صنعت کشاورزی یکی از قدیمی ترین صنایع بشری بوده که اهمیت بسزایی در زندگی انسان ها دارد. اهمیت این صنعت باعث شده است تا شاهد پیشرفت های زیادی در بخش های مختلف آن اعم از تجهیزات، کود ها، فرآیند تولید و بهره برداری و… باشیم. کود های کشاورزی یکی از مهم ترین بخش های این صنعت بوده که تاثیر زیادی بر تولید و کیفیت محصولات کشاورزی می گذارد. در سال های اخیر نوآوری های زیادی در صنعت کود های کشاورزی ایجاد شده اند که بکارگیری فناوری نانو یکی از آنها می باشد. در این مقاله به بررسی تاثیر فناوری نانو بر بهبود کیفیت کود های شیمیایی و نقش نانو اکسید روی در این صنعت می پردازیم.
فناوری نانو و صنعت کشاورزی
جمعیت انسان ها همواره در حال رشد می باشد و همین موضوع باعث بوجود آمدن نگرانی هایی در رابطه با تولید و عرضه محصولات غذایی کشاورزی متناسب با رشد تقاضا شده است. طی 70 سال گذشته، افزایش تقاضا برای محصولات کشاورزی منجر به افزایش 13 برابری مصرف کود ها در این صنعت شده است. از سوی دیگر، افزایش نیاز به مصرف کودهای کشاورزی باعث شده است تا آلودگی های خاک و هزینه های تولید کشاورزان نیز افزایش یابند.
با توجه به اینکه روش ها و تکنیک های تولید سنتی کود های کشاورزی تاثیر کافی بر بهبود عملکرد آنها نمی گذارند، بنابراین استفاده از کود های مرسوم در حال حاضر نمی توانند بازدهی تولید و کیفیت محصولات کشاورزی را مطابق با رشد روز افزون تقاضا افزایش دهند. نتیجتا، معضلات و کمبود های موجود در صنعت کشاورزی زمینه را برای توسعه روش ها و یا تکنیک های جدید جهت تولید کودهای کشاورزی با عملکرد بهتر، بازدهی بالاتر و آلایندگی کمتر فراهم کرده است. طی دهه اخیر، محققین صنعت کشاورزی ایده استفاده از فناوری نانو در تولید کود های کشاورزی را مطرح کرده و به دنبال آن نانو کود ها بعنوان راه حلی نوین توسعه داده شدند. نتایج تحقیقات پژوهشگران نشان دادند که استفاده از نانو ذرات در تولید کودهای کشاورزی باعث ایجاد انقلابی در این صنعت شده و نانو فناوری منجر به بهبود جوانه زنی و رشد گیاهان گردیده و نیز مقاومت آنها در برابر بیماری های گیاهی را تقویت کرده است.
اهمیت نانو اکسید روی در کود کشاورزی
عنصر روی (Zn) یکی از ضروری ترین ریز مغذی های مورد نیاز گیاهان است؛ با این حال، خاک اکثر مناطق دنیا با کمبود این عنصر حیاتی روبرو هستند. از این رو، تامین عنصر روی در خاک برای رشد بهتر و کیفیت بالاتر محصولات کشاورزی پر اهمیت می باشد. خاک های آهکی، فسفری و خاکهایی که غنی از مواد معدنی می باشند دچار کمبود روی بوده و توانایی تامین مقدار روی مورد نیاز محصولات را ندارند و متعاقبا از تاثیر نامطلوب بر کیفیت و رشد گیاهان برخوردار می باشند. بنابراین، لازم است تا کمبود عنصر روی موجود در خاک برطرف شده تا بازدهی تولید محصولات کشاورزی افزایش یابد.
سولفات روی (ZnSO4) و اکسید روی (ZnO) میکرومتری دو کود رایج مورد استفاده در زمین های کشاورزی جهت تامین روی مورد نیاز خاک و محصولات می باشند. سولفات روی که دارای حلالیت بالایی در آب است به راحتی در خاک جذب می گردد اما این کود در اثر واکنش با اجزای خاک (خاک های آهکی) قابلیت تبدیل شدن به ترکیبی غیر قابل حل در آب را داراست که هیچ سودی به خاک و محصولات آن نمی رساند. کود اکسید روی دیگر منبع تامین کننده روی مورد نیاز خاک می باشد اما به علت حلالیت پایینی که در خاکهای آهکی دارد غالبا در خاک های اسیدی مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال، میزان جذب این کود ها در خاک و سپس محصولات کاملا ایده ال نبوده و نیاز است تا بازدهی مصرف روی موجود در کود توسط خاک و گیاه تقویت و بهینه سازی شود.
استراتژی های گوناگونی جهت افزایش بازدهی مصرف روی موجود در کود ها توسط خاک و محصولات کشاورزی توسعه داده شده اند که یکی از آنها استفاده از نانو اکسید روی بعنوان جایگزینی برای اکسید روی و سولفات روی می باشد (نانو کود ها). نانو ذرات اکسید روی به علت برخورداری از اندازه ذره به مراتب کوچک تر (نانومتری)، سطح ویژه زیاد و انرژی سطحی بالا دارای حلالیت، دسترسی، نفوذ و واکنش پذیری بالایی در خاک هستند. چنین ویژگی های منحصر بفردی باعث می شود تا کود نانو اکسید روی عملکرد بهتری در برطرف کردن کمبود عنصر روی در خاک داشته و به دنبال آن رشد محصولات کشاورزی را افزایش دهد.
با توجه به عملکرد بسیار خوب نانو اکسید روی در کود مشخص است که مقدار مصرف آن نسبت به کود های رایج کاهش می یابد و همین موضوع استفاده از این نانو ماده را مقرون بصرفه کرده و منجر به کاهش هزینه های تولید می گردد. لازم به ذکر است که بکارگیری نانو اکسید روی افزایش بازدهی تولید، کاهش هزینه کود دهی و کاهش آلایندگی خاک و آب های زیر زمینی را نیز به دنبال دارد. از طرف دیگر، در صورتیکه از نانو ذرات اکسید روی بیش از حد مجاز استفاده شود می تواند تاثیرات منفی نظیر سمیت های گیاهی را به دنبال داشته باشد. بنابراین باید در نظر داشت که مقدار بهینه مصرف نانو اکسید روی باید بررسی و محاسبه گردد.
در سال 2023 پژوهشی در خصوص استفاده از نانو اکسید روی بعنوان کود کشاورزی و بعنوان جایگزینی برای کود سولفات روی انجام گردید. در این تحقیق، از سولفات روی و نانو اکسید روی با دوز های مصرفی مختلف برای رشد کاهو استفاده شد و عملکرد آنها با یکدیگر مقایسه گردید. نتایج به دست آمده از آزمایشات نشان دادند که در مقایسه با کود سولفات روی، کود نانو اکسید روی بسته به دوز مصرف و نوع مصرف (اسپری کردن یا خیساندن) آن می تواند منجر به 52 – 14 درصدی در رشد گیاه، افزایش 69 – 32 درصدی در کلروفیل ها و افزایش ترکیبات آنتی اکسیدان نظیر ویتامین سی و فنولیک ها (Phenolics) گردد.
علاوه بر این، میزان فعالیت آنزیم هایی نظیر CAT و APX در گیاه و همچنین غلظت عناصر کلسیم، منیزیم، گوگرد، روی، آهن، منگنز و سیلیسیم در برگ های گیاه بعلت استفاده از نانو اکسید روی افزایش می یابد. نتایج بدست آمده از این تحقیق نشان دادند که جایگزینی کامل کود سولفات روی با نانو اکسید روی که از عملکرد بهتری برخوردار است امکان پذیر است. اما همانطور که قبلا هم ذکر شد استفاده از نانو اکسید روی نیازمند بررسی کامل بوده تا دوز مصرفی بهینه آن تعیین گردیده و از این طریق از اوردوز شدن آن در خاک و تاثیرات نامطلوب بعدی جلوگیری شود.
پروژه تحقیقاتی آرمان نانو فناور رابین
طی پروژه ای مشترک با همکاری سرکار خانم دکتر دیانت و شرکت محترم خیام پی تاثیر نانو اکسید روی تولید شده در آرمان نانو نانو فناو رابین روی عملکرد کود هیومیک اسید (Humic Acid) تولید شده در مجموعه خیام پی مورد بررسی قرار داد. برای این منظور کود هیومیک اسید با دوز های مختلف از نانو اکسید روی تقویت شده و مورد آزمایش قرار گرفتند. پیش از انجام آزمایشات، بررسی های اولیه روی دو پارامتر pH و EC (هدایت الکتریکی آب حاوی نانو ذرات) نانو ذرات اکسید روی انجام شدند. نتایج بررسی های صورت گرفته نشان دادند که pH نانو اکسید روی برابر با 7 بوده و EC آب برابر با 0/63 dS/m می باشد (هرچه EC آب پایین تر باشد برای گیاه بهتر است) و نانو ذرات برای استفاده در کود مطلوب هستند. پس از تایید شدن بررسی های اولیه، عملکرد هیومیک اسید تقویت شده با نانو اکسید روی در جوانه زنی و رشد بذر های گوناگون بررسی شد. نتایج به دست آمده از آزمایشات نشان دادند زمانیکه از نانو اکسید روی به مقدار بهینه در کود هیومیک اسید استفاده گردد، بسته به نوع بذر رشد ساقه گیاه می تواند 5 – 3 برابر افزایش یابد. بر اساس نتایج به دست آمده از این پروژه مشخص شد که نانو اکسید روی و کود هیومیک اسید در کنار یکدیگر تاثیر منحصر بفردی در رشد محصولات کشاورزی خواهند گذاشت.
منابع:
- https://doi.org/1038/s41598-024-63987-9
- https://doi.org/1016/j.heliyon.2022.e12787
- https://doi.org/10.3389/fpls.2022.1058219
