فناوری نانو در کشاورزی
کشاورزی به عنوان تنها منبع تامین کننده غذای بشر و بخش مهم اقتصادی میباشد . با افزایش جمعیت جهان نیاز به غذا و محصولات کشاورزی به سرعت در حال افزایش است . این امر نگرانی را برای سازمان خواروبار جهانی FAO بوجود آورده است .در این مسیر تغییرات آب و هوا ،محدودشدن منابع آب و خاک ، افزایش آلودگی محیط زیست و افزایش بیماریهای گیاهی مشکلاتی را برای کشاورزی و محصولات فراهم می آورد . بنابراین دانشمندان برای غلبه بر این مشکلات از نوآوری و تکنولوژی در بخش های مختلف کشاورزی استفاده می کنند .یکی از این نوآوریها ،فناوری نانو در کشاورزی است . این فناوری قابلیت متحول کردن صنعت کشاورزی را از طریق فرمولاسیونی جدید برای سموم ، کود، شناسایی و تشخیص بیماریهای گیاهی و مدیریت و اصلاح خاک ، بهداشت دام و محصولات کشاورزی را دارد.
نانو تکنولوژی
نانو تکنولوژی، توانمندی تولید مواد،ابزار ها و سیستمهای جدید با در دست گرفتن کنترل در سطح مولکولی و اتمی و استفاده از خواص آنها درمقیاس نانو می باشد. علم نانو، عبارت است از مطالعه و پژوهش وسایل و ساختار هایی کهدر کوچکترین واحد دیمانسیون یا کوچکتر وجود دارند . از تعاریف فوق بر می آید که نانو تکنولوژی یک رشته نیست بلکه رویکرد جدیدی در تمام رشته هاست . اتحادیه اروپا فناوری نانو را یکی از شش فناوری کلیدی معرفی نموده است. نانودر پزشکی، بیوتکنولوژی، الکترونیک ،علوم، مواد و انرژی کاربرد دارد.
کشاورزی دقیق
کشاورزی دقیق نگرش جدیدی در مدیریت مزرعه است .کشاورزی دقیق کمک می کند که به کمترین ورودی ها( کودها، آفت کش ها و ..) بیشترین خروجی ( محصولات ) را داشته باشید .امروزه با استفاده از نانو سنسورها مشخص می شود که هر قسمت کوچک از مزرعه به چه میزان موادغذایی و یا سم نیاز دارد ،بنابراین سلامت محصول و افزایش بازده اقتصادی را ممکن می سازد . نانو سانسورها با کنترل دقیق و گزارش دهی به موقع تمامی نیازهای گیاهان را به سیستم اطلاعات می رساند .
اصلاح خاک
عدم مدیریت صحیح خاک نظیر شخم زدن در جهت شیب و … و همچنین استفاده بیش از حد از کودهای شیمیایی ، سوزاندن بقایای گیاهی و یا آبیاری با آب های آلوده سبب از بین رفتن کیفیت و حاصلخیزی خاک می شود . بنابراین با فناوری نانویی اصلاح کننده هایی را فراهم می کنند که این شرایط را بهبود ببخشد و از تخریب خاک جلوگیری کنند .
نانوزئولیت ها
نانوزئولیت ها مواد باارزشی هستند که در مهندسی کشاورزی و محیط زیست مصرف گسترده ای دارند . نانوزئولیت ها ساختمان پیچیده ای دارند که در ساختمان بلورین آن ها کانال های بهم پیوسته گسترده ای وجود دارد . این کانالها فضای خالی وسیعی را برای جذب و تبادل کاتیونها را فراهم می آورند .
مزیت استفاده از نانوزئولیت ها در کشاورزی :
تخلخل زیاد، قابلیت جذب بالای آب و افزایش ظرفیت نگهداشت آب در خاک
اصلاح زمین های شنی و توزیع آب در این قبیل خاک ها
افزایش تهویه پذیری خاک
پالایش خاک های آلوده و قابلیت جذب فلزات سنگین
قابلیت ترکیب با عناصر غذایی و عمل کردن آن به عنوان یک کود کندرها
نانوبیوچار
از جمله چشم اندازهای نوین در فناوری نانو در زمینه اصلاح کننده های خاک میتوان به ترکیبات زیستی از جمله نانو بیوچارها اشاره نمود. این ترکیب زیستی دارای ساختار ریز و سطح ویژه بالایی میباشد. اهمیت چندجانبه بیوچار به دلیل ساخته شدن از مواد زائد، قیمت ارزان و همچنین زیستی بودن آن میباشد. بنابراین با استفاده از فناوری نانو در تولید نانو بیوچارها و بهبود خواص شیمیایی، میتوان از ویژگیهای آن در بهبود کیفیت خاک، افزایش عملکرد محصول، افزایش جذب مواد سمی و کاهش تغییرات اقلیمی بهره برد.
مزیتهای استفاده از نانو بیوچار در صورت تولید و استفاده در خاک :
ذخیره کربن در خاک و افزایش درصد مواد آلی در خاک
افزایش تهویه پذیری خاک
جذب انواع آلاینده های آلی، معدنی و زباله های صنعتی و در نتیجه کاهش رهاسازی آنها در محیط
افزایش جذب عناصر غذایی و آب به وسیله گیاه.
نانوهیدروژل
هیدروژلها، شبکه های پلیمری آب دوست با ظرفیت بالای جذب آب میباشند. از نظر ساختاری هیدروژلها را میتوان به آنیونی، کاتیونی و آمفولیتیک دسته بندی کرد. اکثر این مواد به محرکهای محیطی مانند pH ،نور، میدان الکتریکی و غیره پاسخ میدهند. این ویژگیهای منحصر به فرد طیف وسیعی از کاربردها را در استفاده از هیدروژل به ویژه در کشاورزی، ایجاد کرده است. فراهم کردن محیطی برای رشد گیاه که بتواند برای مدت زمانهای طولانی عناصر غذایی و آب را در خود ذخیره کرده و آن را به تدریج در اختیار گیاه قرار دهد،از وظایف هیدروژلها به ویژه نانو هیدروژل محسوب میشود.
مزیت های استفاده از نانوهیدروژل :
قابلیت جذب آب تا چند صد برابر وزن خود برای مدتهای طولانی به دلیل برخورداری از منافذ نانومتری
افزایش ذخیره آب و ظرفیت نگهداشت آب در خاک و در نتیجه کاهش مصرف آب آبیاری در درازمدت
قابلیت ذخیره مواد غذایی در خود و رهاسازی تدریجی عناصر غذایی برای استفاده گیاه
قابلیت استفاده در گلخانه ها و آپارتمانها
نانو و کودها :
خاک باید عناصر غذایی را به خوبی به گیاه برساند .یکی از راه های جذب عناصر غذایی از طریق خاک ، کود می باشد. کودها علاوه بر افزایش تولید ،کیفیت محصولات کشاورزی را افزایش می دهد . فناوری نانو با تغییر و اثر گذاری در فرمولاسیون کودها و تولید کردن موادی با ویژگی خاص ( نانوکودشیمیایی، نانوکود بیولوژیک و …) نقش بسیار مهمی را در این زمینه ایفا می کند. این فناوری سبب افزایش کمیت و کفیت محصولات کشاورزی شده است . تولید کودهایی حاوی عناصر غذایی در اندازه نانومتری سبب شده انحلال پذیری و پراکندگی این عناصر غذایی در خاک بیشتر می شود و جذب این عناصر توسط گیاه افزایش می یابد .
نانو و آفت کش ها :
آفت کش ها و علف کش هایی توسط نانو ذرات احاطه شده اند، که می توان آن ها را طوری طراحی کرد که زمان آزادسازی آفت کش ها و یا علف کش ها را افزایش دهد . این فناوری و سیستم رهایش هوشمند علاوه بر افزایش تولید محصولات کشاورزی ، آسیب های وارده به کارگران در زمین های کشاورزی نیز کاهش می یابد . در این حالت ماده موثر آفت کش ها به صورت تدریجی رها شده . مزیت آن در مقرون به صرفه بودن ، ایمنی محیط زیست ، کاهش خطر گیاه سوزی و سمیت برای انسان اشاره کرد .
نانو حسگرها
نانو حسگرها بررسی و شناسایی آلایندگی ها ، آفت ها ، میزان عناصر غذایی خاک و … را بررسی می کند . نانو حسگرها باعث افزایش کارایی و بهره وری زمین های کشاورزی می شود . با کمک نانوحسگرها می توان در مورد کیفیت رشد محصولات کشاورزی و مشکلات آن و … تصمیم صحیح گرفت .
نانو حسگر در خاک :
پایش میزان درجه حرارت خاک
کنترل میزان رطوبت خاک
مشاهده و پایش شرایط کشت
تشخیص میزان آلودگی موجود در خاک
تشخیص میزان هورمون های رشد گیاهان
کاربرد نانوحسگرها در آب :
فناوری نانو از پتانسیل بسیار بالایی در تصفیه کردن آب و فاضلاب ، ضدعفونی کردن و تامین آب از منابع غیرمتعارف را دارد . توانایی جداسازی و حذف بسیاری از آلاینده های آلی و معدنی و مواد مضر را از آب دارد . میتوان برای شیرین سازی و نمک زدایی آب با کمک روش های مختلف ( غشاهای نانوفیلتر ، غشاهای نانو لوله کربنی ) استفاده می کند .
نانو و افزایش جوانه زنی بذر و رشد گیاه
امروزه به کارگیری روش هایی که درصد جوانه زنی بذر و در نتیجه رشد گیاه افزایش یابد بسیار مورد توجه قرار گرفته است . نفوذ نانو ذرات به درون بذر باعث جذب بیشتر آب می شود . همچنین باعث افزایش فعالیت فتوسنتزی گیاه ، ارتفاع ساقه و ریشه میشود .
تصفیه هوایی نانویی با استفاده از فناوری نانو
محیط انبار را میتوان با به حداقل رساندن ضایعات محصولات کنترل کرد . انبارداری با اتمسفر کنترل شده و همچنین انبارهای کم فشار با تاثیر بر فرایند تنفس و تولید اتیلن به کمک مواد نانویی جاذب که با مکانیسم های متفاوت در محیط عمل می کند . بنابراین ماندگاری محصولات را تا چندین برابر افزایش میدهد .
بسته بندی نانویی
بسته بندیهایی که از نانو ساخته می شوند موجب افزایش عمر مواد غذایی می شوند. مشخصه اصلی این فناوری در بسته بندی این گونه است که با استفاده از ترکیبات نانومتری در داخل پلیمر، امکان عبور اکسیژن از دیواره پلیمری بسته ها و رسیدن به محصولات بسیار کم است.
استفاده از فناوری نانو وماشین آلات کشاورزی
کاربرد نانو در حوزه ماشین های کشاورزی می توان به موارد زیر اشاره کرد :
استفاده در بدنه ماشین ها و حتی شیشه ها برای بالا بردن آنها در برابر ساییدگی و انعکاس امواج ماوراء بنفش
تولید کردن قطعات مکانیکی محکم تر به وسیله نانو روکش ها
تولید یاتاقان ها با روکش نانویی جهت کاهش اصطکاک
تولید سوخت های جایگزین و نتیجه آن آلودگی کمتر
