Nové složení agrochemikálií

(CRS – systémy řízeného uvolňování)

Existuje několik metod používání agrochemikálií. Nejčastěji se agrochemikálie rozprašují pomocí vodných roztoků. Tato metoda je spojena s vysokými ztrátami při použití a s krátkou dobou působení. Na škůdce cílí méně než 5 % pesticidů1, 2 a pouze 30-50 % hnojiv je využíváno plodinami. 3

Systémy s řízeným uvolňováním (CRS) umožňují delší působení agrochemikálií, a tím zvyšují jejich účinnost. 4-7

Výhody CRS oproti běžným preparátům

Výhody CRS

Dopad CRS

Vyšší účinnost

Nižší spotřeba agrochemikálií

Nižší mobilita agrochemikálií

Nižší náklady

Nižší nároky na mechanizaci a spotřebu energie

Vyšší stabilita agrochemikálií

Nižší toxicita

Nižší zdravotní riziko

Lepší bezpečnost – nižší riziko kontaktu s agrochemikáliemi při práci

Nižší riziko vzniku rezistence

Nižší fytotoxicita

Obr. 1: Teoretická koncentrace CRS a konvenčního preparátu v půdě. Z odkazu 8

Některé typy CRS

Mikroenkapsulace


Warning: Undefined array key "rel" in /www/doc/www.hydalpoint.com/www/wp-content/plugins/glossary-by-codeat-premium/frontend/Core/Type/LinkTooltip.php on line 49

Částice agrochemikálií jsou zapouzdřeny do polymerového obalu. Mikrokapsle chrání agrochemikálie před degradací a umožňují pomalé a kontinuální uvolňování účinných látek. Polymery mohou být přírodní(škrob, želatina, celulóza) i syntetické (polystyren, polyuretan, polyakrylamid). 8-10
Při použití biologicky nerozložitelných polymerů jsou zdrojovým materiálem pro přípravu kapslí využité primární mikroplasty. Agentura ECHA plánuje zakázat primární mikroplasty v zemědělství. Proto jsou zapotřebí nové biologicky odbouratelné materiály pro mikrokapsle.

Nanoformulace


Warning: Undefined array key "rel" in /www/doc/www.hydalpoint.com/www/wp-content/plugins/glossary-by-codeat-premium/frontend/Core/Type/LinkTooltip.php on line 49

Nanomateriály mají minimálně jeden rozměr o velikosti 1-100 nm. Mezi nanoformulace patří: nanočástice, zapouzdřené nanočástice, nanoporézní materiály, nanoobaly a nanoemulze. 11 Tyto formulace umožňují pomalé uvolňování a lepší zacílení (viz obr. 2). Komplexní znalosti o nanoformulovaných chemických látkách, jejich bezpečnosti a chování v přírodních ekosystémech však chybí. 12-14 Stejně jako mikroplasty jsou v životním prostředí nebezpečné i nanoplasty.

Rozložitelná matrice

Účinná látka je obsažena ve směsi s nosičem (polymerem) ve formě makroskopických kuliček nebo granulí. Uvolňování agrochemikálií z matrice je založeno na difúzinebo biologické rozložitelnosti matrice. Lze ji použít pouze pro agrochemikálie nanášené do půdy.

Nátěry


Warning: Undefined array key "rel" in /www/doc/www.hydalpoint.com/www/wp-content/plugins/glossary-by-codeat-premium/frontend/Core/Type/LinkTooltip.php on line 49

Polymerové nátěrymohou prodloužit působení účinné látky. Obvykle se nátěr používá pro granulovaná hnojivanebo k ochraně sazenic. Biologicky odbouratelné polymery, jako jsou PHA, jsou pro tuto aplikaci velmi významné.

Výzkum systémů s řízeným uvolňováním na bázi PHA


Warning: Undefined array key "rel" in /www/doc/www.hydalpoint.com/www/wp-content/plugins/glossary-by-codeat-premium/frontend/Core/Type/LinkTooltip.php on line 49

Existuje vysoká poptávka po biologicky odbouratelných a netoxických polymerech pro složení nových agrochemikálií. PHA jsou plně biologicky rozložitelné, biokompatibilní a netoxické. Také se nehromadí se v půdním prostředí. Navíc mohou být zdrojem organického uhlíku a pozitivně ovlivňovat půdní mikroorganismy. 15

PHA pro mikroenkapsulaci

V laboratorních podmínkách vedla mikroenkapsulace pesticidů do kopolymerů PHBV a P34HB k pomalejšímu uvolňování chemických látek, vyšší fotostabilitě a vyšší účinnosti ve srovnání se standardními preparáty. 16-18 Vzhledem k vysoké náročnosti procesu mikroenkapsulace a zatím limitovaným výsledkům výzkumu jsme však o mikroenkapsulaci pro další vývoj přípravků neuvažovali.

Obr. 2: Malé částice se šíří více rovnoměrně a s větší pravděpodobností zasáhnou škůdce. Z cit. 13

Formulace rozložitelných matric na bázi PHA

PHA byly testovány v laboratorních podmínkách pro přípravu formulací s rozložitelnou matricí s pomalým uvolňováním buď samostatně, nebo v kombinaci s jinými přírodními materiály. Uvolňování metribuzinu z matrice P3HB trvalo týdny nebo měsíce (v závislosti na velikosti matrice).3, 19-22Účinnost fungicidu tebukonazolu použitého v matricové formulaci P3HB byla srovnatelná s komerční formulací i po 8 týdnech inkubace.23 Po 12 týdnech byla formulace hnojiva s pomalým uvolňováním dusičnanu amonného účinnější než komerční formulace.3

P3HB

P(3HB)/hlína

P3HB
P3HB

P(3HB)/dřevní moučka

P3HB
P3HB

P(3HB)/rašelina

P3HB

Obr. 3: Granule a tabletky na bázi P3HB – formulace agrochemikálií s pomalým uvolňováním. Převzato z cit. 24


Warning: Undefined array key "rel" in /www/doc/www.hydalpoint.com/www/wp-content/plugins/glossary-by-codeat-premium/frontend/Core/Type/LinkTooltip.php on line 49

Murugan a kol. použili PHBH kopolymer, palmové vlákna a NPK hnojivo v podobě granulí. Toto složení hnojiva zlepšilo růst palmy olejné. Granule zvýšily populaci protebakterií, které by mohly být pro plodiny prospěšné. 15

Extrudované granule PHBV byly rovněž testovány jako CRS pro inhibitor nitrifikace DCD. Pomalé uvolňování bylo založeno na přesném pohlcení účinné látky v polymeru a následné biologické rozložitelnosti polymeru. 25

Testujeme Hydal PHA v různých složeních pro agrochemikálie.
Plánujeme být první, kdo do tohoto segmentu s PHA vstoupí.

Citace


Warning: Undefined array key "rel" in /www/doc/www.hydalpoint.com/www/wp-content/plugins/glossary-by-codeat-premium/frontend/Core/Type/LinkTooltip.php on line 49

Warning: Undefined array key "rel" in /www/doc/www.hydalpoint.com/www/wp-content/plugins/glossary-by-codeat-premium/frontend/Core/Type/LinkTooltip.php on line 49

Warning: Undefined array key "rel" in /www/doc/www.hydalpoint.com/www/wp-content/plugins/glossary-by-codeat-premium/frontend/Core/Type/LinkTooltip.php on line 49

1 Pimentel, D. Amounts of pesticides reaching target pests: Environmental impacts and ethics. Journal of Agricultural and Environmental Ethics. 1995, 8(1): 17-29. doi: 10.1007/BF02286399.

2 Miller, G. T. Sustaining the Earth: An Integrated Approach: Brooks/Cole, 2004. 9780534496722.

3 Volova, T., E. Shishatskaya, N. Zhila, et al., Eds. New Generation Formulations of Agrochemicals. New York: Apple Academic Press, 2020.

4 Dhananjayan, V., S. Jayakumar and B. Ravichandran. Conventional Methods of Pesticide Application in Agricultural Field and Fate of the Pesticides in the Environment and Human Health. In: R. K. R, Thomas, S., Volova, T. and K, J. Controlled Release of Pesticides for Sustainable Agriculture. Cham: Springer International Publishing, 2020: 1-39. 978-3-030-23396-9.

5 Tian, C., X. Zhou, Q. Liu, et al. Effects of a controlled-release fertilizer on yield, nutrient uptake, and fertilizer usage efficiency in early ripening rapeseed (Brassica napus L.). Journal of Zhejiang University. Science. B. 2016, 17(10): 775-786. doi: 10.1631/jzus.B1500216.

6 Li, Z., Z. Liu, M. Zhang, et al. Long-term effects of controlled-release potassium chloride on soil available potassium, nutrient absorption and yield of maize plants. Soil and Tillage Research. 2020, 196: 104438. doi: https://doi.org/10.1016/j.still.2019.104438.

7 Sikora, J., M. Niemiec, A. Szeląg-Sikora, et al. The Impact of a Controlled-Release Fertilizer on Greenhouse Gas Emissions and the Efficiency of the Production of Chinese Cabbage. Energies. 2020, 13: 2063. doi: 10.3390/en13082063.

8 Anamika, R., S. Sunil, B. Jaya and B. Anil. Controlled pesticide release from biodegradable polymers. Open Chemistry. 2014, 12(4): 453-469. doi: https://doi.org/10.2478/s11532-013-0405-2.

9 Cao, L., Y. Liu, C. Xu, et al. Biodegradable poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) microcapsules for controlled release of trifluralin with improved photostability and herbicidal activity. Materials Science and Engineering: C. 2019, 102: 134-141. doi: https://doi.org/10.1016/j.msec.2019.04.050.

10 Patil, D. K., D. S. Agrawal, R. R. Mahire and D. H. More. Synthesis, characterization, and controlled release study of polyurea microcapsules containing metribuzin herbicide. Russian Journal of Applied Chemistry. 2015, 88(10): 1692-1700. doi: 10.1134/S1070427215100225.

11 Chhipa, H. Nanofertilizers and nanopesticides for agriculture. Environmental Chemistry Letters. 2017, 15(1): 15-22. doi: 10.1007/s10311-016-0600-4.

12 Vryzas, Z. Pesticide fate in soil-sediment-water environment in relation to contamination preventing actions. Current Opinion in Environmental Science & Health. 2018, 4: 5-9. doi: https://doi.org/10.1016/j.coesh.2018.03.001.

13 Zhao, X., H. Cui, Y. Wang, et al. Development Strategies and Prospects of Nano-based Smart Pesticide Formulation. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2018, 66(26): 6504-6512. doi: 10.1021/acs.jafc.7b02004.

14 Garrigou, A., C. Laurent, A. Berthet, et al. Critical review of the role of PPE in the prevention of risks related to agricultural pesticide use. Safety Science. 2020, 123: 104527. doi: https://doi.org/10.1016/j.ssci.2019.104527.

15 Murugan, P., S. Y. Ong, R. Hashim, et al. Development and evaluation of controlled release fertilizer using P(3HB-co-3HHx) on oil palm plants (nursery stage) and soil microbes. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2020, 28: 101710. doi: https://doi.org/10.1016/j.bcab.2020.101710.

16 Lobo, F. A., C. L. de Aguirre, M. S. Silva, et al. Poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) microspheres loaded with atrazine herbicide: screening of conditions for preparation, physico-chemical characterization, and in vitro release studies. Polymer Bulletin. 2011, 67(3): 479-495. doi: 10.1007/s00289-011-0447-6.

17 Grillo, R., N. F. S. de Melo, R. de Lima, et al. Characterization of Atrazine-Loaded Biodegradable Poly(Hydroxybutyrate-Co-Hydroxyvalerate) Microspheres. Journal of Polymers and the Environment. 2010, 18(1): 26-32. doi: 10.1007/s10924-009-0153-8.

18 Suave, J., E. C. Dall’Agnol, A. P. T. Pezzin, et al. Biodegradable microspheres of poly(3-hydroxybutyrate)/poly(ε-caprolactone) loaded with malathion pesticide: Preparation, characterization, and in vitro controlled release testing. Journal of Applied Polymer Science. 2010, 117(6): 3419-3427. doi: https://doi.org/10.1002/app.32082.

19 Volova, T. G., N. O. Zhila, O. N. Vinogradova, et al. Constructing herbicide metribuzin sustained-release formulations based on the natural polymer poly-3-hydroxybutyrate as a degradable matrix. J Environ Sci Health B. 2016, 51(2): 113-125. doi: 10.1080/03601234.2015.1092833.

20 Volova, T., N. Zhila, E. Kiselev, et al. Poly(3-hydroxybutyrate)/metribuzin formulations: characterization, controlled release properties, herbicidal activity, and effect on soil microorganisms. Environ Sci Pollut Res Int. 2016, 23(23): 23936-23950. doi: 10.1007/s11356-016-7636-7.

21 Zhila, N., A. Murueva, A. Shershneva, et al. Herbicidal activity of slow-release herbicide formulations in wheat stands infested by weeds. Journal of Environmental Science and Health, Part B. 2017, 52(10): 729-735. doi: 10.1080/03601234.2017.1356668.

22 Kiselev, E. G., A. N. Boyandin, N. O. Zhila, et al. Constructing sustained-release herbicide formulations based on poly-3-hydroxybutyrate and natural materials as a degradable matrix. Pest Management Science. 2020, 76(5): 1772-1785. doi: 10.1002/ps.5702.

23 Volova, T. G., S. V. Prudnikova, N. O. Zhila, et al. Efficacy of tebuconazole embedded in biodegradable poly-3-hydroxybutyrate to inhibit the development of Fusarium moniliforme in soil microecosystems. Pest Manag Sci. 2017, 73(5): 925-935. doi: 10.1002/ps.4367.

24 Volova, T., S. Prudnikova, A. Boyandin, et al. Constructing Slow-Release Fungicide Formulations Based on Poly(3-hydroxybutyrate) and Natural Materials as a Degradable Matrix. J Agric Food Chem. 2019, 67(33): 9220-9231. doi: 10.1021/acs.jafc.9b01634.

25 Levett, I., M. Liao, C. Pratt, et al. Designing for effective controlled release in agricultural products: new insights into the complex nature of the polymer–active agent relationship and implications for use. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2020, 100(13): 4723-4733. doi: https://doi.org/10.1002/jsfa.10531.