Jak pomoci udržet vodu v krajině, zvýšit retenční schopnosti půdy a snížit tak negativní dopady sucha na zemědělství? Na tuto problematiku se zaměřili výzkumníci z Centra polymerních systémů (CPS) zlínské univerzity ve spolupráci s Výzkumným ústavem mlékárenským s.r.o., společností LACRUM Velké Meziříčí s.r.o. a Výzkumným ústavem meliorací a ochrany půdy, v.v.i.
Sucho v krajině se totiž v posledních letech stává stále častěji diskutovaným problémem, jelikož negativně postihuje zejména významné zemědělské oblasti České republiky. A právě hydrogely patří k slibným materiálům, jejichž popularita v zemědělství stále narůstá. „Hydrogely zlepšují kvalitu půdy svou schopností poutat srážkovou či závlahovou vodu a zpřístupňovat ji znovu rostlinám v období sucha. Kromě toho mají vliv na strukturu půdy, podporují mikrobiologickou aktivitu v půdě, zlepšují její kvalitu a stimulují růst rostlin," vysvětluje spoluřešitelka projektu Silvie Duřpeková.
Na trhu jsou již dostupné komerční hydrogely, které jsou většinou na bázi ropných produktů, jejichž biorozložitelnost a nezávadnost je diskutabilní. „Proto se naše výzkumná skupina zabývá vývojem ekologicky-šetrných hydrogelů, které jsou vyrobeny z čistě přírodních, plně rozložitelných, běžně dostupných a nízkonákladových surovin, které nezatěžují životní prostředí. Jejich využití přinese tedy jak ekologické, tak i ekonomické výhody," popisuje prof. Vladimír Sedlařík, garant výzkumné skupiny Environmentální technologie, která na výzkumu pracuje.
Hlavní složkou hydrogelu je kyselá syrovátka, která je v současnosti ekonomicky obtížně využitelná. Vzniká jako vedlejší produkt při výrobě čerstvých sýrů a tvarohu. Odhaduje se, že téměř 50 % vyprodukované syrovátky je dále nevyužito a vzhledem k obtížné likvidaci představuje zátěž pro životní prostředí. „Použitím kyselé syrovátky pro výrobu hydrogelů lze minimalizovat vznik odpadu a zároveň lze přispět ke zvýšení dostupnosti živin v půdě pro rostliny, a to díky vysokému obsahu minerálních látek obsažených v syrovátce," doplňuje Silvie Duřpeková.
Vliv sucha má poměrně široký negativní rozsah na kvalitu půdy. Nejčastěji se jedná o snížení retenční kapacity zemědělské půdy a snížení její produkční schopnosti, dále snížení biodiverzity či náchylnost půdy ke zhutňování. Podle aktuálních výzkumů se od roku 1950 snížila retenční kapacita půdy v České republice přibližně o 40 %. Degradace půdního fondu vlivem sucha také vysoce zvyšuje náchylnost půdy k následné vodní či větrné erozi. Možnosti řešení tohoto problému spočívají nejen v komplexním přístupu k hospodaření s půdním fondem, vodními zdroji, ale také využitím materiálů a technologií podporující udržení a obnovu kvality půdy.
Smícháním syrovátky a derivátů celulózy vzniká tuhý gel, který se za použití dalších vybraných přírodních a netoxických látek a následném vysušení přemění na hydrogel se stabilní 3D síťovanou strukturou. Po aplikaci a kontaktu s vodou je pak schopen pojmout a zadržet mnohonásobné množství vody k jeho původní hmotnosti a postupně vodu uvolňovat v případě jejího nedostatku. Hydrogel má schopnost vázat vodu opakovaně, tzn. po jeho vysušení je opět znovu schopen vodu absorbovat a v období sucha ji opět zpřístupnit rostlinám. „Díky této vlastnosti, zkoušíme hydrogely obohatit také o další organické látky potřebné pro růst rostlin jako například hnojiva, které by byly postupně uvolňovány do půdy a zajistily by přísun živin rostlinám po delší čas," dodává Silvie Duřpeková.
„K ověření účinnosti hydrogelu a jeho použitelnosti v zemědělství jsou v našich laboratořích testovány jeho fyzikálně-chemické vlastnosti, schopnost absorpce a reabsorpce vody za různých podmínek, dále je hodnocena retenční schopnost hydrogelu v půdě včetně schopnosti postupného uvolňování hnojiv do půdy, jeho degradace v půdním prostředí a v neposlední řadě je také hodnocen vliv aplikace hydrogelu na růst vybraných rostlin," uvádí prof. Vladimír Sedlařík.
V praxi je použití velmi snadné. Hydrogely lze připravit v podobě prášku, krystalků, nebo granulí, které se aplikují do půdy před setbou rozmetáním či zaoráním do hloubky přibližně 20 cm. Využití najde také v zahradnictví, či na vlastních zahrádkách při výsadbách sazenic zeleniny, květin nebo stromků, kdy se se malé množství přidá přímo ke kořenovému balu rostlin nebo smíchá s pěstebním substrátem, do kterého jsou následně rostliny vysazeny.
Dosavadní výsledky ukazují, že pomocí aplikace syrovátkového hydrogelu lze přispět ke zvýšení retenční kapacity půdy o 30 - 40 % a zadržení dešťové nebo závlahové vody v půdě až o 50 % déle v porovnání s půdou bez hydrogelu. Má rovněž pozitivní vliv na růst rostlin, zejména při nedostatku vody. Tyto slibné pozitivní vlastnosti mohou v praxi napomoci k udržitelnému hospodaření s přírodními zdroji, efektivnějšímu využívání odpadů a zlepšení kvality půdy.
Příprava syrovátkových hydrogelů je v posledních fázích vývoje, momentálně probíhá testování jejich účinnosti a ve spolupráci s Výzkumným ústavem meliorací a ochrany půdy se již zkouší přímo na polích. Projekt bude ukončen v roce 2023.