تأثیر کودهای نانویی بر توسعه پایدار محصولات
چرا استفاده از کودهای نانو بهتر از کودهای شیمیایی معمول است؟
ویژگی‌های منحصر به فرد نانوذرات، مانند ظرفیت جذب بالا، افزایش نسبت سطح به حجم و سینتیک انتشار کنترل‌شده تا محل مورد نظر، آن‌ها را به یک تقویت‌کننده بالقوه رشد گیاه تبدیل می‌کند.
به دلیل این ویژگی‌های مشخصه، کودهایی با ساختار نانو می‌توانند به عنوان یک سیستم انتقال هوشمند مواد مغذی به گیاه مورد استفاده قرار گیرند. کودهای نانو در مقایسه با کودهای متعارف، بسیار آهسته رها و منتشر می‌شوند. این رویکرد، مدیریت مواد مغذی را بهبود می‌بخشد؛ به عنوان مثال، افزایش راندمان استفاده از مواد مغذی و کاهش آب‌شویی مواد مغذی در آب‌های زیرزمینی.
کودهای نانو به طور خاص برای آزادسازی مواد مؤثر در واکنش به نیازهای زیستی و تنش‌های محیطی طراحی شده‌اند. دانشمندان در ادمه اظهار داشتند که کودهای نانو با بهبود فعالیت فتوسنتز، رشد نهال، میزان جوانه‌زنی بذر، متابولیسم نیتروژن و سنتز کربوهیدرات و پروتئین، بهره‌وری کشاورزی را افزایش می‌دهند.
توسعه نانوفرمولاسیون‌های مؤثر
نانوفرمولاسیون‌ها یا کودهایی در مقیاس نانو از هومات آمونیوم، اوره، تورب، پسماند گیاهی و سایر کودهای سنتزی ساخته می‌شوند. نمونه‌ای از فرمولاسیون نانو، کودهای نانو مقیاس نیتزوژن (N) است که در نتیجه رسوب اوره بر روی کلسیم سیانامید تهیه می‌شود.
نانو کودهای نیتزوژن در افزایش بهره‌وری برنج نقشی اساسی دارند. این نوع کود یک جایگزین عالی برای کودهای شیمیایی است؛ زیرا باعث رشد گیاه و کاهش آلودگی محیط‌زیست می‌شود. استفاده بیش از حد از کودهای معمول از طریق آب‌شویی، نیترات‌زدایی و تبخیر کودهای شیمیایی موجب آلودگی زیست محیطی می‌گردد.
یک نانو کود مؤثر دیگر از طریق آسیاب کردن اوره و مخلوط کردن آن با کودهای زیستی مختلف به دست می‌آید. این نانو کود برای مدت زمان طولانی‌تری به به صورت آهسته و تدریجی مواد مغذی را آزاد می‌کند.
کودهای نانو با استفاده از هر دو فرآیندهای مکانیکی و بیوشیمیایی تولید می‌شوند، یعنی برای به دست آوردن ذراتی با اندازه نانو ابزارهای مکانیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند و برای به دست آوردن فرمولاسیون‌های مؤثر در مقیاس نانو از روش‌های بیوشیمیایی استفاده می‌شود.
کودها اغلب در داخل نانوذرات کپسوله می‌شوند. این نانو کودها ظرفیت جذب و راندمان استفاده از مواد مغذی برای گیاه را افزایش می‌دهند. فرآیند کپسوله‌سازی مواد غذایی با نانومواد می‌تواند به سه روش انجام شود. این موارد زیر بیان می‌شوند؛
- ذرات مغذی پوشش داده‌شده با لایه نازکی از نانومواد (فیلم پلیمری)
- مواد مغذی کپسوله‌شده در نانومواد با ماهیت و ترکیب شیمیایی مختلف
- مواد مغذی که به شکل نانوامولسیون تحویل داده می‌شوند
نانو کودها چگونه وارد سیستم گیاهی می‌شوند؟
پژوهشگران اظهار داشتند سیستم ریشه گیاه (که دروازه ورود مواد مغذی محسوب می‌شود) نسبت به نانومواد (نانو کودها) در مقایسه با کودهای معمول بسیار متخلخل است. گزارش شده‌است دهانه روزنه برگ‌ها نیز جذب نانومواد و ورود آن‌ها به برگ‌ها را ترجیح می‌دهد.
دانشمندان آزمایش‌هایی را با استفاده از باقلا (Vicia faba) انجام دادند تا کارایی نانوذرات را در زمینه نفوذ به سیستم گیاه را مشخص نمایند. آن‌ها دریافتند که نانوذرات (با اندازه ۴۳ نانومتر) در مقایسه با نانوذرات بزرگ‌تر از ۱ نانومتر می‌توانند در بسیاری از برگ‌ها نفوذ کنند.
همچنین گزارش شده‌است که نانو کودها مواد مغذی را از طریق پلاسمودسماتا (plasmodesmata) منتقل می‌کنند. پلاسمودسماتا کانال‌هایی با اندازه نانو (حدود ۵۰ تا ۶۰ نانومتر) هستند که برای انتقال یون‌ها بین سلول‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. نانولوله‌های کربنی و نانوذرات سیلیکا، ابزار مفیدی برای حمل و تحویل مواد (از جمله مواد مغذی و دیگر مواد بیوشیمیایی مهم) به محل مورد نظر گیاهان هستند.
استفاده از نانو کود در توسعه پایدار محصول
دانشمندان بر این باورند که نانو کود روی (zinc)، منجر به رشد بهتر گیاه (سیستم ریشه و ساقه) و افزایش مقدار کلروفیل برگ می‌شود.
در مطالعات پیشین، اصلاح نانو کودهای روی به طور قابل‌توجهی بازده بادام‌زمینی را افزایش داد. این نانو کودها تولید بذر سبزیجات را نیز بهبود می‌بخشند. به طور مشابه، گزارش شده‌است که نانولوله‌های کربنی حاوی کودها، روزهای جوانه‌زنی را کاهش می‌دهند. همچنین مشخص شد که این نانو کودها به توسعه سیستم‌های ریشه گیاه در جوانه برنج کمک می‌کنند.
همچنین کودهای نانو دوره چرخه محصول را کاهش داده و بازده محصول را افزایش می‌دهند. به عنوان مثال، اصلاح گندم با استفاده از نانوذرات NPK (نیتروژن، فسفر و پتاسیم) منجر به افزایش برداشت گندم شد و دوره کشت گندم را ۴۰ روز کاهش داد. در سیستم کاشت ذرت نیز نتایج مشابهی به دست آمد.
محدودیت‌های کودهای نانو
علی‌رغم کمک به تولید محصولات پایدار، محدودیت‌های کودهای نانو باید پیش از بازاریابی به دقت مورد توجه قرار گیرد. محدودیت‌های استفاده از کودهای نانو عمدتاً به دلیل عدم وجود نظارت دقیق و شکاف‌های تحقیقاتی بوجود می‌آید.
برخی از اشکالات مربوط به استفاده از کودهای نانو برای تولید محصولات پایدار در زیر لیست شده‌اند؛
- عدم وجود یک سیستم مدیریت ریسک در زمینه نانو کود
- عدم تولید و در دسترس بودن کودهای نانو در مقادیر مورد نیاز. این امر استفاده گسترده از کودهای نانو را به عنوان منبع مواد مغذی گیاهی محدود می‌کند.
- هزینه زیاد کودهای نانو
- عدم استانداردسازی فرآیند فرمولاسیون. این امر باعث می‌شود از نانومواد یکسان در شرایط مختلف پدوکلیماتیک نتایج مختلفی بدست آید.
شرکت‌های تأیید شده تولیدکننده نانو کود
برخی از نانو کودهای مورد تأیید و تولیدکنندگان آن‌ها عبارتند از؛
- نانو کلسیم (شرکت AC International Network، آلمان)
- نانو-میکرو نوترینت (شرکت بازرگانی Shan Maw Myae، هند)
- نانو گرین (شرکت Nano Green Sciences، هند)
- نانو-کود بیوزر (شرکت فناور نانو پژوهش مرکزی، ایران)