23.07.2021

Naukowcy z AGH opracowali i zbadali nawozy biodegradowalne w 100%


Struktura nawozu zaraz po wytworzeniu. Fot. arch. Katedry Biomateriałów i Kompozytów

Struktura nawozu po dwóch miesiącach w glebie z widocznym procesem rozkładu matrycy polimerowej. Fot. arch. Katedry Biomateriałów i Kompozytów

W jaki sposób spowolnić procesy erozji gleby na Ziemi, jak zatrzymać ubożenie i degradację gleb, w jaki sposób sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu na produkty pochodzenia roślinnego, jak wzbogacać gleby w składniki odżywcze bez zwiększania zawartości azotu czy fosforu – to tylko niektóre pytania, na które starają się odpowiedzieć naukowcy z AGH w Krakowie.

W ramach prowadzonych prac na Wydziale Inżynierii Materiałowej i Ceramiki w Katedrze Biomateriałów i Kompozytów trwają badania nad nawozami nowej generacji. Nawozy CRF (z ang. controlled release fertilizer – nawozy o kontrolowanym uwalnianiu) to nawozy zawierające pierwiastki biogenne dostępne w postaci, której roślina nie może natychmiast wchłonąć. Zazwyczaj są one powleczone materiałami umożliwiającymi kontrolę m.in. tempa i czasu uwalniania składników odżywczych. To właśnie możliwość kontroli uwalniania substancji jest głównym czynnikiem odróżniającym nawozy CRF od nawozów tradycyjnie stosowanych. Dzięki badaniom w AGH naukowcom udało się zoptymalizować proces wytwarzania takich nawozów, a także zbadać i ocenić ich właściwości porównując je do analogicznych konwencjonalnych nawozów mineralnych.

Badania dotyczące działania zaprojektowanych nawozów CRF-AGH zostały przeprowadzone na podstawie upraw różnych roślin m.in. facelii miododajnej, owsa czy prosa, które przeprowadzone zostały w warunkach laboratoryjnych. Na uprawach zasymulowaliśmy opady deszczu i na podstawie wody, która przepłynęła przez glebę, a następnie została zebrana w szczelnym pojemniku, wyznaczyliśmy stężenie soli, która została wymyta z gleby – wyjaśnia jeden z autorów badań dr inż. Piotr Szatkowski.

Wyniki przeprowadzonych badań symulacji opadów i soli wymytych przez wodę pokazują, że stężenie soli w próbkach z nawozem komercyjnym plasuje się na dużo wyższym poziomie. Po zakończeniu symulacji opadowej rośliny zebrano i zbadano.

Na podstawie badań stwierdziliśmy, że rośliny, do których uprawy nie wykorzystywano żadnego rodzaju nawozów były wyraźnie bardziej kruche i łamliwe. Ponadto posiadały mniej intensywną barwę, co wskazywać może na niedobory składników odżywczych. Rośliny uprawiane na nawożonym podłożu glebowym były w dużo lepszej kondycji. Jednak to te, do których uprawy zastosowano CRF wykazywały się większą grubością łodygi oraz bardziej intensywną i wyrazistą barwą – dodaje Katarzyna Suchorowiec, studentka z WIMiC AGH.

Dodatkowo rośliny nawożone CRF posiadały większą zdolność do akumulacji wody, w porównaniu do uprawianych na innych podłożach.

Rysunek przedstawia trzy obrazy spod mikroskopu. Na każdym z nim, w środkowej części zbliżenie na zielony, poprzeczny pas. Na środkowym zdjęciu zbliżony element ma kolor ciemnozielony, po lewej i prawej odcień zieleni nieco jaśniejszy.

Obrazy z mikroskopu optycznego przedstawiające fragmenty roślin od lewej: bez nawozu, z nawozem CRF oraz z nawozem komercyjnym

Co więcej nawozy CRF bardzo dobrze rokują, jeśli chodzi o zastosowanie ich do nawożenia roślin rosnących w wodzie. Daje to dużą szansę, szczególnie, że możliwość nawożenia tego typu roślin była do tej pory mocno ograniczona i uciążliwa ze względu na pojawienie się skokowego wzrostu stężenia soli mineralnych w wodzie. Aby zbadać szybkość uwalniania soli zostały przeprowadzone badania nawozów CRF-AGH w wodzie. Na podstawie otrzymanych wyników stwierdzono, że zarówno w początkowej fazie jak i po dłuższym czasie nawozy CRF-AGH stopniowo uwalniają zatrzymane w nich sole. Nawozy te proporcjonalnie uwalniały zawarte w nich sole do wody to znaczy, że w jednakowych odstępach czasu stężenie rosło o tę samą wartość. Dzięki tak skonstruowanym nawozom, możliwe byłoby precyzyjne nawożenie roślin rosnących w wodzie np. ryżu. Wiązałoby się to także z dużo mniejszą ingerencją w środowisko naturalne zarówno na polach uprawnych jak i w ich pobliżu.

Wnioski z badań naukowców z AGH wskazują m.in., że alternatywną metodą nawożenia jest stosowanie nawozów o kontrolowanym uwalnianiu mikroelementów. Tego typu nawozy miałyby na celu powolne uwalnianie składników odżywczych do gleby. Rośliny posiadałyby zatem ciągły dostęp do mikroelementów, zapewniających im zrównoważony wzrost i rozwój. Ponadto nawozy oparte o wolne i kontrolowane uwalnianie byłyby w stanie zapobiec wymywaniu z gleby składników odżywczych, które mogłoby mieć miejsce podczas intensywnych opadów. Dodatkowym atutem nawozów o kontrolowanym uwalnianiu jest możliwość ich zastosowania nie tylko do nawożenia upraw roślin rosnących w glebie, ale także jako źródło cennych pierwiastków dla roślin uprawianych w wodzie. Dzięki zastosowaniu dodatkowej otoczki sole zawarte w nawozie przedostają się do wody w znacznie wolniejszym tempie, a rośliny nie są narażone na skutki nagłego wzrostu ich stężeń.