کاربرد نانو در کشاورزی

فناوری نانو تکنولوژی چیست؟ چه اهمیت و کاربردی در صنعت کشاورزی دارد؟

     رشد روزافزون جمعیت و کمبود مواد غذایی از یک سو و نابودی بخش مهمی از منابع زیست محیطی کره زمین بدلیل استفاده بی رویه از سوی دیگر، لزوم تغییر نگرش جدی نسبت به مدیریت بخش کشاورزی در سطح جهانی را نمایان می سازد.
طبق گزارش سازمان ملل متحد، حدود ۹۰۰ میلیون نفر از جمعیت جهان دچار فقر غذایی هستند. شمار افراد قرار گرفته در زیر خط فقر، روز‌بروز در حال افزایش است. جدیدترین پیش‌بینی‌ها حاکی از آن است که این آمار تا سال ۲۰۲۰ میلادی به رقمی بالغ بر یک میلیارد نفر خواهد رسید و این بدان معناست که حفظ نوع بشر در بلند مدت و نجات خیل عظیم انسان‌ها از خطر گرسنگی، نیازمند توجه ویژه متخصصان و سیاست مداران امروز جهان، به توسعه پایدار و همه جانبه صنعت کشاورزی است.

ورود نسل اول فناوری ها به عرصه کشاورزی، در چند دهه ی گذشته، منجر به وقوع انقلاب سبز و گذر از کشاورزی سنتی به کشاورزی صنعتی گردید. در این دوره افزایش چشم گیری در کیفیت و کمیت محصولات کشاورزی صورت گرفت که البته در کنار آن استفاده ی بی رویه از منابع، مشکلاتی را نیز در پی داشت. اکنون با گذشت سال ها از وقوع انقلاب سبز و کاهش مجدد نسبت به رشد تولیدات کشاورزی به جمعیت جهان، لزوم به کارگیری فناوری های جدید در صنعت کشاورزی بیش از هر زمان دیگری آشکار است.

فناوری نانو به عنوان یک فناوری بین رشته ای و پیشتاز و امید بخش جهت رفع مشکلات و کمبودها و توسعه بخش کشاورزی، در بسیاری از عرصه های علمی و صنعتی، به خوبی جایگاه خود را در علوم کشاورزی و صنایع وابسته ی آن به اثبات رسانیده است. ورود فناوری نانو به صنعت کشاورزی و صنایع غذایی ، متضمن افزایش میزان تولیدات  کشاورزی و کیفیت آن ها، در کنار حفظ محیط زیست و منابع کره ی زمین می باشد.

نانوتکنولوژی

 نانوتکنولوژی، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستمهای جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی و اتمی و استفاده از خواص است که در آن سطوح ظاهر می­شود.

از همین تعریف ساده برمی­آید که نانوتکنولوژی یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته هاست. برای نانوتکنولوژی کاربردهایی را در حوزه های مختلف از غذا، دارو، کشاورزی، تشخیص پزشکی و بیوتکنولوژی تا الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حمل­و­نقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا و امنیت ملی برشمرده اند. کاربردهای وسیع این عرصه به همراه پیامدهای اجتماعی، سیاسی و حقوقی آن، این فنآوری را به­عنوان یک زمینه فرا رشته­ای و فرابخش مطرح نموده است.

فناوری نانو کاربرد موثری در کشاورزی و منابع طبیعی دارد به عنوان مثال، در زمینه های مختلفی مانند تشخیص سریع بیماری های گیاهی، شناسایی باقیمانده سموم در محصولات کشاورزی و حذف آنها، انتقال هوشمند دارو، سموم و عناصر غذایی در دام، شیلات و گیاهان، تصفیه آب های روان، افزایش کیفیت فراورده های کشاورزی مرتبط با صنایع نساجی، مهندسی ژنتیک گیاهان و دام و افزایش میزان تولید محصول از طریق تولید حیوانات و گیاهان، افزایش مدت زمان انبارداری محصولات کشاورزی ، فرآوری، نگهداری، بسته بندی و انتقال تولیدات کشاورزی و موارد بسیاری نظیر آن می تواند نقش بسیار موثری را در بخش کشاورزی و منابع طبیعی ایفا کند.

در حال حاضر، حدود ۲۰۰ شرکت در سراسر جهان در زمینه تحقیقات فناوری نانو فعال هستند و انتظار می رود که تعداد آنها بسرعت افزایش یابد و به موازات آن، کاربردهای بیشتر، جدیدتر و پیچیده تری از این فناوری پدیدار شود.

 نانو ریشه یونانی “نانس” به معنی کوتوله می‌باشد. فناوری نانو موج چهارم انقلاب صنعتی، پدیده‌ای عظیم می‌باشد که در تمامی گرایش‌های علمی راه یافته است. ماهیت فناوری نانو توانایی کارکردن در تراز اتمی، مولکولی و فراتر از آن در ابعاد بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر، با هدف ساخت و دخل و تصرف در چگونگی آرایش اتم‌ها یا مولکول‌ها با استفاده از مواد، وسایل و سیستم‌هایی با توانایی‌های جدید و با تغییر این ساختارها و رسیدن به بازدهی بیشتر مواد می‌باشد. فناوری نانو فرایند دستکاری مواد در مقیاس اتمی و تولید مواد و ابزار، به وسیله کنترل آنها در سطح اتم‌ها و مولکولهاست.

در واقع اگر همه مواد و سیستم‌ها ساختار زیربنایی خود را در مقیاس نانو ترتیب دهند؛ آنگاه تمام واکنش‌ها سریع‌تر و بهینه‌تر صورت می‌گیرد و توسعه پایدار پیش گرفته می‌شود. فناوری نانو منجر به تغییرات شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پساب و آلودگی را کاهش خواهد داد.

کاربردهای فناوری نانو در شاخه های مختلف کشاورزی:

    فناوری نانو هیچ زمینه علمی را به حال خود رها نکرده است. علوم کشاورزی نیز از این قاعده جدا نیستند. تا به حال کاربردهای متعددی از فناوری نانو در کشاورزی، صنایع غذایی و علوم دامی مطرح شده است. رابطه میان فناوری نانو و علوم کشاورزی در زمینه های زیر قابل بررسی است:
– نیاز به امنیت در کشاورزی و سیستم های تغذیه ای                       

– ایجاد سیستم های هوشمند برای پیشگیری و درمان بیماری های گیاهی
– خلق وسایل جدید برای پیشرفت در تحقیقات بیولوژی و سلولی
– بازیافت ضایعات حاصل از محصولات کشاورزی

کاربردهای فناوری نانو در زراعت :

     استفاده از فناوری نانو در صنعت کشاورزی، آینده روشنی در شکل گیری فرآیندهای کشاورزی و افزایش دقت در این کار، ترسیم نموده است؛ به عنوان مثال نانوحسگرهای پراکنده شده در یک مزرعه می توانند همه موارد مربوط به آن را، از مواد مقوی و میزان آب گرفته تا وجود بیماری ها، قارچ ها و آفت های دیگر، اندازه گیری کنند

. این حسگرها می توانند برای رساندن مقدار مشخص و دقیقی از یک آفت کش یا کود، با نانوذرات یا نانوکپسول ها برهم کنش داشته باشند. این کار می تواند منجر به کاهش هزینه و میزان پراکندگی این مواد شیمیایی در محیط های کشاورزی شود. علاوه بر این موارد، به کمک نانوتراشه ها در مزرعه ها، می توان حیوانات مضر را شناسایی و ردیابی کرد و از آنها تصویربرداری نمود. چنین تراشه هایی می توانند در رساندن میزان مشخصی از داروهای واکسیناسیون و مواد درمانی دیگر نیز مورد استفاده قرار گیرند .

     از دیگر زمینه های جذاب که در فناوری نانو مطرح است می توان به استفاده از گیاهان در تولید مستقیم مواد اولیه در صنعت فناوری نانو اشاره نمود . از کاربردهای آنها می توان به افزایش ماندگاری غذا، تغییر خواص، افزایش ارزش غذایی و تغییر مزه اشاره نمود.   ساختارهای نانویی می توانند گلخانه هایی در حجم کم اما انبوه پدید آورند که تقریباً با اندازه ای برابر ۱۰ درصد کل مزارع زیر کشت در حال حاضر ، می توانند جمعیت کنونی جهان را تغذیه نمایند.

کاربردهای فناوری نانو در اصلاح نباتات:

– انتقال ژن های مورد نظر به سلول های گیاهی با استفاده از نانومواد

در این روش از سامانه ی رسانش نانوذرات طلای پوشیده با DNA یا RNA بداخل سلول استفاده می شود.

– ساخت ابزارهای جدید برای بیولوژی سلولی و مولکولی

این ابزار ها جهت تعیین مولکول‌های خاص ، شناسایی و جداسازی آن ها استفاده می شوند و کاربری بسیاری دارند که از این بین می توان به موارد زیر اشاره کرد ؛

تکنولوژی و علم تولید مثل ، اصلاح نژاد حیوانات و گیاهان ، تبدیل ضایعات به انرژی و محصولات جانبی مفید و علم و تکنولوژی کودسازی.

– اصلاح بذرها به شیوه اتمی

کاربردهای فناوری نانو در تولید سموم و کود های موثر و کم خطر:

ذرات سموم کشاورزی به وسیله عواملی از قبیل باد ، وارد هوا شده و با ورود به سیستم تنفسی انسان، آن را در معرض انواع بیماری های استنشاقی قرار می دهد، تحولات فتاوری نانو، با افزایش میزان سوددهی و کاهش عوارض سموم کشاورزی ، معضلات ناشی از این سموم را رفع می کند و آنها را به محصولاتی کاملاً مفید تبدیل می کند.

– تولید سموم و کودهای شیمیایی با استفاده از نانوذرات و نانوکپسول ها

– تولید کریستالهای نانویی جهت افزایش کارایی استفاده از آفت‌کش‌ها

– تولید نانوکودها

این ترکیبات نانویی به سرعت و به صورت کامل جذب گیاه شده و به خوبی نیازها و کمبود های غذایی آن را مرتفع می سازد. استفاده از کودهای نانو سبز،عصر جدیدی در فناوری نانو در کشاورزی می باشد. کودهای نانو می توانند جانشین مناسبی برای کودهای متعارف باشند. در آزمایشات گزارش شده ،گیاهان پس از استفاده از کودهای نانو ، افزایش چشمگیری درسرعت ،رشد وافزایش عملکرد ، نشان داده اند.

کاربردهای فناوری  نانو در گیاه پزشکی :                                   

    بیماری های گیاهی از روی علائمی مانند تغییر رنگ یا تغییر شکل اندام ها شناسایی می شوند ولی مسئله اینجاست که این علائم مدت ها پس از ورود عامل بیماری به بافت گیاه بروز پیدا می کنند به همین خاطر با سریع ترین اقدام ها برای جلوگیری از شیوع بیماری، باز هم مقداری از محصول از بین می رود، در نتیجه نیاز به ابزاری که به کمک آن بتوان در همان مراحل ابتدایی ورود عامل بیماری، آن را کنترل و مهار کرد بسیار ضروری به نظر می رسد.

حسگرهای هوشمند و سیستم های حمل هوشمند به منظور ردیابی و مبارزه سریع و مفید با ویروس ها و سایر عوامل بیماریزا گیاهی به کار می روند. نانو حسگرهای زیستی، ابزارهایی هستند که از تلفیق ابزارهای شیمیایی، فیزیکی و زیستی بدست آمده اند. این حسگرها شامل ترکیبات زیستی مانند یک سلول، آنزیم و یا آنتی بادی متصل به یک مبدل انرژی هستند و قادرند که تغییرات ایجاد شده در مولکول های اطراف خود را گزارش دهند.

این گزارش ها توسط سیگنال هایی که مبدل انرژی به تناسب با مقدار آلودگی تولید می کند دریافت می شوند. بنابراین اگر تجمع زیادی از عامل بیماری در اطراف این حسگرها وجود داشته باشد سیگنال های قوی فرستاده می شوند. همچنین تیمار مولکولی بیماری ها، ردیابی سریع بیماری ها، افزایش توانمندی گیاهان برای جذب مواد مورد نیاز با استفاده از این فناوری قابل دسترسی است.                                                

کاربردهای فناوری نانو در آبیاری مزارع کشاورزی:

       استفاده از فناوری نانو برای تولید قطره چکان های تنظیم کننده فشار و مقاوم به نفوذ ریشه، لوله های پلاستیکی تراوا و لوله های رسی، از مهمترین دستاوردهای فناوری نانو در علم آبیاری می باشند که با استفاده از آنها راندمان آبیاری از ۳۰-۴۰ درصد به ۹۲-۹۳ درصد افزایش می یابد. با توجه به اینکه ۹۴ درصد از منابع آبی کشور در بخش کشاورزی مصرف می شود و با وجود خشکسالی های پی در پی، دستیابی به این میزان افزایش در راندمان مصرف آب می تواند کمک انکار ناپذیری برای خروج از بحران آب در پی داشته باشد. در این زمینه استفاده از یک هسته نانویی برای آمیخته شدن پلاستیک و علف کش هنگام ساخت لوله های پلاستیکی سبب شده است که از تجمیع ریشه و شکسته شدن لوله هنگام استفاده از آن در آبیاری زیرزمینی جلوگیری شود.
امروزه فناوری نانو علاوه بر اصلاح انواع محصولات کشاورزی در مقابل تنش ها ی گرمایی، بیماری ها و آفات، می تواند آنها را در مقابل خشکسالی نیز مقاوم سازد. فیلترهای نانو در کشاورزی و برای استفاده در آبیاری مزارع نیز می تواند به کار برده شود. نانوفیبرهایی اکسید آلومینیم با اندازه های ۲ نانومتر، قادرند ویروس ها، باکتری ها و کیست ها را در آب از بین ببرند.

کاربردهای فناوری نانو در ماشین های کشاورزی:

     صنعت ماشین های کشاورزی می تواند توسط فناوری نانو از یک پتانسیل جدید برای توسعه خود بهره مند شود. بسیاری از پیش بینی های کنونی نشان می دهد که تا ۱۰ سال آینده طراحی و تولید خودروها به میزان ۶۰ درصد تحت تاثیر فناوری نانو و زیر شاخه های آن قرار خواهد گرفت. بعنوان مثال کاربردهای انرژی نوین ، کاهش وزن خودرو، افزایش کارکرد مواد، افزایش راحتی و افزایش بهره وری در برابر هزینه های تمام شده از جمله مزایای قابل تعریف برای صنعت خودرو و ماشین های کشاورزی است. ساخت و تولید ماشین های کشاورزی می تواند از فناوری نانو در زمینه های فراوانی همچون شاسی و بدنه، موتور و سیستم های انتقال نیرو، رنگ و لایه گذاری ها، روغن کاری و روان سازها، تایرها، سیستم تخلیه و مبدل های کاتالیستی و تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی سود برد.

کاربردهای فناوری نانو در علوم دامی:

     محصولات دامی یکی از اصلی ترین منابع غذایی مورد استفاده بشر است وفناوری نانو می تواند در جهت افزایش بهره وری ونیز کیفیت مناسب این محصولات نقش عمده ای را ایفا کند.برخی از کاربردهای فناوری نانو در این زمینه عبارتند از:

– استفاده از نانوذرات نقره (نانوسیلورها) در افزایش بهداشت دام و جایگاههای پرورش دام و طیور
– استفاده از نانوفیلترها به منظور فرآوری محصولات لبنی
– استفاده از نانوکپسولها بعنوان پوششی برای آنزیمهای خوراکی و داروهای دامی
– استفاده از نانوحسگرها در بخشهای مختلف سیستمهای پرورش دام و طیور و شناسایی انفرادی دامها
– استفاده از نانوحسگرها و نانوبیوحسگرها در ماشین‌های شیردوشی
– شتاب تحقیقاتی در اصلاح نژاد انواع دام ، طیور و آبزیان مؤثر
– تولید خوراک‌های غیربیولوژیک و داروهای دامی
– نانو واکسیناسیون DNA با استفاده از نانوکپسول‌ها و روش‌های التراسوند
– اصلاح نژاد
– تشخیص و در مان بیماری دام

نانو در ایران:

در ایران چند سالی است که تکنولوژی نانو به عنوان یکی از مهمترین تحقیقات زیر بنایی کشور مورد توجه قرار گرفته است. نظریه نانو حدود ۴۰ سال پیش در دنیا مطرح شد و با تلاش های اریک درکسلر در دهه های ۸۰ و ۹۰ بسیار رشد یافت و به عنوان یک تکنولوژی نوین به بشر معرفی شد. در کشور ما نیز برای برخورداری از فن آوری های نوین تلاش هایی صورت پذیرفته است. در چند سال اخیر برنامه ریزان کشور بنا بر ا همیت بسیار زیاد نانو تکنولوژی، سیاست های تشویقی خوبی را برای حمایت از تحقیقات در این بخش بکار برده اند. 

شاید آخرین اقدام دولت برای حمایت از نانو تکنولوژی اختصاص بودجه ای برای تشویق محققان این بخش باشد، در جشنواره های خوارزمی نیز به خوبی دیده می شود که برخی مواقع تحقیقات بسیار موثری در این زمینه در ایران صورت می گیرد که البته با توجه به نقش این فن آوری نوین در توسعه یافتگی کشورها بسیار اهمیت خواهد داشت. به نظر می رسد که محققان ایرانی پاسخ مناسبی به سرمایه گذاری دولت در بخش نانو تکنولوژی داده اند و رسیدن به اهداف برنامه دولت جمهوری اسلامی ایران که همانا قرار گرفتن کشور ایران در میان ۱۵ کشور برتر دنیا در زمینه نانو تکنولوژی است روز به روز به واقعیت نزدیک می شود.

فن آوری نانو در ایران به همه اثبات کرد که در این کشور به هر بخشی اهمیت داده شود در طی مدت زمان کوتاهی می توان پیشرفت های چشم گیر جوانان را مشاهده کرد. نانو تکنولوژی و فن آوری اطلاعات به همه ما ثابت نمود که ایرانی اگر دارای امکانات هرچند کم باشد گام های بزرگی بردارد.

 جالب است بدانید با پیشرفت های بسیار خوب ایران در نانو تکنولوژی به عنوان مرکز نانو تکنولوژی در جهان اسلام انتخاب شده است چرا که ایران پیشرفته ترین کشور اسلامی در این علم است.

هم اکنون با تلا ش محققان داخلی , ایران توانسته است در میان ۶۰ کشور جهان که در زمینه نانو تکنولوژی تحقیق می کنند جز ۳۰کشور برتر قرار گیرد که بنا به اعلام نهادهای علمی جهان ایران به سرعت در این علم در حال پیشرفت است.دانشمندان جوان ما با وجود تحریم های کشورهای مستکبر جهان توانسته اند علمی چون نانو تکنولوژی را بومی کرده و افتخار دیگری به دست آوردهای انقلاب اسلامی بیفزایند.

چمع بندی و چشم انداز آینده  فناوری نانو در کشاورزی:

     علم نانو تکنولوژی افق جدیدی را برای استفاده هر چه بیشتر و بهتر بشر از موهبت های الهی فراهم کرده است. از این فن آوری نه تنها از مواد موجود می توان بهره مناسب تری برد و در مقدار مصرف مواد و انرژی صرفه جویی کرد، بلکه استفاده های نوینی از طبیعت را برای بشر فراهم خواهد کرد. مادر طبیعت برای مدت طولانی است که از کنش ها و واکنش ها در سطح نانو بهره جسته و در مصرف انرژی و مواد صرفه جویی فراوان می کند. بشر نیز در قدم های اولیه می باید از طبیعت الگو برداری کرد تا با ساختارها و راهکارهای بهره گیری از نانو تکنولوژی آشنایی کامل پیدا کند.

      از جمله کاربردهای نانو که در آینده ممکن است تحولات شگرفی در کشاورزی ایجاد کند تأمین آب کشاورزی است. به عنوان مثال استفاده از نانو لوله ها برای تصفیه آب از آلاینده ها، شیرین سازی آب های شور و تأمین آب از رطوبت موجود در هوااز جمله مواردی است که جنبه تحقیقاتی آن شروع شده و امید است در آینده ای نزدیک به مرحله کاربرد برسد.

علیرضا معیاری

دکترای کشاورزی گرایش خاکشناسی

Design By APPRANG CO