Hydrogel siêu thấm giúp cây trồng phát triển trong điều kiện hạn hán

Nhóm nghiên cứu tại Đại học Tự do Bozen-Bolzano (UniBz, Ý) và Viện Công nghệ Italia (IIT) đã chế tạo hệ thống hoàn toàn phân hủy sinh học và thân thiện với môi trường dành cho nông nghiệp thủy canh, được tạo thành từ hydrogel và có khả năng hỗ trợ cây phát triển mà chỉ sử dụng lượng nước tối thiểu. Trong tương lai, hệ thống này còn có thể theo dõi sức khỏe cây trồng theo thời gian thực.

Phát minh mới cung cấp giải pháp nông nghiệp không rác thải, gây tác động môi trường thấp, đặc biệt trong bối cảnh ngành nông nghiệp bị đe dọa bởi biến đổi khí hậu, hạn hán, ô nhiễm, mất đa dạng sinh học và suy thoái đất. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí ACS Agricultural Science & Technology.

Hydrogel là vật liệu có cấu trúc bên trong gồm một mạng lưới polyme xốp, cho các ứng dụng cần giữ nước hoặc chất dinh dưỡng. Trong hoạt động làm vườn, hydrogel đang nổi lên như giải pháp thay thế bền vững cho xốp hay chậu nhựa có nguồn gốc dầu mỏ.

Tại phòng thí nghiệm của IIT, các nhà nghiên cứu đã sản xuất hydrogel từ polyme sinh học, cụ thể là carrageenan, một loại polysaccharide chiết xuất từ tảo đỏ và được sử dụng phổ biến nhờ khả năng tạo gel, làm đặc và ổn định. Hydrogel thu được hoàn toàn phân hủy sinh học và an toàn để đưa vào đất mà không gây ô nhiễm. Nhóm nghiên cứu đã bổ sung chiết xuất tảo toàn phần vào vật liệu xốp, hoạt động như chất kích thích sinh học: các hợp chất kích thích quá trình tự nhiên của cây, cải thiện hiệu quả sử dụng dinh dưỡng, tăng khả năng chống chịu áp lực và nâng cao chất lượng nông sản dù hàm lượng dinh dưỡng trong đất hạn chế.

Vật liệu có các đặc tính lý tưởng để ứng dụng trong nông nghiệp không dùng đất như thủy canh, đồng thời chỉ cần rất ít nước. Các thử nghiệm thực hiện tại phòng thí nghiệm ở Bolzano cho thấy hydrogel có thể giữ nước gấp 70 lần trọng lượng (tăng thể tích tới 7.000%) và cũng có thể hỗ trợ cây mọc từ hạt. Theo kết quả thử nghiệm với cây mẫu Arabidopsis thaliana, cây sinh trưởng mạnh hơn so với các giá thể thủy canh truyền thống.

Các nhà khoa học dự kiến sẽ tích hợp cảm biến sinh học mềm, phân hủy sinh học vào khung hydrogel này, nhằm phục vụ lĩnh vực nông nghiệp chính xác, giám sát tình trạng sức khỏe cây và môi trường đất theo thời gian thực.