Hydrogel

Ein Hydrogel ist ein Netzwerk aus vernetzten hydrophilen Polymerketten. Im medizinischen Bereich werden Hydrogele zur Absorption von Körperflüssigkeiten und zum Austausch von Substanzen mit der äußeren Umgebung verwendet. Sie sind auch als Träger bei der Wundbehandlung wirksam. In ähnlicher Weise werden Hydrogele in der Landwirtschaft eingesetzt, wo sie Vorteile wie einen geringeren Bewässerungsbedarf und eine längere Haltbarkeit der Behälter bieten.

Hydrogele können aufgrund ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften in zwei Hauptgruppen eingeteilt werden. Die erste Gruppe umfasst reversible Hydrogele, bei denen die Polymerketten durch elektrostatische Kräfte, Wasserstoffbrücken und hydrophobe Wechselwirkungen miteinander verbunden sind. Diese Hydrogele zeichnen sich durch Instabilität aus und können durch Erhitzen in ein Polymergemisch wie Gelatine und Agar umgewandelt werden. Die zweite Gruppe besteht aus chemisch stabilen Hydrogelen mit Polymerketten, die durch stabile kovalente Bindungen verbunden sind, darunter Stärke und Vinylmonomere wie Acrylsäure, Acrylamid, Acrylnitril und Polyvinylalkohol.

In der Landwirtschaft wird häufig Kaliumpolyacrylat oder Natriumpolyacrylat als Hydrogel verwendet. Hydrogele sind in der Landwirtschaft vielversprechend, da sie sich im Boden leicht zersetzen und im Vergleich zu anderen kommerziellen superabsorbierenden Polymeren erneuerbar sind. Studien haben die Vorteile von Hydrogelen als Bodenverbesserungsmittel oder zur Beschichtung von Saatgut, zur Verbesserung der Wasser- und Düngerrückhaltung, zur Belüftung des Bodens, zur Verringerung der Evapotranspiration, zur Förderung des Keimlingswachstums und zur Aufrechterhaltung der Wasserverfügbarkeit für Pflanzen nachgewiesen.

Anwendungen von Hydrogelen Hydrogele bieten zahlreiche Vorteile in der Landwirtschaft, da sie Herausforderungen wie geringe Wasserrückhaltung, hohe Transpirationsraten, Auslaugung der Bodenfeuchtigkeit und Angriffe von Phytopathogenen bewältigen. Zu ihren Anwendungen gehören die Verbesserung der Bodenqualität, die Wassereinsparung, die Widerstandsfähigkeit gegen Trockenheit, die Verringerung der Bewässerungshäufigkeit und des Wasserverbrauchs, die Verringerung der Sterblichkeit von Sämlingen und die Minimierung des Einsatzes von Düngemitteln und Pestiziden. Hydrogele finden vielfältige Anwendungen in der Land- und Forstwirtschaft, im Industrieanbau, im kommunalen Gartenbau, im Dürremanagement und im Wasserschutz, da sie die Bodenerosion und die Auswaschung von Chemikalien ins Grundwasser wirksam verringern.

Eine kürzlich von Kalhapure et al. durchgeführte Studie befasste sich mit einem neuen absorbierenden Polymer namens "Pusa Hydrogel", das vom Indian Agricultural Research Institute entwickelt wurde. Dieses Hydrogel auf der Basis von Kaliumpolyacrylat wies eine hohe Saugfähigkeit auf, verringerte die Auslaugung von Herbiziden und Düngemitteln, verbesserte die Bodeneigenschaften und förderte das Pflanzenwachstum ohne nachteilige Auswirkungen auf Pflanzen oder Boden.

Bodenverbesserung Studien über den Einsatz von Hydrogelen bei der Saatgutbeschichtung und Bodenverbesserung haben gezeigt, dass sie das Wasser- und Düngerrückhaltevermögen sowie die Bodenbelüftung verbessern und die Evapotranspiration verringern können. Hydrogele können Bodeneigenschaften wie Durchlässigkeit, Dichte, Struktur und Beschaffenheit verändern, die Wasserhaltekapazität deutlich erhöhen und die Schüttdichte des Bodens verringern. Ein übermäßiger Einsatz von Hydrogelen kann jedoch zu einer Sättigung des Bodenwassergehalts führen, insbesondere in trockenen Regionen, auch wenn sich dadurch der Wasser- und Chlorophyllgehalt der Blätter verbessert.

Verringerung von Trockenstress Hydrogele helfen Pflanzen, mit Trockenstress umzugehen, indem sie einen angemessenen Wassergehalt aufrechterhalten, das Wachstum fördern und den Ertrag unter ungünstigen klimatischen Bedingungen steigern. Sie verringern den Bedarf an häufiger Bewässerung, verlängern die Haltbarkeit der Pflanzen und verbessern die Wasserspeicherung in porösen Böden, indem sie Welkeperioden hinauszögern und das Überleben der Pflanzen fördern.

Verbesserung der Düngemittelverfügbarkeit Hydrogele bieten einen nachhaltigen Ansatz zur Verringerung des Einsatzes synthetischer Düngemittel, ohne den Ernteertrag oder den Nährstoffgehalt zu beeinträchtigen. Sie können mit Kalium- und Stickstoffionen formuliert werden, um die Nährstoffe allmählich an den Boden abzugeben und so das Pflanzenwachstum und die Aufnahme zu fördern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Hydrogele eine entscheidende Rolle in der nachhaltigen Landwirtschaft spielen, da sie Lösungen für die Wassereinsparung, die Bodenverbesserung, die Abschwächung von Trockenstress und die Verbesserung des Pflanzenwachstums bei gleichzeitiger Minimierung der Umweltbelastung und des Ressourcenverbrauchs bieten.