Landwirtschaftliche Düngemittel sind entscheidend für die Ernährung der Weltbevölkerung, die Wiederherstellung der Bodenfruchtbarkeit und die Aufrechterhaltung von Pflanzen. Übermäßige und ineffiziente Nutzung dieser Ressourcen kann eine Umweltbedrohung, kontaminierende Wasserstraßen und Erzeugen von Treibhausgasen wie Lachgas darstellen. Jetzt berichten Forscher in ACS Agricultural Science & Technology haben diese Herausforderungen mit Glasdüngerperlen angegangen. Die Perlen kontrollieren die Nährstofffreisetzung und die Forscher sagen, dass sie umweltverträglich sind.
„Die Ergebnisse zeigen, dass Glasdünger auf pflanzliche Bedürfnisse zugeschnitten werden können und langsam und nachhaltig Nährstoffe freigeben, um die Produktivität zu steigern, ohne die Bodenqualität zu schädigen“, sagt Danilo Manzani, Co-Autor der Studie.
Im Laufe der Zeit hat der Einsatz landwirtschaftlicher Chemikalien zugenommen. Im Jahr 2020 schätzte die Lebensmittel- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen, dass die weltweite Nachfrage nach Düngemitteln 200 Millionen Tonnen übertreffen würde. Düngemittel enthalten Stickstoff, Phosphor und niedrigere Mengen anderer Elemente wie Kalzium. Leider gehen die Vorteile dieser Nährstoffe durch das Auslaugen in Grundwasser und Emissionen in die Luft verloren, was eine häufige Neubewertung erfordert und stromabwärts gelegene Umweltprobleme wie giftige Algenblüten erzeugt. Eine potenzielle Lösung könnte von winzigen Glasperlen stammen, mit denen frühere Forscher das Pflanzenwachstum verbessern. Um die Effizienz der Nährstoffabgabe zu verbessern, entwickelten Manzani, Eduardo Ferreira und Kollegen einen wasserlöslichen Glasdünger mit mehreren Komponenten für die kontrollierte Nährstofffreisetzung.
Die Forscher synthetisierten Glas, bestehend aus mehreren Mikro- und Makronährstoffen wie Phosphor, Kalium und Kalzium. Sie erden das Glas in kleine (weniger als 0,85 Millimeter breite) und große (0,85 bis 2 Millimeter breite) Partikel. In einem ersten Test wurden die Partikel entweder zu Wasser oder einer Pufferlösung gegeben, die die Bodenbedingungen nachahmte. Sie fanden heraus, dass jeder Nährstoff aus beiden Größen von Glaspartikeln freigesetzt und mit geringfügigen Schwankungen in die Lösungen über 100 Stunden diffundiert wurde.
Anschließend wendeten sie eine Nährstofflösung oder verschiedene Mengen der Glasperlen auf Boden, die mit einem typischen Rasen- und Fairway -Gras ausgesät wurden, und verglichen das Wachstum der Pflanzen in den beiden Behandlungen. Die Nährstofflösung, die nur einmal angewendet wurde, stimulierte das Pflanzenwachstum sofort, aber der Effekt nahm schnell ab. Die einzelne Anwendung von Glasdünger wurde jedoch unabhängig von der Partikelgröße das Pflanzenwachstum anhaltend, obwohl das Gesamtwachstum von der Perlendosis abhing.
Manzani, Ferreira und Kollegen untersuchten auch die mögliche Ökotoxizität des Glasdüngers, indem sie den Perlen Salat und Zwiebelsamen ausgesetzt haben. Samen, die Glasdünger ausgesetzt waren, hatten ungefähr die gleiche Keimungsrate und die gleichen Zellgesundheit wie diejenigen, die nie exponierten oder mit löslichen Nährstoffen behandelt wurden. Die Forscher sagen, dass diese Ergebnisse eine effiziente und anhaltende Alternative zu konventionellen Düngemitteln mit geringeren Umweltauswirkungen anzeigen.
Die Autoren erkennen die Finanzierung der São Paulo Research Foundation an. Zentrum für Forschung, Technologie und Bildung in Glaskörpermaterialien; Nationaler Rat für wissenschaftliche und technologische Entwicklung (Conselho Nacional de Dessenvolvimento Científico e tecnológico); Koordination zur Verbesserung des Hochschulpersonals; und Finanzierungsbehörde für Studien und Projekte.
