ハイドロゲル農業技術–初心者ガイド

ハイドロゲル農業技術：

今日、 の議論に入りましょう Hydrogel AgricultureTechnologyまたはHydrogelIn Farming 。

ヒドロゲルとは何ですか？

ヒドロゲルは、超吸収性ポリマーとしても知られています。 SAP、 吸収性ポリマー、 吸収性ゲル、 スーパーソーカー、 スーパースラーパー、 水ゲルは、新しいタイプの高分子合成吸水性ポリマー材料です。ヒドロゲルは、親水性の架橋ポリマーです。 それらは、水に溶解することなく大量の水を吸収する能力を持っています。土壌の吸水能力は、ポリマーの主鎖に結合した親水性官能基から生じますが、溶解に対する耐性は、ネットワーク鎖間の架橋から生じます。

ヒドロゲルはどのように機能しますか？

• 親水性基（すなわち、アクリルアミド、 アクリル酸、 アクリレート、 カルボン酸、 など）ポリマー鎖のは、ヒドロゲルの吸水メカニズムに関与しています。
• ポリマーを水に入れると、 水は浸透（溶媒中の水の移動）によってヒドロゲルシステムに入り、水素原子が反応して陽イオンとして出てきます。
• このプロセスでは、ポリマー鎖の長さに沿ってマイナスイオンが残ります。次に、ヒドロゲルはその長さ方向にいくつかの負電荷を帯びます。 これらの負電荷は互いに反発し、 ポリマー鎖を強制的にほどいて開きます。また、水分子を引き付け、水素結合で結合します。
• ヒドロゲルは、このプロセスでその重量の400倍以上の水を吸収できます。
• そして、その周囲が乾き始めると、 ヒドロゲルは、貯蔵水の最大95％を徐々に分配します。
• 再び水にさらされると、 それは水分補給を開始し、水を貯蔵するプロセスを繰り返します。このヒドロゲルは2〜5年間機能し、 土壌中で分解するのは生分解性のヒドロゲルです。

農業用ヒドロゲル：

SAPは白糖のような吸湿性材料で、水中で膨潤して個別の粒子でできた透明なゲルを形成し、大火や破裂/発破のリスクなしに圧力下でも水分を保持できます。

農業で使用される高吸水性樹脂は、アクリル酸とカリウムなどの架橋剤から溶液重合または懸濁重合によって作られています。生成されたポリマーはポリアクリレートと呼ばれます。

膨潤能力とゲル弾性率は、使用する架橋剤の量と種類に大きく依存します。ポリアクリレートポリマーは無毒であり、 本質的に非刺激性および非腐食性であり、生分解性であることがテストされており、分解率は年間10％〜15％です。これらのポリマーは高い吸水性を示し、植物の根による吸引圧力下で同じ95％の水を自由に放出できます。

読む：灌漑に関するよくある質問。

農業用ハイドロゲル：

ヒドロゲルは、農業の機械化と作物の栽培を改善するために農業で広く使用されています。 悪天候下での植物の栽培を強化するために、 そして植物の発達のためのより好ましい条件をもたらすため。それらは、収穫のより高い収量を得るために、そしてより短い時間でより少ないスペースをより少ないコストで使用するために植物の品質を改善するために着実に増加する量で農業プランテーションで使用されます。ポリマーは、土壌改良剤などの農業用途で使用されます。 ゲルの植え付けと移植、 発芽を制御するためのシードコーティング、 土壌エアレーター、 そして土壌殺菌において。

ポリマーは、発芽、発芽、 成長、 蒸発散、 開花、 と果実の形成。農業プランテーションでのそれらの成功したアプリケーションには、より合理的な植物間隔と改善された経済性が含まれます。 特に植物容器に関しては、 土壌殺菌用フィルム、 保護構造のカバーやシートとして。

農地におけるヒドロゲルの応用と利点：

植物の成長を遅らせる最も一般的な土壌条件は3つあり、収穫量は水分保持能力が低いことです。 高い水分損失と土壌水分の浸出。これらの条件だけでなく、 突然の干ばつ状態のような多くの要因があります、 劣化と塩害、 合成肥料や農薬の乱用や不適切な灌漑慣行は、土壌や植物に影響を及ぼします。 多くの場合、土壌生物相の損傷をもたらします。農業におけるヒドロゲル技術は土壌の質を改善することができます、 水を節約し、干ばつストレスに抵抗し、 そしてそれは種子の発芽を改善することができ、苗の発達はより良い作物収量につながります。環境面を考慮して、 ヒドロゲル技術は非汚染で生分解性であり、 灌漑の頻度と水の消費量を減らすのに役立ち、根に直接水を供給して土壌の締固めを防ぐための単純な循環プロセスを作成します。

• 農業では、 ヒドロゲルは、植物の根でマイクロウォーターリザーバーとして機能します。それらは、自然の水と供給された水の両方を自重の400〜500倍吸収し、浸出と蒸発による土壌の水分損失を防ぐ根の毛細管吸引メカニズムのためにゆっくりと放出します。
• ヒドロゲルは、水の吸収と放出の一貫した循環プロセスを作り出すことができます。ヒドロゲル技術によってそのように放出された水は、迅速な発芽と苗の成熟に最適な水分を提供することができます。したがって、苗床での苗の死亡率を数分の1に減らします。
• 寒い地域では、 実生の発芽および成熟中の死は、植物の根組織内およびその周辺の水分凍結のために一般的です。これらの地域でヒドロゲルを使用して、 ヒドロゲルに吸収された水分は凍結せず、植物に簡単にアクセスできます。この技術はまた、苗の成長温度を調節します、 凍結による死の防止。
• ヒドロゲルは灌漑の頻度を減らします、 これは水と人件費を節約するのに役立ちます、 干ばつの状況に直面するのを助けます。それらは土壌改良剤として機能し、 砂質土壌での浸出を防ぎ、 山岳地帯や傾斜地での流出、 植物のガラス化効率を改善し、土壌生物相を回復させます。
• ヒドロゲルは、農業における肥料や農薬の乱用を減らすことができます。水と一緒に吸収された化学物質は、必要に応じてゆっくりと放出されます。 根系による操作寿命と取り込み効率を延長することによって。
• ヒドロゲルは土壌物質の凝集剤として機能します。それらは、緩い土壌を緊密に結合し、より良い根のラッチングを助けることができるロームを形成するのに役立ちます。そして、繰り返される吸収放出メカニズムは、土壌ミネラルの過剰な圧縮を防ぎ、土壌の通気を改善し、土壌エダフォンを発達させます。
• ヒドロゲルは農業で広く使用されていますが、 林業、 産業植栽、 地方自治体の園芸、 干ばつ管理、 節水、 それらは、表面流出による土壌侵食を減らすのに役立ちます。 肥料や農薬の地下水への流出を防ぎ、 そして、水と灌漑のコストと成長の成功率と作物の高収量を削減します。

読む：ドローン農業。

農業におけるヒドロゲルの主な特徴：

• ヒドロゲルは、土壌中の塩の存在による影響が少ないです。
• それらは土壌の物理的特性を改善し、その生物相を回復させます。
• それらは種子の発芽率と実生の出芽率を促進します
• それらは根の成長と植物の密度を改善することができます。
• それらは植物を水分ストレスから解放し、それらを長期の水分ストレスに耐えるようにします。
• 保育園の設立期間を短縮します。
• それらは、作物の灌漑頻度と施肥要件を減らし、投入物の利用効率を改善します。

ヒドロゲルの種類：

ヒドロゲルは、架橋された三次元のネットワーク化された吸水性ポリマーとしても知られています。農業用のヒドロゲルには主に3つのタイプがあります。

• 澱粉グラフト共重合体
• 架橋ポリアクリレート
• 架橋ポリアクリルアミドおよびアクリルアミド-アクリレート共重合体

カリウムポリアクリレートは、ヒドロゲル技術で使用され、農業用のヒドロゲルとして販売されている主要な元素です。これは主に、毒性の問題がまったくない土壌での長期間の保水と高効率のために使用されます。

ヒドロゲルは、アクリル酸を架橋剤で重合することによって調製されます。架橋ポリマーは、自重の400倍から500倍の水を保持し、その95％の水を成長中の植物に放出することができます。

ヒドロゲルの使用は、浸出を防ぎ、灌漑の頻度を増やすことにより、水の使用効率を高めるのに役立ちます。半乾燥地域では、 夏の間、 土壌水分の不足は、植物のストレスを引き起こす可能性があります。ヒドロゲルが根の近くに放出する水分は、ストレスを軽減し、成長と植物のパフォーマンスを向上させます。ヒドロゲルは、肥料の浸出の使用を減らし、農薬の使用を減らすことができます。

ヒドロゲルの塗布方法：

ヒドロゲルを適用する方法は2つあります。 土壌の表面を安定させて地殻の形成を抑制し、保水能力を向上させたり、凝集によって深部の貧弱な構造を改善したり、植物の成長を促進したりする土壌改良剤として。

1. 下層土への乾式法： PAAmやPVAなどの乾燥ポリマーは、砂質土壌と約15〜25 cmの深さで混合し、その後、培養前に膨潤のために湿潤させることによって下層土に適用されます。ポリマーが膨潤した後、土壌構造が改善され、水の浸透と保持能力が向上します。 水の流出と浸食を減らします。この方法は、ポリマーが有益になる前に水を吸収する必要があるため、長期的な目的に適用されます。 即時播種にはお勧めできません。
2. 表土への湿式法 ：ポリマー溶液は、最初に湿った表土に噴霧されます。 その後、乾燥させて、侵食に耐える水に安定な骨材を作成します。この方法は、直後の播種に特に適しています。また、土壌の水分保持能力が低いために水分が失われる灌漑システムでの水の消費量を減らすためにも採用できます。これらの湿式ポリマー法は、表土または灌漑の私道に適用することにより、土壌侵食を減らすこともできます。界面活性剤は骨材の安定性にプラスの効果がありますが、 透水係数とコンディショナーの分布。

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ヒドロゲルの用途と土壌への使用：

土壌への添加剤としてのポリマー土壌改良剤の適用は、それらの凝集状態を改善するために、他の領域に拡張することができます：土壌侵食を減らし、地殻形成と一般的な安定化を防ぎます。

• 土壌固定用ヒドロゲル ：構造が不十分な土壌の処理は、建設やその他の構造用途で土壌の動きを低減または排除する必要がある場合に、土壌の物理的および化学的特徴を変化させることにより、土壌の安定化と固化を改善することです。このプロセスでは通常、複数の添加剤を使用する必要があります。ヒドロゲルは、土壌に架橋剤を組み込むことにより、土壌粒子を凝集体に固定するために使用できます。それらは、土壌中の水分保持を改善し、より良い増殖培地を提供するために組み込むことができます。この技術は、排水や蒸発の損失、または乾季が長いために自然の降雨量が不十分な地域で、灌漑なしで作物を栽培できるように設計されています。ヒドロゲルは、既存の給水をより効率的に使用することを可能にします。
• 土壌調整用ヒドロゲル ：ヒドロゲルは、土壌の利用可能な水分含有量を増やすのに役立ちます、 植物の成長を改善するために、 水の損失と蒸発の減少による灌漑要件の削減、 したがって、 灌漑の間隔を広げることができます。土壌中の保水性が向上すると、植物は水分ストレスから保護されます。これは、降雨量が少ないために農業が限界である乾燥地域に特に適しています。ポリマーを土壌に組み込んで、浸出を減らし、根への水の供給を増やすことで、土壌構造と保水性を向上させることができます。
• 土壌侵食制御用のヒドロゲル ：土壌侵食と流出は、雨または風によって引き起こされる乾燥および半乾燥地域での深刻な土地劣化の問題です。農地の破壊と最終的な放棄、そして文明自体の喪失をもたらすのは、農地にとって重大な環境問題です。貯水池や河川の農業埋立地からの流出液中の堆積物は、水生生物を危険にさらし、土壌の生産性を低下させます。ヒドロゲルは、表面処理によって土壌を凝集させるために適用でき、したがって作物の成長の初期段階で表面を安定させることができます。したがって、 ヒドロゲルは、表面層を安定させることにより、水や風による侵食を減らすように作用します。 流出と土壌損失を減らし、 土壌への水の浸透率を低下させ、 発芽を促進する土壌表面の親水性を促進します。
• 浸透制御用ヒドロゲル ：浸透制御は、土壌に水不透過性の層または膜を形成する特定の高分子ヒドロゲルによって達成でき、土壌粒子の表面の帯電部位との相互作用を通じて水の動きを制御し、塩を溶解するために効率的に使用できます。したがって、 ヒドロゲルは、水の動きを制限し、それによって作物を塩害から保護する土壌中の膜の形成による浸透制御に使用されます。この技術は、灌漑用水を節約するために使用できます。 乾燥した土壌での灌漑によって引き起こされる作物への塩害を制御し、最終的にそのような水の河川や貯水池への浸透を防ぐため。

農業におけるヒドロゲルの不利な点：

これらの吸水性ポリマーまたはヒドロゲルは、数十年前から存在しており、植物農業では、見た目ほど有用ではありません。

• 水中にイオンがあると、ヒドロゲルが吸収する水の量は大幅に減少します。ヒドロゲルの吸水率のデータは通常、蒸留水です。現実世界では、 土壌には肥料や灌漑用水からのイオンが含まれています。 ヒドロゲルによる吸水率を大幅に低下させます。
• ほとんどの土壌は、植物の成長のために適度な量の水を保持することができます。降雨量が不足している場合は、 土壌水分が枯渇しています。ヒドロゲルはその問題を解決しません。
• ヒドロゲルは非常に高価です、 鉢植えの観賞植物などの価値の高い作物に使用を制限します。 景観樹木や家庭菜園用。ある研究では、推奨されるヒドロゲルの割合と同じコストのピートモスを追加すると、培養土の保水能力がヒドロゲルと同じ量だけ増加することがわかりました。

おそらく、植物農業におけるヒドロゲルの最も一般的な商業的使用は、裸根移植片をコーティングするためのスラリーとしてです。これはおそらく根が乾燥するのを防ぎます。

読む：ティラピア養殖。