用于誘導優先的根向性的組合物和方法
【專利說明】用于誘導優先的根向性的組合物和方法
[0001] 相關申請的奪叉引用
[0002] 本申請要求于2012年12月20日提交的美國臨時專利申請號61/739, 887的權益， 通過引用以其全部內容結合在此。 發明領域
[0003] 本發明涉及在促進種子萌發、植物和作物產量方面以及在植物、灌木、作物和一般 農業有效利用水的方面中有用的侵入體和使用方法。
[0004] 發曰月背景
[0005] 水短缺是一種對人類和農業發展的主要約束。所消耗的淡水的大致70%是針對農 業相關的使用，例如作為灌溉用水，其進而占據農業使用的大致90 %。隨著貫穿農業發展以 及人類發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，對于改進的且更高效的淡水利用存在一個不斷增 長的需求。
[0006] 在農業中使用的一些水通過蒸發、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。
[0007] 在農業中的水的高效利用不僅具有相當大的生態影響，而且因為在植物可獲得的 水量與它們的產量之間存在直接相關，還具有對農業經濟的影響。如果水在植物的根的水 平處被吸取或限制較長的時間，應該存在對作物生產和產量的直接影響。在關鍵條件過程 中，優化的水利用以及增加的水可用性可以保護作物免受收獲的徹底毀滅和損失。
[0008] -種傳統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暴露于水中時能 夠吸收水。用于農業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 合結構，這些水凝膠是以導致它是超多孔的這樣一種方式商業上合成的。當它們在水的存 在下溶脹時，這些水凝膠的超多孔特征經常導致它們極度脆弱。它們吸收允許膨脹的大量 的水。溶脹和消溶脹（de-swelling)的恒定循環使得商業的水凝膠經常易受破損的影響。
[0009] 總體上已經公認（例如由農民公認）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優先的根向性并且輔助將水重新分配在土壤中 改進植物和草對水的利用的改進的方法和裝置。
[0011] 發明概沐
[0012] 本發明涉及用于改進作物、以及農業和園藝植物、灌木、樹和草（下文有時統稱為 "植物"）的產量、根生長和/或萌發率的方法。目標應用包括但不限于增加作物或植物的產 量或在非常惡劣的區域（非灌溉區域、溫暖或熱氣候、多風區域、缺乏降水、或這些的組合） 中保護作物或植物的農業應用。目標市場包括但不限于：針對非灌溉作物（包括但不限于 小麥、棉花、等）的農業；針對灌溉作物（包括但不限于基于園藝的植物）的農業；樹藝、林 業和園藝；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劑；和水果、等 等。在此描述的方法能夠在目標土壤區域中增加農業產量、園藝產量和/或作物或植物產 量。
[0013] 取代依賴于聚丙烯酰胺凝膠，另一種用以增加產量、根生長和/或萌發率的策略 是將已經存在于土壤中的水進行重新分配。在土壤中的水通過重力滲漏在土壤表面下方， 經常在根的下方的幾米深處并且最后在地下水層之內和周圍得到收集。通過引入技術和裝 置，來自地下水層中的水可以被重新分配為更靠近根，和/或根的優先向性可以被誘導得 更深而進入土地中或一些優選的生長模式中或一些所希望的區域/位置中。此類技術允許 利用已經存在的用以改進根生長并且增強根死亡率的自然生物現象（例如，向地性）的優 勢。
[0014] 在一個實施例中，在此描述了能夠通過使用某些技術、特別是通過引入異成分 (inhomogeneity)誘導優先的向性來改進根生長的方法和裝置。結果目前是基于一種模型 系統，該模型系統由單分散的二維（2D)粒狀介質以及單層玻璃珠粒基質組成。在一個實施 例中，用以增強優先向性的技術是基于一種被插入至該2D介質中的固體方管。該方管的尺 寸與該介質的厚度大致相同。該管的幾何形狀有利于沿著外壁的暢通無阻的毛細管流，這 證明了有利于根的生長動力學。
[0015] 在一個方面，在此描述了增加植物的根長度和/或誘導根向性的方法，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構。
[0016] 在另一個方面，在此描述了誘導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構。
[0017] 在另一個方面，在此描述了促進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構。
[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構。
[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，該結構包括一種管，該管具有近端和遠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的直徑或寬度。該管可進一步包括內壁和外壁。
[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%的直徑或寬度。
[0023] 在一個實施例中，該結構包括一種薄壁管。該結構可以能具有任何適合的橫截面 形狀，例如，該結構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，該結構包括至少一個縱壁。
[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構，其中，在一個實施例 中，該結構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構。
[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構，并且具有包括外壁和內壁的橫截面積。 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、或不規則四邊形的形狀。
[0027] 應理解的是術語"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（展示毛細管作 用）在該根裝置與周圍介質（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構而沒有穿孔的根結構裝 置的示圖。
[0036] 發明的詳細說明
[0037] 本發明涉及對改進植物和作物的萌發率有用的方法和裝置。
[0038] 如在此描述并且要求保護的，能夠通過將固體異成分引入土壤中誘導根的優先向 性以用