اخبار صنایع کشاورزی، صنایع غذایی و بسته‌بندی

نقش فناوری نانو و نانوکودهای بیولوژیک در افزایش تولید و کیفیت محصولات کشاورزی

امنیت غذایی به معنی اطمینان از دسترسی همه مردم به غذای کافی، سالم و مغذی در تمام اوقات به منظور داشتن زندگی سالم و فعال است. افزایش رو به رشد جمعیت، کاهش منابع آب و خاک و آلودگی محیط زیست موجب آن شده است که محققان جهت تامین امنیت غذایی جوامع بشری به فکر افزایش تولید محصولات کشاورزی در واحد سطح باشند و مبنای تولیدِ کیلوگرم بر هکتار را به کیلوگرم به ازای هر متر مکعب آب و یا به ازای هر کیلوگرم کود مصرفی تغییر دهند [1]. یکی از راهکارها جهت نیل به این هدف، مصرف بهینه کود­های شیمیایی[1] و تولید کودهایی با ویژگی‌های مناسب و منحصر به فرد می­باشد. فناوری نانو به عنوان یک فناوری نوظهور، نقش مهمی در بهینه‌سازی تکنیک­های مدیریتی کشاورزی مرسوم بر عهده دارد. با بهره بردن از فناوری نانو در طراحی و توسعه نانوکودها، کارایی کودها[2] و تولید در واحد سطح افزایش یافته و هزینه­های تولید و روند تخریب محیط زیست کاهش می­یابد [2]. به موجب این امر امنیت غذایی جامعه نیز تامین خواهد شد.

 

معضلات استفاده از کود­های شیمیایی

بنابر گزارش سازمان کشاورزی و خواروبار جهانی (FAO) بین 33 تا 60 درصد تولیدات کشاورزی در جهان طی سه دهه گذشته مرهون کود­های شیمیایی (از قبیل کودهای نیتراته، کودهای فسفاته، کودهای پتاسیمی و …) بوده است. اگر چه استفاده از این کودها در افزایش تولید در واحد سطح و تامین غذای مورد نیاز جامعه بسیار موثر است، اما مصرف بیش از حد و نامتعادل این کودها عواقب نامناسبی در پی خواهد داشت. صنعت تولید کود­های شیمیایی به عنوان یک منبع تولید فلزات سنگین از قبیل جیوه، کادمیوم، آرسنیک، سرب، مس، نیکل، اورانیوم، تالیوم و … محسوب می­شود [3و4]. عناصر یاد شده به همراه نیترات (ترکیب اصلی کودهای شیمیایی) و فسفات باعث آلودگی آب­های سطحی، آب‌های زیرزمینی و خاک می­گردد. بروز این آلودگی‌ها سبب ورود این عناصر به زنجیره غذایی انسان شده و در نتیجه سلامت جامعه را به مخاطره می‌اندازد. از طرف دیگر، مصرف بیش از اندازه کودهای شیمیایی موجب ایجاد اختلال و کاهش در جذب عناصر ریزمغذی[3] (آهن، روی، مس، منگنز) توسط گیاه و همچنین کاهش فعالیت میکروارگانیسم­های خاکزی می‌شود [5] که تمامی این مسائل به معنی تهدید امنیت غذایی جامعه است.

از نگاهی دیگر، قیمت کودهای شیمیایی به طور مستمر در حال افزایش است که این موضوع منجر به افزایش قیمت نهایی محصولات کشاورزی می‌شود (شکل 1) [6].

 
شکل 1- روند افزایش قیمت کود­های شیمیایی دربین سال­های 1992-2008 [6].

 

نیاز سالانه كودهای شیمیایی پرمصرف در کشور در یک سال زراعی معمولی 64/3 میلیون تن (کودهای نيتروژنه50/2،  فسفاته 64/0 و پتاسيمی 50/0 میلیون تن) برآورد می­گردد [1]. اما کارایی مصرف کودهای شیمیایی پایین بوده به طوریکه برای کود­های نیتروژنی این میزان بین 20 تا 50 درصد و برای کودهای فسفاته تنها 10 تا 25 درصد می‌باشد [7]. به منظور حل مسائل موجود، محققان درصدد ابداع راهکارهایی هستند که مشکلات بیان شده به حداقل ممکن برسد و یا کودهایی تولید گردد که سازگاری بیشتری با محیط زیست داشته باشد.

روش­های به حداقل رساندن و متعادل کردن مصرف کودهای شیمیایی

روش‌های متنوعی برای کاهش در مصرف و متعادل نمودن میزان مصرف کودهای شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این موارد عبارتند از:

  • مصرف بهینه کودهای شیمیایی به همراه کودهای آلی و بیولوژیک
  • مصرف کودهای کندرها[4] و کلاته[5] [1]
  • نانوکودهای کندرها و نانوکودهای کلاته [8]
  • مصرف کودهای آلی [1]
  • نانوکودهای آلی [9]
  • مصرف کودهای بیولوژیک [1]
  • نانوکودهای بیولوژیک [8و9]

از میان راهکارهای معرفی شده، در ادامه به بیان توضیحاتی پیرامون کودهای بیولوژیک می‌پردازیم.

 

کود­های بیولوژیک

کود­های بیولوژیک  به مواد حاصل‌خیز کننده­ای گفته می­شود که دارای تعداد کافی از یک یا چند گونه از میکروارگانیسم‌های سودمند خاکزی هستند. در واقع کودهای بیولوژیکی، میکروارگانیسم­هایی هستند که قادرند عناصر غذایی خاک را در یک فرآیند زیستی تبدیل به مواد مغذی همچون ویتامین­ها و دیگر مواد معدنی کرده و به ریشه گیاه برسانند. مصرف اینگونه کودها علاوه بر اینکه کم هزینه می­باشد، در اکوسیستم نیز آلودگی به وجود نمی­آورد [10]. به طور کلی مصرف کود­های آلی و بیولوژیک در جهت افزایش حاصل‌خیزی و افزایش تولید محصولات کشاورزی منطبق بر اصل ” استفاده از طبیعت برای طبیعت” است.

 

نانوکودهای بیولوژیک

در این نوع کود به طور تلفیقی از فناوری زیستی (بیولوژیک) و فناوری نانو استفاده شده و این تلفیق منجر به تولید کودی با خصوصیات کم نظیر و یا حتی بی­نظیر شده است. باکتری­ها و میکروارگانیسم­های موجود در این کود، یک رابطه همیاری با گیاه برقرار می­کنند. این کودها میکروارگانیسم­های ازت و فسفات (از ترکیبات پرمصرف و مورد نیاز گیاه) را از طریق تثبیت بیولوژیک و انحلال ترکیبات معدنی در اختیار گیاه قرار می­دهند و از طریق تولید انواع ویتامین­ها و هورمون­ها باعث افزایش رشد گیاه می­شوند [11]. در مقابل گیاه نیز با تولید انواع آنزیم­ها، اسیدهای آلی، آمینواسیدها و دیگر ترکیبات و ترشح آن از ریشه، جمعیت میکروبی موجود در خاک را افزایش می‌دهد. در این فعل و انفعالات صورت گرفته، آنتی بیوتیک­هایی نیز تولید می­شود که با آفات و پاتوژن­ها مقابله کرده و مقاومت گیاه در برابر امراض و بیماری­ها افزایش می­­یابد [12 و13].

نقش فناوری نانو در این نوع کودها به واسطه حضور نانوذرات (عمدتا عناصر ریزمغذی آهن، روی، مس و منگنز) می‌باشد [8]. این نانوذرات به دلیل دارا بودن اندازه بسیار ریز می­توانند حتی از دیواره سلولی نیز عبور کرده و وارد گیاه شوند [14]. این نانوذرات سطح تماس بسیار زیادی دارند و بنابراین تماس قوی­تری را با ترکیبات ترشح شده از گیاه و میکروارگانیسم ها برقرار می‌کنند. درنتیجه این عناصر با سهولت بیشتر و به تدریج در اختیار گیاه قرار می­گیرند و گیاه در طول دوره رشد خود با کمبود این عناصر روبرو نمی­شود. از طرفی گیاه از تمامی عناصر پرمصرف و ریزمغذی برخوردار بوده و  به خوبی رشد می‌کند. در نهایت، عملکرد، رشد ریشه، میزان ترشحات ریشه­ای، مقاومت در برابر بیماری‌ها و تغییرات آب و هوایی، و مقاومت در برابر شوری خاک  در گیاه افزایش می­یابد [15]. در حقیقت نانوکود بیولوژیک، ویژگی­های کودهای بیولوژیک و کودهای کندرها را یک‌جا در خود دارا است. نمونه‌ای از تاثیر نانوکود بیولوژیک بر رشد گیاه در شکل 2 مشاهده می‌شود.

بدون استفاده از کود با استفاده از کود
شکل 2- اثر نانو کود بیولوژیک در افزایش رشد گیاه [15]

 

 

 

انواع نانوکودهای بیولوژیک در بازار و روش­های استفاده از آن‌ها

محصولات بر پایه نانوکودهای بیولوژیک (شکل 3) عمدتا به دو صورت مایع و پودری (محلول در آب) در بازار ارائه می‌شوند [8و9].

مایع پودر
شکل 3. بسته های حاوی نانو کود بیولوژیک [8و9]

 

از نانوکودهای بیولوژیک می­توان به سه روش مختلف در مزارع و باغات استفاده کرد (شکل 4):

  • روش بذر مال[6]
  • همراه با آب آبیاری
  • محلول پاشی [8]

 

محلول پاشی همراه با آب آبیاری روش بذرمال
شکل 4- روش­های استفاده از نانوکود­های بیولوژیک در باغات و مزارع [8]

 

حمل و نقل و مصرف این قبیل کود­ها نیز بسیار ساده بوده و میزان اثرگذاری هر یک کیلوگرم از این کودها معادل با 400 برابر کود­های شیمیایی است [18].

 

برتری نانوکودهای بیولوژیک نسبت به سایر کودها

نانوذرات موجود در نانوکودهای بیولوژیک علاوه بر اینکه همانند سایر عناصر از طریق ریشه‌های موئین و سطح برگ جذب گیاه می­شوند، می­توانند از طریق اتصال به دیواره سلولی و حفرات دیواره سلولی نیز وارد سلول گیاهی شوند [14]. بدین صورت نیاز گیاه به عناصر غذایی در مدت زمان کمتری برآورده می­گردد و عملکرد تولید محصول افزایش می­یابد.

در یک مطالعه، اثر نانوکود بیولوژیک بر عملکرد و میزان کلروفیل کل گیاه سیب زمینی مورد ارزیابی قرار گرفت. نانوکود بیولوژیک در سه تیمار بدون مصرف کود (شاهد)، مصرف بذرمال و مصرف بذرمال به همراه آبیاری مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که بیشترین میزان کلروفیل کل گیاه (31/0 میلی­گرم در وزن تر برگ) مربوط به مصرف نانوکود بیولوژیک به صورت بذرمال به همراه آبیاری و کمترین میزان کلروفیل کل (09/0 میلی­گرم در وزن تر برگ) مربوط به عدم مصرف نانوکود بیولوژیک می­باشد (شکل 5).

شکل 5–  اثر نانوکود بیولوژیک بر میزان کلروفیل کل گیاه سیب زمینی [11]

 

همچنین اثر همزمان نانوکود آهن (در 3 غلظت 0، 1 و 5/1 گرم در هزار میلی­لیتر) و نانوکود بیولوژیک بر میزان کلروفیل کل گیاه بررسی شد. نتایج نشان داد که کاربرد نانوکود بیولوژیک به همراه غلظت 5/1 گرم در هزار میلی­لیتر نانو کود آهن، بر اساس هم افزایی تاثیر این دو کود، به طور معنی‌داری میزان کلروفیل کل گیاه را افزایش می­دهد (شکل 6) [11].

شکل 6–  اثر متقابل نانوکود بیولوژیک و نانوکود آهن بر میزان کلروفیل کل گیاه سیب زمینی [11]

 

نانوکود بیولوژیک در ایران و جهان

مطالعات متعددی به منظور تولید نانوکودهای بیولوژیک در جهان صورت گرفته است. در ایران نیز محققان موفق به تولید نانوکود بیولوژیک شده‌اند. در این نوع کود، میکروارگانیسم­ها در ترکیب با نانوذرات عناصر میکرو به دو شکل نانوذره و نانوکلات وجود دارند [8]. به موجب تولید این کود، فراهم بودن عناصر غذایی در طول دوره رشد گیاه افزایش یافته و گیاه می­تواند با توسعه هرچه بیشتر ریشه، مواد غذایی مورد نیاز خود را به سهولت از محیط اطراف جذب کند. مصرف نانوکود بیولوژیک منجر به افزایش رشد ریشه، ساقه، برگ و میوه گیاه می­شود. بدین ترتیب چنانچه از این کودها در مزارع و باغات کشور استفاده شود، علاوه بر افزایش کمیت و کیفیت محصولات کشاورزی، آلودگی محیط زیست نیز کاهش یافته و به موجب تمامی این امور، سلامتی انسان و جامعه تضمین می­شود. در جدول 1 لیستی از شرکت‌ها و موسسات تحقیقاتی فعال در زمینه تولید نانو کودهای بیولوژیک ارائه شده است.

جدول 1- شرکت‌ها و موسست فعال در زمینه تولید نانو کودهای بیولوژیک

نام موسسه تحقیقاتی کشور
شرکت فناور نانو پژوهش مرکزی (بیوزر) ایران
شرکت Urth agriculture آمریکا
شرکت Agro Nanotechnology Corp [15] آمریکا
شرکت Nano Agro Science [17] هند

 

————————————————–

[1] مصرف بهینه کود­های شیمیایی یعنی مصرف کود شیمیایی بر اساس نیاز گیاه و بر اساس نتایج به دست آمده از آزمون خاک و برگ

[2] کارایی کود یعنی کود مورد استفاده چند درصد از عناصر خود را به موقع و سهل الوصول در اختیار گیاه قرار می­دهد.

[3] Microelement

[4] low release

[5] chelate

[6] seed treatment

—————————————————————

خلاصه‌ای از مزیت­های استفاده از نانوکود بیولوژیک

  • مقرون به صرفه بودن آن از لحاظ اقتصادی به دلیل مصرف بسیار کم کود
  • افزایش قدرت جوانه‌زنی دانه
  • قابلیت استفاده برای انواع گیاهان
  • کاربردهای متنوع ( قابلیت استفاده در گلخانه­ها، باغات و مزارع)
  • کاهش مصرف کودهای ازته و فسفاته به میزان 50 درصد [15]
  • کاهش آلودگی محیط زیست
  • بهبود رشد گیاه از طریق ورود عناصر ریزمغذی به کمک فناوری نانو
  • افزایش عملکرد محصول به میزان 20 تا 30 درصد [9 و15]
  • افزایش غلظت پروتئین و قند گیاه [15]
  • افزایش مقاومت گیاه در برابر حمله آفات و بیماری­ها و تغییرات آب و هوایی به دلیل برخورداری از تغذیه مناسب [15]
  • کاهش ضایعات محصولات کشاورزی [17]

 

—————————

منابع

  1. ملکوتی م ج.، کشاورز پ و کریمیان ن. 1387. روش جامع تشخیص و توصیه بهینه کود برای کشاورزی پایدار «چاپ هفتم با بازنگری کامل». انتشارات دانشگاه تربیت مدرس. شماره 102، 755 صفحه. تهران، ایران.
  2. نادری م، دانش شهرکی ع، نادری ر. 1392. نقش فناوری نانو در بهبود کارایی مصرف عناصر غذایی کودهای شیمیایی. معاونت علمی وفناوری ریاست جمهوری، ماهنامه فناوری نانو. تهران، ایران.
  3. 2013. Global land and water resources. Food and Agriculture Organization of United Nations. FAO Statistics. www.fao.org.

 

  1. Heffer, P. 2013. Short-term prospects for world agriculture and fertilizer demand 2012-2013. 39th IFA Enlarged Council Meeting. International Fertilizer Industry Association. rue Marbeuf, Paris, France. www. fertilizer.org. 33 p.

 

  1. Serpil Savci, Investigation of Effect of Chemical Fertilizers on Environment, APCBEE Procedia, Volume 1, 2012, Pages 287-292, ISSN 2212-6708.

 

  1. Yongcong Li. 2012. Presentation about Fertilizer Technology Update- New Fertilizer Products, University of Felorida, USA, 69 p.

 

  1. نادری م، دانش شهرکی ع. 1390. کاربرد فناوری نانو در بهینه سازی فرمولاسیون کودهای شیمیایی. معاونت علمی وفناوری ریاست جمهوری، ماهنامه فناوری نانو. سال دهم، شماره4. پیاپی 165. تهران، ایران.

 

  1. سایت agrinano.ir. پایگاه اینترنتی شرکت فناور نانو پژوهش مرکزی.

 

  1. سایت urthagriculture.com. پایگاه اینترنتی شرکت Urth Agriculture آمریکا.

 

  1. مقاله کود چیست و انواع کود. پایگاه اینترنتی دانشجویان مهندسی فضای سیز. landscapeeng.ir.
  2. وافی، ندا و حامد افشاری، 1393، بررسی اثر کاربرد نانو کلات روی و نانو کود بیولوژیک بر صفات مورفوفیزیولوژیک سیب زمینی، همایش ملی الکترونیکی دستاوردهای نوین در علوم مهندسی و پایه، تهران، مرکز پژوهشهای زمین کاو،

 

  1. Fengge Zhang, Zhen Zhu, Xingming Yang, Wei Ran, Qirong Shen, Trichoderma harzianum T-E5 significantly affects cucumber root exudates and fungal community in the cucumber rhizosphere, Applied Soil Ecology, Volume 72, October 2013, Pages 41-48, ISSN 0929-1393,

 

13.  Ning Ling, Kaiying Deng, Yang Song, Yunchen Wu, Jun Zhao, Waseem Raza, Qiwei Huang, Qirong Shen, Variation of rhizosphere bacterial community in watermelon continuous mono-cropping soil by long-term application of a novel bioorganic fertilizer, Microbiological Research, Volume 169, Issues 7–8, July–August 2014, Pages 570-578, ISSN 0944-5013

 

 

  1. غفاریان ه. 1393. سنتز نانو ذرات سوپر پارامغناطیس اکسید آهن و میزان کارایی آن­ها در جذب، انتقال و افزایش میزان کلروفیل و رفع کلروز آهن سویا. رساله دکتری گروه خاکشناسی دانشکده کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس. تهران، ایران.

 

 

  1. سایت agronano.com. مربوط به شرکت Agro Nanotechnology Corp آمریکا.

 

  1. سایت alibaba.com
  2. سایت تحلیلی خبری دانا، danakhabar.com

———————————————————————

تهیه و تنظیم:

نویسنده: دکتر احسان خوش کلام

گروه ترویج صنعتی فناوری نانو در حوزه کشاورزی، صنایع غذایی، محیط زیست و صنایع وابسته

بخش ترویج صنعتی فناوری های نانو و میکرو

 ====================================================================================

[جهت دسترسی به گزارش نهایی محصولات و شرکتهای دارای گواهی نانومقیاس ستاد توسعه فناوریهای نانو و میکرو به «کتب مرجع محصولات و تجهیزات نانو و صنعت» به نشانی (INDnano.ir/category/book) مراجعه کنید]

[همچنین برای دانلود فایل PDF کلیه گزارشات بهمراه جزئیات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی رسانه تخصصی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید]

 ====================================================================================

مطالب مرتبط
درباره رسانه نانو و صنعت

ستادویژه‌توسعه‌فناوری‌نانو معاونت علمی وفناوری ریاست جمهوری در راستای تحقق اهداف سند چشم انداز توسعه صنعتی فناوری نانوی ایران، به عنوان بخشی از اقدامات خود، امر ترویج صنعتی و مدیریتی را به منظور معرفی و بکارگیری توان داخلی و با هدف ثروت آفرینی دانش‌بنیان و تولید فناورانه، در دستور کار خود قرار داده است. بر این اساس، پایگاه اینترنتی «رسانه نانو و صنعت» ستاد ویژه توسعه فناوری نانو (رسانه تخصصی فناوری نانو در صنایع و سازمانهای کشور)، به منظور «ارائه الگوهای موفق پیشرفت ملی برای مدیران و متخصصان برتر در سازمان‌های اثرگذار، پژوهشی، تولیدی و صنعتی کشور»، «تبیین توانمندیها و دستاوردهای صنعتی نانوفناوران ایران»، و «معرفی خدمات کارگروه های صنعت، بازار، توسعه فناوری، سرمایه های انسانی، بین‌الملل و مؤسسه خدمات فناوری تا بازار»، در دسترس هموطنان گرامی قرار گرفته است.

تازه‌ترین اخبار نانو و صنعت
RSS آخرین اخبار ستاد ویژه توسعه فناوری نانو
مطالب پیشنهادی نانو و صنعت