Выжимать максимум: гидрогель повысит качество урожая
Российские ученые синтезировали особый материал, который может ускорить прорастание семян. Это гидрогель с развитой системой пор, способный впитывать влагу и питательные вещества, стимулирующие рост. Такая подпитка на ранних этапах дает сильный толчок развитию растения на протяжение всей его жизни. Грамм геля может впитать до литра воды. По словам экспертов, такие технологии могут быть использованы для адаптации сельского хозяйства к изменениям климата, восстановления и реабилитации деградированных почв, увеличения урожайности и качества продукции.
Чудо-гель
Специалисты Института высокомолекулярных соединений (ИВС) РАН, который в начале 2023 года вошел в НИЦ «Курчатовский институт», совместно с Агрофизическим научно-исследовательским институтом в рамках проекта Российского научного фонда (РНФ) синтезировали полимерный гель, который стимулирует рост растений на ранних этапах развития, что повышает продуктивность и качество сельскохозяйственных культур. Ученые предложили использовать для этого материал, обладающий высокой способностью впитывать воду и минеральные вещества, необходимые для роста сельскохозяйственных культур.
— При разработке субстратов для выращивания растений важно, чтобы они не оказывали на растение негативного влияния, обладали пористой структурой и способностью удерживать воду. Полученный нами гель в условиях эксперимента проявляет все эти свойства. Он абсорбирует воду, при этом не растекается и сохраняет форму, — рассказала младший научный сотрудник ИВС РАН Светлана Лаишевкина.
Как пояснила ученая, по сути гидрогель — это трехмерная сетка, в которой полимерные цепи соединены химическими или физическими сшивками. Контролируя их плотность, можно управлять количеством воды, которое абсорбирует вещество: чем больше их плотность, тем меньше степень набухания геля.
Ученые синтезировали гель при отрицательной температуре. Он обладает очень развитой системой пор. При контакте с водой материал ее поглощает (до 1 л на 1 г полимера), увеличиваясь при этом в объеме, а в набухшем состоянии обеспечивает влагой семена. В структуру геля также вводят микро- и макроэлементы, необходимые для развития растения: азот, кальций, калий и так далее. Эксперименты показали, что нахождение в такой среде хорошо отражается на росте сельхозкультуры. Так, опыты на семенах салата показали увеличение сырой массы проростков по сравнению с контрольными образцами, полученными без использования гидрогеля.
Подпитка на всю жизнь
— Гель показал в целом положительные свойства. На ранних стадиях развития он обеспечивает семена влагой и элементами питания в доступной форме. Растения становятся более конкурентоспособными: положительный толчок, который они получают в начале жизни, хорошо сказывается на их росте, развитии и продуктивности, — комментирует заведующая отделом светофизиологии растений и биопродуктивности агроэкосистем ФГБНУ «Агрофизический научно-исследовательский институт» Гаянэ Панова.
Как пояснила специалист, ученым нужно было создать субстрат многоразового использования, который позволил бы повысить адаптируемость растений к условиям интенсивного выращивания под искусственным светом. С этой задачей материал справился. Он показал хороший эффект также и при внесении в другие субстраты (например, на основе торфа). Эксперименты подтвердили, что при этом значимо возрастают значения показателей роста, продуктивности различных основных овощных культур, улучшается качество получаемой продукции.
Создание подобных материалов — важная область исследований с потенциальным применением в сельском хозяйстве, экологии и инженерии. Разработка может быть использована для адаптации растений к изменениям климата. «Искусственную почву» можно создавать с учетом повышенной температуры, учащения засух и изменений в осадках. Это, как следствие, позволит создавать более устойчивые сельскохозяйственные системы, способные адаптироваться к экстремальным условиям, пояснил «Известиям» доцент агробиотехнологического департамента РУДН Валентин Введенский.
— Подобные материалы можно использовать для восстановления и реабилитации деградированных почв, пострадавших от эрозии и солончаков. Создание «искусственной почвы» с определенными свойствами может способствовать улучшению и восстановлению физико-химических характеристик естественной. Разработка может способствовать снижению экологического воздействия сельского хозяйства на природу, такого как загрязнение водных ресурсов химическими удобрениями и пестицидами. В некоторых случаях применение материала может быть полезно для увеличения урожайности или качества продукции, особенно в высокоинтенсивном сельском хозяйстве, — сказал эксперт.
В то же время ученый отметил и необходимость учитывать потенциальные риски — например, отрицательное воздействие на биоразнообразие, конкретную экосистему. Кроме того, принципиально важен вопрос безопасности продуктов, выращенных с помощью «искусственной почвы», для здоровья человека. Эти факторы требуют дополнительного изучения и тщательного анализа.
