بکارگیری فناوری نانو در غنی سازی محصولات کشاورزی با نانو کودهای کلاته آهن و روی

تولید پایدار در کشاورزی عبارت است از حفظ منابع پایه آب و خاک، محیط زیست و اقتصادی نمودن تولید با اعمال مدیریت بهینه، به طوری­که تولیدات کشاورزی وابسته به نوسانات نباشد و امنیت غذایی تامین گردد. یکی از ابزارهای مناسب جهت رسیدن به تولید پایدار محصولات کشاورزی، استفاده از کودهای مناسب می­باشد. مصرف کودها علاوه بر افزایش تولید، باید کیفیت محصولات کشاورزی را ارتقاء دهد و محیط زیست را نیز آلوده نسازد تا بدین طریق سلامتی انسان، جانوران و گیاهان تضمین گردد. فناوری نانو با تغییر و اثر گذاری در فرمولاسیون کودها و تولید موادی با ویژگی­های مناسب و منحصر به فرد، می‌تواند نقش مهمی در این زمینه ایفا کند. به موجب استفاده از این فناوری در تولید کود، کمیت و کیفیت محصولات کشاورزی افزایش یافته و روند تخریب محیط زیست، که امروزه رو به فزونی گذاشته است، کاهش می­یابد و این به معنی حافظ تولید پایدار می­باشد.

خاک حاصلخیز و کودهای شیمیایی

به خاکی که درصد رطوبت، مواد آلی و میزان عناصر غذایی آن در حد مناسب بوده و بتواند این عناصر غذایی را به خوبی در اختیار گیاه قرار دهد، خاک حاصلخیز گفته می­شود. یکی از راه­های تامین عناصر غذایی خاک، استفاده از کودهای شیمیایی است که امروزه چیزی در حدود 33 تا 60 درصد تولیدات کشاورزی مرهون مصرف این قبیل کودهاست [2]. کودهای شیمیایی انواع و اقسام گوناگونی دارند که در یک تقسیم بندی کلی، می­توان آن­­ها را در هفت گروه جای داد.

شکل 1- تقسیم بندی کودهای شیمیایی

گیاه به منظور رشد کافی و مناسب به تمامی عناصر غذایی نیاز دارد و کمبود هر کدام از آن­ها، مانع و سدی در برابر رشد گیاه طلقی می­گردد. در این میان، مصرف عناصر کم مصرفی چون آهن، روی، مس، منگنز، بور و مولیبدن را نباید به فراموشی سپرد. این عناصر نقش بسیار مهمی در تغذیه گیاه و سلامتی انسان دارند.

نقش آهن و روی در تغذیه گیاه و سلامتی انسان

آهن و روی از عناصر ضروری برای رشد گیاه محسوب شده و نقش بسیار زیادی را در فعل و انفعالات گیاه ایفا می­کنند و موجب رشد و توسعه ساقه و برگ می­شوند. همچنین عنصر روی باعث می­شود تا پیرشدن گیاه به تاخیر افتاده و مقاومت گیاه در برابر تنش­های محیطی[1] افزایش ­یابد. تخمین زده می­شود که 30 تا 50 درصد خاک­های تحت کشت، دچار فقر ناشی از کمبود آهن هستند [4]. در اکثر خاک­های زراعی کشور نیز، مقدار روی قابل استفاده[2] کمتر از یک میلی­گرم بر کیلوگرم می­باشد [1]. به وضوح مشخص است که کمبود این عناصر در خاک موجب توقف رشد و کاهش عملکرد گیاه می­گردد و این یکی از مشکلاتی است که کشاورزی با آن دست و پنجه نرم می­کند. سازمان خوار و بار جهانی (FAO) در پیامی به مناسبت روز جهانی غذا، خسارت­های ناشی از کمبود عناصر ریزمغذی در کشورهای در حال توسعه را بیش از 128 میلیارد دلار برآورد کرده است [1]. از دلایل دیگر که موجب کاهش غلظت عناصر ریزمغذی[3] در گیاه می­شود، می­توان به مصرف نامتعادل و بیش از اندازه­ی کودهای نیتروژنه و فسفاته اشاره کرد. به موجب این امر، جذب عناصر ریزمغذی توسط گیاه کاهش می­یابد.

از سوی دیگر، انسان و دام نیز با تغذیه از گیاهان دارای کمبود عناصر غذایی، با مشکلات تغذیه­ای روبرو می­شوند که بارزترین علائم کمبود آهن در بدن، کم خونی و خستگی  است. کمبود روی نیز موجب می­شود ایمنی بدن در برابر بیماری­ها کاهش یابد. همچنین بیماری­ها و عوارضی چون تورم لثه، رسوب کلسترول در رگ­های خونی و سکته­های ناشی از آن، آلزایمر، دیابت، چاقی مزمن، کوتاهی قد و بیماری­های پوستی و عوارض دیگر، می‌تواند ناشی از کمبود روی در بدن انسان باشد. با تغذیه نامناسب، انسان و دام غذای مورد نیاز خود را در ظاهر تامین می­کند، غافل از اینکه بدن در تامین عناصر ضروری و مفید، مانند آهن و روی به مقدار کافی دچار مشکل است. از این نوع تغذیه  به عنوان گرسنگی پنهان یا گرسنگی سلولی یاد می­شود.

تامین سبد غذایی گیاه

تغذیه مناسب، به گونه­ای تامین سبد غذایی گیاه محسوب می­شود. اما به منظور تامین این سبد غذایی، باید مصرف کودهای شیمیایی بر اساس نتایج بدست آمده از آزمون خاک و گیاه صورت پذیرد و به صورت بهینه مصرف شوند. بدین طریق از مصرف بیش از اندازه کودهای نیتروژنه و فسفاته جلوگیری به عمل آمده و استفاده از عناصر غذایی دیگر، به ویژه عناصر ریزمغذی، بیشتر گردد. به مجموع تمامی این عوامل و فراهم شدن عناصر غذایی برای گیاه و نیز افزایش درصد و غلظت عناصر در گیاه، غنی­سازی[4] محصولات کشاورزی در مزرعه گفته می­شود. به منظور غنی کردن گیاه از عناصر ضروری چون آهن و روی، کودهای مختلفی روانه بازار شده است که عبارتند از:

• سولفات روی معمولی (ZnSO₄.7H₂O)
• سولفات روی خشک (ZnSO₄.2H₂O)
• سولفات آهن دوظرفیتی
• کود کامل ماکرو به همراه عناصر ریزمغذی
• کودهای کلاته
  • Fe-EDTA
  • Fe-EDDHA
  • Fe-DTPA
  • Zn-EDTA
  • نانو کودهای کلاته آهن و روی

نانو کودهای کلاته آهن و روی

کمبود عناصر ریزمغذی درخاک و فراهم نبودن این عناصر غذایی برای گیاه، موجب شده است که مصرف کودهای کلاته جهت رفع این مشکلات، رونق یابد. کلاته شدن عناصر غذایی این امکان را فراهم می­سازد تا عناصر به تدریج در اختیار گیاه قرار گیرند و رهایش آن در طول دوره رشد گیاه صورت پذیرد. همچنین خود کود کلاته نیز می­تواند از طریق ریشه­های مویین و روزنه‌های برگی جذب گیاه گردد. فناوری نانو بر این ویژگی­های ذکر شده می­افزاید، به طوری­که ذرات نانو به دلیل داشتن اندازه بسیار کوچک و سطح ویژه زیاد، به راحتی توسط ریشه­های مویین و روزنه ها جذب می­گردند و در صورتی­­که قطر این ذرات کمتر از 20 نانومتر باشد این قابلیت را دارند که بتوانند از دیواره سلولی گیاه نیز بدون هیچ گونه مانعی عبور کند و بدین ترتیب غلظت عناصر غذایی در داخل گیاه افزایش یابد. نانو کلاته شدن علاوه بر موارد ذکر شده، باعث می­شود تا پایداری عناصر غذایی در محیط خاک افزایش یابد و جذب این عناصر کمتر تحت تاثیر عوامل محیطی قرار گیرد، در نتیجه این امکان را فراهم می­سازد تا ریزمغذی‌ها در دامنه­ی وسیعی از pH (3- 11) بتوانند به راحتی در اختیار گیاه قرار گیرند و بدین وسیله نانوکودهای کلاته نقش موثری در تولید پایدار و غنی سازی محصولات کشاورزی ایفا می‌کنند.

روش­های استفاده از نانو کودهای کلاته آهن و روی

محصولات بر پایه نانو کود کلاته آهن و روی دارای بسته بندی های گوناگونی می­باشند و به صورت پودری وجود دارند و از قابلیت انحلال بالایی در آب برخوردار هستند.

شکل 2– نمونه ای از بسته­بندی نانو کودهای کلاته آهن و روی

عمدتا از این کودها به 3 روش مختلف در باغات و مزارع استفاده می­شود (شکل 3):

• به صورت محلول پاشی
• به همراه آب آبیاری
• به صورت مخلوط با سایر کودها و به صورت چالکود

شکل 3– طریقه مصرف نانو کودهای کلاته به 3 روش الف) محلول پاشی، ب) همراه با آب آبیاری و ج) چالکود

استفاده از نانو کودهای کلاته موجب می­شود تا میزان مصرف کود تا حد چشمگیری کاهش یابد به طوری­که در زمینی به مساحت یک هکتار تنها به 1 تا 5/1 کیلوگرم از این نانو کودها نیاز است.

اثر نانو کودهای کلاته آهن و روی در افزایش عملکرد گیاه

همانطور که اشاره شد، کودهای کلاته این خاصیت را دارند که به تدریج عناصر غذایی خود را در اختیار گیاه قرار دهند و گیاه در طول دوره رشد خود، با کمبود عناصر غذایی مواجه نمی­شود. همچنین گیاه قادر به جذب عناصر غذایی به صورت کلات شده نیز می­باشد. با نانو شدن این قبیل کودها و افزایش سطح ویژه، اثر گذاری آن­ها در فراهم نمودن عناصر غذایی برای گیاه افزایش یافته و به موجب آن رشد و توسعه گیاه و عملکرد محصول افزایش می­یابد.

در مطالعه­ای، اثر نانو کود کلات روی بر عملکرد و میزان کلروفیل کل گیاه سیب زمینی بررسی شده است. نانو کود کلات روی در سه تیمار بدون مصرف کود (شاهد)، مصرف 1 و 5/1 گرم در هزار میلی­لیتر آب به صورت محلول پاشی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که بیشترین میزان کلروفیل کل گیاه (48/1 میلی­گرم در وزن تر برگ) مربوط به محلول پاشی 5/1 گرم در هزار میلی­لیتر آب نانو کلات روی می­باشد و کمترین میزان کلروفیل کل (75/0 میلی­گرم در وزن تر برگ) مربوط به عدم محلول پاشی نانو کلات روی است [10].

شکل – اثر نانو کود کلات روی بر میزان کلروفیل کل گیاه سیب زمینی [10]

در مطالعه­ای دیگر اثر نانو کود کلات آهن و سولفات آهن در میزان روغن دانه سویا مورد ارزیابی قرار گرفت. به طور معمول میزان روغن در دانه سویا 18 – 25 درصد می­باشد. این آزمایش در 3 تکرار و 3 سطح مصرف نانو کود کلاته آهن شامل 5، 10 و 15 کیلوگرم در هکتار (مصرف خاکی) و سولفات آهن شامل 30، 60 و 90 کیلوگرم در هکتار انجام شد. نتایج نشان داد، به رغم اینکه نانو کود کلاته آهن به مقدار کمتری مورد استفاده قرار گرفت اما میزان اثر گذاری آن در افزایش میزان روغن دانه­های سویا بیش از سولفات آهن بود. به طور میانگین مصرف نانو کود کلاته آهن موجب شد تا میزان روغن دانه­های سویا به 56/32 درصد افزایش پیدا کند اما سولفات آهن به مقدار کمتری درصد روغن را افزایش داده و میزان آن را به 83/26 درصد رساند [11].

محصولات تجاری در حوزه­ی نانو کودهای کلاته آهن و روی

مطالعات متعددی به منظور تولید نانو کودهای کلاته در جهان صورت گرفته است. در این نوع کودها عناصر غذایی ریزمغذی به شکل نانو کلات وجود دارند. به موجب تولید این کود، گیاه می­تواند با توسعه هرچه بیشتر ریشه، مواد غذایی مورد نیاز خود را به سهولت از محیط اطراف جذب کند. مصرف نانو کود کلاته 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 غنی سازی محصولات کشاورزی در مزرعه صورت گرفته و کمک شایانی به تولید پایدار محصولات کشاورزی در کشور می­کند. در جدول 1 برخی از شرکت‌ها و موسسات تحقیقاتی فعال در زمینه تولید نانوکودهای کلاته آهن و روی مشاهده می‌شود.

جدول 1- موسسات تحقیقاتی فعال در زمینه نانوکودهای کلاته

مزیت­های استفاده از نانو کودهای کلاته آهن و روی

• به دلیل غنی­سازی محصولات کشاورزی در مزرعه با استفاده از این نوع کودها، علاوه بر افزایش کیفیت، میزان تولید در واحد سطح نیز افزایش می­یابد.
• به دلیل برخورداری از تغذیه مناسب و فراهم بودن عناصر غذایی، مقاومت گیاه در برابر تنش­های محیطی و بیماری­ها افزایش می­یابد.
• کاهش مصرف سموم شیمیایی و آفت­کش­ها به دلیل تغذیه مناسب و افزایش مقاومت گیاه در برابر بیماری­ها.
• مصرف کودهای شیمیایی کاهش یافته و به موجب این امر، آلودگی­های ناشی از مصرف بی رویه­ی کودهای شیمیایی نیز کاهش می­یابد.
• این کودها قابلیت استفاده برای انواع گیاهان را دارند.
• کاربردهای متنوع (قابلیت استفاده در گلخانه­ها، باغات و مزارع)
• مقرون به صرفه بودن آن از لحاظ اقتصادی به دلیل مصرف بسیار کم کود
• کمک به تولید پایدار محصولات کشاورزی و رفع کمبود عناصر غذایی در انسان و دام.

منابع

1. ملکوتی م ج. 1393. توصیه بهینه مصرف کود برای محصولات کشاورزی در ایران. انتشارات مبلغان به سفارش خانه کشاورز. 344 صفحه. تهران، ایران.
2. 2013. Global land and water resources. Food and Agriculture Organization of United Nations. FAO Statistics. www.fao.org.

3. 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.

4. Nadi, A. Aynehband, M. Mojaddam.2013. Effect of nano-iron chelate fertilizer on grain yield, protein percent and chlorophyll content of Faba bean (Vicia faba L.). International Journal of Biosciences | IJB |. Vol. 3, No. 9, p. 267-272, 2013.

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

6. World Health Organization. 2001. Iron Deficiency Anaemia, Assessment, Prevention, and Control. A guide for program managers. who.int

7. G. Harsini, H. Habibi, G.H. Talaei. Effect of nano iron foliar application on quantitative characteristics of new line of wheat. Scientific Journal of Crop Science (2014) 3(4) 37-42.

8. Remya Nair, Saino Hanna Varghese, Baiju G. Nair, T. Maekawa, Y. Yoshida, D. Sakthi Kumar, Nanoparticulate material delivery to plants, Plant Science, Volume 179, Issue 3, September 2010, Pages 154-163, ISSN 0168-9452.

9. رسولی. م، خدابخش زاده. س، احمدی قوره جیلی. ی، افروزی. خ. 1392. بررسی کاربردها و اثرات نانو کودها در تولید بهینه محصولات کشاورزی (مطالعه موردی: تاثیر نانو کلات آهن بر تولید انگور و محصولات باغی). اولین همایش نانوتکنولوژی، مزایا و کاربردها. دانشکده شهید مفتح. همدان، ایران.

10. 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،
11. تندیسه بنا، ا. بهمنیار، م ع. رجبی، س. 1392. مقایسه اثر نانو کود آهن و سولفات آهن بر اجزای عملکرد در سویا (Galycin Max L.). پدافند غیر هامل در بخش کشاورزی. جزیره قشم، ایران.
12. vastland.cn

13. greenagro.com

14. neufarm.com

—————————————————

[1] هر گونه عامل محیطی که باعث شود تا رشد گیاه کاهش و یا متوقف گردد به عنوان تنش­های محیطی یاد می­شود. از جمله­ی تنش­های محیطی می­توان به کمبود آب، شوری خاک و یا آب آبیاری اشاره داشت.

[2] مقدار عنصر غذایی که خاک قادر است به راحتی در اختیار گیاه قرار دهد.

[3]  Micronutrient

[4] Enrichment

———————————————————————

مدیر طرح و تهیه کننده گزارش : گروه ترویج صنعتی فناوری نانو در حوزه کشاورزی، صنایع غذایی، محیط زیست و صنایع وابسته

نگارش : دکتر احسان خوش­کلام

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]

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