Вчені створили ґрунт, який може поглинати атмосферну вологість
Матеріалознавці з Техасу створили ґрунт, який може поглинати атмосферну вологість при низькій температурі повітря вночі й віддавати воду рослинам протягом дня. Для цього вчені додали у звичайну піщаний ґрунт суперабсорбючий гель, який при відносній вологості повітря в 90 відсотків може поглинути до чотирьох грам води на грам сухої речовини.
Дослідники показали, що такий ґрунт здатний утримувати достатньо води для підтримки стабільної вологості протягом 20 днів без поливу. Як приклад вчені посадили в ґрунт з гелем і без нього редис і не поливали їх 14 днів: в першому випадку паростки виросли до 15 сантиметрів, а в другому — загинули.
Стаття опублікована в журналі ACS Materials Letters.
Без води неможлива будь-яка агрокультурна діяльність людини, в той час, як посушливі регіони складають приблизно 40 відсотків всієї суші. Зміна клімату та антропогенне забруднення лише погіршують ситуацію, а населення планети зростає. Все це робить реальними ризики нестачі придатних для сільського господарства земель і дефіцит води для рослинництва. В якості альтернативного джерела вологи все частіше пропонується використовувати атмосферу, адже в ній міститься близько 14 тисяч кубічних кілометрів води, причому безперервно заповнюються. Хоч це і всього близько 0,001 відсотка всієї води на Землі, атмосфера — вкрай привабливий її джерело, адже вона загальнодоступна, а використання сонячної енергії (нестачі якої немає в посушливих регіонах) для видобутку води з повітря дозволило б розвивати землеробство в регіонах, де складно або неможливо створити централізовану систему енергопостачання та водопостачання.
Ще однією перешкодою для вирощування рослин на посушливих територіях є якість ґрунту в даних регіонах: він часто піщаний, нездатний утримувати воду, що збільшує потребу в регулярному поливі. Цю проблему, як і питання нестачі самої води, Сін'і Чжоу (Xingyi Zhou) їх Техаського університету в Остіні пропонує вирішити шляхом додавання в ґрунт суперабсорбуючого гелю. До його складу входять поліпірол, який здатний поглинати водяні пари з повітря, і полі (N-ізопропілакриламід), який вкрай термочутливий і сильно стискається при збільшенні температури вище порядку 32 градусів Цельсія. Завдяки цьому суперабсорбуючий гель в змозі поглинати до чотирьох грам води на грам сухої речовини при відносній вологості повітря 90 відсотків, а при збільшенні температури самостійно вивільняти накопичену вологу.
Вчені досліджували властивості суміші суперабсорбуючого гелю з піщаним ґрунтом, який, на їхню думку, міг б використовуватися в якості ґрунту для рослинництва в теплих посушливих регіонах. 1 грам такої суміші при 20 градусах Цельсія здатний поглинути 1,1 грама води з атмосфери з 90 процентною вологістю, а при 40 градусах Цельсія підтримувати в собі вміст води в 40 відсотків від максимального, причому останнє значення зберігається навіть через 4 тижні без поливу (для ґрунту без гелю це значення наближається до 10 відсотків через 2 тижні).
На малюну "Залежності вмісту води в суперабсорбуючому гелі й в піщаному ґрунті з ним в порівнянні зі звичайним піщаним ґрунтом"
Залежності вмісту води в В якості демонстрації можливостей ґрунту з гелем дослідники поклали досліджуваний ґрунт в контейнері з прозорою кришкою, встановили його на даху одного з будівель в Остіні й спостерігали за ним протягом жаркого і сухого Техаського літа. Вночі у системи був доступ до холодного і вологого повітря в навколишньому середовищі, що дозволяло ґрунту заповнити запаси води, а вдень сонце нагрівало ґрунт, який заповнював недолік вологи всередині контейнера. В результаті вчені досягли стабільної вологості повітря в 70 відсотків всередині контейнера, яка зберігалася протягом 20 днів без поливу, незважаючи на великі скачки вологості в навколишньому середовищі (від 30 до 90 відсотків).
Також дослідники виростили редис в ґрунті з суперабсорбирующим гідрогелем і порівняли результати зі звичайним піщаним ґрунтом. Виявилося, що в модифікованому ґрунті все насіння проросло незалежно від того, скільки разів вчені поливали ґрунт за перші 4 дні (приблизний період проростання редису), в той час як в піщаному ґрунті без поливу всі паростки загинули. Після цього дослідники спостерігали за зростанням редису без поливу: в ґрунті з гелем він в середньому виріс на 15 сантиметрів за 14 днів, а у звичайному ґрунті через 6 днів загинули всі рослини. гелі й в піщаному ґрунті з ним в порівнянні зі звичайним піщаним ґрунтом.
На малюнку "Демонстрація вирощування редису в модифікованому грунті( a-c), залежності вологості повітря і кількості води в грунті з гелем від часу (d – f), порівняння темпу зростання і виживання редису в грунті з і без гелю (g – i)"
У майбутньому автори планують оптимізувати склад ґрунту з суперабсорбуючим гелем для різних типів рослин з іншими темпами зростання, а також додати в гель мінерали, які б поступово випускалися в ґрунт і сприяли збереженню балансу речовин. Але вже зараз вчені впевнені в тому, що їх розробка може бути використана в сільському господарстві.
Також читайте:
- Бактерії проти фузаріозу колоса — відкриття вчених дало новий інструмент біоконтролю
- Американські вчені прискорили дослідження зі створення врожайної органічної кукурудзи
- Американські біологи «обдурили» помідори, щоб підвищити їх урожайність
- Глобальне потепління може вплинути на вирощування хмелю — дослідження