Biologisch abbaubares superabsorbierendes Hydrogel verbessert die Wasserhaltefähigkeit von Substraten und das Pflanzenwachstum

Superabsorbierende Gele sind eine besondere Klasse von Gelen, die durch chemische Stabilisierung von hydrophilen Polymeren in einem dreidimensionalen Netzwerk gewonnen werden. In den letzten 40 Jahren wurden Gele häufig für landwirtschaftliche Zwecke vorgeschlagen, um die Wasserverfügbarkeit für Pflanzen zu verbessern, indem die Wasserhaltefähigkeiten von Substraten (Böden oder bodenlosen Substraten) erhöht werden. Die meisten der auf dem Markt erhältlichen traditionellen Gele basieren auf Acrylaten und sind somit nicht biologisch abbaubar. Angesichts des zunehmenden Interesses an Umweltfragen entstehen biologisch abbaubare Gele mit lebhaftem Interesse an potenziellen kommerziellen Anwendungen in der Landwirtschaft. In dieser Studie haben wir eine neuartige Klasse von auf Zellulose basierenden superabsorbierenden Gelen, die vollständig biologisch abbaubar und biokompatibel sind, für die landwirtschaftliche Nutzung evaluiert. Die Ziele der durchgeführten Tests waren: 1) die Fähigkeit des Gels zu überprüfen, die Wasserhaltefähigkeit der Substrate (Böden und bodenlose Substrate) zu verändern; 2) die Auswirkungen auf das Wachstum von Pflanzen zu untersuchen, die auf mit dem Gel angereicherten Medien angebaut wurden. Die Wasserhaltekurve eines sandigen Bodens, der mit 0, 0,5, 1,0 und 2,0 % (w/w) Gel angereichert wurde, wurde mit einem Richard-Druckplattenapparat bestimmt. Das Gel veränderte die Wasserhaltefähigkeiten des Bodens. Die Bodenfeuchtigkeit bei Feldkapazität nahm mit dem höchsten Gel-Anteil um bis zu 400 % im Vergleich zum nicht angereicherten Boden zu, und der Welkepunkt (-15 bar) war ähnlich wie der bei Feldkapazität des nicht angereicherten Bodens. Bei Zugabe zu Perlit, einem bodenlosen Substrat mit einer niedrigen Wasserhaltekapazität, erhöhte 1 oder 2 % (w/w) Gel die Behälterkapazität um 28 bzw. 48 %, ohne die Luftkapazität zu verringern. Tests zeigten, dass das Gel keine Phytotoxizität aufwies, und Kultivierungstrials mit Gurken (auf Boden) und süßem Basilikum (unter bodenlosen Bedingungen) zeigten eine allgemeine Verbesserung des Pflanzenwachstums und der Qualität, wenn das Gel den Wachstumsmedien hinzugefügt wurde. Das getestete Gel erwies sich als geeignet für eine potenzielle Verwendung in der Landwirtschaft. Sein Einsatz sollte unter einer kosteneffektiven Perspektive weiter evaluiert werden.