无土预植垫和其生产方法
【专利说明】无土预植垫和其生产方法
[0001] 本申请的领域
[0002] 本发明涉及新型无土预植垫（pre-vegetated mat)，其例如可用于绿化屋顶植被 建设、侵蚀防治和观赏植物生产等应用，以及还涉及其生产方法。
[0003] 本申请的背景
[0004] 对于如承包商和景观师等人员而言，有多种选择可用于在绿化屋顶上建立植被。 预植系统的使用已被证明是用于栽培的流行的选择，因为此类系统提供了"即时的"绿化屋 顶，使得可以从安装的时刻起立即拥有与使用绿化屋顶相关的益处。使用预植系统也减少 了与建立和维持植物群落相关联的通常劳动力。
[0005] 目前在本产业中占优势的两种预植植物生产系统是托盘和垫系统；二者通常都是 在生产设施中（例如在苗圃）进行非就地（Off Site)培育，随后再将其转移到绿化屋顶的 位置。托盘系统通常涉及塑料的、金属的、或PVC的托盘，其含有基底（substrate)和植物 材料。预植垫的使用已经成为托盘系统流行的替代物。虽然预植垫系统已知的实例在例如 下文所述的特征方面各有不同，但是此类系统都包含垫。
[0006] 预植垫通常在生产设施例如苗圃中进行培育，其并不是在未来要绿化的屋顶处就 地培育。预植垫的已知实例包括：交叉编织尼龙或塑料网（Icm厚），附着至土工织物材料或 椰壳纤维垫，其用作基材或载体垫（上面安置培育基底）。接着将来自例如景天属（Sedum) 植物的扦插枝（cutting)或者其它植物例如草本植物的种子在所述基底上培育。
[0007] 当收获时，上文所述的预植垫会被，例如，切割成大约Im2或者更小的区块，并类似 草皮产品那样卷起来。这些方格通常的重量范围在大约18至30kg/m 2,取决于基底的水分 含量和/或基底的类型。在已知预植垫的生产中，对预期于第二年或者在生长季节末尾的 销售，是在春天和初夏进行种植。一般的预植垫种植方法包括应用种子和植物扦插枝。要 使用扦插枝来建立景天植物毯（Sedum blanket)，该产业内通常的扦插枝应用装载目前是 大约1/4 lb/ft2(1.24kg/m2)。预植垫的收获包括将垫切割成所要大小、卷起所述垫、以及 将所述垫装到卡车上用于运送。此种生产方法需要大量的劳动力，这会体现在最终产品的 零售价格上。
[0008] 在北美的一种趋势是将所述预植垫置于不同深度的基底层之上。这样是为了确保 存活性，以及使都市环境中绿化屋顶技术相关的收益最大化。
[0009] 美国专利号4, 232, 481 (Chamoulaud)公开了培育预植垫的一般方法，其中将生长 基底置于塑料上并且使植物在所述基底中生长。也已经公开了在增加载体层方面的一些 修改（参见例如：美国专利号4, 941，282 ;美国专利号5, 555, 674 ;美国专利号7, 334, 376 ; 和美国专利号5, 346, 514)，这些在绿化屋顶垫生产中已经很常见。其它已经报道过的修 改包括加入包含沙子的"无土的"生长混合物用于草皮/垫生产（参见例如：美国专利号 6, 532, 697 ;和美国专利号5, 301，466)。用于从小枝（sprig)生产草皮的真正无土的方法 也已经公开（参见例如：美国专利号6, 357, 176)。然而，它们的应用范围有限，并且植物选 择的灵活性也有限。
[0010] 另外，US 6, 357, 176中预植垫的基础垫是包含生物纤维素纤维并且可以含有其它 类型的纤维，如木纤维或者合成有机纤维。由木纤维或者类似的天然或合成材料所构成的 预植垫预期会快速分解，例如在大约1-2年内，使得此类预植垫不能阻抑下面的杂草的生 长。
[0011] 也已知有包含预植垫的侵蚀防治系统。如Carpenter的美国专利号7, 828, 499和 Romanek等人的美国专利号5, 358, 356中所公开的侵蚀防治系统常常需要使用锚定系统以 使垫附着至土壤表面（参见例如：Carpenter的美国专利号7, 862, 259 ;Decker的美国专利 号6, 171，022)直至植物可以生长，永久性将系统粘附在一起。
[0012] 发明概述
[0013] 在本申请中，制备了无土的预植垫。相对于其它用于生产绿化屋顶垫系统和/或 其它目的垫系统的已知垫，本申请所述的垫及其制备方法的许多益处已得到了证明和/或 可以预期。例如，本申请所述的垫已显示出对杂草的阻抑。由于本申请的无土预植垫具有 包含户外生长条件下不降解的材料的载体垫，因而对杂草的阻抑预期会是长期的。例如，对 杂草的阻抑预期会比含有在户外生长条件下降解的载体垫的预植垫要长。另外，生产本申 请所述的垫的方法已证明具有与现有生产预植垫的方法相比相对快速的生产时间。生产本 申请所述的垫的方法也显示出会导致在生产期间对水分和营养物使用比已知系统有显著 减少。本申请所述的垫预期在生产地点方面会很灵活，并且已证明在可以使用的植被物种 和植被物种组合方面也很有弹性。本申请所述的垫生产成本也显著降低。本申请的方法和 此类方法所生产的无土预植垫也不会导致任何对无土预植垫中植被根部的可检测的损伤 或者对其生长的限制。
[0014] 因此，本申请包括用于生产预植垫的方法，所述方法包括：
[0015] 将载体混合物沉积至在户外生长条件下不降解的载体垫上，其中所述载体混合物 包含悬浮于含增粘剂的水成溶液中的植被繁殖材料和吸水聚合物；以及
[0016] 将所述载体垫上的载体混合物置于水培生长条件，
[0017] 其中所述预植垫是无土的。
[0018] 在本申请中，使用本文所述方法生产了无土预植垫。本申请的无土预植垫相对于 其它已知垫（如其它预植垫）的许多益处已经显示出来和/或会预期到。例如，使用聚对苯 二甲酸乙二醇酯（PET)或其它类似材料，本申请的无土预植垫中的载体垫已经显示出会导 致对杂草的阻抑，因为所述垫置于其上的基底中存在的杂草或杂草种子不能穿过PET ;而 从环境中掉落到垫上的杂草种子也不能繁殖，因为它们的根部不能接触到垫下的土壤。杂 草的生长也受到限制，因为所述无土预植垫是完全繁殖的因而杂草必需要与所述无土预植 垫中已建立起来的植物竞争。另外，本申请的无土预植垫重量比已知的垫更轻，这加快了收 获和安装的速度，并使得重量受限的交通工具可以有更大的运送能力。本申请的无土预植 垫在植物物种和植物物种组合方面很灵活。当PET用于所述载体垫时，本申请的无土预植 垫可以用100%循环材料来生产。不存在土壤也使得国际运送更容易。
[0019] 因此，本申请包括预植垫，包含以下、由以下组成、或基本由以下所组成：
[0020] 包含在户外生长条件下不降解的材料的载体垫；和
[0021 ] 根在所述载体垫之内和其下缠结的植被，
[0022] 其中所述预植垫是无土的。
[0023] 本申请还包括由本申请的方法所生产的无土预植垫。
[0024]下文的详细描述将会使本申请的其它特征和优势变得清晰。然而，应当理解，权利 要求的范围不应受到实施例中所描述的实施方案的限制，而应当给予其与说明书整体一致 的最宽泛的理解。
[0025] 附图简述
[0026] 本申请现将参考附图进行更详细的描述，其中：
[0027]图1显示了本申请实施方案中的无土预植垫生产系统的切面.
[0028] 图2显示了用于生产本申请实施方案中的无土预植垫的培育装置。
[0029] 图3显示了示例图以提供草甸种子混合物萌发和生长的比较：将额外的PET层置 于包含PET的载体垫之上时（图3A)，无此层的时候（图3B);证明了包含PET的载体垫可 以实现对杂草的阻抑特性和/或对从下面的种子生长的禾草的选择性促进。
[0030] 图4显示了示例图以提供藻类生长的比较：由商业可购买的种子载体混合物 (A-FlexterraTM和B-FibramulchTM)所生产的预植垫上生长；以及用本申请的研究中所开 发的种子载体混合物（C)培育，其不含有木材或纸纤维材料（表Table 2,混合物6)。在图 4A和4B中显示的预植垫上观察到显著的藻类生长，而使用本申请研究开发的预植垫所生 产的无土预植垫则仅观察到很少的藻类生长（图4C)。
[0031] 发明详述
[0032] I.宙义
[0033] 除非另有说明，本节和其它章节所描述的定义和实施方案应当适用于本文所描述 的所有它们适合的实施方案和方面，如本领域技术人员会了解的那样。
[0034] 如本申请中所用，单数形式的"a"、"an"和"the"涵盖了相应的复数形式，除非相 应内容另有清楚的明示。例如，包括"纤维"的实施方案应当理解为表示具有一种纤维、两 种或更多种纤维的某些方面。
[0035] 在包括"额外的"或"第二种"成分的实施方案中，如额外的或第二种纤维，本文所 述的第二种成分与其它成分或第一种成分不同。"第三种"成分与其它成分、第一种成分、和 第二种成分不同，并且进一步编号的或"额外"的成分也同样是不同的。
[0036] 在理解本公开中的范围时，术语"包含"及其衍生词，如本文所用是开放式术语，是 用来指定存在所述的特征、元件、成分、组、整数、和/或步骤，但也并不排除存在其它未提 到的特征、元件、成分、组、整数、和/或步骤。前述事项也适用于具有类似含义的术语，"包 括"、"具有"及其衍生词。术语"由......组成"及其衍生词，如本文所用是封闭式术语，用 来指定存在所提到的特征、元件、成分、组、整数、和/或步骤，但排除其它未提到的特征、元 件、成分、组、整数、和/或步骤的存在。术语"基本由......组成"，如本文所用是用来指定 存在所提到的特征、元件、成分、组、整数、和/或步骤，以及不会实质上影响特征、元件、成 分、组、整数、和/或步骤的基本和新的特性的那些。
[0037]度的术语如"大致上"，"约"和"大约"如本文所用是指其所修饰术语的合理量的 偏差，而最终结果不会显著改变。这些度的术语应当理解为包括所修饰术语的至少±5%的 偏差，如果此偏差不会抹杀其所修饰词语的含义的话。
[0038] 术语"户外生长条件"如本文所用是指世界上任何地点的任意户外环境，以及该环 境中生长的植物所暴露的其相应的温度、降水、风量和光照量。
[0039] 术语"在户外生长条件下不降解"是指所提到的材料在足以让所述无土预植垫完 成其目的的时间段内不会分解或降解。此类时间段的实例包括大约1天至大约50年，大约 60天至大约20年，大约6个月至大约10年或者大约1年至大约5年。对于"降解"或"分 解"，其是指所述载体垫的完整性降低到其不再发挥所要实现的目的和功能的程度，例如， 阻抑杂草和/或结构支撑。
[0040] 术语"植被繁殖材料"如本文所用是指植物的部分，当用于本申请的方法时，所述 植物的部分会导致在无土预植垫之上或者其内产生所期望的植被。例如，景天属植物物种 可以使用本申请的方法以扦插枝或种子作为植被繁殖材料来产生。通常景天属植被由扦插 枝产生，因为已知其例如从种子生长缓慢。其它的植被物种，例如草本植物也可通过扦插枝 产生。来自草本植物的扦插枝通常需要进行护理，例如要花很多精力和时间来维持根部形 成的最佳条件。使用种子作为植被繁殖材料来产生草本植物是有用的，因为草本植物已知 是例如从种子快速生长的。通过本申请的方法使用植被种子和/或扦插枝作为植被繁殖材 料所培育的植被的若干实例在表1和3-9中提供，并在实施例部分有进一步描述。本申请 的无土预植垫可以使用定制的植被繁殖材料混合物为特定的购买者进行生产。适宜的植被 繁殖材料的选择，例如，用于期望的植被的植被种子和/或植被扦插枝可以由本领域技术 人员来进行选择。
[0041] 术语"草甸种子混合物"如本文所用是指混合物，其包含以下、基本由以下组成、 或者由以下组成：矢车菊（Centaurea cyanus)种子、黑眼菊（Rudbecki hirta)种子、 加州罂粟花（Eschscholtzia rhoes)种子、月见草（Oenothera biennis)种子、硬羊茅 (Festuca Iongifolia)种子、矛叶金鸡菊（Coreopsis Ianceolata)种子，红亚麻（Linum grandiflorum)种子、羊茅（Festuca ovina)种子、野生羽扇豆（Lupine perennis)种子 和草原松果菊（Ratibida columnifera)种子。在本申请的方法中，可以使用草甸种子混 合物，例如，用于生产无土预植垫，其中所述植被包含草甸植被、基本由草甸植被组成、或 者由草甸植被组成。所述草甸植被可包含以下、基本由以下组成、或者由以下组成：矢车 菊（Centaurea cyanus)，黑眼菊（Rudbecki hirta)、加州罂粟花（Eschscholtzia rhoes)、 月见草（Oenothera biennis)、硬羊茅（Festuca longifolia)、矛叶金鸡菊（Coreopsis lanceolata)、红亚麻（Linum grandiflorum)、羊茅（Festuca ovina)、野生羽扇豆（Lupine perennis)和草原松果菊（Ratibida columnifera)。
[0042] 术语"耐旱种子混合物"如本文所用是指：包含以下、基本由以下组成、或者由以 下组成的混合物：黑眼菊（Rudbecka hirta)种子、野牛草（Buchloe dactyloides)种子、 马利筋（Asclepias syriaca)种子、月见草（Oenothera biennis)种子、马鞭草（Verbena stricta)种子、矛叶金鸡菊（Coreopsis lanceolata)种子、沙地鼠尾粟（Sporobolus cryptandra)种子、翦股颖草（Ticklegrass) (Agrostis scabra)种子、白蓍草（Achillea millifolium)种子和矮两色金鸡菊（Coreopsis tinctoria)种子；或者包含以下、基本由 以下组成、或者由以下组成：黑眼菊（Rudbecka hirta)种子、加州罂粟花（Eschscholtzia rhoes)种子、矢车菊（Centaurea cyanus)种子、矛叶金鸡菊（Coreopsis lanceolata) 种子、矮两色金鸡菊（Coreopsis tinctoria)种子、野生羽扇豆（Lupine perennis)种 子、草原松果菊（Ratibida columnifera)种子、洛矶山钓钟（Penstemon strictus)种 子、加拿大野麦（Elymus Canadensis)种子、小须芒草（Schizachyrium scoparium)种 子和阿尔卑斯紫毙（Aster alpines)种子。在本申请的方法中，可使用耐旱种子混合 物，例如以产生无土预植垫，其中所述植被包含耐旱植被、基本由耐旱植被组成、或者由 耐旱植被组成。所述耐旱植被可以：包含以下、基本由以下组成、或者由以下组成：黑眼 菊（Rudbecka hirta)、野牛草（Buchloe dactyloides)、马利筋（Asclepias syriaca)、 月见草（Oenothera biennis)、马鞭草（Verbena stricta)、矛叶金鸡菊（Coreopsis lanceolata)、沙地鼠尾粟（Sporobolus cryptandra)、翦股颖草（Agrostis scabra)、白蓍 草（Achillea millifolium)和矮两色金鸡菊（Coreopsis tinctoria);或者包含以下、基 本由以下组成、或者由以下组成：黑眼菊（Rudbecka hirta)、加州罂粟花（Eschscholtzia rhoes)、矢车菊（Centaurea cyanus)、矛叶金鸡菊（Coreopsis Ianceolata)、矮两色金 鸡菊（Coreopsis tinctoria)、野生羽扇豆（Lupine perennis)、草原松果菊（Ratibida columnifera)、洛矶山钓钟（Penstemon strictus)、加拿大野麦（Elymus Canadensis)、小 须芒草（Schizachyrium scoparium)和阿尔卑斯紫毙（Aster alpines)〇 [0043] 术语"节水景观植物（xeri-scaplng)种子混合物"如本文所用是指，例如，耐旱 种子混合物，其包含以下、基本由以下组成、或者由以下组成：黑眼菊（Rudbecka hirta)种子、野牛草（Buchloe dactyloides)种子、马利筋（As