حوزه های صنعتـــی
حوزه های صنعتـــی
مشاهده گزارش
کاربردهای فناوری نانو در کودهای شیمیایی

کاربردهای فناوری نانو در کودهای شیمیایی

تاریخ : ۱۳۹۹/۰۱/۲۳ تعداد بازدید :‌ ۴۴۵۲
فناوری نانو، به عنوان یک فناوری نوظهور، نقش مهمی در بهینه‌سازی تکنیک‌های مدیریتی کشاورزی مرسوم برعهده دارد. به واسطه کاربرد فناوری نانو در طراحی و توسعه نانوکودها و نانوسیستم‌های رسانش عناصر غذایی به ریشه‌های گیاهان، می‌توان از طریق افزایش کارآیی مصرف کودهای شیمیایی به دستاوردهای شگرفی مانند افزایش عملکرد محصول، کاهش هزینه‌های تولید و حفاظت از محیط زیست نائل آمد.

امنیت جهانی غذا به دلیل محدود بودن منابع طبیعی مانند: زمین حاصل‌خیز، بذرهای با کیفیت و آب، در سراسر جهان به صورت جدی مورد تهدید قرار گرفته است. تخمین زده می‌شود جمعیت جهان (که در حال حاضر ۷.۸ میلیارد نفر است) تا سال ۲۰۵۰ به حدود ۹ میلیارد نفر برسد. سیستم‌های کشاورزی جهانی با چالش‌های بی‌سابقه‌ای از جمله تغییرات سریع آب و هوایی مواجه هستند.

کودها نقشی حیاتی در افزایش تولید محصولات کشاورزی ایفا می‌کنند، اما استفاده بیش از حد از کودهای شیمیایی به صورت غیرقابل برگشت به اکولوژی شیمیایی خاک آسیب می‌زنند و باعث می‌شوند مناطق موجود برای تولید محصولات زراعی کاهش یابد.

کشاورزی پایدار نیازمند کم‌ترین استفاده از مواد شیمیایی زراعی (agrochemicals) است. تکنیک‌های پیشرفته نانومهندسی با ایجاد سیستم تولید محصول بهبودیافته که تضمین‌کننده پایداری است، برای غلبه بر بحران کشاورزی استفاده می‌شود.

 

به‌کارگیری فناوری نانو در تولید کودهای شیمیایی

نانومواد، تولید محصولات را بهبود بخشیده و به طور موثر رسانش عناصر غذایی به گیاهان و سایت‌های مورد هدف را تضمین نموده و استفاده حداقل از مواد شیمیایی زراعی را تضمین می‌کند.

در کشاورزی سنتی، مازاد کود به طور مستقیم به داخل خاک و یا بر روی برگ‌ها پاشیده می‌شود، که از نیاز غذایی گیاه نیز فراتر می‌رود. زیرا به دلیل آب‌شویی (leaching) مواد شیمیایی، تبخیر، رانش، هیدرولیز، روان‌آب و تخریب فوتولیتیک یا میکروبی، تنها درصد کمی از کود به محل هدف خود می‌رسد.

این مقدار بیش از حد کود شیمیایی بر تعادل عناصر غذایی خاک تأثیر منفی می‌گذارد و به دلیل آب‌شویی مواد سمی به درون آب راه می‌یابند و باعث آلودگی منابع آب محلی می‌شوند. نانومواد با افزایش قابلیت دسترسی به عناصر غذایی کود در خاک و جذب عناصر غذایی توسط گیاهان، می‌توانند بازده محصول را افزایش دهند.

این مواد می‌توانند با اعمال مستقیم بر روی فیتوپاتوژن‌ها از طریق مکانیزم‌های گوناگون، از جمله تولید گونه‌های اکسیژن واکنش‌پذیر، بیماری‌های زراعی را سرکوب نمایند. این مواد همچنین تولید محصولات زراعی را با بهبود تغذیه محصول و تقویت مسیرهای دفاعی گیاه به طور غیرمستقیم افزایش می‌دهند.

استفاده موثر از نانومواد ممکن است اثرات منفی زیست‌محیطی روش‌های کشاورزی معمول را کاهش دهد. در تجزیه و تحلیل‌های آزمایشگاهی اخیر، گزارش شده‌است که کودهای نانو با افزایش سرعت جوانه‌زنی بذر، رشد گیاهچه و فعالیت فتوسنتزی، می‌توانند بهره‌وری محصول را بهبود بخشند.

نانومواد، ریشه گیاه و سطح برگ که مسیرهای اصلی عناصر غذایی در سیستم‌های گیاهی و بسیار متخلخل در مقیاس نانو هستند را تحریک می‌کند. استفاده از کودهای نانو می‌تواند جذب عناصر غذایی گیاه را از طریق این منافذ افزایش دهد. این فرآیند می‌تواند از طریق ایجاد منافذ جدید و یا بهره‌برداری از کانال‌های درون‌یاختگی (endocytosis) یا یونی، تشکیل کمپلکس (complexation) را به وسیله حامل‌های مولکولی و یا تراوه (exudate) ریشه، تسهیل نماید.

علاوه بر این، چندین محقق گزارش داده‌اند که کاهش در اندازه نانومواد باعث افزایش نسبت سطح به جرم ذرات می‌شود. این امر، امکان جذب یون‌های عناصر غذایی فراوان را که بعدا برای یک دوره طولانی به طور آهسته و به تدریج دفع می‌شوند را فراهم می‌سازد. بنابراین، فرمولاسیون کودهای نانو می‌تواند تغذیه متعادل برای محصولات زراعی را در طول چرخه رشد فراهم نماید، که به نوبه خود باعث بهبود تولید محصولات کشاورزی می‌شود.

نانوزیست‌حسگرهایی که با تراوه ریشه خاص واکنش نشان می‌دهند نیز مورد بررسی قرار گرفته است. این روش‌ها نسبتا جدید هستند و مسائل حرفه‌ای و ایمنی زیادی وجود دارد که باید قبل از اجرا به دقت مورد بررسی قرار گیرد.

 

کودهای نانو

چشم‌انداز جهانی کشاورزی از زمان انقلاب فناوری نانوی سبز بشدت تغییر کرده‌است. در حال حاضر کودهای نانو در غلظت‌های خاصی مطابق با نیازهای غذایی محصولات زراعی مورد استفاده قرار می‌گیرند و از حداقل اثرات جانبی نامطلوب برخوردار هستند.

سه نوع کود نانو وجود دارد؛ کودهای نانومقیاس (که از نانوذراتی حاوی عناصر غذایی تشکیل‌شده اند)، کودهای افزودنی نانومقیاس (که کودهای سنتی با افزودنی‌هایی در مقیاس نانو هستند) و کودهای پوشش‌دار نانومقیاس (که کودهای سنتی پوشیده شده و یا پر شده با نانوذرات هستند).

کودهای نانو اغلب از طریق کپسوله‌سازی عناصر غذایی با نانومواد تولید می‌شوند. نانومواد اولیه با استفاده از هر دو روش فیزیکی (از بالا به پایین) و شیمیایی (از پایین به بالا) ساخته می‌شوند. اخیرا عناصر غذایی مورد نظر در داخل مواد نانومتخلخل (nanoporous) با یک ذره فیلم پلیمری نازک پوشیده شده و یا با امولسیون‌هایی که در ابعاد نانو پوشش داده شده اند، محصور می‌شوند.

کپسوله‌سازی میکروارگانیسم‌های مفید، مانند باکتری‌ها یا قارچ‌ها، نویدبخش است زیرا می‌تواند قابلیت دسترسی نیتروژن، فسفر و پتاسیم موجود در ناحیه ریشه را تقویت نماید و از این طریق رشد گیاه را بهبود بخشد.

نانوکودها همچنین می‌توانند براساس عملکردشان طبقه‌بندی شوند؛ کودهای کنترل‌کننده و یا آهسته رهش (که محتویات غذایی خود را به‌تدریج و به گونه‌ای که زمان آزادسازی آن‌ها منطبق با نیاز غذایی گیاه باشد در خاک رها می‌کنند.)، کودهای مغناطیسی یا کودهای نانوکامپوزیت (که از یک نانودستگاه برای تهیه طیف گسترده‌ای از عناصر غذایی کم‌نیاز و پرنیاز در غلظت مطلوب استفاده می‌کنند).

نانومواد متخلخل با قابلیت تنظیم آزادسازی مواد مبتنی بر نیاز و با افزایش فرآیند جذب گیاه، به طور قابل‌توجهی از دست دادن نیتروژن را کاهش می‌دهند. مثال‌هایی از نانومواد متخلخل عبارتند از؛

  • زئولیت‌های آمونیوم باردار، که می‌توانند حلالیت مواد معدنی فسفات را افزایش دهند و منجر به بهبود قابلیت دسترسی فسفر و جذب آن توسط محصولات زراعی شوند.
  • فیلم‌های گرافن اکسید (نانومواد مبتنی بر کربن)، که می‌توانند انتشار پتاسیم نیترات را طولانی‌تر کنند، زمان عملکرد را افزایش داده و تلفات ناشی از آب‌شویی را به حداقل برسانند.

نانو کلسیت (40٪، CaCO3)، همراه با نانوسیلیکا (4٪)، منیزیم اکسید (1٪)، آهن(III) اکسید (1٪) نه تنها جذب کلسیم، منیزیم و آهن را بهبود می‌بخشند، بلکه میزان با عناصر غذایی کم‌نیاز روی و منگنز جذب فسفر را افزایش می‌دهند.

نظرات

پاسخ به نظــر بازگشت به حالت عادی ثبت نظر

نظر شما
security code