Почему гидрогели для улучшения почвы иногда огорчают фермеров
В ходе исследования с целью улучшения устойчивости сельхозкультур к засухе ученые из Принстонского университета обнаружили ключевую причину, по которой смешивание материала, называемого гидрогелем, с почвой не всегда приводит к желаемым результатам
Гидрогелевые шарики, способные впитывать воду в тысячу раз больше своего веса, кажутся идеально подходящими для использования в качестве крошечных подземных резервуаров с водой. Теоретически, когда почва высыхает, гидрогели выделяют воду для гидратации корней растений, тем самым экономя воду и повышая урожайность сельскохозяйственных культур даже в условиях засухи.
Тем не менее, добавление гидрогелей на фермерские поля дает неоднозначные результаты.
В своей работе ученые из Принстона продемонстрировали экспериментальную платформу. Она позволяет наблюдать за гидрогелями в почвах, а также в других сжатых замкнутых средах.
Платформа основана на двух ингредиентах: прозрачной гранулированной среде, а именно упаковке из стеклянных шариков, в качестве заменителя почвы, и воде, содержащей химическое вещество, называемое тиоцианатом аммония. Это химическое вещество искусно изменяет способ преломления света водой, компенсируя искажающие эффекты, которые обычно имели бы круглые стеклянные бусины. В результате ученые могут видеть насквозь цветной гидрогелевый шар посреди искусственной почвы.
«Специализация моей лаборатории — поиск нужного химического вещества в нужных концентрациях для изменения оптических свойств жидкостей, — сказал Суджит Датта, доцент кафедры химической и биологической инженерии в Принстоне и старший автор исследования, опубликованного в журнале Science Advances 12 февраля. — Эта возможность обеспечивает трехмерную визуализацию потоков жидкости и других процессов, которые происходят в обычно недоступных, непрозрачных средах, таких как почва и камни».
Ученые использовали установку, чтобы продемонстрировать, что количество воды, сохраняемой гидрогелями, контролируется балансом между силой, прилагаемой при набухании гидрогеля водой, и удерживающей силой окружающей почвы.
В результате более мягкие гидрогели поглощают большое количество воды при смешивании с поверхностными слоями почвы, но не работают так хорошо в глубине, где испытывают нарастающее давление.
Вместо этого жесткие гидрогели, синтезированные с увеличенными внутренними поперечными связями, могли лучше противостоять давлению почвы и, соответственно, сохраняли эффективность.
Датта сказал, что, руководствуясь этими результатами, инженеры теперь смогут проводить дальнейшие эксперименты для адаптации химии гидрогелей к конкретным культурам и условиям почвы.
«Наши результаты предоставляют рекомендации по разработке гидрогелей, которые могут оптимально поглощать воду в зависимости от почвы, в которой они предназначены для использования, потенциально помогая удовлетворить растущие потребности в пище и воде», — сказал Датта.
Источником вдохновения для научной работы послужило то, что Датта узнал об огромных перспективах использования гидрогелей в сельском хозяйстве, но в некоторых случаях фермеры оставались недовольными и считали, что потратили деньги зря.
Источник
Гидрогель — медленно убивает или только помогает?
Ни в коей мере не хочу как-то опротестовать статью об оригинальном применении подгузников, вернее, гидрогеля из них!
Сейчас просто много противоположных высказываний о гидрогеле, тут я промолчать не могу — пусть каждый свое мнение составит, при нужде найдет дополнительный материал.
Что такое гидрогель, из чего он состоит?
На упаковке гидрогеля, написан следующий состав: «пространственносшитый гель полиакриламида и полиакрилата калия». Так же там написано, что гель абсолютно безопасен для человека и не токсичен для растений (однако, акриламид, входящий в его состав, является опаснейшим нейротоксином. Кроме того, акриламид вызывает рак у лабораторных животных. Он легко проходит через кожу и может быть вдыхаем в виде пыли).
Содержимое представляет собой белый порошок, набухающий при добавлении воды. Насыпаем слой в 1 мм порошка гидрогеля на дно пластикового стаканчика объемом пол литра, и набухнув, гидрогель полностью заполнил этот стакан.
Для чего применяют гидрогель?
При помощи гидрогеля можно создать граффити из мха , гидрогель используют в дизайне, а так же добавляют в горшки к цветочным культурам, чтобы их можно было реже поливать. Сейчас модно проращивание рассады на гидрогеле (она действительно хорошо прорастает, особенно если вместо воды замочить гидрогель в питательном растворе для гидропоники, так как сам по себе гидрогель инертен — без дополнительного питания растения в нем через некоторое время погибнут).
Ну и попросту рассада в гидрогеле выглядит красиво — можно наблюдать как растет корневая система. Многие садоводы рекомендуют добавлять гидрогель в почву под культуры, употребляемые в пищу (огурцы, помидоры, клубника итд), я тоже было запланировала это сделать, но для начала решила изучить информацию о гидрогеле в зарубежном интернете.
Возможная опасность и токсичность гидрогеля
Linda Chalker-Scott (Ph.D., Washington State University) в статье Миф о полиакриламидных гидрогелях (статья на английском, перевод сделан гугл-переводчиком, в нем возможны неточности, ниже представлены выдержки из статьи) пишет:
«. Гидрогели обычно преподносятся как рН-нейтральные, нетоксичные, экологически чистые соединения (в полимеризованной форме). Факт остается фактом, что после пяти лет практически весь гидрогель деполимеризуется за счет естественных процессов разложения . Когда гидрогель разрушается, он высвобождает акрилат калия и акриламид. Акриламид является смертельным нейротоксином, и было установлено, что он вызывает рак у лабораторных животных. Он легко проходит через кожу и может быть вдыхаем в виде пыли . Кто подвергается риску воздействия акриламида? Работники детских садов и садовники, которые обычно используют гидрогели и могут подвергается их воздействию, когда они разрушаются и становятся токсичными. Домовладельцы, которые добавляют гидрогель-содержащие смеси на их участки или компостные кучи. Собаки, кошки, и животные дикой природы, которые вступают в контакт с этими веществами находятся в опасности. В более широком масштабе, существует риск для всей экосистемы, так как акриламид растворим в воде и может легко попасть в водоносные слои.»
Jeff Schalau (Associate Agent, Agriculture & Natural Resources University of Arizona Cooperative Extension) в статье Гидрогели: являются ли они безопасными? (статья на английском, перевод сделан гугл-переводчиком, в нем возможны неточности, ниже представлены выдержки из статьи) пишет:
«. Некоторые люди обеспокоены безопасностью гидрогелей, поэтому я решил представить немного научной информации об их эффективности и безопасности . Как гидрогели будут действовать в той или иной ситуации очень трудно предсказать, так как химические взаимодействия между гидрогелем, веществами составляющими почву, и растворенными веществами являются сложными и происходят одновременно . Документально, воздействие сшитых гидрогелей на выживаемость растений является переменным (нестабильным). Некоторые исследователи сообщают об усилении роста сельскохозяйственных культур и пород деревьев. По мнению других исследователей, гидрогели не улучшили выживание растений по сравнению с контролем . В ряде случаев, состояние растений, обработанных гидрогелем, ухудшилось по сравнению с необработанным контролем и обнаружен недостаток питательных веществ . Как следует из названия, полиакриламиды состоят из многочисленных взаимосвязанных соединений акриламида. Акриламид является известным нейротоксином в организме человека и, как подозревают также канцерогенном. При производстве гидрогелей, остаточный акриламид присутствует в качестве загрязнителя, но его количество строго регламентированы в США до уровня не более 0,05%, или 500 ppm для сельскохозяйственного использования . Учитывая выводы, представленные выше, я не могу рекомендовать использование гидрогелей для домашних садов. Есть несколько альтернативных практик, которые являются безопасными и не менее эффективными. Они включают мульчирование, периодическое добавление компоста, защита от ветра и т.д.«
От модератора. Боюсь, что запугала вас сложными иностранными словами.
Если же у вас есть уверенность в возможности использовать гидрогель — вот вам видео в помощь:
Источник
Гидрогель — если он нужен, то зачем?
Что такое гидрогель, зачем он нужен нам, цветоводам, как и куда его использовать – попробуем разобраться
Среди множества готовых грунтов для растений, что продаются в любом цветочном магазине, больше всего вопросов и недоумений вызывает гидрогель (он же встречается под именем аквагрунта и экопочвы).
Что такое гидрогель, зачем он нужен нам, цветоводам, как и куда его использовать – попробуем разобраться.
Гидрогель – это полимер, обладающий уникальной способностью поглощать и удерживать при набухании до двух литров дистиллированной воды на 10 грамм гидрогеля или около 0,11 л питательного раствора на 1 г препарата. Наиболее распространенны гидрогели на основе полиакриламида. Гидрогель не токсичен, абсолютно стерилен, сохраняет свои свойства при высоких и низких температурах в почве в течение пяти лет. В конце концов, гидрогель полностью биоразлагаем – распадается на углекислый газ, воду и азот. В нашей стране работы по созданию сильно набухающих полимерных гидрогелей были начаты в начале восьмидесятых годов в Институте химической физики АН СССР под руководством профессора К.С. Казанского.
Полимеры – вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся звеньев; молекулярная масса полимеров может изменяться от нескольких тысяч до многих миллионов. Особые свойства полимеров, такие как: эластичность; малая хрупкость стеклообразных и кристаллических полимеров; способность макромолекул к ориентации под действием направленного механического поля; высокая вязкость раствора при малой концентрации полимера; растворение полимера через стадию набухания; способность резко изменять свои физико-механические свойства под действием малых количеств реагента, – позволяют широко использовать их в быту, машиностроении, текстильной промышленности, сельском хозяйстве и медицине, автомобиле- и судостроении, авиастроении. Особые свойства полимеров объясняются не только большой молекулярной массой, но и тем, что макромолекулы имеют цепное строение и обладают уникальным для неживой природы свойством – гибкостью.
Сфера применения гидрогеля
Изначально гидрогель представляет собой сухой порошок или гранулят. Кристаллы гидрогеля по виду и размеру похожи на сахар, имеют неправильную форму и нерегулярный размер. При добавлении воды к сухому веществу происходит набухание последнего (кристалл гидрогеля увеличивается в размерах примерно в 300 раз) и образуется желеобразная масса, которую и используют самостоятельно либо в качестве добавки в грунты для растений. Так кристалл становится своеобразным резервуаром с водой, который при недостатке влаги в почве будет отдавать свои запасы корням растений, а при избытке влаги – впитывать её. Тем самым, гидрогель спасает растения не только при пересушивании почвы, но и при её переувлажнении!
Благодаря своей структуре, кристаллы гидрогеля улучшают характеристики самых разных почв: глинистые почвы становятся более рыхлыми, а сыпучие – комковатыми. Растения, выращиваемые с использованием гидрогеля, даже в самую сильную жару достаточно поливать раз в неделю и реже.
На сегодняшний день сфера применения гидрогеля выглядит так:
* Гидрогель – добавка в почву для удержания влаги,
* Гидрогель – среда для содержания растений,
* Гидрогель – средство для транспортировки растений.
Гидрогель – идеальная влагоудерживающая добавка в почву для требовательных к режиму полива растений. Если вы боитесь пересушить растения, или вынуждены отсутствовать дома, или и вовсе забываете поливать своих питомцев, добавьте при пересадке в грунт немного гидрогеля – растения скажут вам спасибо.
Приготовление и способы применения
Перед внесением гидрогеля в почву приготовьте его по инструкции на упаковке. Обычно сухое вещество следует залить чистой водой (чем чище вода, тем больше вырастут гранулы, тем больше воды они впитают) и оставить на несколько часов до полного набухания. Излишки воды нужно слить. На каждый литр почвы возьмите 1 грамм сухого вещества, или стакан готового гидрогеля. Перемешайте тщательно с почвой, чтобы гель распределился в ней равномерно. Дальше сажайте растения как обычно.
Можно внести сухой гель под уже посаженные комнатные растения. Для этого сначала рассчитайте объем почвы в горшке с растением. На каждый литр земли возьмите 1 г сухого вещества (примерно четверть чайной ложки). Например, у вас горшок на 3 литра – вам понадобится 3 г гидрогеля. Осторожно сделайте проколы по всему объему цветочного горшка, в получившиеся лунки насыпьте аккуратно гидрогель (не засыпайте их доверху). Как следует полейте растение. Набухший гель может выдавиться на поверхность почвы, осторожно смешайте его с верхним слоем грунта в горшке. Корни растения сами найдут запасы влаги в почве. Как только корни прорастут в гель (обычно это занимает пару недель), растение можно будет поливать раз в 5-6 реже.
В смеси гидрогеля и земли очень удобно выращивать черенки растений, проращивать семена. Готовят такую смесь точно так же, как смесь для комнатных растений. Используют полученную смесь также традиционным способом. Лишь полив можно будет сократить.
Гидрогель можно использовать и как самостоятельный грунт для укоренения черенков, как грунт для флористических композиций. Будут в чистом геле успешно расти и некоторые комнатные растения.
Перед использованием традиционно заливаем сухое вещество необходимым количеством воды и забываем о нем на определенное время (см. инструкцию на упаковке).
В чистый готовый гель сажаем черенки растений. Просто воткните их в гель. Процесс можно контролировать, так как сквозь прозрачный гель все видно невооруженным взглядом. Свежие корни вы увидите так, как если бы укореняли черенки в стакане с водой.
Несколько лет назад, зайдя в любой цветочный магазин, вы рисковали сразу же увидеть какую-нибудь драцену, или фикус, или любое другое растение, водворенное в стеклянную посудину и цветной гидрогель. Точнее – в аквагрунт.
Аквагрунт – по структуре тот же полимер, что и гидрогель. Разве что он немного плотнее гидрогеля, что позволяет выпускать аквагрунт в виде жемчужин, кубиков, пирамидок и т.п. Обычно аквагрунт еще и окрашен в разные цвета. Такую же икебану вы можете сотворить сами.
Для посадки в чистый гидрогель лучше подходят молодые растения – еще лучше черенки растений, которые легче укореняются и быстрее адаптируются в новой среде.
Перед посадкой гидрогель нужно насытить водой. Воду лучше взять дистиллированную, либо кипяченую – дехлорированную. В готовом гидрогеле не должно быть сухих, не насытившихся водой участков. Гранулы должны быть полностью прозрачными. Лишнюю воду нужно слить. Очень удобно это делать через дуршлаг. Еще лучше разложить готовый аквагрунт на ровной поверхности и дать ему слегка подсохнуть в течение часа. Делается это для того, чтобы не утопить корни растения в воде – они должны дышать.
Затем наполните стеклянный сосуд гидрогелем на половину, разложите аккуратно корни растения на поверхности грунта и засыпьте оставшийся объем так, чтобы растение держалось в своем новом жилище уверенно. Если посуда сверху имеет широкое горло, лучше затянуть его прозрачной пленкой, чтобы верхний слой гидрогеля не высыхал слишком быстро.
Уход за растением
Уход за растением в гидрогеле такой же, как за растением в обычной почве. С той лишь разницей, что гидрогель не нужно поливать так же часто, как землю. Верхний слой гидрогеля может подсыхать активнее, чем нижние слои – просто опрыскивайте его из пульверизатора, либо, аккуратно сняв, замените на свежий. Удобрять растение в аквагрунте стоит аккуратно, раствором в более слабой концентрации.
Учтите, что получившуюся композицию лучше не ставить на прямой солнечный свет – гидрогель может «зацвести».
Не путайте посадку в гель с гидропоникой – это совершенно разные технологии. Гидрогель сам по себе не является ни питательной средой, ни стимулятором роста растений. Он нейтрален – в этом его достоинства и недостатки.
Плюсы выращивания в гидрогеле
* растения, посаженные в гидрогель в стеклянные емкости, смотрятся по-новому, необычно,
* гидрогель имеет различные окраски – можно создавать многоцветные композиции,
* гидрогель в сухом виде занимает очень малый объем, не нужно искать место для его хранения, отпадают проблемы с транспортировкой,
* пересадка растений не доставляет хлопот, она становится «чистой»,
* гидрогель нейтрален – а потому его могут использовать люди с аллергической реакцией на землю.
Недостатки выращивания растений в гидрогеле
* гидрогель как искусственный субстрат не обеспечивает растениям нормальных условий для развития,
* гидрогель не содержит питательных веществ – их нужно регулярно вносить,
* гидрогель на солнечном свету может «зацвести»,
* гидрогель можно использовать только в сосудах без дренажного отверстия, не всем растениям это нравится (корни должны дышать),
* срок содержания растений в чистом гидрогеле ограничен 1-2 годами.
Для посадки в чистый гидрогель можно порекомендовать следующие растения: фикусы, диффенбахия, маранты, плющи, драцены, филодендроны, сингониум, хлорофитум, папоротники, бромелиевые. Любые травянистые растения будут чувствовать себя в геле хорошо.
Не стоит сажать в гидрогель кактусы, суккуленты, орхидеи.
Вообще же нужно сказать, что гидрогель – широкое поле для экспериментов. Может быть, именно вы найдете ему новое применение.
Источник