Under spiringen gennemgår frøene en af de mest delikate faser i landbrugscyklussen: de har brug for konstant vand og skal samtidig kæmpe med herbicider og andre kemikalier, der findes i miljøetI dette scenarie resulterer fejl i de første par dage af plantens levetid i genplantning, ekstra omkostninger og udbyttetab; derfor er det nyttigt. Lær hvordan du beskytter nyspirede frø.
For at imødegå denne udfordring har flere institutter inden for Fraunhofer-netværket som en del af SeedPlus-projektet udviklet en Multifunktionel og bionedbrydelig frøbelægning Den fungerer ikke kun som en beskyttende barriere, men ledsager også frøplanten i dens tidlige stadier, forsyner den med vand og reducerer virkningen af herbicider uden at efterlade plastrester i jorden.
Hvad er den biologisk nedbrydelige SeedPlus-belægning, og hvad gør den anderledes?
Konceptet, der promoveres af Fraunhofer Instituttet for Kemiteknologi (IKT) sammen med Institutterne for Mikroteknik og Mikrosystemer (IMM) og Molekylærbiologi og Anvendt Økologi (IME), er baseret på en flerlags, fuldt bionedbrydelig frøbelægning, designet til at sikre mere stabil spiring selv under ugunstige miljøforhold, såsom lejlighedsvis tørke eller tilstedeværelsen af herbicider i jorden.
Det unikke ved denne teknologi er, at den kombinerer to væsentlige funktioner i ét system: vandstøtte og selektiv beskyttelse mod herbiciderMed andre ord er frøet indkapslet i en matrix, der kan opbevare store mængder vand og frigive det gradvist, mens en særlig membran dæmper effekten af plantebeskyttelsesmidler uden at hindre spiring.
Ifølge forskerholdet består denne belægning af flere lag med justerbar tykkelse der tilpasser sig frøets type og størrelse. Dette giver mulighed for tilpasning af form og sammensætning afhængigt af afgrøden, noget der er særligt relevant for europæisk landbrug, hvor alt fra ekstensive afgrøder som sukkerroer til mere følsomme arter sameksisterer; vel vidende at typer af frø Det hjælper at justere den tilpasning.
SeedPlus' tilgang er også ressourceeffektiv. Ved at handle direkte på hvert frø, Vand og beskyttelse anvendes kun hvor det er nødvendigtDette åbner døren for at reducere den samlede mængde pesticider og forbedre effektiviteten af inputforbruget i marken.
Sådan fungerer det: vandstøtte og herbicidbeskyttelse
En af nøglefunktionerne ved SeedPlus' biologisk nedbrydelige belægning er dens vandlagrings- og håndteringsfunktionPolymermatrixen, der omgiver frøet, er i stand til at tilbageholde en mængde vand, der er langt større end dets vægt, og frigive det gradvist til frøplanten, hvilket er særligt nyttigt i perioder med uregelmæssig nedbør eller i jord med lav tilbageholdelseskapacitet.
Denne adfærd er særligt interessant i sammenhænge som den europæiske, hvor Forårsmånederne bliver mere og mere tørre.I Tyskland har marts og april for eksempel været perioder med meget lidt nedbør i de senere år, hvilket har fået kimplanterne til at visne, før de har udviklet et stabilt rodsystem. En barkflis, der leverer vand på en målrettet måde, kan være forskellen mellem en vellykket plantning og en sæson med betydelige tab.
Parallelt indeholder systemet en Selektiv beskyttelsesmembran mod herbiciderDette lag indeholder absorberende materialer, såsom aktivt kul, der fungerer som et filter: de reducerer kimplantets eksponering for herbicider i miljøet uden fuldstændigt at blokere produktet eller forstyrre spiringen.
Resultatet er, at coatede frø er mere modstandsdygtige over for virkningen af herbicidbehandlinger, der bruges til at bekæmpe ukrudt, et kritisk aspekt i intensivt landbrug og følsomme afgrøderPå denne måde kan effektiviteten af ukrudtsbekæmpelsen opretholdes, samtidig med at følgeskader på unge planter minimeres.
Denne kombination af vandstøtte og kemisk beskyttelse forbedrer ikke blot afgrødernes indledende overlevelse, men tillader også Genovervej doseringen og hyppigheden af brugen af pesticiderDette stemmer perfekt overens med europæiske strategier til at reducere kemikaliebelastningen i landbruget, herunder tilgange til kemikaliefri havearbejde.
Biologisk nedbrydelige materialer og fuldstændig fravær af mikroplast
Et af de mest interessante aspekter ved denne belægning er valget af materialer. I modsætning til traditionelle løsninger, der er afhængige af syntetiske polymerer og andre komponenter, der med tiden bliver... vedvarende mikroplast i jordenSeedPlus' tilgang er udelukkende baseret på formuleringer af naturlig oprindelse.
Forskerne har erstattet de syntetiske polymerer med blandinger af polysaccharider, proteiner, naturgummi og porøse uorganiske materialerDisse omfatter aktivt kul. Forskellige kombinationer af disse ingredienser er blevet testet for at finde alternative sammensætninger, der tilbyder den bedste balance mellem vandretentionsevne, herbicidbeskyttelse og god spireevne.
Da materialerne er bionedbrydelige, er belægningen nedbrydes kontrolleret i jorden efter at have opfyldt sin funktion, uden at efterlade problematisk affald eller bidrage til ophobning af plastik i landbrugsområder, hvilket også bidrager til forbedre havejorden naturligt.
For at sikre, at disse nye materialer ikke skaber skjulte risici, har Fraunhofer IME Instituttet lanceret en platform for økotoksikologisk screeningFør frøene indkapsles, evalueres belægningskomponenterne separat i modelorganismer fra akvatiske og terrestriske økosystemer med specifikke langtidsnedbrydelighedstests.
På denne måde verificeres det, at materialerne ikke forårsager negative virkninger på jordbundsfaunaen eller overfladevandet, noget der i mange konventionelle belægninger næppe er taget højde for ud over parametrene for agronomisk ydeevne.
Industrielle processer til indkapsling og tilpasning til forskellige afgrøder
Teknologien, der er udviklet hos SeedPlus, er ikke begrænset til en enkelt belægningsmetode. Afhængigt af frøets type og størrelse anvendes forskellige metoder. forskellige industrielle indkapslingsprocesser hvilket gør det muligt at justere lagtykkelsen og opskalere produktionen.
Først fluidiseret lejeproces Det bruges til særligt følsomme frø. I dette system holdes frøene i suspension af en gasstrøm, mens overfladebehandlingsmaterialerne sprøjtes på dem. Dette muliggør en meget præcis kontrol af lagtykkelsen, hvilket er afgørende, når man søger en fin balance mellem beskyttelse og spireevne.
For store mængder og afgrøder, der kræver store mængder behandlet såsæd, anvendes følgende: tromlebelægningI denne proces omrøres frøene i en roterende tromle, mens belægningsformuleringerne gradvist tilsættes. Resultatet er en ensartet belægning, der er egnet til masseproduktion, hvilket letter integrationen af teknologien i kommercielle frøforsyningskæder.
Når forskerne arbejder med meget små frø, vælger de vådkemisk overflademetodeFrøene nedsænkes i den flydende belægningsstruktur og får efter en periode med eksponering lov til at dræne og tørre, indtil det beskyttende lag dannes. Denne fremgangsmåde muliggør effektiv indpakning af frø, der på grund af deres størrelse er vanskelige at behandle med andre metoder, og suppleres af teknikker, der anvendes i beskyttede frøbede.
Fleksibiliteten i disse processer gør det muligt at tilpasse belægningen til afgrøder af strategisk interesse i Europa, såsom sukkerroer, samt arter, der kan spille en relevant rolle i overgangen til vedvarende råvarer, såsom den russiske mælkebøtte, der anvendes i forskning relateret til produktion af naturgummi.
Resultater i drivhus og mark: op til 58 % mere spireevne
For at verificere den faktiske effektivitet af den biologisk nedbrydelige belægning har Fraunhofer-teams udført forsøg både i drivhuse og udendørsRussiske mælkebøtte- og sukkerroefrø er blevet brugt som modeller, hvor coatede partier sammenlignes med ubehandlede frø.
De indsamlede data viser, at med de valgte formuleringer, Spirehastigheden kan øges med op til 58% sammenlignet med konventionelle frø.Denne stigning betyder i praksis mindre behov for gensåning, mere ensartet fremspiring og større afgrødehomogenitet – nøglefaktorer for planlægning af kunstvanding, gødskning og ukrudtsbekæmpelse; det hjælper også med at reducere problemer med at få dine frø til at spire.
Udover spiring har forskere analyseret logistiske aspekter som f.eks. opbevaringskapacitet af coatede frø og deres kompatibilitet med standard landbrugsmaskiner. Med andre ord er det blevet verificeret, at disse frø kan håndteres, doseres og sås med eksisterende udstyr uden at kræve radikale ændringer af såmaskinerne eller landmændenes arbejdsmetoder.
Parallelt har den førnævnte økotoksikologiske vurderingsplatform gjort det muligt at identificere belægningsformuleringer, der kombinerer god agronomisk ydeevne med dokumenteret miljøsikkerhedmed undtagelse af dem, der, selvom de fungerede godt i spiring, udgjorde en potentiel risiko for jord- eller vandorganismer.
Hele denne tilgang, fra materialedesign til test i den virkelige verden, peger på en teknologi designet til at tage springet fra laboratoriet til felten, noget der ikke altid sker med innovationer inden for frøbelægninger.
Potentiel indvirkning på europæisk landbrug og miljø
Brugen af en bionedbrydelig og multifunktionel belægning som SeedPlus har implikationer, der rækker ud over den enkelte afgrøde. På landbrugssystemniveau kan det bidrage til reducere brugen af pesticider, forbedre vandeffektiviteten og begrænse tavse forureningskilder, såsom mikroplast fra landbrugskilder.
Ved at beskytte frøet lokalt og sørge for vand præcis der, hvor der er brug for det, reduceres behovet for udbredt markbehandling, med den deraf følgende reduktion i den kemiske belastning, der spredes i miljøetDette stemmer overens med de mål, som Den Europæiske Union har sat vedrørende reduktion af plantebeskyttelsesmidler og overgangen til mere bæredygtige produktionssystemer, såsom økologiske haver.
Parallelt hermed kan den forbedrede vandhåndtering, som belægningen giver, hjælpe afgrøderne med bedre at modstå forholdene. episoder med kortvarig tørke eller uregelmæssig nedbørDette er en stadig mere almindelig realitet i forskellige regioner i Spanien og resten af Europa. Større spireevnestabilitet i udfordrende vækstsæsoner er en faktor, der direkte kan påvirke produktionssikkerheden.
Den fuldstændige eliminering af syntetiske polymerer til fordel for bionedbrydelige materialer adresserer også et problem, der, omend ikke særlig synligt, vinder frem på miljødagsordenen: ophobning af plastpartikler i landbrugsjordVed ikke at generere mikroplastik undgår denne type belægning at øge presset på økosystemer, der allerede er udsat for intensiv brug.
Endelig, hvis frøene spirer bedre, og afgrøderne er mere modstandsdygtige, reduceres behovet for at udvide landbrugsjorden for at opretholde produktionsniveauet. Dette resulterer i mindre pres på naturlige økosystemer og områder med høj miljøværdiDette er særligt relevant i europæiske regioner, hvor agerjord og beskyttede områder eksisterer i umiddelbar nærhed.
Samlet set er denne bionedbrydelige frøbelægning ved at blive et værktøj, der er i stand til at forbedre de indledende stadier af dyrkning, styrke afgrødestabiliteten og reducere miljøpåvirkningen forbundet med plantning, og integrere i én enkelt løsning vandforvaltning, beskyttelse mod herbicider og fjernelse af mikroplastDisse aspekter er centrale i debatten om landbrugets fremtid i Europa.
