بوليمر فائق الامتصاص للاحتفاظ بالمياه والسماد بطيء الإطلاق

إن حماية البيئة والنبات والحيوان وصحة الإنسان باستخدام الاستراتيجيات الطبيعية هدف رئيسي للدول المتقدمة. اعتماد مؤخرا من البوليمرات الماصة وهيدروجيل في الزراعةوقد أظهرت العديد من المزايا مثل تحسين نوعية التربة ، والحفاظ على المياه ، والحد من استهلاك المغذيات في التربة ، وتخفيف الجفاف وإجهاد الرطوبة في المحاصيل ، وإدارة مسببات الآفات. أصبحت تقنيات طلاء البذور شائعة لتعزيز حماية البذور وتعزيز نمو النباتات ، واستخدام البوليمرات الماصة ، والهلاميات المائية ، ومنظمات النمو ، والمبيدات الحشرية ، والأسمدة ، والكائنات الدقيقة المفيدة. تسلط هذه المراجعة الضوء على أهمية مختلف البوليمرات والمواد الهلامية فائقة الامتصاص في نهج متكامل لحماية البذور والنباتات والتربة والتحكم في الإطلاق البطئ للأسمدة ، وبالتالي الحفاظ على توازن النظم البيئية.

الزراعة كركيزة أساسية لاقتصادها وصناعة أولية لا غنى عنها. ومع ذلك ، أدى الاستخدام المتزايد للأسمدة الكيميائية وموارد المياه لتعزيز إنتاجية المحاصيل وتلبية الطلب المتزايد على الغذاء إلى خسائر كبيرة في المغذيات بسبب الذوبان السريع للأسمدة. هذا الاستخدام غير الفعال ، استخدام الأسمدة النيتروجينية عند 30-، سماد فوسفات عند 10 ، سماد بوتاش عند 30: 50 ، يؤدي إلى خسائر اقتصادية وهدر للطاقة ، والقضايا البيئية مثل تلوث المياه الجوفية ، وتغذية المياه بالمياه ، وتدهور التربة ، وتلوث الهواء. كيفية تقليل استخدام الأسمدة مع الحفاظ على كفاءتها هي قضية مهمة تواجه الصناعة حاليًا.

تشكل ندرة المياه تحديًا آخر للتنمية الزراعية في العالم ، حيث لا يتجاوز نصيب الفرد من موارد المياه ربع المتوسط العالمي. يواجه العالم أيضًا تآكل التربة الشديد والتصحر ، يضاعف من عدد سكانه الكبير. إن الاستخدام الفعال لموارد الأراضي والمياه المحدودة لإطعام هؤلاء السكان بشكل مستدام يشكل مصدر قلق كبير للاستدامة الزراعية.

الراتنج الفائق الامتصاص هو نوع جديد من مواد البوليمر الوظيفية التي تم تطويرها في العقود الأخيرة [1]. بسبب تركيبتها الكيميائية الخاصة ، وبنيتها الفيزيائية وامتصاص الماء وخصائص احتباس الماء ، يمكنها مقاومة الجفاف ، وتحسين التربة ، والحفاظ على كفاءة الأسمدة في الأراضي الزراعية. إنه نوع جديد من مكيفات التربة والمواد الزراعية المقاومة للجفاف والموفرة للمياه. ومن المؤكد أن الجمع بينها وبين الأسمدة لإعداد الزراعة والغابات مع امتصاص الماء ووظائف الاحتفاظ بالماء سيؤدي إلى طفرة جديدة في مجال أبحاث الأسمدة [2]. ومع ذلك ، فإن الأسمدة البطيئة الإطلاق باهظة الثمن وتطبيقها ليس عالميًا. بالإضافة إلى ذلك ، فإن معظم مواد الراتنج فائقة الامتصاص المستخدمة في إنتاج الأسمدة البطيئة الإطلاق هي مواد بوليمر اصطناعية من البولي أوليفينات ، والتي لا يمكن تحللها. كميات كبيرة من التطبيقات ستجعل التربة رملية والأرض صعبة الاستخدام على نحو مستدام. المواد تلوث بيئة التربة ، ومن الضروري تطوير مواد الطلاء القابلة للتحلل [3].

آلية الاحتفاظ بالمياه والإطلاق البطيئ

آلية الاحتفاظ بالمياه

بوليمر فائق الامتصاص (SAP)عادة ما تشير إلى فئة جديدة من مواد البوليمر الوظيفية التي تحتوي على مجموعات ماء مثل-COOH ،-NH2 ، و-OH. عند ملامسة الماء ، هيكل الشبكة المتشابك للبوليمرات فائقة الامتصاص ، غني بمجموعات محبة للماء القوية مثل الكربوكسيل (-COOH) والهيدروكسيل (-OH) ، يخضع التأين ويتفاعل مع جزيئات الماء من خلال الترابط الهيدروجيني. يتيح هذا التفاعل للبوليمرات فائقة الامتصاص امتصاص كميات كبيرة من الماء. بالإضافة إلى ذلك ، فإن وجود الشوارد داخل الشبكة الجزيئية للبوليمرات فائقة الامتصاص يخلق فرقًا محتملًا بين المحلول الكهرلي الداخلي والمياه الخارجية ، مما يؤدي إلى تسرب المياه إلى هيكل البوليمر.

تؤدي إمكانية الاختراق التفاضلي إلى دخول الماء المستمر إلى جزيئات البوليمر ، مما يؤدي إلى التحليل الكهربائي عند ملامسة أيونات الشبكة. بينما ايون ايجابيتصبح مجموعات الأيونات السالبة حرة ، تظل مربوطة بسلسلة الشبكة ، مما يسبب التنافر بين الأيونات السالبة المجاورة وتوسيع هيكل شبكة البوليمر. وبالتالي ، يتخلل حجم كبير من المياه شبكة هيكل الشبكة الجزيئية. تعاني طرق الري التقليدية من ارتفاع استهلاك المياه بسبب التبخر والتسرب ، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة استخدام المياه. البوليمرات فائقة الامتصاص يمكن أن تمتص الماء منزوع الأيونات مئات إلى آلاف المرات كتلتها أو المالحة الفسيولوجية عشرات إلى ما يقرب من مائة مرة كتلتها ، والحفاظ على معظم المياه الممتصة لفترات طويلة. إن دمج البوليمرات فائقة الامتصاص في التربة يعزز امتصاص التربة الفعال لمياه الري والأمطار ، وبالتالي يحسن قدرة الاحتفاظ بالمياه في التربة.

بعد التطبيق على التربة ، يتم إطلاق الماء الممتص تدريجيًا لامتصاص النبات مع انخفاض مستويات الرطوبة الخارجية. وتشير نتائج البحوث إلى أن البوليمرات فائقة الامتصاص تحافظ على قدرتها على امتصاص الماء في المقام الأول ضمن نطاق شفط منخفض يبلغ 10-50 كيلوباسكال ، مع إمكانية وصول النباتات بسهولة إلى الماء الممتص. علاوة على ذلك ، لا تزال قدرة امتصاص الماء القصوى للبوليمرات فائقة الامتصاص (13-14 كجم/سم 2) أقل من جذور النباتات (17-18 كجم/سم 2) ، منع تدفق المياه من نظام الجذر. وبالتالي ، فإن تمديد دورات الري خلال فترات الجفاف يعزز مقاومة النباتات للجفاف.

آلية الإفراج البطئ

عند ملامسة محلول التربة ، تمتص البوليمرات فائقة الامتصاص الماء وينتفخ إلى حالة تشبه الهلام. أعاقت تجربة الأسمدة القابلة للذوبان داخل الهيدروجيل الانتشار بسبب هلام منتفخ ، مما أدى إلى تباطؤ معدل إطلاق المغذيات الأسمدة. هذا التأثير العائق يحسن كفاءة استخدام الأسمدة. في ظل ظروف محددة ، تنتشر المغذيات الممتزة ببطء من الهيدروجيل من خلال نظام الشبكة في التربة ، مما يسهل امتصاص المحاصيل واستخدامها ، ويعزز نمو النبات في نهاية المطاف.

إن المواد الماصة للماء من البوليمر من تشينغداو لا تعمل فقط كمكيفات للتربة تمتص المياه وتحتفظ بها ، ولكنها تسهل أيضًا الإطلاق التدريجي لمغذيات الأسمدة. فهو يجمع بين الأداء الممتاز للراتينج فائق الامتصاص والأسمدة البطيئة الإطلاق ، ومن المتوقع أن يؤدي إلى ثورة جديدة في صناعة الأسمدة. يتم تلخيص اتجاهات التطوير والتوجهات البحثية لهذا الأسمدة على النحو التالي:

1. قبل إنتاج الأسمدة ، خلطبوليمر فائق الامتصاصمع مواد خام الأسمدة الأخرى (مثل النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم والمواد المغذية الأخرى). تقوم هذه الطريقة بتوزيع المادة الماصة بالتساوي داخل حبيبات الأسمدة ، مما يضمن أنها تعمل في جميع أنحاء حبيبات الأسمدة. بعد إنتاج الأسمدة ، تمزج جسديًا مع الجسيمات بنسبة معينة.

2. تحسين آلية إطلاق المغذيات عن طريق تغيير تركيبة الراتينج فائق الامتصاص وتفاعله مع الأسمدة. يهدف هذا التحسين إلى تكييف نمط الإطلاق لاحتياجات المحاصيل مع تعزيز قابلية التحلل وتحمل الملح للراتنج الماص.

في الاستخدام الفعلي لعامل الاحتفاظ بالمياه ، يجب الجمع بين أنواع وشروط استخدام عامل الاحتفاظ بالمياه لدراسة تأثير عوامل مختلفة مثل نسيج التربة ، أنواع الأسمدة ، والظروف المناخية ، وكمية التطبيق ، ووقت التطبيق ، وطريقة تطبيق عامل الاحتفاظ بالماء في تأثير عامل الاحتفاظ بالمياه. في الوقت نفسه ، يجب تقييم عامل احتباس الماء بشكل شامل من حيث امتصاص الماء واحتباس الماء ، واحتباس الأسمدة وكفاءتها ، وتحسين التربة ، ومقاومة البكتيريا والأمراض والتأثير البيئي.

[1] الفتاح W A ، هاشم S ، ابراهيم A N. هيدرجل البوليمر: استعراض [ي]. تكنولوجيا البوليمر والبلاستيك وهندسته ، 50 (14): من من من من من ومن ثم.

[2] جوشوا ، أبراهام ، V ، وآخرون ، أسمدة اليوريا مغلفة بالغشاء ذات الإطلاق المتحكم به على أساس بوليمرات الأكريلاميد [J]. مجلة علوم البوليمر التطبيقية ، 60 (13): من من من من من.

[3] يو ح ، هوانغ ذ ، شياو ب. إعداد وتوصيف مشتق أمونيوم رباعي من konjac glucomannan [J]. بوليمرات الكربوهيدرات ، من ، 69:29-40.