Tecnologia agricola dell'idrogel:

Oggi, entriamo in discussione Tecnologia per l'agricoltura dell'idrogel o Hydrogel in agricoltura .

Cos'è l'idrogel?

Gli idrogel sono anche conosciuti come polimeri super assorbenti, LINFA, polimeri assorbenti, gel assorbenti, super bagnanti, super divoratori, il gel d'acqua è un nuovo tipo di materiale polimerico che assorbe l'acqua sintetico macromolecolare. Gli idrogel sono polimeri reticolati con una struttura idrofila, hanno la capacità di assorbire grandi quantità di acqua senza dissolversi in acqua. La capacità di assorbimento dell'acqua del suolo deriva dai gruppi funzionali idrofili attaccati allo scheletro polimerico, mentre la loro resistenza alla dissoluzione deriva dai legami incrociati tra le catene di rete.

Come funziona l'idrogel?

• I gruppi idrofili (cioè acrilammide, acido acrilico, acrilato, acido carbossilico, ecc.) della catena polimerica è responsabile del meccanismo di assorbimento dell'acqua di Hydrogel.
• Quando i polimeri vengono messi in acqua, l'acqua entra nel sistema Hydrogel per osmosi (movimento dell'acqua attraverso un solvente) e gli atomi di idrogeno reagiscono ed escono come ioni positivi.
• Questo processo lascia ioni negativi lungo la lunghezza della catena polimerica. Quindi l'idrogel avrà diverse cariche negative lungo la sua lunghezza, queste cariche negative si respingono, e costrinse la catena polimerica a svolgersi e ad aprirsi. Inoltre attraggono le molecole d'acqua e le legano con il legame idrogeno.
• L'idrogel può assorbire più di 400 volte il suo peso di acqua in questo processo.
• E quando i suoi dintorni iniziano a seccarsi, l'Hydrogel eroga gradualmente fino al 95% dell'acqua immagazzinata.
• Quando esposto di nuovo all'acqua, inizierà a reidratarsi e ripetere il processo di conservazione dell'acqua. Questo Hydrogel funziona per 2-5 anni, ed è un idrogel biodegradabile che si decompone nel terreno.

Idrogel per l'agricoltura:

I SAP sono materiali igroscopici simili allo zucchero bianco che si gonfiano in acqua per formare un gel trasparente composto da singole particelle separate e che possono trattenere l'umidità anche sotto pressione senza rischio di esplosione o rottura/esplosione.

I polimeri super assorbenti utilizzati in agricoltura sono costituiti da acidi acrilici e un agente reticolante come il potassio per polimerizzazione in soluzione o in sospensione. Il polimero prodotto è chiamato poliacrilato.

La capacità di rigonfiamento e il modulo del gel dipendono molto dalla quantità e dal tipo di reticolante utilizzato. I polimeri di poliacrilati sono atossici, non irritante e non corrosivo in natura e testato per essere biodegradabile con un tasso di degradazione del 10% -15% all'anno. Questi polimeri mostrano un elevato potenziale di assorbimento dell'acqua e possono rilasciare liberamente il 95% di acqua della stessa sotto pressione di aspirazione dalle radici delle piante.

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Idrogel per l'agricoltura:

Gli idrogel sono ampiamente utilizzati in agricoltura per migliorare la meccanizzazione dell'agricoltura e delle colture, favorire la coltivazione delle piante in condizioni climatiche avverse, e per realizzare condizioni più favorevoli per lo sviluppo delle piante. Vengono utilizzati nelle piantagioni agricole in quantità sempre maggiori per ottenere maggiori rese dei raccolti e per migliorare la qualità delle piante in tempi più brevi e utilizzando meno spazio a costi inferiori. I polimeri sono utilizzati in applicazioni agricole come ammendanti, gel per piante e trapianti, rivestimenti di semi per germinazione controllata, aeratori del suolo, e nella sterilizzazione del suolo.

I polimeri possono giovare alle piante nelle varie fasi di sviluppo:germinazione, crescita, evapotraspirazione, fioritura, e formazione dei frutti. La loro applicazione di successo nelle piantagioni agricole include una spaziatura più razionale delle piante e una migliore economizzazione, soprattutto per quanto riguarda i contenitori per piante, film per la sterilizzazione del suolo, e come rivestimenti e teli per strutture di protezione.

Applicazione e vantaggi dell'idrogel nei terreni agricoli:

Ci sono tre condizioni del suolo più comuni che rallentano la crescita delle piante e la resa del raccolto sono la bassa capacità di ritenzione idrica, elevata perdita di acqua e lisciviazione dell'umidità del suolo. Non solo queste condizioni, ci sono molti fattori come condizioni di siccità improvvisa, degradazione e salinazione, l'uso eccessivo di fertilizzanti sintetici e pesticidi e pratiche di irrigazione improprie influenzeranno il suolo e le piante, spesso provoca danni al biota del suolo. La tecnologia dell'idrogel in agricoltura può migliorare la qualità del suolo, preservare l'acqua e resistere allo stress della siccità, e può migliorare la germinazione dei semi e lo sviluppo delle piantine porta a migliori raccolti. Considerando gli aspetti ambientali, La tecnica dell'idrogel è  non inquinante e biodegradabile, aiuta a ridurre la frequenza di irrigazione e il consumo di acqua e crea un semplice processo ciclico per fornire acqua direttamente alle radici e prevenire la compattazione del suolo.

• In agricoltura, gli Idrogel fungono da micro serbatoi d'acqua alle radici della pianta. Assorbono 400-500 volte il loro peso, sia l'acqua naturale che quella fornita, e la rilasciano lentamente grazie al meccanismo di aspirazione capillare radicale che impedisce la perdita d'acqua nel terreno per lisciviazione ed evaporazione.
• Gli idrogel possono creare un processo ciclico coerente di assorbimento e rilascio di acqua; l'acqua così rilasciata attraverso la tecnica Hydrogel può fornire un'umidità ottimale per una rapida germinazione e maturazione delle piantine. Riduci così la mortalità delle piantine di diverse pieghe nei vivai.
• Nelle regioni fredde, la morte durante la germinazione e la maturazione delle piantine è comune a causa del congelamento dell'umidità all'interno e intorno al tessuto delle radici delle piante. Usando gli idrogel in queste regioni, l'umidità assorbita in Hydrogels non gela e rende facile l'accessibilità alle piante. Questa tecnica regola anche la temperatura di crescita delle piantine, prevenire la morte per congelamento.
• Gli idrogel ridurranno la frequenza di irrigazione, che aiuta a risparmiare acqua e costi di manodopera, e aiutare ad affrontare la condizione di siccità. Agiscono come ammendanti del suolo, prevenire la lisciviazione in terreni sabbiosi, deflussi in campi montuosi e in pendenza, migliora l'efficienza della virescenza nelle piante e ripristina anche il biota del suolo.
• Gli idrogel possono ridurre l'uso eccessivo di fertilizzanti e pesticidi in agricoltura. Le sostanze chimiche così assorbite insieme all'acqua vengono rilasciate lentamente quando richiesto, estendendo la vita operativa e l'efficacia di assorbimento da parte degli apparati radicali.
• Gli idrogel agiscono come flocculanti della materia del suolo. Aiutano a legare strettamente il terreno sciolto e a formare argille che possono aiutare a un migliore aggancio delle radici. E il meccanismo di assorbimento-rilascio ripetuto impedisce la compattazione eccessiva dei minerali del suolo e migliora l'aerazione nel terreno e si sviluppa l'edaphon del suolo.
• Gli idrogel sono ampiamente utilizzati in agricoltura, silvicoltura, impianto industriale, giardinaggio comunale, gestione della siccità, conservazione dell'acqua, contribuiscono a ridurre l'erosione del suolo dovuta al deflusso superficiale, impedisce il deflusso di fertilizzanti e pesticidi nelle acque sotterranee, e riduce il costo dell'acqua e dell'irrigazione e il tasso di successo della crescita e gli alti rendimenti dei raccolti.

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Caratteristiche chiave degli idrogel in agricoltura:

• Gli idrogel risentono meno della presenza di sali nel terreno.
• Migliorano le proprietà fisiche dei terreni e ne ripristinano il biota.
• Promuovono il tasso di germinazione dei semi e il tasso di emergenza delle piantine
• Possono migliorare la crescita delle radici e la densità delle piante.
• Alleviano le piante dallo stress idrico e le rendono resistenti a uno stress idrico prolungato.
• Riducono il periodo di costituzione dell'asilo nido.
• Riducono le frequenze di irrigazione e le esigenze di fertilizzazione delle colture con una migliore efficienza nell'uso degli input.

Tipi di idrogel:

Gli idrogel sono anche noti come polimeri assorbenti d'acqua tridimensionali reticolati reticolati. Esistono principalmente tre tipi di idrogel per uso agricolo:

• Copolimeri ad innesto di amido
• Poliacrilati reticolati
• Poliacrilammidi reticolati e copolimeri acrilammide-acrilato

Il poliacrilato di potassio è l'elemento principale utilizzato nella tecnologia Hydrogel e commercializzato come Hydrogel per l'agricoltura. Questo è principalmente utilizzato per la sua capacità di lunghi periodi di ritenzione idrica e alta efficienza nel suolo senza problemi di tossicità.

Gli idrogel vengono preparati polimerizzando l'acido acrilico con un reticolante. I polimeri reticolati possono trattenere l'acqua da 400 a 500 volte rispetto al proprio peso e rilasciarne il 95% alle piante in crescita.

L'uso di Hydrogel aiuta ad aumentare l'efficienza di utilizzo dell'acqua prevenendo la lisciviazione e aumentando la frequenza per l'irrigazione. Nelle regioni semiaride, durante l'estate, la mancanza di umidità del suolo può causare stress alle piante. L'umidità rilasciata da Hydrogel vicino all'area delle radici ridurrà lo stress e aumenterà la crescita e le prestazioni delle piante. Gli idrogel possono ridurre l'uso della lisciviazione dei fertilizzanti e ridurre l'applicazione di pesticidi.

Metodi di applicazione dell'idrogel:

Esistono due metodi per applicare gli idrogel, come ammendanti per stabilizzare la superficie dei suoli per inibire la formazione di croste e migliorare la capacità di ritenzione idrica o per migliorare la struttura povera a maggiori profondità mediante aggregazione e per favorire la crescita delle piante.

1. Metodo a secco per sottosuolo: Il polimero secco come PAAm o PVA viene applicato al sottosuolo miscelandolo con il terreno sabbioso a una profondità di circa 15–25 cm e quindi sottoposto a bagnatura per rigonfiamento prima della coltivazione. Dopo che il polimero si è rigonfiato, la struttura del suolo è migliorata e la capacità di penetrazione e ritenzione dell'acqua aumenta, diminuendo il deflusso dell'acqua e l'erosione. Questo metodo viene applicato per intenzioni a lungo termine poiché il polimero deve assorbire acqua prima di diventare utile, non è consigliato per la semina immediata.
2. Metodo bagnato per terriccio :La soluzione polimerica viene spruzzata sul terriccio inizialmente bagnato, seguito dall'essiccazione per creare aggregati stabili all'acqua che resistono all'erosione. Questo metodo è particolarmente adatto alla semina immediatamente successiva e può essere adottato anche per ridurre il consumo di acqua negli impianti di irrigazione dove si verificano perdite d'acqua dovute alla scarsa capacità del terreno di trattenere l'umidità. Questi metodi con polimeri bagnati possono anche ridurre l'erosione del suolo applicandoli al terriccio o ai vialetti di irrigazione. I tensioattivi hanno effetti positivi sulla stabilità degli aggregati, conducibilità idraulica e distribuzione dei condizionatori.

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Applicazioni e usi dell'idrogel per il suolo:

L'applicazione di ammendanti polimerici come additivi ai terreni per migliorare le loro condizioni di aggregazione può essere estesa ad altre aree:per ridurre l'erosione del suolo e prevenire la formazione di croste e la stabilizzazione generale.

• Idrogel per la fissazione del suolo :Si tratta di terreni poco strutturati volti a migliorare la stabilizzazione e la solidificazione dei terreni variando le caratteristiche fisiche e chimiche dei terreni destinati all'edilizia e ad altre applicazioni strutturali in cui è necessario ridurre o eliminare il movimento del suolo. Il processo richiede generalmente l'uso di più di un additivo. L'idrogel può essere utilizzato per fissare le particelle di terreno in aggregati incorporando un agente di reticolazione con esse nel terreno. Possono essere incorporati per migliorare la ritenzione idrica nel terreno e fornire un migliore mezzo di crescita. Questa tecnica è progettata per consentire la coltivazione delle colture senza irrigazione in aree in cui le precipitazioni naturali sono inadeguate a causa di perdite di drenaggio ed evaporazione o lunghe stagioni secche. L'idrogel può consentire di utilizzare in modo più efficiente l'approvvigionamento idrico esistente.
• Idrogel per il condizionamento del suolo :Coadiuvanti idrogel per aumentare il contenuto di acqua disponibile dei suoli, per migliorare la crescita delle piante, e riducendo i requisiti di irrigazione a causa della riduzione della perdita d'acqua e dell'evaporazione, così, consentendo di aumentare gli intervalli tra le irrigazioni. La migliore ritenzione idrica nel terreno proteggerà le piante dallo stress idrico. Ciò è particolarmente adatto nelle zone aride dove l'agricoltura è marginale a causa delle piogge poco frequenti. I polimeri possono essere incorporati nel terreno per migliorare la struttura del suolo e la ritenzione idrica riducendo la lisciviazione e aumentando l'apporto di acqua alle radici.
• Idrogel per il controllo dell'erosione del suolo :  L'erosione del suolo e il deflusso sono gravi problemi di degrado del suolo nelle regioni aride e semiaride causati dalla pioggia o dal vento. È un problema ambientale significativo per i terreni agricoli che si traduce nella distruzione e nell'eventuale abbandono della terra e nella perdita della civiltà stessa. I sedimenti nel deflusso dalle discariche agricole nei bacini idrici e nei fiumi mettono in pericolo la vita acquatica e riducono la produttività del suolo. Gli idrogel possono essere applicati per aggregare il terreno mediante trattamento superficiale e quindi per fornire stabilizzazione superficiale durante la fase iniziale della crescita delle colture. Così, Gli idrogel agiscono per ridurre l'erosione da acqua e vento stabilizzando gli strati superficiali, ridurre il deflusso e le perdite di suolo, diminuendo i tassi di infiltrazione dell'acqua nel suolo, e favorisce la natura idrofila della superficie del suolo che ne accelera la germinazione.
• Idrogel per il controllo delle infiltrazioni :Il controllo delle infiltrazioni può essere ottenuto da alcuni idrogel polimerici che formano strati o membrane impermeabili all'acqua nel terreno e possono essere utilizzati in modo efficiente per controllare il movimento dell'acqua e dissolvere i sali attraverso le loro interazioni con i siti carichi sulla superficie delle particelle del suolo. Così, Gli idrogel sono utilizzati per il controllo delle infiltrazioni mediante la formazione di membrane nel terreno che limitano il movimento dell'acqua proteggendo così le colture dai danni del sale. Questa tecnica può essere utilizzata per risparmiare acqua di irrigazione, per controllare i danni salini alle colture causati dall'irrigazione nei terreni aridi e infine per prevenire l'infiltrazione di tali acque nei fiumi e nei bacini idrici.

Svantaggi dell'idrogel in agricoltura:

Questi polimeri o idrogel che assorbono l'acqua sono in circolazione da un paio di decenni e non sono così utili nell'agricoltura vegetale come potrebbero sembrare.

• La quantità di acqua assorbita dagli idrogel diminuisce notevolmente se ci sono degli ioni nell'acqua. I dati per l'assorbimento dell'acqua di Hydrogel sono generalmente in acqua distillata. Nel mondo reale, i suoli contengono ioni provenienti da fertilizzanti e acqua di irrigazione, che riducono sostanzialmente l'assorbimento d'acqua da parte degli Idrogel.
• La maggior parte dei terreni può contenere quantità ragionevoli di acqua per la crescita delle piante. In caso di precipitazioni insufficienti, l'acqua del suolo è esaurita. Gli idrogel non risolveranno questo problema.
• Gli idrogel sono molto costosi, che ne limita l'uso a colture di pregio come piante ornamentali in vaso, alberi del paesaggio e per usi domestici del giardino. Uno studio ha scoperto che l'aggiunta di muschio di torba allo stesso costo della tariffa raccomandata di Hydrogel ha aumentato la capacità di trattenere l'acqua di un terriccio della stessa quantità dell'Hydrogel.

Forse l'uso commerciale più comune di Hydrogel nell'agricoltura vegetale è come impasto liquido per rivestire i trapianti a radice nuda. Questo presumibilmente impedisce alle radici di seccarsi.

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