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Phenolharzschäume als Substrat für erdelose Pflanzenkultur
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Phenolharzschäumen
mit defierten physikalischen Eigenschaften als Substrat für die Kultivierung und
Weiterkultivierung von Jungpflanzen.
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Es ist bekannt, Pflanzen losgelöst vom gewachsenen Boden auf zum Teil
- oder vollständig - künstlichen, teilweise chemisch neutralen, Substraten mit relativ
kleinem >Wurzelraum zu kultivieren.
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Diese Aufzuchtweise wird als erdelose Pflanzenkultur bezeichnet.
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Außer Substraten, die organische natürliche Substanzen, wie Torf-oder
Strohballen, enthalten, werden auch vollsynthetische Substrate wie Schaumstoffe
auf Basis von z.B. Polyurethanen, für diene Kulturverfahren eingesetzt. Auch Steinwolle
oder Gesteinsfaserlatten sind schon als Substratmaterial vorgeschlagen worden.
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Die bisher bekannten vollsynthetischen oder anorganischen oben genannten
Substrate erfüllen zwar einige Voraussetzungen für die Verwendung als Substratmaterial,
wie z.B. Sterilität, Abweseneit von Pflanzengiften, schnelle Wasseraufnahmefähigkeit,
jeloch ist entweder die Wasserkapazität nicht groß genug, wie z.B.
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bei Gesteinsfaserplatten oder es kann wegen einem zu geringen
Anteil
an offenen Poren nicht genügend Wasser an die Pflanzen abgegeben werden. Weiterhin
läßt sich bei diesen vollsynthetischen Substraten das Verhältnis Luft : Wasser teilweise
schlecht regulieren, sodaß an die Pflanzenwurzeln entweder überhaupt keine uft oder
nur eine ungenügende Menge Luft kommt.
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Es bestand deshalb die Aufgabe, ein vollsynthetisches Substrat für
erdelose Pflanzenkultur zu finden, das steril und inert ist, das keine Pflanzengifte
enthält, Wasser in großer Menge schnell aufnimmt und auch wieder in genügender Menge
an die Pflanze abeben kann, wobei gleichzeitig auch gewährleistet sein muß, daß
an die Wurzeln auch noch genügend Luft gelangt.
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In Erfüllung dieser Aufgabe wurde nun gefunden, daß sich Phenolarzschäume
mit einer Dichte zwischen 9 und 25 kg/m2, einem Anteil von mehr als 80 % an offenen
Poren und einem durchschnittlichen Zellendurchmesser zwischen 0,15 und 0,5 mm als
Substratmaterial für erdelose Pflanzenkultur verwenden lassen. Phenolharzschäume,
die diese Bedingungen erfüllen, besitzen im allgeeinen eine Wasseraufnahmefähigkeit
von mehr als 75 Vol.% bei einerWasseraufnahmegeschwindigkeit vDn weniger als 10
Minuten pro Liter Schaumvolumen; sie können im allgemeinen 5 - 400 g Wasser pro
Liter. Schaum abgeben. Dies bedeutet, daß diese Menge Wasser nicht fest in den Poren
des Schaums festgehalten wird.
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Die Bereiche, aus denen das Wasser austritt, füllen sich dann naturgemäß
mit Luft, die den Pflanzenwurzeln zur Verfügung steht.
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Die Wasserabgabefähigkeit wird im folgenden auch als negative
Wasserretention
bezeichnet.
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Es wurde nämlich zusätzlich noch gefunden, daß bei Verwendung von
Phenolharzschäumen als Substrat für erdelose Pflanzenkultur eine ausreichende Wasserversorgung
der Pflanzen vorliegt, wenn die Wasseraufnahmefähigkeit des Schaumes größer als
75 Vol.%, orzugsweise 80 - 97 Vor.% bei einer Wasseraufnahmegeschwindig keit von
weniger als 10 Minuten, vorzugsweise von 0,5 - 5 Minuten ro Liter Schaumvolumen
ist und die negative Wasserretention zwischen 5 und 400 g pro Liter Schaum beträgt.
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Die negative Wasserretention ist die Wassermenge, die aus einem mit
Wasser vollgesogenem Schaumstoff-Prüfkörper (Länge 220 -230 mm, Breite 107 - 110
mm, Höhe 70 -;80 mm) innerhalb 30 Minuten austritt, wenn der Prüfkörper frei so
gelagert wird, daß seine Längsachse zur Waagerechten einen Winkel von 600 bildet.
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ie Wasseraufnahmefähigkeit und die Wasseraufnahmegeschwindigkeit
wird folgendermaßen bestimmt: ein Schaumstoffstück der oben genannten Abmessungen
wird auf eine Wasseroberfläche von estilliertem Wasser (t = 200 C) aufgelegt und
die Zeit gemessen, in der sich der Prüfkörper mit Wasser vollsaugt, so daß er total
benetzt erscheint. Anschließend wird ie aufgenommene Wassermenge durch Differenzwägung
bestimmt.
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er durchschnittliche Zellendurchmesser wird mit Hilfe von Raster-Elektronenmikroskop-Aufnahmen
gemessen.
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Der Anteil an offenen Poren wird in an sich bekannter Weise mit dem
Beckmann Luftvergleichs-Pyknometer bestimmt.
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Die Herstellung der Phenolharzschäume, die erfindungsgemäß verwendet
werden, erfolgt auf an sich bekannte Weise durch Aufschäumen von entsprechenden
Phenolresolharzen in Gegenwart eines Härters. Solche Harze und daraus hergestellte
Schäume sind bekannt und im Handel erhältlich (z. B. Phenolharze VT 5836 und T 910
der Dynamit Nobel AG, Troisdorf). Die gewünschte Dichte des Schaums läßt sich in
an sich bekannter Weise durch Variation der Menge des Treibmittels erzielen. Der
Anteil der offenen Zellen und der Zellendurchmesser ergibt sich aus der Zusammensetzung
des Harzes und der darin befindlichen Porenregulatoren, deren Zusammensetzung u.a.
auf dem Verfahren der DE-PS 12 36 183 basiert.
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Phenolharzschäume mit Eigenschaften im Bereich der o.g. Spezifikation
besitzen gegenüber Gesteinsfaserplatten eine höhere Speicherkapazität für Wasser-
bzw. Nährlösungen. Es entstehen dadurch geringere Verluste an Wasser- und Nährlösungen,
und man kann deshalb den Gehalt an dem für die Pflanzen verfügbaren Wasser (einschl.
Nährstoffe) in dem Phenolharzschaum besser regeln als in Gesteinsfaserplatten. Weiterhin
läßt Stich das Wasser/Luftverhältnis in den Phenolharzschäumen aufgrund der einstellbaren
negativen Wasserretention besser regulieren als in Gesteinsfaserplatten.
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Da die Phenolharzschäume eine Druckfestigkeit (bestimmt gemäß
DIN
53421) von maximal 1 kp/cm2, vorzugsweise 0,1 - 0,3 kp/cm2, besitzen, haben Platten
aus diesen Schäumen eine höhere Strukturstabilität und damit eine geringere Zerfallsneigung
während des Gebrauchs als z. B. bekannte Torfplatten.
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Die Phenolharzschäume mit den genannten Eigenschaften eignen sich
zum Aufziehen von Zier- und Nutzpflanzen (z. B. Geranien, Kohlrabi, Hafer, Chicoree).
Die Aufzucht erfolgt dabei nach an sich bekannten Verfahren mit Hilfe von Nährlösungen,
deren Zusammensetzung für die einzelnen Pflanzen spezifisch ist. Bevorzugt werden
Jungpflanzen, an deren Wurzeln sich noch Ballen aus verschiedenen Substraten, wie
z. B. Erde, Torf, befindet, die gegebenenfalls auch mittels weitmaschiger Gewebe
oder perforierter Kunststoff-Behälter zusammengehalten werden, auf Platten aus dem
Phenolharzschaumstoff aufgesetzt oder in Vertiefungen solcher Platten eingebracht.
Wenn beim Einbringen in Vertiefungen von Schaumstoffplatten die Jungpflanze dort
keinen Halt findet, kann um die Pflanze herum Sand oder anderes poröses Material
zum Festhalten der Pflanze angehäuft werden. Die Wurzeln der Pflanzen dringen dann
beim Weiterwachsen in den Phenolharzschaum ein und werden von dort mit den nötigen
Nährstoffen, Wasser und Luft, versorgt.
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Es ist auch möglich, beim Einsatz von Phenolharz-Schaumstoffplatten
diese vor ihrer Ve-rwendung mit Hilfe eines Stanzwerzeuges so zu perforieren, daß
sie Luftkanäle, bevorzugt senkrecht verlaufend, aufweisen. Diese Kanäle können einen
Durchmesser
zwischen 2 und 10 mm und in Abständen zwischen 2 und
10 mm angeordnet sein.
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Falls vor der Anwendung in dem Schaum noch überschüssige Härtersäure
vorhanden ist, ist es empfehlenswert, den Schaumstoff mit pH-Wert regulierenden
Agenzien, wie NH3 oder wässrigen Lösungen, die Ammonium-, Alkali- oder Erdalkali-Ionen
bildende Salze enthalten, zu behandeln und auf den gewünschten pH-Wert einzustellen':
Dies dürfte sich jedoch in der Regel erübrigen. Das Eluat aus den zu verwendenden
Schäumen besitzt in der Regel einen pH-Wert zwischen 3,5 und 6,5.
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Beispiel 1: Zur Anwendung kam ein Phenolharzschaumstoff auf Basis
eines im Handel zur Herstellung von offenporigen Schäumen erhältlichen Phenolresolharzes
(T 910 der Firma Dynamit Nobel AG, Troisdorf).
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Als Treibmittel wurde n-Pentan (12 Vol.%, bezogen auf das Harz) und
als Härter eine 65 %ige wässrige Lösung von p-Phenolsulfonsäure (4 Vol.%, bezogen
auf das Harz) eingesetzt. Der erhaltene Schaum hatte folgende Kenndaten: 1) Dichte
18,2 kg/m3 5)durchschnittl.
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Porendurchmesser ca. 0,28 mm 2) Anteil offener 6)Wasseraufnahme-Poren
89 % fähigkeit 82,8 Vol.% 3)-pHWert Eluat 5,3 7)Wasseraufnahmegeschwindigkeit 13
1 sec.
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4) Druckfestigkeit 0,71 kp/cm2 8) negative Retention 23,6 g Eine etwa
6 cm dicke- Platte dieses Schaums wird mit mehreren Ausnehmungen in Abständen von
etwa 10 cm versehen, die so breit und tief sind, daß vorgezogene Jungpflanzen von
Pelargonium zonale (Geranien), die an ihren Wurzeln noch Torfballen hatten, darin
Platz hatten. Jeweils eine dieser Jungpflanzen wurde in eine entsprechende Ausnehmung
eingesetzt; anschließend wurden die Platten durch Begießen feucht gehalten. Dem
ersten Gießwasser wurde 1 o Volldünger und 3 * Calciumcarbonat hinzugefügt. Die
so hergerichteten Kulturen wurden über drei Monate in einem Gewächshaus untergebracht,
dessen durchschnittliche Tagestemperatur 30 bis 35 C bei einer relativen Luftfeuchtigkeit
von
55 - 65 % betrug. Die Wurzeln der Pflanzen drangen durch den gesamten Schaumstoff
hindurch. Die Wurzelbildung und das Wachstum der Geranien waren gegenüber gleichen
Kulturen in Einheitserde P (= Pikiererde) aufgrund der gleichmäßigeren Wasserversorgung
und der infolge Offenporigkeit des Schaumes günstigeren Versorgung der Wurzeln mit
Luft, optimaler.
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Beispiel 2 bis 4: Für diese Beispiele wurde ein Phenolharzschaum eingesetzt,
der in analoger Weise wie derjenige des Beispiels 1, jedoch mit etwas mehr Treibmittel(14.Vol.%),
hergestellt wurde. Er hatte folgende Kenndaten: 1) Dichte 13,5 kg/cm3 5) duchschnittlicher
Zellendurchmesser 0,42 mm 2) Anteil offener 6) Wasseraufnahme-Poren 94 % fähigkeit
90,1 Vol.% 3) pH-Wert Eluat 5,8 7) Wasseraufnahmegeschwindigkeit 64 sec.
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4) Druckfestigkeit 0,49 k/cm2 8) negative Betention 176,5 g Platten
dieses Schaumes von etwa 6 cm Dicke wurden in Pikierschalen gelegt, bewässert und
mit 1 bis 2 cm Einheitserde überschichtet In die Erdschicht wurde a) Hafer gesät,
b) Chicoree-Jungpflanzen (Höhe 3-5 cm) pikiert c) Kohlrabi-Jungpflanzen (Höhe 3-5
cm) pikiert
Die Pflanzen wurden bewässert, wobei dem ersten Cießwasser
ein Volldünger in einer Menge von 1 C,Sc zugesetzt war. Die so hergerichteten Kulturen
wurden über einen Zeitraum von etwa neun Wochen in einem Gewächshaus untergebracht.
Während dieser Zeit wurde der Wasserstand in den Pikierschalen auf 1 - 5 min Höhe
gehalten, so daß die Phenolharzschaum-Substratplatten entsprechend ihrem Saug- und
Retentionsvermögen dauernd durchfeuchtet waren.
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Die Wurzeln der verschiedenen Pflanzen breiten sich in der Substratschaumschicht
optimal aus, so daß ihre Versorgung mit Wasser und Luft in dieser Zeit überwiegend
über den Substratschaum stattfindet. Die Kohrabipflanzen setzten in dieser Zeit
etwa apfelgroße Knollen iln Stil an analog wie beim Wachstum in Einheitserde.