[发明专利]具有聚合物的生长介质

说明书

各种记载的实例涉及包括膨胀聚合物颗粒的生长介质，以及包括该生长介质、容纳营养液的容器和植物的生长环境，使得植物的根被接收在生长介质中。还考虑了制备生长介质的相关方法，包括生长介质的灭菌和用生长促进剂制备生长介质。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年3月28日提交的临时申请号62/825,249的权益，该申请通过引用全文纳入本文用于所有目的。

技术领域

本公开一般涉及农业生长介质，更具体地，涉及可重复使用并且还能够包含气体和营养物的膨胀聚合物农业生长介质。

背景技术

近年来，由于可以节省能源、提高用水效率以及降低传统农业通常带来的风险，室内农业变得越来越流行。在节能方面，室内农业使用种植照明，包括LED灯(例如顶棚灯)来控制种植园接收到的特定波长的光。植物生长源于营养、光和二氧化碳的可用性。植物使用叶绿素和其他色素来吸收光能，并通过称为光合作用的过程将其转化为植物可以使用的能量。例如，存在于所有植物中的叶绿素a从紫蓝色和橙红色光的波长中吸收最多的能量。农民可以利用植物及其色素的知识来调整使用哪种生长灯来节省能源。

特定种类的室内农业以不同于典型室外农业的方式使用水。例如，水培农业在种植植物时不使用土壤，并且在植物根部暴露于其中的水溶剂中包括植物生长所需的所有营养物质和矿物质。植物由惰性介质(如珍珠岩或砾石)支撑，而不是由土壤支撑。此外，一些水培作业中的闭环灌溉系统可节省一半以上的用水量并减少肥料的使用量，同时防止污染物进入系统，这些污染物可能来自地下水和土壤。

降低风险也是促进室内农业普及的一个主要因素。例如，当植物以传统的户外农业方法种植时，病虫害、恶劣天气和其他来源造成产量损失的风险更大。此外，可以产出可食用蔬菜和水果的植物可以在当地种植，以减少从食品供应到分销商(例如餐馆、超市和当地农贸市场)的距离，从而降低运输成本，并有助于通过当地采购确保新鲜度。

室内农业的目标之一是保护植物免受有害病原体的侵害。在农业生物技术等科学领域尤其如此，在这些领域中，此类病原体的污染会导致必须在无菌环境下进行的程序所获得的结果出现错误。因此，公开了在不使用任何土壤的情况下在室内环境中用于植物生长的水培支持介质，在营养液中提供水以及植物生长所需的营养物。然而，随着植物根部的生长，这些示例中的支持介质导致容纳支持介质和根的容器内的压力增加。这种增加的压力会减少容器中空气的相对空间，并可能导致容器内的空气被挤出或以其他方式从容器中逸出。压力增加的影响因刚性支持介质的性质而变得复杂，其无法容纳大量空气。通常，容器中空气不足可能会抑制植物生长，因为植物根部利用空气进行呼吸。此外，当浸水时，支持介质容易滋生藻类和霉菌，这对植物的生长有害，因为这些藻类和霉菌会使根部缺乏急需的氧气。支持介质面临的另一个问题是根部生长非常快以充满介质和容器，之后根部被迫从容器中生长出来并进入光照中，再次使藻类生长以及导致其他不想要的结果。

此外，人们对可重复使用的生长介质的需求不断增加，这种生长介质被认为是室内农业更环保的选择。一个挑战是找到一种化学惰性的材料，使得其在每次使用后都能有效地灭菌。对生长介质进行灭菌的过程可能很重要，因为例如，随着植物的生长，植物的根可能会进入生长介质并被吸收，可能会将植物病原体留在生长介质中，从而可能导致将在介质中生长的下一株植物发生疾病。因此，最可靠的灭菌方法是使用化学试剂、加热或辐射。然而，这些方法都有其自身的缺点。

关于化学灭菌，过氧化氢、酒精、季铵盐和漂白剂是一些流行的选择。酶产品也可用于加快水培介质中的灭菌过程。然而，现有的生长介质通常是可降解的，因此重复使用化学试剂对生长介质进行灭菌可能导致生长介质在不得不扔掉之前使用的次数相对较少。热灭菌是另一种有其自身缺点的选择。例如，如果使用烘箱加热生长介质，可能很难准确知道必须加热生长介质多长时间以及在什么温度下加热才能确保无菌。如果加热过多，某些生长介质会产生难闻的气味或烟雾，吸入可能有害。辐射灭菌也存在同样的缺点。通常，紫外光照射用于辐射型灭菌，但长时间暴露在辐射下会损坏生长介质并改变生长介质的物理或化学特性。

发明内容