Мінераловолокнистий субстрат для вирощування рослин

Минераловолокнистый субстрат для выращивания растений, имеющий гофрированный мат, пропитанный гидрофильным веществом, о т л и ч а ю щ и й с я 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. 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/м3, содержащий 0,5-3 мае. % гидрофильных веществ [1]. По мнению авторов, 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. Следует отметить, что прошив мата в отсутствие связующего приводит к пояьлению неровностей на посадочной по верхности. В результате получается дефектная структура, следствием чего является ухудшение агротехнических 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 w го о о О 13296 П р и м е р . Для изготовления субстрата сине-зелеными водорослями, и как следстиспользовали минеральное волокно диаметвие, активному развитию фитопатогенной ром 3-7 мкм, полученное из расплава горных микрофлоры. В основу изобретения положена задача пород (базальта, порфирита, диабаза). Оно создания минераловолокнистого субстрата 5 характеризуется низким содержанием оксидля выращивания растений, обладающего дов щелочных и щелочноземельных металлов стабильными водно-физическими свойства (до 33%), поэтому сохраняет высокую устойми и улучшенным фитосанитарным состояни чивость при контакте с водными растворами ем субстрата при длительной эксплуатации, минерального питания. путем создания структуры мата за счет опти- 10 Гидрофилизирующая добавка, в качестмальных геометрических размеров гофр, ук ве которой применяли полиакриламид в корепления гофрированной плиты из личестве 0,1-0,4 мае. % способствует минеральных волокон слоями стекловолок- равномерному увлажнению по всему объенистого полотна и скрепления волокон пли му материала и созданию эффективного ты полимерным связующим. 15 водно-воздушного режима питания растеЗадача решается тем, что минералово- ний. Одновременно он выполняетфункцию локнистый субстрат для выращивания рас- полимерного связующего. тений, состоящий из гофрированного мата, В качестве стекловолокнистого полотна пропитанного гидрофильным веществом, использовали стеклосетку или рулонный масогласно изобретения, содержит дополни- 20 териал из хаотически расположенных штательно слоя стекловолокнистого полотна, пельных волокон, в которых стекловолокна нанесенные на верхнюю и нижнюю поверх- скреплены синтетическим связующим (фености гофрированного мата, минеральные ноло- или мочевино-формальдегидиая, карволокна гофрированного мата в точках их бамидная смолы). пересечения скреплены полимерным связу- 25 Технологический процесс изготовления ющим, а отношение толщины мата к рассто- 'плит гофрированного минераловолокнистоянию между вершинами соседних гофр го субстрата включает: составляет (6-10): (4-8). - плавление шихты и раздув минераль Фиксация гофрированной структуры суб- ного волокна многовалковой центрифугой в страта достигается, в первую очередь, пред- 30 камеру волокноосаждения; ложенным устройством (конструкцией) ма- распыление водного раствора пол териала - закреплением прессованной гоф- имерного связующего и гидрофильного ве рированной плиты между двумя слоями стек- щества с помощью форсунок в камеру ловолокнистого полотна подобно каркасу. волокноосаждения; Последний создается за счет двух эффектов: 35 - формирование пропитанного мине 1) связывание полимерным веществом рального ковра на транспортере; (фенолоспиртом) и гидрофилизирующей до - гофрирование минераловатного ковра бавкой (водонабухающим лолимером-полис помощью специального валкового устрой акриламидом) отдельных минеральных ства; волокон в гофрах; 40 - накладывание на верхнюю и нижнюю 2) прочное фиксирование вершин гофр поверхность ковра стекловолокнистого по субстрата стекловолокнистым полотном лотна; сверху и снизу гофрированной плиты. -уплотнение и термообработка при Если 1-ый признак вносит определяющее 200-250°С гофрированного ковра в камере влияние в снижении его усадки (сжима- 45 полимеризации; емости), т.е. по толщине, то 2-ой признак - резка ковра на плиты и упаковка в упрочняет субстрат в продольном направлении термоусаживающуюся полиэтиленовую (по гофрам). пленку. В целом, совокупность указанных приВ табл. 1 и 2 представлены характеристизнаков обеспечивает высокую стойкость 50 ки конструкции, состава, а также водно-физипредложенной конструкции материала при ческие свойства известного и предложенного длительной эксплуатации на деформации сжатия, растяжения и изгиба, что способствует гофрированного субстрата с учетом данных стабилизации водно-физических характеристик по длительности использования (на примере культивирования листовой свеклы). субстрата во времени, в сравнении 55 с Из данных табл. 2 видно, что предлопрототипом, и, следовательно, повышая его женный субстрат (2-4), в сравнении с матедолговечность. риалом по прототипу [1], характеризуется Конструкция предложенного минерзлоболее высокой устойчивостью структуры еатного субстрата с гофрированной структупри его многократной эксплуатации в качерой представлена на рисунке. стве среды корнеобитания растений. Об 13296 этом свидетельствует высокая прочность при сжатии и стабилизация водно-физических характеристик волокнистого материала, а именно соотношения пор, занятых водой и воздухом, скорости капиллярного подъема 5 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 1 вегетации. После 10 третьей вегетации наблюдается резкое повышение влагоемкости за счет нарушения структуры материала, а к периоду пятой вегетации известный субстрат практически полностью утрачивает свои исходные проч- 15 ность и водно-физические свойства. Гофрированные субстраты 5 и 6 отно сятся к контрольным, у которых параметры конструкции и состава находятся в области запредельных значений. Причем в качестве 20 субстрата 6 был взят материал с продольнопослойной ориентацией волокон, поверну тый на ребро, т.е. волокнистые слои направлены перпендикулярно посадочной поверхности (табл. 1). 25 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 со держании пор, занятых водой и воздухом, 30 при многократном выращивании растений. Напротив, для материала 6 за счет высокой скорости капиллярного подъема влаги и значительного увлажнения материала аэра ция корневой системы затруднена. 35 Оценка эффективности использования известного и предлагаемого субстратов проводилась по данным всхожести семян, развитие проростков, урожайности овощных культур с одновременным анализом фитоса- 40 нитарного состояния, степени зарастания материалов сине-зелеными водорослями в зависимости от количества вегетации и продолжительности культивирования растений. Условия проведения опытов. 45 Вегетационный цикл овощных культур составлял: листовой свеклы - 40 дн, перца -5-6 мес, томатов - 4-5 мес (от высадки рассады до снятия полного урожая). При выращивании листовой свеклы субстраты 50 подвергали 8-кратному, перца - 5-кратному, а томатов - 3кратному использованию. Известный субстрат выдержал максимум пять вегетации при выращивании листовой свеклы и две вегетации при 55 выращивании перца и томатов, при этом наблюдалось сильное разрушение структуры. Поэтому данные по 8-ой вегетации листовой свеклы и по 3-ей вегетации перца и томатов на этом субстрате не приводятся. 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 3-ей вегетации растений. Это объясняется, в первую очередь, стабилизацией сбалансированного соотношения пор в предложенном материале, занятых водой и воздухом. Благодаря этому активизируется окислительновосстановительные процессы и повышается корневая поглотительная способность у растений. Сочетание вышеуказанных факторов положительно сказывается на уровне фитосанитарного состояния субстрата. Так, фитотоксичность, степень зарастания предложенного субстрата смне-зелеными водорослями, а также содержание фитотоксичной микрофлоры значительно выше, чем у материала по прототипу (табл. 4 и 5). 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 вегетации. Из данных табл. б видно, что известный субстрат теряет свои эксплуатационные свойства уже ко 2-ой вегетации, о чем свидетельствует резкое снижение продуктивности овощей в условиях многократной эксплуатации материала. Эксплуатационная надежность предложенного субстрата определена: для томатов - 12-15 мес (З вегетации, продолжитель ность каждой вегетации 4-5 мес); для перца - 15-18 мес (З вегетации, продолжитель ность каждой вегетации 5-6 мес); для листо вой свеклы - представитель зеленых овоще-витаминных культур - 320 дн (10-11 мес), В вегетации, продолжительность каж дой вегетации 40 дн. В сравнении, у известного субстрата максимальная продолжительность вегетационных циклов при выращивании: томата, перца - 2 вегетации (8-12 мес); листовой свеклы - 5 вегетации (200 дн). Таким образом, показаны существенные преимущества предложенного гофрированного субстрата в виде плиты заданной конструкции, в сравнении с известным прошивным матом. 13296 Таблица 1 Характеристика конструкции и состава волокнистого субстрата Показатели Предлагаемый Известный (авт. св. 1380682) 1 2 3 8 6 6 8 4 10 10 5 10 98,5 98,7 97,3 95,6 98,9 95 1,2 2,5 4,0 1,02 4,5 1,5 0.1 0,2 0,4 0,08 0,5 4 5 (негатив) Характеристика конструкции Расстояние между вершинами соседних гофр, см Толщина плиты, см Характеристика состава • Минеральное волокно, % мае Полимерное связующее (фенолоспирт), % мае Пддрофильное вещество (полиакриламид), % мае Таблица 2 Водно-физические характеристики субстратов в зависимости от числа вегетационных циклов выращивания Показатели Извест Предлагаемый ный (авт. св. 1380682) 1 2 3 4 5 6 2 3 4 5 6 7 102 71 96 118 64 135 62 38 0,32 10 68 32 0,38 7,5 79 21 0,44 6 66 34 0,26 12 88 12 0,52 5 1. 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 2. После первой вегетации Плотность, кг/м Содержание пор занятых водой, % воздухом, % Скорость капиллярного подъема влаги, мм/с Сжимаемость, % Прочность на сжатие при 10%-ной линейной деформации 78' ^22 • 0,39 16,9 0,031 0,092 0.155 0,187 0,052 0,084 112 73 97 119 71 135 83 17 0,40 10,5 66 34 0,36 4,5 69 31 0,42 3,8 78 22 0,49 2,8 75 25 0,29 9,3 88 12 0,61 1.2 0,025 0,087 0,128 0,142 0,043 0,065 13296 10 Продолжение табл. 2 1 2 3 4 5 6 7 187 77 98 118 82 134 водой, % 91 69 71 77 85 91 воздухом, % 9 31 29 23 15 9 Скорость капиллярного подъема влаги, мм/с 0,50 0,45 0,52 0,63 0,31 0.89 Сжимаемость, % Прочность на сжатие при 10%-ной линейной 48 6,8 4,2 3,3 14 2,5 1. После третьей вегетации Плотность, кг/м Содержание пор занятых деформации 0,012 0,079 0,119 0,137 0,029 0,049 4. После восьмой вегетации Плотность, кг/м 82 102 120 93 136 водой, % 75 70 78 93 92 воздухом, % 25 30 22 7 8 Скорость капиллярного подъема влаги, мм/с 0,51 0,61 0,89 0,34 0,72 Сжимаемость, % Прочность на сжатие при 10%-ной линейной 18 12 9,8 28 8,3 деформации Содержание пор занятых 0,065 0,105 0,125 0,010 0.029 Таблица 3 Результаты сравнительных испытаний волокнистых субстратов при выращивании листовой свеклы с учетом количества вегетации Всхожесть семян, % Волокнистый Прирост; см субстрат Вегетация 8 1 1 8 3 3 сутки 10 15 20 10 15 20 10 15 20 Известный 1 82 ±3 ,15 63,4 ±2,03 8,9 14,7 22,6 5,7 7,1 9,3 83 ±3,24 9,3 10,1 15,8 16,7 24,3 23,9 9,3 13,9 14,2 21,8 22,5 8,4 8,7 12,6 13,8 19,3 19.1 4 85 ±3 ,61 76 ±2,37 9,8 17,3 25,1 9,2 15,4 23,1 9,0 14,1 20,0 5 76 ±3 ,02 ±3,47 81 ±3,14 66 ±2,21 79 ±2.78 78 ±2,63 3,9 3 84 ±3 ,54 87 ±3 ,11 58 ±2,04 6,5 8,9 14,6 6,1 7,4 10,2 5,3 6,7 9,4 74 ±2 .77 68 ±2,49 55 ±1,97 6,7 9,4 13,9 6.4 8,1 9,5 5,5 7,1 8,8 Предлагаемый 2 84 негатив 6 со го со о 14 13296 13 Таблиця Л Уровень фитосанитарного состояния с учетом количества вегетации на нем ПИСТОЛИ СВРКПЫ Волокнистый Степень зарастянич губстрятя си Фитотоксичность субстрата УКЕ субстрат не-зелеиыми водорослями, % по верхности Вегетация 1 3 8 1 3 8 47.8 82,6 45 100 11,5 12,1 11.9 23.6 17,8 • . 18,1 16,9 27.8 Известный 1 Предлагаемый 2 3 4 5 ід.з 5 20 40 9 30 7 15 37,2 20,4 18.8 42.9 30 70 50 35 W0 38,5 43.4 35 70 100 негатив 6 Таблица 5 Содержание фитотоксичной микрофлоры в минераловолокнистом субстрате под покровом листовой свеклы с учетом количества вегетации Волокнистый субстрат % фитоксичных микроорганизмов бактерии грибы актииомицеты Вегетация 1 Известный Предлагаемый 4 (негатив) 5 (негатив) 6. 3 1 27.9 0 33,6 23 00 3.4 1.5 1,8 3.9 3,6 7,8 9,5 8 1 4.7 3 8 41.7 0 55.3 3.9 0 2,1 4,3 3,3 и 11,7 10,9 о' 5.5 4,9 10,3 11,0 1 5.1 15.2 0 6.0 0 0 0 4.8 0 15.3 14.8 3 8 18.0 0 00 0.7 1.1 1.2 1.9 0.8 2.4 2.9 Таблица б Продуктивность овощных культур, выращенных на волокнистых субстратах с учетом количества вегетации Средняя урожайность, кг/м2 Волокнистый субстрат Перец Томаты Вегетация -* 1 3 1 2 3 16,1 27,0 10.1 2 3 4 Контрольный 17.4 18.2 16,9 17,0 17,6 16.3 30.5 31,4 32,1 29,7 30,0 31,3 28.6 29.3 29.9 5 8,3 7.1 6 8,5 7.4 27.3 25.5 24.5 22.7 17,7 20.8 Известный 1 Предлагаемый 13296 в-в X Ж A - расстояние между вершинами гофр лЧ - толщина плиты 1 - слои стекловолокнистого полохна 2 - прессованная гофрированная плита Упорядник Замовлення 4108 Техред М.Моргентал Коректор Н. Король Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101