Under groningen går fröna igenom en av de mest känsliga faserna i jordbrukscykeln: de behöver konstant vatten och måste samtidigt kämpa med herbicider och andra kemikalier som finns i miljönI det här scenariot leder misslyckanden under de första dagarna av växtens liv till omplantering, extra kostnader och avkastningsförluster; det är därför det är användbart. lär dig hur man skyddar nygrodda frön.
För att hantera denna utmaning har flera institut inom Fraunhofer-nätverket, som en del av SeedPlus-projektet, utvecklat en Multifunktionell och biologiskt nedbrytbar fröbeläggning Den fungerar inte bara som en skyddande barriär, utan följer även plantan i dess tidiga stadier, förser den med vatten och minskar effekten av herbicider utan att lämna plastrester i jorden.
Vad är den biologiskt nedbrytbara beläggningen SeedPlus och vad gör den annorlunda?
Konceptet, som främjas av Fraunhofer-institutet för kemiteknik (ICT), tillsammans med instituten för mikroteknik och mikrosystem (IMM) och molekylärbiologi och tillämpad ekologi (IME), är baserat på en flerskiktad, helt biologiskt nedbrytbar fröbeläggning, utformad för att säkerställa en stabilare groning även under ogynnsamma miljöförhållanden, såsom tillfällig torka eller förekomst av herbicider i jorden.
Det unika med denna teknik är att den kombinerar två viktiga funktioner i ett enda system: vattenstöd och selektivt skydd mot herbiciderMed andra ord är fröet inkapslat i en matris som kan lagra stora mängder vatten och frigöra det gradvis, medan ett speciellt membran dämpar effekten av växtskyddsmedel utan att hindra groningen.
Enligt forskargruppen består denna beläggning av flera lager med justerbar tjocklek som anpassar sig till fröets typ och storlek. Detta möjliggör anpassning av form och sammansättning beroende på grödan, något som är särskilt relevant för europeiskt jordbruk, där allt från extensiva grödor som sockerbetor till mer känsliga arter samexisterar; med vetskap om typer av frön Det hjälper att justera den anpassningen.
SeedPlus tillvägagångssätt är också resurseffektivt. Genom att agera direkt på varje frö, Vatten och skydd appliceras endast där det behövsDetta öppnar dörren för att minska den totala mängden bekämpningsmedel och förbättra effektiviteten i insatsanvändningen på fältet.
Så här fungerar det: vattenstöd och herbicidskydd
En av de viktigaste egenskaperna hos SeedPlus biologiskt nedbrytbara beläggning är dess vattenlagrings- och hanteringsfunktionPolymermatrisen som omger fröet kan hålla kvar en mängd vatten som är betydligt större än dess vikt och gradvis avge den till plantan, något som är särskilt användbart under perioder med oregelbunden nederbörd eller i jordar med låg retentionskapacitet.
Detta beteende är särskilt intressant i sammanhang som det europeiska, där Vårmånaderna blir allt torrare.I Tyskland har till exempel mars och april varit perioder med mycket lite nederbörd de senaste åren, vilket har fått plantorna att vissna innan de utvecklat ett stabilt rotsystem. En täckmassa som tillför vatten på ett riktat sätt kan vara skillnaden mellan en lyckad plantering och en säsong med betydande förluster.
Parallellt innehåller systemet en Selektivt skyddande membran mot herbiciderDetta lager innehåller adsorberande material, såsom aktivt kol, som fungerar som ett filter: de minskar plantans exponering för herbicider som finns i miljön utan att helt blockera produkten eller störa groningen.
Resultatet är att belagda frön är mer motståndskraftiga mot effekterna av herbicidbehandlingar som används för att bekämpa ogräs, en kritisk aspekt i intensivt jordbruk och känsliga grödorPå detta sätt kan effektiviteten av ogräsbekämpningen bibehållas samtidigt som man minimerar följdskador på unga plantor.
Denna kombination av vattenstöd och kemiskt skydd förbättrar inte bara grödornas initiala överlevnad utan möjliggör också Tänk om doseringen och användningsfrekvensen av bekämpningsmedelDetta överensstämmer perfekt med europeiska strategier för att minska kemikaliebelastningen inom jordbruket, inklusive metoder för att kemikaliefri trädgårdsskötsel.
Biologiskt nedbrytbara material och total frånvaro av mikroplaster
En av de mest intressanta aspekterna av denna beläggning är materialvalet. Till skillnad från traditionella lösningar som förlitar sig på syntetiska polymerer och andra komponenter som så småningom blir... ihållande mikroplaster i jordenSeedPlus tillvägagångssätt bygger uteslutande på formuleringar av naturligt ursprung.
Forskarna har ersatt de syntetiska polymererna med blandningar av polysackarider, proteiner, naturgummin och porösa oorganiska materialDessa inkluderar aktivt kol. Olika kombinationer av dessa ingredienser har testats för att hitta alternativa kompositioner som erbjuder den bästa balansen mellan vattenretentionsförmåga, herbicidskydd och god groning.
Eftersom materialen är biologiskt nedbrytbara, är beläggningen bryts ner på ett kontrollerat sätt i jorden efter att ha uppfyllt sin funktion, utan att lämna problematiskt avfall eller bidra till ansamling av plast i jordbruksområden, vilket också bidrar till förbättra trädgårdsjorden naturligt.
För att säkerställa att dessa nya material inte skapar dolda risker har Fraunhofer IME Institute lanserat en ekotoxikologisk screeningplattformInnan fröna inkapslas utvärderas beläggningskomponenterna separat i modellorganismer från akvatiska och terrestra ekosystem, med specifika långsiktiga nedbrytningstester.
På så sätt verifieras det att materialen inte orsakar negativa effekter på markfaunan eller ytvatten, något som i många konventionella beläggningar knappt har beaktats utöver parametrarna för agronomisk prestanda.
Industriella processer för inkapsling och anpassning till olika grödor
Tekniken som utvecklats på SeedPlus är inte begränsad till en enda bestrykningsmetod. Beroende på fröets typ och storlek används olika metoder. olika industriella inkapslingsprocesser vilket möjliggör justering av lagrens tjocklek och uppskalning av produktionen.
Först, den fluidiserad bäddprocess Det används för särskilt känsliga frön. I detta system hålls fröna i suspension av en gasström medan ytbehandlingsmaterialen sprayas på dem. Detta möjliggör mycket exakt kontroll av lagertjockleken, vilket är avgörande när man söker en fin balans mellan skydd och groningsförmåga.
För stora volymer och grödor som kräver stora mängder behandlat utsäde tillämpas följande: trumbeläggningI denna process rörs fröna om i en roterande trumma medan bestrykningsformuleringarna successivt tillsätts. Resultatet är en jämn beläggning lämplig för massproduktion, vilket underlättar integrationen av tekniken i kommersiella utsädesförsörjningskedjor.
När forskare arbetar med mycket små frön väljer de våtkemisk ytmetodFröna doppas i den flytande beläggningsstrukturen och får, efter en tids exponering, rinna av och torka tills det skyddande lagret bildas. Denna metod möjliggör effektiv inslagning av frön som på grund av sin storlek är svåra att behandla med andra metoder och kompletteras av tekniker som tillämpas i skyddade såbäddar.
Flexibiliteten hos dessa processer gör det möjligt att anpassa beläggningen till grödor av strategiskt intresse i Europa, såsom sockerbetor, såväl som arter som kan spela en relevant roll i övergången till förnybara råvaror, såsom den ryska maskrosen, som används i forskning relaterad till produktion av naturgummi.
Resultat i växthus och fält: upp till 58 % mer groning
För att verifiera den biologiskt nedbrytbara beläggningens faktiska effektivitet har Fraunhofer-team utfört försök både i växthus och utomhusRyska maskros- och sockerbetsfrön har använts som modeller, där man jämfört belagda partier med obehandlade frön.
De erhållna uppgifterna visar att med de valda formuleringarna, Groningsgraden kan öka med upp till 58 % jämfört med konventionella frön.Denna ökning innebär i praktiken mindre behov av omsådd, jämnare uppkomst och större homogenitet i grödorna – viktiga faktorer för planering av bevattning, gödsling och ogräsbekämpning; det bidrar också till att minska problem med att få dina frön att gro.
Förutom groning har forskare analyserat logistiska aspekter som t.ex. lagringskapacitet för belagda frön och deras kompatibilitet med vanliga jordbruksmaskiner. Med andra ord har det verifierats att dessa frön kan hanteras, doseras och sås med befintlig utrustning, utan att det krävs radikala förändringar av såmaskinerna eller jordbrukarnas arbetsmetoder.
Parallellt har den tidigare nämnda ekotoxikologiska bedömningsplattformen gjort det möjligt att identifiera beläggningsformuleringar som kombinerar god agronomisk prestanda med bevisad miljösäkerhetexklusive de som, även om de fungerade väl i groning, utgjorde en viss potentiell risk för jord- eller vattenorganismer.
Hela detta tillvägagångssätt, från materialdesign till verklighetstestning, pekar mot en teknik utformad för att ta steget från laboratoriet till fältet, något som inte alltid händer med innovationer inom fröbeläggningar.
Potentiell påverkan på europeiskt jordbruk och miljö
Användningen av en biologiskt nedbrytbar och multifunktionell beläggning som SeedPlus har konsekvenser som sträcker sig bortom den enskilda grödan. På gårdssystemnivå kan det bidra till minska användningen av bekämpningsmedel, förbättra vatteneffektiviteten och begränsa tysta föroreningskällor, såsom mikroplaster från jordbrukskällor.
Genom att skydda fröet lokalt och ge vatten precis där det behövs minskar behovet av omfattande fältbehandlingar, med följande följd minskning av den kemiska belastningen som sprids i miljönDetta överensstämmer med de mål som Europeiska unionen har satt upp gällande minskningen av växtskyddsmedel och övergången till mer hållbara produktionssystem, såsom ekologiska trädgårdar.
Parallellt kan den förbättrade vattenhanteringen som beläggningen ger hjälpa grödorna att bättre motstå förhållandena. episoder av kortvarig torka eller oregelbunden nederbördDetta är en allt vanligare verklighet i olika regioner i Spanien och resten av Europa. Större groningsstabilitet under utmanande växtsäsonger är en faktor som direkt kan påverka produktionssäkerheten.
Att helt eliminera syntetiska polymerer till förmån för biologiskt nedbrytbara material åtgärdar också ett problem som, även om det inte är särskilt synligt, blir allt viktigare på miljöagendan: ansamling av plastpartiklar i jordbruksjordGenom att inte generera mikroplaster undviker denna typ av beläggning att öka trycket på ekosystem som redan utsätts för intensiv användning.
Slutligen, om fröna gror bättre och grödorna är mer motståndskraftiga, minskar behovet av att utöka jordbruksmarken för att upprätthålla produktionsnivåerna. Detta leder till mindre belastning på naturliga ekosystem och områden med högt miljövärdeDetta är särskilt relevant i europeiska regioner där åkermark och skyddade områden samexisterar i nära anslutning.
Sammantaget framstår denna biologiskt nedbrytbara fröbeläggning som ett verktyg som kan förbättra de inledande odlingsstadierna, stärka grödans stabilitet och minska miljöpåverkan i samband med plantering, och integrera i en enda lösning vattenhantering, skydd mot herbicider och borttagning av mikroplasterDet här är aspekter som står i centrum för debatten om jordbrukets framtid i Europa.
