции содержание пор, занятых водой вносимый в 0.25%-ной концентрации, вклюи воздухом составляет, соответственно, 59 и чает следующие минеральные соли: макро4 1 % , что благоприятно сказывается на кульэлементы (с разбавлением в 100 раз) тивировании растений с низким водным и Са(ЫОз)2 - 140 г/л, KNO3 - 18,8 г/л, КСІ -15,0 35 солевым статусом. Для гипеаструмз, харакг/л, K2SO4 - 14,3 г/л, MgSOo - 47,5 г/л, теризующегося средним водным и солевым КН2РО4-18,8 г/л; микроэлементы (с разбавстатусом, наиболее приемлем субстрат с солением в 1000 раз): Си5О4 - 1200 мг/л, отношением указанных компонентов, % MnSO4 - 1300 мг/л, ZnSCXi - 660 мг/л, 87:5:8. В этой композиции содержание пор, NaMoOi-126 мг/л, Со(Шз)г-1500 мг/л. 40 занятых водой и воздухом, соответственно, составляет 72 и 28%. б) Луковицы гипеаструмэ диаметром 8-9 см высаживали в известный и предлагаемый Для успешного культивирования растесубстрат. Площадь питания одного растения ний монстеры, отличающихся высоким вод0,75 дм , Растения выращивали в условиях .ным и солевым статусом, наиболее теплицы при естественном освещении, тем- 45 гГриемлем субстрат с высокой водоудержипературе воздуха 22-23°С и влажности 65%, вающей способностью, которая обеспечиваУровень влажности субстрата после развиется за счет создания материала, тия корневой системы (через 10-15 дней) состоящего на 95% из отходов минераловатподдерживали на уровне 65 % от полной вланого ковра, 2% перлита и 3% древесных гоемкости субстрата. Выращивание расте- 50 ОПИЛОК. ний проводили по общепринятой Оценку эффективности воздействия технологии с еженедельным внесением предлагаемого субстрата, в сравнении с из0,2% раствора стандартной питательной вестным, на процессы роста и развития сосмеси (см. п. "а"). бранных видов растений проводили по в) Черенки кодиеума высотой 10-12 см 55 динамике прироста, интенсивности укоренения и корнеобрвзования. высаживали в известный и предлагаемый Из данных таблицы 4 видно, что в случае субстрат. Площадь питания одного растения применения предлагаемого субстрата на0,5 дм 3 . Растения выращивали в условиях блюдалось более интенсивное (на 35-50%) теплицы при естественном освещении, темнарастание биомассы (прирост) выбранных пературе воздуха 22-24°С и влажности 65%. 10 13741 Применение предлагаемого суГх г раї а і. растений в сравнении с известным Полученулучшенными водно-фиэичргкпми свойства ные результаты согласуются с водно-физичеми позволяет выращивать на нем декорпгпп скими показателями материалов *и ные, к рас и в о-цветущие плодоносящие содержанием элементов минерального питания выращенных на них растений а именно, 5 растения рассаду и черенки (например для кодиеума и каланхое наиболее эффектимонстера, гипеэструм, кодиеум, каланхое) вен состав З.гипеаструма-состав 2, монстеры отличающиеся по водопотреблению, на про - состав 1. При применении субстрата состатяжений продолжительного периода (одно вов 4 и 5, в которых содержание компонентов го года) без внесения минеральных имеет запредельные значения, продуктив- 10 удобрений ность роста снижалась в среднем на 20-30%. При выращивании растений на предлагаемом субстрате в сравнении^ известными Оптимальные водно-воздушные паранаблюдают более интенсивное (на 35 50%) метры и агрохимические характеристики нарастание биомассы выбранных растений (стабилизация рН в пределах 6,4-7,1, меньшая склонность к,,засолениюизафосфачива- 15 При этом выше в 1,5-2 0 раза обеспеченнию, наличие подвижных форм азота и ность растений биогенными элементами калия) способствуют улучшению корнеобрачто способствует достижению высокого при зования и развития корневой системы при роста (в 1,3-1,5 раза) и степени укоренения выращивании растений (таблица 5). (в 2,5-5 раз) растений. Таким образом, предлагаемый субстрат 20 Кроме того, применение предлагаемого обладает высокой водоудерживающей и бусубстрата, заменяющегося традиционную ферной способностями, химической инертпочву, связано с утилизацией отходов миненостью к фитопатогенной микрофлоре, не раловатного производства и древесно-стру сопровождается засолением при эксплуатажечных материалов, что позволяет ции и длительное время удерживаемой от 25 обеспечить охрану окружающей среды от завымывания макро- и микроэлементы грязнений. Таблица 1 Характеристика отходов полимеризованного минераловатного ковра, состав и водно-физические свойства известного и предлагаемого субстрата Показатели Известный Предлагаемый 1 2 (2) 3 4 5 (негативные) Характеристика минераловолокнистой составляющей обработанной полимерным связующим Модуль кислотности Объемная масса, кг/м 1.3 3 рН водной вытяжки 1,4 1,7 2,0 95 37 40 45 8,0 7.5 7,0 2,2 1,35 5132 6,0 6,5 7.8 , Состав композиций, мае % Отходы полимеризованного минераловатного ковра с размером частиц 0,5-5,0 _ 95 87 80 75 38 _ 2 5 8 11 1 3 8 12 14 1 мм Перлит с раамером частиц 0,5-2,0 мм Древесные опилки с размерами частиц 0.5-3 0 мм 1T741 12 Продолжение табл 1 Показатели Извест Предлагаемый ный 1 3 2 (2) 5 4 (негативные) Водно-физические свойства субстрата 1. В исходном состоянии •{ Содержание пор (об. %), занятых: водой 87 76 62 53 38 воздухом 13 24 38 47 62 8 ' 92 U. После одного года эксплуатации • Содержание пор, (об. %), занятых: водой 97 83 72 59 42 96 воздухом 3 17 28 41 58 4 Примечание, Состав известного субстрата, мас.%: минеральное волокно 94,0 фенолформальдегидная смола 4,0 алкиларилполигликолевый эфир 2,0 Таблица 2 Агрохимические характеристики известного, предлагаемого и контрольного (негативные) субстратов до и после года эксплуатации Показатели Известный * (2) Предлагаемый 1 2 3 4 5 (негативные) 1. В исходном состояниирН водной вытяжки 8,0 7,1 6.8 6,5 6,1 7,6 азот 8 160 169 189 215 120 фосфор 61 2Q9 215 233 418 163 калий 9.3 118 НО 148 206 85 кальций 4075 3954 4124 4365 3986 3627 магний 294 683 723 782 928 354 железо 250 400 450 450 700 250 Содержание биогенных элементов, мг/л субстрата (Ін. НСІ) 14 13741 13 Продолжрние Taf)'i 2 Показатели Известный Предлагаемый • 4 3 2 1 (2) 5 (негат ивные) 2. После одного года экс • плуатации рН водной вы 5,4 7.0 6.6 6,4 5,7 7.4 азот 75 120 112 98 62 108 фосфор 918 166 146 129 109 137 калий 62 103 91 87 51 79 кальций 3057 3893 3625 3471 2764 2957 магний 423 705 694 623 257 324 железо 1000 350 400 400 150 225 тяжки Содержание биогенных элементов, мг/л субстрата (1 н. НСІ) Таблица 3 Содержание элементов минерального питания в растениях, выращенных на известном и предлагаемом субстратах Культу Субстрат ра Макроэлементы, % Микроэлементы, % N Р К Са Мд Fe Си 2п 2,6 0.21 3,1 0.43 0,25 275 11,3 91,7 1 3,0 0,36 3,5 0,58 0,39 354 18.2 137,3 2 3 4 5 3.2 0,38 3,7 0.62 0,44 370 20,1 141,9 3,9 0,43 4,0 0,69 0,48 392 22,5 154.6 2.7 0.23 3.2 0,47 0,29 286 12,9 108,5 2.5 0,21 3.1 9,44 0,27 269 117 101,7 3.3 0,27 3.4 0,49 0,30 159 7,8 42.6 1 3,6 0.40 4.0 0.60 0,47 211 10.7 63.3 2 3,8 0.43 4.3 0,68 0,50 237 12.3 67.5 3 4.2 0.48 4,8 0,75 0,55 251 15,2 79,3 4 3.5 0,32 3.7 0.54 0,37 174 8,3 48,4 5 3.4 0,29 3.5 0.51 0,33 168 8,0 45,2 Калан Известный хое Предлагаемый Кодие Известный ум Предлагаемый 13741 16 Продолжение табл. 3 Культу Субстрат Макроэлементы, % ра Микроэлементы, % N К Са Мд Fe Си 2п 3,8 Известный Гипе Р 0,31 3,6 0,87 0,38 183 10,1 51.9 аструм Предлагаемый L 1 4,4 0.55 5,3 1,26 0,80 254 18,6 91,7 2 3 4 4,7 0,58 5,В 1,45 0,93 21,3 105,3 4,3 0,51 4,9 1,15 0.76 296 233 15,7 83,4 4.1 0,44 4,0 1,03 0,51 207 12,8 69,4 5 3,9 0,40 3,8 0,93 0.47 195 11,3 61,2 Мон Известный 4.0 0,35 3,6 0,52 0,31 211 9,5 48,2 стера Предлагаемый > 1 4,9 0,51 5,5 0,93 0,77 307 18,7 94,5 2 3 4 4,7 0.47 4,9 0.85 0,71 284 15.3 81,7 4,4 0,42 4,6 0,79 0,66 253 12,4 73,9 3,9 Q.36 3,8 0,5В 0,34 217 9.8 51,3 5 4,2 0,39 4.1 0,62 0,40 224 10,4 60,7 Таб п и ц а 4 Прирост растений при выращивании на известном и предлагаемом субстратах (60 сут}, см Субстрат Каланхое Кодиеум Гипеаструм Монстера Известный (2) 6,0 3,4 23,7 19.5 1 10,2 5,0 33,0 35,4 2 10,7 34,2 31,3 3 11,1 5,2 5,7 32.6 29,8 7,8 3,8 26,8 26,4 3,6 25,8 28,5 Предлагаемый 4 (негат.) 5 (негат.) •* 18 13741 17 Таблица5 Укоренение черенков и увеличение объема корневой системы растений при выращивании на известном и предлагаемом субстратах Ускорение черенков, % Увеличение объема корневой систе (30 сут) Субстрат мы, см 3 (60 сут) каланхое монстеры кодиеума гипеаструма 37 ±4,0 15±1,0 21 ±2,5 34 ±3,5 1 85±8,51 87 ±8,5 61 ±6,5 91+10.5 2 89±9,0 84+9,0 65 ±8,0 108±11,0 3 93±10,5 80 ±7,5 73 ±7,0 83 ±8,5 4 69 ±8,5 38±4,0 32 ±3,5 39 ±4.5 52 ±5,0 51 ±5,5 28±3,0 47 ±5,0 Известный (2) Предлагаемый (негат.) 5 (негат.) Упорядник Замовлення 4121 Техред М.Моргентал Коректор Ы. Куль Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м, Ужгород, вул.ГагарІна, 101