Az új anyag a jövőben hozzájárulhat a szárazság okozta károk mérsékléséhez és a fenntarthatóbb növénytermesztéshez.
A klímaváltozás következtében egyre gyakoribb és hosszabb ideig tartó aszályos időszakok világszerte komoly kihívást jelentenek a mezőgazdaság számára. A talaj nedvességtartalmának megőrzése ma már nem csupán a terméshozam növelése, hanem sok esetben a termesztés fenntarthatóságának alapfeltétele.
Fotó: Patricia Maine Degrave , Pixabay
Ebben nyújthat új megoldást a Sevillai Egyetem kutatóinak fejlesztése: egy olyan természetes eredetű hidrogél, amely algából és garnélahéjból származó összetevőkből készül, és rendkívüli vízmegkötő képességgel rendelkezik.
Környezetbarát alternatíva
A kutatás célja egy olyan környezetbarát alternatíva létrehozása volt, amely kiválthatja a mezőgazdaságban és kertészetben jelenleg alkalmazott szintetikus hidrogéleket. Ezeket az anyagokat régóta használják a talaj vízmegtartó képességének javítására, azonban többségük kőolajszármazékokból készül, lebomlásuk pedig a természetben lassú.
A fejlesztés két természetes polimerre épül. Az egyik a kitozán, amelyet rákfélék – például a garnéla – páncéljából nyernek ki, a másik pedig az alginát, amely barna algákból származik. A kutatók olyan gyártási eljárást dolgoztak ki, amelyben kizárólag ezekre a természetes összetevőkre támaszkodtak, szintetikus adalékanyagok alkalmazása nélkül. A kalcium-klorid segítségével stabil szerkezetet alakítottak ki, amely hidratált állapotban is megőrzi formáját, miközben nagy mennyiségű vizet képes tárolni.
A kutatócsoport három különböző összetételű mintát készített:
- kizárólag kitozánt tartalmazó,
- csak alginátból álló,
- valamint azonos arányban kevert változatot.
A vizsgálatok során elemezték az anyagok kémiai szerkezetét, mechanikai tulajdonságait, hőstabilitását és vízfelvevő képességét. A hidrogélt ezt követően liofilizálással szárították ki, így egy rendkívül porózus, szivacsszerű szerkezet jött létre, amely újra vízzel érintkezve ismét gélszerű anyaggá alakult.
A hidrogélek működési elve egyszerű
Az eredmények szerint a kitozán és alginát egyenlő arányú keveréke bizonyult a legkedvezőbbnek. Ez a változat saját tömegének 40–60-szorosát képes volt vízből megkötni attól függően, mennyi ideig tartott a gyártási folyamat egyik kulcsfontosságú lépése. Emellett a hidrogél szerkezete 40 Celsius-fokos hőmérsékleten is stabil maradt, ami mezőgazdasági körülmények között különösen fontos tulajdonság, hiszen a nyári időszakban a talaj felső rétege jelentősen felmelegedhet.
A hidrogélek működési elve egyszerű, ugyanakkor rendkívül hasznos lehet a termesztésben. Öntözés vagy csapadék után nagy mennyiségű vizet szívnak magukba, majd a talaj kiszáradásával fokozatosan visszaadják azt a környezetüknek.
Fotó: Yves Bernardi , Pixabay
Ez hozzájárulhat a növények egyenletesebb vízellátásához, csökkentheti az öntözési igényt, valamint mérsékelheti a vízhiány okozta stresszt. Különösen olyan térségekben lehet jelentős a szerepük, ahol a csapadék mennyisége egyre kiszámíthatatlanabb.
A kutatók azonban nem állnak meg a vízmegkötésnél. A következő fejlesztési szakaszban azt vizsgálják, miként lehetne a hidrogélt természetes eredetű műtrágyákkal és mikroelemekkel feltölteni úgy, hogy azok fokozatosan szabaduljanak fel a talajban. Egy ilyen rendszer egyszerre biztosíthatná a növények számára szükséges nedvességet és tápanyagokat, miközben csökkenthetné a tápanyag-kimosódást és javíthatná a trágyázás hatékonyságát.
További vizsgálatokra lesz szükség
Mielőtt azonban a fejlesztés a gyakorlatban is megjelenhetne, további vizsgálatokra lesz szükség. A kutatócsoport valós termesztési körülmények között is tesztelni kívánja az anyagot különböző talajtípusokon, öntözővízzel, valamint olyan kedvezőtlen körülmények között is, mint a magas sótartalom vagy a savanyú talajok.
A fejlesztés jól példázza, hogy a természetes eredetű anyagok egyre nagyobb szerepet kaphatnak a fenntartható mezőgazdasági technológiákban. Bár a hidrogél gyakorlati alkalmazásáig még további kutatások szükségesek, az eddigi eredmények alapján ígéretes eszközzé válhat a víztakarékos növénytermesztésben.
Egy olyan időszakban, amikor a vízkészletek megőrzése és a talajok állapotának javítása kiemelt jelentőségű, az ehhez hasonló innovációk hosszú távon a gazdálkodók és a környezet számára egyaránt előnyösek lehetnek.
