نهاده­هایی چون آب، کود و سم جزءِ جدایی ناپذیر صنعت کشاورزی محسوب می­شود که کمبود و یا نبود این عوامل، گاه  خسارت­های جبران ناپذیری را بر این حوزه و اقتصاد آن تحمیل خواهد کرد. در این میان نقش استفاده از سموم کشاورزی بسیار چشمگیر است. هجوم آفات به باغات و مزارع به منزله­ی تهدید منابع غذایی بشر می­باشد. به منظور حفظ این منابع ارزشمند غذایی و کنترل آفات، باید از آفت­کش­هایی مناسب در زمان نیاز استفاده شود. علاوه بر این، استفاده از این مواد نباید سلامتی انسان و جانوران را به مخاطره بیاندازد. به همین دلیل استفاده از آفت­کش­هایی که بتواند ضمن کم­ خطر بودن برای انسان، جانوارن و محیط زیست، اثر گذاری بیشتری را نیز در کنترل آفات از خود نشان دهد، امری ضروری به نظر می­رسد.

1- فناوری نانو و حفظ منابع غذایی

فناوری نانو این قابلیت را داراست که با تولید فرمولاسیون جدیدی از آفت­کش­ها، نقش به سزایی را در کنترل آفات و حفظ منابع غذایی داشته و بیش از پیش موجب رونق صنعت و اقتصاد کشاورزی شود.

2 – آفت­کش و تاریخچه­ استفاده از آن

به مواد یا ترکیبی از مواد مختلف که به منظور جلوگیری، نابودی، دفع و یا کاهش آفات (حشرات، کنه­ها، نماتدها[1]، علف­های هرز، موش­ها و غیره) به کار برده شود، آفت­کش گویند. در این حوزه، سعی بر این است که از مواد و ترکیباتی استفاده گردد تا موجودات هدف را از بین برده و به موجودات غیر هدف و محیط زیست آسیبی وارد نشود. انواع آفت­کش­ها را می­توان در سه گروه جای داد (شکل 1).

­­

شکل1. تقسیم بندی انواع آفت­کش­ها

محققان تاریخچه استفاده از آفت­کش­ها در مزارع و باغات را در سه مرحله خلاصه کرده ­اند:

1) قبل از سال 1870 میلادی که در آن زمان استفاده از مواد طبیعی چون سولفور رایج بوده است،

2) بین سال­های 1870 تا 1945 میلادی که از ترکیب مواد طبیعی و غیرآلی بدین منظور استفاده می­گردید.

3) از سال 1945 به بعد سنتز و استفاده از آفت­کش­های آلی چون DDT، 2,4-D، HCH و موادی از این قبیل رواج بسیار یافت که به آفت­کش­های شیمیایی شهرت یافتند. سنتز این مواد به خوبی توانست آفات مزارع راکنترل کند، اما در اثر استفاده­های زیاد، مشکلاتی نیز پدیدار گشت.

3-آفت­کش­ها، فوائد و مضرات

در سراسر جهان 9000 گونه حشره و کنه، 50000 گونه­ی بیماریزای گیاهی و بیش از 8000 گونه­ علف­های هرز شناخته شده است که می­تواند به گیاهان و محصولات کشاورزی آسیب برساند. از این رو، استفاده از آفت­کش­ها برای کنترل و از بین بردن آفات ذکرشده ضروری به نظر می­رسد تا محصولاتی بدون آفت به دست مصرف کننده برسد. با توجه به آمارهای موجود، عدم کاربرد آفت­کش موجب می­شود که 78% میوه­ها، 55% صیفی­جات و 32% غلات و حبوبات در اثر هجوم آفات آسیب دیده و از بین بروند [2].

شکل 2. تخریب محصول در اثر حمله آفت و عدم استفاده از آفت­کش

اما آمارهای نگران کننده­ای در زمینه مصرف بیش از حد و غیر اصولی این آفت­کش­ها وجود دارد. به طوریکه بر اساس تحقیقات به عمل آمده، از میزان کل آفت­کش مورد استفاده در مزارع، چیزی در حدود 1% آن صرف کنترل آفات می­شود و 99% آن اتلاف می­گردد. بر همین مبنا، میزان کل آفت­کش وارد شده به محیط زیست در دنیا، سالانه حدود 6/4 میلیون تن تخمین زده می­شود. با ورود این مقدار ماده شیمیایی به اتمسفر، خاک، آب و یا تجمع آن­ها روی محصولات کشاورزی، اثرات و آسیب­های جبران ناپذیری بر محیط زیست و سلامتی انسان و جانوران پدیدار خواهد شد. طبق گزارش­های سازمان بهداشت جهانی (WHO)[2] و برنامه محیط زیست سازمان ملل متحد (UNEP)[3]، مصرف بیش از حد این آفت­کش­ها، سالانه دویست و بیست هزار نفر را به کام مرگ می­کشاند و 10 درصد سرطان­ها در جوامع بشری ناشی از انتشار این مواد در محیط است [3]. این آفت کش‌ها  همچنین موجب ایجاد بیماری­ پارکینسون[4] و بیماری­های پوستی می­شود. از نگاه دیگر، با گذشت زمان و در اثر مصرف زیاد آفت­کش­ها، آفت­های موجود نسبت به این مواد از خود مقاومت نشان می­دهند، بنابراین اثرگذرای مواد تولید شده در کنترل آفات کاهش می‌یابد. با توسعه فناوری نانو در حوزه کشاورزی، محققان این حوزه سعی دارند با تولید آفت­کش­هایی مناسب، میزان خطرات یاد شده را به حداقل ممکن کاهش دهند.

شکل3. بیماری پوستی ناشی از تماس با آفت کش­ها

4          آینده­ مصرف آفت­کش­ها و راه­ حل­های کاهش خطرات

خصوصیاتی که برای آینده­ مصرف آفت­کش­ها ترسیم می­شود، شامل کارایی بسیار بالای این مواد در کنترل آفت و کاهش میزان مصرف و آلودگی محیط زیست آن­ها می­باشد، به طوریکه سمیت این مواد برای موجودات غیر هدف کاهش یافته و دوستدار محیط زیست باشند. بنابراین، روش­های مختلفی، به منظور دستیابی به اهداف ذکر شده در بین محققین رواج یافته که شامل موارد زیر است.

1. کنترل بیولوژیکی آفت­ها: در این روش از موجودات زنده­ای چون باکتری­ها، ویروس­ها، قارچ­ها، حشرات و حتی آنتی­بیوتیک­هایی که توسط میکروارگانسیم­ها و گیاهان تولید می‌شود، استفاده می‌گردد.
2. تولید گیاهان تراریخت[5]: این روش سعی دارد، با کمک علم ژنتیک و دست­کاری ژنتیکی، گیاهانی تولید کند که نسبت به هجوم آفات از خود مقاومت نشان دهند.
3. تولید آفت­کش­های شیمیایی با فرمولاسیون­ بهتر و سازگاری بیشتر با محیط زیست
4. نانو آفت­کش­ها

5- نانو آفت­کش­ها

همانطور که اشاره شد، آفت­ با حمله به مزارع و باغات، می­تواند آسیب­هایی جدی به محصولات کشاورزی وارد کرده و موجب کمبود مواد غذایی گردد و در مقیاس بزرگ‌تر حتی می‌تواند سبب بروز مشکلاتی در اقتصاد کشاورزی و جامعه شود. یکی از راه­حل­های موجود برای کنترل اثربخشی آفات، استفاده از نانو­ آفت­کش­ها است. تولید فرمولاسیون آفت­کش­ در مقیاس نانو به طور موثری باعث حفاظت آن­ در مقابل عوامل تخریبی مانند، دما، باران، امواج فرابنفش، نور و غیره می­شود. این عوامل موجب می‌گردد تا میزان مصرف سموم به حداقل ممکن کاهش یابد و کاهش مصرف این مواد به معنی کاهش خطرات زیست محیطی، افزایش سلامتی انسان و جانوران و افزایش اثرگذاری این مواد در کنترل آفت می­باشد. انواع مختلفی از آفت­کش­های فرموله شده در مقیاس نانو وجود دارد (شکل 4).

شکل 4. فرمولاسیون­های مختلف نانو آفت­کش­ها[6]

 

تولید نانو آفت­کش­ها و ایجاد فرمولاسیون­های مختلف مبتنی بر فناوری نانو، موجب می­شود که مواد جامد و محلولی تولید گردند که هر کدام از آن­ها دارای یک ویژگی منحصر به فرد می­باشد. بنابراین با استفاده از این روش می­توان از نانو آفت­کش‌های مختلف برای شرایط مختلف و دستیابی به هدفی مشخص بهره جست. در جدول 1 به برخی از این ویژگی­های ایجاد شده اشاره می­شود.

جدول 1- نانو آفت­کش­های مختلف و ویژگی بارز آن­ها

فرمولاسیون­	ویژگی
نانو امولسیون	افزایش میزان حلالیت
نانوکاتالیزور متصل شده به میکروکپسول	تجزیه سریعتر در خاک و/یا گیاه
نانوکپسول، نانوکره	رهایش کنترل شده مواد
نانو کپسول	اثرگذاری روی گونه­های هدف و محافظت از آفت­کش در برابر تجزیه و تخریب پیش از موعد
نانو امولسیون، نانو کره	افزایش میزان کارایی و جذب
نانوسوسپانسیون	افزایش میزان سمیت برای موجودات هدف
نانو ذرات	کنترل انتخابی آفت

 

تولید نانو آفت­کش­ها با فرمولاسیون­های گوناگون، اهداف مختلفی را دنبال می­کند که عبارتند از:

• 1) اثرگذاری و کارایی بیشتر در کنترل آفات، به طوری­که بتوان با مصرف مقادیر کم آفت­­کش برای مدت بیشتری محصول کشاورزی را از گزند آفات حفظ کرد.
• 2) از بین بردن طیف وسیعی از آفات، یعنی بتوان با استفاده از یک نوع آفت­کش، آفات مختلفی را از بین برد.
• 3) کنترل آفت در دوره­های مختلف رشد، بدین معنی که نانو آفت­کش مورد نظر بتواند تخم، لارو، شفیره و حشره کامل آفت مورد نظر را مورد حمله قرار داده و از بین ببرد.
• 4) کاهش اتلاف آفت­کش

اما نانو آفت­کش­ها با فرمولاسیون­های مختلف و با منشاء‌های گیاهی و شیمیایی، دارای مکانیسم­های متعددی هستند که از بارزترین آن­ها می­توان به رهایش کنترل شده و افزایش میزان حلالیت سموم اشاره کرد. به موجب این دو سازوکار  بارز، اهداف فوق تامین می­شود.

6 – نانو آفت­کش و طریقه­ مصرف

محصولات بر پایه­ی نانو آفت­کش­ها همانند سایر آفت­کش­ها می­توانند بسته­بندی­های گوناگونی داشته باشند و معمولا به دوصورت پودری و مایع موجود هستند که نوع پودری این محصولات از قابلیت انحلال بسیار بالایی برخوردار است. طریقه­ی مصرف این قبیل محصولات نیز همانند آفت­کش­های شیمیایی است و باید با استفاده از دستگاه­های سم­پاش، محلول­پاشی شوند. اما فناوری نانو موجب می­شود تا میزان مصرف به حداقل ممکن کاهش یابد و درصورت استفاده، مقادیر کمتری نسبت به آفت­کش­های شیمیایی معمولی مورد نیاز است

 

7 – اثر نانو آفت­کش­ها در کنترل آفات

تحقیقات متعددی به منظور بررسی اثر نانو آفت­کش­ها در کنترل آفات مورد بررسی قرار گرفته است. در تحقیقی، اثر دورکنندگی اسانس نانوکپسوله شده گیاه درمنه[7] روی لارو شب پره پشت الماسی[8] انجام شد. نتایج نشان می‌دهد که اسانس نانوکپسوله شده به دلیل رهایش کنترل شده ترکیبات موثره، از اثرات دور کنندگی طولانی مدت­تری برخوردار است. کارایی اسانس این نانو کپسول نیز روی شاخص­های تغذیه­ای شب پره پشت الماسی انجام شده است، نتایج نشان داد که نرخ رشد نسبی، شاخص­های کارایی تبدیل غذای بلعیده شده، کارایی تبدیل غذای هضم شده و شاخص­های تقریبی هضم شوندگی غذا در اسانس نانوکپسوله در مقایسه با شاهد کمتر بوده است [9 و 10].

در تحقیقی دیگر اثر دورکنندگی نانوامولسیون گیاهی روی نوعی از  پشه[9] ، بررسی شد و مشخص گردید که با کاهش اندازه ذرات از 195-220 به 150-160 نانومتر، طول مدت زمان دورکنندگی نانوامولسیون افزایش می‌یابد [11]. نتایج حاصل از غربال­گری عصاره هگزنی[10] 23 گونه­ی گیاهی، روی شب­پره مینوز گوجه فرنگی، مشخص شد که عصاره خرفه[11]  ، باعث تلفات 100% در جمعیت شب­پره مینوز می­گردد [12]. همچنین اثرات کشندگی اسانس پوست میوه نارنج[12] روی شب­پره مینوز گوجه فرنگی بررسی شد و مشخص شد که بخارات حاصل از اسانس با غلظت 50 میکرولیتر در هر لیتر هوا، 100% تلفات لاروهای سن سوم آفت را به دنبال دارد [13].

8- محصولات تجاری نانو آفت­کش­ها

شرکت­های مختلفی وجود دارد که در تلاش هستند با تولید نانو آفت­کش­ها، بتوانند این­گونه مواد را جایگزین آفت­کش­های سنتی کنند. در جدول 2 تعدادی از شرکت­های فعال در زمینه تولید نانو آفت­کش­ها معرفی شده­اند.

جدول2. شرکت­ها و مراکز تحقیقاتی فعال در زمینه­ی تولید نانو آفت­کش­ها

نام شرکت/موسسه تحقیقاتی	کشور
نانو فن­آوران دایا	ایران
Syngenta	سوئیس
BASF	آلمان
Sumitomo	ژاپن
Monsanto	آمریکا
Bayer	آلمان
Dow Agro Sciences	آمریکا

برخی از این شرکت­ها هنوز در مرحله تحقیق و توسعه هستند. با توجه به نیاز صنعت کشاورزی و لزوم تامین سلامتی محصولات کشاورزی، به نظر می‌رسد که استفاده از فناوری نانو مسیری امیدبخش برای تولید آفت­کش­هایی سازگار با محیط زیست و کارایی بالا در کنترل آفات خواهد بود. با توجه به حجم بازار آفت­کش­ها در سال­های 2008 تا 2014 (شکل 6) و پیش­بینی این مسئله که این حجم بازار تا سال 2019 به میزان 9/8 درصد افزایش یابد [21]، انتظار می­رود ورود فناوری نانو به این عرصه، بتواند حجم قابل توجهی از این بازار را به خود اختصاص دهد.

شکل6. بازار مصرف آفت­کش­ها در جهان

9 – مزیت­های استفاده از نانو آفت­کش­ها

• افزایش زمان فعالیت زیستی سم
• کاهش میزان چسبندگی ذرات سم به ذرات خاک و درنتیجه افزایش کارایی سم در کنترل آفات خاک‌زی
• کاهش خطرات ناشی از در معرض سم قرارگرفتن کارگران سم­پاش
• افزایش ایمنی حمل و مصرف آفت­کش­ها به دلیل حذف حلال­های آتش­زا از فرمولاسیون سموم
• کاهش خاصیت گیاه­سوزی آفت­کش­ها
• کاهش تبخیر سم به دلیل کپسوله شدن آن
• کاهش اثرات سوء جانبی روی موجودات غیر هدف و محیط زیست
• حذف تخریب ماده­ی موثره­ی سم در اثر نور آفتاب
• سهولت حمل و مصرف سموم به دلیل تغلیظ آن­ها

——————————————-

10- منابع

1. Kookana, Rai S., et al. “Nanopesticides: Guiding principles for regulatory evaluation of environmental risks.” Journal of agricultural and food chemistry19 (2014): 4227-4240.
2. Cai   2008.  Understand  the  role  of  chemical  pesticides  and  prevent  misuses  of  pesticides.  Bulletin  of Agricultural Science and Technology, 1: 36-38

 

3. Zhang, WenJun, FuBin Jiang, and JianFeng Ou. “Global pesticide consumption and pollution: with China as a focus.” Proceedings of the International Academy of Ecology and Environmental Sciences2 (2011): 125-144.

 

4. ضیایی، م. حمزه­وی، ف. 1393. کاربردهای نانو ذرات در جلوگیری و کنترل آفات. ماهنامه فناوری نانو. سال سیزدهم. دی­ماه 93. شماره 10. پیاپی 207. صفحات 18-23.
5. Balaji, A. P. B., et al. “Nanoformulation of poly (ethylene glycol) polymerized organic insect repellent by PIT emulsification method and its application for Japanese encephalitis vector control.” Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 128 (2015): 370-378.

 

6. Bhattacharyya, Atanu, et al. “Nano-particles-A recent approach to insect pest control.” African Journal of Biotechnology24 (2010): 3489-3493.

 

7. de Oliveira, Jhones Luiz, et al. “Application of nanotechnology for the encapsulation of botanical insecticides for sustainable agriculture: Prospects and promises.” Biotechnology advances8 (2014): 1550-1561.

 

8. Gogos, Alexander, Katja Knauer, and Thomas D. Bucheli. “Nanomaterials in plant protection and fertilization: current state, foreseen applications, and research priorities.” Journal of agricultural and food chemistry39 (2012): 9781-9792.

 

9. نگهبان،م. محرمی­پور، س. زندی،م. هاشمی، س.ع. 1392. کارایی اسانس نانو کپسوله شده گیاه درمنه بر روی شاخص­های تغذیه­ای شب پره پشت الماسی. فصلنامه علمی- پژوهشی تحقیقات گیاهان دارویی و معطر ایزان. 697-708.

 

10. نگهبان،م. محرمی­پور، س. زندی،م. هاشمی، س.ع. 1392. اثر دورکنندگی اسانس نانو کپسوله شده گیاه درمنه روی لارو شب­پره پشت الماسی. فصلنامه علمی- پژوهشی تحقیقات گیاهان دارویی و معطر ایران. 909-924.

 

11. Nuchuchua, ,  Sakulku,  U.,  Uawongyart,  N.,  Puttipipatkhachorn,  S.,  Soottitantawat,  A.,  &  Ruktanonchai,  U. (2009).  In  Vitro  Characterization  and  Mosquito  (Aedes  aegypti)  Repellent  Activity  of  Essential-Oils-Loaded nanoemulsions. AAPS PharmSciTech, 10(4) , 1234-1242.

 

12. Moreno, S.C., Carvalho, G.A., Picanço, M.C., Morais, E.G., and Pereira, R.M. (2012). Bioactivity of compounds from Acmella  …oleracea  against  Tuta  absoluta  (Meyrick)  (Lepidoptera:  Gelechiidae)  and  selectivity  to  two non‐target species. Pest management.science, 68: 386-393.

 

13. Laarif, A., Zarrad, K., Tayeb, W., Ayed, A., Souguir, S., & Chaieb, I. (2013). Chemical composition and insect cidal activity of essential oil form Citrus aurantium (Rutaceae) fruit peels against two greenhouse insects: Spodoptera littoralis (Noctuidae)  and  ..Tuta  absoluta  (Gelechiidae).  Advances  in  Agriculture,  Sciences  and  Engineering Research, 3: 23-36.

 

14. شرکت نانو فناوران دایا مستقر در مرکز رشد سازمان پژوهش­های علمی و صنعتی ایران. http://roshd.irost.org/
15. syngenta.com
16. basf.com
17. sumitomo-chem.co.jp
18. monsanto.com
19. bayer.com
20. dowagro.com
21. bccresearch.com

 ——————–
پانوشت:

[1] Nematodes

[2] World Health Organization

[3] United Nations Environment Programme

[4] Parkinson disease

[5] Transgenic

[6] نانو آفت­کش­ها با فرمولاسیون­های مختلف، می­توانند منشاء گیاهی و یا شیمیایی داشته باشند.

[7] Artemisia sieberi

[8] Plutella xylostella

[9] Aedes aegypti (Culicidae)

[10] Hexane extract

[11] Acmella oleracea (Asteracea)

[12] Citrus aurantium (Rutaceae)

———————————————————————

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

نگارش:

احسان خوش­کلام

بخش ترویج صنعتی ستاد توسعه 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]

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