Smart jord kan vattna och mata sig själv

17 juli 2024

Den här artikeln har granskats enligt Science X:s redaktionella process och policyer. Redaktörer har markerat följande attribut samtidigt som de säkerställer innehållets trovärdighet:

faktagranskad

pålitlig källa

korrekturläst

av University of Texas i Austin

En nytillverkad typ av jord kan fånga upp vatten ur tomma luften för att hålla växterna hydrerade och hantera kontrollerad frisättning av gödningsmedel för en konstant tillförsel av näringsämnen.

Grunden för detta spännande smarta jordsystem är ett hydrogelmaterial som utvecklats av forskare vid University of Texas i Austin. I experiment ledde den hydrogelinfunderade jorden till tillväxten av större, friskare växter, jämfört med vanlig jord, samtidigt som man använde mindre vatten och gödningsmedel.

"Denna nya gelteknologi kan minska bördan för jordbrukare genom att minska behovet av frekvent bevattning och gödsling", säger Jungjoon Park, doktorand vid Walker Department of Mechanical Engineering och som ledde forskningen. "Tekniken är också mångsidig nog för att användas i ett brett spektrum av klimat, från torra områden till tempererade områden."

Forskningen publicerades nyligen i ACS Materials Letters.

Jordbruket står idag för 70 % av det globala sötvattenuttaget och upp till 95 % i vissa utvecklingsländer när vår globala befolkning fortsätter att öka. FN:s livsmedels- och jordbruksorganisation betonar vikten av att förbättra bevattningseffektiviteten, anta vattenbesparande teknik och främja grödor med lägre vattenfotavtryck för att säkerställa hållbar livsmedelsproduktion och vattenresursförvaltning.

Samtidigt står traditionella jordbruksmetoder, särskilt bevattning och gödning, inför betydande utmaningar, inklusive ineffektiv vattenanvändning och miljöförstöring av mark. När klimatförändringarna intensifieras och vattenresurserna blir allt knappare, har behovet av effektivare och hållbarare bevattningsmetoder aldrig varit mer akut.

Dessutom resulterar konventionella gödslingstekniker ofta i överdriven exponering av näringsämnen, vilket minskar effektiviteten i näringsupptaget och orsakar miljöföroreningar och försämring av jordbruksmark.

"Den globala vattenbristen i kombination med en växande befolkning har en omedelbar inverkan på livsmedelssäkerheten", säger Yu, professor i materialvetenskap vid Cockrell School of Engineerings Walker Department of Mechanical Engineering och Texas Materials Institute.

"Denna nya klass av hydrogeler erbjuder en lovande lösning för att möta de trängande behoven av vattenbrist och effektivt näringsupptag i modernt hållbart jordbruk."

I experiment såg växter rotade i hydrogeljorden en ökning med 138 % i stamlängd jämfört med en kontrollgrupp i vanlig jord. Och den modifierade jorden kan uppnå cirka 40 % vattenbesparingar, vilket avsevärt minskar behovet av frekvent bevattning och säkerställer en robust växtutveckling.

Denna forskning bygger på tidigare upptäckter som involverar hydrogeler som kan dra vatten från atmosfären och göra jordbruket mer effektivt. Det är en del av Yus övergripande uppdrag som går tillbaka till hans barndom: att utöka tillgången till rent vatten för människor runt om i världen.

Detta arbete fokuserade främst på kalciumbaserade gödselmedel. Projektet kommer att fortsätta och forskarnas nästa drag handlar om att integrera olika typer av gödselmedel och längre fältförsök.

Med Yu och Park i projektet är Weixin Guan och Chuxin Lei, som också är doktorander på materialvetenskaps- och ingenjörsprogrammet och Texas Materials Institute.

Mer information: Jungjoon Park et al, Self-Irrigation and Slow-Release Fertilizer Hydrogels for Sustainable Agriculture, ACS Materials Letters (2024). DOI: 10.1021/acsmaterialslett.4c01120

Tillhandahålls av University of Texas i Austin