Akıllık Toprak: Sürdürülebilir Tarım İçin Kendi Kendini Sulayan ve Gübreleyen Yüzeyler. Günümüzde tarım sektörü, artan nüfus ve iklim değişikliği gibi faktörlerle karşı karşıya kalırken, sürdürülebilir tarım uygulamaları her zamankinden daha önemli hale gelmiştir. Bu bağlamda, akıllı toprak ve kendini sulayabilen, yavaş salınımlı gübre içeren hidrojeller gibi yenilikçi teknolojiler büyük bir potansiyel sunmaktadır. Texas Üniversitesi’nde yapılan bir araştırma, bu tür hidrojellerin tarımsal verimliliği artırmada ve su kullanımını optimize etmede nasıl etkili olabileceğini göstermektedir.
Bu heyecan verici akıllı toprak sisteminin temelinde Austin’deki Teksas Üniversitesi’ndeki araştırmacılar tarafından geliştirilen bir hidrojel malzeme yer alıyor. Deneylerde, hidrojel katkılı toprak, normal toprağa kıyasla daha büyük, daha sağlıklı bitkilerin büyümesine yol açarken, daha az su ve gübre kullanılmasını sağladı.
Walker Makine Mühendisliği Bölümü’nde yüksek lisans öğrencisi olan ve araştırmayı yöneten Jungjoon Park, “Bu yeni jel teknolojisi, sık sulama ve gübreleme ihtiyacını azaltarak çiftçilerin üzerindeki yükü azaltabilir” dedi. “Bu teknoloji aynı zamanda kurak bölgelerden ılıman bölgelere kadar geniş bir iklim yelpazesinde benimsenebilecek kadar çok yönlüdür.”
Günümüzde tarım, küresel tatlı su çekiminin %70’ini oluşturmakta ve küresel nüfusumuz artmaya devam ederken bazı gelişmekte olan ülkelerde bu oran %95’e kadar çıkmaktadır. BM Gıda ve Tarım Örgütü, sürdürülebilir gıda üretimi ve su kaynakları yönetimini sağlamak için sulama verimliliğini arttırmanın, su tasarrufu sağlayan teknolojileri benimsemenin ve daha düşük su ayak izine sahip mahsulleri teşvik etmenin önemini vurgulamaktadır.
Bu arada, başta sulama ve gübreleme olmak üzere geleneksel tarım yöntemleri, verimsiz su kullanımı ve çevresel arazi bozulması gibi önemli zorluklarla karşı karşıyadır. İklim değişikliği yoğunlaştıkça ve su kaynakları giderek daha kıt hale geldikçe, daha verimli ve sürdürülebilir sulama uygulamalarına duyulan ihtiyaç hiç bu kadar acil olmamıştı. Ayrıca, geleneksel gübreleme teknikleri genellikle aşırı besin maruziyetine neden olarak besin alım verimliliğini azaltmakta, çevre kirliliğine ve tarıma elverişli arazinin bozulmasına yol açmaktadır.
Cockrell Mühendislik Okulu Walker Makine Mühendisliği Bölümü ve Texas Malzeme Enstitüsü’nde malzeme bilimi profesörü olan Yu, “Artan nüfusla birlikte küresel su kıtlığının gıda güvenliği üzerinde acil bir etkisi var” dedi. “Bu yeni hidrojel sınıfı, modern sürdürülebilir tarımda su kıtlığı ve verimli besin alımının acil ihtiyaçlarını karşılamak için umut verici bir çözüm sunuyor.”
Deneylerde, hidrojel toprakta köklenen bitkilerde, normal topraktaki kontrol grubuna kıyasla gövde uzunluğunda %138’lik bir artış görüldü. Ayrıca modifiye edilmiş toprak yaklaşık %40 su tasarrufu sağlayarak sık sulama ihtiyacını önemli ölçüde azaltıyor ve sağlam bir ürün gelişimi sağlıyor.
Araştırmanın Amacı
Araştırmanın temel amacı, N-Isopropylacrylamide (NIPAM) ve Sodium acrylate (AANa) gibi kimyasallar kullanılarak sentezlenen hidrojellerin, tarımda su ve gübre verimliliğini nasıl artırabileceğini incelemektir. Bu hidrojeller, toprağın su tutma kapasitesini artırarak bitkilerin ihtiyaç duyduğu suyu yavaşça serbest bırakır ve aynı zamanda gübre salınımını kontrol ederek bitki büyümesini optimize eder.
Hidrojel Sentezi ve Optimizasyonu
1. PNIPAM Hidrojeli Hazırlanması: NIPAM ve N,N′-Methylenebisacrylamide (BIS) kimyasalları, serbest radikal polimerizasyonu kullanılarak sulu çözelti ortamında hidrojelleştirilir. Elde edilen PNIPAM hidrojeli, su içinde bekletilerek reaksiyon sonrası kalıntı kimyasallar temizlenir.
2. PNIPAM/PAANa IPN Hidrojeli Hazırlanması: PNIPAM hidrojeli, AANa ve BIS içeren çözeltiye daldırılarak ikinci bir polimer ağı oluşturulur. UV ışığı altında gerçekleştirilen polimerizasyon işlemi ile PAANa ağı PNIPAM ağına entegre edilir.
3. SISRH Hazırlanması: PNIPAM/PAANa hidrojeli, kalsiyum klorür (CaCl2) çözeltisi ile muamele edilerek kalsiyum içeren interpenetrating network (IPN) hidrojeli elde edilir. Bu hidrojel, bitkilerin büyümesi için optimal miktarda su ve besin sağlar.
Deneysel Sonuçlar ve Bulgular
Su Tutma ve Salınım Kapasitesi: SISRH, yüksek su tutma kapasitesine sahip olup, bitkilerin ihtiyaç duyduğu suyu yavaşça serbest bırakır. Araştırmada, SISRH’nin %90 nem oranında 24 saat içinde gram başına 2.14 gram su tuttuğu belirlenmiştir.
Bitki Büyümesi ve Verimliliği: Deneylerde, SISRH içeren toprak kullanılarak radish (turp) bitkileri yetiştirilmiştir. SISRH kullanılan toprakta, kontrol grubuna kıyasla daha yüksek bir bitki büyümesi gözlemlenmiştir. Örneğin, SISRH-soil ile 6 mL sulama ve 3 gün aralıklarla yapılan sulama, kontrol grubuna göre daha az su ile daha yüksek bitki verimi sağlamıştır.
Gübre Salınımı ve Uyumluluğu: SISRH, yavaş salınımlı gübre olarak işlev görerek bitkilere gerekli besinleri dengeli bir şekilde sağlar. Farklı gübre türleri ve miktarları üzerinde yapılan testler, en uygun gübre konsantrasyonlarının belirlenmesine yardımcı olmuştur.
Sürdürülebilir Tarım İçin Potansiyel Uygulamalar
SISRH teknolojisi, su ve gübre verimliliğini artırarak sürdürülebilir tarım uygulamalarına önemli katkılar sağlar. Bu teknoloji, özellikle su kaynaklarının kısıtlı olduğu bölgelerde ve kurak iklimlerde büyük bir avantaj sunar. Ayrıca, gübre salınımının kontrolü ile bitki büyümesini optimize eder ve çevresel kirliliği azaltır.
Sonuç ve Gelecek Perspektifleri
Araştırma sonuçları, SISRH’nin tarımsal uygulamalarda su ve gübre verimliliğini artırmada önemli bir rol oynayabileceğini göstermektedir. Gelecekte, bu teknolojinin farklı bitki türleri ve tarım uygulamaları üzerinde daha geniş kapsamlı testler yapılması planlanmaktadır. Ayrıca, hidrojellerin ticari ölçekli üretimi ve uygulamaları konusunda çalışmalar devam etmektedir.
Texas Üniversitesi’nde geliştirilen bu yenilikçi yaklaşım, tarım sektöründe sürdürülebilirlik ve verimlilik alanında önemli bir adım olarak görülmektedir. Akıllı toprak teknolojileri, gelecekte tarımsal üretimi artırmak ve doğal kaynakları daha etkin kullanmak için umut verici çözümler sunmaktadır.
Bu blog yazısı, Texas Üniversitesi’nde yapılan araştırmanın sonuçları ve ek belgelerde sunulan detaylı veriler ışığında hazırlanmıştır. Tarımda sürdürülebilir uygulamalar ve akıllı toprak teknolojileri hakkında daha fazla bilgi için araştırmanın tamamını inceleyebilir ve yeni gelişmeleri takip edebilirsiniz.
Kaynak:
- https://cockrell.utexas.edu/news/archive/10029-smart-soil-can-water-and-feed-itself
- https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsmaterialslett.4c01120
Yorum yazabilmek için oturum açmalısınız.