ES2986654T3 - Fibras de madera para unión mejorada en medios de crecimiento - Google Patents

Abstract

Se describe una composición de medio de crecimiento de plantas, artículos fabricados a partir de la misma y métodos para su elaboración y uso. La composición de medio de crecimiento de plantas incluye una combinación de uno o más materiales de sustrato de crecimiento de plantas y un aditivo como fibras de celulosa, arcilla, carragenina, alginato, quitosano o combinaciones de los mismos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Fibras de madera para unión mejorada en medios de crecimiento

Esta solicitud se refiere a una composición de medio de crecimiento de plantas y a un método para elaborar un medio de crecimiento estabilizado.

Antecedentes de la invención

Los plantones de sustrato reticulados poliméricos comerciales, tales como Preforma, Omni plugs, GrowTech e IHT, se han elaborado en fábricas basándose en la química de la cola de poliuretano. Sin embargo, estos medios de crecimiento deben transportarse a los viveros, y los procedimientos de producción a menudo implican emisiones químicas de aglutinantes de poliuretano, tales como diisocianato de tolueno (TDI) y diisocianato de metilendifenilo (MDI). Los aglutinantes de poliuretano tampoco son completamente biodegradables. El transporte de medios de crecimiento preelaborados en bandejas añade costes adicionales para los productores y, a veces, la corta vida útil en almacenamiento de tales plantones también puede provocar problemas logísticos. Por tanto, existe la necesidad en la técnica de medios de crecimiento estabilizados mejorados para trasplantes, de modo que los medios de crecimiento puedan elaborarse según sea necesarioin situ,en viveros, sin la necesidad de tecnología de producción avanzada y mediante el uso de aditivos/aglutinantes compostables y respetuosos con el medio ambiente. Los documentos WO2004/098270A1, WO2016/016407A1, US2013/283485A1, WO2009/011905A1, EP0340763A1, WO2012/000063A1 son ejemplos de medios de crecimiento en la tecnología disponible.

Sumario de la invención

Se proporciona un medio de crecimiento estabilizado que se mantiene unido y puede usarse en robots de trasplante o en viveros/invernaderos. También se proporciona un método para elaborar medios de crecimiento estabilizados.

Se proporciona una composición de medio de crecimiento de plantas según la reivindicación 1.

En determinadas realizaciones, los materiales de sustrato de crecimiento de plantas comprenden uno o más de corteza de pino u otras cortezas, perlita, compost, fertilizantes, minerales tales como vermiculita, estiércol, lava granulada, piedra pómez, arcilla quemada o calcinada, fibras minerales, musgo deSphagnum,musgo hipnáceo, cáscaras de arroz, bagazo, arena, moho de hojas, yeso, y piedra caliza.

En determinadas realizaciones, las fibras de celulosa comprenden una mezcla de celulosa y lignocelulosa. En determinadas realizaciones, las fibras de celulosa consisten esencialmente en celulosa. En determinadas realizaciones, las fibras de celulosa consisten esencialmente en lignocelulosa.

En determinadas realizaciones, la composición de medio de crecimiento de plantas tiene un contenido de humedad, antes de la adición de agua, de desde aproximadamente el 35 % hasta aproximadamente el 45 %. En determinadas realizaciones, la composición de medio de crecimiento de plantas incluye además una cantidad suficiente de agua para hacer que el contenido de humedad de la composición de medio de crecimiento de plantas esté en un intervalo de desde aproximadamente el 65 % hasta aproximadamente el 70 %.

En determinadas realizaciones, la composición de medio de crecimiento de plantas está en forma de pellets expandidos, bandejas planas rellenas, minibloques, o macetas de prensa.

En determinadas realizaciones, la composición de medio de crecimiento de plantas comprende además un agente humectante. En determinadas realizaciones, la composición de medio de crecimiento de plantas comprende además un aglutinante adicional seleccionado del grupo que consiste en poli(alcohol vinílico) (PVA) y poli(acetato de vinilo) (PVAC). En realizaciones particulares, la composición de medio de crecimiento de plantas comprende además un reticulante. En realizaciones particulares, el reticulante comprende un aldehído, una resina termoendurecible, o una sal de un anión multivariante. En realizaciones particulares, el reticulante comprende tripolifosfato, citrato, glioxal, isocianato, poli(ácido acrílico) o bis(hidroxietil)sulfona (BHES). En determinadas realizaciones, la composición de medio de crecimiento de plantas comprende además un plastificante seleccionado del grupo que consiste en glicerol, ésteres de ftalato, etilenglicol, dietilenglicol, polietilenglicoles, propilenglicoles, polipropilenglicoles, 1,3-butilenglicol, 1,3-propanodiol, urea, clorhidrato de trimetilamina, pentanodiol, copolímeros de bloque de polioxipropileno, hexitoles, y derivados de oxialquileno de hexitoles.

En determinadas realizaciones donde la composición comprende fibras de celulosa y arcilla, las fibras de celulosa y la arcilla están presentes en una razón en peso de fibras de celulosa con respecto a arcilla que oscila entre aproximadamente 1:1 y aproximadamente 5:1. En determinadas realizaciones donde la composición comprende fibras de celulosa y arcilla, la arcilla está presente en una cantidad que oscila entre aproximadamente 10 kg/m3 de materiales de sustrato y aproximadamente 65 kg/m3 de materiales de sustrato. En determinadas realizaciones donde la composición comprende fibras de celulosa y arcilla, la arcilla está presente en una cantidad que oscila entre aproximadamente 35 kg/m3 de materiales de sustrato y aproximadamente 40 kg/m3 de materiales de sustrato.

Se proporciona un método para elaborar un medio de crecimiento estabilizado según la reivindicación 10.

En realizaciones particulares, el periodo de tiempo oscila entre aproximadamente 30 minutos y aproximadamente 24 horas. En realizaciones particulares, el periodo de tiempo oscila entre aproximadamente 24 horas y aproximadamente 36 horas.

Breve descripción de los dibujos

El expediente de solicitud o patente puede contener uno o más dibujos realizados en color y/o una o más fotografías.

FIGURAS 1A-1C: Fotografías que muestran una prueba de plantones elaborados con las fibras de celulosa Arbocel® FT 400 (5 % p/p) en la mezcla Jiffy n.° 10. Después de 3 días con riego repetido, los plantones todavía se mantenían unidos muy bien.

FIGURAS 2A-2C :Fotografías que muestran pruebas de plantones elaborados con fibras de celulosa Arbocel® FT 400 al 5 % p/p (figura 2A), al 10 % p/p (figura 2B) y al 20 % p/p (figura 2C) en la mezcla Jiffy n.° 3 y la mezcla Jiffy n.° 10 con alto porcentaje de fibra de coco. La figura 2A y la figura 2C muestran plantones elaborados con la mezcla Jiffy n.° 3, mientras que la figura 2B muestra plantones elaborados con la mezcla Jiffy n.° 10.

FIGURA 3: Fotografía de esquejes vegetativos de geranio que muestran el desarrollo de raíces de extensión en el sustrato 8 días después de “adherir” los esquejes desarraigados.

FIGURAS 4A-4B: Fotografías que muestran el pesaje de mezcla Jiffy n.° 30 (figura 4A) y fibras de celulosa H1000 (figura 4B) en la preparación de una mezcla fibrosa.

FIGURAS 5A-5B: Fotografías que muestran el mezclado de mezcla Jiffy n.° 30 con fibras de celulosa H1000, durante (figura 5A) y después (figura 5B) del mezclado para obtener una mezcla fibrosa homogénea.

FIGURA 6: Fotografía de bandeja llena de sustratos elaborados a partir de mezclas fibrosas de mezcla Jiffy n.° 30 y H1000, durante el riego inicial.

FIGURAS 7A-7C: Fotografías que muestran el dispositivo de prueba de módulo IMADA usado para medir el punto de rotura de los plantones de sustrato (figura 7A) y plantones de sustrato de ejemplo después de tomarse las mediciones del punto de rotura (figura 7B), y un gráfico que muestra los resultados de medición del punto de rotura (figura 7C).

FIGURA 8: Fotografía que muestra una comparación entre un plantón que comprende el 2 % p/p de H1000 (izquierda) y un plantón que comprende el 2 % p/p de H1000 y arcilla Pelbon (35-40 kg/m3) (derecha) 2,5 semanas después de la plantación.

FIGURAS 9A-9B: Fotografías de plantones que incluyen el 2 % p/p de ETF, que es fibra de celulosa insoluble en agua. La figura 9A muestra las bandejas llenas de plantas, y la figura 9B muestra los plantones retirados de las bandejas, con las raíces de las plantas visibles.

FIGURA 10: Fotografía que compara el crecimiento de plantas en plantones que, de izquierda a derecha, incluyen ETF (2 % p/p), las fibras de celulosa 105B (2 % p/p), un aglutinante no dado a conocer (2 % p/p), y una mezcla de alginato (1 % p/p) y quitosano (1 % p/p).

FIGURA 11: Fotografía que compara el desarrollo de raíces de las plantas y la unión del sustrato entre un plantón que incluye el 2 % p/p de fibras de celulosa H1000 (izquierda) y un plantón Preforma sin fibras de celulosa (derecha).

Descripción detallada de la invención

Según la presente divulgación, se prepara un material de crecimiento de plantas combinando uno o más materiales de sustrato de crecimiento de plantas con uno o más aglutinantes o aditivos tales como fibras de celulosa, arcilla, carragenano, alginato, y quitosano. El material de crecimiento de plantas puede hidratarse adicionalmente para producir un medio de crecimiento estabilizado. Usando aditivos tales como fibras de celulosa, arcilla, carragenano, alginato, y/o quitosano, pueden estabilizarse y elaborarse en vivero diferentes tipos de plantones de sustrato, macetas de prensa, pellets, y similares. Los plantones han demostrado mejoras en las características físicas y químicas, así como en las pruebas de crecimiento y toxicidad de las plantas, y han permitido un enraizamiento sorprendentemente rápido de las plantas. Ventajosamente, el material resultante puede producirsein situen viveros, como alternativa a los plantones basados en sustrato producidos en fábrica para el crecimiento de plantas.

Según la invención, la composición de material de crecimiento de plantas incluye fibras de celulosa y arcilla. Se ha descubierto que la combinación de fibras de celulosa y arcilla actúa para proporcionar intercambio catiónico y mejorar la gestión del agua, al tiempo que proporciona una excelente resistencia y suministro de nutrientes a las plantas en los medios de crecimiento. Las fibras de celulosa añaden humedad, resistencia a la tracción y porosidad, lo que permite que las raíces de las plantas se entrelacen mejor, mientras que la arcilla proporciona estabilización e intercambio catiónico para un suministro más eficiente de nutrientes a la planta, y la combinación general proporciona una mejor gestión del agua al dispersarla de manera más uniforme. Tal como se demuestra en los ejemplos en el presente documento, y tal como se muestra en la figura 8, el crecimiento de las plantas se mejora en sustratos que comprenden una combinación de fibras de celulosa y arcilla en comparación con sustratos que comprenden fibras de celulosa sin arcilla, y los sustratos que comprenden una combinación de fibras de celulosa y arcilla se adhieren mejor entre sí con el tiempo que los sustratos que comprenden fibras de celulosa sin arcilla. Además, tal como se demuestra en los ejemplos en el presente documento, los sustratos que comprenden fibras de celulosa y arcilla fortalecen su unión con el tiempo y los ciclos repetidos de riego y secado que simulan un entorno de invernadero.

Los materiales de sustrato que pueden usarse para elaborar las composiciones de medio de crecimiento de plantas incluyen, pero no se limitan a: turba, fibra de coco, corteza de pino u otras cortezas, perlita, compost, fertilizantes, minerales tales como vermiculita, estiércol, lava granulada, piedra pómez, arcilla quemada o calcinada, fibras minerales, musgo deSphagnum,musgo hipnáceo, cáscaras de arroz, bagazo, arena, perlita, moho de hojas, yeso, piedra caliza, y otros medios de crecimiento. Una combinación de dos o más materiales de sustrato de crecimiento de plantas se conoce generalmente como mezcla de sustrato. Los ejemplos no limitativos de mezclas de sustrato disponibles comercialmente adecuadas incluyen la mezcla de plántulas Jiffy 17-1 (compuesta por turba blanca, perlita y vermiculita), Jiffy 7 QSM (mezcla de tierra rápida sin red), mezcla Jiffy n.° 3 (que comprende fibra de coco y turba), mezcla Jiffy n.° 10 (70 % de fibra de coco, 26 % de musgo deSphagnum,4 % de perlita), mezcla de plántulas Jiffy 17-3 (70 % de turba, 20 % de perlita, 10 % de vermiculita) y mezcla Jiffy n.° 30 (70 % de turba deSphagnumcanadiense, 20 % de fibra de coco y 10 % de perlita).

El término “fibras de celulosa” tal como se usa en el presente documento abarca fibras de celulosa, fibras de lignocelulosa y mezclas de fibras de celulosa y fibras de lignocelulosa, a menos que se indique lo contrario. La celulosa es un polisacárido que se encuentra en la pared celular de las plantas. La lignocelulosa es un complejo de celulosa, hemicelulosa y el polímero aromático lignina. En algunas realizaciones, las fibras de celulosa consisten en fibras de celulosa. En algunas realizaciones, las fibras de celulosa consisten en fibras de lignocelulosa. En algunas realizaciones, las fibras de celulosa comprenden una mezcla de fibras de celulosa y fibras de lignocelulosa.

La celulosa y la lignocelulosa pueden obtenerse a partir de una amplia variedad de materias primas sostenibles de origen vegetal. Las fibras de celulosa naturales ya se usan en una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo: para la producción de papel y cartón; como aditivo para la producción de papel tisú; en la industria del plástico para termoplásticos, WPC, duroplásticos (compuestos de moldeo de resina fenólica y melamina) y elastómeros (caucho y sellos de caucho); en colas; en pastillas de freno; en recubrimientos de suelos (por ejemplo, laminados, suelos de caucho); en la producción de enzimas, tal como en detergentes en polvo y piensos; y en creadores de poros y estabilizadores para cerámicas técnicas. Las fibras de celulosa que pueden usarse en el presente documento pueden incluir productos de celulosa en forma de fibras de celulosa funcionales, aditivos de celulosa, celulosa en polvo, celulosa fina, celulosa micronizada, compactados de celulosa, harina de celulosa, granulados de celulosa, mezclas de celulosa, compuestos de celulosa, derivados de celulosa, etanol celulósico (CE), metilcelulosa (MC), hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC), geles de celulosa, guata de celulosa, materiales de aislamiento de celulosa, o mezclas de los mismos.

El término “fibra” se refiere convencionalmente a un material particulado en el que la razón longitud-anchura (o diámetro) de tal material particulado es mayor de aproximadamente 10. Sin embargo, se entiende que las fibras de celulosa en el presente documento no necesitan adherirse estrictamente a esta definición. La razón longitudanchura promedio de las fibras de celulosa en el presente documento es normalmente mayor de aproximadamente 10, pero, en algunas realizaciones, la razón longitud-anchura promedio de las fibras de celulosa es menor de 10. Las fibras de celulosa pueden tener una longitud promedio que oscila entre aproximadamente 10 |im y aproximadamente 5 mm, y una anchura promedio que oscila entre aproximadamente 1 |im y aproximadamente 500 |im. En algunas realizaciones, las fibras de celulosa incluyen fibras de celulosa de madera blanda que tienen una anchura promedio de aproximadamente 35 |im. En algunas realizaciones, las fibras de celulosa incluyen fibras de celulosa de madera dura que tienen una anchura promedio de aproximadamente 18 |im. En algunas realizaciones, las fibras de celulosa tienen una longitud promedio que oscila entre aproximadamente 1 cm y aproximadamente 8 cm. En algunas realizaciones, las fibras de celulosa tienen una longitud promedio de aproximadamente 2 mm.

Las fibras de celulosa pueden tener una densidad que oscila entre aproximadamente 0,5 g/cm3 y aproximadamente 5 g/cm3. En un ejemplo no limitativo, las fibras de celulosa tienen una densidad de aproximadamente 1,5 g/cm3. El contenido de humedad de equilibrio de las fibras de celulosa puede oscilar entre aproximadamente el 5 % y aproximadamente el 15 %, o entre aproximadamente el 8 % y aproximadamente el 12 %. En un ejemplo no limitativo, el contenido de humedad de equilibrio de las fibras de celulosa es de aproximadamente el 10 %.

En algunas realizaciones, las fibras de celulosa son fibras orgánicas producidas a partir de la desintegración química de maderas de abeto y haya. Sin embargo, la presente divulgación abarca numerosos otros métodos para producir fibras de celulosa adecuadas. En algunas realizaciones, las fibras de celulosa son fisiológicamente y toxicológicamente inofensivas.

Los ejemplos no limitativos de fibras de celulosa adecuadas incluyen aquellas disponibles comercialmente con el nombre comercial Arbocel®, tales como Arbocel® 400, FI 400, FIF 400, FT 400 y H1000, así como aquellas con el nombre comercial Lignocel®, tales como Lignocel CO 3-6. Arbocel® es un material totalmente de celulosa. Las fibras Arbocel® tienen mayor calibre/volumen, mejor formación y perfil, mayor rigidez y mayor porosidad en comparación con otros productos de fibras de celulosa. Arbocel® es un sistema aglutinante orgánico biodegradable y no tóxico, sin emisiones peligrosas ni otros problemas ambientales. Todos los componentes del material Arbocel® se usan de manera segura en las industrias alimentaria y farmacéutica. El material Arbocel® puede añadirse como aditivo sólido a los materiales de sustrato. Sin embargo, aunque los materiales Arbocel® y Lignocel® se identifican con fines a modo de ejemplo, pueden usarse otros productos de fibras de celulosa, incluyendo productos de fibras de celulosa que son más solubles en agua que Arbocel® o Lignocel® y, por tanto, pueden añadirse a los materiales de sustrato en forma de suspensión o emulsión.

Tal como se indicó, la combinación de fibras de celulosa y arcilla produce resultados sorprendentemente ventajosos. Pueden usarse una amplia variedad de arcillas como aglutinante adicional, pero también para proporcionar capacidad de intercambio catiónico, haciendo que los medios resultantes sean más eficientes en el suministro de nutrientes a las plantas. En algunas realizaciones, la arcilla es una arcilla bentonita, que es una arcilla de filosilicato de aluminio absorbente que contiene silicatos y óxidos elementales. La arcilla bentonita comprende principalmente el material arcilloso montmorillonita. Sin embargo, también pueden usarse otras arcillas. Los ejemplos no limitativos de otras arcillas adecuadas incluyen arcillas hectorita, arcillas leonardita y arcillas esmectita. Una arcilla disponible comercialmente no limitativa es la arcilla que se comercializa con el nombre comercial Pelbon de AMCOL BioAg. La arcilla Pelbon es una bentonita de calcio que contiene pequeñas cantidades de cuarzo, feldespato y mica. La arcilla Pelbon normalmente contiene el 60,5 % de SiO<2>, el 18,2 % de Al2O3, el 5,25 % de Fe2O3, el 3,26 % de MgO, el 3,14 % de CaO, el 0,20 % de Na<2>O, el 0,14 % de K<2>O y el 4,85 % de LOI.

Según la invención, las fibras de celulosa se añaden a los materiales de sustrato para estar presentes en la mezcla fibrosa en una cantidad que oscila entre aproximadamente el 0,1 % y aproximadamente el 40 % (p/p), preferiblemente entre aproximadamente el 1 % y aproximadamente el 20 % (p/p), más preferiblemente entre aproximadamente el 5 % y aproximadamente el 10 % (p/p), basándose en el peso total de la mezcla fibrosa (antes de añadir agua). Cuando hay arcilla presente, la arcilla se añade a los materiales de sustrato y a las fibras de celulosa para estar presente en la mezcla fibrosa en una cantidad que oscila entre aproximadamente 10 kg/m3 de sustrato y aproximadamente 65 kg/m3 de sustrato, o entre aproximadamente 25 kg/m3 de sustrato y aproximadamente 50 kg/m3 de sustrato, o entre aproximadamente 35 kg/m3 de sustrato y aproximadamente 40 kg/m3 de sustrato.

Las fibras de celulosa y la arcilla pueden estar presentes en la mezcla fibrosa en una razón en peso de fibras de celulosa con respecto a arcilla de aproximadamente 0,25:1 a aproximadamente 10:1, o de aproximadamente 0,75:1 a aproximadamente 7:1, o de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 5:1. La razón óptima de fibras de celulosa y arcilla puede depender de la combinación particular de materiales de sustrato en la composición.

La composición de medio de crecimiento de plantas puede incluir uno o más carragenanos. El carragenano es una familia de polisacáridos sulfatados lineales extraídos de algas rojas comestibles. Los carragenanos se usan ampliamente en la industria alimentaria por sus propiedades gelificantes, espesantes y estabilizantes, incluso en productos lácteos y cárnicos, debido a su fuerte unión a las proteínas alimenticias. Existen tres variedades principales de carragenano, que difieren en su grado de sulfatación. El kappa-carragenano tiene un grupo sulfato por disacárido, el iota-carragenano tiene dos grupos sulfato por disacárido, y el lambda-carragenano tiene tres grupos sulfato por disacárido. El carragenano puede añadirse a la composición en una cantidad que oscila entre aproximadamente el 0,1 % p/p y aproximadamente el 10 % p/p, o entre aproximadamente el 0,3 % p/p y aproximadamente el 5 % p/p, o entre aproximadamente el 0,5 % p/p y aproximadamente el 2 % p/p.

En algunas realizaciones, la composición de medio de crecimiento de plantas comprende una combinación de fibras de celulosa y carragenano. Tal como se demuestra en los ejemplos en el presente documento, se ha descubierto que los plantones elaborados con una combinación de fibras de celulosa y carragenano se fortalecen con ciclos repetidos de riego y secado que simulan un entorno de invernadero. En un ejemplo no limitativo, la composición de medio de crecimiento de plantas comprende materiales de sustrato, fibra de celulosa en una cantidad de desde aproximadamente el 0,5 % p/p hasta aproximadamente el 2 % p/p, y carragenano en una cantidad de desde aproximadamente el 0,5 % p/p hasta aproximadamente el 2 % p/p.

La composición de medio de crecimiento de plantas puede incluir uno o más biopolímeros tales como, pero sin limitarse a, quitosano o alginato. Tal como se muestra en los ejemplos en el presente documento, el quitosano y el alginato ayudan a fortalecer la composición. El quitosano y/o el alginato pueden estar presentes en cantidades, individualmente o combinadas, que oscilan entre aproximadamente el 0,1 % p/p y aproximadamente el 10 % p/p, o entre aproximadamente el 0,3 % p/p y aproximadamente el 5 % p/p, o entre aproximadamente el 0,5 % p/p y aproximadamente el 2 % p/p.

En un ejemplo no limitativo, la composición de medio de crecimiento de plantas comprende materiales de sustrato, fibras de celulosa en una cantidad que oscila entre aproximadamente el 0,5 % p/p y aproximadamente el 2 % p/p, carragenano en una cantidad que oscila entre aproximadamente el 0,5 % p/p y aproximadamente el 2 % p/p, y quitosano en una cantidad que oscila entre aproximadamente el 0, % p/p y aproximadamente el 2 % p/p. En otro ejemplo no limitativo, la composición de medio de crecimiento de plantas comprende materiales de sustrato, carragenano en una cantidad que oscila entre aproximadamente el 0,5 % p/p y aproximadamente el 2 % p/p, y quitosano en una cantidad que oscila entre aproximadamente el 0, % p/p y aproximadamente el 2 % p/p.

En otro ejemplo no limitativo, la composición de medio de crecimiento de plantas comprende materiales de sustrato, fibras de celulosa en una cantidad de aproximadamente el 2 % p/p, y carragenano en una cantidad de aproximadamente el 2 % p/p. Tal como se muestra en los ejemplos en el presente documento, se ha descubierto que la combinación de fibras de celulosa y carragenano puede producir una composición de medio de crecimiento de plantas cuya resistencia aumenta drásticamente con el tiempo en un entorno de invernadero (es decir, después de ciclos repetidos de riego y secado).

En otro ejemplo no limitativo, la composición de medio de crecimiento de plantas comprende materiales de sustrato, fibras de celulosa en una cantidad de aproximadamente el 1 % p/p, carragenano en una cantidad de aproximadamente el 1 % p/p, y quitosano en una cantidad de aproximadamente el 1 % p/p. Se ha descubierto que esta combinación produce una composición de medio de crecimiento de plantas que aumenta significativamente su resistencia con el tiempo y contiene menos aditivo en peso que la combinación del 2 % de fibras de celulosa, y el 2 % de carragenano. En otras realizaciones, la composición de medio de crecimiento de plantas comprende materiales de sustrato, fibras de celulosa en una cantidad de aproximadamente el 1 % p/p, carragenano en una cantidad de aproximadamente el 0,5 % p/p, y quitosano en una cantidad de aproximadamente el 0,5 % p/p. Esta combinación da como resultado un aumento significativo de la resistencia a lo largo del tiempo, aunque no tan significativo como la combinación de materiales de sustrato, el 1 % p/p de fibras de celulosa, el 1 % p/p de carragenano, y el 1 % p/p de quitosano.

En otro ejemplo no limitativo, la composición de medio de crecimiento de plantas comprende materiales de sustrato, el 1 % p/p de carragenano, y el 1 % p/p de quitosano. Se ha descubierto que esta combinación produce una composición de medio de crecimiento de plantas que aumenta significativamente su resistencia con el tiempo y no contiene fibras de celulosa. Además, esta combinación incluye incluso menos aditivo en peso que otras combinaciones que producen composiciones fortalecedoras.

Tal como se muestra en los ejemplos en el presente documento, una composición de medio de crecimiento de plantas que comprende materiales de sustrato y el 2 % p/p de fibras de celulosa, sin otros aditivos, da como resultado sólo un ligero aumento de la resistencia con el tiempo.

Los aditivos, tales como fibras de celulosa, una combinación de fibras de celulosa y arcilla, alginato, quitosano, carragenano, o combinaciones de los mismos, pueden usarse para elaborar medios de crecimiento estabilizados para productos finales tales como mezclas de sustrato, plantones, pellets de turba precomprimidos, y similares. El término “sustrato” puede usarse en el presente documento para referirse a cualquier producto final. Los medios de crecimiento estabilizados pueden prepararse combinando en primer lugar uno o más materiales de sustrato (por ejemplo, una mezcla de sustrato disponible comercialmente) con fibras de celulosa, o con fibras de celulosa y arcilla, o con otros aditivos o combinaciones de los mismos descritos en el presente documento, para producir una mezcla fibrosa. La mezcla fibrosa puede usarse luego para formar pellets, plantones, macetas, minibloques, o similares añadiendo la mezcla fibrosa al molde deseado (por ejemplo, una bandeja que tiene cavidades para producir bloques o macetas de prensa), aunque esta etapa de conformación no es necesaria si el producto deseado es una mezcla de sustrato estabilizado en lugar de un producto que tiene una forma definida, tal como un plantón.

Los materiales de sustrato y los aditivos se mezclan entre sí con una alta velocidad de cizalladura. Una alta velocidad de cizalladura es importante para una unión óptima y un mezclado homogéneo. Una mezcladora de cocina portátil convencional es adecuada para proporcionar una alta velocidad de cizalladura, aunque la presente divulgación abarca otros métodos de mezclado con una alta velocidad de cizalladura. Además, el mezclado a alta velocidad de cizalladura no es estrictamente necesario, y las composiciones que no se han mezclado a una alta velocidad de cizalladura están, no obstante, abarcadas dentro de la presente divulgación.

Una vez que la mezcla fibrosa está adecuadamente mezclada, opcionalmente se comprime la mezcla fibrosa. Por ejemplo, la mezcla fibrosa puede transformarse en pellets comprimidos. La compresión mejora la unión de la mezcla fibrosa. La mezcla fibrosa comprimida es útil para elaborar plantones de sustrato caseros, donde el usuario final simplemente llena una bandeja con la mezcla fibrosa y luego añade agua para producir un plantón. Se ha descubierto que las mezclas fibrosas descritas en el presente documento se fortalecen con el tiempo y ciclos de riego repetidos y, por tanto, son muy deseables para aplicaciones de plantones caseros, que brindan flexibilidad para los usuarios de invernaderos.

La mezcla fibrosa generalmente tiene un contenido de humedad inicial (es decir, antes de añadir agua adicional) que oscila entre aproximadamente el 20 % y aproximadamente el 60 %, o entre aproximadamente el 30 % y aproximadamente el 50 %, o entre aproximadamente el 35 % y aproximadamente el 45 %, basándose en el peso total de la mezcla fibrosa. En un ejemplo no limitativo, la mezcla fibrosa tiene un contenido de humedad inicial de aproximadamente el 40 %, basándose en el peso total de la mezcla fibrosa.

Una vez que la mezcla fibrosa tiene la forma deseada, generalmente se añade agua a la mezcla fibrosa para activar la unión en la mezcla fibrosa y producir un medio de crecimiento estabilizado. El agua puede estar calentada o no. En algunas realizaciones, se añade agua hasta el punto de saturación, donde el agua precipita. Preferiblemente, se añade agua hasta el punto de “pegajosidad”, que normalmente es cuando la mezcla tiene un contenido de humedad que oscila entre aproximadamente el 55 % y aproximadamente el 80 %, o entre aproximadamente el 60 % y aproximadamente el 75 %, o entre aproximadamente el 65 % y aproximadamente el 70 %. Sin embargo, pueden añadirse diferentes cantidades de agua según las características físicas deseadas del producto final. Además, el profesional experto reconocerá que el contenido de humedad óptimo de la mezcla fibrosa antes y después de añadir el agua dependerá de las composiciones y cantidades de los materiales de sustrato y los aditivos incluidos en la mezcla fibrosa. Después de añadir el agua, la mezcla se deja secar durante un corto periodo de tiempo, que generalmente oscila entre aproximadamente 30 minutos y aproximadamente 2 horas. Después del secado, el producto resultante es un medio de crecimiento estabilizado en la forma o conformación deseada. El uso de aditivos tales como fibras de celulosa, una combinación de fibras de celulosa y arcilla, carragenano, una combinación de fibras de celulosa y carragenano, quitosano y/o alginato, o una combinación de fibras de celulosa y quitosano y/o alginato, tal como se describe, da como resultado un medio de crecimiento estabilizado que tiene propiedades de unión ventajosas. Por ejemplo, tal como se demuestra en los ejemplos en el presente documento, el medio de crecimiento estabilizado gana resistencia con el tiempo con ciclos de riego repetidos que imitan las condiciones del invernadero.

Para mayor claridad, el término “medio de crecimiento estabilizado” se usa en el presente documento para referirse al producto estabilizado, que se distingue de la mezcla fibrosa. El término “mezcla fibrosa” se usa para referirse al producto resultante de la combinación de aditivos/aglutinantes con uno o más materiales de sustrato, antes de la adición de agua para activar la unión. Para mayor claridad, cabe señalar que el término “mezcla fibrosa” se usa en el presente documento para abarcar la mezcla producida a partir de materiales de sustrato y aditivos/aglutinantes incluso si la mezcla no incluye fibras de celulosa. El término “medio de crecimiento estabilizado” se usa en el presente documento para referirse al producto resultante de la adición de agua a la mezcla fibrosa para activar la unión en la misma. El término “composición de medio de crecimiento de plantas” se usa en el presente documento para referirse a la mezcla fibrosa o al medio de crecimiento estabilizado.

La conductividad (CE) y la acidez (pH) son dos características comúnmente medidas de un sustrato. El pH de los medios de crecimiento estabilizados descritos en el presente documento generalmente oscila entre aproximadamente 5,5 y aproximadamente 7,0, o entre aproximadamente 6,0 y aproximadamente 6,8, o entre aproximadamente 6,2 y aproximadamente 6,6. La conductividad de los medios de crecimiento estabilizados descritos en el presente documento generalmente oscila entre aproximadamente 0,2 mS/cm y aproximadamente 0,8 mS/cm. En un ejemplo no limitativo, el medio de crecimiento estabilizado tiene un pH de aproximadamente 5,8 y una conductividad de aproximadamente 0,5 mS/cm. Tanto el pH como la conductividad del medio de crecimiento estabilizado o de la mezcla fibrosa pueden ajustarse añadiendo disoluciones tampón o iones fertilizantes adecuados.

Además de los diversos aditivos comentados anteriormente, la composición de medio de crecimiento de plantas proporcionada en el presente documento puede incluir además uno o más aglutinantes adicionales, tales como los aglutinantes poliméricos poli(alcohol vinílico) (PVA) o poli(acetato de vinilo) (PVAC). La composición de medio de crecimiento de plantas también puede incluir una variedad de aditivos opcionales. Estos aglutinantes y aditivos adicionales pueden añadirse a la mezcla fibrosa o pueden estar presentes en los materiales de sustrato antes de combinarse con los aditivos tales como fibras de celulosa. Cuando hay un polímero presente, puede añadirse un reticulante para mejorar la resistencia del medio. Los reticulantes ayudan a estabilizar la composición de medio de crecimiento de las plantas cuando hay un polímero presente.

Los reticulantes adecuados para PVA incluyen, pero no se limitan a, tripolifosfato, ácido cítrico, glioxal, dimetiloldihidroxietilenurea (DMDHEU), aldehídos, resinas termoendurecibles, sales de aniones multivariantes, glioxal, isocianato, poli(ácido acrílico), bis(hidroxietil)sulfona (BHES), glutaraldehído, ácido succínico, ácido butanotetracarboxílico, alúmina, epiclorhidrina, bórax, hidróxido de aluminio, cloruro de aluminio hidratado, acetato de aluminio, sulfato de aluminio, glicina, ácido málico, ácido tartárico, ácido oxálico, dialdehídos, polialdehídos, epóxidos, trifosfatos, divinilsulfona, reactivos de tiol, y ácidos policarboxílicos C2 a C9. Los ejemplos no limitativos de reticulantes disponibles comercialmente incluyen Bacote-20 (Magnesium Elekton, Ltd), Glyoxal (BASF), y Polycup 172 (Ashland). Los reticulantes pueden usarse solos o como parte de una mezcla de reticulantes. En algunas realizaciones, el reticulante se premezcla con PVA antes de añadirlo a los materiales de sustrato, a la mezcla fibrosa, o al medio de crecimiento estabilizado. El premezclado del reticulante y el PVA acelera la reacción.

Los reticulantes adecuados para carragenano, quitosano o alginato incluyen, pero no se limitan a, quitosano (que tiene grupos hidroxilo que pueden reticularse para formar, por ejemplo, ésteres con grupos ácido carboxílico), calcio, glutaraldehído, metales, dihidrazida adípica, carbodiimida soluble en agua, o combinaciones de los mismos. En algunas realizaciones, el reticulante se premezcla con carragenano, quitosano y/o alginato antes de añadirlo a los materiales de sustrato, a la mezcla fibrosa, o al medio de crecimiento estabilizado.

En un ejemplo no limitativo, la composición de medio de crecimiento de plantas comprende materiales de sustrato, fibras de celulosa en una cantidad que oscila entre aproximadamente el 0,5 % p/p y aproximadamente el 2 % p/p, carragenano en una cantidad que oscila entre aproximadamente el 0,5 % p/p y aproximadamente el 2 % p/p, quitosano en una cantidad que oscila entre aproximadamente el 0,5 % p/p y aproximadamente el 2 % p/p, y tripolifosfato en una cantidad que oscila entre aproximadamente el 0,5 % p/p y aproximadamente el 2 % p/p.

Además, pueden añadirse uno o más aceleradores a los materiales de sustrato, a la mezcla fibrosa, o al medio de crecimiento estabilizado para beneficiar el procedimiento de reticulación. Los aceleradores adecuados incluyen, pero no se limitan a, hipofosfito de sodio. El acelerador, cuando se usa, normalmente se añade en una cantidad de aproximadamente el 1-10 % en relación con la cantidad de reticulante presente. Por ejemplo, si el reticulante es ácido cítrico al 2 %, entonces puede añadirse hipofosfito de sodio al 0,2 % como acelerador.

Los términos “poli(alcohol vinílico)” y “PVA” se refieren a un polímero sintético soluble en agua que tiene la fórmula general [CH<2>CH(OH)]n. El PVA puede suministrarse como sólido o como disolución acuosa. En realizaciones particulares, el PVA se proporciona como un sólido de calidad superfina que tiene una pureza del 99 %. (Cuando el PVA se usa como sólido, opcionalmente puede calentarse durante un periodo de tiempo para facilitar la disolución del PVA en agua). El PVA puede fabricarse a partir de la hidrólisis del poli(acetato de vinilo). El PVA puede estar completamente hidrolizado (todos los grupos -OH), pero también puede estar sólo parcialmente hidrolizado (por ejemplo, el 85-90 % de grupos -OH) con, por ejemplo, el 10-15 % de grupos acetato. Los ejemplos adecuados de PVA disponible comercialmente incluyen, pero no se limitan a: Selvol 165SF (Sekisui), que tiene una viscosidad de 62-72 cps (alto peso molecular); Selvol E575 (Sekisui), que tiene un peso molecular de 180.000-215.000; Selvol 350 (Sekisui), que tiene una viscosidad de 62-72 cps y un peso molecular de 172.000-186.000; Selvol 707 (Sekisui); y Selvol 605 (Sekisui). Pueden adquirirse disoluciones preelaboradas de PVA de diversas empresas. Se desean tales disoluciones con alto peso molecular o un alto grado de polimerización para proporcionar mayor resistencia. Ejemplos de Sekisui son Selvol 125 (disolución al 8 % p/v), Selvol 325 (disolución al 9 % p/v), Selvol 523 (disolución al 9 % p/v), y Selvol 540 (disolución al 5 % p/v). Alternativamente, puede añadirse PVA como aditivo sólido.

Puede elaborarse PVA como una disolución (por ejemplo, al 2-5 %) antes de añadirlo, ya que la solubilidad del PVA requiere agitación y calentamiento hasta 90 °C durante cierto tiempo para asegurarse de que el producto químico se disuelva completamente. Luego, la disolución puede añadirse a los materiales de sustrato, a la mezcla fibrosa, o al medio de crecimiento estabilizado. Para mayor comodidad, las disoluciones de PVA o emulsiones de PVA también pueden adquirirse como disoluciones/emulsiones preelaboradas.

Los términos “poli(acetato de vinilo)” y “PVAC” se refieren a un polímero alifático que tiene la fórmula general [C<4>H<6>O<2>K El PVAC generalmente tiene un color blanco, es insoluble en agua y se comercializa como emulsión. Los ejemplos adecuados de PVAC disponible comercialmente incluyen, pero no se limitan a: emulsión VA710, que tiene el 50 % de sólidos por litro; emulsiones Aquence LA 0276 (Henkel); DARATAK® 56L (Owensboro Specialty Polymers, Inc.), que es un polímero de PVAc de peso molecular muy alto con una viscosidad de emulsión baja y buena resistencia a la tracción; y Duracet 300 (Franklin Adhesives & Polymers), que es un PVAC con alto peso molecular.

Puede elaborarse PVA a partir de PVAC mediante el uso de NaOH/metanol. El PVAC tiene un color blanco, mientras que el PVA es una disolución transparente. El PVAC es insoluble en agua y se comercializa como emulsión, mientras que el PVA es 100 % soluble en agua. El PVA puede estar completamente hidrolizado (todos los grupos -OH), pero también puede estar parcialmente hidrolizado (85-90 % de grupos OH y 10-15 % de grupos acetato). Por tanto, el PVAC es más hidrófobo y contribuye más fuertemente a producir superficies más secas que el PVA. La resistencia del polímero depende del grado de polimerización; los polímeros más largos o con pesos moleculares más altos dan lugar a productos más resistentes. Puede añadirse una emulsión de PVAC a los materiales de sustrato, a la mezcla fibrosa, o al medio de crecimiento estabilizado.

En una realización, el PVAC es Aquence LA 0276. Sin embargo, pueden usarse otros tipos de emulsiones de PVAC, tales como: emulsiones de PVAC como Duracet 300 de Franklin Adhesives & Polymers y Daratak 56 L de Owensboro Specialty Polymers.

El aglutinante adicional también puede incluir una espuma. La espuma de PVA o espuma de PVAC puede elaborarse en el laboratorio mezclando, por ejemplo, una disolución de PVAC al 1 % (p/v) con espuma (jabón) de afeitar en una razón de 1:1. La espuma de PVA también puede prepararse batiendo el PVA enérgicamente. En un ejemplo no limitativo de preparación y uso de espuma de PVA procedente del batido, se baten 100 ml de PVA Sekisui 540 al 5 % (p/v) y el 8 % (por peso de PVA) de reticulante (ácido cítrico) en un recipiente de mezclado con una mezcladora de cocina manual típica. Una vez que la disolución esté completamente espumada, puede añadirse la espuma a los materiales de sustrato o a la mezcla fibrosa, y luego mezclar hasta obtener una textura “cremosa”. Luego puede usarse la suspensión resultante para llenar una bandeja de propagación de plantas convencional.

La espuma de PVA también puede adquirirse de Makura BV en los Países Bajos. La espuma de PVA o espuma de PVAC está disponible comercialmente como agente adhesivo para encolar papel y madera. Por ejemplo, Makura B.V. comercializa disoluciones de espuma con el nombre comercial Makutech®. La cola de espuma de PVA Makutech®, de Makura BV, tiene el aspecto y el tacto de una crema de afeitar, es fuerte y resistente, y tiene una penetración limitada en los materiales. Esto también da como resultado menos humedad en el producto final. La espuma de PVA Makutech® tiene el mismo comportamiento ambiental y frente al fuego que el PVA no modificado y no espumable. La combinación de este tipo de espuma de PVA con reticulantes adecuados, tales como ácido cítrico, da como resultado una cinética y un tiempo de reacción más rápidos. Los ejemplos no limitativos de otras espumas de PVA disponibles comercialmente específicas de Makutech® incluyen SA 300 (cola de PVA modificado especificado) y espumas de sílice tales como SI 300, SI 500 o SI 600. Cuando se usa espuma de PVA, el producto de medio de crecimiento resultante está más aireado y es más liviano.

Otros posibles aditivos incluyen plastificantes incluyendo, pero sin limitarse a: glicerol, ésteres de ftalato, etilenglicol, dietilenglicol, polietilenglicoles, propilenglicoles, polipropilenglicoles, 1,3-butilenglicol, 1,3-propanodiol, urea, clorhidrato de trimetilamina, pentanodiol, copolímeros de bloque de polioxipropileno, hexitoles, y derivados de oxialquileno de hexitoles. La composición de medio de crecimiento de plantas también puede incluir aditivos tales como tampones de pH, poliestireno expandido, urea formaldehídos, y oligoelementos (por ejemplo, hierro, manganeso, zinc, cobre, boro, molibdeno, cloruro, y níquel).

Se entiende que la presente divulgación puede implementarse como parte de un kit o kits. Un ejemplo no limitativo de un kit de este tipo comprende una mezcla de sustrato y fibras de celulosa, arcilla, carragenano, quitosano, alginato, o una combinación de los mismos, en recipientes independientes, donde los recipientes pueden estar presentes o no en una configuración combinada. Son posibles muchos otros kits, tales como kits que comprenden además un aglutinante adicional u otro aditivo en recipientes adicionales. Los kits pueden incluir además instrucciones para usar los componentes del kit para poner en práctica los métodos del objeto. Las instrucciones para poner en práctica los métodos del objeto generalmente se graban en un medio de grabación adecuado. Por ejemplo, las instrucciones pueden estar presentes en los kits como un prospecto o en la etiqueta del recipiente del kit o de sus componentes. En otras realizaciones, las instrucciones están presentes como un archivo de datos de almacenamiento electrónico presente en un medio de almacenamiento legible por ordenador adecuado, tal como una unidad flash, un CD-ROM, o un disquete. En otras realizaciones, las instrucciones reales no están presentes en el kit, pero se proporcionan medios para obtener las instrucciones de una fuente remota, tal como a través de Internet. Un ejemplo de esta realización es un kit que incluye una dirección web donde pueden verse las instrucciones y/o de la que pueden descargarse las instrucciones. Al igual que las instrucciones, este medio para obtener las instrucciones se graba en un sustrato adecuado.

Además, la presente divulgación puede implementarse en forma de recipientes precargados, tales como bandejas o macetas, listos para la plantación de semillas. En algunas realizaciones, se proporcionan bandejas que tienen cavidades que contienen plantones compuestos por los medios de crecimiento estabilizados tal como se describen en el presente documento. En otras realizaciones, se proporcionan macetas (tales como, pero sin limitarse a, macetas biodegradables) llenas con el medio de crecimiento estabilizado. Se entiende que cualquier recipiente adecuado puede llenarse al menos parcialmente con el medio de crecimiento estabilizado.

Ejemplos

Ejemplo I

Materiales y métodos

Se adquirió poli(alcohol vinílico) (PVA) de Sekisui (Kentucky, EE. UU.; nombre comercial: Selvol; calidad superfina: 99 % de pureza). J. Rettenmaier & Sohne (Rosenberg, Alemania) proporcionó ARBOCEL® 400, FI 400, FIF 400, FT 400 y LIGNOCEL CO 3-6 (todas ellas fibras largas con menor riesgo de formación de moho). Asimismo, J. Rettenmaier (Rosenberg, Alemania) proporcionó Lignocel PF (retención de agua) y Lignocel Flakes (para huertos).

La mezcla de sustrato para plantas que lleva el nombre comercial mezcla de plántulas Jiffy n.° 17-1 era de Jiffy Products America (Lorain, OH). Estaba compuesta por el 70 % de turba blanca fina, 20 % de perlita de calidad media y el 10 % de vermiculita de calidad fina, además de cal, fertilizante y agente humectante. A la mezcla de sustrato 17-1 se le añadieron 0,26 litros del agente humectante Conductor (Aquatrols Inc., Paulsboro, NJ) por m3 de mezcla. Se especificó que el pH era de 5,8 ± 0,3 y que la CE era de 0,5 ± 0,3 mS/cm. El pH se midió de manera controlada, siendo de 5,86. Las mediciones de pH de las mezclas de sustrato de los plantones se tomaron mediante un método de dilución, por ejemplo, diluyendo una cantidad fija de sustrato en un determinado volumen de agua y midiendo el pH del agua. Normalmente se usó una suspensión 1:1,5 en volumen del sustrato en agua desmineralizada durante 18 horas.

La mezcla de fibra de coco, mezcla Jiffy n.° 10, estaba compuesta por el 70 % de fibra de coco, el 26 % de turba deSphagnumy el 4 % de perlita. La mezcla Jiffy n.° 3 estaba compuesta por el 90 % de turba fina y el 10 % de perlita media.

Se realizó una mezcla de sustratos para plantas con productos químicos añadiendo, por ejemplo, 10 g de Arbocel® FT400 sólidas o 20 g de Arbocel® FT400 sólidas a 100 g de la mezcla de sustrato, o bien mezcla Jiffy n.° 10 o bien mezcla Jiffy n.° 3, obteniendo mezclas de sustrato con el 10 % (p/p) o el 20 % (p/p) de Arbocel, respectivamente. Las mezclas fibrosas que contenían Arbocel y materiales de sustrato tenían un contenido de humedad (CH) del 65,9 %. Para elaborar muestras para el análisis de textura, se añadieron las mezclas fibrosas a un marco cuadrado, se comprimieron, y se prepararon para el riego. Los cuadrados se midieron en función de la carga/resistencia a la tracción. Después del llenado, los cuadrados de carga se dejaron madurar durante 24 96 horas, normalmente 48 horas, a temperatura ambiente (21 °C). La temperatura se midió con un termómetro digital Testo 110 de Testo, Inc. (Esparta, NJ).

Para elaborar plantones para trasplantes y experimentos de crecimiento de plantas, se mezclaron las fibras de celulosa con los materiales de sustrato tal como se detalló anteriormente, y las mezclas fibrosas resultantes se usaron para llenar las cavidades cuadradas. Se usó una bandeja moldeada por inyección de 338 unidades. Cada cavidad contenía 20 cm3. Luego se añadió a la mezcla agua calentada hasta temperaturas especificadas hasta que se produjo la saturación completa. El material se dejó reposar durante 48 horas, y se sometieron a prueba las cavidades para el crecimiento de plantas.

Medición de pH y CE

La conductividad del sustrato da una indicación sobre el nivel nutricional. Se usó un medidor de CE (Seven Easy EC Meter de Mettler-Toledo, LLC, Columbus, OH) para medir la conductividad. La acidez del sustrato se determinó potenciométricamente usando un medidor de pH electrónico (medidor de pH Seven Go de Mettler-Toledo, LLC, Columbus, OH). Tanto la CE como el pH se determinaron usando la misma suspensión 1:1,5 en volumen del sustrato en agua desmineralizada.

Medición del punto de rotura mediante un analizador de textura

La resistencia a la rotura es el mayor estrés, especialmente en tensión, que un material puede soportar sin romperse. La resistencia a la tracción es el estrés máximo que un material puede soportar mientras se estira o se tira de él antes de fallar o romperse. La fuerza de rotura en Newton se registró en función del tiempo/distancia a 20-22 °C. Se usó una máquina de pruebas universal de columna única Lloyd Instruments LF-plus de Lloyd Materials Testing (Bognor Regis, Reino Unido) para medir la carga/resistencia a la rotura de los bloques de sustrato tratados con PVA/CA y otros compuestos. Se implementó un control microprocesado para una medición de carga de alta precisión y una adquisición rápida de datos, que incluía una celda de carga de alta precisión para mediciones de tensión, compresión y ciclos de fuerza cero. La carga se midió en Newton frente a la extensión de la máquina en milímetros (mm).

Crecimiento de las plantas

Se sometió a prueba la eficacia germinando y cultivando plantas de tomate en medios de crecimiento estabilizados. Se colocaron dos semillas de tomate (de “Beef Stake”) en celdas individuales llenas de mezcla fibrosa, se irrigaron, y se colocaron en un compartimento de germinación. Para la propagación vegetativa, como en el caso de los geranios, se colocó un esqueje individual de 2 nudos de longitud en la mezcla fibrosa apropiada. Luego se colocó una bandeja de propagación en una bandeja y se utilizó una cubierta hermética que simulaba un entorno de invernadero. Para reducir la tasa de evapotranspiración, se realizaron aplicaciones manuales de agua nebulizada 4-5 veces al día. Normalmente, la iniciación de la raíz en la base se produce en 710 días. La germinación se determinó y anotó mediante inspección visual, cuando se observaron radículas emergiendo desde debajo del sustrato. Después de la germinación, se quitó la cubierta del compartimento y se trataron las plantas con 12 horas de iluminación complementaria (longitud de onda de 6400 K) y disoluciones de irrigación y nutrientes típicas a 20-22 °C. Después de 14-21 días, se evaluaron las partes vegetativas y radiculares de las plantas individuales para detectar cualquier factor relacionado con el estrés que pudiera afectar el crecimiento normal.

Resultados y discusión

Los plantones de plantas se elaboraronin situcon Arbocel® FT 400 (figuras 1-2). Los plantones se elaboraron añadiendo 200 gramos de material de sustrato a 300 ml de agua, y luego añadiendo el volumen de Arbocel al 5 %. Esto produjo plantones de plantas elásticos, coherentes y bastante fuertes.

Prueba de carga con analizador de textura

Prueba con Arbocel sólidas mezcladas en el sustrato

Se fabricaron diferentes bloques con Arbocel sólidas y materiales de sustrato y se sometieron a prueba en la medición del punto de rotura. Técnicamente, se trata de mediciones de fuerza/punto de rotura, pero puede observarse una propiedad de tracción con el factor de resistencia a lo largo de la distancia.

Elaboración de macetas de prensa

Se añadieron fibras de celulosa (Arbocel) a la mezcla Preforma n.° 3. También se realizó una producción paralela con PVA/ácido cítrico. A estas mezclas fibrosas se les añadió agua (contenido de humedad inicial de aproximadamente el 40 %) hasta alcanzar el punto de textura “pegajosa”, con un contenido de humedad de aproximadamente el 65-70 %. Luego, las mezclas se prensaron manualmente en macetas de prensa cuadradas con una máquina de elaboración de macetas de prensa manual. La prensa se empujó hacia la mezcla en un recipiente y se perforó, liberando minibloques. Los bloques eran livianos y adquirían resistencia a medida que permanecían en su lugar con el tiempo. Los bloques se mantuvieron unidos muy bien después de un tiempo de reposo muy breve. Los bloques se sembraron con lechuga, berros, tomate o albahaca.

Se comparó el peso de los bloques de Arbocel o PVA con el de los bloques de arcilla. Un promedio de 6 bloques de cada serie muestra que los bloques de arcilla pesan un 9,3 % más que los de PVA. Esto se basa en el uso de 200 g de material de sustrato de mezcla Jiffy n.° 3. Se sembraron tomates en los tres conjuntos para realizar pruebas de germinación y crecimiento.

Prueba de contracción

Se elaboraron 10 macetas de prensa y se compactaron en una fila. La longitud de cada maceta de prensa se midió recién elaborada, y luego nuevamente después de un periodo de tiempo, por ejemplo, 1-2 semanas, cuando las macetas estaban secas. Estas mediciones mostraron que sólo puede haber 1 cm de contracción por cada 10 bloques, midiendo la longitud total de una “longitud de camino” elaborada de 10-25 bloques.

Enraizamiento

Se añadió celulosa en polvo Arbocel® FT 400 (10 % por peso) a la mezcla de sustrato Jiffy n.° 3. Se mezcló la mezcla fibrosa, y luego con la misma se llenó una bandeja de cultivo de propagación hortícola tradicional. Se añadió agua a la mezcla fibrosa, proporcionando así estabilidad estructural al material. Luego, los esquejes plantados se colocaron en un invernadero de laboratorio en miniatura donde se aplicaron condiciones de cultivo tradicionales. La figura 3 muestra una fotografía de esquejes vegetativos de geranio que muestran el desarrollo de raíces de extensión en el sustrato 8 días después de la iniciación (o esquejes desarraigados “adherentes”). Normalmente, este desarrollo de raíces de extensión requiere un periodo más largo, generalmente de 10 14 días, dependiendo de las condiciones del invernadero. Por tanto, el medio de crecimiento estabilizado dio como resultado un enraizamiento sorprendentemente rápido.

Resumen

Arbocel no es soluble en agua y no puede eliminarse por lavado del plantón. La unión a los medios de crecimiento no depende de un calentamiento excesivo, y los aglutinantes pueden añadirse a diferentes tipos de medios de crecimiento, tales como mezclas hortícolas rellenas en cavidades/celdas de bandejas, sistemas para elaborar macetas de prensa, expansiones de mezclas rápidas de suelo (QSM), cuadrados y placas de turba o fibra de coco precomprimida, y de sistemas de pellets sin red. Muchas de estas aplicaciones son adecuadas para el cultivo de hortalizas. Estas composiciones dan como resultado medios tan estabilizados que pueden plantarse directamente en el campo.

Ejemplo II

Se prepararon sustratos pesando 200 gramos de mezcla Jiffy n.° 30, que contenía el 70%de turba deSphagnumcanadiense, el 20 % de fibra de coco y el 10 % de perlita, en una balanza digital simétrica (figura 4A). Se añadieron fibras de celulosa Arbocel® H1000 (J. Rettenmaier, Schoolcraft, Michigan) en una cantidad del 2 % p/p a la mezcla Jiffy n.° 30 (figura 4B). Los materiales se mezclaron entre sí usando una mezcladora de cocina portátil convencional a una velocidad de mezclado de alta cizalladura para separar y mezclar H1000 en el material de sustrato de mezcla Jiffy n.° 30, creando una mezcla fibrosa (figuras 5A-5B). Luego, con la mezcla fibrosa se llenó completamente una bandeja de propagación de plantas hortícolas vacía. El sustrato se compactó ligeramente para eliminar cualquier hueco y para comprimir físicamente las fibras entre sí. Luego se aplicó agua a la mezcla fibrosa hasta que la cavidad quedó completamente saturada y el exceso de agua comenzó a precipitar por el orificio de drenaje inferior de la bandeja (figura 6).

Se prepararon tres bandejas adicionales tal como se describió anteriormente, con diferentes aditivos o combinaciones de aditivos. De las cuatro bandejas en total, una bandeja se llenó con una mezcla fibrosa elaborada de mezcla Jiffy n.° 30 y fibras de celulosa H1000, una bandeja se llenó con una mezcla fibrosa elaborada de mezcla Jiffy n.° 30 y un material de fibra de celulosa que tenía una impresión de revista en color reciclada y una pequeña cantidad de arcilla (denominada “ETF”), una bandeja se llenó con una mezcla fibrosa elaborada de mezcla Jiffy n.° 30 y kappa-carragenano (“Carrag”), y una bandeja se llenó con una mezcla fibrosa elaborada de mezcla Jiffy n.° 30 y fibras de celulosa H1000 y arcilla Pelbon (“H/Arcilla”).

Las bandejas se dejaron reposar durante 24 horas antes de evaluar las características de fuerza de rotura de módulo. Luego, se retiraron los plantones de las bandejas y se sometieron a prueba en un dispositivo de pruebas de módulo IMADA (figura 7A). Se aplicó presión hasta alcanzar el punto de rotura (figura 7B). Las mediciones del punto de rotura se tomaron en dos series y se midieron en LBF (libra-fuerza), donde 1 LBF equivale a 4,5 N. Los resultados se muestran en la figura 7C y en la siguiente tabla 1.

Tabla 1 - Medición del punto de rotura en LBF (1 LBF equivale a 4,5 N)

Tal como se observa en la figura 7C y la tabla 1, los plantones elaborados con H1000 mostraron una mayor resistencia a la fuerza, que también aumentó con la adición de arcilla Pelbon de AMCOL Bio-Ag (Hoffman Estates, IL) a H1000. Dicho de otro modo, los plantones más fuertes eran aquellos que tenían una combinación de fibras de celulosa y arcilla. Sin querer limitarse a la teoría, se cree que esto se debe a que los coloides tanto en la turba como en la arcilla aumentan su cantidad de conexiones y el efecto aglutinante aumenta con la reducción de “agua libre”. Pelbon tiene una alta capacidad de intercambio catiónico (CIC), lo que también contribuye a una fuerte unión de los cationes. Los beneficios de estos plantones incluyen la gestión de nutrientes y el crecimiento compacto de las plantas.

Las plantas (geranios) se cultivaron en los plantones preparados tal como se describió anteriormente. La figura 8 muestra una fotografía que compara los plantones a las 2,5 semanas desde la colocación del esqueje desarraigado. En la figura 8, el plantón H1000 está a la izquierda y el plantón H1000/arcilla está a la derecha. Tal como puede observarse en esta imagen, el plantón H1000/arcilla se mantuvo unido mejor que el plantón H1000. Por tanto, la combinación de fibras de celulosa y arcilla produce un sustrato con mejores propiedades aglutinantes que las fibras de celulosa sin arcilla. Además, la planta de la derecha en la figura 8 tiene una estructura de raíces mejor desarrollada que la planta de la izquierda. Dicho de otro modo, la planta cultivada en el sustrato H1000/arcilla estaba más desarrollada que la planta cultivada en el sustrato H1000, lo que demuestra que el desarrollo de la planta se mejora con la combinación de fibras de celulosa y arcilla más que con fibras de celulosa sin arcilla.

Se elaboró una bandeja adicional de la manera descrita anteriormente, donde una fila de huecos se llenó con una mezcla fibrosa elaborada de mezcla Jiffy n.° 30 y ETF, una fila se llenó con una mezcla fibrosa elaborada de mezcla Jiffy n.° 30 y un producto de fibra de celulosa alternativo denominado 105B, una fila se llenó con una mezcla fibrosa elaborada de mezcla Jiffy n.° 30 y un material aglutinante no dado a conocer, y una fila se llenó con una mezcla fibrosa elaborada de mezcla Jiffy n.° 30 y una mezcla de alginato y quitosano. La figura 9A muestra fotografías de la bandeja y la figura 9B muestra una fotografía de los plantones elaborados con mezcla Jiffy n.° 30 y ETF. Cabe destacar que ETF incluye una pequeña cantidad de arcilla. La figura 9A muestra las bandejas llenas de plantas, y la figura 9B muestra los plantones retirados de las bandejas, con las raíces de las plantas visibles. Tal como puede observarse en la figura 9B, estos plantones se mantuvieron unidos suficientemente bien después de 2,5 semanas de crecimiento de la planta.

La figura 10 muestra fotografías que comparan el crecimiento de plantas en plantones que incluían, de izquierda a derecha en la figura 10, ETF, 105B, un material aglutinante no dado a conocer, y una mezcla de alginato y quitosano. Tal como puede observarse en la figura 10, cada uno de estos plantones se mantuvo unido suficientemente bien después de 2,5 semanas de crecimiento de la planta.

La figura 11 muestra una fotografía que compara el desarrollo de raíces de las plantas y la unión del sustrato entre un plantón que incluía fibras de celulosa H1000 al 2 % p/p (a la izquierda en la figura 11) y un plantón sin fibras de celulosa (a la derecha en la figura 11), donde cada plantón incluía mezcla Jiffy n.° 30. Normalmente, el desarrollo de raíces secundarias tarda aproximadamente 4 semanas. Sin embargo, tal como se observa en la figura 11, el desarrollo de raíces secundarias había comenzado después de 2,5 semanas en el sustrato que incluía fibras de celulosa.

Entorno de invernadero simulado

Se simuló un entorno de invernadero con seis plantones diferentes: mezcla Jiffy n.° 30 sin fibras de celulosa ni otros aditivos, mezcla Jiffy n.° 30 con fibras de celulosa H1000, mezcla Jiffy n.° 30 con arcilla Pelbon, mezcla Jiffy n.° 30 con fibras de celulosa H1000 y arcilla Pelbon, mezcla Jiffy n.° 30 con quitosano (1 % p/p de material de sustrato) y alginato (1 % p/p de material de sustrato), y mezcla Jiffy n.° 30 con kappa-carragenano. El invernadero se simuló secando con un horno y regando los plantones cada 2 horas después de las 24 horas iniciales. El punto de rotura de los plantones se midió después de las primeras 24 horas, luego a las 2 horas, 4 horas, 6 horas y 8 horas de la simulación en invernadero. Estos resultados se muestran en la tabla 2 a continuación.

Tabla 2 - Punto de rotura de los plantones después de los ciclos de riego y secado en LBF (1 LBF equivale a 4,5 N)

Tal como se observa en la tabla 2, se observó un aumento en la resistencia a lo largo de los ciclos de riego y secado para cada uno de los plantones, pero la resistencia mejoró más significativamente con el plantón H/P y el plantón de carragenano. Esto demuestra que la combinación de fibras de celulosa y arcilla proporciona un aumento de resistencia mejorado a lo largo del tiempo en comparación con las fibras de celulosa sin arcilla o la arcilla sin fibras de celulosa. El plantón de carragenano y el plantón de quitosano/alginato también presentaron notables mejoras en la resistencia a lo largo del tiempo.

Ejemplo III

Se elaboraron plantones a partir de las siguientes combinaciones usando los métodos descritos anteriormente: (1) mezcla Jiffy n.° 30 y 2 % p/p de H1000; (2) mezcla Jiffy n.° 30, 2 % p/p de H1000 y 2 % p/p de kappacarragenano; (3) mezcla Jiffy n.° 30, 1 % p/p de kappa-carragenano y 1 % p/p de quitosano; (4) mezcla Jiffy n.° 30, 1 % p/p de H1000, 1 % p/p de kappa-carragenano y 1 % p/p de quitosano; (5) mezcla Jiffy n.° 30, 1 % p/p de H1000, 0,5 % p/p de kappa-carragenano y 0,5 % p/p de quitosano; (6) mezcla Jiffy n.° 30, 0,5 % p/p de H1000, 0,5 % p/p de kappa-carragenano y 0,5 % p/p de quitosano; y (7) mezcla Jiffy n.° 30, 0,5 % de H1000, 0,5 % de kappa-carragenano, 0,5 % p/p de quitosano y 1 % p/p de tripolifosfato (reticulante). Los plantones se dejaron reposar durante 24 horas antes de la prueba del punto de rotura y luego se regaron y se sometieron a prueba cada 2 horas. Los plantones se mantuvieron en un ambiente de invernadero simulado, a una temperatura entre 70 y 80 °F durante el tiempo de secado. La tabla 3 a continuación muestra los puntos de rotura medidos después de las primeras 24 horas, luego a las 2 horas, 4 horas, 6 horas y 8 horas de la simulación en invernadero.

Tabla 3 - Punto de rotura de los plantones después de los ciclos de riego y secado en LBF (1 LBF equivale a 4,5 N)

Tal como se observa en la tabla 3, los plantones que contenían carragenano presentaron una tendencia similar a los plantones que contenían arcilla, es decir, mostraron una mayor resistencia después de ciclos repetidos de riego y secado. Los plantones que tenían combinaciones de carragenano y fibras de celulosa, así como la combinación de carragenano y quitosano, adquirieron una resistencia significativa con el tiempo. La combinación de fibras de celulosa y carragenano, en particular, demostró una ganancia significativa de resistencia durante el periodo de prueba, más del doble desde 3,81 LBF hasta 7,08 LBF. Esto demuestra que tales plantones ganarían resistencia durante el periodo de cultivo tradicional de 4-6 semanas en el entorno del invernadero. Esto también mejora con el enredo de las raíces en el plantón a lo largo del tiempo de cultivo.

El alcance de la invención está limitado por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Composición de medio de crecimiento de plantas que comprende:

materiales de sustrato de crecimiento de plantas que comprenden fibra de coco, turba, y perlita;

fibras de celulosa presentes en una cantidad que oscila entre el 0,1 % p/p y el 40 % p/p; y

arcilla que comprende una bentonita de calcio;

en la que las fibras de celulosa tienen una longitud promedio que oscila entre aproximadamente 10 |im y aproximadamente 5 mm, y una anchura promedio que oscila entre aproximadamente 1 |im y aproximadamente 500 |im.

2. Composición de medio de crecimiento de plantas según la reivindicación 1, en la que los materiales de sustrato de crecimiento de plantas comprenden además uno o más de corteza de pino u otras cortezas, compost, fertilizantes, vermiculita, estiércol, lava granulada, piedra pómez, arcilla quemada o calcinada, fibras minerales, musgo hipnáceo, cáscaras de arroz, bagazo, arena, moho de hojas, yeso, y piedra caliza.

3. Composición de medio de crecimiento de plantas según la reivindicación 1, en la que las fibras de celulosa comprenden una mezcla de celulosa y lignocelulosa.

4. Composición de medio de crecimiento de plantas según la reivindicación 1, en la que las fibras de celulosa tienen una densidad que oscila entre aproximadamente 0,5 g/cm3 y aproximadamente 5 g/cm3, un contenido de humedad de equilibrio que oscila entre aproximadamente el 5 % y aproximadamente el 15 %, y una razón longitud-anchura mayor de aproximadamente 10.

5. Composición de medio de crecimiento de plantas según la reivindicación 1, que comprende además agua de modo que el contenido de humedad de la composición de medio de crecimiento de plantas esté en un intervalo de desde aproximadamente el 65 % hasta aproximadamente el 70 %.

6. Composición de medio de crecimiento de plantas según la reivindicación 1, que comprende además un aglutinante adicional seleccionado del grupo que consiste en poli(alcohol vinílico) (PVA) y poli(acetato de vinilo) (PVAC), y que opcionalmente comprende además un reticulante.

7. Composición de medio de crecimiento de plantas según la reivindicación 1, en la que la composición de medio de crecimiento de plantas está en forma de pellets comprimidos o expandidos, bandejas planas rellenas, minibloques, o macetas de prensa.

8. Composición de medio de crecimiento de plantas según la reivindicación 1, en la que las fibras de celulosa y la arcilla están presentes en una razón en peso de fibras de celulosa con respecto a arcilla que oscila entre aproximadamente 1:1 y aproximadamente 5:1.

9. Composición de medio de crecimiento de plantas según la reivindicación 1, en la que la arcilla está presente en una cantidad que oscila entre aproximadamente 10 kg/m3 de materiales de sustrato y aproximadamente 65 kg/m3 de materiales de sustrato.

10. Método para elaborar un medio de crecimiento estabilizado, comprendiendo el método:

mezclar fibras de celulosa y arcilla con materiales de sustrato de crecimiento de plantas para formar una mezcla fibrosa, en el que la arcilla comprende una bentonita de calcio, en el que las fibras de celulosa están presentes en una cantidad que oscila entre aproximadamente el 0,1 % p/p y aproximadamente el 40 % p/p, en el que las fibras de celulosa tienen una longitud promedio que oscila entre aproximadamente 10 |im y aproximadamente 5 mm, y una anchura promedio que oscila entre aproximadamente 1 |im y aproximadamente 500 |im, y en el que los materiales de sustrato de crecimiento de plantas comprenden fibra de coco, turba, y perlita;

configurar la mezcla fibrosa en una forma deseada; y

añadiendo agua a la mezcla fibrosa para activar la unión de la mezcla fibrosa y producir un medio de crecimiento estabilizado de la forma deseada.

11. Método según la reivindicación 10, que comprende además dejar que el medio de crecimiento estabilizado se seque durante un periodo de tiempo que oscila entre aproximadamente 30 minutos y aproximadamente 24 horas.

12. Método según la reivindicación 10, en el que el mezclado comprende mezclar de manera homogénea con una alta velocidad de cizalladura.

13. Método según la reivindicación 10, que comprende además comprimir la mezcla fibrosa antes de configurar la mezcla fibrosa en la forma deseada.