Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Naukowcy z AGH opracowali i zbadali nawozy biodegradowalne w 100%

Recommended Posts

W ramach prowadzonych prac na Wydziale Inżynierii Materiałowej i Ceramiki w Katedrze Biomateriałów i Kompozytów trwają badania nad nawozami nowej generacji. Nawozy CRF (z ang. controlled release fertilizer – nawozy o kontrolowanym uwalnianiu) to nawozy zawierające pierwiastki biogenne dostępne w postaci, której roślina nie może natychmiast wchłonąć.

Zazwyczaj są one powleczone materiałami umożliwiających kontrolę m.in. tempa i czasu uwalniania składników odżywczych. To właśnie możliwość kontroli uwalniania substancji jest głównym czynnikiem odróżniającym nawozy CRF od nawozów tradycyjnie stosowanych. Dzięki badaniom w AGH naukowcom udało się zoptymalizować proces wytwarzania takich nawozów, a także zbadać i ocenić ich właściwości porównując je do analogicznych konwencjonalnych nawozów mineralnych.

Badania dotyczące działania zaprojektowanych nawozów CRF-AGH zostały przeprowadzone na podstawie upraw różnych roślin m.in. facelii miododajnej, owsa czy prosa, które przeprowadzone zostały w warunkach laboratoryjnych. Na uprawach zasymulowaliśmy opady deszczu i na podstawie wody, która przepłynęła przez glebę, a następnie została zebrana w szczelnym pojemniku, wyznaczyliśmy stężenie soli, która została wymyta z gleby – wyjaśnia jeden z autorów badań dr inż. Piotr Szatkowski.

Wyniki przeprowadzonych badań symulacji opadów i soli wymytych przez wodę pokazują, że stężenie soli w próbkach z nawozem komercyjnym plasuje się na dużo wyższym poziomie. Po zakończeniu symulacji opadowej rośliny zebrano i zbadano.

Na podstawie badań stwierdziliśmy, że rośliny, do których uprawy nie wykorzystywano żadnego rodzaju nawozów były wyraźnie bardziej kruche i łamliwe. Ponadto posiadały mniej intensywną barwę, co wskazywać może na niedobory składników odżywczych. Rośliny uprawiane na nawożonym podłożu glebowym były w dużo lepszej kondycji. Jednak to te, do których uprawy zastosowano CRF wykazywały się większą grubością łodygi oraz bardziej intensywną i wyrazistą barwą – dodaje Katarzyna Suchorowiec, studentka z WIMiC AGH.

Dodatkowo rośliny nawożone CRF posiadały większą zdolność do akumulacji wody, w porównaniu do uprawianych na innych podłożach. Co więcej nawozy CRF bardzo dobrze rokują, jeśli chodzi o zastosowanie ich do nawożenia roślin rosnących w wodzie. Daje to dużą szansę, szczególnie, że możliwość nawożenia tego typu roślin była do tej pory mocno ograniczona i uciążliwa ze względu na pojawienie się skokowego wzrostu stężenia soli mineralnych w wodzie.

Aby zbadać szybkość uwalniania soli zostały przeprowadzone badania nawozów CRF-AGH w wodzie. Na podstawie otrzymanych wyników stwierdzono, że zarówno w początkowej fazie jak i po dłuższym czasie nawozy CRF-AGH stopniowo uwalniają zatrzymane w nich sole. Nawozy te proporcjonalnie uwalniały zawarte w nich sole do wody to znaczy, że w jednakowych odstępach czasu stężenie rosło o tę samą wartość. Dzięki tak skonstruowanym nawozom, możliwe byłoby precyzyjne nawożenie roślin rosnących w wodzie np. ryżu. Wiązałoby się to także z dużo mniejszą ingerencją w środowisko naturalne zarówno na polach uprawnych jak i w ich pobliżu.

Wnioski z badań naukowców z AGH wskazują m.in., że alternatywną metodą nawożenia jest stosowanie nawozów o kontrolowanym uwalnianiu mikroelementów. Tego typu nawozy miałyby na celu powolne uwalnianie składników odżywczych do gleby. Rośliny posiadałyby zatem ciągły dostęp do mikroelementów, zapewniających im zrównoważony wzrost i rozwój. Ponadto nawozy oparte o wolne i kontrolowane uwalnianie byłyby w stanie zapobiec wymywaniu z gleby składników odżywczych, które mogłoby mieć miejsce podczas intensywnych opadów. Dodatkowym atutem nawozów o kontrolowanym uwalnianiu jest możliwość ich zastosowania nie tylko do nawożenia upraw roślin rosnących w glebie, ale także jako źródło cennych pierwiastków dla roślin uprawianych w wodzie. Dzięki zastosowaniu dodatkowej otoczki sole zawarte w nawozie przedostają się do wody w znacznie wolniejszym tempie, a rośliny nie są narażone na skutki nagłego wzrostu ich stężeń.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z The University of Western Australia i Flinders University odnaleźli największą znaną roślinę na świecie. To pojedyncza roślina trawy morskiej, która rozciąga się na 180 kilometrów. Roślina jest też niezwykle odporna, gdyż liczy sobie co najmniej 4500 lat, musiała więc poradzić sobie z wieloma zmianami w swoim otoczeniu. Niezwykła roślina znajduje się w jasno oświetlonych promieniami słonecznymi wodach Shark Bay w Australii Zachodniej. To teren wpisany na listę Światowego Dziedzictwa.
      Biolog ewolucyjna doktor Elizabeth Siclair z Uniwersytetu Zachodniej Australii i jej zespół chcieli zbadać różnorodność genetyczną łąk trawy morskiej w Shark Bay i określić, które rośliny warto zebrać w celu przeprowadzenia projektu restauracji traw morskich. Często zadajemy sobie pytanie, jak wiele różnych roślin rośnie na takich łąkach i postanowiliśmy wykorzystać narzędzia genetyczne, by na nie odpowiedzieć, mówi doktor Sinclair.
      Naukowcy pobrali więc próbki z całej Shark Bay i – wykorzystując 18 000 markerów – wykonali genetyczny odcisk palca roślin. Odpowiedź dosłownie zwaliła nas z nóg. Okazało się, że to jedna roślina. Jedna roślina, która rozprzestrzeniła się na 180 kilometrów Shark Bay. To czyni ją największą znaną nam rośliną na Ziemi, mówi główna autorka badań, Jane Edgeloe. Cała podwodna łąka o powierzchni 200 km2 pochodzi z jednej rośliny, która skolonizowała tak olbrzymi obszar.
      Doktor Sinclair podkreśla jeszcze jedną cechę niezwykłej rośliny. Jest ona poliploidem, co oznacza, że posiada dwukrotnie więcej chromosomów, niż inne klony trafy morskiej. Całkowita duplikacja genomu drogą poliploidalności dochodzi, gdy ma miejsce hybrydyzacja roślin rodzicielskich. Ich potomstwo posiada po 100% genomu każdego z rodziców, zamiast standardowych 50%, wyjaśnia doktor Sinclair. Rośliny poliploidalne często występują w ekstremalnych środowiskach i często nie mogą mieć potomstwa, ale potrafią się rozrastać. Ta gigantyczna trawa morska właśnie to zrobiła. Nawet bez możliwości kwitnienia i wytwarzania nasion odniosła sukces. Jest naprawdę wytrzymała, doświadcza dużych różnic temperatur i zasolenia oraz wystawiona jest na ekstremalne oddziaływanie promieniowania słonecznego. Wszystkie te czynniki byłyby bardzo trudne do zniesienia dla większości roślin, dodaje uczona.
      Obecnie australijscy naukowcy planują serię eksperymentów, dzięki którym chcą dowiedzieć się, jak roślina przeżyła i rozrosła się w tak trudnych warunkach.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Astronauci z misji Apollo przywieźli próbki księżycowej gleby. Była to część wizjonerskiego planu, w ramach którego regolit trafił na Ziemię i został zapieczętowany, by w przyszłości mogli go zbadań naukowcy dysponujący nowoczesnymi narzędzi. Teraz, 50 lat później, próbki z Księżyca zostały użyte do uprawy roślin. Pierwszą rośliną wyhodowaną na księżycowym gruncie jest rzodkiewnik pospolity.
      To krytyczne badania dla długotrwałej załogowej eksploracji kosmosu, gdyż będziemy potrzebowali zasobów z Księżyca i Marsa, by pozyskać żywność dla astronautów żyjących i pracujących w dalszych regionach kosmosu, mówi Bill Nelson, dyrektor NASA. To również przykład prowadzonych przez NASA badań, które można wykorzystać do usprawnienia rolnictwa na Ziemi. Pozwalają nam one bowiem zrozumieć, jak rośliny mogą poradzić sobie w niekorzystnych warunkach w regionach, gdzie brakuje żywności, dodaje.
      Pierwsze pytanie, które zadali sobie autorzy najnowszych badań, brzmiało: czy rośliny mogą rosnąć na regolicie. Okazało się, że tak. Co prawda nie rosły tak dobrze, jak na Ziemi, nie dorównywały też roślinom stanowiącym grupę kontrolną, które hodowano na popiołach wulkanicznych, ale rosły.
      W ramach kolejnych badań uczeni chcą zaś odpowiedzieć na drugie pytanie: w jaki sposób może to pomóc podczas długotrwałego pobytu ludzi na Księżycu.
      Żeby badać dalsze obszary kosmosu i dowiedzieć się więcej o Układzie Słonecznym, powinniśmy korzystać z zasobów Księżyca, żebyśmy nie musieli zabierać wszystkiego ze sobą z Ziemi. Chcielibyśmy uprawiać rośliny na Księżycu. Nasze badania na Ziemi są krokiem w tym kierunku, wyjaśnia Jacob Bleacher, który pracuje przy programie Artemis na stanowisku Chief Exploration Scientist.
      Naukowcy użyli próbek przywiezionych w ramach misji Apollo 11, 12 i 17. Na każdą z roślin przypadał zaledwie gram regolitu. Naukowcy dodali do księżycowej gleby wodę i wsadzili nasiona. Codziennie dodawali też nawóz. Po dwóch dniach wszystkie nasiona wykiełkowały. "Wszystko wykiełkowało! Byliśmy niesamowicie zaskoczeni. Każda roślina – te z regolitu i grupy kontrolnej – wyglądała tak samo do mniej więcej szóstego dnia", mówi profesor Anna-Lisa Paul z Wydziału Nauk Ogrodniczych University of Floryda.
      Po sześciu dniach stało się jednak jasne, że rośliny rosnące na regolicie nie są tak silne, jak grupa kontrolna rosnąca na popiele wulkanicznym. Te z regolitu rosły wolniej, miały słabiej rozbudowany system korzeniowy, niektórym słabiej rosły liście i pojawiło się na nich czerwonawe zabarwienie.
      Po 20 dniach, na krótko przed kwitnięciem, rośliny zebrano i zbadano ich RNA. Sekwencjonowanie RNA pozwoliło na określenie wzorców ekspresji genów. Okazało się, że u roślin z regolitu dochodziło do takiej ekspresji genów, jaką obserwowano u rzodkiewnika pospolitego w eksperymentach laboratoryjnych, w których rośliny poddawano czynnikom stresowym, jak zasolona gleba lub gleba zawierająca metale ciężkie.
      Rośliny reagowały też różnie w zależności od próbki, w której rosły. Te z próbek zebranych przez Apollo 11 były najsłabsze. Pamiętajmy, że każda z misji zbierała próbki regolitu z innego miejsca.
      Eksperyment stanowi przyczynek do zadania sobie kolejnych pytań. Czy możliwe jest wprowadzenie takich zmian genetycznych w roślinach, by lepiej radziły sobie w księżycowej glebie? Czy regolit z różnych miejsc Księżyca lepiej lub gorzej nadaje się pod uprawy? Czy badania księżycowego regolitu powiedzą nam coś o regolicie marsjańskim i możliwości uprawy roślin na Marsie? Na wszystkie te badania naukowcy chcieliby w przyszłości poznać odpowiedź.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Do 2040 roku dojdzie do znaczącej zmiany wzorca opadów na terenach uprawy pszenicy, soi, ryżu i kukurydzy. Jak wykazały badania przeprowadzone przez Międzynarodowe Centrum Rolnictwa Tropikalnego (Centro Internacional de Agricultura Tropical – CIAT), zmian należy się spodziewać, nawet jeśli zostaną spełnione warunki paryskiego porozumienia klimatycznego i dojdzie do redukcji emisji dwutlenku węgla.
      Autorzy badań, opublikowanych w PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), informują, że w ciągu 2 dekad należy się spodziewać, że nawet 14% terenów, gdzie uprawiane są pszenica, soja, ryż i kukurydza będzie bardziej suchych, a 31% – bardziej wilgotnych.
      Zmniejszą się opady nad obszarami uprawnymi w południowo-zachodniej Australii, południowej Afryce, południowo-zachodniej Ameryce Południowej, środkowym Meksyku oraz w basenie Morza Śródziemnego. Bardziej wilgotno będzie w Kanadzie, Rosji, Indiach i na wschodzie USA.
      Wspomniane cztery rośliny dostarczają ludzkości aż 40% kalorii. Specjaliści z CIAT ostrzegają, że właściciele pól już teraz powinni rozpocząć inwestycje, by przygotować się na zmiany wzorców opadów. Te i tak zajdą, nawet jeśli ludzkość zredukowałaby emisję gazów cieplarnianych. Przy scenariuszu wysokiej emisji większość regionów ma 2 dekady na przygotowanie się do zmian, przy niskiej emisji będzie to o 2-3 dekady więcej.
      Zmniejszenie opadów jest spodziewane na polach wielu ważnych producentów pszenicy. W Australii dotknie ono 27% upraw pszenicy, w Algierii będzie to 100% upraw, w Maroko 91%. Odczują je też producenci w RPA (79% upraw), Meksyku (74%), Hiszpanii (55%), Chile (40%), Turcji (28%), Włoszech (20%), Egipcie (15%) i innych krajach.
      "Nasze przewidywania są raczej ostrożne co do tempa zmian. Ponadto zauważalne zmiany w opadach to nie tylko problem dla rolnictwa, ale dla całego systemu zarządzania zasobami wodnymi, więc nasze badania dotyczą też innych dziedzin życia", mówi główna autorka badań, Maisa Rojas z Universidad de Chile.
      Naukowców najbardziej zaskoczyło tempo zmian. Okresem bazowym, do którego porównywano wyniki badań, były lata 1986–2005. Okazuje się, że już teraz w Rosji, Norwegii, Kanadzie i częściach wschodniego wybrzeża USA mamy do czynienia z zupełnie innymi wzorcami opadów niż wówczas. Naukowcy twierdzą, że aż 36% obszarów uprawnych doświadczy zwiększonych opadów. Rolnicy będą mieli do czynienia z innymi warunkami uprawy niż te, do których są przyzwyczajeni. To będzie warunki całkowicie wykraczające poza historyczne normy, a już teraz wielu rolników ma problemy z olbrzymią zmiennością warunków klimatycznych, mówi Julian Ramirez-Villegas.
      Najbardziej zaludnione kraje świata, Chiny i Indie, znajdą się w grupie, w której pola uprawne będą w przyszłości znacznie bardziej wilgotne niż dotychczas. Podobnych warunków doświadczą inni wielcy producenci ryżu, jak Japonia, Korea i Filipiny. Także rolnicy w północnej Europie, USA, Kanady i Rosji będą musieli zmierzyć się z dodatkową ilością wody opadającą na uprawy pszenicy.
      Naukowcy nie potrafią przewidzieć, jak zmiany odbiją się plonach. Żywności może być więcej, ale może być jej też mniej. Dużo zależy od tego, na ile ludzkość będzie w stanie przygotować się na zmiany.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Rośliny zamieniają światło słoneczne w energię za pomocą procesu fotosyntezy. Jednak proces ten jest obarczony poważnym błędem, który spowodował, że w roślinach wyewoluowało fotooddychanie. To kosztowny energetycznie proces, który znacząco zmniejsza potencjał wzrostu roślin. Naukowcy z University of Illinois i Departamentu Rolnictwa USA poinformowali na łamach Science, że udało im się tak poprawić proces fotooddychania, iż zwiększyli plony o 40%.
      Dzięki temu plony na samym tylko Środkowym Zachodzie USA mogłyby zwiększyć się tak, że można by wyżywić dodatkowo 200 milionów ludzi, mówi główny autor badań, profesor Donald Ort. Jeśli uda się w ten sposób tylko częściowo zwiększyć plony roślin uprawnych, to będziemy w stanie zaspokoić zapotrzebowanie na wyżywienie w XXI wieku. Gwałtownie ono rośnie w związku z rosnącą liczbą ludności oraz coraz większą kalorycznością diety, dodaje uczony.
      Przełomowe badnia to część międzynarodowego projektu badawczego o nazwie Realizing Increased Photosynthetic Efficency (RIPE), który jej finansowany przez Fundację Billa i Melindy Gatesów, Foundation for Food and Agricultural Research oraz brytyjski Departament Rozwoju Międzynarodowego.
      W procesie fotosyntezy wykorzystywany jest najbardziej na świecie rozpowszechniona proteina, enzym Rubisco. Wraz ze światłem słonecznym jest on wykorzystywany do zamiany dwutlenku węgla i wody w cukry odżywiające rośliny. Z czasem Rubisco padł ofiarą własnego sukcesu, doprowadzając do pojawienia się atmosfery bogatej w tlen. Enzym nie jest w stanie idealnie odróżnić molekuły dwutlenku węgla od molekuły tlenu i w 20% przypadków pobiera tlen zamiast CO2. W efekcie w roślinie powstaje toksyczny związek, który musi być usuwany za pomocą fotooddychania.
      Fotooddychanie to przeciwieństwo fotosyntezy, mówi inny z autorów badań, biolog molekularny Paul South. Pozbawia ono roślinę cennej energii i zasobów, które mogłaby zainwestować w fotosyntezę i we własnych wzrost.
      Fotooddychanie przebiega złożoną drogą przez trzy elementy roślin: choroplasty, peroksysomy i mitochondria. Amerykańscy naukowcy stworzyli alternatywną drogę dla procesu oddychania, dzięki czemu znacząco go uprościli, dzięki czemu roślina oszczędza tak duże ilości energii, że jej plony rosną o 40%. Po raz pierwszy w historii udało się manipulować fotooddychaniem tak, że doszło do zwiększenia plonów upraw prowadzonych w normalnych, a nie laboratoryjnych, warunkach.
      Tak jak Kanał Panamski był wielkim osiągnięciem inżynieryjnym, który zwiększył efektywność światowego handlu, tak skrócenie drogi procesu fotooddychania to wielkie osiągnięcie inżynierii roślin, które pozwala na znaczące zwiększenie efektywności fotosyntezy, mówi dyrektor RIPE, Stephen Long.
      Zespół naukowy, za pomocą odpowiednich zmian w genach i ich promotorach, opracował trzy alternatywne drogi fotooddychania. Następnie zaimplementował je w 1700 roślinach, które poddał testom polowym, by wybrać te, które będą sobie najlepiej radziły.
      Po dwóch latach wielokrotnie powtarzanych studiów polowych powstała metoda, dzięki której rośliny rosły szybciej, były wyższe, wytwarzały około 40% więcej biomasy.
      Badania były prowadzone na tytoniu, który jest idealnym modelem do badań nad roślinami, gdyż łatwo poddaje się modyfikacjom i testom. Teraz uczeni przekładają wyniki uzyskane na tytoniu na bardziej przydatne rośliny, takie jak soja, ryż, ziemniaki, pomidory, bakłażany i wspięga wężowata.
      W miarę ocieplania się klimatu Rubisco ma coraz większe problemy z odróżnieniem tlenu od dwutlenku węgla, co powoduje coraz większe fotooddychanie. Naszym celem jest stworzenie lepszych roślin, które poradzą sobie z ociepleniem teraz i w przyszłości oraz wyposażenie rolników w technologie potrzebne do wykarmienia świata, mówi Amanda Cavanagh.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Wkrótce w Kanadzie będzie można kupić genetycznie zmodyfikowane fluorescencyjne rośliny, które usuwają z powietrza zanieczyszczenia powiązane z rozwojem nowotworów, takie jak np. benzen. Rośliny takie, opracowane przez amerykańskich naukowców, zostały właśnie dopuszczone na kanadyjski rynek.
      Roślina, o której mowa, to epipremnum złociste. To gatunek wieloletnich wiecznie zielonych pnączy. Rośliny są bardzo mało wymagające. Nie potrzebują dużej ilości światła, nie wymagają częstego podlewania. Roślina została zmodyfikowana tak, by wytwarzać enzym wątrobowy cytochrom p450, który rozkłada wiele różnych zanieczyszczeń.
      Roślina jest też fluorescencyjna gdy zostanie oświetlona promieniami UV. To ma dodawać jej atrakcyjności oraz pozwalać na szybkie odróżnienie rośliny zmodyfikowanej od niezmodyfikowanej.
      Przeprowadzone badania wykazały, że gdy umieścimy epipremnum złociste w pojemniku zawierającym duże ilości benzenu lub chloroformu, to roślina niezmodyfikowana usunie w ciągu tygodnia około 10% zanieczyszczeń, a zmodyfikowana – ponad 90%.
      Nabywcy roślin GMO oczyszczających powietrze powinni jednak pamiętać, że do ich najbardziej efektywnej pracy potrzebny jest ruch powietrza. Rośliny nie oczyszczą zbyt wiele powietrza, jeśli po prostu będą stały w kącie. Powietrze powinno się poruszać, mówi Stuart Strand z University of Washington.
      Powietrze w naszych domach jest pełnie zanieczyszczeń uwalniających się z podłóg, mebli, ścian, powstających podczas ogrzewania i gotowania. Panuje przekonanie, że rośliny oczyszczają to powietrze, jednak badania wykazały, że w rzeczywistości nie radzą sobie z tym dobrze. Rośliny mogą usuwać zanieczyszczenia, ale nie będą miały większego wpływu na jakość powietrza w pomieszczeniach, mówi Nicola Carslaw z University of York.
      Genetycznie zmodyfikowane rośliny mogą być znacznie lepszym sposobem na oczyszczanie powietrza. Pod warunkiem, że w pomieszczeniu wymusimy ruch powietrza.
      Dopuszczenie do handlu zmodyfikowanego epipremnum złocistego było łatwiejsze w Kanadzie niż w USA, gdyż w Kanadzie w stanie naturalnym roślina ta nie jest w stanie przetrwać. W USA rośnie natomiast na Florydzie, więc najpierw trzeba wykazać, że epipremnum GMO nie będzie stanowiło problemu.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...