Οι νέες φιλικές προς το περιβάλλον τεχνολογίες παραγωγής Βιολιπασμάτων θα ξεπεράσουν τις ελλείψεις των συμβατικών βασισμένων στη χημική ουσία καλλιέργειών που κυριαρχούν στις σημερινές μέρες. Τεχνολογίες εφαρμογής των Βιολιπασμάτων δείχνουν τόσο θετική επίδραση στη βιωσιμότητα του εδάφους όσο και στην ανάπτυξη των φυτών. Υποστηρίζουν επιπλέον τη σταδιακή βελτίωση της γονιμότητας του εδάφους από το ατμοσφαιρικό άζωτο. Αυξάνουν τον περιεχόμενο φωσφόρο του εδάφους μέσω της διαλυτοποίησης και της αποδέσμευσηςτου διαθέσιμου φωσφόρου. Συμμετέχουν στην αποκατάσταση εξαντλημένων θρεπτικών συστατικών του εδάφους. Προωθούν την ανάπτυξη ουσιών που οδηγούν σε βελτίωση στον πολλαπλασιασμό των ριζών των φυτών. Μπορούν επίσης να προφυλάξουν το φυτό από ορισμένες ασθένειες που μεταδίδονται στο χώμα. Για να διαδοθούν και να εφαρμοστούνπερισσότερο τα Βιολιπάσματα υπάρχει η ανάγκη ανάπτυξης νέων τεχνολογιών ως εξής:
Ο ρόλος των φυτικών θρεπτικών συστατικών στη φυτική παραγωγή είναι καλά εδραιωμένος και 16 θρεπτικά συστατικά των φυτών πρέπει να είναι στη διάθεση των καλλιεργειών στις απαιτούμενες ποσότητες για την επίτευξη της στοχοθετημένης απόδοσης. Πολλές μελέτες έχουν επίσης τονίσει τη σημασία των N, P και K για την ενίσχυση της φυσικής ικανότητας των φυτών να αντιστέκονται στην ξηρασία και το κρύο, τα παράσιτα και τις ασθένειες. Τα αιθέρια φυτικά θρεπτικά συστατικά, όπως Ν, Ρ, Κ, Ca, Mg και S ονομάζονται μακροθρεπτικά συστατικά, ενώ τα Fe, Zn, Cu, Μο, Μη, Β και Cl ονομάζονται μικροθρεπτικά συστατικά.
Είναι απαραίτητο να αξιολογηθεί η ικανότητα του εδάφους να προμηθεύει τα τις στερημένες ποσότητες θρεπτικών συστατικών που χρειάζονται τα φυτά (συνολική προσφορά των καλλιεργειών απαίτηση-εδάφους). Είναι επίσης σημαντικό να παράγεται μια καλή ποιότητα Βιολιπάσματος που να παρέχει τα θρεπτικά συστατικά που μπορούν να βελτιώσουν την υγεία του εδάφους και την γονιμότητα του φυτού. Αρκετοί συγγραφείς επικεντρώνονται στις δυνατότητες χρήσης του αζώτου από κοπριές ζώων. Παρ 'όλα αυτά, η προσπάθεια να βρούμε μια άλλη πηγή, αντί της ζωικής κοπριάς χρειάζεται περαιτέρω μελέτη. Η σκόνη γρανίτη έχει επίσης μελετηθεί ως μια καλή πηγή βραδείας απελευθέρωσης λίπασμα K.
Γενικά, η προσθήκη αζώτου σε υψηλές C: N αναλογίες είναι ικανή να επιταχύνει τη δραστικότητα του μικροοργανισμού κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ζύμωσης.
Ο αριθμός των μικροοργανισμών και το επίπεδο των μακρο-και μικροθρεπτικών συστατικών επηρεάζει την ανάπτυξη των φυτών. Ένα από τα οφέλη των λιπασμάτων είναι ότι συμβάλλουν στη διαθεσιμότητα του πληθυσμού των μικροοργανισμών. Η κατοχή υψηλότερης αρχικής καταμέτρησης των κατάλληλων μικροβίων στα έτοιμα Βιολιπάσματα αμέσως μετά τη ζύμωση είναι απαραίτητη. Ένας από τους τρόπους για να αυξήσουν τον αριθμό των επιλεγμένων μικροοργανισμών είναι η χρήση της έννοιας της αποτελεσματικότητας του μικροοργανισμού (ΕΜ), όπως θεσπίστηκε από τους Higa και Wididana (1991). Πειράματα πεδίου απαιτούνται για τον προσδιορισμό της θρεπτικής διαθεσιμότητας και της αποτελεσματικότητας των περισσότερων οργανικών λιπασμάτων. Ένα τέτοιο πείραμα είναι σημαντικό, διότι η περιεκτικότητα των οργανικών λιπασμάτων σε θρεπτικά συστατικά ποικίλλει ευρέως. Η ποιότητα εξαρτάται άμεσα από τον αριθμό των επιλεγμένων μικροοργανισμών σε ενεργή μορφή ανά γραμμάριο και από την ικανότητά τους να προάγουν την ανάπτυξη των φυτών και τη γονιμότητα του εδάφους.
Τα γαλακτώματα νερού σε έλαιο φαίνεται να είναι μια καλή, όμως υποχρησιμοποιούμενη μέθοδος για την αποθήκευση και παράδοση των μικροοργανισμών μέσω υγρών σκευασμάτων. Το έλαιο παγιδεύει το νερό γύρω από τον οργανισμό και, ως εκ τούτου, επιβραδύνει την εξάτμιση του νερού, μόλις εφαρμοστεί. Αυτό είναι ιδιαίτερα ευεργετικό για τους οργανισμούς που είναι ευαίσθητοι σε ξήρανση ή στην περίπτωση χρήσης για κηπευτικές καλλιέργειες όπου τα συστήματα άρδευσης χρησιμοποιούνται. Γαλακτώματα νερού σε έλαιο επιτρέπουν την προσθήκη ουσιών στο έλαιο ή / και υδάτινων φάσεων οι οποίες θα μπορούσαν να βελτιώσουν τόσο την κυτταρική βιωσιμότητα όσο και την κινητική απελευθέρωση. Ωστόσο, η κύτταρική καθίζηση κατά την αποθήκευση είναι ένα σημαντικό θέμα που θα εξεταστεί. Μελέτες που πραγματοποιήθηκαν με στόχο την επίλυση αυτού του προβλήματος έγιναν με τη βοήθεια νανοϋλικών. Η πύκνωση της φάσης ελαίου χρησιμοποιώντας υδρόφοβα νανοσωματίδια οξειδίου πυριτίου μειώνει σημαντικά την κυτταρική καθίζηση και βελτιώνει τη βιωσιμότητα των κυττάρων κατά την αποθήκευση.
Παρασκευή των βακτηριακών εμβολίων υποστηρίζεται από την εφαρμογή μιας νέας διαδικασίας βασισμένης στην εφαρμογή των εξαιρετικά κρίσιμων ρευστών ιδιοτήτων η οποία έχει δοκιμαστεί για να ενθυλακώσει τα σκευάσματα ιού. Η διαδικασία, που ονομάζεται PGSS (σωματίδια από το αέριο σε κορεσμένα διαλύματα), διεξάγεται σε χαμηλές θερμοκρασίες και χρησιμοποιεί διοξείδιο του άνθρακα ως υπερκρίσιμο ρευστό. Ως εκ τούτου, δεν θα πρέπει να υπάρχουν αρνητικές επιπτώσεις στη βιωσιμότητα των μικροοργανισμών, και το κόστος παραγωγής θα είναι σχετικά φθηνό. Το τελικό προϊόν της διαδικασίας είναι σχεδόν σφαιρικά σωματίδια που σχηματίζουν ελευθέρως ρέουσα σκόνη η οποία μπορεί να είναι σε διαθεσιμότητα στο νερό. Οι δυνατότητες της διαδικασίας PGSS έχουν ήδη επιτυχώς αποδειχθεί για αρκετά στερεά και υγρά.
Μια άλλη ενδιαφέρουσα νέα τεχνολογία προτείνει την εκμετάλλευση της φυσικής παραγωγής των βακτηριακών βιομεμβρανών ως ενδεχόμενο φορέα, και όχι μόνο για την παραγωγή του εμβολίου, του καθορισμένων βακτηριδίων ή ένωσης μυκήτων-βακτηριδίων. Παραγωγή βιομεμβρανών ήδη λαμβάνεται για διαφορετικές βιομηχανικές εφαρμογές (π.χ., επεξεργασία λυμάτων, την παραγωγή των χημικών ενώσεων). Δύο τύποι βιομεμβρανών υιοθετούβνται σε αυτή την περίπτωση: βιομεμβράνες που αναπτύσσονται πάνω σε αδρανείς υποστηρίξεις (κάρβουνο, ρητίνη, σκυρόδεμα, τούβλα, και σωματίδια άμμου) και βιομεμβράνες που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα του συνολικού σχηματισμού. Στην πρώτη περίπτωση, οι βιομεμβράνες αναπτύσσονται γύρω από τα σωματίδια, και το μέγεθος των σωματιδίων των βιομεμβρανών αναπτύσσεται με το χρόνο συνήθως σε αρκετά χιλιοστά σε διάμετρο. Βιομεμβράνες που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα του συνολικού σχηματισμού ονομάζονται κοκκώδης βιομεμβράνες; o σχηματισμός κόκκων μπορεί να διαρκέσει από μερικές εβδομάδες έως αρκετούς μήνες.
Υπάρχουν τέσσερα στάδια στην ανάπτυξη μιας ώριμης βιομεμβράνης: αρχική σύνδεση, αμετάκλητη σύνδεση από την παραγωγή EPS, πρόωρη ανάπτυξη, και ωρίμανση της κατασκευής της βιομεβράνης. Ιδιαίτερα κρίσιμη είναι η παραγωγή EPS, η οποία χρησιμεύει στο να δεσμεύσει το κύτταρο στην επιφάνεια και να το προστατεύσει από το περιβάλλον. Το EPS μπορεί να αποτελείται από τους πολυσακχαρίτες, τις πρωτεΐνες, τα νουκλεϊνικά οξέα, ή τα φωσφολιπίδια. Κοινό EPS που παράγεται από τα βακτηριακά κύτταρα στις βιομεμβράνες είναι το άλας εξωπολυσακχαρίτη αλγινικού οξέος. Οι ευεργετικές βιομεμβράνες που αναπτύχθηκαν στους τεχνητούς πολιτισμούς που περιέχουν και μυκητιακές και βακτηριακές πιέσεις χρησιμοποιήθηκαν ως βιολιπάσματα για είδη μη οσπρίων με καλά αποτελέσματα. Η εφαρμογή του βιομεμβανικού εμβολίου που περιέχει μια ένωση μύκητα και rhizobia αύξησε σημαντικά τη σταθεροποίηση Ν2 σε καλλιέργειες σόγιας σε σχέση με ένα παραδοσιακό rhizobium εμβόλιο. Τα σπορόφυτα σίτου που εμβολιάστηκαν με εμβόλια βιομεμβράνης παρουσίασαν μια αυξανόμενη παραγωγή στα μέτρια αλατούχα χώματα. Η βιομεμβράνη φαίνεται επίσης να βοηθά τους μικροοργανισμούς να επιζήσουν μετά από τον εμβολιασμό ακόμη και υπό όρους πίεσης: αυτό είναι μια άποψη κλειδί για την αποτελεσματικότητα του εμβολιασμού PGPM υπό τους γεωργικούς όρους. Εμβόλια φτιαγμένα με βιομεμβράνες απεδείχθη ότι επιτρέπουν στη ριζόβια τους να επιβιώνει σε υψηλή αλατότητα (400 mM NaCl) σε σύγκριση με ριζοβιακές μονοκαλλιέργειες. Ενδιαφέρον παρουσιάζει πως τα ευεργετικά ενδόφυτα παρατηρήθηκαν να παράγουν υψηλότερη οξύτητα και ορμόνες προαγωγής της ανάπτυξης των φυτών σε σχέση με μονο- ή μικτές καλλιέργειες χωρίς σχηματισμους βιομεμβράνης.
Οι τεχνολογίες που χρησιμοποιήθηκαν για την παραγωγή υλικών υβριδίων διαβίωσης θα μπορούσαν να είναι τα νέα σύνορα στην ανάπτυξη των μεταφορέων για PGPMs. Το πυρίτιο έχει εμφανιστεί ως ελπιδοφόρος οικοδεσπότης για την ενθυλάκωση μικροοργανισμών: οι διαβάσεις ακινητοποίησης είναι βασισμένες στην ακινητοποίηση των βακτηριδιακών πληθυσμών που διασκορπίζονται σε ένα πήκτωμα πυριτίου. Τα βακτηρίδια μπορούν είτε να παγιδευτούν στο άλας αλγινικού οξέος μέσα στα μικροσφαιρώματα που ντύνονται με τις μεμβράνες πυριτίου είτε στις μακροκοιλότητες που δημιουργούνται μέσα στη μήτρα πυριτίου. Τέτοιο υλικό βελτιώνει τις μηχανικές ιδιότητες του σφαιριδίου αλγινικού, μειώνει την διαρροή των κυττάρων, και να ενισχύσει τη βιωσιμότητα των κυττάρων.
Η εφαρμογή των βιο νανοτεχνολογιών θα μπορούσε επίσης να παρέχει νέες λεωφόρους για την ανάπτυξη των επιβιβασμένων μικροβιακών εμβολίων. Η νανοτεχνολογία υιοθετεί νανοσωματίδια που αποτελούνται από ανόργανα ή οργανικά υλικά που καθορίζονται από την κατοχή μιας ή περισσότερων διαστάσεων της τάξεως 100 nm ή λιγότερο. Η ενσωμάτωση ολόκληρων κυττάρων με νανοδομές οδηγεί σε υβριδικά συστήματα που έχουν πολλές εφαρμογές σε πολλούς τομείς, συμπεριλαμβανομένης της γεωργίας. Πράγματι, ακόμα κι αν τα κατασκευάσματα νανοκλίμακας είναι μικρότερα από τα κύτταρα, τα μακροσκοπικά φίλτρα, κατασκευασμένα από ακτινικά ευθυγραμμισμένα τοιχώματα νανοσωλήνα άνθρακα, σε θέση να απορροφήσουν Escherichia coli, κατασκευάσθηκαν. Η ίδια τεχνολογία θα μπορούσε επομένως να εφαρμοστεί για να συλλέξει τα βακτηριακά κύτταρα από τις διαδικασίες ζύμωσης και να τα παραδώσει στο φυτό.Η φυσική σταθερότητα και η υψηλή περιοχή επιφάνειας των νανοσωλήνων, μαζί με την ευκολία και οικονομικά αποδοτική κατασκευή των μεμβρανών νανοσωλήνων μπορούν να επεκτείνουν τη χρήση τους στην παραγωγή βιολιπασμάτων.Η χρήση των νανοσκευασμάτων μπορεί να ενισχύσει τη σταθερότητα των Βιολιπασμάτων και βιοδιεγερτών αναφορικά με την αφυδάτωση, τη θερμότητα, και την αδρανοποίηση UV.Η προσθήκη υδρόφοβων νανοσωματιδίων πυριτίας 7-14 nm στο σκεύασμα γαλακτώματος νερού σε-έλαιο του βιοπαρασιτοκτόνου μύκητα Lagenidium giganteum μείωσε την αποξήρανση του μυκηλίου. Τα φυσικά χαρακτηριστικά του σκευάσματος βελτιώθηκαν και ο μικροοργανισμός ήταν ακόμη αποτελεσματικός μετά από 12 εβδομάδες αποθήκευσης σε θερμοκρασία δωματίου.
The European Commission support for the production of this publication does not constitute endorsement of the contents which reflects the views only of the authors, and the Commission cannot be held responsi-ble for any use which may be made of the information contained therein.
