Исследование, проведенное учеными из Национальной лаборатории Астаны Назарбаев университета и опубликованное в журнале Scientific Reports, сосредоточено на гидрогелевых составах на основе крахмала и карбоксиметилцеллюлозы — двух возобновляемых и биоразлагаемых материалов. Эти гидрогели предназначены для поглощения и удержания воды, а затем для постепенного высвобождения её вокруг семян во время прорастания. В сельском хозяйстве эта функция особенно важна для сухих или засушливых почв, где раннее развитие сеянцев может быть крайне уязвимым.
В отличие от многих традиционных суперабсорбентов, которые часто получают из полимеров на основе нефти, недавно разработанные гидрогели содержат большое количество биокомпонентов. Команда синтезировала гидрогели, используя различные соотношения крахмала и карбоксиметилцеллюлозы, и оценила их структуру, набухание, биоразлагаемость и влияние на рост семян сахарной свеклы.
Результаты показали, что гидрогели способны поглощать до 17,5 граммов воды на грамм материала. Их пористая структура, подтвержденная сканирующей электронной микроскопией, способствовала поглощению воды, а спектроскопический анализ подтвердил образование стабильной сшитой полимерной сетки. Важно отметить, что материалы также продемонстрировали высокую биоразлагаемость: за период исследования в почве разложилось около 67% материала.
Применение гидрогелевых составов в составе системы обработки семян улучшило рост всходов сахарной свеклы. Обработанные семена продемонстрировали значительно лучшую всхожесть по сравнению с необработанными семенами: лучшие комбинации обработки позволили достичь длины всходов около 6 см, по сравнению с примерно 3 см у необработанных семян.
В исследовании также изучалось использование древесной золы в составе покрытия. Древесная зола может обеспечить необходимые минералы, такие как калий, кальций и фосфор, а гидрогель помогает удерживать влагу и способствует постепенному проникновению влаги вокруг семян. Среди протестированных подходов к нанесению покрытия структура зола–полимер–зола показала особенно многообещающие результаты.
Авторы отмечают, что необходимы дальнейшие исследования для оптимизации состава с точки зрения механической стабильности, долговременной эффективности в полевых условиях и экологической безопасности, включая дополнительную оценку остаточных сшивающих агентов. Однако полученные результаты позволяют предположить, что предложенные гидрогели на основе крахмала и карбоксиметилцеллюлозы, могут стать перспективной платформой для экологически устойчивого покрытия семян, влагоудерживающих почвенных кондиционеров и, возможно, сельскохозяйственных систем с контролируемым высвобождением активных веществ.
Основные выводы:
- Гидрогели впитали до 17,5 г/г воды.
- Установлено, что материалы разлагаются в почве примерно на 67%.
- Покрытые гидрогелем семена сахарной свеклы продемонстрировали улучшенный рост всходов по сравнению с непокрытыми семенами.
- Такой подход может помочь снизить зависимость от суперабсорбентов, получаемых из нефти, в сельском хозяйстве.
Технологии обработки семян приобретают все большее значение для устойчивого сельского хозяйства, поскольку они могут улучшить всхожесть, защитить молодые сеянцы и способствовать более эффективному использованию воды и питательных веществ. Используя биоразлагаемые материалы, полученные из природных полимеров, данное исследование способствует разработке сельскохозяйственных удобрений и средств защиты растений, которые являются одновременно функциональными и экологически ответственными.
В регионах, сталкивающихся с нехваткой воды или деградацией почвы, такие материалы могут помочь улучшить приживаемость сельскохозяйственных культур, одновременно снижая загрязнение, связанное с использованием стойких синтетических полимеров.
Источник: Nazarbayev University. На заглавном графике вы видите схему синтеза гидрогеля. Источник: Scientific Reports (2025). DOI: 10.1038/s41598-025-30594-1
