Featured เกษตรอัจฉริยะ

AgriTech ก้าวใหม่ ‘ซองบรรจุปุ๋ยจากแป้งมัน’ แก้ปัญหามลพิษไมโครพลาสติกในดิน ย่อยสลายได้

ท่ามกลางกระแสความกังวลด้านสิ่งแวดล้อมที่ทวีความรุนแรงขึ้นทั่วโลก “ไมโครพลาสติกในดินเกษตร” กำลังกลายเป็นประเด็นท้าทายสำคัญของภาคการเกษตรสมัยใหม่ โดยเฉพาะการใช้พอลิเมอร์สังเคราะห์ในปุ๋ยควบคุมการปลดปล่อย ซึ่งแม้จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ธาตุอาหารของพืช แต่กลับทิ้งปัญหาการตกค้างของพลาสติกขนาดเล็กไว้ในระบบนิเวศดินในระยะยาว

ล่าสุด วงการ AgriTech จากต่างประเทศได้ก้าวไปอีกขั้น ด้วยการพัฒนานวัตกรรม “ซองบรรจุปุ๋ยจากแป้งมัน” ที่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ และมีศักยภาพในการทดแทนพอลิเมอร์จากปิโตรเลียมอย่างเป็นรูปธรรม

ขอบคุณภาพ : phys.org

นวัตกรรมดังกล่าวคือ “ซองแป้ง” ซึ่งผลิตจากแป้งที่เป็นพอลิเมอร์ย่อยสลายได้ตามธรรมชาติ และเสริมความแข็งแรงด้วยอนุภาคนาโน ภายในซองสามารถบรรจุปุ๋ยได้ทั้งในรูปแบบผงและเม็ด ช่วยควบคุมการปลดปล่อยธาตุอาหารให้เป็นไปอย่างเหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของพืช

โครงการวิจัยนี้เป็นความร่วมมือระหว่าง ห้องปฏิบัติการนาโนเทคโนโลยีแห่งชาติด้านการเกษตร (LNNA) ภายใต้สังกัด EMBRAPA Instrumentation ซึ่งเป็นหน่วยงานวิจัยด้านการเกษตรของบราซิล และ มหาวิทยาลัยสหพันธ์เซา การ์ลอส (UFSCar)


นักวิจัย อธิบายว่า ธาตุอาหารหลักที่พืชต้องการและไม่สามารถทดแทนได้ ได้แก่ ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และโพแทสเซียม (NPK) ซึ่งมักอยู่ในรูปของสารที่ละลายน้ำได้สูง เช่น โพแทสเซียมคลอไรด์ เกษตรกรจึงจำเป็นต้องใส่ปุ๋ยในปริมาณมากเพื่อให้พืชดูดซึมได้เพียงพอ แต่ในความเป็นจริง พืชไม่สามารถดูดใช้ธาตุอาหารทั้งหมดได้ในทันที

ปุ๋ยส่วนเกินที่ไม่ได้ถูกดูดซึมจึงกลายเป็นต้นทุนที่สูญเปล่า และยังอาจก่อให้เกิดการปนเปื้อนต่อสิ่งแวดล้อมโดยรอบ ซองแป้งจึงถูกออกแบบมาเพื่อ ควบคุมการปลดปล่อยธาตุอาหารอย่างค่อยเป็นค่อยไป ช่วยให้พืชได้รับสารอาหารอย่างสม่ำเสมอ โดยสามารถปรับสูตรและชนิดของซองให้เหมาะสมกับประเภทของปุ๋ยที่บรรจุอยู่ภายใน

Malafatti เป็นผู้เขียนหลักของบทความวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials ภายใต้การดูแลของ Elaine Cristina Paris นักวิจัยจาก EMBRAPA Instrumentation และอาจารย์ประจำหลักสูตรบัณฑิตศึกษาสาขาเคมีของ UFSCar

ในงานวิจัยนี้ ทีมวิจัยได้พัฒนาซองแป้งที่ผ่านกระบวนการร่วมกับยูเรียและกรดซิตริก พร้อมเสริมความแข็งแรงด้วย ซีโอไลต์ที่อุดมด้วยไอออนทองแดง ซึ่งเป็นแร่ที่มีโครงสร้างพรุนสูงและสามารถดูดซับไอออนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

Malafatti อธิบายเพิ่มเติมว่า แป้งเป็นวัสดุที่ย่อยสลายได้ง่าย จึงต้องมีการปรับสูตรเพื่อให้ซองสามารถคงสภาพและคุณสมบัติไว้ได้จนกว่าจะถึงระยะการใช้งานจริงในดิน โดยไอออนทองแดงในซีโอไลต์มีบทบาทสำคัญ 2 ประการ ได้แก่

  1. ช่วยยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อราและแบคทีเรีย ทำให้ซองไม่เสื่อมสภาพเร็วเกินไป
  2. ทำหน้าที่เป็นแหล่งธาตุอาหารรองที่พืชสามารถดูดซึมผ่านรากได้

ผลการศึกษายังพบว่า ทองแดงสามารถควบคุมการเจริญเติบโตของเชื้อรา Alternaria alternata ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยเป้าหมายของงานวิจัยคือการสร้างสมดุลระหว่าง ความคงทนของซองในช่วงใช้งานจริง และ การปลดปล่อยธาตุอาหารในช่วงเวลาที่เหมาะสม เพื่อให้เกิดประโยชน์สูงสุดต่อพืชและระบบนิเวศ

เสริมความแข็งแรง เพิ่มเสถียรภาพวัสดุ

นักวิจัยระบุว่า วัสดุพอลิเมอร์ย่อยสลายได้และวัสดุฐานแป้งยังมีข้อจำกัดด้านความแข็งแรงเชิงกลและความทนทานเมื่อเทียบกับวัสดุจากปิโตรเลียม ทีมวิจัยจึงทดสอบการเติมซีโอไลต์ในสัดส่วนต่างๆ และพบว่า การเติมในอัตราไม่เกิน 3% ของปริมาณแป้ง ช่วยเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุได้อย่างมีนัยสำคัญ ขณะที่การใช้ในสัดส่วนสูงกว่านี้อาจทำให้โครงสร้างอ่อนแอลงจากการจับตัวเป็นก้อนของอนุภาค

นอกจากนี้ ซีโอไลต์ยังมีคุณสมบัติกักเก็บน้ำได้ดี เนื่องจากมีโครงสร้างพรุนและมีลักษณะชอบน้ำ ช่วยรักษาความชื้นในดิน โดยเฉพาะในช่วงที่พืชเผชิญภาวะขาดน้ำ

นักวิจัยเปรียบเทียบการทำงานของซองแป้งกับถุงชา เมื่อฝังอยู่ในดิน ซองจะค่อยๆ ปลดปล่อยทั้งธาตุอาหารและความชื้นออกมาอย่างเหมาะสม ช่วยสนับสนุนการเจริญเติบโตของพืชอย่างต่อเนื่อง

ควบคุมการปลดปล่อย ลดการสูญเสีย

ทีมวิจัยระบุว่า ซองแป้งมีคุณสมบัติอเนกประสงค์ ช่วยเพิ่มการละลายของปุ๋ย และควบคุมการปลดปล่อยธาตุอาหารที่ละลายน้ำได้สูง ลดการสูญเสียจากการชะล้างหน้าดินและการฟุ้งกระจายในอากาศได้อย่างมีนัยสำคัญ

จากการทดสอบการปลดปล่อยธาตุอาหารในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำเป็นเวลา 30 วัน พบว่ามีการปลดปล่อยไอออนทองแดงประมาณ 7 มิลลิกรัมต่อลิตร และยูเรียประมาณ 300 มิลลิกรัมต่อลิตร ขณะที่คุณสมบัติชอบน้ำของซองช่วยเอื้อต่อการซึมผ่านของน้ำและการปลดปล่อยโพแทสเซียมคลอไรด์อย่างมีประสิทธิภาพ

การทดสอบความเป็นพิษต่อการงอกของผักเครสยังพบว่า มีอัตราการงอกสูงถึง 92% ภายในหนึ่งชั่วโมงหลังการสัมผัสซีโอไลต์ สะท้อนถึงความปลอดภัยในการนำไปใช้ทางการเกษตร

นักวิจัยสรุปว่า ซองแป้งบรรจุปุ๋ย มีศักยภาพในการช่วยลดการสูญเสียธาตุอาหาร ควบคุมการปลดปล่อยได้อย่างเหมาะสม และเป็นอีกหนึ่งแนวทางสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีปุ๋ยที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและยั่งยืนในอนาคต

ขอบคุณภาพและข้อมูล : phys.org

Related Posts