استفاده از پلیمرهای هیدروفیلیک در باغبانی
پلیمرهای هیدروفیلیک مونومرهای مصنوعی و جاذب آب با وزن مولکولی بالا هستند که در 30 سال گذشته بعنوان جاذب در صنعت پوشک استفاده شده اند. پلیمرها در واحد ساختمانی مونومر خاص، مقدار آب جذب شده در هر گرم ماده، اندازه و توزیع ذرات، پاسخ به تنش شوری و هزینه با یکدیگر متفاوت هستند. از آنجا که تنها چهار مونومر در تولید پلیمرها مورد استفاده قرار می گیرند، ده ها پلیمر بصورت تجاری با نام های تجاری مختلف موجود است. افزایش ظرفیت نگهداری آب، افزایش تعداد یا اندازه منافذ، افزایش ذخایر مواد مغذی خاک و کاهش تراکم خاک را میتوان بعنوان مزایای حاصل از کاربرد پلیمر در خاک یا محیط مصنوعی نام برد. استفاده اولیه از پلیمرها در تولید گلخانه ای در اواخر دهه 1970 گزارش شد اما اکنون در تولید میوه، سبزیجات و چمن نیز استفاده می شوند. توسعه تجهیزات کاربردی این پتانسیل را دارد که استفاده از پلیمرها را برای تولید کنندگان بزرگ تجاری گسترش می دهد.
پلیمرها اساسآ موادی با وزن مولکولی بالا هستند که از انواع مونومرها سنتز شوند. مواد حاصل شده میتواند آبگریز یا آبدوست باشد و تنها با پلیمرهای هیدروفیلیک ایده آل باشند. ترکیب شیمیایی این پلیمرهای هیدروفیلیک شامل گروه های اکریل آمید متقاطع (پلی اکریلات سدیم، نشاسته متورم شده)، اکریل آمید عرضی- متقاطع (پلی اکریلات پتاسیم)، نشاسته (کوپلیمرهای اکریلات) و اکریلونیتریل می شود. به نظر می رسد اتصال عرضی در پلیمرها به دلیل افزایش ذخیره آب در گیاه کمک می کند و علاوه براین، بعنوان یک مانع فیزیکی برای خروج آب از ژل عمل می کند. این نوع پلیمرها در واحد ساختمانی مونومر خاص، مقدار آب جذب شده در هر گرم ماده، اندازه و توزیع ذرات، پاسخ به تنش شوری و هزینه متفاوت هستند. پلیمرها می توانند آب بسیار زیادی (به اندازۀ 1000 برابر وزن خود) را جذب کنند اما در کاربردهای مزرعه ای، هیدراتاسیون به ندرت از 400 تا 500 برابر وزن آنها (گرم/ گرم) بیشتر می شود زیرا سطح شوری در اکثر منابع آبی وجود دارد و با افزایش غلظت یون ها در آب، میزان هیدراتاسیون توسط پلیمر کاهش می یابد. اندازه ذرات از 5 میکرومتر تا 2 میلی متر در یک پلیمر خاص و در بین انواع پلیمر متفاوت است. بسیاری از پلیمرهای مورد نظر در صنعت باغبانی به با رعایت معیارهای افزایش ظرفیت نگهداری آب در خاک، افزایش اندازه/ تعداد منافذ در خاک، افزایش نرخ بقای پیوند، افزایش سرعت جوانه زنی و کاهش اثر تراکم خاک بر رشد گیاه تولید می شوند. علاوه براین، چندین تولید کننده به دلیل کاهش سمیّت برای گیاه سدیم را جایگزین پتاسیم در محصولات خود کرده اند. مطالعات بلند مدت بسیار اندکی با هدف اندازه گیری میزان شکست پلیمرها در شرایط مزرعه انجام شده است. چندین تولید کننده پیشنهاد می کنند که پلیمرها به مدت 5 سال مزایای قابل توجهی (احتباس آب) ایجاد می کنند. من تخریب کنترل شده را روی چندین پلیمر بررسی کرده و به این نتیجه رسیدیم که پلیمرها سالانه 10-15 درصد از فعالیت خود را از دست خواهند دارد. باتوجه به جدول زیر، به نظر می رسد که راه های تخریب پلیمر ناشی از میکروارگانیسم ها و تغییر ساختار فیزیکی در طول زمان و به دلیل تجزیه شیمیایی رخ می دهد.
جدول 1:
از آنجایی که استفاده اولیه از پلیمرها برای افزایش ظرفیت نگهداری آب در مخلوط های خاک/ بدون خاک مورد استفاده در تولید محصولات گلخانه ای پیش بینی شده بود، چند نکته نیز بعنوان توصیه های اولیه برای پرورش محصولات زراعی در گلخانه ارائه شد. پرورش دهندگان به دنبال روش هایی بودند تا فاصلۀ بین آبیاری محصولات را افزایش داده و همچنین مقدار کل آب مورد نیاز برای رشد محصولات شان را تا زمان بلوغ کاهش دهند. باتوجه به جدول زیر، به نظر می رسد که واکنش گیاه به افزودن پلیمرها در محیط های خاک/ بدون خاک در صورت ترکیب با در ماسه ها یا محیط های آلی با مواد آلی کم، بیشترین مقدار را نشان می دهد.
جدول 2:
علاوه براین، حساسیت گیاه به تنش آبی بر پاسخ محصول به خاک اصلاح شده با پلیمر تأثیر می گذارد. بانکو گزارشی مبنی بر بهبودی در قلمه های ریشه دار هالی و آزالیا از ترکیب پلیمر در محیط ریشه زایی ارائه داد. ریشه های بزرگتر هر دو قلمه به توزیع یکنواخت تر رطوبت ازطریق محیط ریشه زایی نسبت داده شد. یکی از کاربردهای بالقوۀ پلیمرها در تولید گلخانه ای استفاده از ماژول های پلیمری بعنوان بستری برای تولید گوجه فرنگی است که در انگلستان توسعه یافته است. هر ماژول پلی اتیلن سیاه/ سفید حاوی دو ورق کاغذ با ذرات پلیمری است که بین آنها قرار گرفته است. سوسن در سطح با عمق کمتر از 10 سانتی متر هیدراته می شود که در مقایسه با رشد گوجه فرنگی در پشم سنگ، تفاوتی در عملکرد با بستر پلیمری مشاهده نشد. با این حال، مزیت استفاده از پلیمرها در مقایسه با سایر بسترهای بدون خاک، سهولت در دفع است. استفاده از پلیمرها در تولید میوه و سبزیجات به دلیل خشکسالی سراسری در سال 1991 به شدت تسریع شد.
محققان در غرب ایالات متحده موفقیت خود را با تزریق 4-5 پوند پلیمر/ 1000 فوت مربع و تا 30 پلیمر/ 1000 فوت در خاک های بسیار شنی ترکیب شده اند. آزمایشات در زمین های گلف، زمین های فوتبال، گورستان ها و مناطق هم در مزارع جدید و هم در چمن ها انجام شدند. پلیمر ادغام شده در زمین های فوتبال منجر به افزایش احتباس آب، کاهش سختی به دلیل آب و هوای خشک، حفظ پوشش زمین پس از بازی و پتانسیل کاهش آسیب های ورزشی شده است. در کاشت های جدید، پلیمرها را میتوان بعنوان ماده خشک به میزان 2-7پوند/ 1000 فوت مربع به کار برد. در جمن نیز استفاده یکنواخت از پلیمرهای خشک زمانی که در فواصل 9 اینچی تیغه چمن زن هستند، میتواند دشوار باشد. با این حال، به نظر می رسد که تزریق پلیمرهای هیدراته در چمن موفق تر و کارآمدتر از کاربرد پلیمر خشک است. چندین شرکت انژکتورهایی برای کاربرد پلیمرهای هیدراته در چمن را توسعه داده اند. شرکت Gene Seifert انژکتور Aqua-Life Tree را توسعه داده اند که پلیمرهای خشک یا هیدراته را تزریق خواهد کرد. این واحد ازطریق یک کمپرسور هوا کار می کند که قبل از پخش شدن پلیمر ازطریق انژکتور به داخل خاک، خاک نزدیک ساقۀ درخت را تجزیه می کند. این انژکتور در باغات، کاشت درختان خیابانی، پارک ها و کنار جاده ها برای کاشت درختان و درختچه ها آزمایش شده است. سیستم های انژکتور Aeration (IAS) سه انژکتور پلیمری مختلف را بازاریابی خواهد کرد: برای باغ و تاکستان، چمن، محوطه سازی و حیاط منازل. همه این انژکتورهای IAS برای تزریق پلیمر خشک با استفاده از تزریق آب با فشار بالا و یک محفظۀ Venturi طراحی شده اند؛ این محفظه یک خلاء ایجاد می کند که پلیمر خشک را از قیف پلیمری به طرف جریان آب می مکد. انژکتورها باتوجه به کاربرد هر محصول می توانند پلیمر را از 4-20 اینچ (10-50 سانتی متر) زیر سطح خاک قرار دهند. هر دو انژکتور پلیمری نیز خاک را هوادهی کرده و پلیمر را تزریق می کنند؛ هوادهی خاک می تواند به اندازه خودِ کاربرد پلیمر برای گیاه/ محصول مفید باشد.
استفاده از پلیمرهای هیدروفیلیک برای کاربردهای باغبانی ابتدا در ایالات متحده و سایر کشورهای مولد باغبانی جهان اعمال شد. از آنجایی که تحقیقات در زمینه روش های کاربرد پلیمر، میزان کاربرد، تعامل با مواد مغذی، حشره کش ها، قارچ کش ها، علف کش ها و تنظیم کننده های رشد انجام می شود؛ کاربردهای جدیدی برای پلیمرها توسط تحقیقات علمی و تجاری کشف خواهد شد. مزایای بالقوۀ استفاده از پلیمرها در تولید باغبانی عبارتند از: حفظ آب، افزایش راندمان استفاده از آب توسط گیاهان، استقرار یکنواخت تر و کارآمدتر محصول، حفظ مواد مغذی، افزایش رشد محصول و افزایش عملکرد محصول.
