Nawozy zawierają substancje odżywcze, które przenikają do gleby, a następnie są wchłaniane przez rośliny wspomagając ich wzrost i rozwój. W przypadku standardowych nawozów szybko dochodzi do rozpuszczenia się ich w glebie i wtedy, niedługo po ich zaaplikowaniu, stężenie tych substancji jest najwyższe. Dość szybko zaczyna jednak gwałtowanie spadać. Aby utrzymać ich podwyższony poziom konieczne jest ponowne zaaplikowanie nawozu, ale tego cyklu nie można powtarzać zbyt często, bo ciągle nawożona gleba stopniowo ulega degradacji – nadmiernie wzrasta zasolenie oraz dochodzi do zaburzenia jej równowagi chemicznej, przez co wkrótce gleba nie nadaje się do uprawy. Stąd pojawiło się zapotrzebowanie na stworzenie nowocześniejszych nawozów, które pozwoliłyby na wydajniejsze nawożenie roślin. Takie rozwiązania są szczególnie cenne w dobie zmian klimatycznych, kiedy warunki sprzyjające uprawie konkretnych roślin ulegają zmianie i negatywnie wpływają na ilość i jakość plonów.

Jedną z grup takich nawozów są nawozy o kontrolowanym czasie uwalniania – ich podstawową zaletą jest zdolność do utrzymywania względnie stałego stężenia pożądanych substancji przez dłuższy czas. Aby to osiągnąć substancje odżywcze zamyka się w specjalnych materiałach, które dzięki swojej budowie lub stopniowej degradacji powoli uwalniają składniki. Dzięki temu ich stężenie dłużej utrzymuje się na podwyższonym poziomie i mogą służyć roślinom przez dłuższy okres, sprzyjając ich równomiernemu wzrostowi. Tym samym, rośliny mogą pobrać te same ilości potrzebnych substancji przy dostarczeniu mniejszej ilości nawozu, co jest bardzo korzystne dla stanu gleby, która dzięki temu wolniej ulega procesom degradacji i może dłużej służyć roślinom. Dodatkowo przynosi to korzyść rolnikom, którzy rzadziej muszą ją nawozić.

Nad opracowaniem tego typu nawozów pracuje mgr inż. Ewa Szczepanik z Wydziału Inżynierii Materiałowej i Ceramiki. Niedawno otrzymała grant NCN na projekt: „Wielofunkcyjne nawozy poprawiające retencję wody w glebie o kontrolowanym czasie uwalniania substancji odżywczych na bazie polimerów pochodzenia naturalnego i niewykorzystywanej wełny owczej”. Główne wyzwanie w opracowaniu nawozów o kontrolowanym czasie uwalniania polega na dobraniu odpowiednich surowców i opracowaniu metody ich połączenia w trwały i funkcjonalny materiał. Kluczowe jest znalezienie optymalnego połączenia między budową nawozu a czasem degradacji – jeśli nawóz nie będzie się rozkładać, substancje odżywcze nie zostaną uwolnione do gleby, ale jeśli będzie robić to zbyt szybko, uwolnią się wszystkie składniki na raz nie zapewniając przewagi nad standardowymi nawozami. Aby osiągnąć pożądany efekt doktorantka planuje jako główny składnik nawozu wykorzystać wełnę owczą w połączeniu z naturalnymi biodegradowalnymi polimerami.

Oczyszczona wełna owcza wykazuje właściwości higroskopijne, dlatego powinna zwiększać zdolność materiału do zatrzymywania wilgoci. Można przypuszczać, że po jej odpowiedniej obróbce nawozy ją zawierające będą poprawiać retencję wody w glebie, co jest szczególnie istotne, gdy jej dostępność jest ograniczona.

– Część substancji odżywczych jest dostarczana przez wełnę i dopiero wraz z degradacją tej osnowy polimerowej i degradacją tego włókna te składniki będą stopniowo się uwalniać. Czyli substancje odżywcze będą  uwalniane stopniowo, gdy zacznie zanikać osłona, w której tymczasowo się znajdują. To tak, jak z niektórymi lekami o zmodyfikowanym uwalnianiu. Jeśli mamy takie leki, to one nie uwalniają się do organizmu od razu po zażyciu, tylko dzięki zastosowaniu rozpuszczalnej otoczki lub specjalnej matrycy są dostarczane z pewnym opóźnieniem lub przez wydłużony czas – wyjaśnia mgr inż. Ewa Szczepanik.

Choć wełna nadająca się do wykorzystania na rynku tekstylnym, pochodząca m.in. z Nowej Zelandii, Australii czy Chin jest droga i wykorzystywanie jej w nawozach byłoby nieopłacalne, to wełna do nawozów nie musi spełniać aż tak wygórowanych norm. Dla hodowców owiec na potrzeby produkcji mięsnej czy mlecznej wełna jest kłopotliwym odpadem, bo owce muszą być strzyżone, ale ich wełna nie jest produktem, który nadawałby się do produkcji odzieży. Dodatkowo utylizowanie odpadów odzwierzęcych w Unii Europejskiej podlega rygorystycznym regulacjom. Włączenie wełny takiego pochodzenia do nawozów nie tylko nie zawyżyłoby więc ceny produktu, ale także pomogłoby hodowcom pozbyć się odpadu, ograniczając całkowity ślad węglowy nawozów. To dodatkowy atut, który sprawia, że produkt wpisywałby się w założenia gospodarki obiegu zamkniętego.

Zastosowanie nawozów zatrzymujących wilgoć w glebie ma szczególnie duże znaczenie w obliczu zachodzących zmian klimatycznych, gdy często zdarzają się susze, a nawalne deszcze nie zapewniają odpowiedniego nawodnienia. Jeśli spadają na wysuszoną glebę to zamiast głęboko w nią wsiąkać, spływają, przez co nie są w stanie zapewnić jej długotrwałego nawodnienia. Dzięki temu, że nawozy poprawiałyby retencję wody w glebie, nawadnianie nie byłoby potrzebne tak często, więc dodatkowo zużywane byłyby mniejsze ilości wody. Stosowanie nowoczesnych nawozów z wykorzystaniem wełny może okazać się zatem dużo bardziej wydajne – wspomoże rośliny, pozwoli dłużej utrzymać im wilgoć i tym samym pozwoli rolnikom zaoszczędzić czas potrzebny na ich podlewanie.

Doktorantka w pierwszym etapie badań określi właściwości wybranych surowców oraz ich przydatność do zastosowania w nawozach. Następnie wytworzone nawozy zostaną przetestowane w praktyce, w kontrolowanych warunkach – badaczka zasadzi w donicach różne rośliny i będzie analizować podstawowe parametry gleby (tj. pH, jej zasolenie, zawartość składników odżywczych) oraz tempo wzrostu roślin. Dzięki temu będzie mogła porównać skuteczność wytworzonych nawozów ze standardowymi nawozami oraz zwykłą glebą. Co jakiś czas będzie także testować zmiany zachodzące w budowie i strukturze nawozu, by sprawdzić, w jakim tempie degraduje materiał albo jak szybko uwalniają się substancje odżywcze.