במהלך הנביטה, זרעים עוברים את אחד השלבים העדינים ביותר במחזור החקלאי: הם זקוקים למים קבועים, ובמקביל חייבים להתמודד עם... קוטלי עשבים וכימיקלים אחרים הקיימים בסביבהבתרחיש זה, כשלים בימים הראשונים לחייו של הצמח גורמים לשתילה מחדש, לעלויות נוספות ולהפסדי יבול; זו הסיבה שזה שימושי. למד כיצד להגן על זרעים שנובטו לאחרונה.
כדי להתמודד עם אתגר זה, מספר מכונים ברשת Fraunhofer פיתחו, כחלק מפרויקט SeedPlus, ציפוי זרעים רב תכליתי ומתכלה זה לא רק משמש כמחסום מגן, אלא גם מלווה את השתיל בשלביו המוקדמים, מספק מים ומפחית את השפעת קוטלי עשבים מבלי להשאיר שאריות פלסטיק באדמה.
מהו הציפוי המתכלה SeedPlus ומה מייחד אותו?
הקונספט, שקודם על ידי מכון פראונהופר לטכנולוגיה כימית (ICT), יחד עם המכונים להנדסה מיקרוסקופית ומיקרו-מערכות (IMM) והמכון לביולוגיה מולקולרית ואקולוגיה יישומית (IME), מבוסס על... ציפוי זרעים רב שכבתי, מתכלה לחלוטין, שנועדו להבטיח נביטה יציבה יותר גם בתנאי סביבה קשים, כגון בצורות מזדמנות או נוכחות קוטלי עשבים בקרקע.
הייחודיות של טכנולוגיה זו היא שהיא משלבת שתי פונקציות חיוניות למערכת אחת: תמיכה במים והגנה סלקטיבית מפני קוטלי עשביםבמילים אחרות, הזרע עטוף במטריצה שיכולה לאגור כמויות גדולות של מים ולשחרר אותן בהדרגה, בעוד שקרום מיוחד מחליש את השפעת חומרי הגנת הצומח מבלי להפריע לנביטה.
על פי צוות המחקר, ציפוי זה מורכב מ שכבות מרובות בעובי מתכוונן שמתאימים את עצמם לסוג ולגודל הזרע. זה מאפשר התאמה אישית של הצורה וההרכב בהתאם לגידול, דבר שרלוונטי במיוחד לחקלאות האירופית, שבה מתקיימים בו יחד כל דבר, החל מגידולים נרחבים כמו סלק סוכר ועד מינים רגישים יותר; הכרת סוגי זרעים זה עוזר להתאים את ההתאמה האישית הזו.
הגישה של SeedPlus יעילה גם במשאבים. על ידי פעולה ישירה על כל זרע, מים והגנה מוחלים רק במידת הצורךזה פותח את הדלת להפחתת הכמות הכוללת של חומרי הדברה ולשיפור יעילות השימוש בתשומות בשטח.
איך זה עובד: תמיכה במים ומגן קוטלי עשבים
אחת התכונות המרכזיות של הציפוי המתכלה SeedPlus היא... פונקציית אחסון וניהול מיםמטריצת הפולימר המקיפה את הזרע מסוגלת לשמור על כמות מים גדולה בהרבה ממשקלו ולשחרר אותה בהדרגה אל השתיל, דבר שימושי במיוחד בתקופות של גשמים לא סדירים או בקרקעות בעלות יכולת שמירה נמוכה.
התנהגות זו מעניינת במיוחד בהקשרים כמו זה האירופי, שבו חודשי האביב הופכים יבשים יותר ויותר.בגרמניה, לדוגמה, מרץ ואפריל היו תקופות של מעט מאוד גשמים בשנים האחרונות, מה שגרם לשתילים לנבול לפני שהם מפתחים מערכת שורשים יציבה. חיפוי קרקע המספק מים בצורה ממוקדת יכול לעשות את ההבדל בין שתילה מוצלחת לעונה עם הפסדים משמעותיים.
במקביל, המערכת משלבת א קרום מגן סלקטיבי נגד קוטלי עשביםשכבה זו מכילה חומרים סופחים, כגון פחם פעיל, אשר פועלים כמסנן: הם מפחיתים את חשיפת השתיל לקוטלי עשבים הקיימים בסביבה מבלי לחסום לחלוטין את המוצר או להפריע לנביטה.
התוצאה היא שזרעים מצופים עמידים יותר להשפעת טיפולי קוטלי עשבים המשמשים לשליטה בעשבים שוטים, היבט קריטי ב... חקלאות אינטנסיבית וגידולים רגישיםבדרך זו, ניתן לשמור על יעילות הדברת העשבים תוך מזעור נזקים נלווים לצמחים צעירים.
שילוב זה של תמיכה במים והגנה כימית לא רק משפר את ההישרדות הראשונית של גידולים, אלא גם מאפשר, יש לחשוב מחדש על המינון ותדירות השימוש בחומרי הדברהזה מתיישב בצורה מושלמת עם אסטרטגיות אירופאיות להפחתת העומס הכימי בחקלאות, כולל גישות ל גינון ללא כימיקלים.
חומרים מתכלים ביולוגית והיעדר מוחלט של מיקרופלסטיק
אחד ההיבטים המעניינים ביותר של ציפוי זה הוא בחירת החומרים. בניגוד לפתרונות מסורתיים המסתמכים על פולימרים סינתטיים ורכיבים אחרים שהופכים בסופו של דבר... מיקרופלסטיק עמיד בקרקעהגישה של SeedPlus מסתמכת אך ורק על פורמולציות ממקור טבעי.
החוקרים החליפו את הפולימרים הסינתטיים ב תערובות של פוליסכרידים, חלבונים, גומי טבעי וחומרים אנאורגניים נקבובייםאלה כוללים פחם פעיל. שילובים שונים של מרכיבים אלה נבדקו כדי למצוא הרכבים חלופיים המציעים את האיזון הטוב ביותר בין יכולת אגירת מים, הגנה מפני קוטלי עשבים ונביטה טובה.
מכיוון שהחומרים מתכלים ביולוגית, הציפוי מתפרק בצורה מבוקרת באדמה לאחר מילוי תפקידו, מבלי להשאיר פסולת בעייתית או לתרום להצטברות פלסטיק באזורים חקלאיים, מה שעוזר גם ל לשפר את אדמת הגינה באופן טבעי.
כדי להבטיח שהחומרים החדשים הללו לא ייצרו סיכונים נסתרים, מכון פראונהופר IME השיק פלטפורמת סינון אקוטוקסיקולוגילפני עטיפת הזרעים, רכיבי הציפוי מוערכים בנפרד באורגניזמים מודל ממערכות אקולוגיות מימיות ויבשתיות, באמצעות מבחני פירוק ארוכי טווח ספציפיים.
בדרך זו, מוודא שהחומרים אינם גורמים להשפעות שליליות על עולם החי בקרקע או על מי השטח, דבר שבציפויים קונבנציונליים רבים כמעט ולא נלקח בחשבון מעבר לפרמטרים של ביצועים אגרונומיים.
תהליכים תעשייתיים של אנקפסולציה והתאמה לגידולים שונים
הטכנולוגיה שפותחה ב-SeedPlus אינה מוגבלת לשיטת ציפוי אחת. בהתאם לסוג וגודל הזרע, נעשה שימוש בשיטות שונות. תהליכי אנקפסולציה תעשייתיים שונים אשר מאפשרים התאמת עובי השכבות והגדלת הייצור.
ראשית, תהליך מצע מרחף הוא משמש עבור זרעים רגישים במיוחד. במערכת זו, הזרעים נשמרים בתלייה על ידי זרם גז בזמן שחומרי הציפוי מרוססים עליהם. זה מאפשר שליטה מדויקת מאוד בעובי השכבה, שהיא קריטית כשמחפשים איזון עדין בין הגנה ליכולת נביטה.
עבור גידולים גדולים וגידולים הדורשים כמויות גדולות של זרעים מטופלים, מיושם השלבים הבאים: ציפוי תוףבתהליך זה, הזרעים נערמים בתוף מסתובב תוך הוספת חומרי הציפוי בהדרגה. התוצאה היא ציפוי אחיד המתאים לייצור המוני, מה שמקל על שילוב הטכנולוגיה בשרשראות אספקה מסחריות של זרעים.
כאשר עובדים עם זרעים קטנים מאוד, חוקרים בוחרים ב- שיטת משטח כימית רטובההזרעים טובלים במבנה הציפוי הנוזלי ולאחר תקופת חשיפה, נותנים להם להתנקז ולהתייבש עד להיווצרות שכבת המגן. גישה זו מאפשרת עטיפה יעילה של זרעים אשר, בשל גודלם, קשה לטפל בהם בשיטות אחרות, והיא משלימה בטכניקות המיושמות ב ערוגות זרעים מוגנות.
הגמישות של תהליכים אלה מאפשרת להתאים את הציפוי ל גידולים בעלי עניין אסטרטגי באירופה, כגון סלק סוכר, כמו גם מינים שיכולים למלא תפקיד רלוונטי במעבר לחומרי גלם מתחדשים, כגון שן הארי הרוסי, המשמש במחקר הקשור לייצור גומי טבעי.
תוצאות בחממה ובשטח: עד 58% יותר נביטה
כדי לאמת את היעילות בפועל של הציפוי המתכלה ביולוגית, צוותי פראונהופר ביצעו ניסויים הן בחממות והן בתנאי חוץזרעי שן הארי רוסי וסלק סוכר שימשו כמודלים, תוך השוואה בין קבוצות מצופות לזרעים שלא טופלו.
הנתונים שהתקבלו מראים כי עם הפורמולות שנבחרו, ה- שיעור הנביטה יכול לעלות עד 58% בהשוואה לזרעים קונבנציונליים.עלייה זו פירושה, בפועל, פחות צורך בזריעה חוזרת, צמיחה אחידה יותר והומוגניות גדולה יותר של הגידולים - גורמים מרכזיים לתכנון השקיה, דישון והדברת עשבים שוטים; זה גם מסייע להפחית בעיות בנביטת הזרעים שלך.
בנוסף לנביטה, חוקרים ניתחו היבטים לוגיסטיים כגון קיבולת אחסון של זרעים מצופים ותאימותם למכונות חקלאיות סטנדרטיות. במילים אחרות, אומת כי ניתן לטפל, למינון ולזרוע זרעים אלה באמצעות ציוד קיים, מבלי לדרוש שינויים קיצוניים במזרעים או בשיטות העבודה של החקלאים.
במקביל, פלטפורמת ההערכה האקוטוקסיקולוגית שהוזכרה לעיל אפשרה לזהות פורמולציות ציפוי המשלבות ביצועים אגרונומיים טובים עם בטיחות סביבתית מוכחתלא כולל אלו אשר, למרות שתפקדו היטב בנביטה, הציג סיכון פוטנציאלי כלשהו לאורגניזמים בקרקע או במים.
כל הגישה הזו, החל מתכנון חומרים ועד לבדיקות בעולם האמיתי, מצביעה על טכנולוגיה שנועדה עבור לעשות את הקפיצה מהמעבדה אל השטח, משהו שלא תמיד קורה עם חידושים בציפויי זרעים.
השפעה פוטנציאלית על החקלאות והסביבה האירופית
לשימוש בציפוי מתכלה ורב-תכליתי כמו SeedPlus יש השלכות החורגות מעבר לגידול הספציפי. ברמת מערכת החווה, הוא יכול לתרום ל להפחית את השימוש בחומרי הדברה, לשפר את יעילות המים ולהגביל מקורות זיהום שקטים, כגון מיקרופלסטיק ממקורות חקלאיים.
על ידי הגנה על הזרעים באופן מקומי ואספקת מים בדיוק במקום הדרוש, הצורך בטיפולים נרחבים בשטח מצטמצם, וכתוצאה מכך... ירידה בעומס הכימי המפוזר בסביבהזה תואם את היעדים שקבע האיחוד האירופי בנוגע להפחתת השימוש בחומרי הגנת הצומח והמעבר למערכות ייצור בנות קיימא יותר, כגון גנים אורגניים.
במקביל, ניהול המים המשופר שמספק הציפוי יכול לעזור לגידולים לעמוד טוב יותר בתנאים. פרקי בצורת קצרים או גשמים לא סדיריםזוהי מציאות שהולכת וגוברת באזורים שונים בספרד ובשאר אירופה. יציבות נביטה טובה יותר במהלך עונות גידול מאתגרות היא גורם שיכול להשפיע ישירות על ביטחון הייצור.
ההימנעות המוחלטת של פולימרים סינתטיים לטובת חומרים מתכלים מטפלת גם בבעיה שאינה נראית לעין במיוחד, אך צוברת חשיבות בסדר היום הסביבתי: הצטברות חלקיקי פלסטיק בקרקעות חקלאיותבכך שהוא אינו מייצר מיקרופלסטיק, סוג זה של ציפוי מונע הוספת לחץ על מערכות אקולוגיות שכבר נתונות לשימוש אינטנסיבי.
לבסוף, אם זרעים נובטים טוב יותר והגידולים עמידים יותר, הצורך להרחיב קרקעות חקלאיות כדי לשמור על רמות הייצור מצטמצם. זה מתבטא ב... פחות לחץ על מערכות אקולוגיות טבעיות ואזורים בעלי ערך סביבתי גבוהזה רלוונטי במיוחד באזורים אירופאיים שבהם אדמות חקלאיות ואזורים מוגנים מתקיימים בסמיכות.
בסך הכל, ציפוי זרעים מתכלה זה מתפתח ככלי המסוגל לשפר את השלבים הראשוניים של הגידול, לחזק את יציבות היבול ולהפחית את ההשפעה הסביבתית הקשורה לשתילה, ולשלב אותו בפתרון יחיד. ניהול מים, הגנה מפני קוטלי עשבים והסרת מיקרופלסטיקאלו היבטים העומדים בלב הדיון על עתיד החקלאות באירופה.
