Стеклянные удобрения: система медленной доставки питательных веществ

Сельскохозяйственные удобрения критически важны для продовольственной безопасности, восстановления плодородия почвы и поддержания урожаев. Однако их чрезмерное и неэффективное использование создает экологические угрозы, включая загрязнение водоемов и выбросы парниковых газов, таких как закись азота. Исследователи, сообщающие в ACS Agricultural Science & Technology, предложили решение — стеклянные гранулы-удобрения, которые контролируют высвобождение питательных веществ и, по словам ученых, экологически совместимы.

«Результаты показывают, что стеклянные удобрения можно адаптировать под потребности растений, медленно и устойчиво высвобождая питательные вещества для повышения продуктивности без вреда для качества почвы», — говорит соавтор исследования Данило Манзани.

Глобальный спрос на удобрения растет: по оценкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (FAO) на 2020 год, он превысит 200 миллионов метрических тонн. Традиционные удобрения, содержащие азот, фосфор и другие элементы (например, кальций), теряют эффективность из-за вымывания в грунтовые воды и испарения в атмосферу. Это требует частого повторного внесения и вызывает экологические проблемы, такие как токсичное цветение водорослей. В качестве потенциального решения Манзани, Эдуардо Феррейра и их коллеги разработали водорастворимое многокомпонентное стеклянное удобрение для контролируемой доставки питательных веществ.

Исследователи синтезировали стекло, содержащее несколько микро- и макроэлементов, включая фосфор, калий и кальций. Его измельчили на мелкие (менее 0,85 мм) и крупные (0,85–2 мм) частицы. В предварительном тесте частицы помещали в воду или буферный раствор, имитирующий почвенные условия. Каждый питательный элемент высвобождался из частиц обоих размеров и диффундировал в растворы стабильно в течение 100 часов с незначительными колебаниями.

Затем ученые применили питательный раствор или различные количества стеклянных гранул к почве, засеянной типичной газонной травой, и сравнили рост растений. Питательный раствор, внесенный однократно, сразу стимулировал рост, но эффект быстро исчезал. Однократное же внесение стеклянного удобрения поддерживало рост растений независимо от размера частиц, хотя общий рост зависел от дозы гранул.

Команда также исследовала возможную экотоксичность стеклянного удобрения, подвергнув воздействию гранул семена салата и лука. Семена, обработанные стеклянным удобрением, показали примерно такую же скорость прорастания и здоровье клеток, как и необработанные семена или семена, обработанные растворимыми питательными веществами. Исследователи заключают, что эти результаты указывают на эффективную и долговременную альтернативу традиционным удобрениям с меньшим воздействием на окружающую среду.