Investigation of the Effects of Biodegradable Hydrogel on Paddy Crop Growth

Das durstige Feld und der winzige Schwamm

Stellen Sie sich einen Bauern vor, der in einem Reisfeld steht und in den Himmel blickt. In vielen Teilen der Welt ist der Regen unvorhersehbar; manchmal regnet es zu stark und wäscht alles weg, und ein anderes Mal bleibt er einfach aus, wenn die Pflanzen am durstigsten sind. Dies ist der tägliche Kampf beim Reisanbau in Regionen wie dem subsaharischen Afrika, wo Wasser knapp ist und sich das Wetter verändert. Um dies zu lösen, suchen Wissenschaftler nach Wegen, dem Boden zu helfen, Wasser besser zu speichern – ähnlich wie ein Schwamm Wasser in der Hand hält.

Eines der Werkzeuge, die sie testen, ist ein sogenanntes „Hydrogel“. Stellen Sie sich ein Hydrogel wie einen Super-Schwamm aus Chemikalien vor, der riesige Mengen Wasser aufsaugen kann und es dann langsam an die Pflanzenwurzeln abgibt, wenn diese trocken werden. Normalen Schwämmen zufolge bestehen diese oft aus Erdöl (dem Stoff, aus dem Plastik gemacht wird), was nicht gut für die Umwelt ist, da sie nicht biologisch abbaubar sind. Aber was wäre, wenn wir diese Schwämme aus Dingen herstellen könnten, die wir ohnehin wegwerfen, wie zum Beispiel den Schalen von Maniokwurzeln? Diese Idee kombiniert zwei große Probleme: zu viel Abfall und zu wenig Wasser für die Pflanzen. Wenn wir Müll in ein Werkzeug verwandeln können, das Wasser spart und mehr Lebensmittel anbaut, könnte das für Landwirte überall ein Wendepunkt sein.

Aus Maniokschalen eine wassersparende Superkraft machen

Diese Forschungsarbeit nimmt diese Idee und stellt sie in der realen Welt auf die Probe. Die Wissenschaftler, die am Ruwhiti-Bewässerungssystem in Tansania arbeiteten, wollten sehen, ob ein biologisch abbaubares Hydrogel aus Maniokschalen tatsächlich helfen kann, Reispflanzen besser wachsen zu lassen. Sie haben das Ganze nicht nur im Labor gemischt; sie gingen hinaus auf die Felder und pflanzten Reis mit unterschiedlichen Mengen dieses „Maniok-Schwamms“, um zu sehen, welche Menge am besten funktioniert.

Sie richteten ein Experiment mit vier verschiedenen Gruppen von Reis ein. Eine Gruppe erhielt gar kein Hydrogel (dies ist die „Kontrollgruppe“ oder der Basiswert zum Vergleich). Die anderen drei Gruppen erhielten unterschiedliche Mengen des Maniok-Hydrogels, die in den Boden gemischt wurden: 10 kg/ha, 20 kg/ha und 30 kg/ha. Sie züchteten eine spezifische Reissorte namens TXD 306 und beobachteten deren Leistung über die gesamte Wachstumsperiode.

Die Ergebnisse waren ziemlich spannend. Die Arbeit legt nahe, dass das Hinzufügen des Hydrogels dem Reis tatsächlich geholfen hat. Die Gruppe, die die meiste Menge Hydrogel erhielt – 30 kg/ha – war der klare Gewinner. Diese Reispflanzen erreichten den höchsten Kornertrag von 4.850 kg/ha. Um dies einzuordnen: Die Gruppe ohne Hydrogel produzierte nur 4.300 kg/ha. Das ist ein spürbarer Sprung in der Lebensmittelproduktion, nur durch das Hinzufügen eines wenig Maniokschalenpulver in die Erde.

Aber es ging nicht nur darum, wie viel Reis sie bekamen; es ging auch darum, wie die Pflanzen wuchsen. Der Reis, der mit 30 kg/ha Hydrogel behandelt wurde, hatte mehr „Panikel“ (das sind die Blütenstände, die zu Körnern werden) pro Pflanze, im Durchschnitt 13 Panikel im Vergleich zu 12 in der Kontrollgruppe. Sie hatten auch einen größeren Blattflächenindex (LAI) von 2,29. Man kann sich den LAI als ein Maß dafür vorstellen, wie viel grüne Blattoberfläche die Pflanze hat, um Sonnenlicht einzufangen. Mehr Blätter bedeuten meist mehr Nahrung für die Pflanze, und das Hydrogel half den Pflanzen, mehr davon aufzubauen.

Vielleicht der wichtigste Befund für Landwirte, die besorgt um das Wasser sind, war die „Wassernutzungseffizienz“ (WUE). Dies ist eine schicke Art zu sagen: „Wie viel Reis haben wir für jeden Tropfen Wasser bekommen, den wir benutzt haben?“ Die Behandlung mit 30 kg/ha verbesserte diesen Wert auf 0,272 kg/m³, was eine Verbesserung von 16,2 % gegenüber dem Wert von 0,234 kg/m³ der Kontrollgruppe darstellt. Einfach ausgedrückt: Das Hydrogel fungierte wie ein winziges Reservoir im Boden, das die Feuchtigkeit festhielt und sie langsam freisetzte, sodass die Pflanzen nicht so viel aus den Bewässerungskanälen trinken mussten. Tatsächlich benötigte die Gruppe mit hohem Hydrogel-Anteil insgesamt weniger Wasser (17.771,7 m³/ha) als die Kontrollgruppe (18.387,0 m³/ha).

Die Arbeit untersuchte auch die „Biomasse“, also das Gesamtgewicht der Pflanze (Stängel, Blätter und Wurzeln). Die 30 kg/ha-Gruppe hatte mit 10.777,78 kg/ha die meiste Biomasse, was zeigt, dass die Pflanzen insgesamt gesünder und größer waren. Interessanterweise änderte sich die Höhe der Pflanzen zwischen den Gruppen kaum, was darauf hindeutet, dass das Hydrogel den Pflanzen half, ihre Energie darauf zu konzentrieren, Körner und Blätter zu bilden, anstatt einfach nur höher zu wachsen.

Die Forscher merkten sorgfältig an, dass zwar auch 10 kg/ha und 20 kg/ha ein wenig halfen, sie aber in Bezug auf den Kornertrag nicht signifikant besser als die Kontrollgruppe waren. Es war wirklich die Dosis von 30 kg/ha, die den großen Unterschied machte. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass dieses Hydrogel auf Maniokbasis ein vielversprechender, umweltfreundlicher Weg ist, um Reisbauern bei Wasserknappheit zu helfen. Sie legt nahe, dass Landwirte durch die Umwandlung eines gängigen Abfallprodukts in eine Bodenverbesserung mehr Reis mit weniger Wasser anbauen können, was ihre Ernten widerstandsfähiger macht, wenn der Regen nicht mitspielt. Die Autoren empfehlen Kleinbauern, die Rate von 30 kg/ha anzuwenden, um die besten Ergebnisse zu erzielen, betonen jedoch auch, dass wir weitere Forschung benötigen, um zu sehen, wie sich dies über viele Jahre hinweg auf den Boden auswirkt und ob es für alle erschwinglich genug ist.