بدأ استخدام المواد البولمرية فائقة الامتصاص في الزراعة في خمسينات القرن الماضي عندما تم استبدال الورق المغطى للخضراوات بـ LDPE. وكانت تتألف تلك المواد البولمرية من البولي إيثيلين وكلوريد البولي فيلين. تعتمد الزراعة الحديثة على استخدام الميكنة والأسمدة الكيميائية والصناعية ومكثفات الأرض، مما يسمح للمزارعين بتحقيق أهداف الاستدامة وتلبية احتياجات النمو السكاني والحفاظ على الموارد الطبيعية وتحقيق الربح للمزارعين والفائدة للمستهلكين. لذا، لعبت المواد البولمرية دورا هاما في الزراعة وسنتعرف على ذلك جيدا من خلال هذا المقال
استخدامات البوليمرات في الزراعة
يتم استخدام المواد البوليمرية في الزراعة كمواد هيكلية تساعد النبات على النمو في الظروف المناخية الملائمة له، مثل استخدام “المهاد والبيوت الخضراء” للتبخر والري وتوزيع المياه بشكل جيد، حيث تتمتع المواد البوليمرية بجزيئات لها خصائص وظيفية مميزة
ويشار إليها بأسماء مثل SAP وهيدروجيل، والبوليمرات الماصة، والمواد الهلامية الماصة، والنقعات الفائقة، والأوحال الفائقة، وجل الماء. إنها أنواع حديثة من البوليمرات الاصطناعية التي تمتص الماء، حيث تستطيع أن تمتص كمية ماء تصل إلى 100،000 ضعف وزنها، وتتحول إلى حبيبات تبقى في التربة لتوفير الرطوبة اللازمة لها. تعمل كمواد استرطابية، حيث تأخذ شكل حبيباتها شكل السكر الأبيض وتتمدد بعد امتصاصها للماء لتصبح هلامية بشكل واضح. تحتفظ بنسبة الرطوبة داخلها حتى عند التعرض للضغط، ولا تحدث بها انفجارات أو تمزق .
ما هي البوليمرات
تتكون البوليمرات فائقة الامتصاص المستخدمة في الزراعة من أحماض الأكريليك والبوتاسيوم بالمحلول – كعامل ربط متقاطع – والذي يطلق عليه ” بوليكرليت ” وهي من طرق الزراعة الهيدروجينية ، وتتميز بقدرتها على التوسع أو التورم وترجع هذه القدرة على نوع عامل الربط المتقاطع الذي تم استخدامه ، وتعتبر الـ ” بوليكريت ” مادة لا تحتوي أي نسبة من السمية ولا يمكن تآكلها ، بل قابلة للتحلل الحيوي بنسبة 10% إلى 15% سنويًا ، وبجانب قدرتها الهائلة على الامتصاص فهي قادرة على حفظ معدل الضغط بنسبة 95% تحت جذور النباتات .
فوائد استخدام البوليمرات في الزراعة
تعاني التربة الزراعية من عدة مشكلات أساسية تجعل المحاصيل أقل إنتاجية وتعيق نمو النباتات. وتتمثل هذه المشكلات في خصائص التربة التي تتمثل في القدرة المنخفضة على الاحتفاظ بالمياه، وذلك بسبب ترشح التربة بمعدل الرطوبة العالي ومعدل النتح الذي يؤدي إلى تبخير المياه. كما يوجد عامل الجفاف الذي يمكن أن يصيب التربة بشكل مفاجئ، مما يؤدي إلى زيادة نسبة الأملاح وتدهور حالة النباتات. ويستخدم المزارعون أيضا الأسمدة الكيميائية والمبيدات الحشرية، مما يؤدي إلى تلف التربة وتقليل عدد الكائنات الحية الدقيقة التي لها فائدة عالية في حفظ النيتروجين في التربة
لذلك، تم استخدام البوليمرات لتقليل هذه الأضرار عن طريق منع حدوثها كما يلي:
- يتمتع بالقدرة على امتصاص كميات كبيرة من المياه في الظروف العادية وارتفاع ملوحة المياه وفي الظروف الصعبة الأخرى، ويتميز بحمولة خاصة تسمى AUI .
- تتميز بعدم تعرضها للذوبان .
- يعد سعر البوليمرات متاحًا للمزارعين .
- تتميز بمتانتها العالية في جميع الظروف التي يمكن أن تواجهها في البيئة .
- تتميز بقدرتها على الامتصاص بشكل دائم، مهما بلغ حجم اتساعها وتخزينها .
- تتحلل بشكل تدريجي وحيوي ولا تنتج مواد سامة تضر بالتربة .
- درجة الحموضة متوسطة حتى بعد ملء الحوض بالماء .
- في حالة جفاف التربة، يمكن إعادة ترطيبها لأنها تحتفظ بالقدرة على ذلك .
تعد الزراعة ذات الاستخدامات الهيدروجينية من الزراعات المهمة والتي توفر العديد من الفوائد للتربة، من بينها ما يلي:
- يساعد على زيادة جودة التربة وتقليل الجفاف والاحتفاظ بالمياه .
- يتمتع بالقدرة على تطوير البذور وزيادة انتشارها، مما يساهم في زيادة إنتاجية المحاصيل .
- لا يسبب ضررًا للبيئة ويتحلل بشكل حيوي، ويحافظ على توازن الري والمعدلات الطبيعية التي يحتاجها النبات .
- تزوّد الجذور بالماء الذي يحتاجونه دون تعريض التربة للضغط .
- تواجه عمليتا التبخير والرشح وتمنع فقدان الماء بفضل قدرتها الهائلة على امتصاص الماء، والتي تبلغ ما بين 400 إلى 500 ضعف وزنها الطبيعي
- تكون عمليات الامتصاص والإمداد بالمياه في التربة متوازنة .
- يعد الماء الذي يطلقه البوليمر مرة أخرى رطوبة مثالية للنباتات، مما يؤدي إلى تسريع نموها وزيادة إنتاجية الشتلات .
- في الزراعة في المناطق التي يصيبها النباتات التجمد والموت بسبب الرطوبة العالية، تساعد البوليمرات في الحفاظ على درجة حرارة الشتلات أثناء مرحلة النمو من خلال امتصاصها للرطوبة .
- تساعد البوليمرات أيضًا على تقليل الحاجة لجلب المزيد من اليد العاملة للمزارع أو استهلاك المياه بشكل كبير، حيث تتولى هي الري المنتظم للنباتات .
- تتميز بقدرتها العالية على التغلب على ظروف الجفاف، حيث تعمل كمنظمة للتربة وتحسن من أداء الكائنات الحية المفيدة في التربة، وفي حال كانت التربة رملية، فهي تمنع الترشح بها .
- يوجد تحدي كبير في الحد من استخدام الأسمدة والمبيدات الحشرية في التربة، حيث تتم إطلاق المواد الكيميائية التي تم امتصاصها مع الماء ببطء وبدون أضرار على النباتات
- يتم منع انضغاط المعادن في التربة عن طريق عملية الامتصاص المتكررة، مما يؤدي إلى تحسين جودة التربة وتهويتها .
- تمنع هذه الإجراءات تآكل التربة الذي يحدث نتيجة الاستخدام المفرط للأسمدة والجريان السطحي والمبيدات واستخدام المياه الجوفية
- يُساعد على توفير استهلاك المياه والعمالة، وزيادة إنتاجية المحاصيل، ومنع موت النباتات في مرحلة النمو .
بوذا هيدروجيل
تظهر قدرة البوليمرات على العمل في جميع المجالات الزراعية، بما في ذلك الحراجة والزراعة الصناعية والحدائق القروية، بالإضافة إلى قدرتها على الاحتفاظ بالماء ومكافحة الجفاف .
لذلك، قام المعهد الزراعي الهندي في نيودلهي بتصنيع بوليمر يتميز بقدرة امتصاص مطورة ويسمى `بوذا هيدروجيل` لتوفير المياه المطلوبة للزراعة. يعتمد هذا البوليمر على مادة بوليمر طبيعية وعامل ربط بوتاسيوم بولي إكريليت لامتصاص المياه في ظروف التربة القاسية والجافة، مثل درجات الحرارة من 40 إلى 50 مئوية. أظهر هذا البوليمر نجاحا كبيرا حيث يمتص 400 مرة وزنه الطبيعي ويفرج عن المياه تدريجيا، ولا يتحلل إلا بعد عام من وجوده في التربة، كما أنه لا يتأثر بالأملاح بشكل كبير. قد عمل على تقليل نقصان التربة بفعل الأسمدة والمبيدات، وزيادة الخصائص الفيزيائية في التربة، مما يؤدي إلى زيادة سرعة نمو النباتات وإنتاجية الشتلات