[发明专利]用于诱导优先的根向性的组合物和方法

说明书

相关申请的交叉引用

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

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。

发明背景

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。

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。

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。

一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。

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。

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。

发明概述

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。

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。

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。

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。