اختصاصی بسپار/ کشاورزی پایدار با بسپارهای ابرجاذب: راه‌حلی برای جبران کمبود آب
بسپار ایران پلیمر مدیریت منابع آبی در کشاورزی، به‌ویژه در مناطق خشک و نیمه‌خشک، یکی از چالش‌های اصلی و حیاتی قرن بیست و یکم محسوب می‌شود. افزایش سریع جمعیت جهانی و نیاز روزافزون به تولید غذا، همراه با تغییرات اقلیمی نظیر افزایش دما و نوسان شدید در الگوهای بارش، منجر به کاهش دسترسی به آب شیرین شده است. بسپارهای ابرجاذب (Super Absorbent Polymers – SAPs) به دلیل ساختار شبکه‌ای ویژه و توانایی بالای خود در جذب و نگهداری آب، به عنوان یک راه‌حل نوین برای بهبود بازده آبیاری و کاهش تبخیر آب از خاک شناخته شده‌اند. SAPها قادر به جذب آب تا چند صد برابر وزن خود هستند و می‌توانند به تدریج آن را در اختیار گیاهان قرار دهند؛ این ویژگی آن‌ها را به یک ابزار موثر در مدیریت آب در کشاورزی تبدیل می‌کند. این مقاله به بررسی جامع ساختار شیمیایی و فیزیکی SAPها، انواع مختلف آن‌ها، کاربردهای متنوعشان در کشاورزی، چالش‌های زیست‌محیطی و نوآوری‌های اخیر پرداخته است. نتایج نشان می‌دهد که SAPها می‌توانند بهره‌وری آب را به‌طور قابل توجهی افزایش داده و رطوبت خاک را در دوره‌های خشکی حفظ کنند. با این حال، چالش‌هایی نظیر هزینه‌ی بالای تولید، تخریب‌پذیری محدود و تاثیرات زیست‌محیطی نیازمند پژوهش‌های بیشتر و توسعه‌ی فناوری‌های پایدارتر در آینده هستند.
کلیدواژه‌ها
بسپارهای ابرجاذب، کشاورزی پایدار، حفظ رطوبت خاک، کمبود آب، نوآوری در بسپارها
مقدمه
کشاورزی به‌عنوان بزرگ‌ترین مصرف‌کننده‌ی منابع آب شیرین، تحت فشار بی‌سابقه‌ای قرار گرفته است. افزایش جمعیت جهانی و تغییرات اقلیمی نظیر افزایش دما و خشک‌سالی‌های پی‌در‌پی، منابع آب شیرین را به شدت محدود کرده است. طبق گزارش ICIS (2023)، ۷۲ درصد از آب شیرین جهان به مصرف کشاورزی اختصاص دارد و این میزان در مناطق خشک به بیش از ۸۵ درصد می‌رسد. بسپارهای ابرجاذب (SAPها) به‌عنوان یک نوآوری برجسته، راه‌حلی موثر برای مقابله با کمبود آب در کشاورزی ارائه می‌دهند. SAPها بسپارهایی شبکه‌ای هستند که می‌توانند مقادیر زیادی آب را جذب و به‌طور تدریجی آزاد کنند؛ این امر به حفظ رطوبت خاک و کاهش دفعات آبیاری کمک می‌کند. مطالعات اخیر نشان داده‌اند که استفاده از SAPها می‌تواند مصرف آب را تا ۴۰ درصد کاهش دهد و عملکرد محصولات را تا ۳۰ درصد بهبود بخشد. هدف این مقاله بررسی جامع ساختار، خواص و کاربرد SAPها در کشاورزی و ارایه‌ی دیدگاهی کلی از پتانسیل این بسپارها در بهبود بهره‌وری آب و کاهش اثرات تغییرات اقلیمی است.
بخش ۱: ساختار شیمیایی و فیزیکی بسپارهای ابرجاذب
بسپارهای ابرجاذب به دلیل ساختار شبکه‌ای سه‌بعدی و وجود اتصالات عرضی (cross-links)، توانایی جذب و نگهداری مقادیر زیادی از آب را دارند. این اتصالات عرضی که به‌صورت اشتراکی و یونی هستند، نقش مهمی در پایداری ساختار بسپار ایفا می‌کنند. پیوندهای اشتراکی باعث افزایش پایداری مکانیکی و حرارتی SAPها می‌شوند و از انحلال آن‌ها در آب جلوگیری می‌کنند. به‌عنوان مثال، در پلی‌اکریلات سدیم، این پیوندها ظرفیت جذب آب را حفظ کرده و نوعی ساختار آب‌ژل (hydrogel) قوی ایجاد می‌کنند. در مقابل، پیوندهای یونی، به‌ویژه در پلی‌اکریلات پتاسیم، باعث افزایش ظرفیت جذب آب و مقاومت به شوری می‌شوند. یون پتاسیم در این بسپارها علاوه بر جذب آب، به تغذیه‌ی گیاهان نیز کمک می‌کند که بهبود عملکرد گیاهان در خاک‌های قلیایی را به دنبال دارد.
نقش نانوذرات در بهبود خواص SAPها
در سال‌های اخیر، افزودن نانوذرات به SAPها به عنوان یک راهکار موثر برای بهبود خواص مکانیکی و جذب این بسپارها مورد توجه قرار گرفته است:
• نانوذرات سیلیکا: این نانوذرات باعث افزایش سطح تماس بسپار و بهبود ظرفیت جذب آب می‌شوند. مطالعه Zhang و Chen (2024) نشان داد که SAPهای تقویت‌شده با نانوذرات سیلیکا، تا ۲۰ درصد ظرفیت جذب آب بالاتر و پایداری مکانیکی بیش‌تری دارند.
• نانوسلولز: نانوسلولز به دلیل داشتن ساختار لیفچه‌ای و سطح بالای آن، به‌عنوان یک تقویت‌کننده‌ی زیستی استفاده می‌شود. مطالعات Patel و Desai (2023) نشان داده‌اند که افزودن نانوسلولز به SAPها، بهبود خواص مکانیکی و زیست‌تخریب‌پذیری این بسپارها را به دنبال دارد.
مقایسه‌ی پلی‌اکریلات سدیم و پلی‌اکریلات پتاسیم
دو نوع اصلی بسپارهای ابرجاذب که به‌طور گسترده در کشاورزی استفاده می‌شوند عبارتند از:
فرشاد دبیری
سرپرست فروش و بازاریابی شرکت پادنا پلیمر
[email protected]
(ادامه دارد …)
متن کامل این گفت و گو را در شماره 266 ماهنامه بسپار که در نیمه آذر ماه 1403 منتشر شده است، می خوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه و فیدیبو قابل دسترسی است.
