התגברות החקלאות העולמית התבססה רבות על אגרוכימיקלים – דשנים סינתטיים, עשבי מרפא, אינסטינקטים, ופטריות – כדי להגביר את היבולים ולספק מזון מאובטחים.אבל תלות זו מגיעה עם מחיר סביבתי תלול זה, החל מתחומים, אשר מפעילים יותר חנקן וזרחן לתוך נהרות, אגמים, אזורי חוף, גרימת נזק לחמצן ולנזקים מסוכנים, ואפילו לנפץ את אזורי בריאות מסוכנים אלה.

טכנולוגיות מבוססות שליטה

מערכות שחרור מבוקרות מונדסות כדי לספק agrochemicals בקצב שנקבע מראש ומשך, התאמת דפוסים של גידול או מחזורי החיים של מזיקים.בניגוד טיפולים קונבנציונליים שמשחררים את כל המטען מיד - לעתים קרובות מוביל לעצירה, מתפתל, ותנודתיזציה - שחרור מבוקר של ניסוחים לשמור על ריכוז יציב, טיפולי באזור הנפיחות יכול להיות נשלט על ידי דיפרציה, באמצעות חומר נפץ, או לחץ כימי, הוא מכובש פעיל של לחץ דם, או מכובש, הוא נוזל חמצן פעיל, או מכובש.

לשחרר את מכניזם בפירוט

הגישות הנפוצות ביותר כוללות:

  • (FLT:0) מערכות מבוקרות-דיפוזיה (FLT:1): המרכיב הפעיל מפוזר במריצה פולימרנית או מחלחל בתוך מעטפת פולימרית.שחרור מתרחש כמו הטבוליות הכימית דרך הפולימר.הקצב תלוי בפודיביות של פולימר, עובי, ואת השפע של הגדלים הגלוכימיים.
  • (FLT:0) מערכות מבוקרות-הדרגה 1 (FLT:1): ציפוי או חומר ממטריקס הוא ביודיד, פורץ לאורך זמן באמצעות הידרוליזה או פעילות מיקרוביאלית. as the פוליגרפיים, הכימיה הנלכדת חופשית. Poly(lactic acid) (PLA), Polycaprolactone (PCL), ופוליקלקטנו (Aspoxyalkaatenos) הם לעתים קרובות biodeble.
  • (FLT:0) משאבות מומיות (Osmotic PumpsFLT:103): הליבה של agrochemical מוקף קרום למחצה בעל חור קטן של לייזרים.מים נכנסים על ידי אוסמוזה, לחץ בנייה ואילץ פתרון רווי דרך האורווי.מערכות אלה מספקות ליד אפס סדר קינטינים, אידיאלי עבור ביצוע מדויק.
  • (FLT:0) שחרור פיזור של טט:1: פורמולות חכמות מגיבים לגירויים סביבתיים כגון pH אדמה, טמפרטורה, לחות, או פעילות אנזאית.לדוגמה, פולימרים עמידים ב- pH משחררים יותר עשבי מרפא באזורי חומציות, בעוד כיסות רגישות לחות מופעלות רק לאחר גשם.

הבנת מנגנונים אלה היא קריטית לפיתוח ניסוחים התואמים עם phenology יבול ותנאים אקלים מקומיים. Agronomists יכול לבחור ניסוח המשחרר חומרים מזינים שיא במהלך הפריחה או מספק דיכוי מזיקים בדיוק כאשר larvae מתגלה.

סוגים של פורמולציה חופשית מבוקרת

פורמולציה

Encapsaching כרוך enclosing טיפות קטנות או חלקיקים מוצק של המרכיב הפעיל בתוך מעטפת מגן. מיקרוcapsules (1-1000 μm) וננוcapsules (<1 μm) מיוצרים באמצעות טכניקות כגון פולימרטיזציה בין-גזעית, ריסוס לחות, coacervation או ציפוי מיטה נוזלי.

Polymer-Coated Granules

קטגוריה זו משמשת נרחב עבור דשנים - במיוחד מוצרי חנקן מבוקר (CRN) . הליבה תזונתית (למשל, urea או NPK תרכובת) הוא מכוסה עם שכבת פולימר כגון פוליאורטן, פוליאתילן, או חנקן די נמוך כדי להפחית את כמות המים הנטוגניבה באופן משמעותי.

חברת Bio-based Carriers

דאגות סביבתיות וכלכליות דוחפות מחקר לעבר חומרים מתחדשים, ביו-דידנטיים. Lignin, תוצר לוואי של תעשיית הכפפה והנייר, צורות מאפים יציבים שיכולים לשלב עשבים ושחרר אותם לאט לאט לאט באמצעות דיפוזיה. Chitosan, הנגזר מפגזי קרום קרום, הוא גם דשנים וצורות כי הם כופים אתגרים ביו-קוגניים עקביים.

יתרונות סביבתיים של שליטה לשחרר Agrochemicals

ניכוי ב- Acent Runoff and Leaching

(הפריים של מים soluble מתמוססים במהירות על ידי השקיה או גשם. שבריר גדולה - לעתים קרובות 40-70% של חנקן יישומי - הוא אבוד באמצעות חנקן ניטראט, תנודתיות או denitrification לפני שיבולים יכולים לקחת את זה ישירות שחרור דשנים (CRFs) מסונכרן שחרור תזונתי עם הביקוש, להפחית באופן דרמטי את כמות החנקן של חנקן ל- 300%) מ-אוטמיים סביבתיים הראו ירידה ב- 30 גרם לירידה ב-או-או- 300% (Fure) ירידה).

שיפור גורל Pesticide וצמצום אקוקסיות

(ב) חומרי הדברה, שחרור מבוקר מוריד ריכוזים גבוהים באדמה ומים, ובכך להפחית את הרעילות החריפות לאורגניזמים שאינם target כגון תולעי אדמה, דבורים ודגים, כי הכימיה משוחררת בהדרגה, פחות חומר פעיל נדרש באופן כללי: לעתים ירידה של 30–50% בהשוואה לריסוסים קונבנציונליים.

בריאות וקהילות מיקרוביאליות

שאריות של דשן וחומרי הדברה יכולות לשבש קהילות מיקרוביאליות אדמה, לטובת מינים ⁇ סטיים וצמצום המגוון הביולוגי.הוראות השחרור המבוקרות של שליטה לשמור על סביבה כימית קבועה יותר, הימנעות מהזעזוע של מינונים ראשוניים גבוהים.זה מאפשר חיידקי אדמה, פטריות ופרוזוה לשגשג, תמיכה ברכיבה תזונתית וגזע אורגני.

יתרונות כלכליים וכלכלה

תדירות השימוש

מוצרים מבוקרים לעתים קרובות דורשים רק יישום יחיד לעונה גדל, בהשוואה לשלושה עד חמישה עבור דשנים מפוכחים קונבנציונליים.זה מתורגם ישירות לחיסכון על דלק, עבודה וציוד ללבוש. עבור חקלאים בקנה מידה גדול, העלות של urea פולימר-קוע עשוי להיות 20–40% גבוה יותר לטון, אבל העלות נטו ליחידת חומרים מזינים זמין נמוך יותר כאשר הפסדים הם אחראים ליישומים פחות, או להפחית את הסיכון של שגיאות או לדלקת במהלך צמיגים.

שיפור Crop Yields ואיכות

זמינות תזונתית סוטנית מונעת מחסור ותנודות רעילות, המוביל לגידול צמחי עקבי יותר.באורז, שחרור חנקן גדל תשואה של 10-15% בהשוואה ליישומים מפוצלים של urea, תוך צמצום לינה (כיוון שצמחים אינם מופרכים יתר על המידה בשלב ה-vegetative של פירות, שחרור מבוקר משפר את הפרי והסוכר.

תאימות לחקלאות

ניסוחים מבוקרים הם שותפים אידיאליים לטכנולוגיה המשתנה (VRT) ומיקום דיוק.איכר יכול ליישם תערובת חד פעמית, ספציפית שדה של חומרים מזינים ממונעים לצד תצפיות, בידיעה שפרופיל השחרור יתאים לעקומת הביקוש של היבול.זה מבטל את הצורך בלבוש צד בעונה, מפשט את הפעולות.

אתגרים ומגבלות

עלויות הייצור ו-Salability

למרות יתרונות ברורים, אימוץ טכנולוגיות שחרור מבוקרות נשאר מוגבל על ידי עלויות גבוהות יותר. Encapsulation ותהליכי ציפוי כרוכים בציוד מיוחד, כימיה מורכבת, בקרת איכות עבור מדים. עבור חקלאים בעלי חיים קטנים רבים, במיוחד במדינות מתפתחות, פרמיה המחירים היא אסרטיבית. מאמצי מחקר להתמקד בשימוש בחומרים ביודידיים זולים יותר (למשל, עמילן, או פסולת חקלאית מחדש) ולהגדיל את תהליכי ציפוי דרך תהליכים מצופים.

התאמת פרופילים להגבלות אמיתיות

עקומות שחרור מעוצבות במעבדה לעתים קרובות נבדלות ממציאות שדה.טמפרטורת סולל, לחות, pH ופעילות מיקרוביאלית כולם משפיעים על ההשפלה של ציפוי פולימר. ציפוי שעובד היטב במזג אוויר אירופה עלול לשחרר מהר מדי בתנאים טרופיים או לאט מדי ביבשות קרות, יבשות זה יכול להוביל לציפוי under Performances או, במקרים מסוימים, זיהום מוגבר אם השחרור אינו מסונכרן עם שכבת יבולים או ירידה מאוחרת של חומרים אלה.

סליחות ו קבלה

Pesticides ו-Freferers בצורות השחרור מבוקרות עשויים לדרוש רישומים חדשים או נתונים נוספים על גורל סביבתי ו ecotoxicity. . Regulatory סוכנויות כמו ארה"ב EPA ונציבות האירופית להעריך את הפוטנציאל וההשפלה של החומרים הציפוי.עבור ספקים המבוססים על biocookility, לעתים קרובות יש מחסור בנתונים ארוכי טווח על הצטברות אדמה והתמוטטות.

כיוונים עתידיים וחדשנות

מערכות שחרור חכמות עם רגישויות סביבתיות

הדור הבא של פורמולות שחרור מבוקרות ישלב פולימרים מגיבים אותות צמחיים או רמזים סביבתיים.לדוגמה, דשן חנקן מכוסה עם הידרוגל רגיש pH, אשר רק נפתח כאשר שורש exudates חומצהify את rhizosphere. או a fungicide כי משחרר רק בנוכחות של אנזימים ספציפיים מפטריות פתוגניות.

ננוטכנולוגיה למשלוח ממוקד

(ננומטרי) מובילי פחמן -dendrimers, meso ⁇ silica nanoparticles, ו- פחמן nanotubes - תחת שליטה חסרת תקדים על פני שטח ושחרור זמני.מערכות אלה יכולות להיות מתופקדות על פני השטח עם ligands מיקוד כי נקשר קולטנים ספציפיים מזיקים או שערות נפרדות (אך ננוקריטריילרים רבים עדיין בשלב המחקר, מוקדם להראות כי ננו-מספקים ב-Flastics) מקיפים את המשתנים ב-Flastics (אך מחסומים) ב-Factatives: 80:2s) הם LT2s (אך LT%:

שילוב עם biostimulants וביולוגיה

המעבר לכיוון ניהול מזיקים משולב וחקלאות רגנרטיבית מעודד שילוב של קלטות סינתטיות עם סוכנים ביולוגיים.לדוגמה, שחרור מבוקר גרנול יכול להכיל גם פטריית גירוד איטי (כגון FLT:0) richodermaphphphphphphFLT:1) ומנה נמוכה של פטריות כי לא מזיק microbe Coencapsulation של חנקן עם פרנספורט יתרום יכול לשפר את החנקן סביבתי.

הערכה מחזור חיים וכלכלה מעגלית

התפתחויות עתידיות ידגישו את כל מחזור החיים של המוצר - החל מיקור חומרי גלם להשפלה לאחר השימוש.ציפוי ביו-דמדן עשויים פוליhydroxyalkanoates או נגזרות צלולות כי הם ניתנים להפרדה באדמה הם עדיפות. חלק מהחברות חוקרות את השימוש בפסולת חקלאית (למשל, husk ash, סוכרcaneasse) כמו מילוי חומרים כדי להפחית את עלויות הייצור.

מסקנה

טכנולוגיות שחרור מבוקרות מייצגות שינוי פרדיגמטי ביישום אגרכימי.על ידי התאמת הזמינות של חומרים מזינים וחומרי הדברה עם הדרישות הביולוגיות של גידולים ומזיקים, מערכות אלה מטשטשות את הנטל הסביבתי של החקלאות המודרנית.הם מפחיתים את ההפוגה, לחנק, תנודתיות, ויצרניות אקולוגיות פחות זמינות, תוך שמירת עבודה, דלק, ועלויות קלט.