La fotosíntesi i la respiració són dos processos principals de creixement de les plantes que són clau per a plantes sanes i cultius de qualitat.
Durant la fotosíntesi, les fulles fotosintètiques i les cèl·lules mare utilitzen l'energia del sol per combinar el diòxid de carboni (CO2) de l'aire amb l'aigua absorbida per les cèl·lules arrels per produir sucre en forma de glucosa. Aquesta glucosa s'utilitza per a molts processos metabòlics en totes les parts de la planta, inclosa la producció de cel·lulosa i midó.
La glucosa també és una font clau de combustible per a la respiració de les cèl·lules arrels, un procés que és essencialment el contrari de la fotosíntesi.
Durant la respiració, les cèl·lules arrels que respiren cremen la glucosa transportada de les fulles. La glucosa es converteix en energia cel·lular (anomenada adenosina trifosfat o ATP) i s'utilitza per impulsar els processos metabòlics, principalment l'absorció d'aigua i nutrients.
Sense oxigen, no es produeix la respiració. L'oxigen és l'acceptor final d'electrons. La respiració aeròbica és necessària per convertir la glucosa en ATP.
L'oxigen és el factor limitant per als cultius de qualitat
La quantitat d'oxigen disponible per a les cèl·lules arrels està relacionada amb les taxes de creixement de les plantes saludables i els rendiments dels cultius. Sense l'oxigen adequat, la quantitat de sucre que poden cremar les cèl·lules de l'arrel i la quantitat d'aigua i nutrients que poden absorbir són limitades.
La reducció de la taxa d'absorció d'aigua i nutrients per part d'una planta limita directament la seva taxa de creixement global i el rendiment i la qualitat dels seus fruits. Les plantes debilitats són més susceptibles a les malalties i menys resistents a les tensions ambientals, com ara les altes temperatures durant els mesos més càlids.
L'oxigenació de la zona arrel és una pràctica habitual als hivernacles. Això és encara més important en climes més càlids perquè hi ha menys oxigen dissolt (DO) a l'aigua a temperatures més altes.
A més, els productors que reutilitzen l'aigua de reg han de millorar la qualitat de l'aigua després de cada reg.
Cultiu a l'aire lliure i aireació de l'aigua
A més dels productors d'hivernacle, els productors de conreus de camp especialitzats també es beneficien de la ventilació de l'aigua de reg.
L'aigua de pou, i els embassaments que contenen aigua de pou, sovint no tenen suficient oxigen per mantenir la salut de les plantes. Si hi ha compostos orgànics a l'embassament, generalment de fulles i llavors transportades pel vent, excrements d'ocells, patògens de malalties i algues, la demanda bioquímica d'oxigen (DBO) de l'aigua serà alta.
Això significa que els microorganismes necessiten més oxigen dissolt per trencar els components orgànics presents. Els mètodes d'oxigenació són clau per aconseguir un DO acceptable per reduir la DBO i promoure la salut de les arrels de les plantes.
A més, un nou estudi del 2022 confirma que els nivells més alts d'oxigen del sòl (del tractament d'aigua superoxidada) promouen activitats microbianes beneficioses del sòl, com ara la mineralització del sòl i la conversió de nutrients, que milloren els rendiments dels cultius, l'eficiència en l'ús de l'aigua i la fertilitat del sòl.
Tant si s'utilitza aigua emmagatzemada en un embassament com directament d'una font, l'aigua de reg d'alta qualitat i oxigenada és essencial per al desenvolupament de les arrels i el creixement de les plantes.
Oxigen i malaltia
L'oxigen també és clau per reduir i suprimir malalties com les espècies de Pythium o les infeccions per Phytophthora. Els nivells d'oxigen dissolt molt alts afavoreixen el creixement de microorganismes beneficiosos com les micorizes i suprimeixen els patògens anaeròbics.
Si els nivells d'oxigen dissolt són baixos a la zona de l'arrel, això pot afectar la morfologia, el metabolisme i el creixement de les arrels i les plantes.
Aquestes desviacions tenen un impacte negatiu en el creixement de les plantes i les fan més susceptibles a les malalties.
Tecnologies d'Oxigenació
Fins fa poc, els productors tenien uns quants mètodes tradicionals d'aeració de l'aigua per triar, però aquests mètodes tenien un rendiment bastant pobre.
Els difusors tenen una eficiència de transferència d'oxigen del 1-2%, i els sistemes venturi i sparger tenen una eficiència de transferència d'oxigen d'aproximadament 20-40%. Tot i que els venturis i els misters tenen altes taxes de transferència, són ineficients i poc econòmics per als productors.
Com que la capacitat de l'aigua per retenir l'oxigen dissolt disminueix a mesura que augmenta la temperatura, molts productors utilitzen sistemes de refrigeració d'aigua en els seus sistemes d'aireació tradicionals. Els sistemes de refrigeració consumeixen molta energia i augmenten significativament els costos operatius, reduint la sostenibilitat i l'economia, sobretot a mesura que els costos energètics continuen augmentant.
Tecnologia Nanobubble
La tecnologia Nanobubble és una manera sostenible i rendible d'augmentar l'oxigen dissolt a la zona arrel fins a nivells òptims. La tecnologia patentada de Moleaer té una taxa de transferència d'oxigen superior al 85%, cosa que permet als productors augmentar eficaçment l'oxigen dissolt utilitzant menys recursos.
Les nanobubbles també proporcionen un mètode provat lliure de productes químics per desinfectar eficaçment l'aigua i les línies de reg, evitant les malalties de les arrels transmeses per l'aigua i l'acumulació de biofilm. Aquests beneficis milloren la qualitat de l'aigua, augmenten el vigor de les plantes i redueixen la dependència de les aplicacions químiques.
Superoxigenació de nanobombolles
La velocitat de transferència de gas més alta permet que el generador de nanobombolles augmenti de manera ràpida i eficaç els nivells d'oxigen dissolt. Els productors poden configurar el generador de nanobombolles per orientar l'oxigen dissolt per a una utilització òptima d'oxigen per als seus cultius. La tecnologia de Moleaer permet als productors augmentar els nivells de DO a la zona arrel d'almenys entre un 50 i un 100 per cent, mantenint concentracions constants fins i tot en aigua tèbia.
En aquest nivell, les cèl·lules arrels són més eficients per absorbir aigua i nutrients. Quan les cèl·lules de l'arrel són capaços d'absorbir tanta aigua i nutrients com sigui possible, s'aconsegueix el màxim desenvolupament de les arrels, el creixement de les plantes i els rendiments dels cultius.
Les nanobombolles també redueixen els patògens i el biofilm
A més de l'oxigenació eficient, la tecnologia de nanobubble produeix nanobubbles amb propietats químiques i físiques úniques. A través d'aquestes propietats, les nanobombolles redueixen els patògens de l'aigua i el biofilm.
Les nanobombolles són neutrement flotants, és a dir, romanen suspeses en el líquid en lloc de pujar a la superfície i esclatar com bombolles més grans. A mesura que flueix l'aigua de reg, les nanobombolles es mouen constantment i aleatòriament a través de parts del sistema d'aigua mitjançant el moviment brownià.
Són atrets per superfícies com les parets de les canonades de reg, on es desgasten i freguen el biofilm, una matriu que es forma a la majoria de superfícies que entren en contacte amb l'aigua. Els biofilms alberguen patògens i poden obstruir els emissors de reg quan s'acumulen.
La reducció del biofilm limita la propagació de patògens i allarga la vida útil dels sistemes de reg. A més, els productors poden reduir les aplicacions químiques per a l'eliminació de biofilm.
Sense utilitzar productes químics, les nanobombolles també poden dissoldre cèl·lules bacterianes i oxidar patògens a l'aigua. Quan les nanobombolles troben contaminants, esclaten i produeixen espècies reactives d'oxigen (ROS). Les espècies reactives d'oxigen són oxidants suaus, com el peròxid d'hidrogen o el clor.
Com van explicar recentment els científics de la Universitat de Massachusetts i la Universitat Estatal d'Arizona, "Els ROS generats per nanobubbles poden ser els més prometedors per al tractament de l'aigua perquè permeten allunyar-se dels oxidants de base químic (clor, ozó) que són costosos de tractar, perillós i produeix subproductes nocius, alhora que ajuda a assolir objectius importants de tractament (per exemple, destrucció de contaminants orgànics, patògens, biofilms).
Cultivadors que utilitzen la tecnologia Nanobubble per reduir els patògens i el biofilm
Els productors han vist reduccions significatives dels patògens transmesos per l'aigua com Pythium i Phytophthora a l'aigua de reg infusió de nanobombolles.
L'organització d'investigació holandesa NovaCropControl va fer un estudi de cultius de tomàquet d'hivernacle regats amb aigua de reg infusió de nanobombolles. Van veure una disminució del 80% en els nivells de Pythium, un patogen comú transmès per l'aigua que afecta la salut de les arrels.
Un altre estudi es va realitzar a l'Institut Delphi als Països Baixos i va analitzar els cultius de maduixes. Els investigadors van trobar una reducció del 74% en el recompte de Pythium, casos més baixos de la malaltia de Phytophthora i una qualitat general de les arrels més saludables.