Сельскохозяйственные удобрения играют важнейшую роль в обеспечении населения планеты продовольствием, восстановлении плодородия почв и поддержании урожаев. Чрезмерное и неэффективное использование этих ресурсов может представлять экологическую угрозу, загрязнять водные пути и выделять парниковые газы, такие как закись азота. Ученые, представившие доклад в журнале ACS Agricultural Science & Technology, решили эти проблемы с помощью стеклянных шариков для удобрений. Они контролируют высвобождение питательных веществ и являются экологически безопасными.
«Результаты показывают, что стеклянные удобрения могут быть адаптированы к потребностям растений, медленно и устойчиво высвобождая питательные вещества для повышения урожайности без ущерба для качества почвы», — говорит Данило Манзани, соавтор исследования.
С течением времени использование сельскохозяйственных химикатов увеличивается. По оценкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН, мировой спрос на удобрения превышает 200 миллионов тонн. Удобрения содержат азот, фосфор и небольшое количество других элементов, таких как кальций. К сожалению, полезные свойства этих питательных веществ теряются в результате вымывания в грунтовые воды и выбросов в атмосферу, что требует частого повторного применения и создает экологические проблемы, такие как цветение токсичных водорослей.
Потенциальным решением могут стать крошечные стеклянные шарики, которые предыдущие исследователи использовали для улучшения роста растений. Чтобы повысить эффективность доставки питательных веществ, Манзани, Эдуардо Феррейра и их коллеги разработали водорастворимое, многокомпонентное стеклянное удобрение, предназначенное для контролируемого высвобождения питательных веществ.
Ученые синтезировали стекло, состоящее из нескольких микро- и макроэлементов, таких как фосфор, калий и кальций. Они измельчили стекло на мелкие (менее 0,85 миллиметра в ширину) и крупные (от 0,85 до 2 миллиметров в ширину) частицы. В первом испытании частицы добавляли в воду или буферный раствор, имитирующий почву. Было обнаружено, что каждое питательное вещество высвобождается из стеклянных частиц обоих размеров и распределяется в растворы стабильно в течение 100 часов с незначительными колебаниями.
Затем исследователи нанесли питательный раствор и разное количество стеклянных шариков на почву, засеянную обычным газоном и специальной травой для игры в гольф, и сравнили рост семян в двух вариантах. Питательный раствор, который вносился только один раз, сразу же стимулировал рост, но эффект быстро ослабевал. Однако однократное применение стеклянного удобрения поддерживало рост независимо от размера частиц, хотя общий рост растения зависел от дозировки шариков.
Манзани, Феррейра и их коллеги также проверили возможную экотоксичность стеклянного удобрения, добавив шарики в семена салата и лука. Растения, подвергшиеся воздействию стеклянного удобрения, имели примерно такую же скорость прорастания и здоровье клеток, как и те, которые росли без использования удобрений, или те, которые были обработаны растворимыми питательными веществами. По словам исследователей, результаты свидетельствуют об эффективной и устойчивой альтернативе традиционным удобрениям с меньшим воздействием на окружающую среду.
[Фото: аdapted from ACS Agricultural Science & Technology, 2025, DOI: 10.1021/acsagscitech.4c00243]
