Πως οι Νανοφυσαλίδες βελτιώνουν την διήθηση και την διείσδυση του νερού μειώνοντας την επιφανειακή τάση του.

ΠΩΣ ΟΙ ΝΑΝΟΦΥΣΑΛΕΣ ΒΕΛΤΙΩΝΟΥΝ ΤΗ ΔΙΗΘΗΣΗ ΚΑΙ ΤΗΝ ΔΙΕΙΣΔΥΣΗ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ ΜΕΙΩΝΟΝΤΑΣ ΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΤΑΣΗ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ.

  Από όλα τα υγρά, το νερό έχει εξαιρετικά υψηλή επιφανειακή τάση λόγω του πολύ ισχυρού δεσμού των μορίων του. Η επιφανειακή τάση προκαλείται από τις ισχυρές συνεκτικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των μορίων ενός υγρού. Μια σταγόνα νερού σε ένα φύλλο είναι ένα παράδειγμα επιφανειακής τάσης. Η τάση σχηματίζεται στην επιφάνεια της σταγόνας νερού επειδή όλα τα μόρια τραβούν το ένα το άλλο εξίσου προς όλες τις κατευθύνσεις προκαλώντας μια καθαρή δύναμη μηδέν. Οι ρυθμοί διείσδυσης και διήθησης του νερού στο έδαφος μπορεί να είναι χαμηλοί ή ανομοιόμορφοι επειδή τα μόρια του νερού έλκονται πολύ περισσότερο μεταξύ τους παρά από τα σωματίδια του εδάφους. Όταν η διείσδυση του νερού είναι χαμηλή, το νερό λιμνάζει στην επιφάνεια του εδάφους αντί να διεισδύει προς τα κάτω στη ζώνη της ρίζας. Έτσι το νερό σπαταλιέται στην εξάτμιση, στην απορροή ή και στα δύο. Χαμηλή διήθηση σημαίνει ότι, λιγότερο νερό περνάει από το προφίλ του εδάφους στις ρίζες προκαλώντας ταλαιπωρία των ριζών. Οι ρίζες των φυτών μπορούν να αναπτυχθούν μόνο όπου υπάρχει νερό. Η έλλειψη νερού έχει ως αποτέλεσμα ρηχά ριζικά συστήματα και φυτά που είναι εξαιρετικά ευαίσθητα στην ξηρασία και σε άλλους περιβαλλοντικούς στρεσογόνους παράγοντες. Το πολύ νερό προκαλεί θάνατο των ριζών λόγω έλλειψης οξυγόνου, το οποίο είναι απαραίτητο για τα φυτά να προσλάβουν θρεπτικά συστατικά. Εάν οι ρίζες δεν λαμβάνουν αρκετό οξυγόνο, γίνονται λιγότερο διαπερατές, προσλαμβάνουν λιγότερο νερό και δεν απορροφούν πλέον τα θρεπτικά συστατικά σωστά. Εάν η στέρηση οξυγόνου συνεχιστεί, τα φυτά αρχίζουν να λιμοκτονούν από έλλειψη θρεπτικών ουσιών, οι ρίζες πεθαίνουν και η ανάπτυξη του φυτού καθυστερεί.

  ΥΦΗ ΕΔΑΦΟΥΣ, ΣΥΜΠΥΚΝΩΣΗ ΚΑΙ ΥΔΡΟΦΟΒΙΑ.

  Για να κατανοήσουμε τη σημασία της μείωσης της επιφανειακής τάσης του νερού για την υγεία των φυτών, είναι σημαντικό να εξηγήσουμε την υφή του εδάφους και πώς αυτή σχετίζεται με τη διείσδυση, τη διήθηση και την ικανότητα συγκράτησης νερού των εδαφών. Όλα τα εδάφη καθορίζονται από την υφή τους ή το ποσοστό σωματιδίων άμμου, λάσπης και αργίλου. Τα εδάφη με υψηλά ποσοστά σωματιδίων αργίλου έχουν αργούς ρυθμούς διείσδυσης και διήθησης. Τα σωματίδια του αργιλώδους εδάφους είναι πολύ λεπτά ορυκτά σε επίπεδο σχήματος που μοιάζουν με τη δομή των τούβλων, μειώνοντας την ικανότητα διείσδυσης του νερού. Έχουν επίσης υψηλή ικανότητα συγκράτησης νερού επειδή το νερό συγκρατείται πολύ κοντά στα σωματίδια αργίλου. 

Τα φυτά που αναπτύσσονται σε πολύ αργιλώδη εδάφη έχουν δύο πιθανά προβλήματα. Πρώτον, μπορεί να μην λαμβάνουν αρκετό νερό επειδή το νερό δεν μπορεί να διεισδύσει στην επιφάνεια του εδάφους και αντ ‘αυτού λιμνάζει στην επιφάνεια και σπαταλάται στην εξάτμιση, στην απορροή ή και στα δύο. Δεύτερον, όταν η διήθηση του νερού συμβαίνει, μειώνεται πολύ αργά, το νερό διατηρείται περισσότερο στο προφίλ του εδάφους. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε υπερχείλιση που αναστέλλει την ανάπτυξη της λεπτής ρίζας και οδηγεί σε θάνατο της ρίζας. Αυτό συμβαίνει επίσης σε εδάφη υψηλής συμπίεσης όπου υπάρχει ελάχιστος έως καθόλου χώρος ‘πόρων’ μεταξύ των αδρανών εδάφους. Η συμπίεση του εδάφους ορίζεται ως η μειωμένη δομή του εδάφους από τη συμπίεση των αδρανών που αφαιρεί τον διαθέσιμο χώρο πόρων. Η συμπίεση του εδάφους συμβαίνει φυσικά σε εδάφη με υψηλή άργιλο και προκαλείται επίσης από ορισμένες γεωργικές και κατασκευαστικές πρακτικές. Τα εδάφη μπορούν επίσης να γίνουν υδρόφοβα όταν περιέχουν μεγάλες ποσότητες υδρόφοβων: υδατοαπωθητικά οργανικά μόρια που προκύπτουν από αλληλεπιδράσεις μικροοργανισμών με οργανικά υλικά. Όσο υψηλότερη είναι η υδρόφοβη (υδατοαπωθητική) φύση ενός συγκεκριμένου εδάφους, τόσο χαμηλότερος είναι ο ρυθμός διείσδυσης του νερού. Τα εδάφη με μεγάλες ποσότητες σωματιδίων άμμου είναι παρόμοια με τα υδρόφοβα εδάφη επειδή η κηρώδης υφή της άμμου μειώνει την ικανότητά της να συγκρατεί νερό. Τα αμμώδη εδάφη έχουν χαμηλή ικανότητα συγκράτησης νερού με υψηλούς ρυθμούς διείσδυσης και διήθησης. 

Μια πιθανή πρόκληση με τα αμμώδη εδάφη είναι ότι οι καλλιεργητές πρέπει να χρησιμοποιούν περισσότερο νερό για να διατηρήσουν διαθέσιμο νερό στη ζώνη των ριζών για να το απορροφήσουν οι ρίζες των φυτών. Τα ιδανικά εδάφη ονομάζονται αργιλώδη και συνήθως έχουν μικρή ποσότητα σωματιδίων αργίλου με καλό μείγμα άμμου και λάσπης, ένα άλλο ορυκτό σωματίδιο στο έδαφος. Για να μειωθούν τα προβλήματα με τη διείσδυση και τη διήθηση του νερού μέσω του εδάφους, είναι χρήσιμο να παρέχεται στα φυτά νερό άρδευσης που έχει χαμηλή επιφανειακή τάση. Η αποτελεσματική διείσδυση νερού στη ζώνη της ρίζας είναι κρίσιμη για υψηλούς ρυθμούς πρόσληψης νερού, θρεπτικών ουσιών και οξυγόνου από τα κύτταρα της ρίζας με αποτέλεσμα υψηλότερους ρυθμούς ανάπτυξης των φυτών και υψηλότερες αποδόσεις.

Τα παραδοσιακά μέσα μείωσης της επιφανειακής τάσης του νερού γίνονται με την εφαρμογή χημικών τασιενεργών, οι οποίες είναι δαπανηρές και έχουν πιθανά περιβαλλοντικά προβλήματα. Η χρήση νανοφυσαλίδων χωρίς χημικά μειώνει αποτελεσματικά την επιφανειακή τάση του νερού άρδευσης και παρέχει επίσης οικονομικά άλλα οφέλη που βελτιώνουν την υγεία των φυτών, μειώνουν την πίεση της νόσου και ενισχύουν την απόδοσηΟι νανοφυσαλίδες στο νερό δρουν σαν ένα επιφανειοδραστικό χωρίς χημικά για να μειώσουν τις διαμοριακές δυνάμεις του νερού. Οι επιφανειοδραστικές ουσίες ή οι επιφανειοδραστικοί παράγοντες, από τη φύση τους, μειώνουν την επιφανειακή τάση, αυξάνοντας τις ιδιότητες εξάπλωσης και διαβροχής.

ΠΩΣ ΟΙ ΝΑΝΟΦΥΣΑΛΕΣ ΜΕΙΩΝΟΥΝ ΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΠΙΕΣΗ.

  Οι νανοφυσαλίδες έχουν διάμετρο 70-120 νανόμετρα, περίπου 2500 φορές μικρότερες από έναν κόκκο αλατιού. Λόγω της ουδέτερης πλευστότητάς τους, κινούνται τυχαία και συνεχώς μέσα στο νερό και σε όλα τα μέρη ενός συστήματος άρδευσης μέσω της κίνησης Brown.Οι νανοφυσαλίδες έχουν υψηλή εσωτερική πίεση και σκληρή επιφάνεια. Όταν σκάσουν, σπάνε την επιφανειακή τάση του νερού. Κάθε νανοφυσαλίδα συνήθως παραμένει αιωρούμενη για μήνες πριν την τελική κατάρρευση, αλλά με την τυπική συγκέντρωση εκατοντάδων εκατομμυρίων νανοφυσαλίδων ανά mL νερού, το σκάσιμο συμβαίνει με σταθερό ρυθμό. Επιπλέον, η κίνηση των νανοφυσαλίδων και το θετικό τους φορτίο μειώνει τα μεγέθη των μορίων του νερού, κάτι που επίσης ενισχύει τη διείσδυση. Το νερό με μειωμένη επιφανειακή τάση συμπεριφέρεται επίσης διαφορετικά στην επιφάνεια του εδάφους σε σύγκριση με το νερό με υψηλή επιφανειακή τάση. 

 Το νερό με μειωμένη επιφανειακή τάση έχει μειωμένη «γωνία επαφής» με την επιφάνεια του εδάφους, χαρακτηριστικό που οδηγεί σε καλύτερη διείσδυση και κατανομή του νερού σε υδρόφοβα εδάφη: Το νερό με μειωμένη επιφανειακή τάση έχει επίσης μεγαλύτερη ικανότητα να διεισδύει στις ζώνες συμπιεσμένου εδάφους, αποτρέποντας τη συγκέντρωση, την εξάτμιση και την απορροή. Σε συνδυασμό με τη μειωμένη επιφανειακή τάση, το νερό άρδευσης επεξεργασμένο με νανοφυσαλίδες προκαλεί επίσης αυξημένη κροκίδωση του εδάφους, όπου μεμονωμένα σωματίδια αργίλου έλκονται μαζί σε μεγαλύτερα αδρανή. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μειωμένη συμπίεση του εδάφους, καλύτερη διείσδυση νερού και μεγαλύτερη ανάπτυξη των ριζών. 

Η Kapicua συνεργάστηκε με έναν καλλιεργητή βατόμουρου στη Χιλή για να δοκιμάσει νερό άρδευσης εμπλουτισμένο με νανοφυσαλίδες από τον Ιούλιο του 2020 έως τον Απρίλιο του 2021 για να μελετήσει τη βελτιωμένη δομή του εδάφους χρησιμοποιώντας τεχνολογία νανοφυσαλίδων. Μια γεννήτρια Moleaer έγχυσε νανοφυσαλίδες στην κύρια δεξαμενή αποθήκευσης του συστήματος άρδευσης και παρείχε αύξηση 50% στο διαλυμένο οξυγόνο. Συνολικά, είδαν μείωση 20% στη συμπίεση του εδάφους σε σύγκριση με τον έλεγχο. Η μειωμένη συμπύκνωση είχε ως αποτέλεσμα καλύτερη διείσδυση νερού και μεγαλύτερη ανάπτυξη ριζών, επιτρέποντας αυξημένη ανάπτυξη νέων βλαστών, βελτιωμένο μέγεθος και ποιότητα καρπού και βελτιωμένο ρυθμό ωρίμανσης.

ΕΠΙΠΛΕΟΝ ΟΦΕΛΗ

Οι μοναδικές χημικές και φυσικές ιδιότητες των νανοφυσαλίδων στο νερό άρδευσης παρέχουν επίσης πολλά άλλα οφέλη στις καλλιέργειας.

 Οι νανοφυσαλίδες ελέγχουν τα φύκια και τους παθογόνους οργανισμούς με τρεις τρόπους: 

1. Παράγουν ρίζες υδροξυλίου που διαταράσσουν την άνωση των κυττάρων των φυκών στις λεκάνες άρδευσης, τις λίμνες και τις δεξαμενές αποθήκευσης, με αποτέλεσμα να βυθίζονται και να πεθαίνουν.

2. Με την τελική κατάρρευσή τους, οι νανοφυσαλίδες προκαλούν άμεσα κυτταρική λύση των κοντινών οργανισμών μέσω οξείδωσης. Οι νανοφυσαλίδες επίσης αποδομούν (οξειδώνουν) τις τοξίνες των φυκών.

3. Έμμεσα, οι νανοφυσαλίδες δημιουργούν συνθήκες που δυσκολεύουν την ανάπτυξη των φυκιών. Αυξάνουν το επίπεδο DO του νερού και το δυναμικό οξείδωσης-μείωσης (ORP, ένα μέτρο της οξειδωτικής ικανότητας του νερού να διασπά τους ρύπους). Το υψηλότερο DO προάγει επίσης την ανάπτυξη ωφέλιμων μικροβίων όπως οι μυκόρριζες και καταστέλλει παθογόνα που αποστρέφονται το οξυγόνο όπως οι μύκητες των ριζών των δέντρων. Μέσω της συνεχούς κίνησης και της οξειδωτικής τους δράσης, οι νανοφυσαλίδες κάνουν φυσική απόξεση τις εναποθέσεις βιοφίλμ μέσα στις λεκάνες νερού και τους σωλήνες άρδευσης ενώ επίσης εμποδίζουν τον επανασχηματισμό τους. 

Το βιοφίλμ είναι διάχυτο στις περισσότερες επιφάνειες που έρχονται σε συχνή επαφή με το νερό και μπορούν να φιλοξενήσουν παθογόνα. Η χρήση νανοφυσαλίδων έχει επίσης ως αποτέλεσμα λιγότερη πλύση (και λιγότερο χρόνο διακοπής λειτουργίας) στη διαχείριση φίλτρων πολυμέσων. Το θετικό φορτίο των νανοφυσαλίδων αυξάνει τη διασπορά των ιόντων και έτσι επιτυγχάνει μια πιο ομοιογενή συγκέντρωση θρεπτικών συστατικών, 

Μια από τις σημαντικότερες επιπτώσεις των νανοφυσαλίδων στο νερό είναι η υπερ-οξυγόνωση Η οξυγόνωση εξασφαλίζει τη βέλτιστη λειτουργία της ρίζας. Δηλαδή, εάν υπάρχει περιορισμένο οξυγόνο διαθέσιμο στα ριζικά κύτταρα, είναι επομένως περιορισμένη και η ποσότητα της κυτταρικής ενέργειας (ATP) που μπορούν να παράγουν, η οποία με τη σειρά της περιορίζει τον ρυθμό απορρόφησης νερού και θρεπτικών συστατικών, περιορίζοντας άμεσα τον συνολικό ρυθμό ανάπτυξης των φυτών και τελικά την απόδοση της καλλιέργειας. 

Στο ρύζι, μια πρόσφατη μελέτη διαπίστωσε ότι φυτά  τα όποια έχουν ποτιστή με επεξεργασμένο νερό νανοφυσαλίδων «ρυθμίζουν προς τα πάνω τα γονίδια απορρόφησης θρεπτικών συστατικών των φυτών OsBT, PiT-1 και SKOR, με αποτέλεσμα την αυξημένη πρόσληψη και χρήση θρεπτικών συστατικών από τις ρίζες τους». Οι νανοφυσαλίδες διεγείρουν επίσης τη σύνθεση της αυξητικής ορμόνης γιββερελίνης. Αυτή η ομάδα επιστημόνων κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι νανοφυσαλίδες «βελτιώνουν σημαντικά το ύψος των φυτών και το μήκος της ρίζας». 

Το νερό άρδευσης με χαμηλότερη επιφανειακή τάση διεισδύει αποτελεσματικά στο έδαφος στη ζώνη της ρίζας, επιτρέποντας υψηλούς ρυθμούς πρόσληψης νερού/θρεπτικών στοιχείων και αντίστοιχα υψηλότερους ρυθμούς ανάπτυξης των φυτών και υψηλότερες αποδόσεις. Η χρήση νανοφυσαλίδων μειώνει αποτελεσματικά την επιφανειακή τάση του νερού ενώ ταυτόχρονα παρέχει οικονομικά οφέλη που βελτιώνουν την υγεία των φυτών, μειώνοντας την πίεση των ασθενειών και ενισχύοντας τις αποδόσεις των καλλιεργειών.