Trong quá trình nảy mầm, hạt giống trải qua một trong những giai đoạn nhạy cảm nhất của chu kỳ nông nghiệp: chúng cần nước liên tục và đồng thời phải đối mặt với nhiều thách thức khác. thuốc diệt cỏ và các hóa chất khác có trong môi trườngTrong trường hợp này, những sự cố trong vài ngày đầu đời của cây sẽ dẫn đến việc phải trồng lại, phát sinh thêm chi phí và giảm năng suất; đó là lý do tại sao nó hữu ích. Tìm hiểu cách bảo vệ hạt giống mới nảy mầm..
Để giải quyết thách thức này, một số viện nghiên cứu thuộc mạng lưới Fraunhofer đã phát triển, như một phần của dự án SeedPlus, một hệ thống... Lớp phủ hạt giống đa chức năng và có khả năng phân hủy sinh học Nó không chỉ đóng vai trò như một lớp chắn bảo vệ mà còn đồng hành cùng cây con trong giai đoạn đầu, cung cấp nước và giảm tác động của thuốc diệt cỏ mà không để lại cặn nhựa trong đất.
Lớp phủ phân hủy sinh học SeedPlus là gì và điều gì làm cho nó khác biệt?
Khái niệm này, được Viện Công nghệ Hóa học Fraunhofer (ICT) cùng với Viện Kỹ thuật Vi mô và Hệ thống Vi mô (IMM) và Viện Sinh học Phân tử và Sinh thái Ứng dụng (IME) thúc đẩy, dựa trên một lớp phủ hạt nhiều lớp, hoàn toàn có thể phân hủy sinh họcĐược thiết kế để đảm bảo sự nảy mầm ổn định hơn ngay cả trong điều kiện môi trường bất lợi, chẳng hạn như hạn hán thường xuyên hoặc sự hiện diện của thuốc diệt cỏ trong đất.
Điểm độc đáo của công nghệ này là nó kết hợp hai chức năng thiết yếu vào một hệ thống duy nhất: hỗ trợ nguồn nước và bảo vệ chọn lọc chống lại thuốc diệt cỏNói cách khác, hạt giống được bao bọc trong một ma trận có khả năng lưu trữ lượng nước lớn và giải phóng dần dần, đồng thời một màng đặc biệt làm giảm tác dụng của thuốc bảo vệ thực vật mà không cản trở quá trình nảy mầm.
Theo nhóm nghiên cứu, lớp phủ này được cấu tạo từ... nhiều lớp có độ dày điều chỉnh được Những đặc điểm này thích ứng với loại và kích thước hạt giống. Điều này cho phép tùy chỉnh hình dạng và thành phần tùy thuộc vào cây trồng, một điều đặc biệt quan trọng đối với nông nghiệp châu Âu, nơi mọi thứ từ các loại cây trồng quy mô lớn như củ cải đường đến các loài nhạy cảm hơn cùng tồn tại; việc hiểu rõ các loại hạt Việc điều chỉnh tùy chỉnh đó rất hữu ích.
Cách tiếp cận của SeedPlus cũng tiết kiệm tài nguyên. Bằng cách tác động trực tiếp lên từng hạt giống, Nước và chất bảo vệ chỉ được sử dụng ở những nơi cần thiết.Điều này mở ra cơ hội giảm tổng lượng thuốc trừ sâu và nâng cao hiệu quả sử dụng các yếu tố đầu vào trên đồng ruộng.
Cách thức hoạt động: hỗ trợ nước và bảo vệ khỏi thuốc diệt cỏ.
Một trong những đặc điểm chính của lớp phủ phân hủy sinh học SeedPlus là khả năng của nó. Chức năng lưu trữ và quản lý nướcLớp màng polymer bao quanh hạt giống có khả năng giữ lại một lượng nước lớn hơn nhiều so với trọng lượng của nó và giải phóng nước dần dần cho cây con, điều này đặc biệt hữu ích trong thời kỳ mưa không đều hoặc ở những loại đất có khả năng giữ nước thấp.
Hành vi này đặc biệt thú vị trong các bối cảnh như ở châu Âu, nơi mà Những tháng mùa xuân đang ngày càng trở nên khô hạn.Ví dụ, ở Đức, tháng 3 và tháng 4 những năm gần đây thường có lượng mưa rất thấp, khiến cây con bị héo úa trước khi phát triển hệ rễ ổn định. Lớp phủ đất có khả năng cung cấp nước một cách hiệu quả có thể tạo nên sự khác biệt giữa một vụ trồng trọt thành công và một mùa vụ thua lỗ đáng kể.
Song song đó, hệ thống tích hợp một Màng bảo vệ chọn lọc chống lại thuốc diệt cỏLớp này chứa các vật liệu hấp phụ, chẳng hạn như than hoạt tính, hoạt động như một bộ lọc: chúng làm giảm sự tiếp xúc của cây con với thuốc diệt cỏ có trong môi trường mà không làm tắc nghẽn hoàn toàn sản phẩm hoặc cản trở quá trình nảy mầm.
Kết quả là, hạt giống được phủ lớp bảo vệ có khả năng chống chịu tốt hơn với các loại thuốc diệt cỏ được sử dụng để kiểm soát cỏ dại, một khía cạnh quan trọng trong việc... nông nghiệp thâm canh và cây trồng nhạy cảmBằng cách này, hiệu quả diệt cỏ có thể được duy trì đồng thời giảm thiểu thiệt hại cho cây non.
Sự kết hợp giữa hỗ trợ nước và bảo vệ hóa học này không chỉ cải thiện tỷ lệ sống sót ban đầu của cây trồng mà còn cho phép Xem xét lại liều lượng và tần suất sử dụng thuốc trừ sâu.Điều này hoàn toàn phù hợp với các chiến lược của châu Âu nhằm giảm thiểu việc sử dụng hóa chất trong nông nghiệp, bao gồm cả các phương pháp tiếp cận làm vườn không dùng hóa chất.
Vật liệu phân hủy sinh học và hoàn toàn không chứa vi nhựa.
Một trong những khía cạnh thú vị nhất của lớp phủ này là việc lựa chọn vật liệu. Không giống như các giải pháp truyền thống dựa trên polyme tổng hợp và các thành phần khác mà cuối cùng sẽ bị... các hạt vi nhựa tồn lưu lâu trong đấtPhương pháp của SeedPlus hoàn toàn dựa trên các công thức có nguồn gốc tự nhiên.
Các nhà nghiên cứu đã thay thế các polyme tổng hợp bằng hỗn hợp polysaccharid, protein, cao su tự nhiên và vật liệu vô cơ xốpCác thành phần này bao gồm than hoạt tính. Nhiều sự kết hợp khác nhau của các thành phần này đã được thử nghiệm để tìm ra các công thức thay thế mang lại sự cân bằng tốt nhất giữa khả năng giữ nước, khả năng chống thuốc diệt cỏ và khả năng nảy mầm tốt.
Vì các vật liệu này có khả năng phân hủy sinh học, nên lớp phủ phân hủy một cách có kiểm soát trong đất Sau khi hoàn thành chức năng của mình, nó không để lại chất thải gây hại hoặc góp phần tích tụ chất dẻo trong các khu vực nông nghiệp, điều này cũng giúp ích cho cải thiện đất vườn một cách tự nhiên.
Để đảm bảo rằng những vật liệu mới này không tạo ra những rủi ro tiềm ẩn, Viện Fraunhofer IME đã khởi xướng dự án này. một nền tảng sàng lọc độc tính sinh tháiTrước khi bao bọc hạt giống, các thành phần của lớp phủ được đánh giá riêng biệt trên các sinh vật mô hình từ hệ sinh thái thủy sinh và trên cạn, với các thử nghiệm khả năng phân hủy lâu dài cụ thể.
Bằng cách này, người ta xác minh được rằng các vật liệu không gây ảnh hưởng xấu đến hệ động vật trong đất hoặc nguồn nước mặt, điều mà trong nhiều loại sơn phủ thông thường hầu như không được xem xét đến ngoài các thông số về hiệu suất nông học.
Các quy trình công nghiệp về bao bọc và thích ứng với các loại cây trồng khác nhau
Công nghệ được phát triển tại SeedPlus không chỉ giới hạn ở một phương pháp phủ duy nhất. Tùy thuộc vào loại và kích thước hạt giống, các phương pháp khác nhau được sử dụng. các quy trình đóng gói công nghiệp khác nhau Điều này cho phép điều chỉnh độ dày của các lớp và mở rộng quy mô sản xuất.
Đầu tiên, quá trình tầng sôi Hệ thống này được sử dụng cho các loại hạt giống đặc biệt nhạy cảm. Trong hệ thống này, hạt giống được giữ lơ lửng nhờ luồng khí trong khi vật liệu phủ được phun lên chúng. Điều này cho phép kiểm soát rất chính xác độ dày của lớp phủ, điều rất quan trọng khi cần đạt được sự cân bằng tinh tế giữa khả năng bảo vệ và khả năng nảy mầm.
Đối với sản lượng lớn và các loại cây trồng cần lượng lớn hạt giống đã qua xử lý, phương pháp sau đây được áp dụng: lớp phủ trốngTrong quy trình này, hạt giống được đảo trộn trong một trống quay trong khi các công thức phủ được thêm vào dần dần. Kết quả là một lớp phủ đồng nhất phù hợp cho sản xuất hàng loạt, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tích hợp công nghệ này vào chuỗi cung ứng hạt giống thương mại.
Khi làm việc với những hạt giống rất nhỏ, các nhà nghiên cứu thường lựa chọn... phương pháp bề mặt hóa chất ướtHạt giống được nhúng vào cấu trúc lớp phủ dạng lỏng và sau một thời gian tiếp xúc, được để ráo và khô cho đến khi lớp bảo vệ hình thành. Phương pháp này cho phép bao bọc hiệu quả các hạt giống mà do kích thước nhỏ nên khó xử lý bằng các phương pháp khác và được bổ sung bởi các kỹ thuật được áp dụng trong luống ươm được bảo vệ.
Tính linh hoạt của các quy trình này cho phép điều chỉnh lớp phủ cho phù hợp. các loại cây trồng có tầm quan trọng chiến lược ở châu ÂuVí dụ như củ cải đường, cũng như các loài có thể đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang nguyên liệu thô tái tạo, chẳng hạn như bồ công anh Nga, được sử dụng trong nghiên cứu liên quan đến sản xuất cao su tự nhiên.
Kết quả thí nghiệm trong nhà kính và ngoài đồng: Tỷ lệ nảy mầm tăng đến 58%.
Để kiểm chứng hiệu quả thực tế của lớp phủ phân hủy sinh học, các nhóm nghiên cứu của Fraunhofer đã tiến hành... các thử nghiệm được thực hiện cả trong nhà kính và ngoài trời.Hạt bồ công anh Nga và hạt củ cải đường đã được sử dụng làm mô hình để so sánh các lô hạt được phủ lớp bảo vệ với các lô hạt không được xử lý.
Dữ liệu thu được cho thấy rằng, với các công thức đã chọn, Tỷ lệ nảy mầm có thể tăng lên đến 58% so với các loại hạt giống thông thường.Sự gia tăng này trên thực tế có nghĩa là ít cần gieo lại hạt giống hơn, hạt giống nảy mầm đồng đều hơn và cây trồng đồng nhất hơn—những yếu tố quan trọng để lập kế hoạch tưới tiêu, bón phân và kiểm soát cỏ dại; nó cũng giúp giảm thiểu vấn đề nảy mầm hạt giống của bạn.
Ngoài quá trình nảy mầm, các nhà nghiên cứu cũng đã phân tích các khía cạnh hậu cần như... khả năng lưu trữ của hạt giống được bao phủ và khả năng tương thích của chúng với máy móc nông nghiệp tiêu chuẩn. Nói cách khác, đã được xác minh rằng những hạt giống này có thể được xử lý, định lượng và gieo trồng bằng thiết bị hiện có, mà không cần thay đổi đáng kể máy gieo hạt hoặc phương pháp làm việc của nông dân.
Song song đó, nền tảng đánh giá độc tính sinh thái nói trên đã giúp xác định được các công thức sơn phủ kết hợp hiệu suất nông học tốt với đã được chứng minh về an toàn môi trườngloại trừ những loại, mặc dù có khả năng nảy mầm tốt, nhưng lại tiềm ẩn một số rủi ro đối với sinh vật trong đất hoặc nước.
Toàn bộ cách tiếp cận này, từ thiết kế vật liệu đến thử nghiệm thực tế, đều hướng đến một công nghệ được thiết kế cho để thực hiện bước chuyển mình từ phòng thí nghiệm ra thực địa.Điều này không phải lúc nào cũng xảy ra với những cải tiến trong lớp phủ hạt giống.
Tác động tiềm tàng đối với nông nghiệp và môi trường châu Âu
Việc sử dụng lớp phủ đa chức năng và có khả năng phân hủy sinh học như SeedPlus mang lại những lợi ích vượt ra ngoài phạm vi từng cây trồng riêng lẻ. Ở cấp độ hệ thống nông trại, nó có thể góp phần vào việc giảm việc sử dụng thuốc trừ sâuCải thiện hiệu quả sử dụng nước và hạn chế các nguồn ô nhiễm thầm lặng, chẳng hạn như vi nhựa từ nguồn nông nghiệp.
Bằng cách bảo vệ hạt giống tại chỗ và cung cấp nước chính xác nơi cần thiết, nhu cầu xử lý đất trên diện rộng được giảm thiểu, dẫn đến... giảm lượng hóa chất phát tán trong môi trườngĐiều này phù hợp với các mục tiêu do Liên minh châu Âu đặt ra liên quan đến việc giảm sử dụng thuốc bảo vệ thực vật và chuyển đổi sang các hệ thống sản xuất bền vững hơn, chẳng hạn như... vườn hữu cơ.
Song song đó, khả năng quản lý nước được cải thiện nhờ lớp phủ có thể giúp cây trồng chống chịu tốt hơn với các điều kiện khắc nghiệt. các đợt hạn hán ngắn hoặc lượng mưa không đềuĐây là một thực tế ngày càng phổ biến ở nhiều vùng của Tây Ban Nha và phần còn lại của châu Âu. Độ ổn định nảy mầm cao hơn trong những mùa vụ khó khăn là một yếu tố có thể ảnh hưởng trực tiếp đến an ninh sản xuất.
Việc loại bỏ hoàn toàn các polyme tổng hợp và thay thế bằng các vật liệu phân hủy sinh học cũng giải quyết một vấn đề, mặc dù không mấy dễ nhận thấy, nhưng đang ngày càng trở nên quan trọng trong chương trình nghị sự về môi trường: Sự tích tụ các hạt nhựa trong đất nông nghiệpDo không tạo ra vi nhựa, loại lớp phủ này tránh gây thêm áp lực lên các hệ sinh thái vốn đã chịu sự khai thác mạnh mẽ.
Cuối cùng, nếu hạt giống nảy mầm tốt hơn và cây trồng có khả năng chống chịu tốt hơn, thì nhu cầu mở rộng diện tích đất nông nghiệp để duy trì sản lượng sẽ giảm đi. Điều này dẫn đến... giảm áp lực lên các hệ sinh thái tự nhiên và các khu vực có giá trị môi trường cao.Điều này đặc biệt quan trọng ở các khu vực châu Âu nơi đất canh tác và các khu bảo tồn cùng tồn tại trong phạm vi gần nhau.
Nhìn chung, lớp phủ hạt giống tự phân hủy sinh học này đang nổi lên như một công cụ có khả năng cải thiện các giai đoạn đầu của quá trình canh tác, tăng cường tính ổn định của cây trồng và giảm tác động môi trường liên quan đến việc trồng trọt, tích hợp vào một giải pháp duy nhất. quản lý nguồn nước, bảo vệ chống lại thuốc diệt cỏ và loại bỏ vi nhựa.Đây là những khía cạnh cốt lõi trong cuộc tranh luận về tương lai của nông nghiệp ở châu Âu.
