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，而且因為在植物可獲得的 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 有超強吸收能力的水凝膠的形式，其中這些具有超強吸收能力的水凝膠當(dāng)暴露于水中時能 夠吸收水。用于農(nóng)業(yè)的常見的具有超強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，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；運動和公園的草皮；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] 在一個實施例中，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)以及單層玻璃珠粒基質(zhì)組成。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力學(xué)。
[0015] 在一個方面，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] 在一個實施例中，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，或者在其他實施例中具有從0. 2_至2_的平均橫截面直徑。
[0021] 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(yuǎn)端并且具有至少一個 穿孔。該至少一個穿孔具有小于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] 在一個實施例中，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 一個具體的實施例中，該結(jié)構(gòu)包括至少一個縱壁。
[0024] 在另一個方面，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，在一個實施例 中，該結(jié)構(gòu)包括一種薄壁管或包括至少一個壁。
[0025] 在又另一個方面，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是一個示出了主根長度隨著時間（天）的圖表連同一個圖形表示。
[0031] 圖3是一個示出了總根長度隨著時間（天）的圖表連同一個圖形表示。
[0032]圖4是基于一張在一個實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是基于在一個實施例中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是在一個實施例中該根裝置的一個示圖。
[0035]圖7是在另一個實施例中包括一個基本上為固體的結(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