اوره گرانولی با پوشش پلیمری

نقش اوره گرانولی با پوشش پلیمری زیست تخریب پذیر در سینتیک آهسته رهش N وبهره وری اسفناج

استفاده از نیتروژن (N) پایین به دلیل تلفات نیتروژن محیطی از کودها به تولید محصولات کشاورزی پر هزینه منجر می شود. استفاده از پوشش دهی اوره در پلیمرهای زیست تخریب پذیر می تواند کنترل آزادسازی نیتروژن کودها از این تلفات جلوگیری کند. در اینجا، ما سینتیک انتشار نیتروژن از گرانول های پوشش دار با انواع مواد پلیمری زیست تخریب پذیر و تاثیر آن بر عملکرد اسفناج و جذب نیتروژن را بررسی می کنیم. از فرمولاسیون مختلف برای پوشش دادن اوره با استفاده از پوشش دهنده بستر سیال استفاده کردیم:

الف (G-1): 10 درصد نشاسته + 5 درصد پلی وینیل الکل (PVA) + 5 درصد ملاس

ب (G-2): 10 درصد نشاسته + 5 درصد PVA + 5 درصد موم پارافین (PW)

پ (G-3): 5 درصد ژلاتین + 10 درصد صمغ عربی + 5 درصد PW

ت (G-4): 5 درصد ملاس + 5 درصد ژلاتین + 10 درصد صمغ عربی

تجزیه و تحلیل مورفولوژیکی و پراش اشعه ایکس (XRD) نشان داد که یک لایه پوششی یکنواخت بدون تشکیل فاز جدید ایجاد شد. در G-2، حداکثر قدرت خرد کردن (72.9 نیوتن) با کاهش سرعت انتشار نیتروژن و افزایش 31 درصدی بهره وری حاصل شد. این امر منجر به افزایش عملکرد برگ خشک اسفناج (47 درصد)، جذب نیتروژن (60 درصد) و بازیابی ظاهری نیتروژن (130 درصد) از G-2 در مقایسه با اوره بدون پوشش (G-0) شد. بنابراین، اوره گرانول پوششی با پلیمرهای زیست تخریب پذیر انتخاب خوبی برای کاهش سرعت انتشار نیتروژن و افزایش عملکرد محصول و حتی بهره وری نیتروژن از اوره هستند.

طبق یافته های الفرنیک و شرهورن، تقاضای انسان برای مواد غذایی به دلیل افزایش تدریجی جمعیت جهان از 7.3 به 9.7 میلیارد نفر تا سال 2050 بین 59 تا 98 درصد افزایش خواهد یافت. این امر فشار زیادی بر کشاورزان برای تولید مواد غذایی بیشتر، افزایش زمین های زیر کشت، ارتقاء پتانسیل تولید اراضی موجود از طریق اقدامات مدیریتی بهتر وارد می کند. تولید مواد غذایی را می توان با رویکردهای گسترش افقی یا عمودی افزایش داد. در حال حاضر، استفاده از رویکرد گسترش افقی دشوار است. بنابراین، گسترش عمودی تنها گزینه موجود است؛ به این معنی که باید بر افزایش تولید در واحد سطح تاکید کرد. به همین منظور، در کشت گسترده بیش از حد کودهای شیمیایی، آفت کش ها و سایر مواد شیمیایی استفاده می شود که می تواند با تخلیه عناصر غذایی خاک، کاهش دسترسی آنها به گیاهان و حتی کاهش تنوع زیستی باعث تخریب زمین شود. از زمان انقلاب سبز، از کودهای مصنوعی زیادی (نیتروژن (N) فسفر (P) و پتاسیم (K)) در کشاورزی با هدف افزایش بهره وری محصولات استفاده شده است. از میان آنها، کمبود N یک مسئله اساسی است که به شدت بر بهره وری گیاهان در سراسر کره خاکی تأثیر می گذارد. به طور کلی، یک گیاه به 1000 میکروگرم نیتروژن از ماده خشک نیاز دارد که می تواند به صورت یون های نیترات (NO₃-N) و آمونیوم (NH₄₊-N) به خاک تزریق شود. گیاه می تواند این نیاز را با جذب N موجود در اتمسفر یا خاک تامین کند. با این حال، N اتمسفر برای اکثر محصولات در طول دوره رشد به راحتی در دسترس نیست و از طرفی، خاک کشورهای در حال توسعه (مانند آسیا و آفریقا) عمدتاً با کمبود N مواجه هستند؛ بنابراین، نرخ ورودی مواد مغذی در این کشورها بالا است. کود نیتروژن دار، به ویژه اوره، به این خاک های تهی شده از نیتروژن تزریق می شود تا نیاز گیاه به N را برآورده کند. پس از کاربرد میدانی از اوره معمولی، بیشتر N در محیط اطراف از طریق تبخیر آمونیاک، لیچینگ نیترات، رواناب و نیترات زدایی هدر می رود. این تلفات می تواند در سراسر جهان تا 60 درصد برسد که هم هزینه کود و هم آلودگی محیطی را افزایش می دهد. در نتیجه، این تلفات منجر به جذب ضعیف N در گیاه (NUE) و عملکرد پایین شده و در نهایت، به مشکلات مالی برای کشاورزان ختم می شود. با این حال، به توسعه تکنیک هایی نیاز است که ممکن است به کنترل یا کاهش سرعت تخلیه N از کود اوره و تامین نیاز گیاه به N کمک کنند. کودهای اوره به صورت گرانول و پریل در دسترس هستند. اندازه بزرگتر گرانول ها در مقایسه با پریل ها نقش مهمی در تأثیرگذاری  فیزیکوشیمیایی اوره ایفا می کند.

برای مثال، فرمولاسیون اوره پریل به دلیل داشتن ابعاد کوچکتر محلولیت بیشتری در آب دارد. در عین حال، پریل شکل یکنواخت تری دارند در حالی که گرانول های اوره راحت تر در حین بسته بندی و انتقال مدیریت می شوند و تلفات کمتری دارند. برای بررسی حلالیت بالا و تلفات تبخیر، در چند دهه اخیر روش تولید کود اورۀ آهسته رهش توسعه یافته است. این پوشش ها یا کپسوله های اوره برای فراهم نمودن رهش آهسته کود ممکن است یک استراتژی مدیریتی مناسب باشند که می تواند به منظور کاهش تلفات تبخیر NH₃، لیچ NO₃₋، نیترات زدایی و رواناب سطحی استفاده شود. در دهه های گذشته از مواد پلیمری حاصل از محصولات نفتی و پلاستیکی برای تولید کودهای اوره با رهش کند استفاده شده است. هدف اصلی این مقاله استفاده از پلیمرهای زیست تخریب پذیر طبیعی موجود برای پوشش دهی کود اوره است. همچنین قصد داریم در اینجا، فرمولاسیون های پوشش دهی جدید با مواد شیمیایی بنیگن (زیست تخریب پذیر و کم هزینه) را توسعه داده و سپس، انتشار اوره را به حداقل برسانیم. تکنیک پوشش دهنده بستر سیال (FBC) که اکثر تکنیک های تولید کود آهسته رهش را شامل می شود، برای سنتز اوره پوششی در نظر گرفته شد. محلول پوششی پلیمرها ابتدا آماده شد و سپس، روی گرانول ها با کمک FBC اسپری شد. از اسپکتروفتومتر UV مرئی نیز برای ارزیابی رهش اوره از گرانول های پوششی استفاده شد. همچنین از میکروسکوپ الکترون روبشی (SEM)، اسپکتروسکوپی FTIR و آزمایش قدرت خردکنندگی در نمونه های آماده شده استفاده کردیم.

این مطالعه استفاده از بیومتریال مختلف برای پوشش اوره و تأثیر آن بر سینتیک آزادسازی اوره در آب، خاک و جذب نیتروژن در اسفناج را مورد برری قرار می دهد. نتایج به دست آمده نشان داد که G-2 متشکل از نشاسته، PVA و موم پارافین به عنوان مواد پوششی آزادسازی مطلوب اوره (30.3 درصد) با قدرت خرد کردن (72.97 نیوتن) را نشان داد. رهش کندتر گرانول های اوره پوشش دار از G-2، دسترسی به گرانول های اوره تا تامین نیاز محصول اسفناج را فراهم می کند. این نکته از نتایج حاصل از بررسی بالاترین میزان N معدنی خاک، جذب N اسفناج و بازیابی N ظاهری برای G-2، در مقایسه با سایر فرمولاسیون های اوره پوششی/بدون پوشش کاملا مشهود است. از این رو، به این نتیجه رسیدیم که فرمولاسیون پوششی G-2  گزینه بهتری بود و می‌توانست برای تامین تمام نیازهای گیاه به کود آهسته رهش من جمله کود نیتروژن دار اقتصادی، زیست تخریب پذیر و زیست سازگار استفاده شود. فرمولاسیون های کود توسعه‌ یافته همچنین بایستی برای محصولات کشت شده در خاک های مختلف به منظور ارزیابی عملکرد زراعی آنها استفاده شود. در آینده، این فرمولاسیون ها بایستی در ترکیبات مختلف خاک به منظور ارزیابی نرخ رهش N و تخریب لایه پوششی مورد بررسی قرار بگیرند.