Hydrogel siêu hút nước tăng khả năng chịu hạn cho cây trồng

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại hydrogel siêu hút nước có thể ứng dụng trong các hệ thống canh tác không sử dụng đất, giúp ứng phó với vấn đề hạn hán và ô nhiễm.

Sáng chế này là kết quả hợp tác giữa các nhà nghiên cứu ở Khoa Kỹ thuật tại Đại học Tự do Bozen-Bolzano (UniBz) và Viện Công nghệ Ý (IIT) tại Genoa. Đây là một giải pháp không chất thải, ít tác động đến môi trường trong ngành nông nghiệp – lĩnh vực đang ngày càng bị đe dọa bởi biến đổi khí hậu, hạn hán, ô nhiễm, mất mát đa dạng sinh học và thoái hóa đất.

Hydrogel là những vật liệu có cấu trúc mạng polymer, được với thiết kế xốp, nên có khả năng giữ hoặc các chất dinh dưỡng. Trong nông nghiệp, hydrogel đang trở thành giải pháp thay thế bền vững cho các loại chậu và bọt biển có nguồn gốc dầu mỏ trong các hệ thống thủy canh.

Tại các phòng thí nghiệm của IIT ở Genoa, các nhà nghiên cứu đã sản xuất hydrogel từ các polyme sinh học, cụ thể là carrageenan, một loại polysaccharide được chiết xuất từ ​​tảo đỏ, được sử dụng rộng rãi nhờ đặc tính tạo gel, làm dày và ổn định. Loại hydrogel do các nhà nghiên cứu phát triển có khả năng phân hủy sinh học, có thể đưa vào đất một cách an toàn, không gây ô nhiễm. Nhóm nghiên cứu đã bổ sung các chiết xuất tảo nguyên chất vào vật liệu xốp này, đây sẽ là các chất kích thích sinh học, giúp cải thiện dinh dưỡng, khả năng chịu hạn và chất lượng cây trồng.

Sản phẩm này rất phù hợp với các hệ thống canh tác không sử dụng đất, chẳng hạn như thủy canh, và chỉ cần một lượng nước tối thiểu. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành các thử nghiệm trên cây trồng tại các phòng thí nghiệm ở Bolzano.

Họ nhận thấy loại hydrogel này có thể giữ lại một lượng lớn nước, trương nở lên đến 7000% và cũng có thể thúc đẩy sự phát triển của cây trồng từ hạt. Các thử nghiệm trên cây Arabidopsis thaliana (một loại cây thuộc họ cải, Brassicaceae, thường dùng làm mô hình trong nghiên cứu) cho thấy sự sinh trưởng mạnh mẽ hơn so với các giá thể thủy canh truyền thống.

Sắp tới, các nhà khoa học sẽ tích hợp các cảm biến linh hoạt, có khả năng phân hủy sinh học vào các vật liệu hydrogel này, giúp theo dõi sức khỏe cây trồng và điều kiện đất đai theo thời gian thực.

“Mục tiêu của chúng tôi là phát triển một vật liệu không chỉ có khả năng phân hủy sinh học và bền vững mà còn có thể tương tác tích cực với cây trồng, cung cấp nước và chất dinh dưỡng hiệu quả cho chúng”, Febo, nhà nghiên cứu tại UniBz/IIT, nhấn mạnh. “Hydrogel mà chúng tôi tạo ra có thể giữ ẩm và giải phóng dần dần, giúp giảm đáng kể lượng nước tiêu thụ. Phương pháp này là một bước tiến quan trọng hướng tới một nền nông nghiệp bền vững và thân thiện với môi trường hơn”.

“Trong bối cảnh nguồn tài nguyên nước ngọt đang suy giảm nghiệm trọng và rác thải nhựa ngày càng gia tăng gây ô nhiễm môi trường, tại IIT, chúng tôi đang tập trung phát triển các vật liệu thông minh và bền vững để đối phó với các vấn đề này thông qua các giải pháp cụ thể cho các lĩnh vực then chốt như nông nghiệp”, Athanassiou, Phó Giám đốc Khoa học của IIT và Trưởng Bộ phận Vật liệu thông minh, cho biết.
“Trong nghiên cứu này, chúng tôi chỉ sử dụng tài nguyên biển tự nhiên để chế tạo một loại hydrogel có khả năng giữ nước và cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng. Việc phát triển vật liệu từ tài nguyên thiên nhiên là một trong những lĩnh vực nền tảng ở đơn vị nghiên cứu mà tôi đang phụ trách, với các ứng dụng trải dài từ nông nghiệp chính xác đến bao bì, lọc nước, điện tử xanh và đa dạng sinh học biển”.

“Đổi mới công nghệ phải song hành với tính bền vững của môi trường”, Petti, giáo sư và trưởng Phòng thí nghiệm Công nghệ cảm biến tại UniBz, đồng tác giả nghiên cứu, nhận xét.

“Tại đây, chúng tôi tập trung thiết kế các thiết bị điện tử linh hoạt và có khả năng phân hủy sinh học, có thể tích hợp vào các hệ thống nông nghiệp thông minh. Sản phẩm hydrogel mới được phát triển là một ví dụ cụ được phát triển với sự hợp tác của IIT tại Genoa là một ví dụ thực tế cho thấy công nghệ có thể hỗ trợ nông nghiệp bằng cách cải thiện hiệu quả sử dụng tài nguyên và giảm thiểu tác động đến môi trường. Dự án này là minh chứng cho thấy có thể kết hợp đổi mới sáng tạo với tính bền vững để giải quyết các thách thức toàn cầu liên quan đến an ninh lương thực và biến đổi khí hậu”.

Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí ACS Agricultural Science & Technology.

Thanh An dịch từ IIT-Italian Insititute of Technology

Nguồn: https://opentalk.iit.it/en/innovative-hydrogel-for-soilless-farming-tackling-drought-and-pollution/