En växande befolkning behöver mer mat.

Men metoderna som används för att mata människor, som mark som konverterats för jordbruk och större användning av gödningsmedel, kan minska den biologiska mångfalden och äventyra hållbarheten i jordbrukets ekosystem. När klimatet blir varmare, bevattning av grödor kommer också att bli mer utmanande. Forskare letar efter bättre sätt att mata planeten.

Gang Chen, professor i civil- och miljöteknik vid FAMU-FSU College of Engineering, undersökt en möjlig lösning, en som använder halm från grödor som ris, vete, majs och andra för att skapa ett verktyg som hjälper grödor att behålla vatten och näringsämnen.

"Avfall, antingen från industrin, jordbruk eller hem, kan vara en potentiell resurs för något annat, ", sa Chen. "Det är här vår forskning bör fokuseras – att bevara våra värdefulla resurser och göra våra samhällen mer hållbara."

I forskning publicerad i Journal of Cleaner Production , Chen och tidigare doktorand Simeng Li förklarar hur halm som blir över från bearbetning av grödor kan göras till hydrogeler – molekyler som kan absorbera stora mängder vatten såväl som gödningsmedel, släpp dem sedan långsamt efter behov av grödor.

Befintliga hydrogeler som används inom jordbruket är vanligtvis gjorda av petroleumprodukter. De kan vara dyra, giftiga och har svårt att nedbryta. Men halmen som blir över från bearbetning av olika grödor är rik på cellulosa, som kan göras till hydrogeler som är biologiskt nedbrytbara och därför snällare mot miljön. Att använda jordbruksbiprodukter är ett sätt att få fördelarna med petroleumbaserade hydrogeler utan deras nackdelar, och det leder bort dessa grödors biprodukter från soptippar eller förbränning, vilket är hur de vanligtvis disponeras.

När de växtbaserade hydrogelerna appliceras på jordbrukarnas åkrar, deras absorptionsförmåga låter dem fungera som reservoarer för att hålla överflödigt vatten och näringsämnen när fälten vattnas och gödslas. När vädret är torrt, de frigör dessa resurser till de växter som behöver det.

Chens analys av tidigare laboratorie- och fältstudier visade att bönder kan använda mycket mindre bevattning och gödningsmedel och uppnå högre avkastning genom att använda cellulosahydrogeler. De exakta förbättringarna beror på en mängd olika faktorer, men studien fann ökade avkastningar från 11 procent till 136 procent.

"Att ta något som länge har betraktats som en avfallsprodukt och återanvända det till jordbruksekonomin kan gynna bönder och miljön, " han sa.

Chens forskning är ett preliminärt steg för att förstå hur detta verktyg kan gynna jordbruket. Innan denna metod kan användas i stor skala, mer forskning behövs för att bättre förstå hur dessa produkter kommer att påverka miljön och folkhälsan. För att skala upp användningen av hydrogeler som kommer från jordbruksavfall, tillverkningsprocessen måste förbättras ytterligare för att minska kostnaderna och förbättra hållbarheten för dessa produkter.