于更穩(wěn)固的生長。這些固體異成分改變在粒狀介質(zhì)中的水分配。
[0039] 大部分先前的解決方案已經(jīng)專注于通過使用化學添加劑和灌溉裝置對水進行再 分配。雖然這在每一個方面上仍然是至關(guān)重要的，但實際上這些專利中沒有一個已經(jīng)要求 保護對根的生長的清楚且直接的影響和改進。然而，本申請既不要求也不推薦使用一種正 方形的侵入體或根裝置作為實際上用于促進根生長的實際領(lǐng)域中的替代技術(shù)。從基于受控 模型系統(tǒng)的實驗結(jié)果強有力地表明的是通過引入異成分修飾土壤結(jié)構(gòu)，如在此描述的本發(fā) 明可以誘導優(yōu)先的生長向性并且將根引導向更飽和的區(qū)域，導致一個更穩(wěn)固的生長。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明，能夠通過將固體異成分引入土壤中誘導根的優(yōu)先向性以用于更更穩(wěn) 固的生長。
[0041] 在一個實施例中，在此描述了能夠通過使用某些技術(shù)和裝置誘導優(yōu)先的向性來改 進根生長的方法和裝置。如在此描述的，"優(yōu)先的向性"意思是生物學有機體、確切地為植物 根或植物根系響應于環(huán)境刺激的生長或轉(zhuǎn)向運動。所討論的環(huán)境刺激是由于蒸發(fā)或通過任 何其他的手段造成的水損失。缺水誘導在根上的某些靜水應力。因為該根裝置允許毛細管 沿著其外壁流動，該根感覺到這種毛細管水活動并且在該侵入體的方向上移動。在一個實 施例中，如在此描述的根裝置通過將植物根引導至具有更大飽和度的區(qū)域中幫助植物根響 應于刺激（缺水）。
[0042] 在此描述的實驗結(jié)果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)以及單層玻璃珠粒基質(zhì)組成。在一些實例中，具有l(wèi)_±〇. 2_的橫截面直徑或?qū)挾?的玻璃珠粒的單層被用作模型土壤。在一個實施例中，用以增強優(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。該方管的 幾何形狀有利于暢通無阻的毛細管流，這證明了有利于根的生長動力學。
[0043] 總體上，水損失可以歸因于通過在土壤中的排水通道的蒸騰作用、蒸發(fā)或徑流。阻 止通過排水的水損失的很多已知的方法是與目標土壤的性質(zhì)以及地方氣候條件相關(guān)。例 如，在美國可耕種且可栽培的土地主要是砂質(zhì)類型。然而，在中國和東南亞，土地主要是粘 土類型。總體上粘土具有與砂土相比不同的土壤結(jié)構(gòu)，這是由于粘土的平均粒度更小并且 因此孔徑更小。通常，在一些實施例中，粘土具有小于50微米的平均粒徑（D 5。)。在其他實 施例中，粘土具有約25微米或小于25微米的平均粒徑（D5。）。更典型地，粘土具有約5微 米或小于5微米的平均粒徑。相比之下，在一些實施例中，砂土通常表征為具有范圍從100 微米到2000微米的粒度的圓形顆粒。在砂土、粘土、以及其他類型的土壤之間存在其他區(qū) 另IJ，如以下大體上描述的。例如，對于砂礫，在一些實施例中平均土壤粒徑是在大于約2mm、 或大于約1mm之間。
[0044] 砂土：通常，砂土具有細粒狀的質(zhì)地并且由風化的巖石（如石灰?guī)r、石英巖、花崗 巖和頁巖）形成。砂土可包含充足的至大量的有機物，這些有機物使得它相對容易培養(yǎng)。然 而，砂土更傾向于過度排水和脫水，并且可具有保留水分和營養(yǎng)物質(zhì)的問題。在一些實施例 中，砂土具有在約0. 05mm至約2mm之間、或約0. 025至約2. 5mm之間的平均土壤粒徑。
[0045] 粉砂土 ：通常，粉砂土被認為是在較肥沃的土壤之中。粉砂土通常包括礦物質(zhì)（主 要是石英）以及細的有機顆粒，并且它具有比砂土更多的營養(yǎng)物質(zhì)，提供良好的排水。當 干燥時，粉砂土具有相當平滑的質(zhì)地并且看起來像黑砂。其松軟的土壤結(jié)構(gòu)意思是它易于 在潮濕時起作用并且它很好地保留水分。在一些實施例中，粉砂土具有在約0. 002mm至約 0. 05mm之間、或約0. 001至約0. 06mm的平均土壤粒徑。
[0046] 粘土（或粘性土壤）：當粘土潮濕時，它們通常是粘的、成團的并且柔韌的；但是當 它們干燥時，它們通常形成硬塊。粘土由非常細的具有很小空隙的顆粒物構(gòu)成，因此它們很 難耕作并且經(jīng)常排水不良-在春天它們易于浸水。藍色或灰色的粘土具有不良的通氣性并 且必須松土以維持健康生長。粘土中的紅色表示良好的通氣性和"疏松的"良好排水的土 壤。由于粘土包含高營養(yǎng)水平，如果排水充足，植物會生長得很好。在一些實施例中，粘土 具有小于〇. 〇〇2mm的平均土壤粒徑。
[0047] 泥炭土：泥炭土通常包含比其他土壤更多的有機材料，因為它的酸度抑制了分解 過程。這種類型的土壤比許多其他土壤含有較少的營養(yǎng)，并且易于過量保留水分。
[0048] 壤質(zhì)土 ：通常，壤質(zhì)土是一種大致40%砂土、40%粉砂和20%粘土的組合。壤質(zhì)土 的范圍可以從易于耕種的充滿有機物質(zhì)的肥沃土壤到密集堆積的草皮。通常，它們排水還 保持水分并且具有豐富的營養(yǎng)。
[0049] 白堊質(zhì)土壤：白堊質(zhì)土壤通常是堿性的并且可包含多種不同尺寸的石材。這些類 型的土壤可以迅速地干透并且具有阻塞微量元素（如鐵和錳）的趨勢。因為這些營養(yǎng)物質(zhì) 總體上對于植物是不可得到的，這可以導致差的生長并且使葉子變黃。白堊質(zhì)土壤通常被 認為是品質(zhì)低劣的，需要大量添加肥料和其他土壤改良劑。
[0050] 在此描述了增加植物的根長度和/或誘導根向性的方法。在一個實施例中，增加 根長度意思是根長度在一個豎直方向（總體上向下朝向地下水層）上增加；但是它還可以 包括在一個總的水平方向上或在任何其他方向上。然而，應理解的是在另一個實施例中增 加根長度意思是總根長度增加，其中不存在根長度行進的總的方向。該方法包括將一種根 裝置的至少一部分插入土地或土壤中。在一些實施例中，該根裝置可以接近或靠近種子或 植物。
[0051] 應理解的是在使該種子或植物與該土壤或土地接觸之前可以將該根裝置部分地 或完全地插入至該土壤或土地中。在一些其他實施例中，在使該種子或植物與該土壤或土 地接觸之后將該根裝置部分地或完全地插入至該土壤或土地中。
[0052] 還在此描述了用于增加植物的根長度和/或誘導根向性的根裝置。在一個實施例 中，該根裝置是在基本上為縱向方向上延伸并且具有某一橫截面積的固體或基本上為固體 的結(jié)構(gòu)。該根裝置或結(jié)構(gòu)可以由任何適合的材料制成，包括但不限于塑料、金屬、木材、或其 組合，或至少部分地由無機或有機材料制成。
[0053] 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、五邊形的、或八角形的形狀。該結(jié)構(gòu)在縱向方向上可以是直的或基本上 是直的。還應理解的是該結(jié)構(gòu)可以是彎曲的、彎如弓的、彎的、扭曲的、弓形地、波狀的和/ 或扭結(jié)的，或者具有可以是彎曲的、彎如弓的、彎的、扭曲的、弓形地、波狀的和/或扭結(jié)的 部分。
[0054] 在另一個實施例中，該根裝置可以包括一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)至少部分地能夠膠化例 如多糖。在其他實施例中，該根裝置或結(jié)構(gòu)可以至少部分地包括一種有機材料。在一個實 施例中，該根裝置或結(jié)構(gòu)完全地或部分地由濕泡沫組成。在一個附加的實施例中，該根裝置 或結(jié)構(gòu)完全地或部分地由干泡沫組成，或者在其他實施例中至少部分地由濕泡沫和干泡沫 的組合組成。在又另一個實施例中，該根裝置或結(jié)構(gòu)由納米顆粒、微顆?；蚱浣M合組成。在 此類實施例中這些納米顆粒、微顆?；蚱浣M合被豎直地包裝。然而，還應理解的是這些納米 顆粒、微顆粒或其組合可以按任何所希望的形式或方向包裝。
[0055] 在另一個實施例中，該根裝置是在基本上為縱向方向上延伸的結(jié)構(gòu)。參照圖6,在 一個實施例，該結(jié)構(gòu)具有長度3,該長度具有橫截面直徑1和至少一個穿孔2。在另一個實 施例中，該結(jié)構(gòu)具有具有橫截面積，該橫截面積包括外壁和內(nèi)壁。在一些實施例中，該根裝 置具有從〇. 1_至5mm的平均橫截面直徑1，或具有從0. 2mm至4mm的平均橫截面直徑1， 或者在其他實施例中具有從〇. 2_至2_的平均橫截面直徑1。在其他實施例中，其中該橫 截面沒有呈現(xiàn)圓形或橢圓形的形狀，應理解的是該橫截面直徑1被橫截面寬度替代。在一 些實施例中，該橫截面寬度是從〇? 1mm至5mm、或從0? 2mm至4mm、或從0? 2mm至2mm〇
[0056] 在另一個實施例中，該結(jié)構(gòu)包括一種管，該管具有近端和遠端并且具有至少一個 穿孔2。該至少一個穿孔2具有小于2mm或1mm或500 ym或100 ym或70 ym或50 ym或 25tim或lOym或5tim或2tim或lum或0. lum的平均直徑或?qū)挾?。該管可進一步包括 內(nèi)壁和外壁。
[0057]該橫截面積可以是任何適合的形狀，包括但不限于基本上是正方形的、橢圓形的、 圓形的、和三角形的形狀。
[0058] 在一個實施例中，該根裝置具有等于或大于約2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、 9cm、10cm、13cm、15cm、18cm、或20cm的長度3或全體長度3。在其他實施例中，該根裝置具 有等于或大于約20cm的長度3。在另一個實施例中，該長度3是小于lm、小于0. 5m、小于 0.1m或小于0.05m。該長度3應該足以連接在該蓄水池與該根之間的距離。該橫截面應該 小于用以誘導毛細管作用或特性的孔的尺寸。