Während der Keimung durchlaufen die Samen eine der heikelsten Phasen des landwirtschaftlichen Zyklus: Sie benötigen ständig Wasser und müssen gleichzeitig mit folgenden Einflüssen zurechtkommen: Herbizide und andere in der Umwelt vorhandene ChemikalienIn diesem Szenario führen Fehler in den ersten Lebenstagen der Pflanze zu Nachpflanzungen, zusätzlichen Kosten und Ertragsverlusten; deshalb ist es nützlich Lerne, wie du frisch gekeimte Samen schützen kannst..
Um dieser Herausforderung zu begegnen, haben mehrere Institute innerhalb des Fraunhofer-Netzwerks im Rahmen des SeedPlus-Projekts ein System entwickelt. Multifunktionale und biologisch abbaubare Saatgutbeschichtung Sie dient nicht nur als Schutzbarriere, sondern begleitet den Sämling auch in seinen frühen Stadien, versorgt ihn mit Wasser und reduziert die Auswirkungen von Herbiziden, ohne Plastikrückstände im Boden zu hinterlassen.
Was ist die biologisch abbaubare SeedPlus-Beschichtung und wodurch unterscheidet sie sich von anderen Beschichtungen?
Das vom Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) gemeinsam mit den Instituten für Mikrotechnik und Mikrosysteme (IMM) und Molekularbiologie und Angewandte Ökologie (IME) entwickelte Konzept basiert auf einem mehrschichtige, vollständig biologisch abbaubare Saatgutbeschichtung, entwickelt, um eine stabilere Keimung auch unter widrigen Umweltbedingungen wie gelegentlichen Dürreperioden oder dem Vorhandensein von Herbiziden im Boden zu gewährleisten.
Das Besondere an dieser Technologie ist, dass sie zwei wesentliche Funktionen in einem einzigen System vereint: Wasserversorgung und selektiver Schutz vor HerbizidenMit anderen Worten: Der Samen wird in eine Matrix eingebettet, die große Mengen Wasser speichern und diese nach und nach wieder abgeben kann, während eine spezielle Membran die Wirkung von Pflanzenschutzmitteln abschwächt, ohne die Keimung zu behindern.
Laut dem Forschungsteam besteht diese Beschichtung aus: mehrere Schichten mit einstellbarer Dicke die sich an Art und Größe des Saatguts anpassen. Dies ermöglicht die individuelle Anpassung von Form und Zusammensetzung je nach Kulturpflanze, was insbesondere für die europäische Landwirtschaft relevant ist, wo von ertragreichen Kulturen wie Zuckerrüben bis hin zu empfindlicheren Arten alles nebeneinander existiert; die Kenntnis der Arten von Samen Es hilft dabei, diese Anpassung vorzunehmen.
Der Ansatz von SeedPlus ist zudem ressourcenschonend. Indem direkt auf jedes einzelne Samenkorn eingewirkt wird, Wasser und Schutz werden nur dort eingesetzt, wo sie benötigt werden.Dies eröffnet die Möglichkeit, die Gesamtmenge an Pestiziden zu reduzieren und die Effizienz des Inputeinsatzes auf dem Feld zu verbessern.
So funktioniert es: Wasserversorgung und Herbizidschutz
Eine der wichtigsten Eigenschaften der biologisch abbaubaren SeedPlus-Beschichtung ist ihre Wasserspeicher- und -managementfunktionDie den Samen umgebende Polymermatrix ist in der Lage, eine Wassermenge zu speichern, die weit über ihrem Eigengewicht liegt, und diese nach und nach an den Sämling abzugeben. Dies ist besonders nützlich in Zeiten unregelmäßiger Regenfälle oder auf Böden mit geringer Wasserspeicherkapazität.
Dieses Verhalten ist besonders interessant in Kontexten wie dem europäischen, wo Die Frühlingsmonate werden zunehmend trockener.In Deutschland beispielsweise fielen die Niederschläge im März und April der letzten Jahre sehr gering, wodurch die Sämlinge welkten, bevor sie ein stabiles Wurzelsystem entwickeln konnten. Eine Mulchschicht, die Wasser gezielt abgibt, kann den entscheidenden Unterschied zwischen einer erfolgreichen Pflanzung und einer Saison mit erheblichen Verlusten ausmachen.
Parallel dazu beinhaltet das System ein Selektive Schutzmembran gegen HerbizideDiese Schicht enthält Adsorptionsmittel wie Aktivkohle, die als Filter wirken: Sie verringern die Exposition des Sämlings gegenüber in der Umgebung vorhandenen Herbiziden, ohne das Produkt vollständig zu blockieren oder die Keimung zu beeinträchtigen.
Das Ergebnis ist, dass umhülltes Saatgut resistenter gegen die Wirkung von Herbiziden ist, die zur Unkrautbekämpfung eingesetzt werden – ein entscheidender Aspekt bei Intensive Landwirtschaft und empfindliche NutzpflanzenAuf diese Weise kann die Wirksamkeit der Unkrautbekämpfung aufrechterhalten werden, während gleichzeitig Kollateralschäden an Jungpflanzen minimiert werden.
Diese Kombination aus Wasserversorgung und chemischem Schutz verbessert nicht nur das anfängliche Überleben der Pflanzen, sondern ermöglicht auch Überdenken Sie die Dosierung und Häufigkeit der Anwendung von Pestiziden.Dies deckt sich perfekt mit den europäischen Strategien zur Reduzierung der Chemikalienbelastung in der Landwirtschaft, einschließlich Ansätzen zur chemiefreies Gärtnern.
Biologisch abbaubare Materialien und völlige Abwesenheit von Mikroplastik
Einer der interessantesten Aspekte dieser Beschichtung ist die Materialwahl. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lösungen, die auf synthetischen Polymeren und anderen Komponenten basieren, die sich mit der Zeit zersetzen, … persistente Mikroplastikpartikel im BodenSeedPlus setzt bei seinem Ansatz ausschließlich auf Rezepturen natürlichen Ursprungs.
Die Forscher haben die synthetischen Polymere durch … ersetzt. Mischungen aus Polysacchariden, Proteinen, Naturkautschuken und porösen anorganischen MaterialienDazu gehört Aktivkohle. Verschiedene Kombinationen dieser Inhaltsstoffe wurden getestet, um alternative Zusammensetzungen zu finden, die das beste Gleichgewicht zwischen Wasserspeicherkapazität, Herbizidschutz und guter Keimung bieten.
Da die Materialien biologisch abbaubar sind, die Beschichtung zersetzt sich kontrolliert im Boden Nachdem es seine Funktion erfüllt hat, ohne problematische Abfälle zu hinterlassen oder zur Ansammlung von Kunststoffen in landwirtschaftlichen Gebieten beizutragen, was auch dazu beiträgt, Gartenboden auf natürliche Weise verbessern.
Um sicherzustellen, dass diese neuen Materialien keine versteckten Risiken bergen, hat das Fraunhofer IME Institut Folgendes ins Leben gerufen: eine ökotoxikologische Screening-PlattformVor der Verkapselung der Samen werden die Beschichtungskomponenten separat an Modellorganismen aus aquatischen und terrestrischen Ökosystemen mit spezifischen Langzeit-Abbaubarkeitstests geprüft.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Materialien keine negativen Auswirkungen auf die Bodenfauna oder Oberflächengewässer haben, was bei vielen herkömmlichen Beschichtungen jenseits der Parameter der agronomischen Leistung kaum Beachtung fand.
Industrielle Verkapselungsprozesse und Anpassung an verschiedene Nutzpflanzen
Die bei SeedPlus entwickelte Technologie beschränkt sich nicht auf ein einziges Beschichtungsverfahren. Je nach Art und Größe des Saatguts kommen unterschiedliche Verfahren zum Einsatz. verschiedene industrielle Verkapselungsverfahren wodurch die Dicke der Schichten angepasst und die Produktion gesteigert werden kann.
Erstens, die Wirbelschichtverfahren Es eignet sich besonders für empfindliches Saatgut. Dabei werden die Samen durch einen Gasstrom in der Schwebe gehalten, während die Beschichtungsmaterialien aufgesprüht werden. Dies ermöglicht eine sehr präzise Kontrolle der Schichtdicke, was entscheidend ist, um ein optimales Gleichgewicht zwischen Schutz und Keimfähigkeit zu erreichen.
Für große Mengen und Kulturen, die große Mengen an behandeltem Saatgut benötigen, wird Folgendes angewendet: TrommelbeschichtungBei diesem Verfahren werden die Samen in einer rotierenden Trommel gerührt, während die Beschichtungsformulierungen schrittweise zugegeben werden. Das Ergebnis ist eine gleichmäßige Beschichtung, die sich für die Massenproduktion eignet und die Integration der Technologie in kommerzielle Saatgutlieferketten erleichtert.
Bei der Arbeit mit sehr kleinen Samen entscheiden sich Forscher für die Nasschemisches OberflächenverfahrenDie Samen werden in die flüssige Beschichtungsstruktur eingetaucht und nach einer Einwirkzeit abtropfen und trocknen gelassen, bis sich die Schutzschicht bildet. Dieses Verfahren ermöglicht die effektive Umhüllung von Samen, die aufgrund ihrer Größe mit anderen Methoden schwer zu behandeln sind, und wird durch angewandte Techniken ergänzt. geschützte Saatbeete.
Die Flexibilität dieser Verfahren ermöglicht es, die Beschichtung anzupassen an strategisch wichtige Nutzpflanzen in Europa, wie beispielsweise Zuckerrüben, sowie Arten, die eine wichtige Rolle beim Übergang zu nachwachsenden Rohstoffen spielen können, wie etwa der russische Löwenzahn, der in der Forschung im Zusammenhang mit der Herstellung von Naturkautschuk verwendet wird.
Ergebnisse aus Gewächshaus und Freilandversuchen: bis zu 58 % höhere Keimung
Um die tatsächliche Wirksamkeit der biologisch abbaubaren Beschichtung zu überprüfen, haben die Teams des Fraunhofer-Instituts folgende Untersuchungen durchgeführt: Versuche sowohl in Gewächshäusern als auch unter FreilandbedingungenAls Modelle wurden russische Löwenzahn- und Zuckerrübensamen verwendet, wobei beschichtete Chargen mit unbehandelten Samen verglichen wurden.
Die gewonnenen Daten zeigen, dass mit den ausgewählten Formulierungen die Die Keimungsrate kann im Vergleich zu herkömmlichem Saatgut um bis zu 58 % erhöht werden.Diese Steigerung bedeutet in der Praxis weniger Nachsaatbedarf, gleichmäßigeren Feldaufgang und größere Homogenität der Kulturpflanzen – Schlüsselfaktoren für die Planung von Bewässerung, Düngung und Unkrautbekämpfung; sie trägt außerdem zur Reduzierung bei Probleme beim Keimen Ihrer Samen.
Neben der Keimung haben die Forscher auch logistische Aspekte analysiert, wie zum Beispiel Speicherkapazität von beschichteten Samen und ihre Kompatibilität mit gängigen Landmaschinen. Anders ausgedrückt: Es wurde nachgewiesen, dass diese Samen mit vorhandenen Geräten gehandhabt, dosiert und ausgesät werden können, ohne dass grundlegende Änderungen an den Sämaschinen oder den Arbeitsmethoden der Landwirte erforderlich sind.
Parallel dazu hat die zuvor erwähnte ökotoxikologische Bewertungsplattform es ermöglicht, Beschichtungsformulierungen zu identifizieren, die gute agronomische Eigenschaften mit folgenden Eigenschaften kombinieren: nachgewiesene UmweltsicherheitAusgenommen sind solche, die zwar bei der Keimung gut funktionieren, aber ein potenzielles Risiko für Boden- oder Wasserorganismen darstellen.
Dieser gesamte Ansatz, von der Materialentwicklung bis hin zu Praxistests, deutet auf eine Technologie hin, die für Folgendes konzipiert wurde: den Sprung vom Labor zum Feld schaffen, was bei Innovationen im Bereich der Saatgutbeschichtungen nicht immer der Fall ist.
Mögliche Auswirkungen auf die europäische Landwirtschaft und die Umwelt
Der Einsatz einer biologisch abbaubaren und multifunktionalen Beschichtung wie SeedPlus hat Auswirkungen, die über die einzelne Kulturpflanze hinausgehen. Auf Ebene des landwirtschaftlichen Betriebs kann er dazu beitragen, den Einsatz von Pestiziden reduzieren, die Wassereffizienz zu verbessern und stille Verschmutzungsquellen wie Mikroplastik aus landwirtschaftlichen Quellen einzudämmen.
Durch den lokalen Schutz des Saatguts und die gezielte Bewässerung wird der Bedarf an großflächigen Feldbehandlungen reduziert, mit den folgenden Konsequenzen: Verringerung der in der Umwelt verteilten chemischen BelastungDies steht im Einklang mit den Zielen der Europäischen Union hinsichtlich der Reduzierung von Pflanzenschutzmitteln und des Übergangs zu nachhaltigeren Produktionssystemen, wie beispielsweise der Bio-Gärten.
Parallel dazu kann die verbesserte Wasserregulierung durch die Beschichtung dazu beitragen, dass die Pflanzen den Bedingungen besser standhalten. Episoden kurzer Dürre oder unregelmäßiger RegenfälleDies ist eine zunehmend verbreitete Realität in verschiedenen Regionen Spaniens und des übrigen Europas. Eine höhere Keimungsstabilität während schwieriger Wachstumsperioden ist ein Faktor, der die Produktionssicherheit direkt beeinflussen kann.
Die vollständige Abschaffung synthetischer Polymere zugunsten biologisch abbaubarer Materialien trägt auch zur Lösung eines Problems bei, das zwar nicht sehr sichtbar ist, aber auf der Umweltagenda zunehmend an Bedeutung gewinnt: Ansammlung von Plastikpartikeln in landwirtschaftlichen BödenDa bei dieser Art von Beschichtung keine Mikroplastikpartikel entstehen, wird eine zusätzliche Belastung für bereits intensiv genutzte Ökosysteme vermieden.
Schließlich verringert sich durch eine bessere Keimung der Samen und eine höhere Widerstandsfähigkeit der Nutzpflanzen der Bedarf an einer Ausweitung der landwirtschaftlichen Nutzfläche zur Aufrechterhaltung des Produktionsniveaus. Dies bedeutet geringerer Druck auf natürliche Ökosysteme und Gebiete von hohem ökologischen WertDies ist besonders relevant in europäischen Regionen, in denen Ackerland und Schutzgebiete in unmittelbarer Nähe zueinander existieren.
Insgesamt erweist sich diese biologisch abbaubare Saatgutbeschichtung als ein Instrument, das die Anfangsphasen des Anbaus verbessern, die Stabilität der Pflanzen stärken und die mit dem Anbau verbundenen Umweltauswirkungen reduzieren kann, indem es dies in einer einzigen Lösung integriert. Wassermanagement, Schutz vor Herbiziden und die Entfernung von MikroplastikDies sind Aspekte, die im Mittelpunkt der Debatte über die Zukunft der Landwirtschaft in Europa stehen.
