تمر البذور خلال مرحلة الإنبات بواحدة من أكثر المراحل حساسية في الدورة الزراعية: فهي تحتاج إلى الماء باستمرار، وفي الوقت نفسه، يجب أن تواجه... مبيدات الأعشاب والمواد الكيميائية الأخرى الموجودة في البيئةفي هذا السيناريو، تؤدي حالات الفشل في الأيام القليلة الأولى من عمر النبات إلى إعادة الزراعة، وتكاليف إضافية، وخسائر في المحصول؛ ولهذا السبب فهو مفيد تعلم كيفية حماية البذور التي تم إنباتها حديثًا.
ولمواجهة هذا التحدي، قامت العديد من المعاهد ضمن شبكة فراونهوفر، كجزء من مشروع SeedPlus، بتطوير طلاء بذور متعدد الوظائف وقابل للتحلل الحيوي فهي لا تعمل كحاجز وقائي فحسب، بل ترافق الشتلة أيضًا في مراحلها المبكرة، حيث توفر الماء وتقلل من تأثير مبيدات الأعشاب دون ترك بقايا بلاستيكية في التربة.
ما هو الطلاء القابل للتحلل الحيوي SeedPlus وما الذي يجعله مختلفًا؟
يعتمد هذا المفهوم، الذي روج له معهد فراونهوفر للتكنولوجيا الكيميائية (ICT)، بالتعاون مع معاهد الهندسة الدقيقة والأنظمة الدقيقة (IMM) ومعاهد البيولوجيا الجزيئية والبيئة التطبيقية (IME)، على غلاف بذور متعدد الطبقات وقابل للتحلل الحيوي بالكامل، مصممة لضمان إنبات أكثر استقرارًا حتى في ظل الظروف البيئية المعاكسة، مثل حالات الجفاف العرضية أو وجود مبيدات الأعشاب في التربة.
الميزة الفريدة لهذه التقنية هي أنها تجمع بين وظيفتين أساسيتين في نظام واحد: دعم المياه والحماية الانتقائية ضد مبيدات الأعشاببمعنى آخر، يتم تغليف البذرة في مادة يمكنها تخزين كميات كبيرة من الماء وإطلاقها تدريجياً، بينما يعمل غشاء خاص على تخفيف تأثير منتجات حماية النبات دون إعاقة الإنبات.
ووفقًا لفريق البحث، فإن هذا الطلاء يتكون من طبقات متعددة ذات سماكة قابلة للتعديل تتكيف هذه البذور مع نوعها وحجمها، مما يسمح بتخصيص شكلها وتركيبها حسب المحصول، وهو أمر بالغ الأهمية للزراعة الأوروبية، حيث تتعايش فيها محاصيل متنوعة، من محاصيل واسعة الانتشار مثل بنجر السكر إلى أنواع أكثر حساسية؛ مع العلم بـ أنواع البذور يساعد ذلك في تعديل هذا التخصيص.
كما أن نهج SeedPlus يتميز بالكفاءة في استخدام الموارد. فمن خلال العمل مباشرة على كل بذرة، يتم استخدام الماء والحماية فقط عند الحاجة.وهذا يفتح الباب أمام تقليل الكمية الإجمالية للمبيدات وتحسين كفاءة استخدام المدخلات في الحقل.
كيف يعمل: دعم مائي وحماية من مبيدات الأعشاب
إحدى السمات الرئيسية لطلاء SeedPlus القابل للتحلل الحيوي هي وظيفة تخزين وإدارة المياهتستطيع المصفوفة البوليمرية المحيطة بالبذرة الاحتفاظ بكمية من الماء أكبر بكثير من وزنها وإطلاقها تدريجياً إلى الشتلة، وهو أمر مفيد بشكل خاص في فترات هطول الأمطار غير المنتظمة أو في التربة ذات القدرة المنخفضة على الاحتفاظ بالماء.
يُعد هذا السلوك مثيرًا للاهتمام بشكل خاص في سياقات مثل السياق الأوروبي، حيث أصبحت أشهر الربيع أكثر جفافاً.في ألمانيا، على سبيل المثال، شهد شهرا مارس وأبريل في السنوات الأخيرة فترات جفاف شديدة، مما تسبب في ذبول الشتلات قبل أن تُكوّن نظامًا جذريًا قويًا. ويمكن أن يُحدث استخدام طبقة من النشارة تُوصل الماء بشكل مُوجّه فرقًا كبيرًا بين زراعة ناجحة وموسم مليء بالخسائر.
بالتوازي مع ذلك، يشتمل النظام على غشاء واقٍ انتقائي ضد مبيدات الأعشابتحتوي هذه الطبقة على مواد ماصة، مثل الكربون المنشط، والتي تعمل كمرشح: فهي تقلل من تعرض الشتلات لمبيدات الأعشاب الموجودة في البيئة دون حجب المنتج تمامًا أو التدخل في الإنبات.
والنتيجة هي أن البذور المغلفة أكثر مقاومة لتأثير معالجات مبيدات الأعشاب المستخدمة لمكافحة الأعشاب الضارة، وهو جانب بالغ الأهمية في الزراعة المكثفة والمحاصيل الحساسةوبهذه الطريقة، يمكن الحفاظ على فعالية مكافحة الأعشاب الضارة مع تقليل الأضرار الجانبية التي تلحق بالنباتات الصغيرة.
إن هذا المزيج من دعم المياه والحماية الكيميائية لا يحسن فقط من فرص بقاء المحاصيل في البداية، بل يسمح أيضاً أعد النظر في جرعة ووتيرة استخدام المبيدات الحشريةيتماشى هذا تمامًا مع الاستراتيجيات الأوروبية للحد من استخدام المواد الكيميائية في الزراعة، بما في ذلك النهج المتبعة في البستنة الخالية من المواد الكيميائية.
مواد قابلة للتحلل الحيوي وغياب تام للمواد البلاستيكية الدقيقة
من أبرز جوانب هذا الطلاء اختيار المواد المستخدمة. على عكس الحلول التقليدية التي تعتمد على البوليمرات الاصطناعية ومكونات أخرى تتحول في النهاية إلى... اللدائن الدقيقة المستمرة في التربةيعتمد نهج SeedPlus بشكل حصري على تركيبات من أصل طبيعي.
استبدل الباحثون البوليمرات الاصطناعية بـ مخاليط من السكريات المتعددة والبروتينات والمطاط الطبيعي والمواد غير العضوية المساميةوتشمل هذه المكونات الكربون المنشط. وقد تم اختبار تركيبات مختلفة من هذه المكونات لإيجاد تركيبات بديلة توفر أفضل توازن بين قدرة الاحتفاظ بالماء، والحماية من مبيدات الأعشاب، والإنبات الجيد.
وبما أن المواد قابلة للتحلل الحيوي، فإن الطلاء يتحلل بطريقة مضبوطة في التربة بعد إتمام وظيفتها، دون ترك نفايات إشكالية أو المساهمة في تراكم البلاستيك في المناطق الزراعية، مما يساعد أيضاً على تحسين تربة الحديقة بشكل طبيعي.
ولضمان عدم تسبب هذه المواد الجديدة في مخاطر خفية، أطلق معهد فراونهوفر لهندسة المواد والميكانيكا منصة فحص السمية البيئيةقبل تغليف البذور، يتم تقييم مكونات الطلاء بشكل منفصل في الكائنات النموذجية من النظم البيئية المائية والبرية، مع اختبارات محددة طويلة الأجل لقابلية التحلل.
وبهذه الطريقة، يتم التحقق من أن المواد لا تسبب آثارًا ضارة على حيوانات التربة أو المياه السطحية، وهو أمر لم يؤخذ في الاعتبار في العديد من الطلاءات التقليدية إلا فيما يتعلق بمعايير الأداء الزراعي.
العمليات الصناعية للتغليف والتكيف مع المحاصيل المختلفة
لا تقتصر التقنية التي طورتها شركة SeedPlus على طريقة تغليف واحدة. فبحسب نوع البذور وحجمها، تُستخدم طرق مختلفة. عمليات التغليف الصناعية المختلفة مما يسمح بتعديل سمك الطبقات وتوسيع نطاق الإنتاج.
أولا، عملية الطبقة المميعة يُستخدم هذا النظام للبذور الحساسة للغاية. في هذا النظام، تُحفظ البذور معلقةً في الهواء بواسطة تيار غازي أثناء رش مواد التغليف عليها. يتيح ذلك تحكمًا دقيقًا للغاية في سُمك الطبقة، وهو أمر بالغ الأهمية لتحقيق التوازن الدقيق بين الحماية وقدرة الإنبات.
بالنسبة للأحجام الكبيرة والمحاصيل التي تتطلب كميات كبيرة من البذور المعالجة، يتم تطبيق ما يلي: طلاء البراميلفي هذه العملية، تُحرّك البذور داخل أسطوانة دوارة بينما تُضاف تركيبات التغليف تدريجياً. والنتيجة هي طبقة تغليف متجانسة مناسبة للإنتاج بكميات كبيرة، مما يُسهّل دمج هذه التقنية في سلاسل توريد البذور التجارية.
عند العمل مع البذور الصغيرة جدًا، يختار الباحثون... طريقة المعالجة الكيميائية الرطبة للسطحتُغمر البذور في بنية الطلاء السائل، وبعد فترة من التعرض، تُترك لتصفى وتجف حتى تتشكل الطبقة الواقية. تتيح هذه الطريقة تغليفًا فعالًا للبذور التي يصعب معالجتها بطرق أخرى نظرًا لحجمها، وتُستكمل بتقنيات مُطبقة في أحواض البذور المحمية.
تتيح مرونة هذه العمليات إمكانية تكييف الطلاء مع محاصيل ذات أهمية استراتيجية في أوروبا، مثل بنجر السكر، بالإضافة إلى الأنواع التي يمكن أن تلعب دورًا مهمًا في الانتقال إلى المواد الخام المتجددة، مثل الهندباء الروسية، المستخدمة في الأبحاث المتعلقة بإنتاج المطاط الطبيعي.
نتائج البيوت الزجاجية والحقول: زيادة في الإنبات تصل إلى 58%
وللتحقق من الفعالية الفعلية للطلاء القابل للتحلل الحيوي، قامت فرق فراونهوفر بإجراء تجارب أجريت في البيوت الزجاجية وفي الظروف الخارجيةتم استخدام بذور الهندباء الروسية وبذور الشمندر السكري كنماذج، حيث تمت مقارنة الدفعات المغلفة بالبذور غير المعالجة.
تُظهر البيانات التي تم الحصول عليها أنه مع التركيبات المختارة، فإن يمكن أن يرتفع معدل الإنبات بنسبة تصل إلى 58% مقارنة بالبذور التقليدية.هذه الزيادة تعني عملياً تقليل الحاجة إلى إعادة البذر، وإنبات أكثر انتظاماً، وتجانساً أكبر للمحصول - وهي عوامل أساسية لتخطيط ممارسات الري والتسميد ومكافحة الأعشاب الضارة؛ كما أنها تساعد على تقليل مشاكل في إنبات البذور.
بالإضافة إلى الإنبات، قام الباحثون بتحليل الجوانب اللوجستية مثل سعة تخزين البذور المغلفة وتوافقها مع الآلات الزراعية القياسية. بعبارة أخرى، تم التحقق من إمكانية التعامل مع هذه البذور وتوزيعها وزراعتها باستخدام المعدات الموجودة، دون الحاجة إلى تغييرات جذرية في آلات البذر أو أساليب عمل المزارعين.
في الوقت نفسه، أتاحت منصة التقييم الإيكولوجي السمي المذكورة آنفاً تحديد تركيبات الطلاء التي تجمع بين الأداء الزراعي الجيد و سلامة بيئية مثبتةباستثناء تلك التي، على الرغم من أنها تعمل بشكل جيد في الإنبات، إلا أنها تشكل بعض المخاطر المحتملة على الكائنات الحية في التربة أو الماء.
يشير هذا النهج برمته، بدءًا من تصميم المواد وحتى الاختبارات الواقعية، إلى تقنية مصممة لـ للانتقال من المختبر إلى الميدانوهذا أمر لا يحدث دائماً مع الابتكارات في طلاء البذور.
التأثير المحتمل على الزراعة والبيئة الأوروبية
إن استخدام طلاء قابل للتحلل الحيوي ومتعدد الوظائف مثل SeedPlus له آثار تتجاوز المحصول الفردي. فعلى مستوى النظام الزراعي، يمكن أن يساهم في تقليل استخدام المبيدات الحشريةتحسين كفاءة استخدام المياه والحد من مصادر التلوث الصامتة، مثل الجزيئات البلاستيكية الدقيقة من المصادر الزراعية.
من خلال حماية البذور محليًا وتوفير المياه بدقة حيثما دعت الحاجة، تقل الحاجة إلى المعالجات الحقلية واسعة النطاق، وما يترتب على ذلك من نتائج انخفاض في الحمل الكيميائي المنتشر في البيئةيتماشى هذا مع الأهداف التي حددها الاتحاد الأوروبي فيما يتعلق بتقليل استخدام منتجات وقاية النباتات والانتقال إلى أنظمة إنتاج أكثر استدامة، مثل حدائق عضوية.
وفي الوقت نفسه، يمكن أن تساعد إدارة المياه المحسّنة التي يوفرها الطلاء المحاصيل على تحمل الظروف بشكل أفضل. فترات جفاف قصيرة أو هطول أمطار غير منتظمةهذا واقعٌ يزداد شيوعاً في مناطق مختلفة من إسبانيا وبقية أوروبا. ويُعدّ استقرار الإنبات خلال مواسم النمو الصعبة عاملاً يُمكن أن يؤثر بشكل مباشر على أمن الإنتاج.
كما أن الاستبعاد التام للبوليمرات الاصطناعية لصالح المواد القابلة للتحلل الحيوي يعالج مشكلة، وإن لم تكن واضحة للعيان، إلا أنها تكتسب أهمية متزايدة على الأجندة البيئية: تراكم جزيئات البلاستيك في التربة الزراعيةمن خلال عدم توليد الجزيئات البلاستيكية الدقيقة، يتجنب هذا النوع من الطلاء إضافة ضغط على النظم البيئية التي تخضع بالفعل للاستخدام المكثف.
وأخيرًا، إذا تحسنت قدرة البذور على الإنبات وأصبحت المحاصيل أكثر مقاومة، فإن الحاجة إلى توسيع الأراضي الزراعية للحفاظ على مستويات الإنتاج تقل. وهذا يعني تقليل الضغط على النظم البيئية الطبيعية والمناطق ذات القيمة البيئية العاليةوهذا الأمر ذو أهمية خاصة في المناطق الأوروبية حيث تتعايش الأراضي الصالحة للزراعة والمناطق المحمية على مقربة من بعضها البعض.
بشكل عام، تبرز هذه الطبقة الواقية للبذور القابلة للتحلل الحيوي كأداة قادرة على تحسين المراحل الأولية للزراعة، وتعزيز استقرار المحاصيل، والحد من الأثر البيئي المرتبط بالزراعة، وذلك من خلال دمجها في حل واحد. إدارة المياه، والحماية من مبيدات الأعشاب، وإزالة الجزيئات البلاستيكية الدقيقةهذه جوانب تقع في صميم النقاش حول مستقبل الزراعة في أوروبا.
