Cylindrar av rör packade med obelagd grov sand (vänster) och PSO-belagd grov sand (höger). Kredit:Michael Nicholl
Jordbrukare behöver ofta reglera marktemperaturen, minska ogräs, och minimera vattenförlusten. Jordbrukskompost kan hjälpa bönder att göra det.
Men plasten i vanlig jordbrukskompost kan försämra mark- och vattenkvaliteten. Mikroplast kan till och med komma in i näringskedjan.
I en ny studie, forskare testade ett mer hållbart tillvägagångssätt för att minska avdunstning från jordar. Istället för plast, de använde sandpartiklar belagda med sojabönolja. Denna forskning publicerades i Vadose Zone Journal , en publikation av Soil Science Society of America.
I laboratorieförsök, jord som behandlats med ett tunt lager sojaolja-belagd sand hade upp till 96 % lägre avdunstningsvattenförlust jämfört med bar jord.
"Dessa resultat visar att oljebelagd sand har potential att utvecklas till ett hållbart alternativ till plastfilmskompost, " säger Michael Nicholl, en docent vid University of Nevada i Las Vegas.
Plastkompost är gjord av polyeten, en kolvätebaserad produkt. "Det har långsiktiga miljökonsekvenser, " säger Nicholl. "Dessa effekter sträcker sig över alla stadier av dess livscykel:produktion, installation, förfogande."
Biobaserade jordbeläggningar - som sojabönolja - kan vara lågeffektalternativ till polyetenkompostmaterial samtidigt som de presterar på liknande nivåer.
För att göra den belagda sanden, forskare blandade ungefär lika stora mängder sand och olja. Sedan värmde de upp blandningen i ungefär en timme och lät den svalna. Till sist, blandningen tvättades med vatten och torkades.
Denna process modifierar oljan kemiskt, polymeriserar den delvis. Den delvis polymeriserade oljan bildar en beläggning runt enskilda sandpartiklar.
Inledande tester indikerade att denna oljebelagda sand är ganska effektiv för att minska vattenförlust genom avdunstning.
Vatten avdunstar från jordar på två olika sätt. Den oljebelagda sanden minskade den mer potenta vägen för avdunstningsvattenförlust.
"Som en analogi, tänk på jord som en fuktig svamp, säger Nicholl.
Om du ställer svampen i en vattenpöl, vattnet kommer att suga upp i svampen. Så småningom, vattnet kommer att stiga till toppen av svampen. Då kommer det att avdunsta i luften.
Liknande, fukttransport leder vatten till markytan. Där, det avdunstar direkt i luften.
Eftersom vatten kan rinna genom de grova sandpartiklarna, den sojaoljabelagda sanden skulle inte hindra bevattning. Kredit:Dinesh Panday
I den andra mekanismen, vattnet kan inte suga hela vägen till markytan. Istället, det avdunstar till luften i jorden. Denna fuktiga luft måste diffundera uppåt genom jorden och slutligen fly ut i atmosfären.
"Denna andra mekanism är mycket mindre effektiv än den första, " säger Nicholl. "Det resulterar i lägre avdunstningshastigheter."
Nicholl och hans team ville testa om ett ytskikt av oljebelagd sand skulle minska någondera vägen av avdunstning från underliggande jordar.
Han och hans forskarkollega fyllde PVC-kolonner med testjordar. Sedan, de lade oljebelagd sand ovanpå pelarna men lämnade en pelare bar. Till sist, de mättade dessa kolonner med vatten.
Varje kolonn testades sedan med avseende på evaporativ vattenförlust.
Den oljebelagda sanden minskade mängden vatten som suger uppåt, vilket minimerar den första förångningsmekanismen.
Forskare var inte säkra på om det skulle vara möjligt att belägga enskilda sandpartiklar med olja. Det fanns en risk för att sand och olja skulle cementeras ihop.
"Vi fann istället att enskilda sandkorn kan beläggas med delvis polymeriserad olja, säger Nicholl.
Det är viktigt eftersom all jordbehandling som syftar till att minska vattenförlusten också måste tillåta vatten - via regn eller bevattning - att komma in i jorden. Ett ark av oljebelagd sand som smälts samman kan hindra vatten från att komma in i jorden.
Laboratorietester visade att flytande vatten kunde passera genom lagret av oljebelagd sand. Det tyder på att detta material inte kommer att hindra bevattningsinsatser.
"Även om de första resultaten är uppmuntrande, det finns många frågor kvar att besvara, säger Nicholl.
Till exempel, denna biobaserade kompost har inte exponerats för utomhusmiljöer. "Så, vi har inte tillräckliga data för att avgöra hur detta material vittrar i en jordbruksmiljö, säger Nicholl.
Forskare undersöker förfaranden för att mäta livslängden hos belagda material i olika miljöer. Dessa inkluderar torra miljöer, tempererade miljöer, och biologiskt aktiva jordar.
"Vi hoppas att detta arbete inspirerar till ytterligare undersökningar av de praktiska tillämpningarna av oljebelagda material, säger Nicholl.