用于誘導(dǎo)優(yōu)先的根向性的組合物和方法
【專利說明】用于誘導(dǎo)優(yōu)先的根向性的組合物和方法
[0001] 相關(guān)申請的奪叉引用
[0002] 本申請要求于2012年12月20日提交的美國臨時(shí)專利申請?zhí)?1/739, 887的權(quán)益， 通過引用以其全部內(nèi)容結(jié)合在此。 發(fā)明領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及在促進(jìn)種子萌發(fā)、植物和作物產(chǎn)量方面以及在植物、灌木、作物和一般 農(nóng)業(yè)有效利用水的方面中有用的侵入體和使用方法。
[0004] 發(fā)曰月背景
[0005] 水短缺是一種對人類和農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要約束。所消耗的淡水的大致70%是針對農(nóng) 業(yè)相關(guān)的使用，例如作為灌溉用水，其進(jìn)而占據(jù)農(nóng)業(yè)使用的大致90 %。隨著貫穿農(nóng)業(yè)發(fā)展以 及人類發(fā)展對于淡水需求的增加，水的更有效并且高效的利用變得越來越必要。鑒于淡水 越來越短缺，這個(gè)需求甚至更突出。因此，對于改進(jìn)的且更高效的淡水利用存在一個(gè)不斷增 長的需求。
[0006] 在農(nóng)業(yè)中使用的一些水通過蒸發(fā)、滲透、排水、和水徑流而流失。剩余的可以由植 物、草和樹吸收，被用于收獲生產(chǎn)。
[0007] 在農(nóng)業(yè)中的水的高效利用不僅具有相當(dāng)大的生態(tài)影響，而且因?yàn)樵谥参锟色@得的 水量與它們的產(chǎn)量之間存在直接相關(guān)，還具有對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的影響。如果水在植物的根的水 平處被吸取或限制較長的時(shí)間，應(yīng)該存在對作物生產(chǎn)和產(chǎn)量的直接影響。在關(guān)鍵條件過程 中，優(yōu)化的水利用以及增加的水可用性可以保護(hù)作物免受收獲的徹底毀滅和損失。
[0008] -種傳統(tǒng)的解決方案是通過使用添加劑，通常處于與土壤混合并且充滿土壤的具 有超強(qiáng)吸收能力的水凝膠的形式，其中這些具有超強(qiáng)吸收能力的水凝膠當(dāng)暴露于水中時(shí)能 夠吸收水。用于農(nóng)業(yè)的常見的具有超強(qiáng)吸收能力的水凝膠是基于丙烯酰胺或丙烯酸酯的聚 合結(jié)構(gòu)，這些水凝膠是以導(dǎo)致它是超多孔的這樣一種方式商業(yè)上合成的。當(dāng)它們在水的存 在下溶脹時(shí)，這些水凝膠的超多孔特征經(jīng)常導(dǎo)致它們極度脆弱。它們吸收允許膨脹的大量 的水。溶脹和消溶脹（de-swelling)的恒定循環(huán)使得商業(yè)的水凝膠經(jīng)常易受破損的影響。
[0009] 總體上已經(jīng)公認(rèn)（例如由農(nóng)民公認(rèn)）的是具有超強(qiáng)吸收能力的水凝膠的使用提高 了土壤的保水能力。然而，使用這些水凝膠與根生長活力的直接關(guān)系不是明顯的。它僅僅 得到提示但是沒有得到明確地證明。
[0010] 因此，需要一種可以例如通過誘導(dǎo)優(yōu)先的根向性并且輔助將水重新分配在土壤中 改進(jìn)植物和草對水的利用的改進(jìn)的方法和裝置。
[0011] 發(fā)明概沐
[0012] 本發(fā)明涉及用于改進(jìn)作物、以及農(nóng)業(yè)和園藝植物、灌木、樹和草（下文有時(shí)統(tǒng)稱為 "植物"）的產(chǎn)量、根生長和/或萌發(fā)率的方法。目標(biāo)應(yīng)用包括但不限于增加作物或植物的產(chǎn) 量或在非常惡劣的區(qū)域（非灌溉區(qū)域、溫暖或熱氣候、多風(fēng)區(qū)域、缺乏降水、或這些的組合） 中保護(hù)作物或植物的農(nóng)業(yè)應(yīng)用。目標(biāo)市場包括但不限于：針對非灌溉作物（包括但不限于 小麥、棉花、等）的農(nóng)業(yè)；針對灌溉作物（包括但不限于基于園藝的植物）的農(nóng)業(yè)；樹藝、林 業(yè)和園藝；高爾夫球場；運(yùn)動(dòng)和公園的草皮；苗圃、用于植物苗圃的幼苗促進(jìn)劑；和水果、等 等。在此描述的方法能夠在目標(biāo)土壤區(qū)域中增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)量、園藝產(chǎn)量和/或作物或植物產(chǎn) 量。
[0013] 取代依賴于聚丙烯酰胺凝膠，另一種用以增加產(chǎn)量、根生長和/或萌發(fā)率的策略 是將已經(jīng)存在于土壤中的水進(jìn)行重新分配。在土壤中的水通過重力滲漏在土壤表面下方， 經(jīng)常在根的下方的幾米深處并且最后在地下水層之內(nèi)和周圍得到收集。通過引入技術(shù)和裝 置，來自地下水層中的水可以被重新分配為更靠近根，和/或根的優(yōu)先向性可以被誘導(dǎo)得 更深而進(jìn)入土地中或一些優(yōu)選的生長模式中或一些所希望的區(qū)域/位置中。此類技術(shù)允許 利用已經(jīng)存在的用以改進(jìn)根生長并且增強(qiáng)根死亡率的自然生物現(xiàn)象（例如，向地性）的優(yōu) 勢。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施例中，在此描述了能夠通過使用某些技術(shù)、特別是通過引入異成分 (inhomogeneity)誘導(dǎo)優(yōu)先的向性來改進(jìn)根生長的方法和裝置。結(jié)果目前是基于一種模型 系統(tǒng)，該模型系統(tǒng)由單分散的二維（2D)粒狀介質(zhì)以及單層玻璃珠?；|(zhì)組成。在一個(gè)實(shí)施 例中，用以增強(qiáng)優(yōu)先向性的技術(shù)是基于一種被插入至該2D介質(zhì)中的固體方管。該方管的尺 寸與該介質(zhì)的厚度大致相同。該管的幾何形狀有利于沿著外壁的暢通無阻的毛細(xì)管流，這 證明了有利于根的生長動(dòng)力學(xué)。
[0015] 在一個(gè)方面，在此描述了增加植物的根長度和/或誘導(dǎo)根向性的方法，該方法包 括：將根裝置的至少一部分插入接近種子或植物（或接近其中預(yù)期種植種子或植物）的土 地中。該根裝置是一種在基本上為縱向方向上延伸的結(jié)構(gòu)。
[0016] 在另一個(gè)方面，在此描述了誘導(dǎo)植物根朝向土壤中的蓄水池的向性的方法，該方 法包括：將一種根裝置的至少一部分插入接近種子或植物（或接近其中預(yù)期種植種子或植 物）的土地中。該根裝置是一種在基本上為縱向方向上延伸的結(jié)構(gòu)。
[0017] 在另一個(gè)方面，在此描述了促進(jìn)根朝向土壤中的水來生長的方法，該方法包括：將 一種根裝置的至少一部分插入接近種子或植物（或接近其中預(yù)期種植種子或植物）的土地 中。該根裝置是一種在基本上為縱向方向上延伸的結(jié)構(gòu)。
[0018] 在另一個(gè)方面，在此描述了增加植物的壽命的方法，該方法包括：將一種根裝置的 至少一部分插入接近種子或植物（或接近其中預(yù)期種植種子或植物）的土地中。該根裝置 是一種在基本上為縱向方向上延伸的結(jié)構(gòu)。
[0019] 在一個(gè)實(shí)施例中，該根裝置具有大于約0. 1mm的平均橫截面直徑。在其他實(shí)施例 中，該根裝置具有大于約 〇? 2mm、0? 4mm.0. 6mm.0. 8mm、1 mm、、4mm、fimm、8mm、1 cm、3cm、ficm、 8cm、10cm、12cm或15cm的平均橫截面直徑。
[0020] 在一些實(shí)施例中，該根裝置具有從0? 1mm至5mm的平均橫截面直徑，或具有從 0. 2_的平均橫截面直徑，或者在其他實(shí)施例中具有從0. 2_至2_的平均橫截面直徑。
[0021] 在另一個(gè)實(shí)施例中，該結(jié)構(gòu)包括一種管，該管具有近端和遠(yuǎn)端并且具有至少一個(gè) 穿孔。該至少一個(gè)穿孔具有小于2mm或1mm或500 y m或100 ym或70 ym或50 ym或25 ym 或10ym或5ym或2ym或lum或0. 1 ym的直徑或?qū)挾?。該管可進(jìn)一步包括內(nèi)壁和外壁。
[0022] 在一些實(shí)施例中，該穿孔具有小于土壤中的平均土壤粒度的50%的直徑或?qū)挾取?br>[0023] 在一個(gè)實(shí)施例中，該結(jié)構(gòu)包括一種薄壁管。該結(jié)構(gòu)可以能具有任何適合的橫截面 形狀，例如，該結(jié)構(gòu)可以具有基本上呈圓形的、正方形的、橢圓形的、三角形的橫截面積。在 一個(gè)具體的實(shí)施例中，該結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)縱壁。
[0024] 在另一個(gè)方面，在此描述了增加植物的根長度和/或誘導(dǎo)根向性的方法，該方法 包括：使植物或種子與土壤接觸；并且將一種根裝置的至少一部分插入接近該種子或該植 物的土壤中。該根裝置具有一種在基本上為縱向方向上延伸的結(jié)構(gòu)，其中，在一個(gè)實(shí)施例 中，該結(jié)構(gòu)包括一種薄壁管或包括至少一個(gè)壁。
[0025] 在又另一個(gè)方面，在此描述了增加植物的根長度和/或誘導(dǎo)根向性的方法，該方 法包括將一種根裝置的至少一部分插入土壤中；并且使植物或種子與接近于該根裝置的土 壤接觸；其中該根裝置包括一種在基本上為縱向方向上延伸的結(jié)構(gòu)。
[0026] 在一個(gè)另外的方面，在此描述了用于增加植物的根長度（或誘導(dǎo)根向性）的裝置， 其中該裝置是在基本上為縱向方向上延伸的結(jié)構(gòu)，并且具有包括外壁和內(nèi)壁的橫截面積。 該橫截面積可以是任何適合的形狀，包括但不限于基本上呈正方形的、橢圓形的、圓形的、 三角形的、或不規(guī)則四邊形的形狀。
[0027] 應(yīng)理解的是術(shù)語"根裝置"在此還稱為"侵入體"并且可以可互換地使用。
[0028] 附圖簡要說明
[0029] 圖1是基于展示了使用該根裝置對比沒有根裝置在促進(jìn)根生長和根向性方面的 效果的照片的描繪。
[0030] 圖2是一個(gè)示出了主根長度隨著時(shí)間（天）的圖表連同一個(gè)圖形表示。
[0031] 圖3是一個(gè)示出了總根長度隨著時(shí)間（天）的圖表連同一個(gè)圖形表示。
[0032]圖4是基于一張?jiān)谝粋€(gè)實(shí)施例中展示了接近該根裝置的生長誘導(dǎo)向性的照片的 描繪。
[0033]圖5是基于在一個(gè)實(shí)施例中1mm根裝置的照片的描繪，其中液膜（展示毛細(xì)管作 用）在該根裝置與周圍介質(zhì)（例如，玻璃珠粒的單層作為模型土壤（lmm±0. 2mm))之間。
[0034] 圖6是在一個(gè)實(shí)施例中該根裝置的一個(gè)示圖。
[0035]圖7是在另一個(gè)實(shí)施例中包括一個(gè)基本上為固體的結(jié)構(gòu)而沒有穿孔的根結(jié)構(gòu)裝 置的示圖。
[0036] 發(fā)明的詳細(xì)說明
[0037] 本發(fā)明涉及對改進(jìn)植物和作物的萌發(fā)率有用的方法和裝置。
[0038] 如在此描述并且要求保護(hù)的，能夠通過將固體異成分引入土壤中誘導(dǎo)根的優(yōu)先向 性以用