用于诱导优先的根向性的组合物和方法
【专利说明】用于诱导优先的根向性的组合物和方法
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请要求于2012年12月20日提交的美国临时专利申请号61/739, 887的权益， 通过引用以其全部内容结合在此。 发明领域
[0003] 本发明涉及在促进种子萌发、植物和作物产量方面以及在植物、灌木、作物和一般 农业有效利用水的方面中有用的侵入体和使用方法。
[0004] 发曰月背景
[0005] 水短缺是一种对人类和农业发展的主要约束。所消耗的淡水的大致70%是针对农 业相关的使用，例如作为灌溉用水，其进而占据农业使用的大致90 %。随着贯穿农业发展以 及人类发展对于淡水需求的增加，水的更有效并且高效的利用变得越来越必要。鉴于淡水 越来越短缺，这个需求甚至更突出。因此，对于改进的且更高效的淡水利用存在一个不断增 长的需求。
[0006] 在农业中使用的一些水通过蒸发、渗透、排水、和水径流而流失。剩余的可以由植 物、草和树吸收，被用于收获生产。
[0007] 在农业中的水的高效利用不仅具有相当大的生态影响，而且因为在植物可获得的 水量与它们的产量之间存在直接相关，还具有对农业经济的影响。如果水在植物的根的水 平处被吸取或限制较长的时间，应该存在对作物生产和产量的直接影响。在关键条件过程 中，优化的水利用以及增加的水可用性可以保护作物免受收获的彻底毁灭和损失。
[0008] -种传统的解决方案是通过使用添加剂，通常处于与土壤混合并且充满土壤的具 有超强吸收能力的水凝胶的形式，其中这些具有超强吸收能力的水凝胶当暴露于水中时能 够吸收水。用于农业的常见的具有超强吸收能力的水凝胶是基于丙烯酰胺或丙烯酸酯的聚 合结构，这些水凝胶是以导致它是超多孔的这样一种方式商业上合成的。当它们在水的存 在下溶胀时，这些水凝胶的超多孔特征经常导致它们极度脆弱。它们吸收允许膨胀的大量 的水。溶胀和消溶胀（de-swelling)的恒定循环使得商业的水凝胶经常易受破损的影响。
[0009] 总体上已经公认（例如由农民公认）的是具有超强吸收能力的水凝胶的使用提高 了土壤的保水能力。然而，使用这些水凝胶与根生长活力的直接关系不是明显的。它仅仅 得到提示但是没有得到明确地证明。
[0010] 因此，需要一种可以例如通过诱导优先的根向性并且辅助将水重新分配在土壤中 改进植物和草对水的利用的改进的方法和装置。
[0011] 发明概沐
[0012] 本发明涉及用于改进作物、以及农业和园艺植物、灌木、树和草（下文有时统称为 "植物"）的产量、根生长和/或萌发率的方法。目标应用包括但不限于增加作物或植物的产 量或在非常恶劣的区域（非灌溉区域、温暖或热气候、多风区域、缺乏降水、或这些的组合） 中保护作物或植物的农业应用。目标市场包括但不限于：针对非灌溉作物（包括但不限于 小麦、棉花、等）的农业；针对灌溉作物（包括但不限于基于园艺的植物）的农业；树艺、林 业和园艺；高尔夫球场；运动和公园的草皮；苗圃、用于植物苗圃的幼苗促进剂；和水果、等 等。在此描述的方法能够在目标土壤区域中增加农业产量、园艺产量和/或作物或植物产 量。
[0013] 取代依赖于聚丙烯酰胺凝胶，另一种用以增加产量、根生长和/或萌发率的策略 是将已经存在于土壤中的水进行重新分配。在土壤中的水通过重力渗漏在土壤表面下方， 经常在根的下方的几米深处并且最后在地下水层之内和周围得到收集。通过引入技术和装 置，来自地下水层中的水可以被重新分配为更靠近根，和/或根的优先向性可以被诱导得 更深而进入土地中或一些优选的生长模式中或一些所希望的区域/位置中。此类技术允许 利用已经存在的用以改进根生长并且增强根死亡率的自然生物现象（例如，向地性）的优 势。
[0014] 在一个实施例中，在此描述了能够通过使用某些技术、特别是通过引入异成分 (inhomogeneity)诱导优先的向性来改进根生长的方法和装置。结果目前是基于一种模型 系统，该模型系统由单分散的二维（2D)粒状介质以及单层玻璃珠粒基质组成。在一个实施 例中，用以增强优先向性的技术是基于一种被插入至该2D介质中的固体方管。该方管的尺 寸与该介质的厚度大致相同。该管的几何形状有利于沿着外壁的畅通无阻的毛细管流，这 证明了有利于根的生长动力学。
[0015] 在一个方面，在此描述了增加植物的根长度和/或诱导根向性的方法，该方法包 括：将根装置的至少一部分插入接近种子或植物（或接近其中预期种植种子或植物）的土 地中。该根装置是一种在基本上为纵向方向上延伸的结构。
[0016] 在另一个方面，在此描述了诱导植物根朝向土壤中的蓄水池的向性的方法，该方 法包括：将一种根装置的至少一部分插入接近种子或植物（或接近其中预期种植种子或植 物）的土地中。该根装置是一种在基本上为纵向方向上延伸的结构。
[0017] 在另一个方面，在此描述了促进根朝向土壤中的水来生长的方法，该方法包括：将 一种根装置的至少一部分插入接近种子或植物（或接近其中预期种植种子或植物）的土地 中。该根装置是一种在基本上为纵向方向上延伸的结构。
[0018] 在另一个方面，在此描述了增加植物的寿命的方法，该方法包括：将一种根装置的 至少一部分插入接近种子或植物（或接近其中预期种植种子或植物）的土地中。该根装置 是一种在基本上为纵向方向上延伸的结构。
[0019] 在一个实施例中，该根装置具有大于约0. 1mm的平均横截面直径。在其他实施例 中，该根装置具有大于约 〇? 2mm、0? 4mm.0. 6mm.0. 8mm、1 mm、、4mm、fimm、8mm、1 cm、3cm、ficm、 8cm、10cm、12cm或15cm的平均横截面直径。
[0020] 在一些实施例中，该根装置具有从0? 1mm至5mm的平均横截面直径，或具有从 0. 2_的平均横截面直径，或者在其他实施例中具有从0. 2_至2_的平均横截面直径。
[0021] 在另一个实施例中，该结构包括一种管，该管具有近端和远端并且具有至少一个 穿孔。该至少一个穿孔具有小于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的直径或宽度。该管可进一步包括内壁和外壁。
[0022] 在一些实施例中，该穿孔具有小于土壤中的平均土壤粒度的50%的直径或宽度。
[0023] 在一个实施例中，该结构包括一种薄壁管。该结构可以能具有任何适合的横截面 形状，例如，该结构可以具有基本上呈圆形的、正方形的、椭圆形的、三角形的横截面积。在 一个具体的实施例中，该结构包括至少一个纵壁。
[0024] 在另一个方面，在此描述了增加植物的根长度和/或诱导根向性的方法，该方法 包括：使植物或种子与土壤接触；并且将一种根装置的至少一部分插入接近该种子或该植 物的土壤中。该根装置具有一种在基本上为纵向方向上延伸的结构，其中，在一个实施例 中，该结构包括一种薄壁管或包括至少一个壁。
[0025] 在又另一个方面，在此描述了增加植物的根长度和/或诱导根向性的方法，该方 法包括将一种根装置的至少一部分插入土壤中；并且使植物或种子与接近于该根装置的土 壤接触；其中该根装置包括一种在基本上为纵向方向上延伸的结构。
[0026] 在一个另外的方面，在此描述了用于增加植物的根长度（或诱导根向性）的装置， 其中该装置是在基本上为纵向方向上延伸的结构，并且具有包括外壁和内壁的横截面积。 该横截面积可以是任何适合的形状，包括但不限于基本上呈正方形的、椭圆形的、圆形的、 三角形的、或不规则四边形的形状。
[0027] 应理解的是术语"根装置"在此还称为"侵入体"并且可以可互换地使用。
[0028] 附图简要说明
[0029] 图1是基于展示了使用该根装置对比没有根装置在促进根生长和根向性方面的 效果的照片的描绘。
[0030] 图2是一个示出了主根长度随着时间（天）的图表连同一个图形表示。
[0031] 图3是一个示出了总根长度随着时间（天）的图表连同一个图形表示。
[0032]图4是基于一张在一个实施例中展示了接近该根装置的生长诱导向性的照片的 描绘。
[0033]图5是基于在一个实施例中1mm根装置的照片的描绘，其中液膜（展示毛细管作 用）在该根装置与周围介质（例如，玻璃珠粒的单层作为模型土壤（lmm±0. 2mm))之间。
[0034] 图6是在一个实施例中该根装置的一个示图。
[0035]图7是在另一个实施例中包括一个基本上为固体的结构而没有穿孔的根结构装 置的示图。
[0036] 发明的详细说明
[0037] 本发明涉及对改进植物和作物的萌发率有用的方法和装置。
[0038] 如在此描述并且要求保护的，能够通过将固体异成分引入土壤中诱导根的优先向 性以用