پلیمرهای فوق جاذب در کشاورزی به عنوان یک روش بهینه‌سازی آبیاری و مدیریت منابع آب استفاده می‌شوند. این پلیمرها قابلیت جذب و نگهداری آب را دارند و میتوانند به خاک اضافه شوند تا به تأخیر افتادن تبخیر و نفوذ آب کمک کنند. همچنین، این پلیمرها میتوانند در خشکسالی‌ها و شرایط آب و هوایی خشک، به کشاورزان کمک کنند تا منابع آب خود را بهینه‌تر مدیریت کرده و مصرف آب را کاهش دهند. از دیگر کاربردهای پلیمرهای فوق جاذب در کشاورزی میتوان به استفاده در تولید بستر کشت هیدروپونیک، حفظ رطوبت خاک در باغات و مزارع، استفاده در ساماندهی سامانه‌های آبپاش و ... اشاره کرد.
لیست مطالب این بخش:
- ضرورت استفاده از پلیمر های فوق جاذب در کشاورزی چیست؟
- پلیمر های فوق جاذب چیست؟
- چالش‌های استفاده از پلیمرهای جاذب چیست؟
- هیدروژل چیست؟
- کاربردهای هیدروژل چیست؟
- تجزیه بیولوژیکی هیدروژل‌ها به چه صورت است؟
- هیدروژل در عملکرد گیاه چه اهمیتی دارد؟
- پوشش بذر چه کمکی به استقرار گیاهچه می کند؟
- پوشش پلیمری بذر ذرت چیست؟
در ادامه مطالب فوق بصورت کامل بررسی می شوند.
ضرورت استفاده از پلیمر های فوق جاذب در کشاورزی چیست؟
استراتژی‌های طبیعی برای حفاظت از محیط زیست و سلامتی گیاهان، حیوانات و انسان‌ها به عنوان یکی از اهداف اصلی کشورها شناخته می‌شوند. استفاده از پلیمرهای جاذب و هیدروژل در کشاورزی اخیراً مزایای بسیاری را در اصلاح خاک نشان داده است. این مزایا شامل حفظ محتوای آب، کاهش مصرف عناصر غذایی خاک، کنترل تأثیرات منفی کمبود آب و تنش آبی در محصولات زراعی و کنترل برخی عوامل خسارت‌زای گیاهی می‌شود. فناوری پوشش بذر نیز جزء روش‌های متداول برای بهبود حفاظت از بذر و تقویت رشد گیاه است. استفاده از پلیمرها و هیدروژل در کنار تنظیم کننده های رشد، سموم ضد آفات، کودها و میکروارگانیسم همزیست به عنوان مواد پوشش بذر مطرح هستند. این مقاله به اهمیت گوناگونی از پلیمرها و هیدروژل‌های جاذب در استراتژی یکپارچه برای حفاظت از بذرها، گیاهان و خاک به طرز متعادل اشاره می‌کند.
پلیمرهای جاذب فوق با نام های پلیمرهای جاذب، ژل های جاذب، آبژل یا هیدروژل معروف هستند. اینها مواد ماکرومولکولی مصنوعی هستند که با خاصیت اسمز، ظرفیت انباشتن آب به نسبت بیش از حد وزن خود (تا 100 برابر) را دارند. علاوه بر این، پلیمر جاذب فوق به طور عمده برای بهبود ویژگی های خاک استفاده می‌شود. این مواد به طور کلی از مواد دوست داشتنی آب مانند شکر تشکیل شده اند، که وقتی به آنها آب اضافه شود، به یک ژل شفاف تبدیل می‌شوند. پلیمرهای جاذب فوق به عنوان پلیمرهای موثر، آبدوست، سه بعدی و متراکم شناخته می‌شوند که قادرند بیش از صد برابر وزن خود حجم آب موجود در خاک را افزایش دهند. به علاوه، از کاربردهای دیگر این پلیمرها میتوان به بهبود عملکرد کودها و ایجاد فعالیت های میکروارگانیسم‌های خاک اشاره کرد.
چالش‌های استفاده از پلیمرهای جاذب چیست؟
علاوه بر کاربردهای مفید پلیمر فوق‌جاذب در اصلاح خاک، میتوان موارد دیگری را نیز نام برد که شامل تغییراتی در ویژگی‌های فیزیکی خاک می‌شوند. از جمله تغییر تخلخل، تراکم و ساختار خاک. با توجه به کاهش میزان مصرف آب در استفاده از پلیمر فوق‌جاذب، عملکرد آنها باید به درستی تعیین شود. اما برخی معایب وجود دارد، به خصوص برای پلیمرهای فوق‌جاذب مصنوعی. آنها موادی قابل تجزیه بیولوژیک نیستند و غیرقابل تجزیه بوده و احتمالاً برای موجودات زنده و محیط زیست سمی باشند.
استفاده از پلیمرهای فوق‌جاذب تجاری موجود روی بذر و گیاهان مختلف، طبق مطالعات متعدد گزارش شده است. در این مطالعات اشاره شده که این مواد در محیط غیرقابل تجزیه هستند و مواد اولیه‌ی آنها نیز غیرقابل تجزیه هستند. بنابراین، استفاده زیاد از این پلیمرها در کشاورزی، مانند پوشش بذر یا اصلاح خاک، میتواند خطراتی مرتبط با سلامتی گیاه و بازدهی خاک، و حتی آلودگی محیط را ایجاد کند. بررسی‌هایی در مورد ذرت نشان داده است که استفاده از پلیمرهای فوق‌جاذب بر پایه کربوهیدرات، مفید بوده است، همراه با مصرف کمتر آب برای جوانه‌زنی و رشد ذرت. همچنین مطالعه دیگری نشان داده است که استفاده از پلیمر فوق‌جاذب، میتواند بقا را در شرایط تنش خشکی گیاه ذرت افزایش دهد. در این مطالعه با افزایش تنش خشکی، قطر بلال ذرت کاهش یافته است. همچنین مصرف نسبت‌های مختلف پلیمر جاذب باعث افزایش قطر بلال ذرت در مقایسه با عدم استفاده از آن می‌شود. در مطالعه‌ی دیگری نشان داده شده است که مصرف 150 کیلوگرم در هکتار پلیمر فوق‌جاذب و یک لیتر در هکتار نیتروکسین، باعث افزایش بالاترین عملکرد ذرت و رشد آن می‌شود.
هیدروژل ماده‌ای است که در واقع یک نوع پلیمر آبدوست است. این ماده قابل جذب آب است و بعد از جذب آب به صورت ژلی تبدیل می‌شود. یکی از کاربردهای شایع هیدروژل در صنعت کشاورزی است، به عنوان یک زیستی‌ساز میتواند در نگهداری آب و مواد مغذی و همچنین جلوگیری از ریزش آب اثر گذار باشد.
علاوه بر این میتوان هیدروژل بر روی خاک های خشک و نیازمند به رطوبت و شزمدار که مثلا احتمال خیس شدن و مردود شدن محصول را را دارای این خاصیت نصب کرد یا حتی می توان آن را داخل خاک بنابر شرایط اهداف به ضخامت 2/5 سانتیمتر بالا بیاورد و حضور جدی و معتبر آب در خاک را به زمانی تا 150 روز خشکی براورد افزایش داد.
هیدروژل، که یک شبکه زنجیره‌های پلیمری آب دوست است، به طور کلی کاربردهای زیادی در زمینه پزشکی دارد. این مواد قادرند مایعات بدن را جذب کنند و با محیط خارجی تبادل کنند، بنابراین میتوان از آنها به عنوان حامل داروها برای درمان زخم‌ها استفاده کرد.
اصلی ترین کاربرد هیدروژل‌ها در زمینه کشاورزی کاهش نیاز به آبیاری است. این هیدروژل‌ها میتوانند به طور فیزیکوشیمیایی به دو گروه اصلی تقسیم شوند. گروه اول شامل هیدروژل‌های با خواص برگشت‌پذیر است، که زنجیره‌های پلیمری آنها با پیوندهای هیدروژنی الکترواستاتیکی متصل شده است. این گروه به راحتی با گرم کردن به مخلوطی ژل‌مانند تبدیل می‌شود، مانند ژلاتین و آگار. گروه دوم هیدروژل‌ها شامل هیدروژل‌های شیمیایی پایدار است، که زنجیره‌های پلیمری آنها توسط پیوندهای کووالانسی پایدار به هم متصل می‌شوند و شامل مونومرهای نشاسته و وینیل مانند اسید اکریلیک، اکریل آمید، اکریلونیتریل و پلی وینیل الکل است.
در کشاورزی، نوع متداول هیدروژل، پلی اکریلات پتاسیم یا پلی اکریلات سدیم است. استفاده از هیدروژل‌ها، به ویژه در کشاورزی، به دلیل تجزیه آسان در خاک و تجدیدپذیری آنها در مقایسه با سایر پلیمرهای جاذب بسیار گسترش یافته است. همچنین، هیدروژل‌ها نشان داده‌اند که به عنوان یک اصلاح کننده خاک میتوانند نتایج امیدوارکننده‌ای در بهبود نگهداری آب و کود در خاک، بهبود هوادهی خاک، کاهش تبخیر و تعرق و تقویت ظهور گیاهچه داشته باشند.
هیدروژل، یک ماده‌ی پلیمری است که توانایی جذب آب و نگهداری آن را دارد. به دلیل این ویژگی، هیدروژل در موارد مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
توضیح شرایط مختلف وجود دارد که ممکن است باعث محدود شدن رشد گیاهان و کاهش عملکرد محصول شوند. برای حل این مشکلات میتوان از هیدروژل ها در زمینه های مختلفی استفاده کرد. برای مثال، استفاده از هیدروژل میتواند به بهبود کیفیت خاک، حفظ آب، مقاومت در برابر تنش های خشکی، تنش های زیستی و غیر زیستی، کاهش فرکانس آبیاری و کاهش مصرف آب کمک کند. هیدروژل ها همچنین میتوانند به کاهش مرگ و میر گیاهانکده و همچنین کمک کنند تا مصرف کودها و سموم دفع آفات در مزارع به حداقل برسد. در مورد کاربردهای هیدروژل در پوشش بذر نیز، اگرچه مطالعات تحقیقاتی کمی در دسترس هستند، اما اطلاعات خوبی در زمینه استفاده از هیدروژل برای بهبود نگهداری آب و کود در خاک، افزایش هوادهی خاک و کاهش تبخیر و تعرق وجود دارد.
در زیر، چندین کاربرد هیدروژل را ذکر میگردد:
1. در صنایع باغبانی: هیدروژل در باغبانی به عنوان مواد جذب کننده آب برای گیاهان استفاده می‌شود. این ماده میتواند آب را بطور موثری جذب کند و در هنگام نیاز گیاهان به آب را به آنها تأمین کند.
2. در مراقبت از پوست: هیدروژل در تولید محصولات مراقبت از پوست مانند ژل ضد آفتاب و کرم های رطوبت رسان پوست استفاده می‌شود. این ماده به عنوان یک نگهدارنده رطوبت برای پوست عمل کرده و تأثیر مرطوب‌کننده‌ای دارد.
3. در علم جراحی: هیدروژل میتواند در عملیات جراحی به‌عنوان یک ضد التهاب و رطوبت‌دهنده استفاده شود. این ماده معمولاً به‌صورت الیاف تمیز‌کننده پلاک مورد استفاده قرار می‌گیرد و به‌تنهایی توانی برای درمان شکاف لثه نیز دارد.
4. در صنعت لوازم بهداشتی: در تولید پوشک‌های برای کودکان سوته‌های هیدروژلی اضافه می‌شود تا روانه‌ی مایع بر روی پوست برسد و درون مواد جاذب ذخیره‌شود.
این تنها چندین کاربرد از بسیاری از کاربردهای هیدروژل هستند و میتوان گفت این ماده دارای پتانسیل بسیار بالایی برای کاربردهای دیگر است.
تجزیه بیولوژیکی هیدروژل‌ها به چه صورت است؟
در مجموع، هیدروژل‌های پلیمری بسیار حساس هستند و میتوانند به راحتی توسط بافت‌ها جذب شوند و گیاه‌شاند. از سوی دیگر، این هیدروژل‌ها در معرض اشعه ماورا بنفش طبیعی به راحتی تخریب می‌شوند. به عنوان مثال، پلی اکریلات نسبت به میکروارگانیسم‌های هوازی و بی‌هوازی خاک بسیار حساس است و به راحتی توسط آب، دی اکسید کربن و نیتروژن تجزیه می‌شود. همچنین، تجزیه هیدروژل‌ها میتواند از طریق عملکرد قارچ‌ها نیز اتفاق بیفتد.
هیدروژل در عملکرد گیاه چه اهمیتی دارد؟
اهمیت هیدروژل در عملکرد گیاه شامل چندین جنبه است. در مورد جوانه زنی بذر، اثر مستقیمی توسط هیدروژل تضمین نشده است، اما برخی مطالعات نتایج مثبتی را گزارش کرده‌اند. به عنوان مثال، یک مطالعه نشان داد که استفاده از هیدروژل میتواند در جوانه زنی بذر ذرت و رشد گیاهچه تأثیر مثبتی داشته باشد.
در مورد رشد و نمو گیاه، استفاده از هیدروژل میتواند در گونه‌های مختلف، به ویژه در خاک‌های شنی، کارآمد باشد، زیرا توانایی نگهداری آب را افزایش می‌دهد. هرچند، باید به گزارشات مرگ و میر گیاهان به دلیل مصرف نادرست هیدروژل نیز توجه شود.
در مورد جلوگیری از خشک شدن، چندین مطالعه نشان داده است که استفاده از هیدروژل در محیط کشت آزمایشگاهی میتواند بهبود قابل توجهی در تحمل ریزوبیا در شرایط انقباض آب داشته باشد. ولی باید توجه داشت که مطالعات متضادی نیز وجود دارد.
پوشش بذر چه کمکی به استقرار گیاهچه می کند؟
پوشش بذر یکی از روش‌های رایج است که با استفاده از مواد خارجی برای حفاظت از بذور در برابر عوامل خارجی، شوری، کمبود آب و عوامل بیماری زایی که معمولاً به جوانه زنی و استقرار گیاهچه تهدید می کنند، استفاده می شود. این فناوری میتواند در تقویت جوانه‌زنی و استقرار گیاهچه، به ویژه در شرایط نامساعد، موثر باشد. ارزش سالانه استفاده از این فناوری بیش از یک میلیارد دلار است. همچنین، پوشش بذر یکی از راه حل‌های اقتصادی برای کنترل بیولوژیکی عوامل بیماری زایی در گیاهان است. میکروارگانیسم‌های مفید در فرمولاسیون‌های مختلف، مانند هیدروژل‌ها، برای کنترل بیولوژیکی و افزایش تخریب زیستی قرار می گیرند. این فناوری همچنین برای جوانه زنی با استفاده از کمترین میزان آب ممکن موثر است. در نتیجه، مهم است که پوشش بذر هیچ تأثیر منفی‌ای بر روی الگوی جوانه زنی یا سلامت بذر نداشته باشد و باعث خوابیدگی ثانویه بذر نشود.
این روش، به عنوان اولین خط دفاعی در برابر اقلیم های مختلف و عوامل بیماری‌زا عمل می کند و همچنین می تواند متابولیسم بذر را در پاسخ به شرایط نامساعد محیطی تنظیم کند. پوشش بذر می تواند به دو صورت نرم و سخت باشد. پوشش نرم با مرطوب کردن کند و شستشو می شود و بذر آزاد می شود. پوشش سخت هم پس از جذب رطوبت، شکل خود را حفظ می کند و آب را از طریق مویرگی به بذر منتقل می کند و سپس بذر جوانه می زند.
با وجود آن که در ابتدا پوشش بذر فقط برای اصلاح شکل و اندازه بذر استفاده می شد، اما در حال حاضر می توان از این فناوری برای اعمال موارد دیگری مانند تلقیح میکروبی، تنظیم کننده های رشد، درمان سیستمیک، سموم دفع آفات و استفاده از کودهای میکرو و ماکرو نیز استفاده کرد. برخی از مطالعات اخیر نشان می دهند که با استفاده از پوشش بذر می توان مواد مغذی، عوامل کنترل بیولوژیکی نظیر میکروارگانیسم های مفید و قارچ های میکوریزا را بهبود داده، رشد گیاه را بهبود بخشید و مواد شیمیایی زراعی مانند باکتری ساز، قارچ ساز و آفت‌کش را منتقل کرد. به کمک هیدروژل ها میتوان عناصر مغذی، میکروب ها و سموم زیستی را به فرمولاسیون پوشش دانه اضافه کرد، که در مقایسه با روش های قدیمی مزایای متعددی دارند و هیچ تأثیر منفی بر محیط اطراف ندارند.
به عنوان مثال، استفاده از هیدروژل به عنوان پوشش بذر در یک گونه علوفه‌ای از خانواده فابیاسه منجر به بهبود هوادهی بذر، افزایش قابل توجهی در جوانه زنی بذر و کاهش علائم تنش خشکی شده است. مطالعه ها نشان می دهد که استفاده از هیدروژل به عنوان پوشش بذر منجر به بهبود رشد اولیه دانه های ذرت در شرایط تنش خشکی شده، با آبرسانی در تراکم 77٪ ظرفیت مزرعه، به طور قابل توجهی با افزایش جوانه زنی بذر مقایسه است.
تا به حال، کمتر از پوشش پلیمری برای بذر ذرت تجاری استفاده شده است. عموماً در تولید بذر هیبرید ذرت از پوشش پلیمری استفاده می شود. این به خاطر آن است که به طور سنتی، پدر و مادر در زمان‌های مختلفی کشت می‌شوند. برای رسیدن به یکپارچگی در گلدهی بین رکوردهای پدری و مادری، از این پوشش‌ها برای بذر پدری استفاده می‌شود. از بیست سال قبل، بیش از 30 شرکت تولید بذر ذرت هیبرید از پلیمرهای اکریلیک برای بذر پدری استفاده می کنند. اگر این پلیمرها میتوانند بهبودی در جمعیت گیاهی ذرت بذری و عملکرد بذر ذرت ایجاد کنند، این پلیمرها دارای ظرفیت بالقوه بالا برای استفاده در تولید ذرت هیبرید می باشند.
در حال حاضر، یک رشد جهانی در استفاده از روش‌های نوآورانه برای حفاظت از گیاهان وجود دارد. این روش‌ها برای کاهش وابستگی به سموم شیمیایی و مصنوعی برای دفع آفات استفاده می‌شوند و همچنین به حفظ محیط زیست کمک می‌کنند. استفاده از پلیمر فوق جاذب و هیدروژل‌ها جهت محافظت از خاک و افزایش عملکرد گیاه در برابر موارد نامطلوب محیطی نشان می‌دهد که بسیار موفق عمل کرده است. فناوری پوشش بذر نیز به عنوان یک راهکار جالب برای محافظت از بذرها در برابر بیماریزایی گیاهی و بهبود رشد گیاه در نظر گرفته می‌شود. در این مقاله، اهمیت استفاده از پلیمر فوق جاذب و هیدروژل‌ها بررسی شده است. پلیمر فوق جاذب دارای مزایای بسیاری است، به ویژه در زمینه اصلاح و صرفه‌جویی در مصرف آب و مواد مغذی در خاک. با این حال، برخی از معایب همچون عدم تجزیه بیولوژیک و سمیت احتمالی نیز در پلیمرهای فوق جاذب وجود دارد. از این رو، استفاده از هیدروژل‌های مناسب که دارای مزایا و معایب کمتری بهره‌برداری می‌کنند، نتایج امیدوارکننده‌تری در حفاظت از بذر و گیاه بدون هیچ گونه مانعی برای حفظ حاصلخیزی خاک، کاهش مصرف آب و هدررفت مواد مغذی به ارمغان خواهد آورد.
