Бразильские ученые из Национальной лаборатории нанотехнологий в сельском хозяйстве вместе с коллегами разработали и успешно испытали упаковку из крахмала для порошкообразных или гранулированных удобрений.
При внесении удобрений в почву аграрии сталкиваются с двумя проблемами: очень сложно вносить большое количество веществ в оптимальной для растений дозировке (это вызывает переизбыток некоторых веществ в почве), после использования остается большое количество отходов в виде полимерной упаковки. Это приводит к экономическим потерям и может загрязнять окружающую среду.
Для решения этих проблем ученые создали пакетики из биоразлагаемого полимера — крахмала. Пакетики предназначены для контроля высвобождения питательных веществ, чтобы растение получало их не сразу, а постепенно. Предлагается использовать разные типы пакетиков в зависимости от того, какие удобрения нужно вносить в почву. Были разработаны пакетики с крахмалом, которые обрабатывались мочевиной и лимонной кислотой и укреплялись цеолитом, богатым ионами меди. Цеолит — это пористый минерал с высокой адсорбционной способностью по отношению к ионам, таким как ионы меди.
Ионы меди, содержащиеся в цеолите, выполняют двойную функцию: они обладают сильными противомикробными свойствами в отношении как грибков, так и бактерий, контролируя рост микроорганизмов, и, кроме того, являются источником минеральных микроэлементов, которые впоследствии усваиваются корнями.
Исследование было направлено на разработку составов, способных улучшить прочность и стабильность биоразлагаемых полимеров. Ученые оценили различные концентрации цеолита и обнаружили, что максимальное значение в 3% по отношению к крахмалу значительно повышает механическую прочность. Однако при превышении этого предела частицы могут ослаблять пленку. Помимо высвобождения питательных веществ, цеолит выполняет еще одну функцию в периоды засухи. Он может удерживать воду, потому что он очень пористый и гидрофильный.
Чтобы проверить способность высвобождать питательные вещества, пакетики из крахмала выдерживали в водной среде в течение 30 дней. Эксперимент продемонстрировал частичное высвобождение ионов меди и мочевины. Гидрофильные свойства пакетиков способствовали проникновению воды и высвобождению хлорида калия.
Также были проведены тесты на растворимость и цитотоксичность медного цеолита, чтобы определить его свойства и потенциальное взаимодействие с окружающей средой после извлечения из пакетиков. Тесты на цитотоксичность, проведенные на ростках кресс-салата, показали, что после часа воздействия цеолита всхожесть составила 92%, что указывает на возможность его использования в сельском хозяйстве.
Чтобы проверить доступность меди, были проведены тесты на растворимость в воде (с нейтральным pH) и в лимонной кислоте. Эффективность высвобождения вещества повысила доступность меди в кислой среде с 5% до 45% от ожидаемого общего количества.
Пока технология находится на стадии лабораторных испытаний. Сначала ее предполагается использовать в ландшафтном дизайне, садоводстве, гидропонике и теплицах. Для крупномасштабного сельскохозяйственного производства будет проведен расчет экономической целесообразности проекта.
Ранее Наука Mail рассказала о том, каким образом дождевые черви могут снизить распространение устойчивости к антибиотикам.
