فایل ورد قابل ویرایش

دانلود مقاله نقش فناوری نانو در بهبود کارآیی مصرف عناصر غذایی کودهای شیمیایی

چکیده: کودهای شیمیایی به‌طور معمول از طریق محلول‌پاشی یا به‌صورت خاک کاربرد مورد استفاده‌ قرار می‌گیرند. در این میان، به‌دلیل وقوع معضلاتی مانند آبشویی، روانآب و تبخیر، تنها بخش اندکی از عناصر موثره کود به نقطه هدف می‌رسد که بسیار کمتر از حداقل غلظت موثر مورد نیاز گیاه است. از این رو، به‌منظور اعمال کنترل موثر بر وضعیت تغذیه‌ای گیاه به کاربرد مکرر کودهای شیمیایی نیاز است که این کاربرد پی‌درپی می‌تواند موجب بروز برخی اثرات جانبی نامطلوب، مانند آلودگی آب و خاک، شود. بنابراین، باید با به‌کارگیری فناوری‌های نوین اقدام به طراحی و ساخت کودهایی کرد که از ویژگی‌هایی مانند رهاسازی کنترل‌شده عناصر در پاسخ به محرک‌های ویژه، فعالیت هدفگیری ارتقایافته، سمیت زیست‌محیطی کمتر، و رسانش آسان و ایمن عناصر برخوردارند و بدین طریق مانع از کاربرد مکرر کودهای شیمیایی شد. فناوری نانو، به‌عنوان یک فناوری نوظهور، نقش مهمی در بهینه‌سازی تکنیک‌های مدیریتی کشاورزی مرسوم برعهده دارد. به‌واسطه 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.

واژه‌های کلیدی: فناوري ‌نانو، کارآیی مصرف عناصر غذایی، کودهای کُندرها، سیستم‌های هوشمند رسانش.

۱. مقدمه

کودهای شیمیایی ترکیبات غیرآلی هستند که با فرم و غلظت‌های مناسب فرموله شده‌اند و به‌منظور افزایش رشد گیاه و میوه‌های آن مورد استفاده قرار می‌گیرند. این کودها معمولاً به‌صورت خاک کاربرد (جهت جذب به‌وسیله ریشه‌های گیاه) یا محلول‌پاشی (برای جذب از طریق برگ‌ها) به مصرف می‌رسند. سه عنصر غذایی نیتروژن، فسفر، و پتاسیم از عمده‌ترین عناصر مورد نیاز گیاهان است که از طریق مصرف کودهای شیمیایی تامین می‌شود. نیتروژن رشد برگ‌های گیاه را افزایش می‌دهد و سبب تشکیل پروتئین‌ها و کلروفیل می‌شود. فسفر با نمو ریشه‌ها، گل‌ها، و میوه‌های گیاه در ارتباط است. پتاسیم در رشد ساقه و ریشه گیاه و سنتز پروتئین مشارکت دارد. با وجود این، ۴۰ تا ۷۰ درصد از نیتروژن، ۸۰ تا ۹۰ درصد از فسفر، و ۵۰ تا ۷۰ درصد از پتاسیم کودهای شیمیایی مرسوم با اندازه ذرات بیش از ۱۰۰ نانومتر به درون محیط نشت می‌کند و قابل جذب توسط گیاهان نیست، که این امر نه‌تنها موجب اتلاف شدید سرمایه‌های مالی و منابع می‌شود بلکه مخاطرات زیست‌محیطی قابل ملاحظه‌ای نیز به همراه خواهد داشت. بنابراین، افزایش کارآیی مصرف عناصر غذایی کودهای شیمیایی و کاهش آلودگی‌های زیست‌‌محیطی ناشی از مصرف غیرمنطقی کودها اقدامات مهمی جهت توسعه پایدار بخش کشاورزی محسوب می‌شوند.

تا کنون، تلاش‌های محققان جهت افزایش کارآیی مصرف عناصر غذایی از طریق بهبود فرمولاسیون کودهای شیمیایی مرسوم با موفقیت اندکی همراه بوده است. فناوری نانو، به‌عنوان علم کار کردن با کوچک‌ترین ذرات ممکن، منشا امیدواری‌های فراوانی جهت غلبه نمودن بر معضلات پیش‌ روی بخش کشاورزی در آینده نزدیک خواهد بود. تا به امروز، استفاده از علم نوظهور نانوتکنولوژی در بخش کشاورزی عمدتاً محدود به تحقیقات تئوری بوده است. با وجود این، اثرگذاری چشمگیر فناوری نانو در عرصه‌های مهم بخش کشاورزی ــ مانند اصلاح ارقام زراعی جدید، توسعه مواد کنشی نوین و سیستم‌های هوشمند رسانش مواد شیمیایی مانند علف‌کش‌ها، کودهای شیمیایی و آفت‌کش‌ها، تلفیق سیستم‌های هوشمند به‌منظور فرآوری و بسته‌بندی مواد غذایی، زدودن بقایای علف‌کش‌ها و آفت‌کش‌ها از گیاهان و خاک، و غیره ــ در آینده با شتاب بیشتری تداوم خواهد داشت. با استفاده از فناوری نانو و به‌ویژه با به‌کارگیری نانوذرات می‌توان وضعیت غذایی و رطوبتی گیاه را کنترل کرد و به انجام آبیاری یا کوددهی در زمانی مناسب اقدام کرد، به‌گونه‌ای که گیاه بتواند بالاترین مقدار آب و عناصر غذایی را جذب نماید.