بهینه‌سازی و سم زدایی محصولات کشاورزی با نانو

کشاورزی به عنوان فرآیند تولید محصولات غذایی با استفاده از کشت گیاه و پرورش دام شناخته می‌شود.

به گزارش پایگاه خبری گسترش، روزنامه صمت نوشت: این صنعت یکی از ارکان مهم اقتصادی کشورهای توسعه‌یافته به شمار می‌رود و حیات و ممات برخی از این کشورها در گرو کشاورزی است. با افزایش جمعیت جهان، نیاز به غذا و محصولات کشاورزی به شدت در حال افزایش است، به طوری‌که سازمان خوار بار جهانی (FAO) پیش‌بینی کرده که با افزایش روزافزون جمعیت در سال ۲۰۵۰ میلادی سالانه ۲۰۰ میلیون تن غذا و محصولات کشاورزی مورد نیاز است. اما بر اثر عواملی چون تغییرات آب و هوایی، محدود شدن منابع آب و خاک، افزایش آلودگی محیط‌زیست و بیماری‌های گیاهی، مشکلاتی در زمینه کشاورزی و تولید غذای کافی و سالم به وجود می‌آید. از این رو، کمیت و کیفیت محصولات کشاورزی و امنیت غذایی در این بین به خطر خواهد افتاد. دانشمندان برای غلبه بر این مشکلات ابزارهای گوناگونی به کار می‌برند که از جمله آن می‌توان به فناوری نانو اشاره کرد. این فناوری قابلیت متحول ساختن صنعت کشاورزی را از طریق تهیه فرمولاسیونی جدید برای سموم و کود، شناسایی و تشخیص بیماری‌های گیاهی، تامین آب مورد نیاز کشاورزی، مدیریت و اصلاح خاک و بهداشت دام واصلاح نژاد دارد. به طور کلی، فناوری نانو با بهینه کردن مصرف نهاده‌های کشاورزی همچون آب، کود، سم و کاهش پساب و آلودگی‌ها، می‌تواند سهم بسزایی در رونق روزافزون این صنعت داشته باشد. خاک از منابع اصلی تولیدات کشاورزی به شمار می‌رود. حفظ سلامتی و حاصلخیزی آن برای تولید پایدار اهمیت بسیاری دارد. عناصر غذایی و رطوبت موجود در خاک همیشه باید به حد مطلوب باشد و میزان مواد آلاینده (فلزات سنگین، سموم و...) به حد ممکن کاهش یابد. فناوری نانو می‌تواند کمک شایانی به بهبود این روند داشته باشد. تغذیه گیاه و حاصلخیزی خاک عناصر غذایی خاک باید به میزان مناسب باشد و بتواند این عناصر غذایی را به خوبی به گیاه برساند. یکی از راه‌های تامین عناصر غذایی خاک، استفاده از کودهای مناسب است. مصرف کود علاوه‌بر افزایش تولید، باید کیفیت محصولات کشاورزی را نیز ارتقا دهد. نکته دیگر آلوده نکردن محیط‌زیست با کود است زیرا در غیر این صورت سلامتی انسان، جانوران و گیاهان به خطر خواهد افتاد. فناوری نانو با تغییر و اثرگذاری بر فرمولاسیون کودها و تولید موادی با ویژگی‌های مناسب و منحصر (نانوکود شیمیایی، نانوکود آلی و نانوکود بیولوژیک) نقش مهمی در این زمینه دارد و استفاده از این فناوری در تولید کود، سبب افزایش کمیت و کیفیت محصولات کشاورزی و کاهش روند تخریب محیط‌زیست می‌شود. مزیت‌های بهره‌گیری از این نانوکودها عبارتند از: با تغییر دادن فرمولاسیون کودها می‌توان کودهای هوشمند تولید کرد، به طوری‌که سرعت رهاسازی عناصر غذایی کود مطابق با الگوی جذب گیاه باشد. تولید کودهایی حاوی عناصر غذایی کم‌مصرف در اندازه نانومتری، باعث می‌شود انحلال‌پذیری و پراکندگی این عناصر غذایی در خاک افزایش و بازده جذب این عناصر از گیاه بهبود یابد. با استفاده از نانوکودها میزان اتلاف عناصر غذایی از طریق آبشویی کاهش می‌یابد. در برخی موارد میزان مصرف کودهای نیتروژنی و فسفاته به ۵۰ درصد کاهش می‌یابد که این امر موجب کاهش آلودگی‌های ناشی از مصرف بی‌رویه کودهای شیمیایی می‌شود. به دلیل برخورداری از تغذیه مناسب و فراهم بودن عناصر غذایی، مقاومت گیاه در برابر تنش‌های محیطی و بیماری‌ها افزایش و میزان مصرف سموم شیمیایی و آفت‌کش‌ها کاهش می‌یابد. بهره‌گیری از نانوکودها سبب برهم‌کنش طولانی‌مدت با میکروارگانیسم‌های موجود در خاک می‌شود. استفاده از نانوکودها به دلیل کاهش مصرف کود از لحاظ اقتصادی به صرفه است. اصلاح خاک فعالان بخش کشاورزی درصدد افزایش تولید در واحد سطح محصولات کشاورزی هستند تا بدین طریق بتوانند جوابگوی نیازهای غذایی بشر باشند. اما نبود مدیریت صحیح خاک (شخم عمیق، شخم در جهت شیب و...)، استفاده نامتعادل و بیش از حد از کودهای شیمیایی، اضافه نکردن مواد آلی، سوزاندن بقایای گیاهی و آبیاری با آب‌های آلوده موجب شده است خاک به‌تدریج کیفیت و حاصلخیزی خود را از دست دهد و به خاک نامرغوب و آلوده تبدیل شود. بنابراین بهره بردن از اصلاح‌کننده‌های خاص همچون اصلاح‌کننده‌های نانویی، که بتواند این شرایط را بهبود بخشد و از روند تخریب خاک جلوگیری کند، امری ضروری به‌نظر می‌رسد. برخی از این گروه اصلاح‌کننده عبارتند از: نانوزئولیت نانوزئولیت‌ها مواد باارزشی هستند که مصارف گسترده‌ای در پالایشگاه‌ها و همچنین در مهندسی کشاورزی و محیط‌زیست دارند. نانوزئولیت از ساختمان پیچیده‌ای برخوردار است و در ساختمان بلورین آن کانال‌های به هم پیوسته گسترده‌ای وجود دارد. این کانال‌ها فضای خالی وسیعی را برای جذب و تبادل کاتیون‌ها فراهم می‌آورند. برخی گزارش‌ها نشان می‌دهد که مساحت درونی این کانال‌های تهی به چند‌صد متر مربع در هر گرم از کانی زئولیت می‌رسد و همین ویژگی زئولیت را به یکی از موثرترین تبادل‌کنندگان یون بدل ساخته است. مزیت‌های استفاده از نانو‌زئولیت در کشاورزی عبارتند از: تخلخل زیاد، قابلیت جذب بالای آب و افزایش ظرفیت نگه‌داشت آب در خاک اصلاح زمین‌های شنی و توزیع آب در این قبیل خاک‌ها افزایش تهویه‌پذیری خاک قابلیت جذب فلزات سنگین (کروم، نیکل، سرب، کادمیوم و...) و پالایش خاک‌های آلوده قابلیت ترکیب با عناصر غذایی و عمل کردن آن به عنوان یک کود کُندرَها نانوبیوچار از جمله چشم‌اندازهای نوین در فناوری نانو در زمینه اصلاح‌کننده‌های خاک می‌توان به ترکیبات زیستی از جمله نانوبیوچارها اشاره کرد. بیوچار منبع تجدیدپذیر به شمار می‌رود که از بیومس گیاهی و یا هرگونه مواد زائد دیگر (مانند ضایعات کارخانجات نساجی و دباغی و...) تولید می‌شود. در این روش، مواد زائد در حرارت‌های زیاد به زغال زیستی تبدیل می‌شود. این ترکیب زیستی دارای ساختار ریز و سطح ویژه بالایی است. اهمیت چند جانبه بیوچار به دلیل ساخته شدن از مواد زائد، نرخ ارزان و همچنین زیستی بودن آن است. بنابراین با استفاده از فناوری نانو در تولید نانوبیوچارها و بهبود خواص شیمیایی، می‌توان از ویژگی‌های آن در بهبود کیفیت خاک، افزایش عملکرد محصول، افزایش جذب مواد سمی و کاهش تغییرات اقلیمی بهره جست. مزیت‌های بهره‌گیری از نانو بیوچار در صورت تولید و استفاده در خاک عبارتند از: ذخیره کربن در خاک و افزایش درصد مواد آلی در خاک افزایش تهویه‌پذیری خاک جذب انواع آلاینده‌های آلی، معدنی و زباله‌های صنعتی و در نتیجه کاهش رهاسازی آنها در محیط افزایش جذب عناصر غذایی و آب در گیاه