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Proteger el medio ambiente, la salud vegetal, animal y humana utilizando estrategias naturales es un objetivo clave para las naciones desarrolladas. La reciente adopción de polímeros absorbentes yHidrogel en la agriculturaHa mostrado numerosas ventajas como mejorar la calidad del suelo, conservar el agua, reducir el consumo de nutrientes del suelo, mitigar la deshidratación y el estrés por humedad en los cultivos y controlar los fitopatógenos. Las técnicas de recubrimiento de semillas se han vuelto comunes para mejorar la protección de las semillas y promover el crecimiento de las plantas, empleando polímeros absorbentes, hidrogeles, reguladores del crecimiento, pesticidas, fertilizantes y microorganismos beneficiosos. Esta revisión destaca la importancia de varios polímeros e hidrogeles superabsorbentes en un enfoque integrado para proteger las semillas, las plantas y el suelo y para controlar la liberación lenta de fertilizantes, manteniendo así el equilibrio de los ecosistemas.
La agricultura como pilar fundamental de su economía y una industria primaria indispensable. Sin embargo, el uso cada vez mayor de fertilizantes químicos y recursos hídricos para aumentar los rendimientos de los cultivos y satisfacer las crecientes demandas de alimentos ha provocado pérdidas significativas de nutrientes debido a la rápida disolución de los fertilizantes. Esta utilización ineficiente, con la utilización de fertilizantes nitrogenados a 30-35%, fertilizante de fosfato a 10-25% y fertilizante de potasa a 30-45%, da como resultado pérdidas económicas, desperdicio de energía, y problemas ambientales como la contaminación de las aguas subterráneas, la eutrofización del agua, la degradación del suelo y la contaminación del aire. Cómo reducir el uso de fertilizantes mientras se mantiene su eficiencia es un problema importante que enfrenta actualmente la industria.
La escasez de agua plantea otro desafío para el desarrollo agrícola en el mundo, con los recursos hídricos per cápita solo una cuarta parte del promedio mundial. El mundo también se enfrenta a una grave erosión del suelo y desertificación, agravada por su gran población. La utilización efectiva de recursos terrestres y hídricos limitados para alimentar de manera sostenible a esta población es una preocupación importante para la sostenibilidad agrícola.
La resina súper absorbente es un nuevo tipo de material de polímero funcional desarrollado en las últimas décadas [1]. Debido a su composición química especial, estructura física y propiedades de absorción de agua y retención de agua, puede resistir la sequía, mejorar el suelo y mantener la eficiencia de los fertilizantes en las tierras agrícolas. Es un nuevo tipo de acondicionador de suelo y material agrícola resistente a la sequía y que ahorra agua. Combinarlo con fertilizantes para preparar Agricultura y Silvicultura con funciones de absorción de agua y retención de agua seguramente provocará un nuevo aumento en el campo de la investigación de fertilizantes [2]. Sin embargo, los fertilizantes de liberación lenta son caros y su aplicación no es universal. Además, la mayoría de los materiales de resina súper absorbentes utilizados en la producción de fertilizantes de liberación lenta son materiales de polímero sintético de poliolefinas, que no son degradables. Grandes cantidades de aplicación harán que el suelo sea arenoso y la tierra sea difícil de usar de manera sostenible. Los materiales contaminan el medio ambiente del suelo y es necesario desarrollar materiales de recubrimiento degradables [3].
Polímero superabsorbente (SAP)Típicamente se refiere a una nueva clase de materiales poliméricos funcionales que contienen grupos hidrófilos tales como-COOH, -NH2 y-OH. Al entrar en contacto con el agua, la estructura de red reticulada de polímeros súper absorbentes, ricos en grupos hidrófilos fuertes como carboxilo (-COOH) e hidroxilo (-OH), sufre ionización e interactúa con moléculas de agua a través de enlaces de hidrógeno. Esta interacción permite que los polímeros superabsorbentes absorban cantidades sustanciales de agua. Además, la presencia de electrolitos dentro de la red molecular de polímeros superabsorbentes crea una diferencia de potencial entre la solución de electrolito interno y el agua externa, impulsando la infiltración de agua en la estructura del polímero.
El potencial de penetración diferencial conduce a una entrada continua de agua en las moléculas de polímero, induciendo la electrólisis al entrar en contacto con los iones de la red. Mientras que los iones positivos se vuelven libres, negatiLos grupos de iones permanecen atados a la cadena de la red, provocando la repulsión entre iones negativos adyacentes y expandiendo la estructura de la red de polímeros. Por consiguiente, un volumen significativo de agua impregna la malla de la estructura de red molecular. Los métodos de riego tradicionales sufren de un alto consumo de agua debido a la evaporación y las fugas, lo que resulta en una baja eficiencia en el uso del agua. Los polímeros superabsorbentes pueden absorber agua desionizada cientos o miles de veces su masa o solución salina fisiológica decenas a casi cien veces su masa, reteniendo la mayor parte del agua absorbida durante períodos prolongados. La incorporación de polímeros superabsorbentes en el suelo mejora la absorción efectiva del agua de riego y la lluvia del suelo, mejorando así la capacidad de retención de agua del suelo.
Después de la aplicación al suelo, el agua absorbida se libera gradualmente para la absorción de la planta a medida que disminuyen los niveles de humedad externos. Los hallazgos de la investigación indican que Los polímeros superabsorbentes mantienen su capacidad de absorción de agua principalmente dentro del rango de succión baja de 10 a 50 KPa, siendo la 98% de agua absorbida agua libre fácilmente accesible para las plantas. Además, la capacidad máxima de absorción de agua de los polímeros superabsorbentes (13-14 Kgf/cm2) sigue siendo menor que la de las raíces de las plantas (17-18 Kgf/cm2), prevención del reflujo de agua del sistema radicular. Por lo tanto, la extensión de los ciclos de riego durante los períodos de sequía mejora la resistencia a la sequía de las plantas.
Al entrar en contacto con la solución del suelo, Los polímeros superabsorbentes absorben el agua y se hinchan en un estado similar a un gel. El fertilizante soluble dentro del hidrogel experimenta una difusión obstaculizada debido al gel hinchado, lo que resulta en una velocidad de liberación más lenta de los nutrientes del fertilizante. Este efecto de obstrucción mejora la eficiencia de utilización de fertilizantes. En condiciones específicas, los nutrientes adsorbidos se difunden lentamente del hidrogel a través del sistema de red hacia el suelo, lo que facilita la absorción y utilización de los cultivos y, en última instancia, promueve el crecimiento de las plantas.
Los materiales absorbentes de agua de polímero SOCO de Qingdao no solo funcionan como acondicionadores de suelo que absorben y retienen agua, sino que también facilitan la liberación gradual de nutrientes fertilizantes. Combina el excelente rendimiento de la resina súper absorbente y el fertilizante de liberación lenta, y se espera que desencadene una nueva revolución en la industria de fertilizantes. Las tendencias de desarrollo y las direcciones de investigación de este fertilizante se resumen de la siguiente manera:
1. Antes de producir el fertilizante, mezclandoPolímero superabsorbenteCon otras materias primas de fertilizantes (como nitrógeno, fósforo, potasio y otros nutrientes). Este método distribuye uniformemente el material absorbente dentro de los gránulos de fertilizante, asegurando que funcione en todos los gránulos de fertilizante. Después del fertilizante producido, mezcle físicamente con las partículas con cierta proporción.
2. Optimizar el mecanismo de liberación de nutrientes cambiando la composición de la resina superabsorbente y su interacción con el fertilizante. Esta optimización tiene como objetivo adaptar el patrón de liberación a las necesidades de los cultivos al tiempo que mejora la degradabilidad y la tolerancia a la sal de la resina absorbente.
En el uso real del agente de retención de agua, los tipos y condiciones de aplicación del agente de retención de agua deben combinarse para estudiar sistemáticamente el efecto de varios factores, como la textura del suelo, tipos de fertilizantes, condiciones climáticas, cantidad de aplicación, tiempo de aplicación y método de aplicación de agente de retención de agua en el efecto del agente de retención de agua. Al mismo tiempo, el agente de retención de agua debe evaluarse de manera integral en términos de absorción de agua y retención de agua, retención y eficiencia de fertilizantes, mejora del suelo, resistencia antibacteriana y a enfermedades e impacto ambiental.
[1] Laftah W A, Hashim S, Ibrahim A N. Hidrogeles de polímero: una revisión [J]. Tecnología e ingeniería de polímeros plásticos, 2011, 50 (14): 1475-1486.
[2] Joshua, Abraham, V, y col. Fertilizantes de urea de liberación controlada encapsulada en membrana basados en copolímeros de acrilamida [J]. Revista de Ciencia de Polímeros Aplicados, 1996, 60 (13): 2347-2351.
[3] Yu H, Huang Y, Xiao B. Preparación y caracterización de un derivado de amonio cuaternario de glucomanano konjac [J]. Polímeros de Carbohidratos, 2007, 69: 29-40.
